DE102011106179B4

DE102011106179B4 - Ventilsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE102011106179B4
Application number: DE102011106179.0A
Authority: DE
Inventors: Tetsuma TAKEDA; Tetsuji Yamanaka; Sadahito Fukumori; Hiroki Shimada
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: US20120001111A1; US8485498B2; DE102011106179A1; CN102313067B; CN102313067A

Abstract

Eine Ventilsteuervorrichtung, die aufweist:ein Ventil (1), das angepasst ist, einen Strömungskanal (9) zu öffnen oder zu schließen,eine Betätigungseinrichtung (300), die einen Stab (4) und ein Stablager (5) aufweist und den Stab (4) antreibt, um den Stab (4) hin und her zu bewegen und das Ventil (1) über den Stab (4) anzutreiben, wobei das Stablager (5) den Stab (4) gleitfähig lagert, um eine Gleitbewegung des Stabs (4) in einer Axialrichtung zu ermöglichen, während eine Schwenkbewegung des Stabes (4) um ein Lagerzentrum (OC) des Stablagers (5) ermöglicht wird,einen Verbindungsmechanismus (500), der einen Hebel (3) aufweist, der zwischen dem Ventil (1) und dem Stab (4) Verbindung herstellt und die Linearbewegung des Stabes (4) ein eine Rotationsbewegung des Ventils (1) umwandelt undeine Einrichtung (303, 400) zum Messen einer Größe der Verschiebung des Stabes (4) in Axialrichtung des Stabes (4), wobeidie Betätigungseinrichtung (300) angetrieben wird, um das Öffnen und Schließen des Ventils (1) zu steuern, und zwar auf der Grundlage der Größe der Verschiebung des Stabes (4) in Axialrichtung des Stabes (4), die durch die Messeinrichtung (303, 400) gemessen wird,der Hebel (3) eine Rotationsachse (O) aufweist, die mit einer Rotationsachse des Ventils (1) koaxial verläuft, und zwar an einer Ventilseitenverbindung (12) des Hebels (3), die mit dem Ventil (1) drehbar verbunden ist,der Hebel (3) eine Stabseitenverbindung (11) aufweist, die mit dem Stab (4) drehbar verbunden ist, wobei ein Rotationsbewegungspunkt der Stabseitenverbindung (11) angepasst ist, zwischen einem vollständig geschlossenen Punkt (A) und einem vollständig geöffneten Punkt (B) entlang eines Rotationsbewegungspfades zu schwingen, der ein gekrümmter Pfad ist, der an der Rotationsachse (O) der Ventilseitenverbindung (12) des Hebels (3) zentriert ist und einen vorbestimmten Krümmungsradius hat,wenn ein Öffnungsgrad des Ventils (1) ein vollständig geschlossener Grad wird, um den Strömungskanal (9) vollständig zu schließen, der Rotationsbewegungspunkt der Stabseitenverbindung (11), der sich entlang des Rotationsbewegungspfades bewegt, in den vollständig geschlossenen Punkt (A) entlang des Rotationsbewegungspfades gebracht wird,wenn der Öffnungsgrad des Ventils (1) ein vollständig geöffneter Grad wird, um den Strömungskanal (9) vollständig zu öffnen, der Rotationsbewegungspunkt der Stabseitenverbindung (11), der sich entlang des Rotationsbewegungspfades bewegt, in den vollständig geöffneten Punkt (B) entlang des Rotationsbewegungspfades gebracht wird,wenn der Öffnungsgrad des Ventils (1) ein halber Grad wird, der eine Hälfte eines Winkelgrades zwischen dem vollständig geschlossenen Grad und dem vollständig geöffneten Grad ist, der Rotationsbewegungspunkt der Stabseitenverbindung (11) in einen halben Punkt (C) zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt (A) und dem vollständig geöffneten Punkt (B) entlang des Rotationsbewegungspfades gebracht wird,ein Scheitel (P) des Schwenkens des Rotationsbewegungspunktes der Stabseitenverbindung (11), der angepasst ist, zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt (A) und dem vollständig geöffneten Punkt (B) entlang des Rotationsbewegungspfades zu schwenken, als ein Punkt eingestellt ist, der sich zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt (A) und dem halben Punkt (C) entlang des Rotationsbewegungspfades befindet und der eine Beziehung von θP > θA erfüllt, in der:θP einen Winkel bezeichnet, der zwischen einer ersten imaginären Linie (4B), die zwischen dem Lagerzentrum (OC) und dem vollständig geöffneten Punkt (B) Verbindung herstellt, und einer zweiten imaginären Linie (4P), die zwischen dem Lagerzentrum (OC) und dem Scheitel (P) des Schwenkens Verbindung herstellt, definiert ist undθA einen Winkel bezeichnet, der zwischen der ersten imaginären Linie (4B) und einer dritten imaginären Linie (4A), die zwischen dem Lagerzentrum (OC) und dem vollständig geschlossenen Punkt (A) Verbindung herstellt, definiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilsteuervorrichtung.
