JP4774059B2 - 電気的排気ガス再循環弁 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００５年２月１日に提出された米国仮出願第６０／６４８，８２９号に対する優先権を主張するものである。

本発明は、一般に、電気的排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁及びアクチュエータに関するものである。本発明は、特にＥＧＲ弁及び多種多様な弁に適合する単一アクチュエータを利用するアクチュエータと、ＥＧＲ弁及びアクチュエータの組み立て方法とに関する。

電気的排気ガス再循環弁は、ソレノイドを利用して、エンジン吸気装置への排気ガスの流入を制御する弁に動力を供給する。ソレノイドの一般的な働きは既知のところであり、発生磁界に応答したアーマチュアの比例動作を含んでいる。磁界は、コイルにより発生し、上部及び下部ステータによって導かれて、アーマチュアを動かす所望の磁力を供給する。アーマチュアの動作は、コイルに供給される電流に関連しているので、所定の電流を加えると、アーマチュアの所期の動作が生じ、この結果、更に弁が所望の量だけ開く。このため、ある特定用途のために製造した各ソレノイドは、ある特定の電流入力に関し、定義された、期待される方法で機能するのが望ましい。こうした部品間における一貫性のため、許容差の厳しい高価な部品が必要になる場合が多い。

コスト削減が全ての自動車部品供給業者及び製造業者の永続的目標であるため、高価な部品の利用は、弁アセンブリ全体のコストを増大する不都合がある。更に、コスト削減の要望に加えて、性能要件も更に要求が厳しくなる。

従って、製造の容易な部品及び方法を利用し、同時に、所望の性能の制御精度及び持続性を保つ、ＥＧＲ弁及びアクチュエータを開発することが望まれている。

本発明による排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁の一例には、単一のアクチュエータを様々な弁アセンブリに利用できるように、弁アセンブリに取付け可能なアクチュエータが含まれている。アクチュエータは、較正プラグを介して弁アセンブリに連結される。較正プラグは、所望の弁素子位置に対するアクチュエータのアーマチュア位置の較正を可能にする。

この弁アセンブリは、第１の内腔と第２の内腔を形成する弁ハウジングを含む。吸気口及び排気口が第２の内腔と通じ、排気ガスの通路を形成している。第２の内腔を通る排気ガス流が、ピントルによって計量される。ピントルは、第２の内腔内において軸受によって案内され、打抜き加工によって製作された弁座を密封する。

このピントルは、軸受を通り第１の内腔に入り込む第２の端部で、較正プラグに取付けられている。弁ハウジングは、アクチュエータを固定する取付け面を含む、上部嵌め合い部分を含んでいる。弁アセンブリは、上部嵌め合い部分が標準構造として保たれ、他方弁ハウジングの他の領域は特定用途向け嵌め合い要件に適合するよう修正されるので、アクチュエータの再設計なしに、特定用途向け要件に備えるよう修正できる。

アクチュエータ及びハウジングセンブリには、製作公差に適応し、弁性能を調整する２つの可調整機能を含んでいる。第１に軸とアーマチュアとの間の接合面であり、第２にピントルと較正プラグとの間の圧入である。これら調整機能は、両方共、調整及び較正を施し、アクチュエータの動作を弁アセンブリの所望の動作に合わせる。軸に取付けたアーマチュア及び較正プラグにより生ずる嵌め合い及び較正機能により、多種多様な弁ハウジング構造にアクチュエータが利用可能となる。

本発明の以上の特徴及びその他の特徴を、以下の説明と図面から明らかにする。

図１を参照すると、排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁１０は、単一設計のアクチュエータを様々な弁アセンブリに利用可能とすべく、弁アセンブリ１４に取付け可能なアクチュエータ１２を含んでいる。アクチュエータ１２は、較正プラグ３６との接合面を介してピントル３０の動作を制御する。較正プラグ３６は、アクチュエータ１２内におけるピントル３０とアーマチュア軸５８との相対位置を較正する。較正プラグ３６は、ピントル３０の内腔３３内の所望の深さまで押し込まれる。アーマチュア軸５８が、較正プラグ３６のドーム３１に接触して、ピントル３０の位置を制御する。

この弁アセンブリ１４は、第１の内腔２０と第２の内腔２２を形成する弁ハウジング１６を含む。吸気口２４と排気口２６が第２の内腔２２に通じていて、排気ガスの通路を形成している。第２の内腔２２を通る排気ガス流は、ピントル３０により計量される。ピントル３０は、第２の内腔２２内で軸受３４により案内される。軸受３４は、材料費を削減すべく、薄壁を含んでいる。

