-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Drehventilbetätigeranordnung
für einen
Fahrzeugmotor und insbesondere auf eine Drosselventilbetätigeranordnung,
die zum variablen Steuern einer Ansaugluftmenge verwendbar ist,
die in den Motor abhängig
von einer Manipulationsmenge eines Beschleunigers eingelassen wird.
-
Das US-Patent
US 5 823 165 A offenbart eine
elektrisch getriebene Drosselventilbetätigeranordnung. Die Anordnung
umfaßt
ein Gehäuse
mit einem Ansaugluftdurchgang, eine Ventilwelle bzw. einen Ventilschaft,
der drehbar innerhalb des Gehäuses
angeordnet ist, einen Ventilkörper,
der mit dem Ventilschaft drehbar ist, um den Ansaugluftdurchgang
zu öffnen
und zu schließen,
einen elektromagnetischen Betätiger
zum Treiben des Ventilkörpers über den
Ventilschaft, und ein Paar von Federn zum Vorspannen des Ventilkörpers hin
zu einer geschlossenen Position oder zu einer Zwischenposition zwischen
der geschlossenen Position und der vollständig geöffneten Position. Der elektromagnetische
Betätiger
umfaßt
einen Stator bzw. einen Ständer,
der in dem Gehäuse
angeordnet ist, und eine Rotor bzw. einen Läufer, der auf dem Ventilschaft
angeordnet ist. Der Stator umfaßt
einen Statorkern und ein Paar von Spulen, die auf den Statorkern
in entgegengesetzten Richtungen gewickelt sind. Der Rotor umfaßt eine Scheibe,
die an einem Ende des Ventilschaftes befestigt ist, einen Permanentmagneten,
der an der Scheibe in einer entgegengesetzten Beziehung zu dem Statorkern
befestigt ist. Der Statorkern, der Rotor und jeweilige Spulen wirken
zusammen, um entgegengesetzte Magnetfelder zu erzeugen, die zum Bewegen
des Ventilkörpers
hin zu der vollständig
geöffneten
Position bzw. der geschlossenen Position wirken, wenn die Spulen
erregt werden. Die Drehung des Ventilkörpers ist bei der geschlossenen
Position und der vollständig
ge öffneten
Position durch den Kontakt eines Anschlagstücks eines Hebels, der an dem
Ventilschaft befestigt ist, wobei zwei Anschläge von dem Gehäuse vorstehen,
beschränkt.
Wenn eine der Spulen mit einem Pulsstrom mit einem variablen Leistungsverhältnis aktiviert
wird, kann der Ventilschaft abhängig
von einem Öffnungsgrad
des Ventilkörpers,
der dem Leistungsverhältnis
entspricht, gedreht werden. Der Ventilkörper dreht sich folglich mit dem
Ventilschaft, um den Einlaßdurchgang
in das Gehäuse
zu öffnen
und zu schließen,
so daß die
Ansaugluftmenge variabel gesteuert werden kann.
-
Permanentmagneten, die bei einem
wie oben beschriebenen elektromagnetischen Betätiger verwendet werden, sind
aufgrund der großen
magnetischen Leistung aufwendig. Da ferner die Scheibe zum Befestigen
des Permanentmagneten an dem Ventilschaft verwendet wird, wird die
Anzahl der Komponenten des elektromagnetischen Betätigers erhöht, so daß das Preis-Leistungs-Verhältnis reduziert
wird.
-
Außerdem tritt beispielsweise
am Fließband des
Drosselventilbetätigers
die Tendenz auf, daß sich
eine Mehrzahl von Permanentmagneten durch die Anziehung zwischen
denselben sammelt, um eine Masse zu bilden. Die Permanentmagneten
müssen
voneinander durch die Fließbandarbeiter
gegen die große
Anziehung getrennt werden, und dieselben müssen an der Ventilschaftseite
angebracht werden. Dies führt
zu einer problematischen Fließbandarbeit.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, eine Drehventilbetätigeranordnung zu schaffen,
die die Anzahl der Teile des Drehventilbetätigers reduzieren kann und
daher den Herstellungsaufwand reduziert und die Effizienz der Fließbandarbeit
verbessert.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Drehventilbetätigeranordnung
gemäß Anspruch
1 gelöst.