Beispielsweise lehrt die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung JP H10- 103 069 A eine Ladedrucksteuervorrichtung, die ein Bypassventil aufweist, das einen Bypasskanal eines Turboladers öffnet oder schließt.
Wie es in den 8 bis 10B gezeigt ist, weist die Ladedrucksteuervorrichtung der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP H10- 103 069 A eine drehbare Welle 102 auf, die das Bypassventil 101 lagert und antreibt. Ein Verbindungshebel 103 ist mit der drehbaren Welle 102 verbunden und ein Stab 105 einer Membranbetätigungseinrichtung 104 ist mit dem Verbindungshebel 103 verbunden. Ein Ventilsitz 107 ist an einem Bypasskanal bzw. Wastegate-Kanal 106 ausgebildet und das Bypassventil 101 ist mit dem Ventilsitz 107 in Sitzanlage bringbar.
Ein in 9B gezeigter Pfeil zeigt einen beweglichen Bereich (Betriebswinkel) des Verbindungshebels 103 an.
Ferner lehrt die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung JP 2010 - 90 766 AA eine Membranbetätigungseinrichtung, die ein Abgasbypassventil antreibt, das einen Abgasbypasskanal eines Turboladers öffnet oder schließt.
Wie es in den 11 bis 13B gezeigt ist, hat die Membranbetätigungseinrichtung 204 der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP 2010 - 90 766 A eine drehbare Welle 202, die das Abgasbypassventil 201 stützt bzw. lagert und antreibt. Ein Verbindungshebel 203 ist mit der drehbaren Welle 202 verbunden und ein Stab 205 der Membranbetätigungseinrichtung 204 ist mit dem Verbindungshebel 203 verbunden. Auch ist ein Ventilsitz 207 an dem Abgasbypasskanal 206 vorgesehen und ist das Abgasbypassventil 201 mit dem Ventilsitz 207 in Sitzanlage bringbar.
Ein in 12B gezeigter Pfeil zeigt einen beweglichen Bereich (Betriebswinkel) des Verbindungshebels 203 an.
In der letzten Zeit ist es in vielen Ländern verpflichtend geworden, ein Bord-Diagnosesystem (OBD-System) für das Abgas am Fahrzeug aufgrund der Verbesserung des Regulierens in Bezug auf das Abgas des am Fahrzeug installierten Verbrennungsmotors zu installieren.
Hier ist es in dem Fall, in dem die Membranbetätigungseinrichtung 104, 204 der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP H10- 103 069 A oder der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP 2010 - 90 766 A als die Betätigungseinrichtung verwendet wird, die das Öffnen und Schließen des Bypassventils 101 oder des Abgasbypassventils 201 steuert, notwendig, die Größe des Hubes des Stabes 105, 205 direkt zu messen, wie es durch die OBD-Anforderung spezifiziert wurde.
Es ist denkbar, an dem Stab 105, 205 einen Magnetkreis zu installieren, der durch einen oder mehrere Magnete und ein Joch gebildet wird. In einem solchen Fall kann eine Dichte des magnetischen Flusses eines Magnetfeldes, das vom Magnetkreis aufgebracht wird, mit einem Magnetsensor gemessen werden. Dann kann die Größe des Hubes des Stabes 105, 205 auf der Grundlage eines Elektrosignals, das vom magnetischen Sensor ausgegeben wird, erhalten werden.
