(57)【要約】【課題】スロットル軸回りのフリクションを増加させることなく、全開ストッパ部の摩耗を低減できる構造を有するモータ駆動方式の絞り弁制御装置の提供にある。【解決手段】  絞り弁機械的全開において、スロットルギア１３の全開ストッパ１３Ａとスロットルボディ６の全開ストッパ６ＺＡとが当接し、当接面する面１３Ｍ、６Ｍの法線は明らかに直行関係にない構造とする。    以上により、絞り弁機械的全開において、スロットルギア１３に、リターンスプリング１６の付勢力Ｆの軸方向３Ｚ成分のＦＺがスロットルシャフト３に作用し、スロットルシャフト３が軸方向３Ｚに付勢され、振動入力に対してシャフトの振れを抑制できる。これにより全開ストッパ部の摩耗を低減できる。【選択図】図３
2015113753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路構成する筐体と、絞り弁と、前記絞り弁を保持し吸気通路と直行する軸上で回転するシャフトと、前記シャフトを回転可能に支持し前記筐体に固定された軸受と、前記絞り弁を回転駆動するためのモータと、前記回転軸上で前記シャフトに固定され、前記モータの回転を前記シャフトに伝達するギアと、前記絞り弁を全開方向に付勢するばねを備えたモータ駆動式の絞り弁制御装置において、
前記筐体は前記ギアの回転を規制するストッパを備え、モータの駆動電源が遮断されているとき、前記ギアが前記ばねの付勢力によりが前記筐体のストッパに押し付けられるが、押し付けられ接触する前記ギアと前記筐体のストッパの当接面の法線ベクトルは前記シャフトの回転軸線と直行していないことを特徴とするモータ駆動式の絞り弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用のモータ駆動方式の絞り弁制御装置に係り、特に、ディーゼル機関用のモータ駆動方式の絞り弁制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関用のモータ駆動方式の絞り弁制御装置として、特許文献１に記載したものが知られている。絞り弁での内燃機関の吸入空気流量、あるいは、吸入負圧の制御を必要とされない運転モードにおいて、モータの駆動電源は遮断され、ばねの力により絞り弁が全開側に付勢され、吸気通路を備えた筐体(以下スロットルボディと呼ぶ)に備えられたストッパと、シャフトに固定されたギアが当接し全開位置規制される。本従来技術では、シャフトを回転可能に保持する軸受はニードルベアリングで、シャフトに設けたスリット部にＣ型ワッシャ（以下スラストリテーナと呼ぶ）を挿入し、ニードルベアリングとスロットルボディとでスラストリテーナを挟み固定することで、シャフトを軸方向規制している。このシャフトのスリット部の側面とスラストリテーナの側面は摺動してフリクションが発生するが、滑り抵抗を増加させないためと、また、スリット部へのスラストリテーナの組み付け性を考慮し、スリット部の溝幅は、Ｃ型ワッシャの板厚より大きく設定するので、シャフトは軸方向規制されるものの、微小なガタが存在する。
【０００３】
このため、モータの駆動電源を遮断し、スロットルボディのストッパにギアを当接し、全開規制している状態で、ばねの付勢力によって発生するストッパとギアの摩擦力を超えるシャフト軸方向の振動入力が加わると、ガタの存在によりシャフトが振動し、ストッパとギアの当接部がこすれて摩耗する。このガタの存在による振動入力時のシャフトの振動で、全開ストッパ部の接触部が摩耗するだけでなく、軸受がニードルベアリングの前記構造の場合、スラストリテーナとシャフトのスリット部の接触部、ニードルコロとシャフトの接触部がフレッティング摩耗する場合がある。特に、絞り弁開度が固定される機械的な全開点においては、接触部が固定されているため、局所的な摩耗が発生する。また、摩耗によって発生した摩耗が固定されて接触部に留まりやすく、発生した摩耗粉により、摩耗を加速させる場合がある。摩耗の加速は絞り弁制御装置の寿命低下を意味するが、それ以外の影響として、以下が考えられる。
【０００４】
機械的絞り弁全開点を基準にした絞り弁制御システムの場合、全開ストッパ接触部の摩耗により、基準開度が変化するので、制御システムの詳細にもよるが、絞り弁位置精度が悪化する。
