(57)【要約】【課題】大きな変速比と、これに相俟った、作動軸における大きなトルクとが、少ない伝動装置段で実現されるようにする。【解決手段】各歯車３６；３７が、同じピッチ円直径を備えた、歯ずれを伴って軸方向に相並んで配置された少なくとも２つの歯列４３，４４；４７，４８を有しており、それぞれ第１の歯車３６に設けられた歯列４３，４４の１つが、第２の歯車３７に設けられた歯列４７，４８の１つに噛み合っているようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動機構、特に内燃機関の、ガス状の媒体を案内する通路に配置されたスロットルボディ（２３）に用いられる作動器であって、電動式の作動モータ（３２）と、作動機構を調節する作動軸（３４）と、作動モータ（３２）と作動軸（３４）との間に配置された伝動装置（３３）とが設けられており、該伝動装置（３３）が、作動モータ（３２）によって駆動可能な第１の歯車（３６）と、該第１の歯車（３６）に噛み合う第２の歯車（３７）とを備えた伝動装置入力段（３５）を有している形式のものにおいて、各歯車（３６；３７）が、同じピッチ円直径を備えた、歯ずれを伴って軸方向に相並んで配置された少なくとも２つの歯列（４３，４４；４７，４８）を有しており、それぞれ第１の歯車（３６）に設けられた歯列（４３，４４）の１つが、第２の歯車（３７）に設けられた歯列（４７，４８）の１つに噛み合っていることを特徴とする、作動機構に用いられる作動器。
【請求項２】
各歯車（３６，３７）にそれぞれ設けられた歯列（４３，４４；４７，４８）が、同じ歯数を有している、請求項１記載の作動器。
【請求項３】
各歯車（３６；３７）に設けられた隣り合った歯列（４３，４４；４７，４８）の間の歯ずれが、歯列（４３，４４；４７，４８）の、相並んで配置された該歯列（４３，４４；４７，４８）の個数によって除法された歯ピッチに等しい、請求項２記載の作動器。
【請求項４】
両歯車（３６，３７）に設けられた歯列（４３，４４；４７，４８）の個数が、それぞれ２個であり、各歯車（３６，３７）に設けられた２つの歯列（４３，４４；４７，４８）の間の歯ずれが、歯ピッチの半分である、請求項３記載の作動器。
【請求項５】
第１の歯車（３６）に設けられた各歯列（４３，４４）の歯数が５個であり、第２の歯車（３７）に設けられた各歯列（４７，４８）の歯数が５２個である、請求項４記載の作動器。
【請求項６】
第１の歯車（３６）と第２の歯車（３７）とが、すぐ歯平歯車として形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の作動器。
【請求項７】
多重に歯列付けられた第１の歯車（３６）が、金属から製作されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の作動器。
【請求項８】
多重に歯列付けられた第２の歯車（３７）が、プラスチック、有利にはポリマから成っている、請求項１から７までのいずれか１項記載の作動器。
【請求項９】
伝動装置（３３）が、駆動部材（３９）と被駆動部材（４０）とを備えた非線形の伝動装置出力段（３８）を有しており、駆動部材（３９）と被駆動部材（４０）とが、互いに噛み合う外側歯列を有しており、該外側歯列のピッチ曲線半径が、回動範囲にわたって相補的に変化するようになっている、請求項１から８までのいずれか１項記載の作動器。
【請求項１０】
伝動装置出力段（３８）の駆動部材（３９）が、伝動装置入力段（３５）の第２の歯車（３７）に相対回動不能に結合されている、請求項９記載の作動器。
【請求項１１】
第２の歯車（３７）と駆動部材（３９）との間の相対回動不能な結合部が、スリップクラッチ（４２）を介して形成されている、請求項１０記載の作動器。
【請求項１２】
第２の歯車（３７）と駆動部材（３９）とが、互いに向かい合った平らな端面を介して、有利には平らな載着フランジ（４９）を介在して互いに軸方向に緊締されている、請求項１１記載の作動器。
【請求項１３】
第２の歯車（３７）が、駆動部材（３９）に軸方向で一体成形されたボス（５０）に相対回動可能に装着されており、軸方向の緊締部が、皿ばね（５１）によって形成されており、該皿ばね（５１）が、一方でボス（５０）に係止されていて、他方で第２の歯車（３７）の、駆動部材（３９）と反対の側の端面に支持されている、請求項１２記載の作動器。
【請求項１４】
ボス（５０）が、第２の歯車（３７）を越えて突出した端部側の成形区分（５０１）を有しており、皿ばね（５１）が、中央の切欠き（５１１）を有しており、該切欠き（５１１）が、成形区分（５０１）に係止するための、切欠き（５１１）内に突出した半径方向爪（５１２）を備えている、請求項１３記載の作動器。