ピントル３０は、弁座２８を密封するシーリングヘッド３２を含む。弁座２８は、打抜き加工で製作され、ピントル３０のシーリングヘッド３２と協働する開口部を含む。

このピントル３０は、較正プラグ３６に取付けられており、軸受３４を経て第１の内腔２０に入り込む。較正プラグ３６は、バネ保持体３８に取付けられている。バネ保持体３８は、バネ４０を保持する機構を含む打抜き加工部品である。バネ４０は、弁座２８に対してピントル３０を通常の閉位置に保持する。バネ保持体３８には、バネ４０の端部を受けて保持するための周辺圧痕機構を含む。

弁ハウジング１６は、全体を９５で示す上部嵌め合い部分を含んでいる。この上部嵌め合い部分９５は、アクチュエータ１２が固定される取付け表面２５と、較正プラグ３６、バネ４０及びバネ保持体３８を含む第１の内腔２０を含む。弁アセンブリ１４は、アクチュエータ１２の再設計を必要とせずに、特定用途向け要件に備えるように修正できる。上部嵌め合い部分９５は、標準的構造に保ち、他方弁ハウジング１６の他の領域は、特定用途向け嵌め合い要件に備えるように修正する。

弁ハウジング１６は、第２の内腔２２の下方端を密封するためのエンドプラグ４２を含む。エンドプラグ４２は、外側にバイアスを加えられ、弁ハウジング１６の内部表面に押し付けられるバネタブ機構を含んでいる。エンドプラグ４２の外側へのバイアスにより、弁ハウジング１６内にエンドプラグ４２を保持するのに望ましい保持力が生ずる。

アクチュエータ１２は、内腔６６を形成するコイルアセンブリ５０を含んでいる。上部ステータ６８と下部ステータ７４が、内腔６６内に延び、部分的に所望の磁気回路を形成する。上部ステータ６８は、下部ステータ７４から間隔をあけて配置され、所望の空隙を形成している。この空隙により、コイルアセンブリ５０に対する電流の供給に応じた、内腔６６内でのアーマチュア５６の動作が可能になる。

コイルアセンブリ５０は、コイルアセンブリ５０からコネクタポケット５４内に入り込む端子５２を含んでいる。コネクタポケット５４によって、既知のコントローラ（不図示）と電気的に通じるようになる。

アーマチュア５６は、軸５８に支持されている。更に、軸５８は、上部ブッシュ６２及び下部ブッシュ６４によって案内される。上部ブッシュ６２は、上部ステータ６８の内腔部７０に圧入される。下部ブッシュ６４は、外部ブッシュ６５に圧入され、外部ブッシュ６５は、同様に、下部ステータ７４の内腔部７６に圧入される。アーマチュア５６は、軸５８に支持されているので、コイルアセンブリ５０の内腔６６は支持面ではない。更に、上部ステータ６８の内腔７０及び下部ステータ７４の内腔７６は、軸５８の支持面ではない。アーマチュア５６は、軸５８に支持されているので、非磁性スリーブによってコイルアセンブリ５０内においてアーマチュア５６の滑り運動を支援する必要がなくなる。

アーマチュア５６は、更に、所望の磁束特性をもたらす機構を含むフラックスエンド６０を含んでいる。アーマチュア５６が、下部ステータ７４の磁束特性を調整するのに望ましい機構を含むので、下部ステータ７４の構成の大幅な単純化が可能である。

下部ステータ７４は、弁ハウジング１６の取付け面２５と協働して、アクチュエータ１２を弁アセンブリ１４に取付ける取付け板７８も含んでいる。取付け板７８は、弁ハウジング１６と係合する締め金具８０用の開口部を含む。アクチュエータ１２及び弁ハウジング１６の最上部９５は、アクチュエータ１２を多種多様な弁ハウジング構造に利用できるように、可能性のある多くの弁構造に共通している。