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist eine Dreh ventilbetätigeranordnung
mit einem Gehäuse,
das einen Ansaugluftdurchgang aufweist, einem Drehventil, das innerhalb
des Gehäuses angeordnet
ist, wobei das Drehventil eine Ventilwelle bzw. einen Ventilschaft,
der um eine Achse drehbar ist, und einen Ventilkörper umfaßt, der auf dem Ventilschaft
angeordnet ist, und mit demselben drehbar ist, um den Ansaugluftdurchgang
zu öffnen
und zu schließen,
wobei der Ventilkörper
eine geschlossene Position und eine vollständig geöffnete Position aufweist, und
mit einem elektromagnetischen Betätiger vorgesehen, der den Ventilkörper hin
zu der vollständig
geöffneten
Position bewegt, wobei der elektromagnetische Betätiger einen
Statorkern, eine Spule die auf den Statorkern gewickelt ist, und
einen Rotor aufweist, der dem Stator gegenüberliegt, wobei der Rotor an
dem Ventilschaft befestigt ist, und wobei der Rotor eine Ventil-Geschlossen-Position,
die der geschlossenen Position des Ventilkörpers entspricht, und eine
Ventil-Offen-Position, die der vollständig geöffneten Position des Ventilkörpers entspricht,
aufweist, wobei der Statorkern und der Rotor zusammenwirken, um
ein Magnetfeld zu erzeugen, das durch dieselben läuft, wenn
die Spule erregt wird, wobei der Rotor hin zu der Ventil-Offen-Position
durch eine magnetische Anziehung, die durch das Magnetfeld verursacht
wird, drehbar bewegt wird.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist eine Drehventilbetätigeranordnung mit einem Drehventil,
das eine Ventilwelle bzw. einen Ventilschaft, der um eine Achse
drehbar ist, und einen Ventilkörper,
der auf dem Ventilschaft für eine
einheitliche Drehung mit demselben angeordnet ist, umfaßt, wobei
der Ventilkörper
eine geschlossene Position und eine vollständig geöffnete Position aufweist, und
mit einem elektromagnetischen Betätiger vorgesehen, der das Drehventil
betätigt,
wobei der elektromagnetische Betätiger
eine Spule, einen Statorkern, der die Spule trägt und eine erste Oberfläche aufweist,
und einen Rotor, der um die Achse zwischen einer Ventil-Geschlossen-Position,
die der geschlossenen Position des Ventilkörpers entspricht, und einer
Ventil-Offen-Position, die der vollständig geöffneten Position des Ventilkörpers entspricht, drehbar
ist, aufweist, wobei der Rotor eine zweite Oberfläche aufweist,
die der ersten Oberfläche
gegenüberliegt,
um einen kontinuierlich variablen Bereich zu definieren, der einen
magnetischer Weg bei der Erregung der Spule bildet.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 einen
Schnitt in Längsrichtung
einer Drehventilbetätigeranordnung
eines ersten Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 einen
Querschnitt entlang der Linie 2-2 in 1,
der einen Stator zeigt;
-
3 einen
Querschnitt entlang der Linie 3-3 in 1,
der einen Rotor zeigt;
-
4 einen
Querschnitt entlang der Linie 4-4 in 1,
der den Rotor zeigt;
-
5 eine
perspektivische Ansicht eines Statorkerns und des Rotors vor dem
Zusammenbau;
-
6 einen
Schnitt ähnlich
zu 1, der jedoch die
Anordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
7 einen
Querschnitt entlang der Linie 7-7 in 6,
der einen Stator und einen Rotor zeigt;
-
8 einen
Querschnitt entlang der Linie 8-8 in 6,
der einen Rotor zeigt;
-
9 eine
perspektivische Ansicht eines Statorkerns und des Rotors des zweiten
Ausführungsbeispiels
vor dem Zusammenbau;
-
10 einen
Schnitt ähnlich
zu 1, der jedoch die
Anordnung eines dritten Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
-
11 einen
Querschnitt entlang der Linie 11-11 in 10, der einen Stator zeigt.
-
Das erste bis zu dem dritten Ausführungsbeispiel
der Drehventilbetätigeranordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung werden im folgenden mit den beigefügten Zeichnungen erklärt. Bei
diesen Ausführungsbeispielen
wird die Anordnung auf einen Drosselventilbetätiger für ein Drosselventil eines Fahrzeugmotors
angewendet.
-
Bezugnehmend nun auf die 1-5 wird das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung
erklärt.
Wie in 1 dargestellt,
umfaßt
die Drosselventilbetätigeranordnung
ein Gehäuse 1.
Das Gehäuse 1 umfaßt ein Drosselventilgehäuse, das
eine Drosselkammer 2 definiert, die einen Ansaugluftdurchgang
bildet, der mit einem Ansaugkrümmer
oder einem Einlaßkrümmer, nicht
gezeigt, verbunden ist. Das Gehäuse 1 umfaßt ferner
ein Betätigergehäuse 3 für einen
elektromagnetischen Betätiger 9 und
ein Sensorgehäuse 4 für einen
Drosselsensor 26. Das Betätigergehäuse 3 und das Sensorgehäuse 4 sind
auf gegenüberliegenden
Seiten, d. h. der linken und der rechten Seite, wie in 1 sichtbar, des Drosselventilgehäuses angeordnet.
Das Betätigergehäuse 3 definiert
eine Betätigerkammer,
die sich im wesentlichen senkrecht zu der Drosselkammer 2 erstreckt. Das
Betätigergehäuse 3 weist
eine allgemein zylindrische Form auf und umfaßt eine untere Wand mit einer
Bohrung und eine Umfangsseitenwand, die mit der unteren Wand verbunden
ist. Die Seitenwand ist mit einem Schulterabschnitt zum Aufnehmen
eines Rotors 17 des elektromagnetischen Betätigers 9 gebildet.
Das Betätigergehäuse 3 und
das Sensorgehäuse 4 sind
einstückig
mit dem Drosselventilge häuse
durch ein geeignetes Verfahren, wie z. B. dem Aluminiumdruckgießen, gebildet.
-
Eine Ventilwelle bzw. ein Ventilschaft 5 wird innerhalb
des Gehäuses 1 mittels
Lagern 6 und 7 getragen, um um eine Achse X drehbar
zu sein. Der Ventilschaft 5 erstreckt sich über die
Drosselkammer 2 und weist ein Ende, das in das Betätigergehäuse 3 durch
die Bohrung der unteren Wand desselben vorsteht, und ein anderes
Ende, das in das Sensorgehäuse 4 vorsteht,
auf. Ein Ventilkörper 8 ist
auf dem Ventilschaft 5 innerhalb der Drosselkammer 2 angeordnet.
Der Ventilkörper 8 weist
die Form einer Scheibenplatte mit einem Durchmesser auf, der ähnlich zu einem
Durchmesser der Drosselkammer 2 ist. Der Ventilkörper 8 ist
um die Achse x zusammen mit dem Ventilkörper 5 drehbar, um
sich zwischen einer geschlossenen Position und einer vollständig geöffneten
Position zu bewegen. Wie in 3 dargestellt, bewegt
sich der Ventilschaft 5 mit dem Ventilkörper 8 hin zu der
vollständig
geöffneten
Position, wenn sich derselbe in einer Richtung A dreht, und bewegt
sich hin zu der geschlossenen Position, wenn sich derselbe in einer
Richtung B dreht. Der Ventilkörper 8 blockiert
bei der geschlossenen Position die Ansaugluft, die durch die Drosselkammer 2 in
den Motor fließt, und
ermöglicht
bei einer vollständig
geöffneten
Position den Fluß von
Ansaugluft. Eine Ansaugluftflußmenge
kann variabel durch die Drehbewegung des Ventilkörpers 8 gesteuert
werden.