【請求項１５】
当該作動器が、自動車に用いられる内燃機関の排ガスターボチャージャ（１０）で、内燃機関の排ガスによって駆動されるタービン（１１）の出力調整のために使用されるようになっている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の作動器。
【請求項１６】
作動機構が、バイパスバルブ（２４）であり、該バイパスバルブ（２４）が、タービン（１１）のタービンハウジング（１４）内で、タービンホイール（１５）を迂回するバイパス（２２）を制御するようになっていて、レバー機構（２５）を介して作動軸（３４）に連結されている、請求項１５記載の作動器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動機構、特に内燃機関の、ガス状の媒体を案内する通路に配置されたスロットルボディに用いられる作動器であって、電動式の作動モータと、作動機構を調節する作動軸と、作動モータと作動軸との間に配置された伝動装置とが設けられており、該伝動装置が、作動モータによって駆動可能な第１の歯車と、該第１の歯車に噛み合う第２の歯車とを備えた伝動装置入力段を有している形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
スロットルボディに用いられる公知の電気的な作動器（ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２４５１９３号明細書参照）は、スロットルボディと一緒に作動ユニット内に組み込まれている。この作動ユニットは作動器ハウジングを有している。この作動器ハウジングは、自動車の内燃機関に関連した使用に応じて、スロットルバルブ管片または排ガス再循環弁と呼ばれる。このスロットルバルブ管片または排ガス再循環弁を通って通路が延びている。この通路内には、たとえば新鮮な流入空気または燃料／空気混合物または排ガスまたは排ガスの一部が内燃機関に向かって流れるかまたは内燃機関から離れる方向に流れる。作動器は電動式の作動モータを有している。この作動モータは、非線形の伝動装置出力段を備えた二段式の伝動装置を介して、スロットルボディを支持する作動軸を駆動する。伝動装置入力段は、作動モータの被駆動軸に相対回動不能に装着されたモータピニオンと、このモータピニオンに噛み合う中間歯車とから成っている。この中間歯車は、ハウジング内に位置固定された伝動装置軸に相対回動可能に装着されている。非線形の伝動装置出力段は、駆動セグメントと、この駆動セグメントに噛み合う被駆動セグメントとを有している。駆動セグメントは伝動装置軸に装着されていて、伝動装置入力段の被駆動歯車に相対回動不能に結合されている。被駆動セグメントは作動軸に相対回動不能に装着されている。この作動軸は作動器ハウジング内に回動支承されている。非線形の伝動装置出力段の両セグメントは、ピッチ曲線を介して互いに噛み合っている。このピッチ曲線のピッチ曲線半径は回動角にわたって常に変化する。この場合、ピッチ曲線半径は、両セグメントの回動時に相補的に変化するように形成されている。非線形の伝動装置出力段によって、調節ストロークにわたって作動モータとスロットルボディとの間で伝動装置変速比が変化する。これによって、スロットルボディの規定された回動位置に必要となる一層高いトルクが比較的出力弱の作動モータによって提供されるという利点が得られる。さらに、規定された調節ストローク範囲内でそれぞれ異なる作動速度をスロットルボディに得ることができる。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２４５１９３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の、作動機構に用いられる作動器を改良して、大きな変速比と、これに相俟った、作動軸における大きなトルクとが、少ない伝動装置段で実現されるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題を解決するために本発明の構成では、各歯車が、同じピッチ円直径を備えた、歯ずれを伴って軸方向に相並んで配置された少なくとも２つの歯列を有しており、それぞれ第１の歯車に設けられた歯列の１つが、第２の歯車に設けられた歯列の１つに噛み合っているようにした。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１の特徴を備えた本発明による作動器は、軸方向に相並んで位置する平行な複数の歯平面に配置された歯列を備えた第１および第２の歯車の多重歯列によって、高いトルクが伝動装置入力段に発生させられる大きな変速比を実現することができるという利点を有している。