【０００５】
スラストリテーナとシャフトのスリット部、ニードルコロとシャフトの接触部の摩耗による摺動抵抗の増加により、作動させるに必要なモータの電力が増加し、消費電力が増える、また、消費電力の増加により、モータの発熱し易くなる。モータの発熱が極度に大きいと、モータ寿命が低下する場合がある。
【０００６】
また、ロバストネスの低い制御ロジックの場合、摩耗によるフリクション増加で、制御性が悪化する。
等が考えられる。
【０００７】
このシャフトの振動を抑える方法としては、絞り弁を全開側に付勢するばねの圧縮反力利用し、シャフトに軸方向の与圧を与える方法があるが、絞り弁全閉近傍で、絞り弁とスロットルボディの吸気通路内壁面が接触摺動し、前記ばねの軸方向の与圧により前記接触摺動部の摩擦抵抗が増加、絞り弁および吸気通路壁の摩耗が摩耗するといった跳ね返りがある。前述したように摺動抵抗の増加は、消費電力を増加、あるいは、絞り弁の制御精度の悪化を招く。絞り弁および吸気通路壁が摩耗すると、絞り弁の吸入空気通路面積が変化し、空気流量、負圧の制御性の悪化を招く。
【０００８】
前述の絞り弁とスロットルボディの吸気通路内壁面の接触については、絞り弁と吸気通路壁の隙間を、スラストリテーナとシャフトのスリット部のガタより大きく設定すれば、絞り弁と吸気通路壁の摺動は回避できるが、絞り弁全閉漏れ量が増加し、絞り弁の要求流量特性が得られない可能性もある。また、前述したようにスラストリテーナの側面とスリット部の側面が摺動し、前記ばねの軸方向の与圧により前記接触摺動部の摩擦抵抗が増加かするといった跳ね返りがある。
【０００９】
前述したシャフトの軸方向ガタによる課題は、シャフトの軸受がニードルベアリングだけではなく、ボールベアリングの場合でも、ラジアル隙間を設定していると、同様な課題が発生する場合がある。なお、軸受がボールベアリングの場合、ボールベアリングの外輪をスロットルボディに固定し、ボールベアリングの内輪にシャフトを固定し、シャフト軸方向を規制する。ボールベアリングの場合には、シャフト軸方向の与圧による摺動抵抗の影響は小さいので、絞り弁を全開側に付勢するばねの圧縮反力利用しシャフト軸方向に与圧を与えるのが一般的であるが、シャフト回転方向に付勢するねじりばねであるため、シャフト軸方向に圧縮して得られる反力は、回転方向の付勢力に対して小さいので、シャフト軸方向の振動入力加速度が大きい環境においては、シャフトの軸方向の振れを抑えられない場合がある。
【００１０】
特に、排気量の大きい内燃機関の絞り弁制御装置の場合、大口径の吸気通路、吸気通路に対応した絞り弁を設定し、絞り弁およびシャフト質量も増すため、小口径の絞り弁制御装置に比べて、同振動入力加速度に対して、シャフトが振れやすくなる。
【００１１】
このように、振動負荷の大きい環境において、全開ストッパ部の摩耗の抑制とスロットル軸周りの低フリクションの確保が困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１２−２４７３２３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、スロットル軸回りのフリクションを増加させることなく、全開ストッパ部の摩耗を低減できる構造を有するモータ駆動方式の絞り弁制御装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的を達成するために、モータの駆動電源が切断されているとき、ばねによって絞り弁全開方向に付勢されるギアとスロットルボディに備えられたストッパとが当たる接触面の法線ベクトルと、スロットル回転軸が明らかに直行関係にない構造とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ばねの付勢力によってギアがストッパに押し当てられたとき、ばねの付勢力のベクトルと、ギアとストッパの接触面の法線ベクトルが、平行でないため、ばねの付勢力が、ギアとストッパの接触面方向とスロットル回転軸方向への分力が発生し、シャフト回転軸方向に付勢する力がシャフトに作用する。