-
Der elektromagnetische Betätiger 9 innerhalb
des Betätigergehäuses 3 umfaßt einen
Stator 10. Der Stator 10 umfaßt ein Paar von Statorkernen 11, 11 und
ein Paar von Spulen 15 und 16, die durch die jeweiligen
Statorkerne 11, 11 getragen werden. Die Spulen 15 und 16 sind
auf die Spulenbefestigungsabschnitte 12 der Statorkerne 11 in
entgegengesetzten Richtungen gewickelt. Die Statorkerne 11 liegen
diametral gegenüber
zueinander bezüglich
der Achse X des Ventilschafts 5. Jeder Statorkern 11 besteht
aus einem geeigneten weichen magnetischen Material, beispielsweise
Silizium-Stahl, Permalloy, Ferrit und dergleichen, das eine relativ
kleine Ko erzitivkraft aufweist. Der Statorkern 11 umfaßt einen Spulenbefestigungsabschnitt 11,
der sich axial erstreckt, und einen Polstückabschnitt 13, der
sich radial nach außen
von dem Spulenbefestigungsabschnitt 12 erstreckt. Der Polstückabschnitt 13 ist
mit dem Spulenbefestigungsabschnitt 12 einstöckig gebildet.
Der Spulenbefestigungsabschnitt 12 ist in eine halbzylindrische
Form, wie in 2 und 5 gezeigt, gebildet, und
an einer Kernverbindungsplatte 14, wie in 1 gezeigt, befestigt. Die Kernverbindungsplatte 14 verbindet
die zwei Statorkerne 11 magnetisch. Die Kernverbindungsplatte 14 ist
an einem offenen Ende des Betätigergehäuses 3 befestigt,
und wirkt als ein Deckel des Betätigergehäuses 3.
Die Kernverbindungsplatte 14 besteht aus einem geeigneten weichen
magnetischen Material, das ähnlich
zu dem Material der Statorkerne 11 ist. Der Polstückabschnitt 13 weist
eine axiale Endoberfläche
auf, die sich radial um die Achse X des Ventilschafts 5 erstreckt.
Wie es am besten in 2 gezeigt
ist, weist die axiale Endoberfläche
eine allgemein sektorenförmige
Form mit einem vorbestimmten Mittelwinkel ? von beispielsweise etwa
40–80
Grad um die Achse X des Ventilschafts 5 auf. Die axiale
Endoberfläche
des Polstückabschnitts 13 ist
zu dem Rotor 17 gerichtet.
-
Der Rotor 17 des elektromagnetischen
Betätigers 9 ist
um die Achse X des Ventilschafts 5 drehbar. Der Rotor 17 weist
eine Ventil-Geschlossen-Position, die der geschlossenen Position
des Ventilkörpers 8 entspricht,
und eine Ventil-Offen-Position, die der vollständig geöffneten Position des Ventilkörpers 8 entspricht,
auf. Der Rotor 17 umfaßt
einen allgemein scheibenförmigen
Rotorkern 18, der an einem Ende des Ventilschafts 5 befestigt
ist. Ähnlich
zu den Statorkernen 11 besteht der Rotorkern 18 aus
einem geeigneten weichen magnetischen Material, wie z. B. Siliziumstahl,
Permalloy und Ferrit. Der Rotorkern 18 umfaßt einen
ringförmigen
Befestigungsabschnitt 20, der an einem Ende des Ventilschafts 5 mittels
einer Befestigungsmutter 19 befestigt ist. Der Befestigungsabschnitt 20 erstreckt
sich an dem einen Ende des Ventilschaftes 5 radial nach
außen.
Der Rotorkern 18 umfaßt ferner
zwei vorstehende Abschnitte 21, 21, die sich von
dem Befestigungsabschnitt 20 in der axialen Richtung des
Ventilschafts 5 erstrecken. Die vorstehenden Abschnitt 21, 21 sind
mit dem Befestigungsabschnitt 20 einstückig gebildet und liegen bezüglich der
Achse X des Ventilschafts 5 einander diametral gegenüber. Jeder
vorstehende Abschnitt 21 weist eine axiale Endoberfläche auf,
die mindestens teilweise der axialen Endoberfläche des Polstückabschnitts 13 des
Statorkerns 11 mit einem kleinen axialen Zwischenraum zwischen
denselben gegenüber
liegt. Die axiale Endoberfläche
des vorstehenden Abschnitts 21 ist nämlich mindestens teilweise
durch die axiale Endoberfläche
des Polstückabschnitts 13 bedeckt,
wenn dieselbe in der axialen Richtung des Ventilschafts 5 betrachtet
wird. Die axiale Endoberfläche
des vorstehenden Abschnitts 21, die der axialen Endoberfläche des
Polstückabschnitts 13 gegenüberliegt,
definiert einen kontinuierlich variablen Bereich, der einen magnetischen
weg bei der Erregung der Spulen 15 und 16, wie
im folgenden erklärt,
bildet. Durch die kontinuierliche Variation des Bereichs bzw. der
Fläche
bei der Erregung der Spulen 15 und 16 wird verursacht,
daß sich
der Rotor 17 in der Richtung A dreht.
-
Wie es insbesondere in 3 dargestellt ist, erstreckt
sich die axiale Endoberfläche
des vorstehenden Abschnitts 21 radial um die Achse x des
Ventilschafts 5. Die axiale Endoberfläche des vorstehenden Abschnitts 21 ist
in eine allgemein teilsektorförmige
Form mit einem vorbestimmten Mittelwinkel β von beispielsweise
etwa 90–130
Grad um die Achse X des Ventilschafts 5 gebildet. Die axiale
Endoberfläche
des vorstehenden Abschnitts 21 weist eine radiale Länge auf,
die kleiner als dieselbe der axialen Endoberfläche des Polstückabschnitts 13 ist.