引き続き図１を参照しながら、図２を参照すると、較正プラグ３６によってアクチュエータ１２と弁アセンブリ１４との接合面が生ずる。軸５８は、較正プラグ３６のドーム３１に接触し、ピントル内腔３３は、ステム３５を受ける。ピントル３０のピントル内腔３３内へのステム３５の嵌め込みは、溶接３７または他の永久固定方法を実施できる迄、所望の位置を保持するための軽い圧入である。最初に、較正プラグ３６をピントル３０内に所望の深さ３９迄圧入する。深さ３９は、アクチュエータ１２に所望の較正を施すべく調整する。軸５８は、較正プラグ３６のドーム３１に接触するが、取付けてはいない。バネ４０によって、軸５８とドーム３１のバイアス接触を保持する。

引き続き図１と２を参照しつつ図３を見ると、アクチュエータ１２は、軸５８の端部とアーマチュア５６との間の長さ５９を調整することで別個に較正される。従って、アクチュエータ１２の動作を、長さ５９の調整によって、様々な磁力要件に備えるように調整できる。更に、弁アセンブリ１４は、深さ３９を調整し、弁の動作を所望の条件に合わせることで較正できる。複合調整により、特定用途向け要件を満たすことが可能なアクチュエータ１２及び弁アセンブリ１４の動作が可能になる。

図３〜５は、アクチュエータ１２を分解図で例示する。アクチュエータ１２の組み立ては、ストラップシェル８２に上部ステータ６８を圧入することから始まる。ストラップシェル８２は、打抜き加工部品であり、上部ステータ６８を圧入する開口部８５を含む。開口部８５は、ストラップシェル８２と上部ステータ６８との間の磁気接触を保つコンプライアント機構８３を含んでいる。上部ステータ６８は、同様に打抜き加工部品であり、内腔７０を含んでいる。一旦上部ステータ６８をストラップシェル８２に圧入すると、上部ステータ６８がコイルアセンブリ５０の内腔６６内に延びるように、コイル５０をスライドさせて、上部ステータ６８に嵌められる。

図４と５を参照すると、ストラップシェル８２は、ほぼＵ字形をなすように曲げたフィンガ８６を含む。ストラップシェル８２のフィンガ８６は、コイルアセンブリ５０の周りでほぼ円筒形状をなしている。フィンガ８６は、これを曲げ部９６に沿って９０°曲げると八角形の一部を形成する、２つの４５°の曲げ部８９を含んでいる。従って、ストラップシェル８２は、同様に２つの折り曲げフィンガ８６を曲げ部８９に沿って折り曲げることで、全体で八角形を形成する。

フィンガ８６を２つの４５°の曲げ部８９に沿って折り曲げると、３区域が生じる。２つの外側の区域は、ストラップシェル８２の上部近くにタブ８７を含む。フィンガ８６を曲げ部９６に沿って折り曲げると、タブ８７は上部区域のスロット９４に入り込む。曲げ部８９によって形成される３つの区域は、各々、下部ステータ７４のスロット７５内に収容されるタブ８４を含んでいる。

再度図３を参照すると、下部ステータ７４がコイルアセンブリ５０に挿入され、タブ８４がスロット７５を貫通する。次に、タブ８４は、下部ステータ７４をストラップシェル８２にそして更にコイルアセンブリ５０の周りに固定すべく、折り曲げられる。一旦下部ステータ７４がストラップシェル８２に固定されると、センサアセンブリ９０がコイルアセンブリ５０に組み付けられる。センサアセンブリ９０は、コネクタポケット５４を形成するハウジング５５を含んでいる。コネクタポケット５４は、コイル５０の端子５２のための開口部を含み、更にコネクタポケット５４は、センサアセンブリ９０からの端子５１も含んでいる。センサアセンブリ９０は、コイルアセンブリ５０内における軸５８の、従って、アーマチュア５６の線形位置の測定及び監視を可能にする。

センサアセンブリ９０を取付けた後、アセンブリ全体に、硬化可能な混合物により外被を形成する。硬化可能な混合物は、アクチュエータアセンブリの諸部分を封止して、アクチュエータの動作環境から部品を保護する。更に、外被によって、センサアセンブリ９０をアクチュエータ１２に固定する。外被形成プロセス中、公差の緩やかな部品を、幾つかの機構によってモールド内で厳格に整合のとれた状態に保つ。各接合面に、遭遇する成形圧力に対応し、同時に、所望の磁束特性をもたらすのに必要な関係を維持するためのコンプライアンスが、各種部品に生じる。硬化可能材料によって、特殊なコーティング又はシールを用いることなく、構成要素に有効なバリヤを施す。

