DE102006000039A1

DE102006000039A1 - Aktuator für eine Ventilhubsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE102006000039A1
Application number: DE102006000039A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Kariya Kimura; Shigeru Kariya Yoshiyama; Taku Kariya Itoh; Hideo Kariya Inaba; Joji Kariya Yamaguchi; Akihiko Kariya Kameshima; Toshiki Kariya Fujiyoshi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-02-01
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2026-02-01
Also published as: US7246579B2; JP2006214291A; JP4240488B2; DE102006000039B4; US20060169234A1

Abstract

Ein Aktuator (10) für eine Ventilhubsteuervorrichtung (2) hat ein Gehäuse (20), das einen ersten und einen zweiten Raum (32, 33) darin bildet. Der erste Raum (32) wird mit einem Schmierfluid versorgt. Der Aktuator (10) hat des weiteren einen Förderschraubenmechanismus (21) einschließlich einer zylindrischen Spindel (38) und eines Gewindes (39), und er wandelt eine Drehbewegung der Spindel (38) zu einer linearen Bewegung des Gewindes (39) um. Die Spindel (38) hat einen ersten Endabschnitt (41a), der zu dem ersten Raum (32) geöffnet ist, und einen zweiten Endabschnitt (41b), der von dem zweiten Raum (33) umschlossen ist. Das Gewinde (39) überschreitet Grenzen zwischen einem Inneren (46) der Spindel (38), dem ersten Raum (32) und einem äußeren Raum. Der Aktuator (10) hat eine Motoreinheit (26), die sich in dem zweiten Raum (33) befindet und die Spindel (38) dreht. Der Aktuator (10) hat des weiteren ein Dichtelement (24), das einen Spalt zwischen dem Gehäuse (20) und der Spindel (38) abdichtet, um den ersten und den zweiten Raum (32, 33) zu trennen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilhubsteuervorrichtung zum Steuern eines Hubbetrages zumindest eines Einlaßventils oder eines Auslaßventils einer Brennkraftmaschine (nachfolgend zur Vereinfachung als eine Kraftmaschine bezeichnet).

Bei einer herkömmlichen Ventilhubsteuervorrichtung werden verschiedene Bauarten von Aktuatoren zum linearen Antreiben einer Achse eines Änderungsmechanismus verwendet, der einen Hubbetrag eines Ventils auf der Grundlage einer Position der Achse steuert. Zum Beispiel ist ein Aktuator in US- 2004- 0083997A1 (JP- 2004- 150332A) beschrieben, der mittels eines Untersetzungsmechanismus und eines Nockenmechanismus eine Drehantriebskraft zu einer linearen Antriebskraft umwandelt und die lineare Antriebskraft auf die Achse des Änderungsmechanismus aufbringt.

Der herkömmliche Aktuator muss jedoch den Untersetzungsmechanismus in Kombination mit dem Nockenmechanismus verwenden, damit die lineare Antriebskraft stark ist. Es ist daher schwierig, den Aktuator so zu konstruieren, dass er klein ist. Somit können die Positionen eingeschränkt sein, an denen der Aktuator angeordnet werden kann.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben einen Aufbau eines Förderschraubenmechanismus untersucht, der eine Drehbewegung einer Drehachse zu einer linearen Bewegung einer Gewindeachse umwandelt. Der Förderschraubenmechanismus kann eine starke lineare Antriebskraft mittels eines einfachen Aufbaus erzeugen, bei dem die Drehachse und die Gewindeachse direkt oder indirekt koaxial verbunden sind. Ein Aktuator mit dem Förderschraubenmechanismus kann daher so konstruiert werden, dass er kleiner als der Aktuator mit dem Untersetzungsmechanismus und dem Nockenmechanismus ist.

Die Erfinder haben jedoch ein Problem beim Verringern der Größe des Aktuators in jenem Fall herausgefunden, bei dem der Förderschraubenmechanismus und die Motoreinheit in dem selben Gehäuse angebracht werden. Wenn Schmieröl in das Gehäuse zum Schmieren eines reibungserzeugenden Abschnittes des Förderschraubenmechanismuses zugeführt wird, dann nimmt die Motoreinheit in dem Gehäuse das Schmieröl auf. Falls insbesondere die Motoreinheit so konstruiert ist, dass sie eine Spindel durch Erregen einer Spule antreibt, dann bewirkt das Schmieröl einen Defekt in der Motoreinheit wie zum Beispiel einen Wackelkontakt. Es ist daher zum Verbessern der Haltbarkeit des Aktuators wichtig, den durch das Schmieröl verursachten Defekt zu vermeiden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aktuator für eine Ventilhubsteuervorrichtung vorzusehen, die so konstruiert werden kann, dass sie klein und haltbar ist.

Ein Aktuator für eine Ventilhubsteuervorrichtung hat ein Gehäuse, das darin einen ersten Raum und einen zweiten Raum bildet. Der erste Raum wird mit einem Schmierfluid versorgt. Der Aktuator hat des weiteren einen Förderschraubenmechanismus einschließlich einer Drehspindel und einer Gewindewelle, und er wandelt eine Drehbewegung der Drehspindel zu einer linearen Bewegung der Gewindewelle um. Die Drehspindel hat eine Form eines Zylinders mit einem Bodenabschnitt, und sie hat einen ersten und einen zweiten Endabschnitt. Der erste Endabschnitt verbindet den ersten Raum mit einem Innenraum der Drehspindel. Der zweite Endabschnitt, der sich in dem zweiten Raum befindet, trennt den zweiten Raum von dem Innenraum.