Bei der Ladedrucksteuervorrichtung, die in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP H10- 103 069 A genannt wurde, wird der beweglichere Bereich des Verbindungshebels 103, der die drehbare Welle 102 des Bypassventils 101 und den Stab 105 der Membranbetätigungseinrichtung 104 verbindet, nicht klar gelehrt und ergibt sich aus der Bewegung des Verbindungshebels 103 eine Schwenkbewegung des Stabes 105.
Genauer gesagt wird, wenn das Bypassventil 101 in einem Betriebsbereich zwischen einer vollständig geschlossenen Position (siehe 9A) und einer vollständig geöffneten Position (siehe 9B) angetrieben wird, d.h. wenn eine Verbindung 108 zwischen dem Verbindungshebel 103 und dem Stab 105 entlang eines Rotationspfades (Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 103) bewegt wird, der ein gekrümmter Pfad mit einem vorbestimmten Krümmungsradius um die drehbare Welle 102 ist, der Stab 105 um den Betrag δ (der Betrag des Schwingens des Stabes 105) geschwenkt.
Daher kann in dem Fall, in dem Größe des Hubes des Stabes 105 mit dem Magnetsensor direkt gemessen wird, ein Sensorfehler aufgrund der Schwenkbewegung des Stabes 105 nachteilig erhöht werden.
Ferner ist bei der Ladedrucksteuervorrichtung der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP H10- 103 069 A wie es in 10A gezeigt ist, eine Rate der Änderung bei der Strömungsmenge des Abgases in Bezug auf eine Änderung der Größe der Verschiebung des Stabes 105 in einem Bereich relativ groß, der sich an einer Seite des vollständig geschlossenen Grades eines halben Grades befindet, der ein Öffnungsgrad des Bypassventils 101 zwischen dem vollständig geschlossenen Grad und einem vollständig geöffneten Grad ist. Im Gegensatz dazu ist eine Rate der Änderung der Strömungsmenge des Abgases in Bezug auf die Änderung der Größe der Verschiebung des Stabes 105 in einem Bereich relativ klein, der sich an einer Seite des vollständig geöffneten Grades des halben Grades des Bypassventils 101 befindet.
Ferner ist, wie es in 10B gezeigt ist, eine Rate der Änderung bei der Größe δ des Schwingens des Stabes 105 im gesamten Bereich vom vollständig geschlossenen Grad zum vollständig geöffneten Grad des Bypassventils 101 über den halben Grad relativ klein.
Daher ist es erforderlich, die Messgenauigkeit der Größe des Hubes des Stabes 105 zu verbessern, indem die Größe des Schwingens des Stabes 105 im niedrigen Öffnungsgradbereich verringert wird, wo die Rate der Änderung der Strömungsmenge des Abgases in Bezug auf die Änderung bei der Größe der Verschiebung des Stabes 105 die größte ist.
Bei der Membranbetätigungseinrichtung 204 der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP 2010 - 90 766 A tritt der Nachteil, ähnlich dem der Betätigungseinrichtung 104 der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP H10- 103 069 A ist, auf, obwohl ein Rotationsstartwinkel des Verbindungshebels 203 von dem der Betätigungseinrichtung 104 der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP H10- 103 069 A abweicht, wie es in 12A gezeigt ist.
Genauer gesagt wird, wenn das Abgasbypassventil 201 in einem Betriebsbereich zwischen einer vollständig geschlossenen Position (siehe 12A) und einer vollständig offenen Position (siehe 12B) angetrieben wird, d.h. wenn eine Verbindung 208 zwischen dem Verbindungshebel 203 und dem Stab 205 entlang eines Rotationspfades (Rotationsbewegungspfad des Verbindungshebels 203) bewegt wird, der ein gekrümmter Pfad mit einem vorbestimmten Krümmungsradius um die drehbare Welle 202 ist, der Stab 205 um die Größe δ (die Größe des Schwingens des Stabes 205) geschwenkt.
Daher kann in dem Fall, in dem die Größe des Hubes des Stabes 205 mit dem Magnetsensor direkt gemessen wird, ein Messfehler aufgrund der Schwenkbewegung des Stabes 205 nachteilig erhöht werden.