駆動力は平行な歯列に配分される。この場合、歯列の間の歯ずれによって、歯の、少ない摩耗と大きな作動円滑性とを伴う均一な回転伝達を生ぜしめる拡張された重なりが達成される。第１の歯車の駆動のためには、伝動装置出力段に向けられた大きな変速比にもかかわらず、僅かに出力強のただ１つの小さな電動モータしか必要とならない。このことは、製造コストおよび組付け容積に有利に影響を与える。本発明の有利な構成によれば、伝動装置出力段が非線形に形成されると、有利な変速比レンジが達成され、出力弱の電動モータによって、許容可能な作動時間が全作動範囲にわたって得られる。この場合、非線形の伝動装置出力段は、第２の歯車によって送出される高いトルクが作動機構の調節のために不要となる作動範囲内で、高められた作動速度が発生させられるように設計されている。
【０００６】
本発明による伝動装置は自縛手段を有しておらず、これによって、たとえば戻しばねとして形成された戻し装置により簡単にフェールセーフ機能を実現することができる。ストッパに向かって走行する作動機構あるいはスロットルボディでは、高められた保持力がシール座に得られる。
【０００７】
別の請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した作動器の有利な構成および改良形が可能となる。
【０００８】
本発明の有利な構成によれば、トルク伝達式の結合部が、伝動装置入力段の第２の歯車と、伝動装置出力段の駆動部材との間にスリップクラッチを介して形成されている。このことは、閉鎖位置でのシール性の理由から要求される、閉鎖位置を規定するストッパに作動機構を衝突させる高いトルクが十分に減衰され、これによって、長期にわたって伝動装置における損害が回避されるという利点を有している。作動機構がストッパに当接する力は、作動器の動的な運転状態と無関係に、スリップクラッチにおける規定されたスリップによって、有害にならない最大値に制限される。
【０００９】
本発明の有利な構成によれば、スリップクラッチは、第２の歯車と駆動部材とが、互いに向かい合った平らな端面を介して軸方向に互いに緊締されていることによって実現される。この場合、当接力の最大値は、第２の歯車と駆動部材との間に生ぜしめられる静摩擦力によって規定されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１１】
図１に縦断面図で示した電気的な作動器３０またはアクチュエータは、有利には、図６に部分的に示したような排ガスターボチャージャ１０のために使用される。排ガスターボチャージャは既知であり、たとえばＢｏｓｃｈ「Ｋｒａｆｔｆａｈｒｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅｓ  Ｔａｓｃｈｅｎｂｕｃｈ」（ＩＳＢＮ  ３−５２８−２３８７６−３、第５３２頁以下）に記載されている。排ガスターボチャージャ１０は２つの流体機械、つまり、タービン１１とコンプレッサ１２とから成っている。両流体機械は共通の軸１３に配置されている。タービン１１は、タービンハウジング１４内に配置されたタービンホイール１５を有しており、コンプレッサ１２は、コンプレッサハウジング１６内に配置されたコンプレッサホイール１７を有している。タービンホイール１５は、流入する排ガス１８によって駆動され、タービンホイール１５によって駆動されるコンプレッサホイール１７は、大気の新空気２０を吸い込み、予圧縮された新空気２１を内燃機関の燃焼室内に吹き込む。タービンホイール１５を離れた流出する排ガス１９はタービンハウジング１４から進出する。
【００１２】
乗用車に用いられる内燃機関では、大きな回転数レンジのため、有利なトルク規定を達成することができるように、最大限に許容可能な過給圧を維持するために、過給圧調整が提案されている。この場合、所望の過給圧はタービン１１の排ガス側の出力調整によって得られる。このためには、タービンハウジング１４にバイパス２２が設けられている。このバイパス２２を介して、流入する排ガス１８の一部がタービンホイール１５の傍らを通過して案内され、流出する排ガス１９と共に直接導出される。バイパス２２はスロットルボディ２３によって制御される。このスロットルボディ２３は、図６の実施例では、バイパスバルブ２４として形成されている。作動器３０に用いられる作動機構を形成するバイパスバルブ２４は、図６に概略的に示したレバー機構２５を介して、図１に示した作動器３０に連結されている。
【００１３】