このシャフト回転方向に付勢する力は、ギアとストッパの接触面の法線方向を制御することで、振動入力によってシャフトがガタ付かないシャフト回転軸方向の付勢力を得ることができる。言いかえれば、振動入力が作用しても、シャフトのガタつきを抑えることができる。このシャフト回転軸方向の付勢力は、ギアがストッパに当接したときに発生し、モータを駆動して、ギアがストッパから離れれば、付勢力はゼロとなる。モータで絞り弁を制御しているときには付勢力は作用しないので、スロットル軸方向力によるスロットル軸のフリクションの増加ない。本発明により、スロットル軸回りのフリクションを増加させることなく、全開ストッパ部の摩耗を低減できる構造を有するモータ駆動方式の絞り弁制御装置の提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例における絞り弁装置の拡大断面図
【図２】図１の軸受部の拡大断面図
【図３】図１を用い本発明の効果を説明する図
【図４】ディーゼルエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁装置の断面図
【図５】ディーゼルエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁装置のギア収納室の平面図
【図６】ディーゼルエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁装置の外観矢視図
【図７】ディーゼルエンジン車に用いるモータ駆動式の絞り弁装置のギアカバーを外した矢視図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施毛の形態にかかかるモータ駆動式の絞り弁装置は、モータの駆動電源が切断されているとき、ばねによって絞り弁全開方向に付勢されるギアとスロットルボディに備えられたストッパとが当たる接触面の法線ベクトルと、スロットル回転軸が明らかに直行していない構造である。
【００１８】
本発明をモータ駆動式の絞り弁装置に適用した実施例１を図１〜図７を用いて説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施例における絞り弁装置の拡大断面図である。
【００２０】
スロットルシャフト３の軸受であるニードルベアリング９は筐体であるスロットルボディ６の軸受ボス部７に圧入固定されている。Ｃ型ワッシャであるスラストリテーナ１２がスロットルシャフト３のスリット３Ａに挿入され、スラストリテーナ１２の側面１２Ａをニードルベアリング９のシェル９Ａと軸受ボス部７の低側面７Ａとで挟はさみ、スラストリテーナ１２は固定されている。スロットルシャフト３には金属プレート１４と樹脂成形部１５で構成されるスロットルギア１３がナット１７で固定されている。スロットルギア１３には絞り弁全開側の回転規制する全開ストッパ１３Ａを備えている。スロットルボディには一体で構成される全開ストッパ６Ａを備えており、スロットルシャフト３が絞り弁全開方向に回転したとき、スロットルギア１３の全開ストッパ１３Ａと、スロットルボディ６の全開ストッパ６Ａが当接することで、絞り弁全開側の開度が機械的に規制される。軸受ボス７の外周部には、ターンスプリング１６が配置され、スロットルギア１３を絞り弁全開側回転方向に付勢している。図１の拡大断面図はスロットルギア１３の全開ストッパ１３Ａと、スロットルボディ６の全開ストッパ６Ａが当接している状態を示している。
【００２１】
図２は図１の軸受部の拡大断面図である。
【００２２】
スロットルシャフト３のスリット部３Ａの溝幅は、スラストリテーナ１２の厚みより、広く設定している。このため、スロットルシャフト３のスリット部３Ａの側面３Ｂとスラストリテーナ１２の側面１２Ａに隙間３Ｃが存在し、スロットルシャフトには、シャフト回転軸方向にわずかなガタが存在する。
【００２３】
このため、絞り弁制御装置にスロットルシャフト３の回転軸方向に大きな振動入力が作用すると、前記ガタによりスロットルシャフトが振動する。
【００２４】
図３は図１を用い本発明の効果を示すため図である。
【００２５】
符号３Ｚはスロットルシャフト３の回転軸である。
【００２６】
