DE102007000346A1

DE102007000346A1 - Drosselsteuergerät

Info

Publication number: DE102007000346A1
Application number: DE102007000346A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kariya Tanimura; Hiroyuki Kariya Kado; Hiroshi Obu Asanuma
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; Denso Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; Denso Corp
Priority date: 2006-07-14
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2027-06-26
Also published as: DE102007000346B4; US7503309B2; US20080011269A1; JP2008019825A; JP4651588B2

Abstract

Ein Drosselsteuergerät hat eine Torsionsschraubenfeder (5), die dem Drosselkörper (2) und dem Drehelement (9) zugeordnet ist, um das Drosselventil (1) auf einen vorbestimmten zwischenliegenden Winkel zwischen einem vollständig geöffneten Winkel und einem vollständig geschlossenen Winkel vorzuspannen. Ein Stellglied (4) dreht das Drehelement (9) gegen eine Vorspannkraft der Torsionsschraubenfeder (5). Die Torsionsschraubenfeder (5) hat einen ersten und einen zweiten Lastabschnitt (43, 45), die auf das Drehelement (9) Vorspannkräfte aufbringen, um das Drosselventil (1) von dem vollständig geöffneten Winkel oder von dem vollständig geschlossenen Winkel in Richtung des zwischenliegenden Winkels vorzuspannen. Das Drehelement (9) ist so mit einem Federkraftaufnahmeabschnitt (56) versehen, der die sowohl durch den ersten als auch den zweiten Lastabschnitt (43, 45) aufgebrachten Vorspannkräfte aufnimmt, dass der erste und der zweite Lastabschnitt (43, 45) den Federkraftaufnahmeabschnitt (56) zwischen sich nehmen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Drosselsteuergerät, in dem eine Zufuhr elektrischer Energie zu einem Motor variabel gesteuert wird, um einen Öffnungs-/Schließbetrieb eines Ventils zu steuern, und sie betrifft insbesondere ein Drosselsteuergerät, in dem eine Feder das Ventil auf einen vorbestimmten zwischenliegenden Winkel bzw. Zwischenwinkel zurückstellt, wenn die Zufuhr elektrischer Energie zu dem Motor gestoppt ist.
Stand der Technik
Herkömmlicherweise hat ein Drosselsteuergerät eine Motorsteuereinheit (Ventilwinkelsteuereinheit), die eine zu einem Elektromotor zugeführten elektrische Energie variabel steuert, um einen Öffnungs-/Schließbetrieb eines Drosselventils durchzuführen, das drehbar in einem Gehäuse installiert ist. Als ein Beispiel des Drosselsteuergeräts ist ein Lufteinlasssteuergerät für eine Brennkraftmaschine bekannt, in dem ein Elektromotor einen Ventilkörper eines Luftdurchflusssteuerventils innerhalb eines vorbestimmten Ventilwinkelsteuerbereichs von einem vollständig geschlossenen Winkel zu einem vollständig geöffneten Winkel auf drehbare Weise betätigt, um eine Menge von zu Brennkammern der Brennkraftmaschine zugeführte Einlassluft variabel zu regulieren.
Wie in 5 bis 9B gezeigt ist, ist das Lufteinlasssteuergerät, das den Ventilkörper (das Drosselventil) 101 des Luftdurchflussratensteuerventils zum Öffnen und Schließen eines Einlassdurchlasses betätigt, mit einem Stellglied versehen, das das Drosselventil 101 von einem vorbestimmten zwischenliegenden Winkel in Richtung des vollständig geöffneten Winkels und des vollständig geschlossenen Winkels betätigt, und es ist mit einer Torsionsschraubenfeder 105 versehen, die das Drosselventil 101 von dem vollständig geöffneten Winkel oder dem vollständig geschlossenen Winkel auf den zwischenliegenden Winkel vorspannt. Das Stellglied hat einen Elektromotor 104, einen Kraftübertragungsmechanismus, der eine Drehung der Motorwelle 111 des Elektromotors 104 auf eine Ventilwelle 113 des Drosselventils 101 überträgt, und ein Gehäuse 106, das die Torsionsschraubenfeder 105 und den Kraftübertragungsmechanismus in sich aufnimmt. Das Gehäuse 106 ist einstückig mit einer Wand eines zylindrischen Abschnitts 103 eines Drosselkörpers 102 ausgebildet, der durch das Drosselventil 101 geöffnet und geschlossen wird. Der Kraftübertragungsmechanismus hat ein Ritzel 107, ein zwischenliegendes Untersetzungszahnrad 108 und ein Ventilzahnrad 109.
Die Torsionsspiralfeder 105 hat eine Rückstellfeder 141, die das Drosselventil 101 von dem vollständig geöffneten Winkel auf den zwischenliegenden Winkel vorspannt, und sie hat eine Öffnerfeder 142, die das Drosselventil 101 von dem vollständig geschlossenen Winkel auf den zwischenliegenden Winkel vorspannt, um das Drosselventil 101 auf einem vorgegebenen zwischenliegenden Winkel zu halten, bei dem das Drosselventil 101 von dem vollständig geschlossenen Winkel geringfügig geöffnet ist, um einen Sicherungsbetrieb (Notlaufbetrieb) eines Fahrzeugs in einem solchen Fall zu ermöglichen, in dem die elektrische Energiezufuhr zu dem Elektromotor 104 aus irgendeinem Grund gestoppt ist.
Bei diesem Drosselsteuergerät umgibt die Rückstellfeder 141 spiralförmig einen Umfang einer zylindrischen Federführung 125 des Gehäuses 1 06, um auf das Ventilzahnrad 109 eine Torsionsfederkraft auszuüben, die das Drosselventil 101 von dem vollständig geöffneten Winkel auf den zwischenliegenden Winkel dreht. Die Öffnerfeder 142 umgibt einen Umfang einer zylindrischen Federführung 135 des Ventilzahnrads 109 spiralförmig, um auf das Ventilzahnrad 109 eine Torsionsfederkraft auszuüben, die das Drosselventil 101 von dem vollständig geschlossenen Winkel auf den zwischenliegenden Winkel dreht.
Bei dem Drosselsteuergerät können die Rückstellfeder 141 und die Öffnerfeder 142 in einer Torsionsspiralfeder 105 integriert sein, wie dies in 7 gezeigt ist, um die Teileanzahl zu reduzieren, um somit eine Konstruktion zu vereinfachen und die Herstellungskosten des Drosselsteuergeräts zu verringern. Bei der Torsionsspiralfeder 105 ist ein Verbindungsabschnitt der Rückstellfeder 141 mit der Öffnerfeder 142 in eine im Wesentlichen U-förmige Gestalt gebogen, um als ein U-förmiger Haken 143 zu dienen. Die Torsionsspiralfeder 105 ist an der einen Seite des U-förmigen Hakens 143 in der einen Drehrichtung gewunden und ist an der anderen Seite des U-förmigen Hakens 143 in der anderen Drehrichtung gewunden, um die Rückstellfeder 141 und die Öffnerfeder 142 bereitzustellen.
Das Gehäuse 106 ist mit einer ersten Federendabstützung 151 versehen, die einen ersten Federendabschnitt (ventilseitigen Federendabschnitt) 144 der Torsionsschraubenfeder 105 stützt. Das Ventilzahnrad 109 ist mit einer zweiten Federendabstützung 152 versehen, die einen zweiten Federendabschnitt (getriebeseitigen Federendabschnitt) 145 der Torsionsspiralfeder 105 stützt. Der U-förmige Haken 143 ist einer C-förmigen Abstützung 156 des Ventilzahnrads 109 beigeordnet, um mit der C-förmigen Abstützung 156 in Eingriff zu gelangen und davon getrennt zu werden.
In dem beispielsweise in der JP-2004-301118-A und dessen äquivalenten U.S. Pat. Nr. 6,986,336 , 7,051,707 , EP-1455069-A2 , EP-1598538-A2 (die im weiteren Verlauf als Patentdruckschrift 1 bezeichnet werden) offenbarten Drosselsteuergerät hat die vorstehend erwähnte Torsionsspiralfeder 105, in der die Rückstellfeder 141 und die Öffnerfeder 142 integriert sind, eine Windungskonfiguration, in der im Vorfeld eine Zentralachse der Torsionsschraubenfeder 105 in ihrem natürlichen Zustand in einer Richtung aus mittig (versetzt) ist, die einer elastischen Verformung entgegengesetzt ist, die beim Installieren der Torsionsschraubenfeder 105 in einer Radialrichtung auftritt, so dass der erste Federendabschnitt 144 durch die erste Federendabstützung 151 des Gehäuses 106 gestützt ist, und der zweite Federendabschnitt 145 durch die zweite Federendabstützung 152 des Ventilzahnrads 109 gestützt ist. Ferner sind, wie in 8 gezeigt ist, beide Endhaken der Öffnerfeder 142 (d.h., der U-förmige Haken 143 und der zweite Federendabschnitt 145) in einer Richtung einer Torsionsachse der Torsionsschraubenfeder 105 aneinander ausgerichtet. Somit wird ein durch eine Reibung zwischen dem Umfang der zylindrischen Federführung 135 des Ventilzahnrads 109 und einem Innenumfang der Öffnerfeder 142 verursachtes Reibungsdrehmoment verringert, wenn zu dem Elektromotor 104 elektrische Energie zugeführt wird, um dadurch ein auf dem Elektromotor 104 wirkendes Reaktionsdrehmoment zu verringern.
In 7, 9A, 9B bezeichnet Bezugszeichen 127 einen Zwischenwinkelanschlag, der einstückig mit dem Gehäuse 106 ausgebildet ist, und Bezugszeichen 129 bezeichnet ein Zwischenanschlagelement, das in den Zwischenwinkelanschlag 127 eingeschraubt ist. Ferner bezeichnet Bezugszeichen 137 einen Vollverschlussanschlagabschnitt, der in dem Ventilzahnrad 109 vorgesehen ist, und Bezugszeichen 139 bezeichnet einen Vollöffnungsanschlag, der einstückig mit dem Gehäuse 106 ausgebildet ist.
In dem Ventilzahnrad 109 des Drosselsteuergeräts gemäß Patentdruckschrift 1 ist die zweite Federendabstützung 152, die den zweiten Federendabschnitt 145 der Öffnerfeder 142 stützt, getrennt von der C-förmigen Abstützung 156 vorgesehen, die mit dem U-förmigen Haken 143 in Eingriff gelangt und davon getrennt wird, an dem die Rückstellfeder 141 und die Öffnerfeder 142 miteinander verbunden sind.
Wenn das Drosselventil 101 auf einen zwischen dem vollständig geschlossenen Winkel und dem zwischenliegenden Winkel liegenden Winkel betätigt ist, wie dies in 9A gezeigt ist, wird der U-förmige Haken 143 von einer Stützfläche der C-förmigen Abstützung 156 des Ventilzahnrads 109 wegbewegt. Somit beträgt die an der C-förmigen Abstützung 156 des Ventilzahnrads 109 wirkende Torsionsfederkraft Null.
Wenn im Gegensatz dazu das Drosselventil 101 auf einen zwischen dem vollständig geöffneten Winkel und dem zwischenliegenden Winkel liegenden Winkel betätigt ist, wie dies in 9B gezeigt ist, dann werden die sowohl durch die Rückstellfeder 141 als auch durch die Öffnerfeder 142 erzeugten Torsionsfederkräfte auf die Stützfläche der C-förmigen Abstützung 156 des Ventilzahnrads 109 ausgeübt. Somit ist die C-förmige Abstützung 156 einer relativ großen Kraft ausgesetzt. Daher ist es erforderlich, die C-förmige Abstützung 156 in einer Gestalt auszubilden, die eine große Dicke, eine Verstärkungsrippe usw. aufweist, um die C-förmige Abstützung 156 mit einer zum Aushalten der relativ großen Kraft ausreichenden Steifigkeit zu versehen.