アセンブリの外被を形成した後、上部及び下部ブッシュ６２、６４を取付ける。上部及び下部ブッシュ６２、６４に、軸５８の移動に対する摩擦を減らすため、ポリテトラフルオロエチレンのライニングを施す。ポリテトラフルオロエチレンでライニングしたブッシュ６２、６４は、更に、コイルアセンブリ５０内の軸５８、従って、アーマチュア５６の整合を可能にする。アーマチュア５６と軸５８を内腔６６に挿入した後、まず下部ブッシュ６４を外部ブッシュ６５に組み付け、次に、外部ブッシュ６５を、下部ステータ７４の内腔部分７６に圧入する。

軸に取付けたアーマチュア５６によって、内腔６６内の低摩擦コーティング又は非磁性スリーブは不要となる。軸５８の端部に対するアーマチュア５６の距離５９を、所望の磁気特性が得られるように決定する。内腔６６内にアーマチュア５６を組み付けた後、下部ブッシュ６４を内腔７６に圧入する。アクチュエータ１２は、ほぼ完成し、弁ハウジング１６への取付け準備が整う。アクチュエータ１２は、高振動条件下で、所望のアーマチュア位置を保持するための追加バネ６７も含んでいる。追加バネ６７は、アーマチュアと上部ステータ６８の間、又は所望の振動減衰性能をもたらすべく決定した他の位置に配置できる。更に、標準バネ６７の概略を例示しているが、例えば皿バネワッシャ等の、他の既知のバイアス部材も使用できる。

図６及び７は、弁アセンブリ１４を分解図で示す。弁ハウジング１６は、アクチュエータ１２の嵌め合い面を形成する共通の上部９５を含んでいる。弁アセンブリ１４は、内腔２０と２２の間の内腔２３に軸受３４を圧入することで組み立てられる。軸受３４は、ピントル３０を案内し、材料を減らすため、比較的薄い壁を含む。軸受３４は、所望の耐久特性と共に、ピントルの移動に対する所望の低摩擦抵抗をもたらすように決定した材料で製作する。軸受３４の費用は、一般に、材料の体積又は重量により決まる故、小さな又は壁の薄い軸受３４は、利用する材料の総量の減少に伴い費用を削減する。

次に、弁座２８を弁ハウジング１６に圧入する。弁座２８は、ピントルヘッド３２のための開口部を含む、打抜き加工部品である。弁座２８を圧入し、次に、所望の位置を保持し、移動を阻止すべく、かしめ付ける。

軸受３４及び弁座を弁ハウジング１６に組み付けると、ピントル３０が弁ハウジング１６に挿入され、較正プラグ３６がピントル３０に取付けられる（図２）。ステム３５を、ピントル内腔３３内に収容し、適切な公差の部品により施される軽い圧入によって保持する。軽い圧入によって、溶接３７等のより永久的な取付け及び固定方法に先立つ、所望の嵌め合い及び保持が可能となる。

較正プラグ３６は、バネ保持体３８に形成されたキースロット４６にはまる周辺グルーブ４８を含んでいる。バネ保持体３８は、バネ４０の端部を保持する周辺圧痕を含む打ち抜き加工部品である。周辺グルーブ４８は、キースロット４６に収まって、較正プラグ３６をバネ保持体３８に接続する。バネ保持体３８は、較正プラグ３６が載っている戻り止め４５によって所定位置に保持される。バネ４０は、ピントル３０にバイアス力を加えるため、バネ保持体３８と弁ハウジング１６の間に組み付けられている。

ハウジング１６において、排気口２６は片側に配置されており、従って、エンドプラグ４２は、弁ハウジング１６の端部に挿入されている。エンドプラグ４２は、弁ハウジング１６の内表面に対し外向きの力を加えるように構成した打ち抜き加工部品である。外側への力によって、エンドプラグ４２が所定位置に保持され、エンドプラグ４２を弁ハウジング１６に固定する二次動作が不要となる。次に、アクチュエータ１２を、軸５８が較正プラグ３６のドーム３１に接するように、弁ハウジング１６に取付ける。

アクチュエータ１２及び弁アセンブリ１４は、製造公差に適応し、それを考慮に入れた２つの可調整機能を含んでいる。即ち、ピントル３０へのステム３５の圧入と、軸５８へのアーマチュア５６の圧入である。２つの調整機能により、弁アセンブリ１４のアクチュエータ１２の動作を適応させるため、調整及び較正を施す。軸に取付けたアーマチュア５６によって、所望の電流入力に関連した所望の出力を維持すべく、アクチュエータ１２の磁気特性を適応させ、調整する。軸５８と較正プラグ３６との突合せ接合面により、多種多様な弁ハウジング構造を備えたアクチュエータ１２の利用が可能になる。