作動器３０は、２つの部分から成る作動器ハウジング３１を有している。この作動器ハウジング３１は、ポット状のベースボディ３１１と、このベースボディ３１１をカバーするカバー３１２とから成っている。作動器ハウジング３１内には、電動式の作動モータ３２と二段式の伝動装置３３とが配置されている。この伝動装置３３を介して、作動モータ３２が、レバー機構２５に連結された作動軸３４を回動させる。この作動軸３４には、通常、戻し装置（図示せず）、たとえば戻しばねが作用している。この戻し装置の力に抗して、作動軸３４は作動モータ３２によって、排ガスターボチャージャ１０に設けられたバイパス２２の閉鎖の方向に調節される。戻し装置は、いわゆる「フェールセーフ機能」を実現し、作動器３０の故障時には、バイパスバルブ２４をタービンハウジング１４内で、いわゆる「緊急位置」に調整する。この緊急位置では、バイパス２２が開放されている。これによって、タービン１１の過回転数が回避される。択一的には、戻し装置が省略されてよく、バイパス２２のためのフェールセーフ機能が排ガス背圧によって実現されてよい。
【００１４】
二段式の伝動装置３３は、作動モータ３２の駆動軸に直接装着されているので以下でモータピニオン３６と呼ぶ、平歯車として形成された第１の歯車と、以下で中間歯車３７と呼ぶ、同じく平歯車として形成された第２の歯車とから成る伝動装置入力段３５と、駆動部材３９と被駆動部材４０とを備えた非線形の伝動装置出力段３８とを有している。駆動部材３９と被駆動部材４０とは、互いに噛み合う歯セグメントとして形成されている。この歯セグメントはその外側歯列でピッチ曲線において転動する。このピッチ曲線のピッチ曲線半径は、歯セグメントの回動範囲にわたって相補的に変化する。被駆動部材４０は作動軸３４に相対回動不能に装着されているのに対して、駆動部材３９は伝動装置入力段３５の中間歯車３７と一緒に、作動器ハウジング３１内でベースボディ３１１とカバー３１２との間に保持された伝動装置軸４１に相対回動可能に装着されている。駆動部材３９と中間歯車３７とは、トルク伝達式のスリップクラッチ４２を介して互いに結合されている。このスリップクラッチ４２は、作動ストロークの末端で駆動部材３９と中間歯車３７との間の、伝達されるモーメントにおいて制限された相対運動を可能にし、これによって、作動器３０のための当接防護を提供する。
【００１５】
連結片４５によって作動モータ３２の被駆動軸４６に相対回動不能に結合されたモータピニオン３６は、軸方向に相並んで配置された２つの歯列を有している。両歯列は、ここでは、すぐ歯歯列４３，４４として形成されている。この場合、平行なすぐ歯歯列４３，４４は、同じピッチ円直径と、同じ歯数、ここでは５個の歯とを有している。すぐ歯歯列は、歯車の軸線に対して平行に方向付けられた歯によって特徴付けられている。すぐ歯歯列を備えた平歯車はすぐ歯平歯車と呼ばれる。平行な両歯平面に設けられたすぐ歯歯列４３，４４の歯は、特に図２および図３に認めることができるように、互いに半分の歯ピッチだけずらされている。二重にすぐ歯付けられたモータピニオン３６は金属から製造されていて、たとえば亜鉛ダイカスト部材またはＭＩＭ（金属射出成形）部材または押出し加工部材として製作されている。中間歯車３７にも同じく、相並んで配置された平行な２つの歯平面にそれぞれ１つの歯列が設けられている。この歯列も同じくすぐ歯歯列４７；４８として形成されている。両すぐ歯歯列４７，４８は、同じピッチ円直径と、同じ歯数、ここでは、たとえば５２個の歯とを有している。図２に示したように、すぐ歯歯列４７の歯はすぐ歯歯列４８の歯に対して半分の歯ピッチだけずらされている。中間歯車３７は、有利にはプラスチックから製造されている。すぐ歯歯列４３，４７とすぐ歯歯列４４，４８とは同じピッチを有していて、互いに噛み合っている。
【００１６】
図６から明らかであるように、バイパスバルブ２４は、図６に示した、このバイパスバルブ２４がバイパス２２を完全に閉鎖している終端位置で、シール座によって形成されたストッパ２６に当て付けられる。バイパスバルブ２４のこの位置は、作動軸３４の最大の調節ストローク後に達成される。バイパスバルブ２４の動的な運転状態と無関係に最大力の規定された制限を確保する、バイパスバルブ２４の閉鎖時の当接防護を実現するためには、すでに前述したスリップクラッチ４２が伝動装置入力段３５の中間歯車３７と伝動装置出力段３８の駆動部材３９との間に設けられている。スリップクラッチ４２は、中間歯車３７と駆動部材３９との、互いに向かい合った平らな端面を摩擦接続的に、つまり、動力が伝達されるように軸方向で互いに締め付けるように形成されている。ストッパ２６へのバイパスバルブ２４の迅速な当接走行時には、中間歯車３７と駆動部材３９とが互いに接線方向に移動させられる。ストッパ２６に生ぜしめられる力は、中間歯車３７と駆動部材３９との間に生ぜしめられる静摩擦力によって規定されている。
