JP2016521959A - 内燃機関の弁ユニットを駆動するアクチュエータ - Google Patents

Abstract

内燃機関の弁ユニットを駆動するアクチュエータであって、電動モータ（２６）と、電動モータ（２６）によって駆動される伝動装置（２８）とを含み、該伝動装置（２８）が配置されるギヤリングハウジング（３０）を備え、該ギヤリングハウジング（３０）が第１ギヤリングハウジング部分（３２）を有し、ギヤリングハウジング（３０）からアクチュエータの駆動出力要素（１６）が延出している、アクチュエータは公知である。過度な組み込みスペースの要求とは別に、振動又は過度に複雑な組立に起因した課題が屡々生じる。この課題を解決するため、本発明によれば、ギヤリングハウジング（３０）がギヤリングハウジングカバー（３４）を有し、該ギヤリングハウジングカバー（３４）に電動モータ（２６）が固定され、ギヤリングハウジングカバー（３４）に電動モータ（２６）の軸受（８２）が軸線方向及び径方向に固定されることが提案される。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の弁ユニットを駆動するアクチュエータに関し、該アクチュエータは電動モータと、該電動モータによって駆動される伝動装置と、該伝動装置が位置付けられるギヤリングハウジングとを含み、ギヤリングハウジングは第１ギヤリングハウジング部分を有し、ギヤリングハウジングから電動モータの出力要素が延出している。

このようなアクチュエータは例えば、内燃機関の排ガス再循環弁を駆動するために使用される。減速伝動装置を備えた電動駆動装置の比率は、非常に正確な調整機能及び信頼性のある作動に起因して近年連続的に増加している。使用される電動モータは、ブラシモータ及び電気的な整流モータの両方である。伝動装置は遊星歯車装置又は平歯車装置として構成されている。更に、弁の弁ロッドが偏心したスロットリンク及び該スロットリンク内で可動の軸受を介して作動される伝動装置は公知である。

コストの低減のために、多くの場合、低コストの電動モータがギヤリングハウジングに屡々フランジ付けされる。このような構成は例えば、欧州特許出願公開第0887540号明細書から公知である。該明細書は排ガス再循環弁を開示し、該弁はギヤリングハウジング内に形成された伝動装置を備え、該伝動装置は電動モータによって駆動される。電動モータはギヤリングハウジングカバーの開口を通じて伝動装置の内部スペースに延び、ギヤハウジングカバーにフランジを介して固定されたモータハウジング内に配置されている。

特に、厳格な排ガス基準のためにエンジンルーム内に組み込まれるべき付加的な構成部品に起因して、近年、利用可能な組み込みスペースは減少されている。この理由のため、要求される組み込みスペースが小さいアクチュエータが開発されている。

これに達成するため、欧州特許出願公開第2177801号明細書は排ガス再循環弁のためのアクチュエータを提案しており、ここでは、ギヤリングハウジングの開口内にブラシロッカーを形成する電動モータのプレートが挿入され、該プレートはギヤリングハウジングへのモータハウジングのねじ込みによって固定されている。この目的のため、プレートは凸部を有し、該凸部はセンタリングを達成するため、モータハウジング内に延びている。電動モータのＡ型軸受(A-bearing)は、プレートと、隣接する遊星歯車装置におけるサンギヤ及びリング(hollow)との間に配置されている。このようにして軸線方向の組み込みスペースが減少されるものの、残りの組立は困難である。更に、この種の軸受は遊星歯車装置が隣接している場合のみに適用可能である。更にまた、電動モータの軸受は振動の発生に対して感受性が高い。

それ故、本発明の目的は、要求される組み込みスペースが小さく、そして、特に個々の要素の仮組み付けを許容して組み込みを容易にし、構成部品の数を最少にしてなお且つ電動モータの長い寿命を達成できる、弁ユニットのためのアクチュエータを提供することにある。随意的には、隣接する伝動装置との組み合わせが可能となるべきである。

上述の目的は独立請求項１の特徴を備え、内燃機関の弁ユニットを駆動するアクチュエータによって達成される。

ギヤリングハウジングがギヤリングハウジングカバーを有し、該ギヤリングハウジングカバーに対して電動モータが固定され、そして、前記ギヤリングハウジングカバーに電動モータの軸受が軸線方向及び径方向に固定されていることに起因して、一方ではモータユニット全体のプレアセンブリ及びギヤリングハウジングへの前記プレアセンブリの固定、他方では隣接する伝動装置への前記モータユニットの接続が可能となる。ギヤリングハウジングカバーへの前記軸受の配置、つまり、ギヤハウジングへの電動モータの一体化により、要求される組み込みスペースは非常に小さい。