符号Ｆはリターンスプリング１６によってスロットルギア１３のストッパ１３Ａをスロットルボディのストッパ６Ｂに押し付ける付勢力で、回転軸３Ｚに対し直行方向の付勢力である。
【００２７】
スロットルギア１３の全開ストッパ１３Ａの側面３Ｍとスロットルボディ６の全開ストッパ６Ａの側面６Ｍは、絞り弁機械的全開状態において接触しており、側面３Ｍ、側面６Ｍはスロットルシャフト３の回転軸３Ｚに対して角度θ傾斜している。このため、付勢力Ｆは、ストッパ６Ａの側面６Ｍの法線方向の成分ＦＮと回転軸３Ｚ方向の成分ＦＺに分解され、付勢力Ｆにより、スロットルギア１３には回転軸３Ｚ方向の力ＦＺが作用する。
【００２８】
なお、付勢力Ｆの分解成分ＦＮ、ＦＺは以下の式で示せる。
ＦＮ＝Ｆ／ｃｏｓθ
ＦＺ＝Ｆ×ｔａｎθ
【００２９】
絞り弁機械的全開状態において、スロットルギア１３に付勢力Ｆの回転軸３Ｚ方向成分の力ＦＺが作用するので、スロットルシャフトのガタつきを抑えることができる。絞り弁制御状態においては、スロットルギア１３の全開ストッパ１３Ａとスロットルボディ６の全開ストッパ６Ａが当接していないので、ＦＺ成分の力は作用しないので、制御性への影響はない。
【００３０】
次に上記ストッパ構造をディーゼルエンジン用のモータ駆動式絞り弁制御装置に適用した例を図４〜図７を参照して具体的に説明する。
【００３１】
図４はその主要断面図であり、図５〜図７は詳細構造を説明するための図である。
【００３２】
以下モータ駆動式の絞り弁制御装置の構成について説明する。
【００３３】
アルミダイキャスト製の絞り弁組体であるスロットルボディ６には吸気通路１（以下ボアと呼ぶ）とモータ２０収納用のモータハウジング２０Ａが一緒に成型されている。
【００３４】
スロットルボディ６にはボア１の一つの直径線に沿って金属製の回転軸（以下スロットルシャフトと呼ぶ）３が配置されている。スロットルシャフト３の両端はニードルベアリング９，１０で回転支持されている。ニードルベアリング９，１０はスロットルボディ６に設けた軸受ボス部７，８に圧入固定されている。また、スロットルシャフト３上に設けたスリット部にＣ型ワッシャ（以下スラストリテーナと呼ぶ）１２を挿入後、ニードルベアリング９を圧入することで、スロットルシャフト３の軸方向の可動量を規制している。
【００３５】
かくしてスロットルシャフト３はスロットルボディ６に対して回転可能に支持されている。スロットルシャフト３には金属材製の円板で構成される絞り弁（以下絞り弁と呼ぶ）２がスロットルシャフト３に設けたスリットに差し込まれ、ねじ４，５でスロットルシャフト３に固定されている。
【００３６】
かくして、スロットルシャフト３が回転すると絞り弁２が回転し、結果的に吸気通路の断面積が変化してエンジンへの吸入空気流量が制御される。
【００３７】
モータハウジング２０Ａはスロットルシャフト３とほぼ並行に形成されており、ブラシ式直流モータで構成されるモータ２０がモータハウジング２０Ａ内に差込まれ、スロットルボディ６の側壁６Ａにモータ２０のブラケット２０Ｂのフランジ部をねじ２１でねじ止めすることで固定されている。また、モータ２０の端部にはウェーブワッシャ２５が配設されモータ２０を保持する。
【００３８】
軸受ボス部７，８の開口はニードルベアリング９，１０で封止されており、シャフトシール部を構成し、機密を保つよう構成されている。また、軸受ボス部８側の端部はキャップ１１で封止されており、スロットルシャフト３の端部およびニードルベアリング１０が露出することを防止している。
【００３９】
これにより、軸受部からの空気の漏れ、あるいは軸受の潤滑用のグリースが外気中や、後述するセンサ室に漏れ出すのを防止している。
【００４０】
モータ２０の回転軸端部には歯数の最も少ない金属製の出力ギア２２が固定されている。この出力ギア２２が設けられた側のスロットルボディ側面部にはスロットルシャフト３を回転駆動するための減速歯車機構やばね機構が纏めて配置されている。そして、これら機構部は、スロットルボディ６の側面部に固定される樹脂材製のカバー（以下ギアカバーと呼ぶ）２６で覆われている。そして、このギアカバー２６で覆われた、いわゆるギア収納室にインダクタンス式の非接触型回転角度検出装置（以下スロットルセンサと呼ぶ）が設けられ、スロットルシャフト３の回転角度、結果的には絞り弁２の開度が検出される。