Die axiale Endoberfläche
des vorstehenden Abschnitts 21 ist in der Richtung A hin
zu der Ventil-Offen-Position des Rotors 17 verjüngt. Die
axiale Endoberfläche
des vorstehenden Abschnitts 21 nimmt allmählich in
der Richtung B hin zu dem Ventil-Geschlossen-Abschnitt des Rotors 17 zu.
Die axiale Endoberfläche
des vorstehenden Abschnitts 21 weist ein kleines Ende 21A mit
einer radialen Länge
r1 und ein gegenüberliegendes
großes
Ende 21B mit einer radialen Länge r2, die größer als
die radiale Länge
r1 ist, auf. Wenn der Rotor 17 in der Ventil-Geschlossen-Position,
nämlich der
geschlossenen Position des Ventilkörpers 8, wie in 3 gezeigt, plaziert ist,
liegt die Seite des kleinen Endes 21A der axialen Endoberfläche des
vorstehenden Abschnitts 21 gegenüber der axialen Endoberfläche des
Polstückabschnitts 13 des
Statorkerns 11. In diesem Zustand ist der Bereich der gegenseitig
gegenüberliegenden
axialen Endoberflächen
des vorstehenden Abschnitts 21 und des Polstückabschnitts 13 minimal.
Wenn der Rotor 17 in der Ventil-Offen-Position, nämlich der vollständig geöffneten
Position des Ventilkörpers 8,
plaziert ist, liegt auf der anderen Seite die Seite des großen Endes 21B der
axialen Endoberfläche
des vorstehenden Abschnitts 21 gegenüber der axialen Endoberfläche des
Polstückabschnitts 13.
Bei einem derartigen Fall ist der Bereich der gegenseitig gegenüberliegenden axialen
Endoberflächen
des vorstehenden Abschnitts 21 und des Polstückabschnitts 13 maximal.
-
Die Statorkerne 11, der
Rotor 17 und die Kernverbindungsplatte 14 wirken
zusammen, um eine magnetische Schaltung bei der Erregung der Spulen 15 und 16 zu
bilden, so daß ein
Magnetfeld H1, das durch dieselben läuft, wie in 1 gezeigt, erzeugt wird. Es existiert
ein magnetischer Weg, der sich zwischen den Polstückabschnitten 13 der
Statorkerne 11 und dem vorstehenden Abschnitt 21 des Rotorkerns 18 erstreckt.
Der magnetische Weg wird durch den Bereich der gegenseitig gegenüberliegenden
axialen Endoberfläche
jedes Polstückabschnitts 13 und
jedes vorstehenden Abschnitts 21 gebildet. Ein Magnetfluß erstreckt
sich durch den Bereich von dem Polstückabschnitt 13 zu
dem vorstehenden Abschnitt 21. Sowie der Bereich der gegenseitig
gegenüberliegenden
Endoberflächen
größer wird,
nimmt die Menge des Magnetflusses, der sich durch den Bereich erstreckt,
zu. Der zunehmende Magnetfluß bewirkt
eine magnetische Anziehung zwischen den Statorkernen 11 und
dem Rotor 18, wodurch eine magnetische Treibkraft an den
Rotorkern 18 angelegt wird. Der Rotor 17 wird
folglich durch die Treibkraft getrieben, um sich in der Richtung
A, die in 3 gezeigt
ist, zu drehen. Folglich ist die Richtung, in der der Bereich der
gegenseitig gegenüberliegenden
axialen Endoberflächen
des Polstückabschnitts 13 und des
vorstehenden Abschnitts 21 zunimmt, gleich der Richtung
A hin zu der Ventil-Offen-Position des Rotors 17.
-
Bezugnehmend zurück auf 1 ist eine Rückfeder 22 zwischen
der unteren Wand des Betätigergehäuses 3 und
dem Rotor 17 angeordnet. Die Rückfeder 22 spannt
den Ventilkörper 18 immer
zu der geschlossenen Position über
den Ventilschaft 5 und den Rotorkern 18 vor.
-
Ein Anschlag 23, der aus
Blattmetall oder Blech besteht, ist an dem Befestigungsabschnitt 20 des
Rotorkerns 18 befestigt. Der Anschlag 23 begrenzt
die Drehbewegung des Rotors 17 bei den Ventil-Geschlossen-
und Ventil-Offen-Positionen in Zusammenwirkung mit den zugeordneten
Anschlägen 24 und 25,
die auf der Seitenwand des Betätigergehäuses 3 angeordnet
sind. Der Anschlag 24 weist die Form einer Einstellschraube
auf, die an der Seitenwand des Betätigergehäuses 3 befestigt ist,
und der Anschlag 25 weist die Form eines Vorstands auf, der
radial nach innen von der Seitenwand desselben vorsteht. Wie in 4 dargestellt, wird der
Anschlag 23 mit der Einstellschraube 24 kontaktiert,
wenn der Rotor 17 durch die Rückfeder 22 in die
Richtung B gedrängt
und in der Ventil-Geschlossen-Position
plaziert wird. Der Anschlag 23 wird durch den Vorstand 25 kontaktiert,
wenn der Rotor 17 in der Richtung A bewegt und in der Ventil-Offen-Position
bei der Erregung der Spulen 15 und 16 plaziert
wird.
-
Wie in 1 dargestellt,
ist ein Drosselsensor 26 an dem Sensorgehäuse 4 angebracht.
Der Drossselsensor 26 ist durch ein Potentiometer gebildet
und erfaßt
einen Öffnungsgrad
des Ventilkörpers 8 als
einen Drehwinkel des Ventilschafts 7.
-
Die so aufgebaute Drosselventilbetätigeranordnung
wird auf die folgende Art und Weise betrieben.
-
Wenn sich erstens die Spulen 15 und 16 in einem
nicht erregten Zustand befinden, befindet sich der Rotor 17 in
der Ventil-Geschlossen-Position, bei der sich der Anschlag 23 durch
die Federkraft der Rückfeder 22 in
einem Kontakt mit der Einstellschraube 24 befindet. Der
Ventilkörper 8 ist
in der geschlossenen Position plaziert.