好ましくは、前記軸受はクランプ要素によって軸線方向に固定され、該クランプ要素はギヤリングハウジングカバーに固定されている。従って、クランプ要素は隣接する伝動装置とは独立して軸受の十分な固定を提供する。それ故、ギヤリングハウジングカバーと電動モータとは最大限のプレアセンブリが可能となり、この結果、隣接する伝動装置に対して、明らかに大きな組立公差を備えた製造が可能である。

このような状況において、軸受がクランプ要素によって電動モータの方向の軸線方向にばね付勢され、振動によって生じる脱落が予想されることなくロータの僅かな軸線方向の振動が可能であるならば特に好都合である。それ故、振動を減衰させる付加的な構成部品を使用することなく電動モータの長い寿命を確保することができる。ローラ軸受が使用されるならば、そのアウタレースは弾性的なクランプ要素によって保持される。

特に好適な実施形態において、クランプ要素はリングを含み、該リングを貫通して電動モータの駆動軸がギヤリングハウジング内に延び、そして、リングから少なくとも２つのアームが電動モータに向け、ギヤリングハウジングカバーを軸線方に貫通して延びている。これにより、ギヤハウジングカバーへの軸受の簡単な固定が形状的な嵌合によって達成され、組立が容易となる。同時に、軸受に対して周方向に均一な負荷が保証され、その寿命が長くなる。

クランプ要素の改良において、クランプ要素の固定を目的として、クランプ要素のアームは電動モータに面したギヤリングハウジングカバーの面に向けて折り曲げられ、ギヤリングハウジングカバーに対して載置されている。従って、前記固定はギヤリングハウジングカバーの他方の面へのアームの簡単な挿入及び該アームの折り曲げによって達成可能である。

好ましくは、ギヤリングハウジングカバーには付加的に受け部が形成され、該受け部内に軸受が配置されている。該受け部の境界壁は軸受を径方向に、そして、電動モータの方向の軸線方向に固定する。従って、クランプ要素との組み合わせにおいて、軸受の完全な固定が軸受に接続されるべき伝動装置の部品とは独立して達成される。

本発明の一実施形態において、閉じたギヤリングハウジングとは反対側のギヤリングハウジングカバーの面は電動モータのブラシプレートとして役立つ。従って、ブラシプレートの機能をもギヤリングハウジングカバーが果たすので、付加的なブラシプレートが取り付けられる必要はない。

従って、ブラシプレートとして役立つギヤリングハウジングカバーの面には受け入れ開口が形成され、該受け入れ開口内に複数のばね及びブラシプレートにおける複数のカーボンブラシのブラシホルダが固定される。このようにしてカーボンブラシが特に簡単にして固定され、同時に、軸受のためのホルダとしてのギヤリングハウジングカバーの使用に起因して、ブラシに対する電動モータの整流器の最適な方向付けが確実となる。このことは組み込みスペースの付加的な減少をもたらす。

更に別の好適な実施形態において、ギヤハウジングの内部に面したギヤハウジングカバーの面には複数のポケットが付加的に備えられ、これらポケット内に電動モータの干渉抑制手段が配置されている。従って、ギヤリングハウジングカバーは付加的な機能を果たし、これにより、要求される部品の数が更に減少される。更にまた、電動モータに対する干渉抑制部品の最適な方向付けが確保される。

好ましくは、ギヤハウジングカバー内には複数の金属導体が配置され、これら金属導体を介して干渉抑制手段が互いに、そして、制御回路基板に接続されている。このことは、例えば打ち抜き部品として形成された導体のオーパモールドによって達成可能である。従って、ギヤハウジングカバー内にて電気的な接続が完全になされ、これにより、製造の手間が最少となる。

更なる好適な実施形態において、制御回路基板はギヤリングハウジング内にてギヤリングハウジングカバーに固定され、これにより、制御に要求される電子機器もまたギヤハウジングカバーにて完全に一体化される。

電気的な構成部品の完全な一体化のために、電動モータへの電圧供給をなすコネクタもまたギヤリングハウジングカバーに形成されている。それ故、２つ以上のハウジング部品を介して電気的な接触が要求されることはない。このことは、アクチュエータの組み付けの手間を最少にし、接触不良を確実に阻止する。