Ferner ist bei der Membranbetätigungseinrichtung 204 der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP 2010 - 90 766 A wie es in 13A angezeigt ist, eine Rate der Änderung bei der Strömungsmenge des Abgases in Bezug auf eine Änderung der Größe der Verschiebung des Stabes 205 in einem Bereich relativ groß, der sich an einer Seite des vollständig geschlossenen Grades eines halben Grades befindet, der ein Öffnungsgrad des Abgasbypassventils 201 zwischen dem vollständig geschlossenen Grad und dem vollständig geöffneten Grad ist. Im Gegensatz dazu ist eine Rate der Änderung bei der Strömungsmenge des Abgases in Bezug auf die Änderung bei der Größe der Verschiebung des Stabes 205 in einem Bereich relativ klein, der sich an einer Seite des vollständig geöffneten Grades des halben Grades des Abgasbypassventils 201 befindet.
Ferner ist, wie es in 13B gezeigt ist, eine Rate der Änderung bei der Größe δ des Schwenkens des Stabes 205 in dem gesamten Bereich vom vollständig geschlossenen Grad zum vollständig geöffneten Grad des Abgasbypassventils 201 über den halben Grad relativ gering.
Daher ist es erforderlich, die Messgenauigkeit der Größe des Hubes des Stabes 205 zu verbessern, indem die Größe des Schwenkens des Stabes 205 im niedrigen Öffnungsgradbereich, wo die Rate der Änderung bei der Strömungsmenge des Abgases in Bezug auf die Änderung der Größe der Verschiebung des Stabes 205 die größte ist.
Ferner treten bei der Ladedrucksteuervorrichtung der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP H10- 103 069 A und der Membranbetätigungseinrichtung 204 der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP 2010 - 90 766 A wenn ein Stablager, das den Stab 105, 205 gleitfähig stützt, um eine Gleitbewegung des Stabes 105, 205 in seiner Axialrichtung zu ermöglichen, vorgesehen ist, einige nachteilige Ereignisse ein, wie z.B. ein Ereignis des Aufbringens einer großen Kraft auf das Stablager, ein Ereignis des Schleifens des Stabes 105, 205 gegen den Innenumfangsabschnitt des Stablagers, ein Ereignis des lokalisierten Abriebs der Verbindung zwischen dem Stab 105, 205 und dem Stablager und ein Ereignis des Eintretens eines Betriebsfehlers des Stabes 105, 205.
Ein Abgassystem für eine Brennkraftmaschine ist zudem aus der DE 102 35 528 A1 bekannt.
Darüber hinaus beschreibt die DE 10 2008 011 613 A1 einen Turbolader mit einer Betätigungseinrichtung zum Öffnen und Schließen eines Wastegate-Kanals.
Die vorliegende Erfindung widmet sich den vorstehenden Nachteilen. Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilsteuervorrichtung vorzusehen, die einen Messfehler verringern oder minimieren kann, der durch die Schwenkbewegung eines Stabes einer Betätigungseinrichtung zum Zeitpunkt des direkten Messens der Größe des Hubes des Stabes verursacht wird. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilsteuervorrichtung vorzusehen, die eine Messgenauigkeit eines Sensors und eine Steuerbarkeit des Stabes verbessern kann, indem die Größe des Schwingens des Stabes in einem niedrigen Öffnungsgradbereich minimiert wird, wo eine Rate der Änderung der Strömungsmenge (Druck) in Bezug auf die Größe der Verschiebung des Stabes die größte ist.