-
Wenn die Spulen 15 und 16 mit
Pulsströmen ansprechend
auf ein Ausgangssignal von einer Motorsteuereinheit (nicht gezeigt)
aktiviert werden, wird eine magnetische Schaltung durch die Statorkerne 11,
die Kernverbindungsplatte 14 und den Rotorkern 18 gebildet,
und das Magnetfeld H1 läuft
durch dieselben, wie es in 1 gezeigt
ist. Bei dieser Bedingung erstreckt sich der Magnetfluß von den
Polstückabschnitten 13 der
Statorkerne 11 zu den vorstehenden Abschnitten 21 des
Rotorkerns 18 durch den kleinen axialen Zwischenraum zwischen
denselben. Die magnetische Anziehung, die durch den Magnetfluß verursacht
wird, wird in einer solchen Richtung größer, daß der Bereich der gegenseitig
gegenüberliegenden
axialen Endoberflächen
des jeweiligen vorstehenden Abschnitts 21 und des jeweiligen
Polstückabschnitts 13 zunimmt.
Die magnetische Anziehung wirkt als die Treibkraft, die an den Rotorkern 18 angelegt
ist. Der Rotor 17 wird dann getrieben, um sich mit dem
Ventilschaft 5 hin zu der Ventil-Offen-Position gegen die
Federkraft der Rückfeder 22 zu
drehen. Der Rotor 17 wird zu einer Position bewegt, bei
der die Treibkraft, die an den Rotorkern 18 angelegt ist,
die Federkraft der Rückfeder 22 ausgleicht.
Der Ventilkörper 8 wird
dann in der offenen Position plaziert, die der Position des Rotors 17 entspricht.
Die Motorsteuereinheit wird betrieben, um das Leistungsverhältnis zwischen
den Pulsströmen, die
durch Spulen 15 und 16 fließen, zu variieren. Die Treibkraft,
die an den Rotorkern 18 angelegt ist, wird folglich variabel
abhängig
von der Variation des Leistungsverhältnisses eingestellt. Als ein
Resultat wird der Öffnungsgrad
des Ventilkörpers 8 wie
gewünscht gesteu ert.
-
Wie es aus der obigen Erörterung
offensichtlich ist, kommt der elektromagnetische Betätiger 9 der
vorliegenden Erfindung ohne einen Permanentmagneten und eine Scheibe
zum Befestigen des Permanentmagneten, wie für das herkömmliche Verfahren beschrieben,
aus. Dementsprechend reduziert die Anordnung der vorliegenden Erfindung
die Anzahl der Teile des elektromagentischen Betätigers und den Herstellungsaufwand
desselben. Aufgrund des Nicht-Verwendens des Permanentmagneten,
der eine große
Magnetkraft aufweist, kann die Fließbandarbeit für den elektromagnetischen
Betätiger 9 erleichtert
werden.
-
Außerdem ist der Rotorkern 18 relativ
zu den Statorkernen 11 mit einem kleinen axialen Zwischenraum
zwischen den Polstückabschnitten 13 und
den vorstehenden Abschnitten 21 drehbar angeordnet. Dies
kann zum Reduzieren der axialen Abmessung des elektromagnetischen
Betätigers 9 dienen.
-
Zusätzlich beschränkt bei
der Drehung des Ventilschafts 5 der Anschlag 23,
der an dem Rotorkern 18 befestigt ist, den Ventilkörper 8 bei
der geschlossenen Position durch einen Kontakt mit der Einstellschraube 24 und
bei der vollständig
geöffneten
Position durch den Kontakt mit dem Vorstand 25. Im Vergleich
zu der Anordnung des Anschlagstücks des
Hebels, der an dem Ventilschaft bei dem oben beschrieben herkömmlichen
Verfahren befestigt ist, kann die Anordnung der vorliegenden Erfindung
verhindern, daß der
Ventilschaft 5 direkt bei der geschlossenen und der vollständig geöffneten
Position eine Reaktionskraft aufnimmt, die durch die Federkraft
der Rückfeder 22 und
die Treibkraft des elektromagnetischen Betätigers 9 verursacht
wird. Dies kann eine Last, die an den Ventilschaft 5 angelegt
ist, und eine leichte Torsion des Ventilschafts 5 reduzieren,
die durch die Last, die an denselben angelegt ist, verursacht wird.
-
Bezugnehmend auf 6–9 ist das zweite Ausführungsbeispiel der
Anordnung der vorliegenden Erfindung im folgenden erklärt. Gleiche
Bezugsziffern bezeichnen gleiche Teile und daher werden detaillierte
Erklärungen
derselben ausgelassen. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von dem obigen ersten Ausführungsbeispiel
in der Anordnung der Polstückabschnitte
der Statorkerne und der Vorstände
des Rotorkerns mit einem radialen Zwischenraum zwischen denselben.
-
Wie es in den 6 und 7 dargestellt
ist, umfaßt, ähnlich zu
dem elektromagnetischen Betätiger 9 des
ersten Ausführungsbeispiels,
ein elektromagnetischer Betätiger 31 einen
Stator 32 und einen Rotor 39, der relativ zu dem
Stator 32 drehbar ist. Der Stator 32 umfaßt einen
Statorkern 33, der aus einem weichen magnetischen Material,
wie für
das obige erste Ausführungsbeispiel
erklärt,
besteht. Der Statorkern 33 umfaßt einen hohlen und im allgemeinen zylindrischen äußeren Kern 34,
der in das Betätigergehäuse 3 eingepaßt ist,
und einen zweistufigen zylindrischen inneren Kern 35, der
fest innerhalb des äußeren Kerns 34 angeordnet
ist. Der äußere Kern 34 weist
eine untere Wand mit einer Bohrung und eine Umfangsseitenwand auf,
die mit einem äußeren Umfang
der unteren Wand verbunden ist. Ein Endabschnitt des inneren Kerns 35 mit
reduziertem Durchmesser ist in die Bohrung der unteren Wand des äußeren Kerns 34 eingepaßt. Wie
es in 7 dargestellt
ist, umfaßt
der äußere Kern 34 äußere Polstückabschnitte 36, 36,
die sich radial nach innen von einer inneren Umfangsoberfläche des äußeren Kerns 34 erstrecken.