従って、アクチュエータが必要最小限の組み込みスペースを有し、付け加えて、機械的及び電気的な両局面でみて簡単且つ経済的に組立可能となる、内燃機関の弁ユニットを駆動するアクチュエータが提供される。ここで、要求される構成部品の数は最少化され、そして、ギヤリングハウジングカバー及びギヤハウジング内の伝動装置の両方に対対してモータユニットのプレアセンブリが可能となる。

図には本発明のアクチュエータの一実施形態が示され、そして、排ガス再循環弁を駆動するのに適用した一例として以下に記述される。

本発明のアクチュエータを備えた排ガス再循環弁をそのギヤリングハウジングを一部破断した側面図である。 隣接する伝動装置を省略した本発明のアクチュエータの断面図である。 図２に示された本発明のアクチュエータのギヤハウジングカバーを電動モータ側から示した斜視図である。 図２に示された本発明のアクチュエータのギヤハウジングカバーを電動モータとは反対側から示した斜視図である。

図１に示された排ガス再循環弁は弁ユニット１０と、本発明に係るアクチュエータ１２とを備え、該アクチュエータ１２を介して弁ユニット１０が作動される。

弁ユニット１０は弁ハウジング１４を備え、アクチュエータ１２が作動されたとき、弁ハウジング１４内にて弁ロッドが並進的に移動される。弁ロッドは弁閉鎖部材１８を備え、該弁閉鎖部材１８は弁ロッドに固定されている。入口２０から出口２２の流路断面積を制御する目的で、弁ハウジング１４は弁座２４を備えて形成され、公知のように、弁閉鎖部材１８は弁座２４上に降下されるか、又は、弁座２４からリフト可能である。

アクチュエータ１２は電動モータ２６によって形成され、該電動モータ２６は伝動装置(gearing)２８に結合され、該伝動装置２８によって電動モータ２６の回転運動が伝動装置２８に結合された出力要素１６の並進運動に変換される。該出力要素１６はアクチュエータ１２のギヤリングハウジング３０内を延びており、該ギヤリングハウジング３０は弁ハウジング１４に固定され、その内部には伝動装置２８が配置されている。

ギヤリングハウジング３０は２ピース構成をなし、一方側にて開口し且つ弁ハウジング１４に固定された第１ギヤリングハウジング部分３２と、第１ギヤリングハウジング部分３２にシール３６を介在させてねじ込まれ、第１ギヤリングハウジング部分３２の開口側を閉じるギヤリングハウジングカバー３４とによって形成されている。

本発明によれば、ギヤリングハウジングカバー３４は複数の機能を果たす。この目的のため、図３に示されるようにギヤリングハウジングカバー３４は第１ギヤリングハウジング部分３２とは反対側にフランジ形状の凸部３８を備え、該凸部３８内に受け入れ開口４０が形成されている。フランジ形状の凸部３８はシール４４を介在させて電動モータ２６のポールチューブ(pole tube)４２を固定するのに役立ち、この結果、分離したモータハウジングを使用する必要が無く、電動モータ２６から熱の消散を明らかに改善する。電動モータ２６は、駆動ピニオン４８を固定した駆動軸４６がギヤリングハウジング３０のボア５０を通じて延びるべく配置され、前記ボア５０は受け入れ開口４０の中央に形成されている。

電動モータ２６は、ポールチューブ４２に固定されたステータ５２を有し、該ステータ５２は公知のように駆動軸４６に取り付けられたロータ５４と協働する。ロータ５４はその上に配置された巻線を有するが、該巻線は図示されていない。ロータ５４の巻線への給電の目的で、駆動軸４６には整流子５６が配置され、該整流子５６には複数のカーボンブラシ５８を介して電力が供給される。カーボンブラシ５８はブラシホルダ６０内にそれぞれ変位可能に配置されており、これらブラシホルダ６０はギヤリングハウジングカバー３４の受け入れ開口４０内で複数のねじ６２により固定されている。ブラシホルダ６０内のカーボンブラシ５８への径方向内向きの負荷は、ばね６４によって発生され、これらばね６４は対応する円筒状の突起６６の回りに巻き付けられている。これら突起６６は受け入れ開口４０内に形成されている。ばね６４の脚６８は凸部３８の壁及びカーボンブラシ５８で初荷重をそれぞれ受けている。カーボンブラシ５８の電気接続はワイヤ７０を介してもたらされ、これらワイヤ７０にはクランプ接点７４を介して電力が供給される。これらクランプ接点７４は電気ライン７４の端に形成されている。これら電気ライン７４は打ち抜きシートとして構成され、ギヤリングハウジングカバー３４の樹脂材料でオーバモールド(overmolded)され、つまり、樹脂材料で覆われることでギヤリングハウジングカバー３４に結合されている。クランプ接点７２は受け入れ開口４０内にて樹脂材料から延びている。従って、ギヤリングハウジングカバー３４はブラシプレート７６としても同時に役立つ。