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Ventilsteuervorrichtung vorgesehen, die ein Ventil, eine Betätigungseinrichtung mit einem Stab, einen Verbindungsmechanismus und eine Einrichtung (auf die sich nachfolgend als Messeinrichtung bezogen wird) zum Messen einer Größe der Verschiebung des Stabes in Axialrichtung des Stabes aufweist. Das Ventil ist angepasst, einen Strömungskanal zu öffnen und zu schließen. Die Betätigungseinrichtung weist einen Stab und ein Stablager auf und treibt den Stab an, um den Stab hin- und hergehend zu bewegen und das Ventil durch den Stab anzutreiben. Das Stablager lagert den Stab gleitfähig, um die Gleitbewegung des Stabes in einer Axialrichtung zu ermöglichen, während die Schwenkbewegung des Stabes um ein Lagerzentrum des Stablagers ermöglicht wird. Der Verbindungsmechanismus weist einen Hebel auf, der eine Verbindung zwischen dem Ventil und dem Stab herstellt und die Linearbewegung des Stabes in eine Rotationsbewegung des Ventils umwandelt. Die Betätigungseinrichtung wird angetrieben, um das Öffnen und Schließen des Ventils auf der Grundlage der Größe der Verschiebung des Stabes in Axialrichtung des Stabes zu steuern, die durch die Messeinrichtung gemessen wurde. Der Hebel weist eine Rotationsachse, die mit einer Rotationsachse des Ventils koaxial verläuft, an einer Ventilseitenverbindung des Hebels, die mit dem Ventilträger verbunden ist, auf. Der Hebel weist eine Stabseitenverbindung auf, die mit dem Stab drehbar verbunden ist. Ein Rotationsbewegungspunkt der Stabseitenverbindung ist angepasst, zwischen einem vollständig geschlossenen Punkt und einem vollständig geöffneten Punkt entlang eines Rotationsbewegungspfades zu schwingen, der ein gekrümmter Pfad ist, der an der Rotationsachse der Ventilseitenverbindung des Hebels zentriert ist und einen vorbestimmten Krümmungsradius hat. Wenn ein Öffnungsgrad des Ventils ein vollständig geschlossener Grad wird, um den Strömungskanal vollständig zu schließen, befindet sich der Rotationsbewegungspunkt der Stabseitenverbindung, die entlang des Rotationsbewegungspfades bewegt wird, in dem vollständig geschlossenen Punkt entlang des Rotationsbewegungspfades. Wenn der Öffnungsgrad des Ventils ein vollständig geöffneter Grad wird, um den Strömungskanal vollständig zu öffnen, wird der Rotationsbewegungspunkt der Stabseitenverbindung, der sich entlang des Rotationsbewegungspfades bewegt, in den vollständig geöffneten Punkt entlang des Rotationsbewegungspfades gebracht. Wenn der Öffnungsgrad des Ventils ein halber Grad wird, der eine Hälfte eines Winkelgrades zwischen dem vollständig geschlossenen Grad und dem vollständig geöffneten Grad ist, wird der Rotationsbewegungspunkt der Stabseitenverbindung in einen halben Punkt zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt und dem vollständig geöffneten Punkt entlang des Rotationsbewegungspfades gebracht. Ein Scheitel des Schwenkens des Rotationsbewegungspunktes der Stabseitenverbindung, der angepasst ist, zwischen einem vollständig geschlossenen Punkt und dem vollständig geöffneten Punkt entlang des Rotationsbewegungspfades zu schwingen, ist an einem Punkt eingestellt, der sich zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt und dem halben Punkt entlang des Rotationsbewegungspfades befindet und eine Beziehung von θP > θA erfüllt. Hier bezeichnet θP einen Winkel, der zwischen einer ersten imaginären Linie (Geraden), die zwischen dem Lagerzentrum und dem vollständig geöffneten Punkt Verbindung herstellt, und einer zweiten imaginären Linie (Geraden), die zwischen dem Lagerzentrum und dem Scheitel des Schwenkens Verbindung herstellt, definiert ist und θA bezeichnet einen Winkel, der zwischen der ersten imaginären Linie und einer dritten imaginären Linie (Geraden) definiert ist, die zwischen dem Lagerzentrum und dem vollständig geschlossenen Punkt Verbindung herstellt.