Wie vorstehend beschrieben ist, hat das Ventilzahnrad 109 die zweite Federendabstützung 152 und die C-förmige Abstützung 156, die voneinander getrennt sind, so dass die C-förmige Abstützung 156 mit einer zum Aushalten der relativ großen Kraft ausreichenden Steifigkeit versehen sein muss. Diese Konfiguration der zweiten Federendabstützung 152 und der C-förmigen Abstützung 156 vergrößert das Ventilzahnrad 109 und erhöht die Herstellungskosten des Ventilzahnrads 109.
Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird in Hinsicht auf die vorstehend beschriebenen Punkte erreicht und liegt der Aufgabe zugrunde, ein Drosselsteuergerät bereitzustellen, in dem ein Federkraftaufnahmeabschnitt, der eine relativ geringe Steifigkeit hat, eine Vorspannkraft zum Rückstellen eines an ein Drosselventil gekoppeltes Drehelements auf einen vorbestimmten zwischenliegenden Winkel aufnehmen kann. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Drosselsteuergerät bereitzustellen, in dem eine Abmessung des Drehelements eine relativ geringe Abmessung hat.
Das Drosselsteuergerät hat einen Drosselkörper, ein Drehelement, eine Torsionsschraubenfeder und ein Stellglied. Der Drosselkörper definiert in sich einen Drosseldurchgang. Das Drehelement hat eine Drehachse und ein an der Drehachse befestigtes Drosselventil. Die Drehachse ist in dem Drosseldurchgang drehbar gestützt, so dass sich das Drosselventil um die Drehachse zwischen einem vollständig geöffneten Winkel zum vollständigen Öffnen des Drosseldurchgangs und einem vollständig geschlossenen Winkel zum vollständigen Schließen des Drosseldurchgangs dreht. Die Torsionsschraubenfeder ist so angeordnet, dass sie im Wesentlichen koaxial zu der Drehachse ist. Die Torsionsschraubenfeder ist dem Drosselkörper und dem Drehelement zugeordnet, um das Drosselventil auf einen vorbestimmten zwischenliegenden Winkel zwischen dem vollständig geöffneten Winkel und dem vollständig geschlossenen Winkel vorzuspannen. Das Stellglied betätigt das Drehelement auf drehende Weise zwischen dem vollständig geöffneten Winkel und dem vollständig geschlossenen Winkel gegen eine Vorspannkraft der Torsionsschraubenfeder.
Die Torsionsschraubenfeder hat einen ersten Lastaufbringungsabschnitt, der auf das Drehelement eine Vorspannkraft aufbringt, um das Drosselventil von dem vollständig geöffneten Winkel in Richtung des zwischenliegenden Winkels vorzuspannen, und hat einen zweiten Lastaufbringungsabschnitt, der auf das Drehelement eine Vorspannkraft aufbringt, um das Drosselventil von dem vollständig geschlossenen Winkel auf den zwischenliegenden Winkel vorzuspannen. Das Drehelement ist mit einem Federkraftaufnahmeabschnitt versehen, der sowohl die durch den ersten als auch durch den zweiten Lastaufbringungsabschnitt aufgebrachten Vorspannkräfte aufnimmt, so dass der erste und der zweite Lastaufbringungsabschnitt den Federkraftaufnahmeabschnitt zwischen sich zwischenlegen.
Merkmale und Vorteile der Ausführungsbeispiele werden ebenso wie Betriebsverfahren und die Funktion der zugehörigen Teile aus einem Studium der folgenden ausführlichen Beschreibung, den beiliegenden Ansprüchen und den Zeichnungen ersichtlich, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden. In den Zeichnungen ist/sind:
1 eine Seitenansicht, die eine Torsionsschraubenfeder und ein Ventilzahnrad eines Drosselsteuergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Schnittansicht, die das Drosselsteuergerät gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
3 eine Schnittansicht, die einen zwischenliegenden Winkel eines Drosselventils des Drosselsteuergeräts gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
4A, 4B schematische Ansichten, die eine an dem Ventilzahnrad des Drosselsteuergeräts gemäß dem Ausführungsbeispiel wirkende Federlast zeigen;
5 eine Schnittansicht, die ein herkömmliches Drosselsteuergerät zeigt;
6 eine Frontansicht, die ein Stellglied des herkömmlichen Drosselsteuergeräts zeigt;
7 eine Perspektivansicht, die eine durch das Ventilzahnrad in dem herkömmlichen Drosselsteuergerät gestützte Torsionsschraubenfeder zeigt;
8 eine Seitenansicht, die das Ventilzahnrad und die durch das Ventilzahnrad in dem herkömmlichen Drosselsteuergerät gestützte Torsionsschraubenfeder zeigt; und
9A, 9B schematische Ansichten, die die an dem Ventilzahnrad des herkömmlichen Drosselsteuergeräts wirkende Federlast zeigen.
In einem Drosselsteuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, welches im Folgenden beschrieben wird, kann eine Steifigkeit eines einstückig mit einem Drehelement ausgebildeten Federkraftaufnahmeabschnitts durch eine Konfiguration verringert werden, bei der beide Seiten des Federkraftaufnahmeabschnitts sowohl eine erste Vorspannkraft zum Vorspannen des Drehelements von einem vollständig geöffneten Winkel auf einen zwischenliegenden Winkel als auch eine zweite Vorspannkraft zum Vorspannen des Drehelements von einem vollständig geschlossenen Winkel auf den zwischenliegenden Winkel aufnehmen. Somit hebt ein Teil der ersten Vorspannkraft die zweite Vorspannkraft auf, um eine auf den Federkraftaufnahmeabschnitt aufgebrachte Spannung zu verringern, wenn sich das Drehelement an einem Winkel befindet, der zwischen dem vollständig geöffneten Winkel und dem zwischenliegenden Winkel liegt.
Ferner kann bei dem Drosselsteuergerät gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Abmessung des Drehelements verkleinert werden, indem in einem der Federkraftaufnahmeabschnitte ein die erste Federkraft aufnehmender erster Federsitz und ein die zweite Federkraft aufnehmender zweiter Federsitz integriert werden.
[Konstruktion des Drosselsteuergeräts]
1 bis 4B zeigen ein Lufteinlasssteuergerät (Drosselsteuergerät) gemäß dem Ausführungsbeispiel. 1 veranschaulicht eine Torsionsschraubenfeder 5 und ein Ventilzahnrad 9, das die Torsionsschraubenfeder 5 stützt. 2 zeigt die Gesamtstruktur des Lufteinlasssteuergeräts. 3 zeigt ein Drosselventil 1 bei einem zwischenliegenden Winkel in einer Drosselbohrung 14 des Lufteinlasssteuergeräts.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Lufteinlasssteuergerät, das einem Drosselsteuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht, in ein Lufteinlasssystem einer in einem Kraftmaschinenraum eines Fahrzeugs, etwa eines Automobils, installierten Brennkraftmaschine (die im Weiteren lediglich als Kraftmaschine bezeichnet wird) eingegliedert. Insbesondere ist das Lufteinlasssteuergerät an dem Weg eines Einlassrohrs (Einlassdurchgang) installiert, in dem eine Einlassluft zu Einlassöffnungen von Brennkammern in Zylindern der Kraftmaschine strömt. Die Kraftmaschine erzeugt Ausgabeenergie (d.h. ein Ausgabedrehmoment) unter Verwendung thermischer Energie, die durch Verbrennen eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Brennkammer erzeugt wird.
Das Lufteinlasssteuergerät für die Brennkraftmaschine hat ein Luftdurchsatzsteuerventil (Lufteinlasssteuerventil) und ein Ventilstellglied. Das Luftdurchsatzsteuerventil reguliert eine Menge der von dem Lufteinlassdurchlass in die Brennkammern einströmenden Einlassluft variabel durch Ändern einer Querschnittsfläche eines Durchlasses des Einlassrohrs. Das Ventilstellglied betätigt einen Ventilkörper (der im weiteren Verlauf als ein Drosselventil bezeichnet wird) 1 des Luftdurchsatzsteuerventils zwischen einem vollständig geöffneten Winkel und einem vollständig geschlossenen Winkel. Das Lufteinlasssteuergerät steuert eine Drehzahl und/oder ein Ausgabedrehmoment der Kraftmaschine durch Anpassen des Drosselöffnungsgrads, der einem Drehwinkel des Drosselventils 1 entspricht, in Übereinstimmung mit einem Niederdrückbetrag eines Beschleunigerpedals des Fahrzeugs (Beschleunigerbetätigungsbetrag), um die Menge der zu den Brennkammern der Kraftmaschine zugeführten Einlassluft variabel zu regulieren.
Das Luftdurchsatzsteuerventil hat das Drosselventil 1 und einen Drosselkörper 2. Das Drosselventil 1 hat eine scheibenförmige Gestalt und regelt die Menge der Einlassluft in Übereinstimmung mit dem Drosselöffnungsgrad (Drehwinkel des Drosselventils 1). Das Drosselventil 1 ist in dem Drosselkörper 2 drehbar installiert, um das Einlassrohr zu öffnen und zu schließen. Der Drosselkörper 2 hat einen zylindrischen Drosselwandabschnitt (der einfach als ein zylindrischer Abschnitt bezeichnet wird) 3, in dem eine Drosselbohrung mit einer runden Querschnittsgestalt ausgebildet ist. Ein Gehäuse 6 ist einstückig mit einer Außenwand des zylindrischen Abschnitts 3 ausgebildet. Eine Motorwelle 11 eines Elektromotors 4 (siehe 5), eine zwischenliegende Wellte bzw. Zwischenwelle 12, eine Ventilwelle 13 und eine Torsionsschraubenfeder 5, die spiralförmig gewunden ist, sind in dem Gehäuse 6 installiert. Die Motorwelle 11, die Zwischenwelle 12 und die Ventilwelle 13 sind parallel zueinander angeordnet. Die Zwischenwelle 12 dient als eine Welle eines zwischenliegenden Untersetzungszahnrads 8 und die Ventilwelle 13 dient als eine Welle des Drosselventils 1.
Dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Drosselventil 1 aus Metallmaterial oder Kunstharzmaterial gefertigt. Das Drosselventil 1 ist ein Schmetterlingsventil, das in der Drosselbohrung 14 so installiert ist, dass es mit Bezug auf den zylindrischen Abschnitt 3 des Drosselkörpers 2 drehbar ist, um die Drosselbohrung 14 zu öffnen und zu schließen. Das Drosselventil 1 bewegt sich in einem Ventilwinkelsteuerbereich zwischen einem vollständig geschlossenen Winkel und einem vollständig geöffneten Winkel, um den Drosselöffnungsgrad (Drehwinkel des Drosselventils 1) einzustellen, sodass eine Öffnungsfläche der Drosselbohrung 14 geändert wird. Somit reguliert das Drosselventil 1 die Menge der in die Brennkammern der Zylinder der Kraftmaschine eingesogenen Einlassluft.