【００１７】
詳細には、スリップクラッチ４２は、載着フランジ４９と、ボス５０と、皿ばね５１とを有している。ボス５０は駆動部材３９に一体に成形されていて、しかも、駆動部材３９の、中間歯車３７に面した側の端面に一体に成形されている。ボス５０は軸方向で載着フランジ４９を越えて突出している。中間歯車３７はボス５０に相対回動可能に配置されていて、駆動部材３９に面した側の端面で載着フランジ４９の上面に載置している。この載着フランジ４９自体はその下面で駆動部材３９の、中間歯車３７に面した側の端面に載置している。図２から認めることができるように、ボス５０はその自由端部に成形区分５０１を有している。この成形区分５０１は中間歯車３７を越えて突出している。図示の実施例では、成形区分５０１が、丸み付けられた柱縁を備えた三角柱の形状を有している。皿ばね５１は、中間歯車３７と駆動部材３９とを載着フランジ４９を介して軸方向に緊締するために働き、このために、一方でボス５０の成形区分５０１に係止されかつ他方で中間歯車３７の、駆動部材３９と反対の側の端面に押し当てられるように、ボス５０に被せ嵌められている（図１および図２参照）。
【００１８】
皿ばね５１は、図５に平面図で拡大して示してある。ばね金属薄板から製造された円形の皿ばね５１は、中央の切欠き５１１と、同じ周角度だけ互いにずらされた３つの半径方向爪５１２とを有している。これらの半径方向爪５１２は成形区分５０１の柱面に対応していて、ボス５０への皿ばね５１の被嵌め時に自由端縁部で成形区分５０１の３つの柱面に嵌まり込む。
【００１９】
択一的な構成では、モータピニオン３６と中間歯車３７とが、２つよりも多くのすぐ歯歯列を有していてよい。この事例では、一方でモータピニオン３６に設けられた隣り合ったすぐ歯歯列の間の歯ずれと、他方で中間歯車３７に設けられた隣り合ったすぐ歯歯列の間の歯ずれとが、軸方向に相並んで配置されたすぐ歯歯列の数によって除法されて、すぐ歯歯列の歯ピッチに等しい。
【００２０】
前述した作動器３０は調整器またはアクチュエータとしてスロットルバルブ管片または排ガス再循環弁に使用されてもよい。スロットルバルブ管片によって、内燃機関の燃焼室に流入する新空気または燃焼室に供給される燃料／空気混合物が制御される。排ガス再循環弁によって、新空気に添加される排ガス量の割合が制御される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】排ガスターボチャージャに用いられる、作動モータと伝動装置とを備えた作動器の縦断面図である。
【図２】図１に示した矢印ＩＩの方向で見た伝動装置の斜視的な平面図である。
【図３】図２に示した伝動装置に設けられたモータピニオンの斜視的な拡大図である。
【図４】図１に示した矢印ＩＶの方向で見た伝動装置の下面図である。
【図５】図２に示した伝動装置に設けられた皿ばねの拡大平面図である。
【図６】排ガスターボチャージャの部分的な概略的な縦断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  排ガスターボチャージャ、  １１  タービン、  １２  コンプレッサ、  １３  軸、  １４  タービンハウジング、  １５  タービンホイール、  １６  コンプレッサハウジング、  １７  コンプレッサホイール、  １８  排ガス、  １９  排ガス、  ２０  新空気、  ２１  新空気、  ２２  バイパス、  ２３  スロットルボディ、  ２４  バイパスバルブ、  ２５  レバー機構、  ２６  ストッパ、  ３０  作動器、  ３１  作動器ハウジング、  ３２  作動モータ、  ３３  伝動装置、  ３４  作動軸、  ３５  伝動装置入力段、  ３６  モータピニオン、  ３７  中間歯車、  ３８  伝動装置出力段、  ３９  駆動部材、  ４０  被駆動部材、  ４１  伝動装置軸、  ４２  スリップクラッチ、  ４３  すぐ歯歯列、  ４４  すぐ歯歯列、  ４５  連結片、  ４６  被駆動軸、  ４７  すぐ歯歯列、  ４８  すぐ歯歯列、  ４９  載着フランジ、  ５０  ボス、  ５１  皿ばね、  ３１１  ベースボディ、  ３１２  カバー、  ５０１  成形区分、  ５１１  切欠き、  ５１２  半径方向爪
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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