Der Aktuator hat des weiteren eine Motoreinheit, die eine Spule aufweist, die sich in dem zweiten Raum befindet, und die die Drehspindel dreht, wenn die Spule erregt wird. Der Aktuator hat des weiteren ein Dichtelement, das einen Spalt zwischen dem Gehäuse und der Drehspindel abdichtet, um den ersten Raum und den zweiten Raum zu trennen.

Es wird somit unterbunden, dass das in den ersten Raum zugeführte Schmieröl in den zweiten Raum durch den Spalt zwischen dem Gehäuse und der Drehspindel eintritt, da der erste Raum und der zweite Raum durch das Dichtelement getrennt sind.

Zusätzlich darf das Schmieröl, das in den ersten Raum zugeführt wird, in den Innenraum der Drehspindel strömen, aber eine Strömung in den zweiten Raum durch den Innenraum wird unterbunden, da der erste Endabschnitt den ersten Raum mit einem Innenraum der Drehspindel verbindet, und da der zweite Endabschnitt den zweiten Raum von dem Innenraum trennt.

Es ist daher möglich, zu verhindern, dass die Spulen der Motoreinheit in dem zweiten Raum durch das Schmieröl in Mitleidenschaft geraten, während ein reibungserzeugender Abschnitt durch das Schmieröl in den Innenraum geschmiert wird.

Es ist somit möglich, die Haltbarkeit sowohl des Förderschraubenmechanismus als auch der Motoreinheit zu verbessern.

Zusätzlich wird der Förderschraubenmechanismus, der einen relativ einfachen Aufbau der Drehspindel und der Gewindewelle aufweist, als ein Mechanismus zum Umwandeln der Drehbewegung der Motoreinheit zu der linearen Bewegung der Steuerwelle verwendet. Es ist daher möglich, die Größe des Aktuators zu reduzieren.