図８と９は、異なる下方機構を含む、弁ハウジング代替例９６、９８を示す。各弁ハウジング９６、９８は、アクチュエータ１２に対応する、共通の最上部９５及び取付け面２５を含んでいる。従って、多種多様な弁ハウジング構造に対応すべく、アクチュエータ１２を利用し、調整を加えて、多種多様な用途のための共通部品を得ることができる。

本発明の望ましい実施形態について開示してきたが、当該技術の通常の技術者には、幾つかの修正が本発明の範囲内に入ることが明らかであろう。そのため、付属の請求の範囲を検討することによって、本発明の真の範囲及び内容を判断するのが望ましい。

本発明によるＥＧＲ弁及びアクチュエータの断面図である。 アクチュエータと弁との接合面の断面図である。 アクチュエータの分解図である。 アクチュエータのストラップシェルに関する打抜き加工例の平面図である。 完成したストラップシェル例の平面図である。 弁例の分解図である。 バネ保持体例の平面図である。 本発明によるもう１つの弁ハウジングの断面図である。 本発明によるもう１つの弁ハウジングの断面図である。

符号の説明

１０ ＥＧＲ弁、 １２ アクチュエータ、１４ 弁アセンブリ、１６ 弁ハウジング、２０、２２ 弁ハウジングの内腔、２４ 吸気口、２５ 取付け表面、２６ 排気口、２８ 弁座、３０ ピントル、３１ ドーム、３２ シーリングヘッド、３３ ピントル内腔、３４ 軸受、３５ ステム、３６ 較正プラグ、３８ バネ保持体、４０ バネ、４２ エンドプラグ、５０ コイルアセンブリ、５４ コネクタポケット、５６ アーマチュア、５８ 軸、６２ 上部ブッシュ、６４ 下部ブッシュ、６６ コイルアセンブリ内腔、６７ 追加バネ、６８ 上部ステータ、７０ 上部ステータ内腔、７４ 下部ステータ、７５ スロット、７６ 下部ステータ内腔、８０ 締め金具、８２ ストラップシェル、８３ コンプライアント機構、８４ タブ、８５ ストラップシェル開口部、８６ フィンガ、８７ タブ、８９ 曲げ部、９０ センサアセンブリ、９５ 上部嵌め合い部分、９６、９８ 弁ハウジング

Claims (7)

1. 排気ガス再循環装置を組み立てる方法であって、
   ａ）弁ハウジングを通るガス流路を形成する工程、
   ｂ）前記弁ハウジング内に弁素子を支持する工程、
   ｃ）前記弁ハウジングにアクチュエータを取付ける工程および
   ｄ）前記アクチュエータの動作によって前記弁素子の動作を較正するのに望ましい関連配向をなすように、前記弁素子に対して前記アクチュエータのアーマチュアを位置決めする工程を含み、
   アーマチュアを位置決めする工程において、
   弁素子の内膣内に較正プラグのステムを圧入して位置決めした状態で較正を実行した後、
   ステムを弁素子に永久的に固定する
   ことを特徴とする方法。
2. 前記較正プラグにバネ保持体を組み付ける工程と、バネを組み付けて、所望の位置に向けて前記弁素子にバイアスを加える工程を更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記アクチュエータ内に配置された軸に前記アーマチュアを組み付ける工程と、前記軸上において前記アーマチュアを位置決めし、前記アーマチュアの所望の磁気特性が得られるようにする工程を更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記アクチュエータ内にセンサを組み付けて、前記アーマチュアの位置を測定する工程を更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
5. アクチュエータを製作する工程に、上部ステータ及び下部ステータをコイルアセンブリに挿入して、前記コイルアセンブリに磁束ストラップを巻きつけ、磁気回路を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記コイルアセンブリに前記磁束ストラップを巻きつける工程に、前記コイルアセンブリまわりの第１の表面から第２の表面まで、第１及び第２のストラップを曲げる工程と、
   前記第１及び第２のストラップの各々に配置されたタブを前記第２の表面の上に曲げる工程を含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記アクチュエータに外被を施す工程を含むことを特徴とする請求項６記載の方法。

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