【００４１】
ギアカバー２６側のスロットルシャフト３の端部にはスロットルギア１３が固定されている。スロットルギア１３は金属プレート１４と、この金属プレート１４に樹脂成形された樹脂材製ギア部１５とから構成されている。金属プレート１４の中心部にはカップ状の凹部を備えられ、凹部の開放側端部にギア成型用のフランジ部を有する。このフランジ部に樹脂成形によって樹脂材製ギア部１５がモールド成型されている。
【００４２】
金属プレート１４は凹部の中央に孔を有する。スロットルシャフト３の先端部の周囲にはねじ溝が刻まれている。金属プレート１４の凹部の孔にスロットルシャフト３の先端を差込み、ねじ部にナット１７を螺合することでスロットルシャフト３に金属プレート１４を固定する。かくして、金属プレート１４及び、そこに成形された樹脂材製ギア部１５はスロットルシャフト３と一体に回転する。
【００４３】
スロットルギア１３の背面とスロットルボディ６の側面との間に弦巻ばねで形成されたリターンスプリング１６が挟持されている。
【００４４】
リターンスプリング１６の片側は軸受ボス部７の周囲を取巻き、その先端がスロットルボディ６に形成された切欠きに係止され、端部は回転方向には回転できないように構成されている。他端は金属プレート１４のカップ状部を取巻き、その先端が金属プレート１４に形成された孔に係止され、こちらの端部も回転方向には回転できないように構成されている。
【００４５】
本実施例はディーゼルの絞り弁制御装置に関するため、絞り弁２のイニシャル位置、つまりモータ２０の電源が切断されているときに絞り弁２が初期位置として、与えられている開度位置は全開位置である。
【００４６】
このため、リターンスプリング１６はモータ２０が通電されていないとき絞り弁２が全開位置を維持するよう回転方向に予荷重が与えられている。
【００４７】
モータ２０の回転軸に取付けられた出力ギア２２とスロットルシャフト３に固定されたスロットルギア１３との間にはスロットルボディ６の側面に圧入固定された金属材製のギアシャフト２４に回転可能に支持された中間ギア２３が噛み合っている。中間ギア２３は出力ギア２２と噛み合う大径ギア２３Ａとスロットルギア１３と噛み合う小径ギア２３Ｂとから構成されている。両ギアは樹脂成形により一体に成型される。これらギア２２，２３Ａ，２３Ｂ，１５は２段の減速歯車機構を構成している。
【００４８】
かくして、モータ２０の回転はこの減速歯車機構を介してスロットルシャフト３に伝達される。
【００４９】
これら減速機構やばね機構は樹脂材製のギアカバー２６によって覆われている。ギアカバー２６の開口端側周縁にはシール部材３０を挿入する溝が形成されており、シール部材３０がこの溝に装着された状態で、ギアカバー２６をスロットルボディ６に被せると、シール部材３０がスロットルボディ６の側面に形成されているギア収納室の周囲のフレームの端面に密着してギア収納室内を外気から遮蔽する。この状態でギアカバー２６をスロットルボディ６に６個のクリップ２７で固定する。
【符号の説明】
【００５０】
１  ボア
２  絞り弁
３  スロットルシャフト
４，５，２１  ねじ
６  スロットルボディ
７，８  軸受ボス部
９，１０  ニールドベアリング
１１  キャップ
１２  スラストリテーナ
１３  スロットルギア
１４  金属プレート
１５  樹脂材製ギア部
１６  リターンスプリング
１７  ナット
１８  ロータ
２０  モータ
２２  出力ギア
２３  中間ギア
２４  ギアシャフト
２５  ウェーブワッシャ
２６  ギアカバー
２７  クリップ
２８  スロットルセンサセンサ
【図１】
2015113753.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015113753.tif 000005
【図４】
2015113753.tif 000006
【図５】
2015113753.tif 000007
【図６】
2015113753.tif 000008
【図７】
2015113753.tif 000009