Die Erfindung wird zusammen mit weiteren Merkmalen und Vorteilen aus der folgenden Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Zu den Zeichnungen:
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Hauptabschnittes eines Aktuators für eine Ventilhubsteuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2A zeigt eine ausschnittartige Querschnittsansicht der Ventilhubsteuervorrichtung;
2B zeigt eine Querschnittsansicht der Ventilhubsteuervorrichtung; und
3 zeigt eine Querschnittsansicht des Aktuators für die Ventilhubsteuervorrichtung.
Wie dies in den 2A und 2B gezeigt ist, hat eine Ventilhubsteuervorrichtung 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel einen Änderungsmechanismus 8 und einen Aktuator 10, und sie steuert einen Hubbetrag eines Einlaßventils 6 einer Kraftmaschine 4.
Der Änderungsmechanismus 8, der zum Beispiel in JP- 2001- 263015A offenbart ist, ist an der Kraftmaschine 4 angebracht, und er hat eine Steuerwelle 12, ein Schiebezahnrad 14, eine Eingabeeinheit 15 und Schwenknocken 16. Das Schiebezahnrad 14 ist zusammen mit der Steuerwelle 12 in der axialen Richtung der Steuerwelle 12 linear bewegbar, und es ist mit einem Schraubenkeil an Innenflächen der Eingabeeinheit 15 und der Schwenknocken 16 im Eingriff. Eine Differenz zwischen Drehphasen der Eingabeeinheit 15 und den Schwenknocken 16 um die axiale Richtung ändert sich gemäß einer Position der Steuerwelle 12 in der axialen Richtung.
Die Eingabeeinheit 15 ist mit einem Einlaßnocken 18 einer Nockenwelle 17 in Kontakt, und einer der Schwenknocken 16 kann mit einem Schwenkarm 19 des Einlaßventils 6 in Kontakt gelangen. Ein Schwenkwinkelbereich, der ein Winkelbereich um die axiale Richtung ist, innerhalb dessen sich der Schwenknocken 16 bewegen kann, ändert sich in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Drehphasen der Eingabeeinheit 15 und der Schwenknocken 16. Daher steuert der Änderungsmechanismus 8 einen Ventilhubbetrag, der einen Betrag einer nach oben gerichteten Bewegung des Einlaßventils 6 ist, und zwar in Abhängigkeit von der Position der Steuerwelle 12 in der axialen Richtung, und dadurch steuert er Charakteristika des Einlaßventils 6, wie zum Beispiel ein Ventilwirkwinkel oder den maximalen Ventilhubbetrag. Bei dem Ausführungsbeispiel dient eine Ventilwiderstandskraft, die eine durch das Einlaßventil 6 auf die Steuerwelle 12 aufgebrachte Kraft ist, als eine Axialkraft, die in einer Richtung entgegen einer Richtung von der Steuerwelle 12 zu dem Aktuator 10 aufgebracht wird.
Der Aktuator 10 bewegt die Steuerwelle 12 in der axialen Richtung. Wie dies in der 3 gezeigt ist, hat der Aktuator 10 ein Gehäuse 20, einen Förderschraubenmechanismus 21, ein Axiallager 22, ein Radiallager 23, eine Öldichtung 24, eine Versetzungsbegrenzungseinheit 25, eine Motoreinheit 26, eine Magneteinheit 27, eine Erfassungseinheit 28 und eine elektrische Leistungsverteilungsvorrichtung 29. Der Aktuator 10 ist so in einem Fahrzeug angebracht, dass die Richtung von rechts nach links gemäß der 3 einer horizontalen Richtung entspricht.
Das Gehäuse 20 hat eine zylindrische Form mit einem Bodenabschnitt 31, der in ein Montageloch 30 der Kraftmaschine 4 gepasst ist, und es ist an die Kraftmaschine 4 durch Schrauben befestigt. Das Gehäuse 20 hat einen ersten Raum 32 und einen zweiten Raum 33 angrenzend an dem ersten Raum 32. Die Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Raum 32 und 33 ist in der 3 durch eine abwechselnd lang und doppelt kurz gestrichelte Linie B dargestellt. Der erste Raum 32, der näher an dem Bodenabschnitt 31 als der zweite Raum 33 ist, wird durch eine Ölpumpe 35 der Kraftmaschine 4 durch ein Ölzuführungsrohr 34, das das Gehäuse 20 durchdringt, mit einem Schmieröl versorgt.
Der Förderschraubenmechanismus 21 dient als ein Trapez-Schraubenmechanismus, der durch eine Drehspindel 38 und eine Gewindewelle 39 ausgebildet ist, die koaxial angeordnet sind. Die Drehspindel 38 hat eine zylindrische Form mit einem Bodenabschnitt, der die Grenze B zwischen dem ersten und dem zweiten Raum 32 und 33 überschreitet, und sie befindet sich dadurch an einer Position zwischen der Steuerwelle 12 und der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29. Wie dies in einer vergrößerten Ansicht der 1 gezeigt ist, hat die Drehspindel 38 eine Schraubenmutter 41 mit einem Innengewinde 40 an ihrem Innenumfang, das einen Querschnitt mit einer Form eines Trapezes aufweist. Die Drehspindel 38 hat außerdem einen Deckel 42 und einen Sprengring 43, die an die Schraubenmutter 41 angebracht sind.
Die Schraubenmutter 41 wird durch das Axiallager 22 und das Radiallager 23 gestützt, die koaxial zu der Schraubenmutter 41 angeordnet sind, und dadurch kann sie sich um die axiale Richtung rückwärts und vorwärts drehen. Ein Endabschnitt 41a der Schraubenmutter 41 ist zu dem ersten Raum 32 geöffnet. Anders gesagt verbindet der Endabschnitt 41a den ersten Raum 32 mit einen Innenraum 46 der Schraubenmutter 41. Der andere Endabschnitt 41b ist in dem zweiten Raum 33 durch den Deckel 42 abgedeckt. Anders gesagt trennt der Deckel 42 der Drehspindel 38 den zweiten Raum 33 von dem Innenraum 46. Der Deckel 42 hat eine Buchseneinheit 44 mit einer zylindrischen Form, die koaxial zu der Schraubenmutter 41 ist. Die Buchseneinheit 44 hat ein offenes Ende, das der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 in der axialen Richtung zugewandt ist. Der Sprengring 43 hat eine Form eines Buchstabens C, und er ist mit einer radialen Nut 45 an einem Außenumfang der Schraubenmutter 41 im Eingriff. Der Sprengring 43 kann sich bezüglich der Schraubenmutter 41 in der axialen Richtung nicht bewegen.