Der vollständig geschlossene Winkel des Drosselventils 1 bezeichnet einen Drosselöffnungsgrad (Drehwinkel des Drosselventils 1), bei dem ein Spalt zwischen dem Drosselventil 1 und einem zylindrischen Abschnitts 3 des Drosselkörpers 2 minimiert ist, das heißt, die Menge der durch die Drosselbohrung 11 strömenden Einlassluft minimiert ist. Der vollständig geöffnete Winkel des Drosselventils 1 bezeichnet einen anderen Drosselöffnungsgrad (Drehwinkel des Drosselventils 1), bei dem der Spalt zwischen dem Drosselventil 1 und dem zylindrischen Abschnitt 3 des Drosselkörpers 2 minimiert ist, d.h., die Menge der durch die Drosselbohrung 14 strömenden Einlassluft minimiert ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Drosselventil 1 so konfiguriert, dass es eine Zufuhr elektrischer Energie zu dem Elektromotor 4 in Übereinstimmung mit dem Grad steuert, zu dem das Beschleunigungspedal des Fahrzeugs niedergedrückt ist (Beschleunigerbetätigungsbetrag), um den Drosselöffnungsgrad einzustellen, der dem Drehwinkel des Drosselventils 1 entspricht.
Das Drosselventil 1 ist in einem Ventilinstallationsschlitz 14 eingesetzt, der in der Ventilwelle 13 ausgebildet ist, und ist mittels Schrauben 13 an der Ventilwelle 13 angeschraubt. Als solches sind das Drosselventil 1 und die Ventilwelle 13 integriert, so dass sie sich integral drehen. Die Ventilwelle 13 ist aus Metallmaterial gefertigt. Das Drosselventil 1 ist durch die Ventilwelle 13 gestützt und daran befestigt. Die Ventilwelle 13 ist an einer Drehachse angeordnet, um die sich das Drosselventil 1 dreht. Beispielsweise ist die Ventilwelle 13 so angeordnet, dass sie das Drosselventil 1 in einem Durchmesser der scheibenförmigen Gestalt des Drosselventils 1 durchdringt. Beide axialen Endabschnitte der Ventilwelle 13 sind mit Gleitabschnitten versehen, die durch in dem zylindrischen Abschnitt 3 des Drosselkörpers 2 und in dem Gehäuse 6 ausgebildete Lagerstützabschnitte 21, 22 drehbar gestützt sind.
Der Drosselkörper 2 ist aus einem Metallmaterial oder einem Kunstharzmaterial gefertigt. Der Drosselkörper 2 hat den zylindrischen Abschnitt 3, in dem die Drosselbohrung 14 ausgebildet ist, und ein Gehäuse 6, in dem eine Getriebeinstallationskammer ausgebildet ist. Die in dem zylindrischen Abschnitt 3 ausgebildete Drosselbohrung 14 bildet einen Teil des Lufteinlassdurchlasses (Fluidpfad), der eine im Wesentlichen runde Querschnittsgestalt hat und der mit den Brennkammern in den Zylindern der Kraftmaschine in Verbindung ist, um die Einlassluft zu den Brennkammern in den Zylindern der Kraftmaschine zuzuführen. An einem stromaufwärtigen Ende des zylindrischen Abschnitts 3 ist ein Lufteinlass ausgebildet, um die von einem Luftreiniger über den Einlassdurchgang strömende Einlassluft einzusaugen. An einem stromabwärtigen Ende des zylindrischen Abschnitts 3 ist ein Luftauslass ausgebildet, um die Einlassluft über einen Einlasskrümmer oder einen Zwischenbehälter zu den Einlassöffnungen der Kraftmaschine zuzuführen.
Die Lagerstützabschnitte 21, 22 sind integral in dem zylindrischen Abschnitt 3 an beiden Endseiten von axialen Enden der Ventilwelle 13 ausgebildet, die senkrecht zu einer Richtung eines durchschnittlichen Durchflusses der Einlassluft durch die Drosselbohrung 14 verläuft.
Der Gleitabschnitt an einem Umfang an einem axialen Endabschnitt der Ventilwelle 13 ist durch den Lagerstützabschnitt 21 drehbar gestützt, so dass zwischen der Ventilwelle 13 und dem Lagerstützabschnitt 21 ein Lager 23 zwischengeordnet ist. Der Lagerstützabschnitt 21 hat einen zylindrischen Abschnitt, in dem ein Wellenstützloch ausgebildet ist, um die Ventilwelle 13 drehbar zu stützen. Der zylindrische Abschnitt des Lagerstützabschnitts 21 steht von der Außenwand des zylindrischen Abschnitts 3 des Drosselkörpers 2 in der Axialrichtung der Ventilwelle 13 zu einer Seite vor.
Der Gleitabschnitt an einem Umfang des anderen axialen Endabschnitts der Ventilwelle 13 ist durch den Lagerstützabschnitt 23 drehbar gestützt, so dass ein Kugellager 24 zwischen der Ventilwelle 13 und dem Lagerstützabschnitt 22 zwischengeordnet ist. Der Lagerstützabschnitt 22 hat eine erste zylindrische Federführung 25, in der zum drehbaren Stützen der Ventilwelle 13 ein Wellenstützloch ausgebildet ist. Die erste zylindrische Federführung 25 steht von der Außenwand des zylindrischen Abschnitts 3 des Drosselkörpers in der axialen Richtung der Ventilwelle 13 zu der anderen Seite vor (beispielsweise in Richtung einer Sensorabdeckung 10). Ein Außenumfang der ersten zylindrischen Federführung 25 des Gehäuses 6 führt einen Innenumfang der Torsionsschraubenfeder 5.
Das Gehäuse 6 ist mit einer Sensorabdeckung 10 versehen, an der ein später beschriebener Drosseiwinkelsensor gestützt und befestigt ist. Die Sensorabdeckung 10 ist luftdicht an ein öffnungsseitiges Ende des Gehäuses 6 gepasst. Ein Getriebegehäuse (Drehelementinstallationsraum) 26, das einen Federinstallationsraum aufweist, ist in dem Gehäuse 6 vorgesehen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel befindet sich das Getriebegehäuse 26 zwischen einer unteren Wandfläche des Gehäuses 6 und einer Fläche der Sensorabdeckung 10, die der unteren Wandfläche des Gehäuses 6 zugewandt ist. Erste bis dritte Zahnräder (ein Motorzahnrad 7, ein zwischenliegendes Untersetzungszahnrad 8 und ein Ventilzahnrad 9), die einen Kraftübertragungsmechanismus (Untersetzungsgetriebemechanismus) bilden, sind in dem Getriebegehäuse 26 drehbar installiert.
Das Gehäuse 6 ist ferner mit einer Außenfederführung versehen, die einen Außenumfang der Torsionsschraubenfeder 5 umgibt. Ein Innenumfang der Außenfederführung des Gehäuses 6 führt den Außenumfang der Torsionsschraubenfeder 5. Ferner ist einstückig mit einem getriebeseitigen Endabschnitt der äußeren zylindrischen Federführung des Gehäuses 6 ein blockförmiger Zwischenwinkelanschlag 27 ausgebildet. In den Zwischenwinkelanschlag 27 ist ein Zwischenanschlagelement (Öffnerschraube zum Einstellen des Zwischenwinkels) 29 geschraubt. Das Zwischenanschlagelement 29 hält in solchen Fällen, in denen die Zufuhr elektrischer Energie zu dem Elektromotor 4 infolge irgendeines Grundes gestoppt oder unterbrochen ist, das Drosselventil 1, das Ventilzahnrad 9 usw. an dem zwischenliegenden Winkel, in dem die Torsionsfederkraft (Drehmoment) der Torsionsschraubenfeder 5 verwendet wird.
Wie in 3 gezeigt ist, ist der zwischenliegende Winkel des Drosselventils 1 der Drosselöffnungsgrad (Drehwinkel des Drosselventils 1), der von dem geschlossenen Winkel geringfügig geöffnet ist, bei dem das Lufteinlasssteuergerät eine Menge von Einlassluft zuführen kann, die zumindest einen Rückkehrbetrieb (Notlauf) des Fahrzeugs ermöglicht. Im weiteren Verlauf wird ausführlich eine Konstruktion zum Stützen der Torsionsschraubenfeder 5 beschrieben.
Ein Ventilstellglied hat die Torsionsschraubenfeder 5, ein Motorstellglied und eine Kraftmaschinen-/Elektromotorsteuereinheit (die im Weiteren als eine ECU bezeichnet wird). Die Torsionsschraubenfeder 5 spannt das Drosselventil 1 von dem vollständig geöffneten Winkel und von dem vollständig geschlossenen Winkel in Richtung des zwischenliegenden Winkels vor. Das Motorstellglied betätigt das Drosselventil 1 von dem zwischenliegenden Winkel auf den vollständig geöffneten Winkel oder auf den vollständig geschlossenen Winkel. Die ECU steuert variabel die Zufuhr elektrischer Energie zu dem Motorstellglied (insbesondere zu dem Elektromotor 4), um den Drosselöffnungsgrad elektrisch einzustellen. Wie vorstehend beschrieben ist, bildet das Einlasssteuergerät in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein elektrisch gesteuertes Drosselsteuergerät.
Das Motorstellglied hat den Elektromotor 4, den Kraftübertragungsmechanismus (in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel Untersetzungsgetriebemechanismus) und das Gehäuse 6. Der Elektromotor 4 erzeugt eine Betätigungsdrehkraft (Betätigungsdrehmoment) in Übereinstimmung mit einer Größe der Zufuhr elektrischer Energie. Der Kraftübertragungsmechanismus überträgt eine Drehung der Motorwelle (Ausgabewelle) 11 des Elektromotors 4 auf die Ventilwelle 13. Die Torsionsschraubenfeder 5 und der Kraftübertragungsmechanismus sind in dem Gehäuse 6 installiert.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dient ein durch die ECU elektrisch gesteuerter Gleichstrommotor (DC-Motor) als der Elektromotor 4. Der Elektromotor 4 ist in einem Motorinstallationsraum in dem Gehäuse 6 fest gestützt. Der Elektromotor 4 ist über einen Motortreiberschaltkreis, der durch die ECU elektrisch gesteuert wird, elektrisch an einer an dem Fahrzeug installierten Batterie angeschlossen. Der Elektromotor 4 ist ein DC-Motor mit Bürsten, der einen mit der Motorwelle 11 integrierten Rotor (Anker), einen einem Außenumfang des Rotors zugewandt angeordneten Stator (Feld) usw. aufweist. Es ist zudem möglich, einen bürstenlosen DC-Motor oder einen Wechselstrommotor (AC-Motor), etwa einen Induktionsmotor und einen Synchronmotor anstelle des DC-Motors, der Bürsten hat, als den Elektromotor 4 zu verwenden. Es ist zudem möglich, anstelle des Elektromotors ein Drehsolenoid als Kraftquelle des Lufteinlasssteuergeräts zu verwenden.
Der Untersetzungsgetriebemechanismus hat eine Vielzahl von Zahnrädern (in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Zahnräder: das Motorzahnrad 7, das zwischenliegende Untersetzungszahnrad 8 und das Ventilzahnrad 9), die eine Drehzahl der Motorwelle 11 des Elektromotors 4 in zwei Phasen so reduzieren, dass der Untersetzungsgetriebemechanismus ein vorbestimmtes Untersetzungsgetriebeverhältnis aufweist. Der Untersetzungsgetriebemechanismus dient als ein Kraftübertragungsmechanismus, der die Betätigungsdrehkraft (Betätigungsdrehmoment) des Elektromotors 4 über die Ventilwelle 13 auf das Drosselventil 1 überträgt. Diese drei Zahnräder 7 bis 9 sind drehbar in dem Gehäuse 6 installiert.
Das Motorzahnrad 7, das eine Komponente des Untersetzungsgetriebemechanismus ist, ist ein erstes Zahnrad (Ritzet, erstes Drehelement), das an einem Außenumfang der Motorwelle 11 des Elektromotors 4 fixiert ist. Das Motorzahnrad 7 befindet sich an der motorseitigsten Stelle (der kraftquellenseitigsten Stelle) in einem Kraftübertragungspfad des Untersetzungsgetriebemechanismus. Das Motorzahnrad 7 ist aus Metallmaterial oder Kunstharzmaterial gefertigt und hat eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt. Das Motorzahnrad 7 hat einen zylindrischen Abschnitt, der den Außenumfang der Motorwelle 11 umgibt.