電動モータ２６の一方の側はポールチューブ４２の端部にてポット型の受け部７８に支持され、受け部７８には平面型又はローラ型軸受８０が受け入れられている。そして、電動モータ２６の他方の側はボール軸受としての軸受８２を介して支持されている。軸受８２は受け部８４内に配置され、該受け部８４はギヤリングハウジングカバー３４の内面に備えられている。受け部８４はボア５０及び受け入れ開口４０と同心的に配置され、受け部８４は受け入れ開口４０から中間壁８６によって離れているに過ぎない。駆動軸４６を囲む軸受８２は中間壁８６に対して軸線方向に接触する。受け部８４における径方向境界壁８７は軸受８２を径方向に固定する。

軸線方向の振動に起因した電動モータ２６のロータ５４及び軸受８２の脱落を防止するため、軸受８２、即ち、ボール軸受のアウタレース８８はクランプ要素９０によって電動モータ２６の方向に予め付勢されている。この目的のため、クランプ要素９０はリング９２を含み、該リング９２の外周からは２つのアーム９４が軸線方向に延びている。リング９２がボール軸受８２のアウタレース８８に当接する一方、アーム９４はギヤリングハウジングカバー３４内の対応した形状の軸線方向孔９６を貫通して受け入れ開口４０内に延びている。ギヤリングハウジングカバー３４を越えて軸線方向に延びたアーム９４の端９８は受け入れ開口４０の軸線方向境界壁１００に対して内側に折り曲げられており、また、受け入れ開口４０にブラシホルダ６９が固定されている。軸受８０，８２間の軸線方向の距離やポット型の受け部７８及びクランプ要素９０のリング９２に対する軸受８２，８０の接触面積は、ポールチューブ４２が滑り込んで固定されたとき、軸受８０，８２が弾性的に緊張状態にされ、振動に対する不感性が得られるべく選択されている。

電動モータ２６の軸受８２のための軸受プレート及びブラシプレート７６としての機能の他に、ギヤリングハウジングカバー３４は複数の干渉抑制要素１０２の電気接続や固定を提供する付加的な機能をも果たす。図４から明らかなように、これら干渉抑制要素１０２は２つの干渉抑制絞り(chokes)及び３つの干渉抑制キャパシタ１０６によって形成され、これはギヤリングハウジング３０の内部に面したギヤリングハウジングカバー３４の内面にて、対応した形状のポケット１０８内に配置されている。電気接続の目的のため、打ち抜き板の形態の金属導体７４が更に配置され、これら金属導体７４はギヤリングハウジングカバー３４内にオーバモールドされているか、又は、ギヤリングハウジングカバー３４に固定されている。

付け加えて、金属導体７４はギヤリングハウジングカバー３４の内面に形成された別の受け入れポケット１０８内に突出し、そのポケット１０８内には制御回路基板１１０が配置されている。制御回路基板１１０には中でも、電動モータ２６を制御する複数の給電構成部品１１２が配置されている。制御回路基板１１０はコネクタ１１４に直接的に向かい合って配置され、そして、コネクタ１１４もまたギヤリングハウジングカバー３４に直接的に形成されている。コネクタ１１４からは複数の接点タブ１１６が突出し、これら接点タブ１１６は打ち抜き板として構成され、ギヤリングハウジング３０から電動モータ２６に向けて駆動軸４６と平行に延びている。従って、電気接続、即ち、組みをなすコネクタ部品の挿入は、電動モータ２６側から電動モータの延長方向と平行にしてなされる。

軸受プレート、ブラシプレート、干渉抑制電子機器の受け部及び制御回路基板としてのギヤリングハウジングカバー３４を使用することで、他に必要な構成部品の数が劇的に減少され、その組立が簡単になる。アクチュエータに必要となる組み込みスペースは公知のアクチュエータよりも大幅に小さくなる。それでも、振動に対する高い不感性が確保され、これにより、アクチュエータは長い寿命を有する。