Die Gewindewelle 39 ist so angeordnet, dass sie die Grenzen zwischen dem Bodenabschnitt 31, einem Innenraum 46 der Schraubenmutter 41, des ersten Raumes 32 und eines Ölkanals 47 der Kraftmaschine 4 überschreitet, und sie befindet sich dadurch an einer Position zwischen der Steuerwelle 12 und der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29. Ein Außengewinde 48, dessen Querschnitt eine Form eines Trapezes aufweist, ist an einem Endabschnitt eines Außenumfanges der Gewindewelle 39, wobei der Endabschnitt nahe der Gewindemutter 41 ist. Das Außengewinde 48 und das Innengewinde 40 der Schraubenmutter 41 sind miteinander verschraubt. Die Gewindewelle 39 bewegt sich daher in der axialen Richtung, was durch eine Drehbewegung der Drehspindel 38 bewirkt wird. Somit wandelt der Förderschraubenmechanismus 21 die Drehbewegung der Drehspindel 38 in eine lineare Bewegung der Gewindewelle 39 um.
Wie dies in der 3 gezeigt ist, ist ein Ende der Gewindewelle 39 nahe dem Ölkanal 47 durch ein Fügeelement 49 mit einem Ende der Steuerwelle 12 gegenüber dem Schiebezahnrad 14 koaxial verbunden. Die Gewindewelle 39 ist daher zusammen mit der Steuerwelle 12 linear bewegbar.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, ist ein erstes Keilwellenprofil 50 an einem mittleren Abschnitt des Außenumfanges der Gewindewelle 39 ausgebildet. Eine Drehbegrenzungsbuchse 51 ist mit einem Abschnitt des Innenumfanges des Bodenabschnittes 31 in Eingriff, und in Umfangsrichtung daran befestigt. Ein zweites Keilwellenprofil 52 ist an dem Innenumfang der Drehbegrenzungsbuchse 51 ausgebildet und mit dem ersten Keilwellenprofil 50 radial in Eingriff. Das erste und das zweite Keilwellenprofil 50 und 52 begrenzen eine Drehung der Gewindewelle 39 und eine Fehlausrichtung der Gewindewelle 39 von der axialen Richtung, während ein Reibungswiderstand unterdrückt wird, der auf die Gewindewelle 39 aufgebracht wird. Somit wird der Umwandlungswirkungsgrad der Bewegungen bei dem Förderschraubenmechanismus 21 verbessert.
Zusätzlich wird das Schmieröl aus dem ersten Raum 32 zu dem Ölkanal 47 durch eine Spalt zwischen der Gewindewelle 39 und der Drehbegrenzungsbuchse 51 ausgelassen. Das zu dem Ölkanal 47 ausgelassene Schmieröl wird zu der Ölpumpe 35 geschickt, wie dies in der 3 gezeigt ist. Somit ist ein Schmierölaustauschsystem 94 ausgebildet, bei dem das Schmieröl durch die Ölpumpe 35, das Ölzuführungsloch 34, den ersten Raum 32, den Spalt zwischen den Substanzen 39 und 51 und den Ölkanal 47 in dieser Reihenfolge strömt.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, befindet sich das Axiallager 22, das die Drehspindel 38 gegen die Axialkraft stützt, in dem ersten Raum 32, und es ist ein Axialkontakt- Kugellager einschließlich einer inneren Laufbahn 53, einer äußeren Laufbahn 54 und kugelförmigen Wälzkörpern 55 zwischen den Laufbahnen 53 und 54. Ein Spalt zwischen der inneren Laufbahn 53 und der äußeren Laufbahn 54 ist mit dem ersten Raum 32 verbunden. Die äußere Laufbahn 54 ist mit dem Innenumfang des Gehäuses 20 in Eingriff. Die innere Laufbahn 53 ist an dem Endabschnitt 41a der Schraubenmutter 41 angebracht, wobei der Endabschnitt 41a der Steuerwelle 12 in der axialen Richtung zugewandt ist. Die äußere Laufbahn 54 ist an einen Teil des Bodenabschnittes 31 angebracht, wobei der Teil der Schraubenmutter 41 in der axialen Richtung zugewandt ist.
Das Radiallager 23, das die Drehspindel 38 gegen die auf die Drehspindel 38 aufgebrachte radiale Kraft stützt, befindet sich in dem zweiten Raum 33 und es ist ein Radialkontakt- Kugellager einschließlich einer inneren Laufbahn 56, einer äußeren Laufbahn 57 und kugelförmigen Wälzkörpern 58 zwischen den Ringen 56 und 57. Ein Spalt zwischen der inneren Laufbahn 56 und der äußeren Laufbahn 57 ist abgedichtet, und er ist mit Fett gefüllt. Die innere Laufbahn 56 ist mit dem Außenumfang der Schraubenmutter 41 in Eingriff. Der Sprengring 43 ist an einer Seitenfläche der inneren Laufbahn 56 angebracht, die der Steuerwelle 12 in der radialen Richtung zugewandt ist. Die äußere Laufbahn 57 ist mit dem Innenumfang eines Halterabschnittes 59 in Eingriff, der von dem Innenumfang des Gehäuses 20 vorsteht und eine zylindrische Form aufweist.
Die Öldichtung 24 ist mittels einer Presspassung in den Innenumfang des Gehäuses 20 gepasst, und dann ist die Schraubenmutter 41 in einer Innenumfangsseite der Öldichtung 24 eingefügt worden. Die Öldichtung 24 ist somit zwischen dem Gehäuse 20 und dem Endabschnitt 41a der Schraubenmutter 41 vorgesehen, wobei sie mittels einer Presspassung in den Innenumfang des Gehäuses 20 gepasst ist. Die Öldichtung 24 befindet sich an der Grenze B zwischen dem ersten Raum 32 und dem zweiten Raum 33 und an einer entgegengesetzten Seite des Sprengrings 43 hinsichtlich des Radiallagers 23. Somit dichtet die Öldichtung 24 einen Spalt zwischen dem Gehäuse 20 und der Schraubenmutter 41 ab, um den ersten Raum 32 und den zweiten Raum 33 flüssig dicht zu trennen.
Die Versetzungsbegrenzungseinheit 25 hat einen Stopper 60 und eine Wellenscheibe 61, und sie befindet sich in dem zweiten Raum 33. Der Stopper 60 hat einen Eingriffsabschnitt 62, einen Befestigungsabschnitt 63 und einen Hindernisabschnitt 64.