Die äußeren Polstückabschnitte 36, 36 liegen
bezüglich
der Achse X des Ventilschafts 5 einander diametral gegenüber. Jeder äußere Polstückabschnitt 36 weist
eine Umfangsoberfläche
mit einer teilzylindrischen Form auf, die sich umfangsmäßig über einen
vorbestimmten Winkel von beispielsweise 40–80 Grad um die Achse X des
Ventilschafts 5 erstreckt. Der innere Kern 35 umfaßt innere
Polstückabschnitte 37, 37,
die sich radial nach außen
von einer äußeren Umfangsoberfläche des
inneren Kerns 35 erstrecken. Die inneren Polstückabschnitte 37, 37 sind,
entsprechend den äußeren Polstückabschnitten 36, 36,
in einer zueinander dia metral gegenüberliegenden Beziehung angeordnet.
Jeder innere Polstückabschnitt 37 weist
eine Umfangsoberfläche
mit einer teilzylindrischen Form auf, die sich umfangsmäßig in einer
gegenüberliegenden
Beziehung zu der Umfangsoberfläche
des äußeren Polstückabschnitts 36 erstreckt.
Jede der Umfangsoberflächen
des äußeren und
des inneren Polstückabschnitts 36 und 37 weist
gegenüberliegende
Umfangsenden mit einer vorbestimmten gleichen axialen Länge auf.
Es besteht ein Zwischenraum, der sich radial zwischen den gegenüberliegenden
Umfangsoberflächen
des äußeren und
des inneren Polstückabschnitts 36 und 37 erstreckt,
und der sich entlang der Achse X des Ventilschafts 5 über die
vorbestimmte axiale Länge
erstreckt. Eine radiale Länge
des Zwischenraums ist geringfügig
größer als
eine Dicke von vorstehenden Abschnitten 42 eines Rotors 39,
der im folgenden erklärt
ist.
-
Eine Spule 38 ist zwischen
der unteren Wandseite der Seitenwand des äußeren Kerns 34 und
einem Mittelabschnitt mit reduziertem Durchmesser des inneren Kerns 35 angeordnet,
der einen Durchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser des
Endabschnitts mit reduziertem Durchmesser ist, wie es in 6 gezeigt ist. Der innere
Kern 35 umfaßt
ferner einen Kopfabschnitt mit erhöhtem Durchmesser mit einem
Durchmesser, der größer als der
Durchmesser des Mittelabschnitts mit reduziertem Durchmesser ist.
-
Der Rotor 39 umfaßt einen
Rotorkern 40, der an einem Ende des Ventilschafts 5 befestigt
ist. Ähnlich
zu dem Rotorkern 18 des ersten Ausführungsbeispiels besteht der
Rotorkern 40 aus einem geeigneten weichen magnetischen
Material, wie z. B. Siliziumstahl, Permalloy und Ferrit. Der Rotorkern 40 umfaßt einen
ringförmigen
Befestigungsabschnitt 41, der sich radial nach außen an dem
einen Ende des Ventilschafts 5 erstreckt, und die vorstehenden
Abschnitte 42, 42, die sich von einem äußeren Umfang des
Befestigungsabschnitts 41 in der axialen Richtung des Ventilschafts 5 erstrecken.
Die vorstehenden Abschnitte 42, 42 sind mit dem
Befestigungsabschnitt 41 einstückig gebildet. Die vorstehenden
Abschnitte
42, 42 sind in einer diametral gegenüberliegenden
Beziehung, wie in 7 gezeigt,
angeordnet. Jeder vorstehende Abschnitt 42 weist ein axiales Ende
auf, das mit dem äußeren Umfang
des Befestigungsabschnitts 41 im wesentlichen in einem
rechten Winkel relativ zu demselben verbunden ist. Der vorstehende
Abschnitt 42 weist ein gegenüberliegendes axiales Ende auf,
das in den radialen Zwischenraum zwischen den äußeren und inneren Polstückabschnitten 36 und 37 des äußeren und
des inneren Kerns 34 und 35 vorsteht. Der vorstehende
Abschnitt 42 ist, wie in 9 gezeigt,
hin zu der Ventil-Offen-Position des Rotors 39, nämlich in
der Richtung A, die in 7 und 8 gezeigt ist, verjüngt. Der
vorstehende Abschnitt 42 weist eine axiale Länge auf,
die variiert, um hin zu der Ventil-Geschlossen-Position des Rotors 39,
nämlich
in der Richtung B, die in 7 und 8 gezeigt ist, zuzunehmen.
Wie es am besten in 9 gezeigt
ist, weist der vorstehende Abschnitt 42 ein kleines Umfangsende 42A mit
einer axialen Länge
t1 und ein großes
Umfangsende 42B mit einer axialen Länge t2, die größer als
die axiale Länge
t1 ist, auf.
-
Der vorstehende Abschnitt 42 weist
eine äußere und
eine innere Umfangsoberfläche
mit einer allgemein teilzylindrischen Form auf, die sich umfangsmäßig über einen
vorbestimmten Winkel von beispielsweise etwa 90–130 Grad um die Achse X des
Ventilschafts 5 erstreckt. Die äußere und die innere Umfangsoberfläche des
vorstehenden Abschnitts 42 sind in der Richtung A hin zu
der Ventil-Offen-Position des Rotors 39 verjüngt. Die äußere Umfangsoberfläche des
vorstehenden Abschnitts 42 liegt mindestens teilweise gegenüber der
Umfangsoberfläche
des äußeren Polstückabschnitts 36,
und die innere Umfangsoberfläche
desselben liegt mindestens teilweise gegenüber der Umfangsoberfläche des
inneren Polstückabschnitts 37.