Der Zylinderabschnitt des Motorzahnrads 7 ist durch Presspassung und dergleichen an einem Außenumfang der Motorwelle 11 gestützt und fixiert. Ein gesamter Außenumfang des zylindrischen Abschnitts des Motorzahnrads 7 ist mit Zahnradzähnen 31 versehen, die mit dem zwischenliegenden Untersetzungszahnrad 8 in Eingriff sind.
Das zwischenliegende Untersetzungszahnrad 8, das eine weitere Komponente des Untersetzungsgetriebemechanismus ist, ist ein zweites Zahnrad (zwischenliegendes Zahnrad, zweites Drehelement), das durch Eingriff mit den an dem Außenumfang des Motorzahnrads 7 ausgebildeten Zahnradzähnen 31 gedreht wird. Das zwischenliegende Untersetzungszahnrad 8 befindet sich zwischen dem Motorzahnrad 7 und dem Ventilzahnrad 9 in dem Kraftübertragungspfad des Untersetzungsgetriebemechanismus. Das zwischenliegende Untersetzungszahnrad 8 ist aus Kunstharzmaterial gefertigt und hat eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt. Das zwischenliegende Untersetzungszahnrad 8 hat einen zylindrischen Abschnitt, der einen Außenumfang der zwischenliegenden Welle 12 umgibt, die parallel zu der Motorwelle 11 und der Ventilwelle 13 angeordnet ist.
Der zylindrische Abschnitt des zwischenliegenden Untersetzungszahnrads 8 ist an einen Außenumfang der zwischenliegenden Welle 12 gepasst, so dass er mit Bezug auf die zwischenliegende Welle 12 drehbar ist. Ferner hat der zylindrische Abschnitt des zwischenliegenden Untersetzungszahnrads 8 einen großdurchmessrigen Abschnitt, an dem ein Außendurchmesser des zwischenliegenden Untersetzungszahnrads 8 maximal ist und hat einen kleindurchmessrigen Abschnitt, an dem der Außendurchmesser des zwischenliegenden Unterestzungszahnrads kleiner als der an dem großdurchmessrigen Abschnitt ist.
An einem gesamten Außenumfang des großdurchmessrigen Abschnitts des zwischenliegenden Untersetzungszahnrads 8 sind Zahnradzähne (großdurchmessriges Zahnrad) 32 ausgebildet, so dass sie mit den an dem Außenumfang des Motorzahnrads 7 ausgebildeten Zahnradzähnen 31 in Eingriff sind. Zudem sind an einem gesamten Umfang des kleindurchmessrigen Abschnitts des zwischenliegenden Untersetzungszahnrads 8 Zahnradzähne (kleindurchmessriges Zahnrad) 33 so ausgebildet, dass sie mit den an einem Außenumfang des Ventilzahnrads 9 ausgebildeten Zahnradzähnen in Eingriff sind.
Das Ventilzahnrad 9, welches eine weitere Komponente des Untersetzungsgetriebemechanismus ist, ist ein drittes Zahnrad (finales Untersetzungszahnrad, drittes Drehelement), das durch Eingriff mit dem an einem Außenumfang des zwischenliegenden Untersetzungszahnrad 8 ausgebildeten kleindurchmessrigen Zahnrad 33 gedreht wird. Das Ventilzahnrad 9 ist ein Drehelement, das sich mit Bezug auf das Gehäuse 6 dreht und es befindet sich an einer ventilseitigsten Stelle in dem Kraftübertragungsmechanismus. Das Ventilzahnrad 9 ist aus Kunstharzmaterial gefertigt und hat eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt. Das Ventilzahnrad 9 hat einen zylindrischen Abschnitt, der den Außenumfang der Ventilwelle 13 umgibt.
Eine Ventilzahnradscheibe 34 ist durch Einsetzformgebung an einem Innenumfang des zylindrischen Abschnitts des Ventilzahnrads 9 befestigt. Der zylindrische Abschnitt des Ventilzahnrads 9 hat einen großdurchmessrigen Abschnitt, an dem ein Außendurchmesser des Ventilzahnrads 9 maximiert ist, und hat einen kleindurchmessrigen Abschnitt (zweite zylindrische Federführung) 35, an dem der Außendurchmesser des Ventilzahnrads 9 kleiner als der an dem großdurchmessrigen Abschnitt ist. Die zweite zylindrische Federführung 35 ist koaxial zu der ersten zylindrischen Federführung 25 des Gehäuses 6 und der ersten zylindrischen Federführung 25 zugewandt angeordnet, so dass zwischen der ersten und zweiten zylindrischen Federführung 25, 35 ein vorbestimmter Spalt gelassen ist. Die Außendurchmesser der ersten und der zweiten zylindrischen Federführung 25, 35 sind ungefähr gleich. Ein Außenumfang der zweiten zylindrischen Federführung 35 führt den Innenumfang der Torsionsschraubenfeder 5. An einem Teil eines Außenumfangs des großdurchmessrigen Abschnitts des Ventilzahnrads 9 sind in einer bogenförmigen Art Zahnradzähne 36 ausgebildet, die mit dem an dem Außenumfang des kleindurchmessrigen Abschnitts des zwischenliegenden Untersetzungszahnrads 8 ausgebildeten kleindurchmessrigen Zahnrad 33 in Eingriff sind.
Das Ventilzahnrad 9 ist mit einem Vollverschlussanschlagabschnitt 37 an dem Außenumfang des großdurchmessrigen Abschnitts (oder an dem Außenumfang des kleindurchmessrigen Abschnitts) ausgebildet. Wenn das Drosselventil 1 auf den vollständig geschlossenen Winkel geschlossen ist, dann wird der Vollverschlussanschlagabschnitt 37 mechanisch durch ein Vollverschlussanschlagelement (nicht gezeigt) gestoppt, das in einem blockförmigen Vollverschlussanschlag 39 geschraubt ist, der ein integraler Bestandteil des Gehäuses 6 ist. Der Vollverschlussanschlagabschnitt 37 und das Vollverschlussanschlagelement dienen als ein erster Beschränker, der eine Grenze bestimmt, bis zu der das Drosselventil 1 und das Ventilzahnrad 9 sich in einem Ventilverschlussbetrieb drehen können. Als solches werden das Drosselventil 1 und das Ventilzahnrad 9 dann daran gehindert, sich weiter zu einer Ventilverschlussseite zu drehen, wenn der Ventilverschlussanschlagabschnitt 37 des Ventilzahnrads 9 mit dem Ventilverschlussanschlag 39 und/oder dem Vollverschlussanschlagelement in Kontakt kommt.
Das Ventilzahnrad 9 ist mit einem Vollöffnungsanschlagabschnitt (nicht gezeigt) an dem Außenumfang des großdurchmessriegen Abschnitts (oder an dem Außenumfang des kleindurchmessriegen Abschnitts) versehen. Wenn das Drosselventil 1 auf den vollständig geöffneten Winkel geöffnet ist, dann wird der Vollöffnungsanschlagabschnitt mechanisch durch einen Vollöffnungsanschlag (nicht gezeigt) gestoppt, welcher in einem blockförmigen Vollöffnungsanschlag (nicht gezeigt) geschraubt ist, der ein integraler Bestandteil des Gehäuses 6 ist. Der Vollöffnungsanschlagabschnitt und das Vollöffnungsanschlagelement dienen als ein zweiter Beschränker, der eine Grenze bestimmt, bis zu der sich das Drosselventil 1 und das Ventilzahnrad 9 in einem Ventilöffnungsbetrieb drehen können. Wenn der Vollöffnungsanschlagabschnitt des Ventilzahnrads 9 mit dem Vollöffnungsanschlag und/oder dem Vollöffnungsanschlagelement in Kontakt kommt, dann werden das Drosselventil 1 und das Ventilzahnrad 9 daran gehindert, sich weiter auf die Seite der Ventilöffnung zu drehen. Im weiteren Verlauf wird ausführlich eine Windungstützstruktur des Ventilzahnrads 9 beschrieben.
Diesbezüglich erstreckt sich die Motorwelle 11 gerade in ihrer Axialrichtung. Die Motorwelle 11 ist drehbar in dem Getriebegehäuse 16 installiert, welches durch das Gehäuse 6 und die Sensorabdeckung 10 definiert ist. Auch die Zwischenwelle 12 erstreckt sich gerade in ihrer Axialrichtung. Ein axialer Endabschnitt der Zwischenwelle 12 ist durch ein in der Außenfederführung des Gehäuses 6 vorgesehenes Passloch usw. durch Presspassung und dergleichen fest gestützt. Die Ventilwelle 13 ist durch die Wellenstützlöcher in den Lagerstützabschnitten 21, 22 drehbar und verschieblich gestützt. Die Ventilwelle 13 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Metallelement, das einen im Wesentlichen runden Querschnitt hat und sich von seinem einen Endabschnitt zu dem anderen Endabschnitt gerade erstreckt. Der andere Endabschnitt der Ventilwelle 13 durchdringt das Wellenstützloch des Lagerstützabschnitts 22 und steht in das Getriebegehäuse 26 vor (ist dort freigelegt). Die Ventilzahnradscheibe 34, die durch Einsetzformgebung an einem Innenumfang eines zylindrischen Abschnitts des Ventilzahnrads 9 befestigt ist, ist an dem anderen Endabschnitt der Ventilwelle 13 durch Sickung eines Sickungsabschnitts, der ein integraler Bestandteil des anderen Endabschnitts der Ventilwelle 13 ist, und dergleichen befestigt.
Das Motorstellglied, insbesondere der Elektromotor 4, ist so konfiguriert, dass er durch die ECU elektrisch gesteuert ist. Die ECU hat einen Mikrocomputer, der einen herkömmlichen Aufbau einschließlich der Funktionen als eine CPU hat, die Steuerverarbeitungen und Berechnungsverarbeitungen durchführt, eine Speichervorrichtung (etwa ein ROM, RAM, usw.), die ein Steuerprogramm und andere Daten speichert, eine Eingangsschaltung (Eingangsabschnitt), eine Ausgangsschaltung (Ausgangsabschnitt), usw. hat.
Die ECU ist dazu konfiguriert, die Zufuhr elektrischer Energie zu dem Elektromotor 4 in Übereinstimmung mit durch das in der Speichervorrichtung gespeicherte Computerprogramm erzeugte Signale variabel zu steuern, wenn ein Zündschalter (nicht gezeigt) des Fahrzeugs eingeschaltet ist, um so den Drosselöffnungsgrad elektrisch einzustellen.
Die ECU ist dazu konfiguriert, den vorstehend erwähnten Motorsteuerbetrieb durch das in der Speichervorrichtung gespeicherte Steuerprogramm zu unterbrechen, wenn der Zündschalter ausgeschaltet ist. Die ECU ist so konfiguriert, dass der Mikrocomputer Sensorsignale empfängt, die von jeweiligen Sensoren, etwa einem Kurbelwinkelsensor, einem Luftmassenmesser, einem Kühlmitteltemperatursensor geschickt und von einem AD-Wandler von analog nach digital gewandelt werden.