Der Eingriffsabschnitt 62 hat eine zylindrische Form, und er ist mit dem Außenumfang des Halterabschnittes 59 in Eingriff. Der Befestigungsabschnitt 63 hat eine Form einer ringartigen Scheibe, die von einem Ende des Eingriffsabschnittes 62 radial nach außen vorsteht und die in den Innenumfang des Gehäuses 20 geschraubt ist. Der Hindernisabschnitt 64 ist in der axialen Richtung von dem äußeren Laufring 57 und zwischen dem äußeren Laufring 57 und der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 angeordnet. Der Hindernisabschnitt 64 hat eine Form einer ringartigen Scheibe, die von dem anderen Ende des Eingriffsabschnittes 62 radial nach innen vorsteht.
Die Wellenscheibe 61 befindet sich zwischen dem Hindernisabschnitt 64 und dem äußeren Laufring 57, und sie hat eine Form einer ringartigen Scheibe. Die Wellenscheibe 61, die koaxial zu dem Hindernisabschnitt 64 und dem äußeren Laufring 57 ist, wird in der radialen Richtung durch den Hindernisabschnitt 64 und den äußeren Laufring 57 komprimiert. Die Komprimierung verursacht eine Erzeugung einer Wiederherstellungskraft durch die Wellenscheibe 61. Mittels der Wiederherstellungskraft bringt die Wellenscheibe 61 auf den Hindernisabschnitt 64 eine Kraft in der axialen Richtung zu der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 auf, und sie bringt außerdem auf den äußeren Laufring 57 eine Kraft in der axialen Richtung zu der Steuerwelle 12 auf. Ein Spiel zwischen dem Hindernisabschnitt 64 und dem äußeren Laufring 57 wird daher unterdrückt.
Die Motoreinheit 26 ist ein bürstenloser Motor, der durch einen Drehrotor 65 und einem Stator 66 ausgebildet ist, und sie befindet sich in dem zweiten Raum 33. Der Drehrotor 65 hat einen Rotorkern 67, Dauermagnete 68 und Magnetabdeckungen 69. Der Rotorkern 67 ist durch laminierte Eisenstücke ausgebildet, die jeweils eine Form einer ringartigen Scheibe aufweisen, und er ist mit dem Außenumfang des Endabschnittes 41b der Schraubenmutter 41 koaxial mit der Schraubenmutter 41 in Eingriff. Der Rotorkern 67 kann sich zusammen mit der Drehspindel 38 rückwärts und vorwärts drehen, und er dient dadurch als eine Motorwelle für die Motoreinheit 26.
Die Dauermagnete 68 und die Magnetabdeckungen 69 sind an dem Rotorkern 67 angebracht. Die Dauermagnete 68 sind nahe einer äußeren Verkleidung des Rotorkerns 67 in der Umfangsrichtung des Rotorkerns 67 in konstanten Intervallen eingebettet. Die Magnetabdeckungen 69 sind nicht magnetische Substanzen mit einer Form einer ringartigen Scheibe, und sie sind an beiden Enden des Rotorkerns 67 in der axialen Richtung vorgesehen. Die beiden Magnetabdeckungen 69 begrenzen somit die Positionen der vielen Dauermagnete 68 zwischen ihnen.
Der Stator 66 befindet sich an einer Außenumfangsseite des Drehrotors 65, und er hat einen Statorkern 70, Spulen 71 und Tastpillen 72. Der Statorkern 70 hat Vorsprungsabschnitte 70a, die radial nach innen vorstehen. Der Statorkern 70 ist durch laminierte Eisenstücke ausgebildet, so dass er eine Form von Blöcken aufweist, und er ist an dem Innenumfang des Gehäuses 20 angebracht. Die Spulen 71 sind um verschiedene Vorsprungsabschnitte 70a gewickelt, wobei jeweilige Haspeln 72 zwischengeordnet sind.
Die Magneteinheit 27 befindet sich in dem zweiten Raum 33, und sie hat einen Magnethalter 74 und einen Dauermagnet 75, der mehrere in Umfangsrichtung angeordnete Magnetpole aufweist, die einer Endfläche der Erfassungseinheit 28 zugewandt sind. Der Magnethalter 74 besteht aus einem magnetischen Material, und er ist zusammen mit der Magnetabdeckung 69 durch Nieten an der Seite des Rotorkerns 67 nahe der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 befestigt. Der Dauermagnet 75 ist mit einer vorbestimmten Position des Magnethalters 74 in Eingriff und magnetisch daran angebracht. Die Magneteinheit 27, die den Magnethalter 74 und den Dauermagneten 75 aufweist, kann sich daher zusammen mit dem Drehrotor 65 und der Drehspindel 38 rückwärts und vorwärts drehen.
Die Erfassungseinheit 28 ist durch mehrere Hall- Sonden 76 aufgebaut, die von der Magneteinheit 27 in der axialen Richtung zwischen der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 und der Magneteinheit 27 entfernt angeordnet sind, und sie liegen in dem zweiten Raum 33 frei. Jede Hall- Sonde 76 ist an einer vorbestimmten Stelle der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 befestigt und erfasst durch Aufnahme einer magnetischen Wirkung von dem Dauermagnet 75 der Magneteinheit 27 einen Drehwinkel der Drehspindel 38. Die Magneteinheit 27 und die Erfassungseinheit 28 sind so konstruiert, dass die Hall- Sonden 76 Signale abgeben, die jeweils eine vorbestimmte Wechselwirkung mit dem Drehwinkel der Drehspindel 38 aufweisen, die sich dreht, damit sich die Positionen der magnetischen Pole des Dauermagneten 75 ändern.
Die elektrische Leistungsverteilungsvorrichtung 29, wie sie in der 3 gezeigt ist, hat ein Schaltungsgehäuse 80 und eine Antriebsschaltung 81 in dem Schaltungsgehäuse 80. Das Schaltungsgehäuse 80 ist durch Schrauben an das Gehäuse 20 befestigt, und es hat ein Basiselement 82 und ein Abdeckungselement 83, die jeweils eine Form eines Bechers aufweisen. Das Basiselement 82 hat einen Bodenabschnitt 84, der die Öffnung des Gehäuses 20 abdeckt, und es ist in die Richtung entgegen dem Gehäuse 20 gewandt. Wie dies in der 1 gezeigt ist, hat das Basiselement 82 außerdem eine Stützabschnitt 85, der von dem Bodenabschnitt 84 zu dem Gehäuse 20 vorsteht. Der Stützabschnitt 85 hat eine Form eines Zylinders, und er ist in die Buchseneinheit 44 des Deckels 42 koaxial zu dem Deckel 42 eingefügt. Eine Gleitbuchse 86 mit einer Form eines Zylinders ist zwischen dem Stützabschnitt 85 und der Buchseneinheit 44 eingefügt, die dadurch durch den Stützabschnitt 85 durch die Gleitbuche 86 gestützt ist. Es ist somit möglich, eine Neigung der Drehspindel 38 um ihren Stützpunkt angrenzend an dem Radiallager 23 zu verhindern, da eine Versetzung der Bucheneinheit 44 zu einer radialen Richtung senkrecht zu der axialen Richtung begrenzt wird.