Es bestehen radiale Zwischenräume
zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des
vorstehenden Abschnitts 42 und der Umfangsoberfläche des äußeren Polstückabschnitts 36 bzw.
zwischen der inneren Umfangsoberfläche des vorstehenden Abschnitts 42 und
der Umfangsoberfläche
des inneren Pol stückabschnitts 37.
Die gegenseitig gegenüberliegenden
Umfangsoberflächen des
vorstehenden Abschnitts 42 und der äußeren und inneren Polstückabschnitte 36 und 37 definieren einen
kontinuierlich variablen Bereich, der einen magnetischen Weg bei
der Erregung der Spule 38 definiert. Die Bereiche der gegenseitig
gegenüberliegenden
Umfangsoberflächen
des vorstehenden Abschnitts 42 und des äußeren und des inneren Polstückabschnitts 36 und 37 sind
minimal, wenn sich der Rotor 39 in der Ventil-Geschlossen-Position,
die in 7 gezeigt ist,
befindet, und maximal, wenn sich der Rotor 39 in der Ventil-Offen-Position
befindet. Der Rotor 39 wird getrieben, um sich in der Richtung
A durch die kontinuierliche Variation des Bereichs der gegenseitig
gegenüberliegenden
Umfangsoberflächen
des vorstehenden Abschnitts 42 und des äußeren und des inneren Polstückabschnitts 36 und 37 bei der
Erregung der Spule 38 zu drehen.
-
Wenn die Spule 38 erregt
wird, wirken der äußere Kern 34,
der innere Kern 35 und der Rotorkorn 40 zusammen,
um eine magnetische Schaltung zu bilden, so daß ein Magnetfeld H2 durch dieselben, wie
in 6 gezeigt, läuft. Bei
dieser Bedingung wird ein magnetischer Weg durch den Bereich der
gegenseitig gegenüberliegenden
Umfangsoberflächen
des vorstehenden Abschnitts 42 und der Polstückabschnitte 36 und 37 gebildet.
Ein Magnetfluß erstreckt sich
radial durch den Bereich zwischen den äußeren und den inneren Polstückabschnitten 36 und 37 und den
vorstehenden Abschnitten 42. Sowie der Bereich der gegenseitig
gegenüberliegenden
Umfangsoberflächen
des vorstehenden Abschnitts 42 und der Polstückabschnitte 36 und 37 größer wird,
nimmt die Menge des Magnetflusses, der sich durch den Bereich zwischen
den Polstückabschnitten 36 und 37 und
den vorstehenden Abschnitten 42 erstreckt, zu. Eine magnetische
Treibkraft wird durch den zunehmenden Magnetfluß verursacht und wird an den
Rotorkern 40 in einer solchen Richtung angelegt, daß der Magnetfluß zunimmt.
Der Rotor 39 wird durch die Treibkraft getrieben, um sich
in der Richtung A hin zu der Ventil-Offen-Position gegen die Federkraft
der Rückfeder 22 zu
drehen. Der Ventil körper 8 wird
folglich hin zu der vollständig
geöffneten
Position bewegt.
-
In 6 bezeichnet
die Bezugsziffer 43 einen hebelförmigen Anschlag, der an dem
Ventilschaft 5 befestigt ist. Der Anschlag 43 beschränkt die Drehbewegung
des Ventilschafts 5 durch Kontaktieren der Einstellschraube 24,
die in 8 gezeigt ist. Der
Ventilkörper 8 wird
dann in der geschlossenen Position plaziert. Der Ventilkörper 8 kann
in der vollständig
geöffneten
Position durch den Kontakt des Anschlags 43 mit dem Vorstand
des Betätigergehäuses 3,
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
erklärt,
gehalten werden.
-
Dieses Ausführungsbeispiel kann im wesentlichen
die gleichen Effekte wie die des ersten Ausführungsbeispiels zeigen. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
können
die jeweiligen äußeren und
inneren Polstückabschnitte 36 und 37 des äußeren und
des inneren Statorkerns 34 und 35 ferner den jeweiligen vorstehenden
Abschnitten 42 des Rotorkerns 40 über den
Bereich gegenüber
liegen, der sich in einer ausreichenden axialen Richtung erstreckt,
und die jeweiligen radialen Zwischenräume zwischen denselben können wie
gewünscht
eingestellt werden. Dies kann zum Reduzieren der radialen Abmessung
des elektromagnetischen Betätigers 31 dienen.
-
Bei der Erregung der Spule 38 erstreckt
sich ferner der Magnetfluß radial
zwischen den jeweiligen Polstückabschnitten 36 und 37 der äußeren und
inneren Statorkerne 34 und 35 und den jeweiligen
vorstehenden Abschnitten 42 des Rotorkerns 40,
so daß verhindert
werden kann, daß der
Ventilschaft 5 unerwünscht
in der axialen Richtung verschoben wird. Zusätzlich wird unter Verwendung
der allgemeinen Lager 6 und 7 verhindert, daß sich der
Ventilschaft 5 unerwünscht
in der radialen Richtung verschiebt. Als ein Resultat kann der radiale
Zwischenraum zwischen dem Statorkern 33 und dem Rotorkern 40 mit einer
hohen Genauigkeit gehalten werden. Dies kann zum Stabilisieren des
Treibdrehmoments des elektromagnetischen Betätigers 31 und der Öffnungscharakteristika
des Ventilkörpers 8 dienen.
-
Bezugnehmend nun auf 10 und 11 wird das
dritte Ausführungsbeispiel
der Anordnung der vorliegenden Erfindung erklärt. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen
gleiche Teile und es wird daher eine detaillierte Erklärung derselben
ausgelassen. Das dritte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich von dem obigen ersten Ausführungsbeispiel in der Anordnung
der Spule des Stators.