Der Mikrocomputer ist an einem Beschleunigersensor (nicht gezeigt) angeschlossen, der den Niederdrückbetrag des Beschleunigerpedals des Fahrzeugs (Betrag der Beschleunigerbetätigung) in ein elektrisches Signal (Beschleunigeröffnungsgradsignal) umwandelt und das Beschleunigeröffnungsgradsignal zu der ECU ausgibt. Der Mikrocomputer ist an dem Drosselwinkelsensor angeschlossen, der den Drosselöffnungsgrad, der dem Drehwinkel des Drosselventils 1 entspricht, in ein elektrisches Signal (Drosselöffnungsgradsignal) umwandelt und das Drosselöffnungsgradsignal zu der ECU ausgibt. Die ECU ist dazu konfiguriert, eine Rückkopplungssteuerung der Zufuhr elektrischer Energie zu dem Elektromotor 4 durchzuführen, um eine Differenz zwischen dem von dem Drosselwinkelsensor geschickten Drosselöffnungsgradsignal und dem von dem Beschleunigersensor geschickten Beschleunigeröffnungsgradsignal zu verringern.
Der Drosselwinkelsensor ist ein kontaktfreier Drehwinkeldetektor (Drosselöffnungsgraddetektor), der den Drehwinkel des Drosselventils 1 erfasst. Der Drosselwinkelsensor hat geteilte Dauermagneten (nicht gezeigt), die an einem Innenumfang eines zylindrischen Abschnitts des Ventilzahnrads 9 fixiert sind, ein Paar Joche 17, die durch die Magnete magnetisiert werden, einen Hall-IC 19, der sich an der zahnradseitigen Fläche des Ventilzahnrads 9 befindet, usw. Der Hall-IC 19 ist ein IC (integrierter Schaltkreis), in der eine Hall'sche Vorrichtung, die als die kontaktfreie magnetische Erfassungsvorrichtung dient, und ein Verstärkungsschaltkreis integriert sind. Der Hall-IC 19 gibt eine Spannung in Übereinstimmung mit der Magnetflussdichte in einer Verbindung mit dem Hall-IC 19 aus, die durch den zwischen dem Paar Jochen 17 ausgebildeten Magneterfassungsspalt hindurchführen. Es ist ferner möglich, anstelle des Hall-IC 19 kontaktfreie magnetische Erfassungsvorrichtungen, etwa eine Hall'sche Vorrichtung alleine, eine magnetoresistente Vorrichtung usw. zu verwenden.
Die Torsionsschraubenfeder 5 ist zwischen der Bodenwandfläche des Gehäuses 6 und der ventilseitigen Fläche des Ventilzahnrads 9 installiert. Die Torsionsschraubenfeder 5 hat eine Einzelschraubenfederkonstruktion, in der eine Rückstellfeder (erste Feder) 41 und eine Öffnerfeder (Vorgabefeder, zweite Feder) 42 integriert sind. Die Rückstellfeder 41, die ein ventilseitiger Abschnitt der Torsionsschraubenfeder 5 ist, ist in einer Drehrichtung gewunden und die Öffnerfeder 42, die ein zahnradseitiger Abschnitt der Torsionsschraubenfeder 5 ist, ist in der anderen Drehrichtung gewunden. Die Torsionsschraubenfeder 5 hat ferner einen U-förmigen Haken (zwischenliegenden Federhaken) 43, einen ersten Federendabschnitt 44 und einen zweiten Federendabschnitt 45. Der U-förmige Haken 43, der als ein zwischenliegender Federhaken dient, ist an einem Verbindungsabschnitt der Rückstellfeder 41 und der Öffnerfeder 42 vorgesehen. Der erste Federendabschnitt 44 ist ein ventilseitiger axialer Endabschnitt der Rückstellfeder 41 und ist im Wesentlichen I-förmig. Der zweite Federendabschnitt 45 ist ein zahnradseitiger axialer Endabschnitt der Öffnerfeder 42 und ist im Wesentlichen S-förmig.
Die Rückstellfeder 41 erzeugt eine Torsionsfederkraft (Federdrehmoment), die das Drosselventil bezüglich des Ventilzahnrads 9 auf eine Ventilverschlussseite (von dem vollständig geöffneten Winkel auf den zwischenliegenden Winkel) vorspannt. Die Rückstellfeder 41 ist eine Torsionsfeder, die eine Torsionsfederkraft zum Drehen des Ventilzahnrads 9 auf die Ventilverschlussseite akkumuliert, wenn das Ventilzahnrad 9 hinter den zwischenliegenden Winkel auf die Ventilöffnungsseite gedreht ist. Die Rückstellfeder 41 hat einen ersten zylindrischen Windungs- bzw. Schraubenabschnitt, der in einer zylindrischen Federinstallationskammer 46 angeordnet ist, die durch die erste zylindrische Federführung 45 des Lagerstützabschnitts 22 des Drosselkörpers 2, die zweite zylindrische Federführung 35 des Ventilzahnrads 9 und den Innenumfang der Außenfederführung des Gehäuses 6 definiert ist.
Der erste zylindrische Schraubenabschnitt, der um die Axialrichtung der Ventilwelle 13 gewunden ist, ist so angeordnet, dass er Umfänge der ersten zylindrischen Federführung 25 des Gehäuses 6 und der zweiten zylindrischen Federführung 35 des Ventilzahnrads 9 in einer Spiralenform umgibt. Der ventilseitige Endabschnitt des ersten zylindrischen Schraubenabschnitts ist der erste Federendabschnitt 44, der so gebogen ist, dass er nahezu einen rechten Winkel hat, so dass er sich in einer Radialrichtung der Torsionsschraubenfeder 5 gerade erstreckt. Der erste Federendabschnitt 44 ist durch eine später beschriebene erste Federstützfläche 61 regelmäßig gestützt.
Die Öffnerfeder 42 erzeugt eine Torsionsfederkraft (Federdrehmoment), die das Drosselventil 1 mit Bezug auf das Ventilzahnrad 9 auf die Ventilöffnungsseite (von dem vollständig geschlossenen Winkel auf den zwischenliegenden Winkel) vorspannt. Die Öffnerfeder 42 ist eine Torsionsfeder, die eine Torsionsfederkraft zum Drehen des Ventilzahnrads 9 auf die Ventilöffnungsseite akkumuliert, wenn das Ventilzahnrad 9 hinter den zwischenliegenden Winkel auf die Ventilverschlussseite gedreht ist. Die Öffnerfeder 42 ist in einer Drehwindungsrichtung gewunden, die sich von der der Rückstellfeder 41 unterscheidet, und zwar mit einer Windungsanzahl, die kleiner als die der Rückstellfeder 41 ist. Das heißt, eine axiale Länge der Öffnerfeder 42 ist kürzer als die der Rückstellfeder 41. Die Öffnerfeder 42 ist im Wesentlichen koaxial zu der Rückstellfeder 41 und ein Windungsabstand der Öffnerfeder 42 ist nahezu gleich wie der der Rückstellfeder 41. Ein Durchmesser des Federdrahts der Öffnerfeder 42 ist im Wesentlichen gleich wie jener der Rückstellfeder 41 und ein Außendurchmesser der Öffnerfeder 42 ist im Wesentlichen gleich wie jener der Rückstellfeder 41.
Die Öffnerfeder 42 hat einen zweiten zylindrischen Schraubenabschnitt, der in der zylindrischen Federinstallationskammer 46 angeordnet ist, die durch die erste zylindrische Federführung 25 des Lagerstützabschnitts 22 des Drosselkörpers 2, die zweite zylindrische Federführung 35 des Ventilzahnrads 9 und den Innenumfang der Außenfederführung des Gehäuses 6 definiert ist.
Der zweite zylindrische Schraubenabschnitt, der um die Axialrichtung der Ventilwelle 13 gewunden ist, ist so angeordnet, dass er den Umfang der zweiten zylindrischen Federführung 35 des Ventilzahnrads 9 spiralförmig umgibt. Der zahnradseitige Endabschnitt des zweiten zylindrischen Windungsabschnitts ist der zweite Windungsendabschnitt 45, der in einen nahezu rechten Winkel gebogen ist, so dass er sich in der Radialrichtung der Torsionsschraubenfeder 5 erstreckt, und der ferner in einer im Wesentlichen S-förmigen Art gebogen ist, so dass er über dem Außenumfang des zweiten zylindrischen Windungsabschnitt der Torsionsschraubenfeder 5 liegt. Der zweite Federendabschnitt 45 ist durch eine später beschriebene zweite Federstützfläche 52 regelmäßig gestützt.
Der Verbindungsabschnitt des zahnradseitigen axialen Endes des ersten zylindrischen Abschnitts der Rückstellfeder 41 und ein ventilseitiges axiales Ende des zweiten zylindrischen Abschnitts der Öffnerfeder 42 ist mit dem U-förmigen Haken 43 versehen. Der U-förmige Haken 43 ist durch das in den Zwischenwinkelanschlag 27 des Gehäuses 6 eingeschraubte zwischenliegende Anschlagelement 29 gestützt, wenn die Zufuhr elektrischer Energie zu dem Elektromotor 4 aus irgendeinem Grund gestoppt oder unterbrochen ist. Der U-förmige Haken 43 ist durch Biegen des Verbindungsabschnitts der Rückstellfeder 41 und der Öffnerfeder 42 in einer im Wesentlichen U-förmigen Gestalt ausgebildet. Der U-förmige Haken 43 kommt mit der später beschriebenen zweiten Federendabstützung 52 in Übereinstimmung mit dem Drehwinkel des Drosselventils 1 und des Ventilzahnrads 9 in Eingriff und wird davon gelöst.
Der U-förmige Haken 43, der sich an dem ventilseitigen Ende des zweiten zylindrischen Schraubenabschnitts der Öffnerfeder 52 befindet, dient als ein erster Lastabschnitt, der eine Torsionsfederkraft erzeugt, die das Drosselventil 1 mit Bezug auf das Ventilzahnrad 9 auf die Ventilverschlussseite vorspannt. Der zweite Federendabschnitt 45, der sich an dem zahnradseitigen Endabschnitt des zweiten zylindrischen Schraubenabschnitts der Öffnerfeder 42 befindet, dient als ein zweiter Lastabschnitt, der eine Federkraft erzeugt, die das Drosselventil 1 mit Bezug auf das Ventilzahnrad 9 in der Ventilöffnungsrichtung vorspannt.
Unter Bezugnahme auf 1 bis 3 wird nachstehend eine Schraubenfederstützstruktur des Drosselsteuergeräts gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausführlich beschrieben.
Eine erste Federendabstützung 51, die den ersten Federendabschnitt 44 der Rückstellfeder 41 stützt, ist einstückig mit der Außenwandfläche des zylindrischen Abschnitts 3 des Drosselkörpers 2, das heißt mit der Bodenwandfläche des Gehäuses 6 ausgebildet. Die erste Federendabstützung 51 ist mit einem ersten Eingriffsabschnitt (Gehäusehaken, nicht gezeigt) versehen, der eine im Wesentlichen eingedrückte Gestalt, eine im Wesentlichen vorstehende Gestalt usw. hat, um den ersten Federendabschnitt 44 der Rückstellfeder 41 regelmäßig zu stützen. Die erste Federendabstützung 51 ist an der Bodenwandfläche des Gehäuses 6 vorgesehen. Die erste Federendabstützung 51 ist eine Sitzfläche, die die Torsionsfederkraft der Rückstellfeder 41 aufnimmt.
Der großdurchmessrige Abschnitt des Ventilzahnrads 9 ist einstückig mit der zweiten Federendabstützung 52 versehen, die einen Körper zum Stützen sowohl des U-förmigen Hakens 43 der Torsionsschraubenfeder 5 als auch des zweiten Federendabschnitts 25 der Öffnerfeder 42 hat. Die zweite Federendabstützung 52 dient als der Federkraftaufnahmeabschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung. Die zweite Federendabstützung 52 hat im Wesentlichen eine F-Gestalt, die von dem großdurchmessrigen Abschnitt des Ventilzahnrads 9 zu dem zylindrischen Abschnitt des Drosselkörpers 2 vorsteht, um über dem Außenumfang der Torsionsschraubenfeder 5 zu liegen.