Wie dies in der 3 gezeigt ist, ist ein Kantenabschnitt des Basiselementes 82 an einer Öffnung des Basiselementes 82 flüssig dicht an einem Kantenabschnitt des Abdeckungselementes 83 an der Öffnung des Abdeckungselementes 83 angebracht. Die Antriebsschaltung 81 befindet sich in einem Behälterraum 87, der durch das Basiselement 82 und das Abdeckungselement 83 umgeben ist. Die Antriebsschaltung 81 ist eine elektrische Schaltung, die durch Stapeln von mehreren Substraten 89 in der axialen Richtung ausgebildet ist, an denen Schaltelemente 88 angebracht sind. Die Antriebsschaltung 81 ist mit jeder Spule 71 in der Motoreinheit 26 durch ein elektrisch leitendes Element 96 elektrisch verbunden. Das elektrisch leitende Element 96 befindet sich in einem Verbindungsloch 95, das in dem Basiselement 82 ausgebildet ist und den Behälterraum 87 mit dem zweiten Raum 33 verbindet. Die Antriebsschaltung 81 ist außerdem durch einen Anschluß (nicht gezeigt) mit einer Steuerschaltung 90 an einer Außenseite des Schaltungsgehäuses 80 verbunden. Wie dies in der 1 gezeigt ist, ist ein Substrat 89a der Substrate 89 mit dem Bodenabschnitt 84 des Basiselementes 82 in Eingriff und daran befestigt. Ein anderes Substrat 91, an dem die Hall- Sonden 76 der Erfassungseinheit 28 angebracht sind, ist zwischen dem Substrat 89a und dem Bodenabschnitt 84 eingefügt. Die Antriebsschaltung 81 ist außerdem mit den Hall- Sonden 76 elektrisch verbunden. Die Hall- Sonden 76 liegen in dem zweiten Raum 33 durch Durchgangslöcher 92 frei, die den Bodenabschnitt 84 des Basiselementes 82 durchdringen.
Die Steuerschaltung 90 ist eine elektrische Schaltung, die durch die Antriebsschaltung 81 das Signal aufnimmt, das von den Hall- Sonden 76 abgegeben wird, und sie erfasst dadurch den Drehwinkel der Drehspindel 38 und eine Position in der axialen Richtung der Steuerwelle 12. Die Steuerschaltung 90 schätzt des weiteren den Ist- Ventilhubbetrag, und sie gibt einen Befehl zu der Antriebsschaltung 81 zum Abgeben einer elektrischen Leistung ab, um eine Differenz zwischen dem geschätzten Ist- Ventilhubbetrag und einem Soll- Ventilhubbetrag auszugleichen. Gemäß dem Befehl dreht die Antriebsschaltung 81 den Drehrotor 65 und die Drehspindel 38, in dem die elektrische Leistung in den Spulen 71 gesteuert wird, und dadurch werden die Spulen 71 in einer vorbestimmten Reihenfolge erregt. Die Gewindewelle 39 und die Steuerwelle 12 werden somit in der axialen Richtung linear angetrieben, und infolgedessen wird der Sollventilhubbetrag erreicht. Der Sollventilhubbetrag ist eine physikalische Größe, die zum Beispiel durch die Steuerschaltung 90 in Abhängigkeit von Antriebszuständen eines Fahrzeuges wie zum Beispiel eine Kraftmaschinendrehzahl und eine Drosselposition bestimmt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel trennt die Öldichtung 24 an der Grenze B zwischen dem ersten Raum 32 und dem zweiten Raum 33 den ersten Raum 32 von dem zweiten Raum 33. Daher wird das Eintreten des zu dem ersten Raum 32 zugeführten Schmieröles in den zweiten Raum 33 durch einen Spalt zwischen dem Gehäuse 20 und der Schraubenmutter 41 unterbunden.
Zusätzlich ist der Endabschnitt 41a der Schraubenmutter 41 zu dem ersten Raum 32 geöffnet, und der andere Endabschnitt 41b der Schraubenmutter 41 ist zu dem zweiten Raum 33 in dem zweiten Raum 33 geschlossen. Das zu dem ersten Raum 32 zugeführte Schmieröl kann somit in den Innenraum 46 der Schraubenmutter 41 von dem Endabschnitt 41a eintreten, aber es wird unterbunden, dass es in den zweiten Raum 33 durch den Innenraum 46 eintritt. Es ist daher möglich, zu verhindern, dass die Spulen 71 der Motoreinheit 26 durch das Schmieröl in Mitleidenschaft gezogen werden, während reibungserzeugende Abschnitte durch das Schmieröl in dem Innenraum 46 geschmiert werden, das heißt, Kopplungsabschnitte des Innengewindes 40 und des Außengewindes 48. Es ist somit möglich, die Haltbarkeit sowohl des Förderschraubenmechanismus 21 als auch der Motoreinheit 26 zu verbessern.
Das Radiallager 23, das das Fett enthält, befindet sich in dem zweiten Raum 33, in dem das Schmieröl aus dem ersten Raum 32 nicht eintreten kann. Es ist daher möglich, eine Verschlechterung der Haltbarkeit des Radiallagers 23 zu vermeiden, die durch das Schmieröl verursacht wird.
Das Axiallager 22 in dem ersten Raum 32 hat den Spalt zwischen der inneren Laufbahn 52 und der äußeren Laufbahn 54, die mit dem ersten Raum 32 verbunden ist. Das Schmieröl in dem ersten Raum 32 kann somit in den Spalt zwischen der inneren Laufbahn 53 und der äußeren Laufbahn 54 eintreten. Es ist daher möglich, die Haltbarkeit des Axiallagers 22 zu verbessern.
Die Antriebsschaltung 81 ist in dem Behälterraum 87, der in dem Schaltungsgehäuse 80 ist und durch das Verbindungsloch 95 mit dem zweiten Raum 33 in Verbindung ist, in den das Schmieröl aus dem ersten Raum 32 nicht eintritt. Es ist somit möglich, zu verhindern, dass die Antriebsschaltung 81 und die Spulen 71 durch das Schmieröl in Mitleidenschaft gezogen werden, während die Herstellungskosten durch Beseitigen einer Dichtung an dem Verbindungsloch 95 reduziert werden, durch das das leitende Element 96 die Antriebsschaltung 81 mit den Spulen 71 verbindet.