上述の実施形態に対する種々の変形が独立請求項の保護範囲から逸脱することなく考えられることは明らかである。特に、電気構成部品の固定や接触は蒸着、オーバモールド、カプセル化又は形状嵌合の導体を使用する異なる方式でも可能である。例えば、ブラシホルダをギヤリングハウジングカバーと一体的に形成することも可能である。更に、フラップ駆動(flap drives)等への改良や適用もまた考えられる。

Claims (12)

1. 内燃機関の弁ユニットを駆動するアクチュエータにおいて、
   電動モータ（２６）と、
   前記電動モータ（２６）によって駆動され且つギヤリングハウジング（３０）を備えた伝動装置（２８）であって、該伝動装置（２８）が前記ギヤリングハウジング（３０）内に配置され、前記ギヤリングハウジング（３０）が第１ギヤリングハウジング部分（３２）を有し、前記ギヤリングハウジングから前記アクチュエータ（１２）の出力要素（１６）が延出する、伝動装置（２８）と
   を備え、
   前記ギヤリングハウジング（３０）は前記電動モータ（２６）が固定されるギヤリングハウジングカバー（３４）を有し、該ギヤリングハウジングカバー（３４）に前記電動モータ（２６）の軸受（８２）が軸線方向及び径方向に固定されていることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記軸受（８２）は、前記ギヤリングハウジングカバー（３４）に固定されたクランプ要素（９０）によって軸線方向に固定されている、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記軸受（８２）は、前記電動モータ（２６）の方向に前記クランプ要素（９０）によって軸線方向にばね付勢されている、請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記クランプ要素（９０）はリング（９２）を含み、該リング（９２）を通じて前記電動モータ（２６）の前記駆動軸（４６）が前記ギヤリングハウジング（３０）内に延び、前記リング（９２）から少なくとも２つのアーム（９４）が前記電動モータ（２６）に向け、前記ギヤリングハウジングカバー（３４）を軸線方向に貫通して延びている、請求項２又は３に記載のアクチュエータ。
5. 前記クランプ要素（９０）を軸線方向に固定するため、前記クランプ要素（９０）の前記アーム（９４）は前記電動モータ（２６）に面した前記ギヤリングハウジングカバー（３４）の面に向けて折り曲げられて前記ギヤリングハウジングカバー（３４）上に載置されている、請求項４に記載のアクチュエータ。
6. 前記ギヤリングハウジングカバー（３４）は受け部（８４）を備えて形成され、該受け部（８４）内に前記軸受（８２）が配置され、前記受け部（８４）の境界壁（８６，８７）が径方向及び前記電動モータ（２６）の方向の軸線方向に前記軸受（８２）を固定する、請求項１〜５の何れかに記載のアクチュエータ。
7. 前記ギヤリングハウジング（３０）を閉じる側とは反対の前記ギヤリングハウジングカバー（３４）の面は前記電動モータ（２６）のブラシプレート（７６）として役立つ、請求項１〜６の何れかに記載のアクチュエータ。
8. ブラシプレート（７６）として役立つ前記ギヤリングハウジングカバー（３４）の前記面には受け入れ開口（４０）が形成され、該受け入れ開口（４０）内に複数のばね（６４）及びブラシブリッジ（７６）におけるカーボンブラシ（５８）のブラシホルダ（６０）が取り付けられている、請求項７に記載のアクチュエータ。
9. 前記ギヤリングハウジング（３０）の内部に面した前記ギヤリングハウジングカバー（３４）の面には複数のポケット（１０８）が形成され、該ポケット（１０８）内に電動モータ（２６）の干渉抑制手段（１０２）が配置されている、請求項１〜８の何れかに記載のアクチュエータ。
10. 前記ギヤリングハウジングカバー（３４）内には複数の金属導体（７４）が配置され、これら金属導体（７４）を介して前記干渉抑制手段（１０２）が互いの間及び制御回路基板（１１０）に接続されている、請求項９に記載のアクチュエータ。
11. 前記制御回路基板（１１０）は、前記ギヤハウジング（３０）内にて前記ギヤリングハウジングカバー（３４）上に固定されている、請求項１０に記載のアクチュエータ。
12. 前記ギヤハウジングカバー（３４）には前記電動モータ（２６）に給電するためのコネクタ（１１４）が形成されている、請求項１〜１１の何れかに記載のアクチュエータ。

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