DE102004060714A1

DE102004060714A1 - Schaltklappeneinrichtung

Info

Publication number: DE102004060714A1
Application number: DE102004060714A
Authority: DE
Inventors: Frank Bürger; Norbert Ludwig
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-07-06
Also published as: US7705551B2; EP1825222A1; JP2008524484A; US20080258582A1; JP4430110B2; WO2006063906A1

Abstract

Eine Stellvorrichtung für Stellorgane wie Schalt-, Drossel- oder Drallklappen in Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge weist eine mit einem Stellmotor (10) verbundene Welle (20) auf. Die Welle (20) ist mit einem Stellorgan, wie einer Schaltklappe oder dgl., verbunden. In einer vorgegebenen Position zur Welle (20) sind zwei Stiftmagnete (24, 26) angeordnet, vorzugsweise mit einem Teilkranz-Zahnrad verbunden. Die Stiftmagnete (24, 26) bewegen sich beim Drehen der Welle (20) relativ zu einem vorzugsweise ortsfesten Magnetfeld-Sensor (22). Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Magnetfeld-Sensor um einen linearen Hall-Sensor. Durch das Vorsehen eines linearen Hall-Sensors ist es möglich, drei unterschiedliche Wellenstellungen zu bestimmen. Hierbei handelt es sich um die beiden durch die Stiftmagnete (24, 26) vorgegebenen Wellenstellungen, in denen die Magnete dem Hall-Sensor gegenüberliegend angeordnet sind, sowie um eine Stellung, in der der Hall-Sensor auf Grund der Lage der Stiftmagnete (24, 26) kein Magnetfeld detektiert. In dieser Stellung zeigt ein linearer Hall-Sensor eine definierte Brückenspannung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung für Stellorgane, wie beispielsweise Schalt-, Drossel- oder Drallklappen, in Verbrennungsmotoren.

Derartige Stellvorrichtungen, die insbesondere für in Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren angeordnete Stellorgane eingesetzt werden, weisen, wie beispielsweise in DE 103 21 653 beschrieben, einen typischerweise elektrischen Stellmotor auf. Der Stellmotor ist über ein Getriebe mit einer Welle verbunden. Hierbei kann das Getriebe ein mit der Motorwelle verbundenes Schneckenrad und ein mit der Welle bzw. der Abtriebswelle verbundenes Zahnrad aufweisen. Da die Abtriebswelle, mit der das Stellorgan, d. h. insbesondere eine Klappe, verbunden ist, häufig nur um einen bestimmten Winkel von vorzugsweise 90 ° hin und her gedreht wird, kann an Stelle eines Voll-Zahnrads ein Teilkranz-Zahnrad vorgesehen werden. Mit dem Zahnrad sind in einem Abstand zur Welle sowie einem Winkel zueinander zwei Stiftmagnete verbunden. Bei einem Stellwinkel von 90° weisen die beiden Stiftmagnete ebenfalls einen Winkel von 90° zueinander auf. In dem Gehäuse der in DE 103 21 653 beschriebenen Stellvorrichtung ist ein Hall-Schalter ortsfest angeordnet. Sobald ein Stiftmagnet dem Hall-Schalter gegenüberliegend angeordnet ist, wird von dem Hall-Schalter ein Spannungssignal erzeugt. Dies wird an eine Logik-Schalteinrichtung übertragen, wobei die Logik-Schalteinrichtung nur durch eine Endstellung des Stellorgans detektiert wird und beispielsweise den Motor abschaltet. Gleichzeitig kann von der Logik-Schalteinrichtung eine Drehrichtungsumkehr des Motors festgelegt werden, so dass beim nächsten Betätigen des Stellmotors ein Drehen der Welle und damit ein Betätigen des Stellorgans in umgekehrte Richtung erfolgt. Die Drehung der Welle und damit das Betätigen der Klappe erfolgt solange, bis der andere Stiftmagnet dem Hall-Schalter gegenüberliegend angeordnet ist und wiederum ein Spannungssignal in dem Hall-Schalter erzeugt. Diese Spannungssignal wird von der Logik-Schalteinrichtung wiederum entsprechend verarbeitet. Durch eine derartige Stellvorrichtung können jeweils die Endstellungen eines Stellorgans, wie einer Klappe, detektiert werden. Es ist jedoch nicht möglich, festzustellen, ob ein Stellorgan, beispielsweise auf Grund auftretender Vibrationen, aus der geforderten Endstellung herausgedreht wird. Hierbei kann eine Veränderung der geforderten Lage des Stellorgans zu Beeinträchtigungen des Laufverhaltens des Verbrennungsmotors, beispielsweise einer verringerten Leistungsabgabe, eines erhöhten Kraftstoffverbrauchs etc., führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stellvorrichtung zu schaffen, mit der auf einfache und kostengünstige Weise die Stellung eines Stellorgans außerhalb der geforderten Endlage möglich ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung weist eine mit einem Stellmotor verbundene Welle zum Betätigen eines mit der Welle verbundenen Stellorgans, wie einer Klappe, auf. Ferner sind zwei jeweils in einer vorgegebenen Position zur Welle angeordnete Stiftmagnete vorgesehen. Hierbei sind die Stiftmagnete derart mit der Welle verbunden, dass sie sich beim Drehen der Welle relativ zu einem Magnetfeld-Sensor bewegen. Erfindungsgemäß wird als Magnetfeld-Sensor ein linearer Hall-Sensor vorgesehen. Das Verwenden eines linearen Hall-Sensors hat den Vorteil, dass dieser sowohl eine Spannung erzeugt, wenn ein Magnetfeld detektiert wird, als auch, wenn kein Magnetfeld detektiert wird. Mit einem linearen Hall-Sensor sind somit drei unterschiedliche Wellenstellungen bestimmbar. Hierbei handelt es sich einerseits um zwei Wellenstellungen, bei denen es sich insbesondere um Endstellungen handelt, in denen jeweils ein Stiftmagnet dem linearen Hall-Sensor gegenüberliegend angeordnet ist. Bei einer dritten Wellenstellung ist keiner der beiden Stiftmagnete dem linearen Hall-Sensor gegenüberliegend angeordnet. Dies hat zur Folge, dass der lineare Hall-Sensor kein Magnetfeld detektiert. Bauartbedingt zeigt der lineare Hall-Sensor, wenn er kein Magnetfeld detektiert, eine definierte Spannung. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Brückenspannung. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines linearen Hall-Sensors in Kombination mit zwei Stiftmagnete können somit auf einfache Weise drei unterschiedliche Wellenstellungen definiert werden.