Die Erfassungseinheit 28, die den Drehwinkel der Drehspindel 38 erfasst, liegt in dem zweiten Raum 33 frei, in dem das Schmieröl aus dem ersten Raum 32 nicht eintritt. Es ist somit möglich, eine Verschlechterung der Erfassungseinheit 28 durch das Schmieröl zu verhindern, während der Drehwinkel der Drehspindel 38 sicher erfasst wird.
Der Förderschraubenmechanismus 21, der einen relativ einfachen Aufbau der Drehspindel 38 und der Gewindewelle 39 aufweist, wird als ein Mechanismus zum Umwandeln der Drehbewegung der Motoreinheit 26 zu der linearen Bewegung der Steuerwelle 12 verwendet. Außerdem befinden sich die elektrische Leistungsverteilungsvorrichtung 29 und die Steuerwelle 12 an den entgegengesetzten Stellen bezüglich des Förderschraubenmechanismus 29 in der axialen Richtung. Es ist daher möglich, den Aktuator 10 so zu konstruieren, dass er klein ist.
Das Schmieröl in dem ersten Raum 32 wird zu dem Ölkanal 47 der Kraftmaschine 4 durch den Spalt ausgelassen, der unweigerlich zwischen der Gewindewelle 39 und der Drehbegrenzungsbuchse 51 ausgebildet wird. Es ist daher möglich, das Schmierölaustauschsystem 94 zum Austauschen des Schmieröls zwischen der Kraftmaschine 4 und dem Aktuator 10 auszubilden, während die Herstellungskosten des Schmierölaustauschsystemes 94 reduziert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, das vorstehend beschrieben ist und in den Figuren gezeigt ist, sondern sie kann in vielfältiger Weise implementiert werden, ohne, dass der Umfang der Erfindung verlassen wird.
Zum Beispiel ist bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Förderschraubenmechanismus 21 durch einen direkten Eingriff der Drehspindel 38 mit der Gewindewelle 39 gebildet. Der Förderschraubenmechanismus 21 kann jedoch dadurch aufgebaut sein, dass die Drehspindel 38 und die Gewindewelle 39 indirekt durch ein Zahnrad oder eine Kugel verbunden sind.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Schraubenmutter 41, der Deckel 42 und der Sprengring 43 als separate Bauelemente ausgebildet. Zumindest zwei der Bauelemente 41 bis 42 können jedoch als ein einziges Bauelement ausgebildet sein.
Zusätzlich kann die Gewindewelle 39 mit der Steuerwelle 12 nicht koaxial, sondern exzentrisch verbunden sein.
Das Radiallager 23 kann ein Winkelkontakt- Walzenlager einschließlich einer inneren Laufbahn 56, einer äußeren Laufbahn 57 oder ein Winkelkontakt- Kugellager einschließlich einer inneren Laufbahn 56, einer äußeren Laufbahn 57 sein. Das Radiallager 23 kann durch Radiallager ersetzt werden, die kein Schmierfluid wie zum Beispiel Fett enthalten. Zusätzlich kann das Axiallager 22 ein Winkelkontakt- oder Axialkontakt- Walzenlager sein. Außerdem kann das Axiallager 22 weggelassen werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gelangen die Drehbegrenzungsbuchse 51 und die Gewindewelle 39 mittels der Keilwellenprofile 50 und 52 radial in Eingriff. Die Keilwellenprofile 50 und 52 können jedoch weggelassen werden, falls die Drehbegrenzungsbuchs 51 und die Gewindewelle 39 jeweils einen Aufbau aufweisen, durch den die Drehbegrenzungsbuchse 51 und die Gewindewelle 39 radial in Eingriff sind und in der axialen Richtung zueinander gleiten.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Motoreinheit 26 durch einen bürstenlosen IPM- Motor gebildet, der den Drehrotor 65 und den Dauermagneten 68 aufweist, der in dem Drehrotor 65 eingebettet ist. Die Motoreinheit 26 kann jedoch durch irgendeinen anderen bekannten Motor wie zum Beispiel ein Gleichstrommotor aufgebaut sein.
Zusätzlich kann die Steuerschaltung 90 in dem Schaltungsgehäuse 80 als ein Bauelement der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 eingebaut sein. Zusätzlich werden die Hall- Sonden 76 als Sensorelemente verwendet, die die Erfassungseinheit 28 bilden. Die Sensorelemente könnten jedoch magnetoresistive Elemente sein. Die Anzahl der Sensoren kann beliebig bestimmt sein.
Zusätzlich kann der Änderungsmechanismus 8 der in der 2 beschrieben ist, durch irgendeine andere Vorrichtung ausgetauscht werden, falls die Vorrichtung den Ventilhubbetrag gemäß der Position der Steuerwelle 12 in der axialen Richtung ändert.
Zusätzlich kann der Aktuator 10 in Kombination mit einem Änderungsmechanismus verwendet werden, der mittels der Ventilwiderstandskraft, die auf die Steuerwelle 12 aufgebracht wird, eine Kraft auf die Gewindewelle 39 in der axialen Richtung zu der elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung 29 aufbringt.
Zusätzlich kann der Aktuator 10 in Kombination mit einem Änderungsmechanismus verwendet werden, der einen Hubbetrag eines Auslaßventils einer Kraftmaschine steuert.
Ein Aktuator (10) für eine Ventilhubsteuervorrichtung (2) hat ein Gehäuse (20), das darin einen ersten und einen zweiten Raum (32, 33) bildet. Der erste Raum (32) wird mit einem Schmierfluid versorgt. Der Aktuator (10) hat des weiteren einen Förderschraubenmechanismus (21) einschließlich einer zylindrischen Spindel (38) und ein Gewinde (39), und er wandelt eine Drehbewegung der Spindel (38) in eine lineare Bewegung des Gewindes (39) um. Die Spindel (38) hat einen ersten Endabschnitt (41a), der zu dem ersten Raum (32) geöffnet ist und einen zweiten Endabschnitt (41b), der zu dem zweiten Raum (33) geschlossen ist. Das Gewinde (39) überschreitet Grenzen zwischen einem Inneren (46) der Spindel (38), dem ersten Raum (32) und einem äußeren Raum. Der Aktuator (10) hat eine Motoreinheit (26), die sich in dem zweiten Raum (33) befindet, und die Spindel (38) dreht. Der Aktuator (10) hat des weiteren ein Dichtelement (24), das einen Spalt zwischen dem Gehäuse (20) und der Spindel (38) abdichtet, um den ersten und den zweiten Raum (32, 33) zu trennen.