Der großdurchmessrige Abschnitt des Ventilzahnrads 9 ist einstückig mit einem im Wesentlichen zylindrischen Windungsabdeckabschnitt 54 versehen, der einen ringförmigen Raum 53 zum Abdecken des Außenumfangs des zahnradseitigen Endabschnitts (rechter Endabschnitt in 1, 3) des zweiten zylindrischen Schraubenabschnitts der Öffnerfeder 42 ausbildet. Der Windungsabdeckabschnitt 54 ist an einem dem Basisende der zweiten Federendabstützung 42 nahen Winkel mit einem Ausbuchtungsabschnitt (einer Nut) 55 versehen, durch den ein zweites Windungsende der Öffnerfeder 42 in der Radialrichtung der Torsionsschraubenfeder 5 oder in einer um einen vorbestimmten Winkel (beispielsweise 45°) mit Bezug auf Axialrichtung des zweiten zylindrischen Schraubenabschnitts in einer geraden oder im Wesentlichen S-förmigen Gestalt herausgeführt wird.
Die zweite Federendabstützung 52 des Ventilzahnrads 9 ist an dessen axialen Ende, das dem Schraubenabdeckabschnitt 54 entgegengesetzt ist, einer im Wesentlichen C-förmigen Abstützung 56 versehen, welche einen Drehweg des U-förmigen Hakens 43 der Torsionsschraubenfeder 5 schneidet. Die C-förmige Abstützung 56 ist in einer Umfangsrichtung des Ventilzahnrads 9 an beiden Seiten mit der ersten Federstützfläche und einer zweiten Federstützfläche 52 versehen. Das heißt, die erste und die zweite Federstützfläche 61, 62 sind Rücken an Rücken an einem koaxial zu einer Drehachse des Ventilzahnrads verlaufenden Drehweg angeordnet.
Die erste Federstützfläche 61 stützt den U-förmigen Haken 43 der Torsionsschraubenfeder 5, um die Torsionsfederkraft der Torsionsschraubenfeder 5 aufzunehmen. Die zweite Federstützfläche 62 ist eine rechte Rückseite der Sitzfläche der ersten Federstützfläche 61 der C-förmigen Abstützung 56, das heißt, eine Fläche, die der Sitzfläche der ersten Federstützfläche 61 entgegengesetzt ist. Die zweite Federstützfläche 62 stützt den S-förmigen zweiten Federendabschnitt 45 der Öffnerfeder 42, um die Torsionsfederkraft der Torsionsschraubenfeder 5 aufzunehmen. Es ist möglich, an der Sitzfläche der zweiten Federstützfläche 62 eine Führung bereitzustellen, um zu verhindern, dass sich der S-förmige zweite Federendabschnitt 45 der Öffnerfeder 42 in der Radialrichtung der Torsionsschrauben 5 in Folge einer Gegenreaktion einer Ausdehnung der Schrumpfung des Außendurchmessers der Öffnungsfeder 42, die durch eine Torsinn der Torsionsschraubenfeder 5 in dem Ventilöffnungsbetrieb oder in dem Ventilschließbetrieb des Drosselventils 1 ausgedehnt oder geschrumpft wird, aus der Sitzfläche der zweiten Federstützfläche 62 herausbewegt.
Die C-förmige Abstützung 56 hat ein Paar Antirutschführungen 63, 64, die von hinsichtlich der axialen Richtung des Ventilzahnrads 9 beiden Seiten der ersten Federstützfläche 61 zu einer Drehseite um die Drehmitte des Ventilzahnrads 9, d.h. zu der Ventilöffnungsseite vorstehen. Die Antirutschführungen 63, 64 verhindern, dass sich der U-förmige Haken 43 in der Axialrichtung der Torsionsschraubenfeder 5 (in einer Horizontalrichtung in 1, 2) hinter die Antirutschführungen 63, 64 bewegen. Ein durch die Sitzfläche der ersten Federstützfläche 61 und innere Flächen der Antirutschführungen 63, 64 definierter Raum dient als ein Eingriffsabschnitt, in dem der U-förmige Haken 43 der Torsionsschraubenfeder 5 hineingeht und aus dem der U-förmige Haken 43 herauskommt.
[Betriebe des Drosselsteuergeräts]
Unter Bezugnahme auf 1 bis 4B werden nachfolgend Betriebe des Lufteinlasssteuergeräts gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. 4A zeigt schematisch die an der C-förmigen Abstützung 56 des Ventilzahnrads 9 dann wirkende Federkraft, wenn das Drosselventil 1 auf die Ventilschließseite hinter den zwischenliegenden Winkel betätigt wird. 4B zeigt schematisch die an der C-förmigen Abstützung 56 des Ventilzahnrads 9 dann wirkende Federkraft, wenn das Drosselventil 1 auf die Ventilöffnungsseite hinter den zwischenliegenden Winkel betätigt wird.
Wenn der Zündschalter eingeschaltet ist, dann berechnet die ECU einen Steuersollwert des Drosselventils 1 (Drosselöffnungssollgrad) in Übereinstimmung mit einem Beschleunigeröffnungsgrad (Größe der Beschleunigerbetätigung), welches der Grad ist, zu dem das Beschleunigerpedal niedergetreten wurde, was durch den Beschleunigersensor erfasst wird. Dann führt die ECU die Rückkopplungssteuerung der zu dem Elektromotor 4 zugeführten elektrischen Energie durch, um den durch den Drosselwinkelsensor erfassten Drosselöffnungsgrad mit dem in Übereinstimmung mit dem Beschleunigeröffnungsgrad bestimmten Drosselöffnungssollgrad gleichzustellen.
Wenn der Elektromotor 4 mit elektrischer Energie versorgt wird, dann dreht sich die Motorwelle 11 des Elektromotors 4. Dann dreht sich das Motorzahnrad 7 um die Mittelachse der Motorwelle 11 in Übereinstimmung mit der Drehung der Motorwelle 11 und ein Antriebsdrehmoment des Elektromotors 4 wird von den Zahnradzähnen 31 des Motorzahnrads 7 auf das großdurchmessrige Zahnrad 32 des zwischenliegenden Untersetzungszahnrads 8 übertragen. Ferner dreht sich das zwischenliegende Untersetzungszahnrad 8 in Übereinstimmung mit der Drehung des zwischenliegenden Untersetzungszahnrads 8 um die Mittelachse der zwischenliegenden Welle 12 und das Antriebsdrehmoment wird von dem kleindurchmessrigen Zahnrad 33 des zwischenliegenden Untersetzungszahnrads 8 auf die Zahnradzähne 36 des Ventilzahnrads 8 übertragen. Dann dreht sich die an dem Ventilzahnrad 9 befestigte Ventilwelle 13 in Übereinstimmung mit der Drehung des Ventilzahnrads 9 um einen bestimmten Drehwinkel um die Mittelachse der Ventilwelle 13. Als solches wird das Drosselventil 1 von dem vollständig geschlossenen Winkel (oder von dem zwischenliegenden Winkel) in Richtung des vollständig geöffneten Winkels betätigt.
In einem Fall, in dem sich das Drosselventil 1 beim Betätigen des Drosselventils 1 und des Ventilzahnrads 9 in Richtung des vollständig geöffneten Winkels an einem Winkel befindet, der näher an dem vollständig geschlossenen Winkel als an dem zwischenliegenden Winkel liegt, ist der U-förmige Haken 43 der Torsionsschraubenfeder 5, an dem die Rückstellfeder 41 und die Öffnerfeder 42 miteinander verbunden sind, mit dem zwischenliegenden Anschlagelement 29 in Kontakt und damit in Eingriff, welches in den zwischenliegenden Winkelanschlag 27 des Gehäuses 6 geschraubt ist. Somit befindet sich, wie dies in 4A gezeigt ist, der U-förmige Haken 43 der Torsionsschraubenfeder 5 geringfügig von der Sitzfläche der ersten Federstützfläche 61 der C-förmigen Abstützung 56 beabstandet, welche in einem vorderen Endabschnitt der zweiten Federendabstützung 52 des Ventilzahnrads 9 zu der Ventilverschlussseite vorgesehen ist. Dann wird die C-förmige Abstützung 56 des Ventilzahnrads 9 der Vorspannkraft (Federkraft) der Rückstellfeder 41 der C-förmigen Abstützung 56 nicht unterworfen und sie wird der Vorspannkraft (Federkraft) lediglich der Öffnerfeder 42 unterworfen.
Dementsprechend wird dann, wenn sich das Drosselventil 1 an einem Winkel befindet, der näher an dem vollständig verschlossenen Winkel als an dem zwischenliegenden Winkel liegt, das Drosselventil durch das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 4 und die Federkraft der Öffnerfeder 42 von dem vollständig geschlossenen Winkel auf den Drosselöffnungssollgrad betätigt.
In einem Fall, in dem sich das Drosselventil 1 beim Betätigen des Drosselventils 1 und des Ventilzahnrads 9 in Richtung des vollständig geöffneten Winkels auf einem Winkel befindet, der näher an dem vollständig geöffneten Winkel als an dem zwischenliegenden Winkel liegt, wird der U-förmige Haken 43 der Torsionsschraubenfeder 5 gegen die Sitzfläche der ersten Federabstützfläche 61 des Ventilzahnrads 9 gedrückt, wie dies in 4B gezeigt ist. Somit wird die Sitzfläche der ersten Federstützfläche 61 der C-förmigen Abstützung 56 der Torsionsfederkraft (dem Drehmoment) des U-förmigen Hakens 43 der Torsionsschraubenfeder 5 ausgesetzt. Diesbezüglich stößt der zweite Federendabschnitt 45 der Öffnerfeder 42 regelmäßig an der Sitzfläche der zweiten Federstützfläche 62 an, welche die Rückseite der Sitzfläche der ersten Federstützfläche 61 der C-förmigen Abstützung 56 ist.
Das heißt, wenn sich das Drosselventil 1 an einem Winkel befindet, der näher an dem vollständig geöffneten Winkel als an dem zwischenliegenden Winkel liegt, dann bringt der U-förmige Haken 43 der Torsionsschraubenfeder 5 die Federkraft der Torsionsschraubenfeder 5 auf die erste Federstützfläche 61 der C-förmigen Abstützung 56 des Ventilzahnrads 9 in einer Richtung auf und der zweite Federendabschnitt 45 der Öffnerfeder 42 bringt die Federkraft der Torsionsschraubenfeder 5 auf die zweite Federstützfläche 62 der C-förmigen Abstützung 56 des Ventilzahnrads in der anderen Richtung auf. Dann heben sich die Federkraft der Öffnerfeder 42 und die durch den U-förmigen Haken 43 aufgebrachte Federkraft der Torsionsschraubenfeder 5, die sowohl auf die erste als auch auf die zweite Fläche 61, 62 der C-förmigen Abstützung 56 aufgebracht werden, gegenseitig auf. Somit ist die C-förmige Abstützung 56 des Ventilzahnrads 9 dann der Torsionsfederkraft (dem Drehmoment) der Rückstellfeder 41 ausgesetzt, wenn sich das Drosselventil 1 an dem Winkel befindet, der Näher an dem vollständig geöffneten Winkel als an dem zwischenliegenden Winkel liegt. Dementsprechend betätigt die Antriebskraft des Elektromotors 4 das Drosselventil 1 von dem zwischenliegenden Winkel auf den Drosselöffnungssollgrad gegen die Vorspannkraft der Rückstellfeder 41.