Vorzugsweise sind die Stiftmagnete derart angeordnet, dass sie jeweils eine Endstellung des Stellorgans definieren. Hierzu sind die Stiftmagnete vorzugsweise in einem Abstand zur Welle angeordnet. Besonders bevorzugt ist es hierbei, dass die Welle ein Zahnrad, insbesondere ein Teilkranz-Zahnrad, trägt und die Stiftmagnete mit dem Zahnrad verbunden sind. Die beiden Stiftmagnete weisen hierbei vorzugsweise einen Abstand zur Welle und zueinander einen Winkel auf, wobei der Winkel vorzugsweise dem Schwenkwinkel des Stellorgans entspricht.

Die beiden Stiftmagnete sind vorzugsweise derart angeordnet, dass ein unterschiedlicher Pol in Richtung des Sensors weist. Hierdurch ist es möglich, die beiden Endstellungen voneinander unterscheiden.

Um eine definierte Relativbewegung zwischen den beiden Stiftmagnete und dem linearen Hall-Sensor zu gewährleisten, sind die beiden Stiftmagnete vorzugsweise fest mit der Welle, bzw. dem mit der Welle verbundenen Zahnrad verbunden. Der lineare Hall-Sensor ist ortsfest insbesondere in dem Gehäuse der Stellvorrichtung angeordnet.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine schematische, prinzipielle Darstellung einer Stellvorrichtung, wobei zur Verdeutlichung das Gehäuse nicht dargestellt ist.
Die Stellvorrichtung weist einen Stellmotor 10 auf, bei dem es sich vorzugsweise um einen Elektromotor handelt. Über eine mit dem Stellmotor 10 verbundene Antriebswelle 12 wird eine Schnecke 14 angetrieben. Die Schnecke 14 greift in eine Verzahnung 16 eines Teilkranz-Zahnrades 18 ein. Das Teilkranz-Zahnrad 18 ist mit einer Welle 20 fest verbunden. Mit der Welle 20 ist ein nicht dargestelltes Stellorgan, wie beispielsweise eine Schaltklappe, fest verbunden. Durch Betätigen des Motors 10 erfolgt ein Drehen der Schnecke 14 und hierdurch ein Drehen des Teilkranz-Zahnrades 18. Dies bedeutet wiederum ein Verschwenken des mit der Welle 20 verbundenen Stellorgans.
Ortsfest in einem nicht dargestellten Gehäuse ist ein linearer Hall-Sensor 22 angeordnet. Mit dem Teilkranz-Zahnrad 18 sind zwei Stiftmagnete 24, 26 fest verbunden. Die Stiftmagnete 24, 26 sind in einem Winkel α in einem Abstand zur Welle 20 angeordnet.
Sobald einer der Stiftmagnete 24, 26 durch das Drehen des Teilkranz-Zahnrads 18 in eine Stellung gelangt, in der er dem linearen Hall-Sensor 22 gegenüberliegend angeordnet ist, erzeugt der lineare Hall-Sensor ein Signal. Dies wird über eine Leitung 28 an eine Logik-Schalteinrichtung 30 übermittelt. Die Logik-Schalteinrichtung 30 steuert sodann den Motor 10. Da die Stellung eines Stabmagneten 24, 26 gegenüber dem linearen Hall-Sensor 22 vorzugsweise eine Endstellung definiert, erfolgt durch die Erzeugung des Signals vorzugsweise ein Abschalten des Motors 10. Ferner wird vorzugsweise für die nächste Betätigung des Motors eine Richtungsumkehr vorgegeben. Die beiden Stiftmagnete 24, 26 sind derart mit dem Zahnrad 28 verbunden, dass unterschiedliche Pole in Richtung des linearen Hall-Sensors 22 weisen. Hierdurch ist es möglich, die beiden Endstellungen voneinander zu unterscheiden.