Claims

Aktuator für eine Ventilhubsteuervorrichtung (2), die einen Hubbetrag eines Einlaßventils (6) und/oder eines Auslaßventils steuert, wobei der Aktuator eine Steuerwelle (12) eines Änderungsmechanismus (8) linear antreibt, der den Hubbetrag gemäß einer Position der Steuerwelle (12) in einer axialen Richtung davon ändert, mit: einem Gehäuse (20), das einen ersten Raum (32) und einen zweiten Raum (33) darin bildet, wobei der erste Raum (32) mit einem Schmierfluid versorgt wird; einem Förderschraubenmechanismus (21) einschließlich: einer Drehspindel (38), die eine Form eines Zylinders aufweist und einen ersten Endabschnitt (41a) und einen zweiten Endabschnitt (41b) hat, wobei der erste Endabschnitt (41a) den ersten Raum (32) mit einem Innenraum (46) der Drehspindel (38) verbindet, wobei der zweite Endabschnitt (41b) in dem zweiten Raum (33) den zweiten Raum (33) von dem Innenraum (46) trennt; einer Gewindewelle (39), die so angeordnet ist, dass sie Grenzen zwischen dem Innenraum (46), den ersten Räumen (32) und einem externen Raum des Gehäuses (20) überschreitet, wobei der Förderschraubenmechanismus (21) eine Drehbewegung der Drehspindel (38) zu einer linearen Bewegung der Gewindewelle (39) umwandelt; einer Motoreinheit (26) einschließlich einer Spule (71), die sich in dem zweiten Raum (33) befindet, wobei die Motoreinheit (26) die Drehspindel (38) dreht, wenn die Spule (71) erregt wird; und einem Dichtelement (24), das einen Spalt zwischen dem Gehäuse (20) und der Drehspindel (38) abdichtet, um den ersten Raum (32) und den zweiten Raum (33) zu trennen.
Aktuator gemäß Anspruch 1, des weiteren mit einem ersten Lager (23), das sich in dem zweiten Raum (33) befindet, wobei das erste Lager (23) die Drehspindel (38) gegen eine radiale Kraft stützt, die auf die Drehspindel (38) aufgebracht wird.
Aktuator gemäß Anspruch 1 oder 2, des weiteren mit einem zweiten Lager (22), das sich in dem ersten Raum (32) befindet, wobei das zweite Lager (22) die Drehspindel (38) gegen eine axiale Kraft stützt, die auf die Drehspindel (38) aufgebracht wird.
Aktuator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, des weiteren mit einer elektrischen Leistungsverteilungsvorrichtung (29) zum Zuführen einer elektrischen Leistung zu der Motoreinheit (26), wobei die elektrische Leistungsverteilungsvorrichtung (29) folgendes aufweist: ein Schaltungsgehäuse (80), das ein Verbindungsloch (95) ausbildet, ein leitendes Element (96) in dem Verbindungsloch (95) und einen Behälterraum (87), der mit dem zweiten Raum (33) durch das Verbindungsloch (95) in Verbindung ist; und eine elektrische Schaltung (81), die sich in dem Behälterraum (87) befindet, wobei die elektrische Schaltung (81) mit der Spule (71) durch das leitende Element (96) in dem Verbindungsloch (95) elektrisch verbunden ist.
Aktuator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, des weiteren mit einer Erfassungseinheit (28), die in dem zweiten Raum (33) freiliegt, wobei die Erfassungseinheit (28) einen Drehwinkel der Drehspindel (38) erfasst.
Aktuator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: das Gehäuse (20) eine Drehbegrenzungseinheit (51) aufweist, die eine Drehung der Gewindewelle (39) begrenzt, indem sie mit der Drehspindel (38) radial in Eingriff gelangt, und das Schmieröl, das in den ersten Raum (32) zugeführt wird, zu dem äußeren Raum durch einen Spalt zwischen der Drehspindel (38) und der Drehbegrenzungseinheit (51) ausgelassen wird.
Aktuator gemäß Anspruch 6, wobei die Drehspindel (38) einen ersten Keil (50) aufweist und die Drehbegrenzungseinheit (51) einen zweiten Keil (52) aufweist, und wobei der erste Keil (51) und der zweite Keil (52) miteinander in Eingriff gelangen.