Als solches wird die Drosselbohrung 14 des zylindrischen Abschnitts 3 des Drosselkörpers 2 um einen vorbestimmten Drosselöffnungsgrad geöffnet, so dass die Einlassluft in die Brennkammern des Zylinders der Kraftmaschine bei einer Menge eingesogen wird, die dem Drosselöffnungsgrad entspricht, und die Drehzahl der Kraftmaschine auf einen Grad geändert wird, der dem Beschleunigeröffnungsgrad entspricht.
Diesbezüglich steuert die ECU die Zufuhr elektrischer Energie zu dem Elektromotor 4, wenn der Fahrer das Beschleunigerpedal freigibt, um den Beschleunigeröffnungsgrad auf 0% zu bringen, sodass der Vollverschlussanschlagabschnitt 37 des Ventilzahnrads 9 mit dem in den Vollverschlussanschlag 39 des Gehäuses 6 geschraubten Vollverschlussanschlagelement in Kontakt gebracht wird. Insbesondere dreht die ECU eine Richtung des zu dem Elektromotor 4 zugeführten Antriebsstroms um.
Wenn der Vollverschlussanschlagabschnitt 37 des Ventilzahnrads 9 mit dem Vollverschlussanschlag 39 und/oder dem Vollverschlussanschlagelement in Kontakt kommt, um zu verhindern, dass sich das Ventilzahnrad 9 weiter auf die Seite des Ventilschließens dreht, wird das Drosselventil 1 bei dem vollständig geschlossenen Winkel in der Drosselbohrung 14 des zylindrischen Abschnitts 3 des Drosselkörpers 2 gehalten. Somit wird die Menge der Einlassluft, die durch die Drosselbohrung 14 des zylindrischen Abschnitts 3 des Drosselkörpers 2 in die Brennkammern der Zylinder der Kraftmaschine eingesogen wird, minimiert, und die Drehzahl der Kraftmaschine wird zu einer Leerlaufdrehzahl.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Drosselventil 1 so angeordnet, dass es mit Bezug auf eine Normale zu der Axialrichtung der Drosselbohrung 14 (Einlassluftstromrichtung) um einen vorbestimmten Drehwinkel geringfügig auf die Seite der Ventilöffnung gekippt ist, wenn das Drosselventil 1 vollständig geschlossen ist. Die ECU steuert die Zufuhr elektrischer Energie zu dem Elektromotor 4 fortwährend, während das Drosselventil 1 in dem vollständig geschlossenen Winkel gehalten ist.
Wenn die Zufuhr elektrischer Energie zu dem Elektromotor 4 während eines Betriebs der Kraftmaschine aus irgendeinem Grund unterbrochen ist, dann bringen die Federkräfte der Rückstellfeder 41 und der Öffnerfeder 42 den U-förmigen Haken 43 der Torsionsschraubenfeder 5 in einem Zustand, in dem die C-förmige Abstützung 56 des Ventilzahnrads 9 zwischen dem U-förmigen Haken 43 der Torsionsschraubenfeder 5 und dem zweiten Federendabschnitt 45 der Öffnerfeder 42 gefangen ist, mit dem in den Zwischenwinkelanschlag 27 des Gehäuses 6 eingeschraubten zwischenliegenden Anschlagelement 29 in Kontakt und halten ihn in Kontakt damit. Somit ist das Ventilzahnrad 9 sicher an dem zwischenliegenden Winkel zwischen dem vollständig geschlossenen Winkel und dem vollständig geöffneten Winkel gestützt, so dass das Drosselventil 1 die Drosselbohrung 14 in dem zylindrischen Abschnitt 3 des Drosselkörpers 2 bei dem vorbestimmten zwischenliegenden Öffnungsgrad öffnet. Auf diese Weise wird durch die Drosselbohrung 14 in dem zylindrischen Abschnitt 3 des Drosselkörpers 2 Einlassluft in die Brennkammern der Zylinder der Kraftmaschine eingebracht. Dementsprechend ist es selbst dann möglich, einen Notfallbetrieb (Notlauf) des Fahrzeugs durchzuführen, wenn die Zufuhr elektrischer Energie zu dem Elektromotor 4 aus irgendeinem Grund unterbrochen ist.
[Merkmale und Vorteile des Drosselsteuergeräts]
Wie vorstehend beschrieben ist, hat das Lufteinlasssteuergerät (Drosselsteuergerät) gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Torsionsschraubenfeder 5, in der die Rückstellfeder 41 und die Öffnerfeder 42 integriert sind. Die Rückstellfeder 41 übt die Federkraft auf die erste Federstützfläche 61 der C-förmigen Abstützung 56 aus, die an der zweiten Federendabstützung 52 des Ventilzahnrads 9 vorgesehen ist, um das Drosselventil 1 in Richtung des vollständig geschlossenen Winkels vorzuspannen. Die Öffnerfeder 42 übt die Federkraft auf die zweite Federstützfläche 62 der C-förmigen Abstützung 56 aus, um das Drosselventil 1 in Richtung des vollständig geöffneten Winkels vorzuspannen. Die Rückstellfeder 41 hat den ersten zylindrischen Windungsabschnitt, der den Umfang der ersten zylindrischen Federführung 25 des Gehäuses 6 und die zweite zylindrische Federführung 35 des Ventilzahnrads 9 spiralförmig umgibt. Die Öffnerfeder 42 hat den zweiten zylindrischen Windungsabschnitt, der den Umfang der zweiten zylindrischen Federführung 35 des Ventilzahnrads 9 spiralförmig umgibt.
Die Torsionsschraubenfeder 5 hat einen Einzelschraubenfederaufbau, bei dem das zahnradseitige axiale Ende des ersten zylindrischen Windungsabschnitts der Rückstellfeder 41 an dem ventilseitigen axialen Ende des zweiten zylindrischen Windungsabschnitts der Öffnerfeder 42 angeschlossen ist, und in dem der erste zylindrische Abschnitt der Rückstellfeder 41 in der einen Drehrichtung gewunden ist und der zweite zylindrische Abschnitt der Öffnerfeder 52 in der anderen Drehrichtung gewunden ist. Die Torsionsschraubenfeder 5 hat den U-förmigen Haken 43, den ersten Federendabschnitt 44 und den zweiten Federendabschnitt 45. Der U-förmige Haken 43 ist an dem Verbindungsabschnitt des zahnradseitigen axialen Endes des ersten zylindrischen Windungsabschnitts der Rückstellfeder 41 und dem ventilseitigen axialen Ende des zweiten zylindrischen Windungsabschnitts der Öffnerfeder 42 ausgebildet. Der U-förmige Haken 43 ist durch Biegen der Verbindung in eine im Wesentlichen U-förmige Gestalt ausgebildet. Der erste Federendabschnitt 44 ist an dem ventilseitigen axialen Ende des ersten zylindrischen Windungsabschnitts der Rückstellfeder 41 vorgesehen und ist durch die Sitzfläche der ersten Federendabstützung 51 des Gehäuses 6 gestützt. Der zweite Federendabschnitt 45 ist an dem zahnradseitigen axialen Ende des zweiten zylindrischen Windungsabschnitts der Öffnerfeder 42 ausgebildet und durch die zweite Federabstützfläche 62 der C-förmigen Abstützung des Ventilzahnrads 9 gestützt.
Bei dem Lufteinlasssteuergerät gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der ventilseitige vordere Abschnitt der zweiten Federendabstützung 52 des Ventilzahnrads 9, das an dem zahnradseitigen axialen Endabschnitt der Ventilwelle 13 befestigt ist, mit der C-förmigen Abstützung 56 versehen. Die C-förmige Abstützung 56 stützt den U-förmigen Haken 43, um die Torsionsfederkraft der Torsionsschraubenfeder 5 aufzunehmen, die in der einen Drehrichtung ausgeübt wird, und stützt den zweiten Federendabschnitt 45, um die Torsionsfederkraft der Öffnerfeder 42 aufzunehmen, die in der anderen Drehrichtung ausgeübt wird. Die C-förmige Abstützung 56 hat die erste Federstützfläche 61, die den U-förmigen Haken 43 stützt, um die Torsionsfederkraft der Torsionsschraubenfeder 5 aufzunehmen, und hat die zweite Federstützfläche 62, die den zweiten Federendabschnitt 45 stützt, um die Torsionsfederkraft der Öffnerfeder 42 aufzunehmen. Die erste und die zweite Federstützfläche 61, 62 sind Rücken an Rücken an einem Drehweg um die Mittelachse des Ventilzahnrads 9 angeordnet.
Dementsprechend sind die erste und die zweite Federstützfläche 61, 62 in einer C-förmigen Abstützung 56 integriert, die in dem ventilseitigen vorderen Abschnitt der zweiten Federendabstützung 52 des Ventilzahnrads 9 vorgesehen ist. Das heißt, zwei Stück von der ersten und der zweiten Federstützfläche 61, 62 sind an einer Stelle vorgesehen. Somit wird mit Bezug auf das Ventilzahnrad 109 des herkömmlichen Drosselsteuergeräts (siehe 5 bis 9B), in dem die zweite Federendabstützung 152 zum Stützen des zweiten Federendabschnitts 145 zum Aufnehmen der Federkraft der Öffnerfeder 142 und die C-förmige Abstützung 156 zum Abstützen des U-förmigen Hakens 43 zum Aufnehmen der Federkraft der Torsionsschraubenfeder 105 getrennt voneinander angeordnet sind, ein Körper des Ventilzahnrads 9 verkleinert. Dementsprechend ist es möglich, die Materialkosten und Herstellungskosten des Ventilzahnrads 9 zu senken.
Wenn sich bei dem in der Patentdruckschrift 1 offenbarten Drosselsteuergerät das Drosselventil 101 bei einem Winkel befindet, der zwischen dem vollständig geöffneten Winkel und dem zwischenliegenden Winkel liegt, dann werden Torsionsfederkräfte (Drehmomente) sowohl der Rückstellfeder 141 als auch der Öffnerfeder 142 auf die C-förmige Abstützung 156 des Ventilzahnrads 109 ausgeübt. Daher muss die C-förmige Abstützung 156 mit einer relativ großen Steifigkeit versehen sein. Diesbezüglich ist bei dem Lufteinlasssteuergerät gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Ventilzahnrad 9 mit der C-förmigen Abstützung 56 versehen, die sowohl den U-förmigen Haken 43 als auch den zweiten Federendabschnitt 45 stützt, um sowohl die Torsionsfederkraft der Rückstellfeder 41 in der einen Drehrichtung als auch die Torsionsfederkraft der Öffnerfeder 42 in der anderen Drehrichtung aufzunehmen. Wenn sich somit das Drosselventil 1 bei einem Winkel befindet, der zwischen dem vollständig geöffneten Winkel und dem zwischenliegenden Winkel liegt, dann heben sich die Torsionsfederkräfte in der einen und der anderen Drehrichtung gegenseitig auf, die durch die beiden Haken der Öffnerfeder 42, d.h., den U-förmigen Haken 43 und den zweiten Federendabschnitt 45 ausgeübt werden. Als ein Ergebnis ist die C-förmige Abstützung 56 lediglich der Torsionsfederkraft (dem Drehmoment) der Rückstellfeder 41 ausgesetzt. Dementsprechend ist die C-förmige Abstützung 56 einer relativ kleinen Spannung unterworfen und es ist möglich, die Steifigkeit der C-förmigen Abstützung 56 zu verringern.