-
Wie in 10 dargestellt
umfaßt
ein elektromagnetischer Betätiger 51 einen
Stator 52, der axial von dem Rotor 17 beabstandet
ist. Der Stator 52 umfaßt ein Paar von Statorkernen 11, 11 und
ein Paar von Spulen 53 und 54, die jeweils auf
die Spulenbefestigungsabschnitte 12, 12 der Statorkerne 11, 11 gewickelt
sind. Die Spule 53 umfaßt eine Hauptspule 53A,
die für
eine normale Betätigung
des Drosselventils erregt wird, und eine Hilfs- oder Sicherheits-Spule 53B,
die zum Unterstützen
der Hauptspule 53A für
den Fall, daß die
Hauptspule 53A nicht erregt wird, beispielsweise wenn die
Hauptspule 53A unterbrochen ist, dient. Die Hauptspule 53A weist
eine höhere
Kompaktheit und eine höhere Wicklungsdichte
als die Spule 15 des ersten Ausführungsbeispiels auf, bei dem
die Wicklungszahl der Hauptspule 53A im wesentlichen gleich
der Wicklungszahl der Spule 15 ist. Die Hilfsspule 53B ist
um die Hauptspule 53A, wie in 11 gezeigt in der gleichen Wicklungsrichtung
wie die der Hauptspule 53A gewickelt, und weist eine vorbestimmte
Wicklungszahl auf, die kleiner als die Wicklungszahl der Hauptspule 53A ist.
Diese Spulen 53A und 53B sind parallel zueinander
mit der Motorsteuereinheit verbunden.
-
Die Spule 54 weist eine
Struktur auf, die ähnlich
zu der Spule 53 ist, einschließlich einer Hauptspule 54A und
einer Hilf s- oder Sicherheits-Spule 54B, die auf die Hauptspule 54A,
wie es in 11 gezeigt
ist, gewickelt ist. Die Spulen 54A und 54B sind
in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Spulen 53A und 53B gewickelt.
Die Wick lungszahl der Hilfsspule 54B ist eine vorbestimmte
Wicklungszahl, die kleiner als dieselbe der Hauptspule 54A ist.
Die vorbestimmte Wicklungszahl jeder Hilfsspule 53B und 54B ist
eingestellt, um ein Treibdrehmoment zum Halten des Ventilkörpers 8 in einer
vorbestimmten Sicherheits-Offen-Position selbst dann zu erzeugen,
wenn lediglich die Sicherheits-Spulen 53B und 54B aufgrund
des Auftretens von Problemen, wie z. B. einem Bruch der Hauptspulen 53A und 54A,
erregt werden. Die vorbestimmte Sicherheits-Offen-Position ist eine
Zwischen-Offen-Position, um eine minimale Ansaugluftmenge sicherzustellen,
die zum Fahren des Fahrzeugs zu einer Reparaturwerkstatt bei plötzlich auftretenden Problemen
erforderlich ist.
-
Während
des Motorbetriebs erregt die Motorsteuereinheit die Hauptspulen 53A und 54A des elektromagnetischen
Betätigers 51,
um den Ventilkörper 8 zwischen
der geschlossenen Position und der vollständig geöffneten Position für eine variable Steuerung
der Ansaugluftmenge abhängig
von einer Manipulationsmenge des Beschleunigers zu bewegen. Die
Motorsteuereinheit überwacht
ferner den Strom und die Spannung die in den Hilfs-Spulen 53B und 54B durch
die Erregung der Hauptspulen 53A und 54A induziert
werden. Die Motorsteuereinheit bestimmt einen Bruch der Hilfsspulen 53B und 54B auf
der Basis der Überwachungsresultate.
Die Motorsteuereinheit bestimmt ferner den Bruch der Hauptspulen 53A und 54A unter
Verwendung von Erfassungsresultaten des Drosselsensors 26.
Wenn der Bruch der Hauptspulen 53A und 54A bestimmt ist,
dann beginnt die Motorsteuereinheit die Hilfs-Spulen 53B und 54B zu
erregen. Als ein Resultat wird der Ventilkörper 8 in der Sicherheits-Offen-Position
gehalten, so daß das
Fahrzeug zu dem Sicherheits-Fahr-Zustand geschaltet wird.
-
Das dritte Ausführungsbeispiel zeigt im wesentlichen
die gleichen Effekte wie das obige erste Ausführungsbeispiel. Zusätzlich können die
Hilfsspulen 53B und 54B bei diesem Ausführungsbeispiel den
Ventilkörper 8 in
der Sicherheits-Offen-Position selbst
dann halten, wenn die Hauptspulen 53A und 54A aufgrund
eines Problems, wie z. B. einem Bruch, nicht erregt werden. Dies
kann die Zuverlässigkeit der
Betätigeranordnung
erhöhen.
Ferner kann die Anordnung dieses Ausführungsbeispiels strukturell im
Vergleich zu einer Anordnung, bei der eine andere mechanische Struktur
zum Halten des Ventilkörpers 8 in
der Sicherheits-Offen-Position innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet
ist, vereinfacht werden. Außerdem
kann die Diagnose eines Problems der Hilfs-Spulen 53B und 54B durch
das Überwachen des
Stroms oder der Spannung, die in den Hilfsspulen 53B und 54B bei
der Erregung der Hauptspulen 53A und 54A induziert
werden, durchgeführt
werden.
-
Die Anordnung der vorstehenden Abschnitte ist
unterdessen nicht auf die vorstehenden Abschnitte 21 und 42 der
Rotorkerne 18 und 40 der obigen Ausführungsbeispiele
begrenzt. Die vorstehenden Abschnitte können in den Statorkernen derart
angeordnet sein, daß zumindest
ein Teil jedes vorstehenden Abschnitts dem entsprechenden Abschnitt
des Rotorkerns gegenüberliegt.
-
Die Spule 38 des zweiten
Ausführungsbeispiels
kann ferner durch ein Paar von getrennten Spulen gebildet sein,
wie z. B. die Haupt- und Hilfs-Spulen 53 und 54 des
dritten Ausführungsbeispiels.