Da erfindungsgemäß ein linearer Hall-Sensor 22 verwendet wird, erzeugt der lineare Hall-Sensor auch dann ein Signal, wenn keiner der beiden Stiftmagnete 24, 26 dem Sensor 22 gegenüberliegend angeordnet ist und der Sensor 22 somit kein Magnetfeld erkennt. Hierbei erzeugt der Sensor 22 eine Spannung, insbesondere eine Brückenspannung, deren Wert sich von den Spannungswerten unterscheidet, die von dem Sensor 22 erzeugt werden, wenn einer der beiden Stiftmagnete 24, 26 dem Sensor 22 gegenüberliegend angeordnet ist. Auf Grund des erfindungsgemäßen Vorsehens des linearen Hall-Sensors 22 ist es somit möglich, einerseits die beiden Endstellungen zu detektieren, in denen jeweils einer der beiden Stiftmagnete 24, 26 dem Hall-Sensor gegenüberliegend angeordnet ist, und andererseits auch eine Stellung zu detektieren, in der sich das Stellorgan nicht in einer der beiden Endstellungen befindet. Üblicherweise handelt es sich hierbei um eine Zwischenstellung, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist. Es ist jedoch auch möglich, eine Stellung der Welle 20 zu detektieren, in der die Welle 20 über eine der Endpositionen hinaus gedreht wurde. Hierdurch ist beispielsweise die Beschädigung einer Klappe oder ein Bruch der Welle 20 detektierbar. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Vorsehens eines linearen Hall-Sensors können somit auch Überwachungsfunktionen realisiert werden. Insbesondere können die Anforderungen gemäß OBD II erfüllt werden.

Claims

Stellvorrichtung für Stellorgane, wie Schalt-, Drossel- oder Drallklappen, in Verbrennungsmotoren, mit einem mit einer Welle (20) verbundenen Stellmotor (10) zum Betätigen eines mit der Welle (20) verbundenen Stellorgans und zwei jeweils in einer vorgegebenen Position zur Welle (20) angeordneten Stiftmagnete (24, 26), die sich beim Drehen der Welle (20) relativ zu einem Magnetfeld-Sensor (22) bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeld-Sensor ein linearer Hall-Sensor (22) zur Bestimmung von drei unterschiedlichen Wellenstellungen ist.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung jedes Stiftmagnete (24, 26) gegenüber dem Sensor (22) jeweils eine Wellenstellung definiert.
Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftmagnete (24, 26) mit unterschiedlicher Polarität in Richtung des Sensors (22) angeordnet sind.
Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Wellenstellung dadurch definiert ist, dass keiner der Stiftmagnete (24, 26) gegenüber dem Sensor (22) angeordnet ist.
Stellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (22) in der dritten Wellenstellung eine definierte Spannung, insbesondere eine Brückenspannung, erzeugt.
Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (22) ortsfest, insbesondere in einem Gehäuse der Stellvorrichtung, angeordnet ist.
Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor (10) über ein Getriebe (14, 18) mit der Welle (20) verbunden ist.
Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (20) mit einem Zahnrad (18), insbesondere einem Teilkranz-Zahnrad verbunden ist, wobei mit dem Zahnrad (18) die Stiftmagnete (24, 26) verbunden sind.
Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftmagnete (24, 26) in einem Winkel (α) zueinander angeordnet sind.
Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Stiftmagnete (24, 26) Endstellungen des Stellorgans definiert sind.