Wenn sich das Drosselventil 1 bei einem Winkel befindet, der zwischen dem vollständig geschlossenen Winkel und dem zwischenliegenden Winkel liegt, dann ist die C-förmige Abstützung 56 der Torsionsfederkraft (dem Drehmoment) von lediglich der Öffnerfeder 42 in der anderen Drehrichtung ausgesetzt, die der einen Drehrichtung der Torsionsfederkraft (des Drehmoments) der Rückstellfeder 41 entgegengesetzt ist. In diesem Fall ist eine Größe der Torsionsfederkraft der Öffnerfeder 42 äquivalent zu jener der Torsionsfederkraft der Rückstellfeder 41, so dass es nicht nötig ist, die Steifigkeit der C-förmigen Abstützung 56 zu erhöhen.
(Modifizierte Ausführungsbeispiele)
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Drosselsteuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung auf das Lufteinlasssteuergerät zum Regulieren der Menge der in die Brennkammern der Brennkraftmaschine eingesogenen Einlassluft angewendet. Das Drosselsteuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise ebenso auf ein Leerlaufdrehzahlsteuerventil zum Regulieren einer Menge von Einlassluft, die ein Drosselventil umströmt, auf ein Abgassteuerventil zum Regulieren einer Menge eines von Brennkammern einer Brennkraftmaschine emittierten Abgases und auf ein Abgasrückführventil (EGR) zum Regulieren einer Menge von von einem Abgasdurchlass zu einem Einlassdurchlass einer Brennkraftmaschine rückgeführtem Abgas angewendet werden. Das Drosselsteuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung kann zudem auf ein Einlassluftdurchsatzsteuerventil zum Erzeugen eines Einlassluftwirbels zum Fördern der Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in Brennkammern einer Brennkraftmaschine angewendet werden.
Die Rückstellfeder (erste Feder) 41 und die Öffnerfeder (zweite Feder) 42 der Torsionsschraubenfeder 5 können eine Windung mit regelmäßigem Abstand, die einen nahezu regelmäßigen Außenumfang und einen regelmäßigen Windungsabstand entlang ihrer Länge hat, eine Windung mit unregelmäßigem Abstand, die einen nahezu regelmäßigen Außenumfang und entlang ihrer Länge einen unregelmäßigen Windungsabstand hat, oder eine nicht lineare Feder (eine sanduhrförmige Feder, eine strohtaschenförmige Feder, eine konische trapezförmige Feder) sein, welche entlang ihrer Länge einen unregelmäßigen Außendurchmesser hat. Die Torsionsschraubenfeder 5 kann eine Konfiguration aufweisen, bei der die Mittelachse der Öffnerfeder 42 in einer Richtung, die der beim Montieren der Schraubenrückstellfeder 41 an dem Gehäuse 6 und dem Ventilzahnrad 9 auftretenden Rotationsverformung entgegengesetzt ist, im Vorfeld ausmittig angeordnet (versetzt) ist, um so einen Abrieb der ersten und zweiten zylindrischen Federführungen 25, 35 zu verhindern.
Diese Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und somit ist es beabsichtigt, dass Variationen, die von dem Kern der Erfindung nicht abweichen, in den Bereich der Erfindung fallen. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von dem Wesen und Umfang der Erfindung zu betrachten.
Ein Drosselsteuergerät hat eine Torsionsschraubenfeder (5), die den Drosselkörper (2) und dem Drehelement (9) zugeordnet ist, um das Drosselventil (1) auf einen vorbestimmten zwischenliegenden Winkel zwischen einem vollständig geöffneten Winkel und einem vollständig geschlossenen Winkel vorzuspannen. Ein Stellglied (4) dreht das Drehelement (9) gegen eine Vorspannkraft der Torsionsschraubenfeder (5). Die Torsionsschraubenfeder (5) hat einen ersten und einen zweiten Lastabschnitt (43, 45), die auf das Drehelement (9) Vorspannkräfte aufbringen, um das Drosselventil (1) von dem vollständig geöffneten Winkel oder von dem vollständig geschlossenen Winkel in Richtung des zwischenliegenden Winkels vorzuspannen. Das Drehelement (9) ist so mit einem Federkraftaufnahmeabschnitt (56) versehen, der die sowohl durch den ersten als auch den zweiten Lastabschnitt (43, 45) aufgebrachten Vorspannkräfte aufnimmt, dass der erste und der zweite Lastabschnitt (43, 45) den Federkraftaufnahmeabschnitt (56) zwischen sich nehmen.

Claims

Drosselsteuergerät mit: einem Gehäuse (6), das darin einen Drosseldurchgang (14) definiert; einem Drehelement (9), das eine Drehachse (13) und ein an der Drehachse (13) befestigtes Drosselventil (1) hat, wobei die Drehachse (13) durch das Gehäuse (6) so drehbar gestützt ist, dass sich das Drosselventil (1) zwischen einem vollständig geöffnetem Winkel, bei dem das Drosselventil (1) den Drosseldurchgang (14) vollständig öffnet, und einem vollständig geschlossenen Winkel, an dem das Drosselventil (1) den Drosseldurchgang (14) vollständig schließt, um die Drehachse (13) dreht; einer Torsionsschraubenfeder (5), die so angeordnet ist, dass sie im Wesentlichen koaxial mit der Drehachse (13) ist und die dem Gehäuse (6) und dem Drehelement (9) so zugeordnet ist, dass sie das Drosselventil (1) auf einen vorbestimmten zwischenliegenden Winkel zwischen dem vollständig geöffneten Winkel und dem vollständig geschlossenen Winkel vorspannt; und einem Stellglied (4, 7, 8, 9), das das Drehelement (9) zwischen dem vollständig geöffneten Winkel und dem vollständig geschlossenen Winkel gegen eine Vorspannkraft der Torsionsschraubenfeder (5) drehbar betätigt, wobei die Torsionsschraubenfeder (5) einen ersten Lastabschnitt (43), der eine Vorspannkraft auf das Drehelement (9) aufbringt, um das Drosselventil (1) von dem vollständig geöffneten Winkel auf den zwischenliegenden Winkel vorzuspannen, und einen zweiten Lastabschnitt (45) hat, der auf das Drehelement (9) eine Vorspannkraft aufbringt, um das Drosselventil (1) von dem vollständig geschlossenen Winkel auf den zwischenliegenden Winkel vorzuspannen, und das Drehelement (9) mit einem Federkraftaufnahmeabschnitt (56) versehen ist, der die sowohl durch den ersten als auch den zweiten Lastabschnitt (43, 45) aufgebrachten Vorspannkräfte so aufnimmt, dass der erste und der zweite Lastabschnitt (43, 45) den Federkraftaufnahmeabschnitt (56) zwischen sich nehmen.
Drosselsteuergerät gemäß Anspruch 1, wobei der Federstützabschnitt (56) einen ersten Federsitz (61) und einen zweiten Federsitz (62) Rücken an Rücken hat, der erste Federsitz (61) dem ersten Lastabschnitt (43) zugeordnet ist und der zweite Federsitz (62) dem zweiten Lastabschnitt (45) zugeordnet ist.
Drosselsteuergerät gemäß Anspruch 2, wobei ein Wirkungspunkt, an dem der erste Lastabschnitt (43) die Vorspannkraft auf den ersten Federsitz (61) aufbringt, und ein Wirkungspunkt, an dem der zweite Lastabschnitt (45) die Vorspannkraft auf das zweite Federzahnrad (62) aufbringt, im Wesentlichen an einem Kreispfad angeordnet sind, der koaxial zu der Drehachse (13) ist.
Drosselsteuergerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Lastabschnitt (43) mit dem Federkraftaufnahmeabschnitt (56) in Eingriff ist, wenn sich ein Winkel des Drosselventils (1) zwischen dem zwischenliegenden Winkel und dem vollständig geöffneten Winkel befindet, und von dem Federkraftaufnahmeabschnitt (56) gelöst ist, wenn sich der Winkel des Drosselventils (1) nicht zwischen dem zwischenliegenden Winkel und dem vollständig geöffneten Winkel befindet.
Drosselsteuergerät gemäß Anspruch 4, wobei die erste Feder (56) ein Paar Führungen (63, 64) hat, zwischen denen der erste Lastabschnitt (43) so angeordnet ist, dass die Führungen (63, 64) verhindern, dass sich der erste Lastabschnitt (43) hinter die Antirutschführungen (63, 64) bewegt, wenn der erste Lastabschnitt (43) von dem Federkraftaufnahmeabschnitt (56) gelöst ist.
Drosselsteuergerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zweite Lastabschnitt (45) die Vorspannkraft regelmäßig auf den Federkraftaufnahmeabschnitt (56) aufbringt.
Drosselsteuergerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Torsionsschraubenfeder (5) folgendes aufweist: eine erste Feder (41), die die Federkraft zum Vorspannen des Drehelements (9) von dem vollständig geöffneten Winkel auf den zwischenliegenden Winkel erzeugt; und eine zweite Feder (42) die die Vorspannkraft zum Vorspannen des Drehelements (9) von dem vollständig geschlossenen Winkel auf den zwischenliegenden Winkel erzeugt.
Drosselsteuergerät gemäß Anspruch 7, wobei die erste Feder (41) und die zweite Feder (42) der Torsionsschraubenfeder (5) in einem Körper integriert sind.
Drosselsteuergerät gemäß Anspruch 8, wobei der erste Lastabschnitt (43) der Torsionsschraubenfeder (5) ein zwischenliegender Federhaken ist, der sich in einem Verbindungsabschnitt der ersten Feder (41) und der zweiten Feder (42) befindet.
Drosselsteuergerät gemäß Anspruch 9, wobei der erste Lastabschnitt (43) im Wesentlichen U-förmig gestaltet ist, indem ein Federdraht der Torsionsschraubenfeder (5) gebogen wird.
Drosselsteuergerät gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei sich der zweite Lastabschnitt (45) der Torsionsschraubenfeder (5) in einem zahnradseitigen Endabschnitt der zweiten Feder (42) befindet, der dem zwischenliegenden Federhaken entgegengesetzt ist.
Drosselsteuergerät gemäß Anspruch 11, wobei der zweite Lastabschnitt (45) gekrümmt ist, indem ein Federdraht der Torsionsschraubenfeder (5) so gebogen wird, dass eine Außenseite einer Krümmung des zweiten Lastabschnitts (45) an einem Punkt mit dem Federkraftaufnahmeabschnitt (56) in Kontakt ist.
Drosselsteuergerät gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei das Gehäuse (6) eine erste zylindrische Federführung (25) hat, die die Drehachse (13) des Drehelements (9) koaxial umgibt; das Drehelement (9) eine zweite zylindrische Federführung (35) hat, die so angeordnet ist, dass sie im Wesentlichen mit der ersten zylindrischen Federführung (25) koaxial ist, um zwischen der ersten und der zweiten zylindrischen Federführung (25) einen vorbestimmten Spalt zu lassen; und Innenumfänge der ersten und der zweiten Feder (41, 42) durch die erste und die zweite Zylinderfederführung (25, 35) geführt werden.
Drosselsteuergerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Stellglied (4, 7, 8, 9) einen Krafterzeuger (4), der eine Antriebskraft zum Betätigen des Drehelements (9) erzeugt, sowie einen Untersetzungsgetriebemechanismus (7, 8, 9) hat, der einen Vielzahl von Zahnrädern hat, die die durch den Krafterzeuger (4) erzeugte Antriebskraft zu dem Drehelement (9) übertragen; und das Drehelement (9) mit einem der Vielzahl von Zahnrädern (7, 8, 9) des Untersetzungsmechanismus integriert ist.
Drosselsteuergerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Drosseldurchgang (14) einen Teil eines Lufteinlassdurchlasses einer Brennkraftmaschine bildet, so dass das Drosselventil (1) eine Menge der zu einer Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeführten Einlassluft einstellt.