Die Erfindung wird zusammen mit ihren zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen von dieser aus der folgenden Beschreibung, den beiliegenden Ansprüchen und den begleitenden Zeichnungen am besten verständlich, in denen:

1 eine beschreibende Ansicht ist, die eine Bypassventilsteuervorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 eine beschreibende Ansicht ist, die die Bypassventilsteuervorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel zeigt,
3 eine beschreibende Ansicht ist, die einen Scheitel des Schwenkens eines Verbindungshebels entsprechend dem Ausführungsbeispiel zeigt,
4 eine schematische Ansicht ist, die eine Positionsbeziehung zwischen dem Verbindungshebel und einem Stab der Bypassventilsteuervorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel zum Zeitpunkt des vollständigen Schließens des Bypassventils zeigt,
5 eine schematische Ansicht ist, die unterschiedliche Betriebspositionen des ersten Gelenkstiftes der Bypassventilsteuervorrichtung entsprechend dem Ausführungsbeispiel zeigt,
die 6A und 6B schematische Ansichten sind, die abgeschätzte Linien zeigen, die die Größe des Schwenkens des Stabes entsprechend dem Ausführungsbeispiel zeigen,
7A eine grafische Darstellung ist, die eine Änderung bei der Strömungsmenge in Bezug auf eine Änderung beim Öffnungsgrad des Bypassventils entsprechend dem Ausführungsbeispiel zeigt,
7B eine grafische Darstellung ist, die eine Änderung bei der Größe des Schwenkens des Stabes in Bezug auf die Änderung beim Öffnungsgrad des Bypassventils entsprechend dem Ausführungsbeispiel zeigt,
8 eine Teilquerschnittsansicht einer Ladedrucksteuervorrichtung mit einem Bypassventil entsprechend einem ersten Stand der Technik ist,
die 9A und 9B schematische Darstellungen sind, die abgeschätzte Linien zeigen, die die Größe des Schwenkens des Stabes im ersten Stand der Technik anzeigen,
10A eine grafische Darstellung ist, die eine Änderung bei der Strömungsmenge in Bezug auf eine Änderung beim Öffnungsgrad des Bypassventils im ersten Stand der Technik zeigt,
10B eine grafische Darstellung ist, die eine Änderung bei der Größe des Schwenkens des Stabes in Bezug auf die Änderung beim Öffnungsgrad des Bypassventils im ersten Stand der Technik zeigt,
11 eine Querschnittsansicht einer Membranbetätigungseinrichtung eines zweiten Standes der Technik ist, die ein Abgasbypassventil antreibt,
die 12A und 12B schematische Darstellungen sind, die abgeschätzte Linien anzeigen, die die Größe des Schwenkens des Stabes im zweiten Stand der Technik zeigen,
13A eine grafische Darstellung ist, die eine Änderung bei der Strömungsmenge in Bezug auf eine Änderung des Öffnungsgrades des Abgasbypassventils im zweiten Stand der Technik zeigt und
13B eine grafische Darstellung ist, die eine Änderung bei der Größe des Schwenkens des Stabes in Bezug auf die Änderung beim Öffnungsgrad des Abgasbypassventils im zweiten Stand der Technik zeigt.

Nun wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 1 bis 7B zeigen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Genauer gesagt zeigt 1 eine Positionsbeziehung zwischen einem Verbindungshebel und einem Stab zum Zeitpunkt des vollständigen Schließens eines Bypassventils. 2 zeigt eine Positionsbeziehung zwischen dem Verbindungshebel und dem Stab zum Zeitpunkt des vollständigen Öffnens des Bypassventils.
Eine Bypassventilsteuervorrichtung einer Brennkraftmaschine des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird in einer Ladedrucksteuervorrichtung der Brennkraftmaschine implementiert. Die Bypassventilsteuervorrichtung weist ein Bypassventil 1, einen Verbindungsmechanismus 500, eine elektrische Betätigungseinrichtung 300 und eine Verbrennungsmotorsteuereinheit (ECU) 400 auf. Das Bypassventil 1 steuert eine Strömungsmenge des Abgases der Brennkraftmaschine. Der Verbindungsmechanismus 500 weist einen Verbindungshebel 3 auf, der mit einer Welle 2 des Bypassventils 1 verbunden ist. Die elektrische Betätigungseinrichtung 300 weist einen Stab 4 auf, der mit dem Bypassventil 1 über den Verbindungshebel 3 zum Antreiben des Bypassventils 1 verbunden ist. Die ECU 400 steuert variabel den Ladedruck der Brennkraftmaschine durch das Steuern des Öffnens und Schließens des Bypassventils 1 auf der Grundlage eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine.
Das Wastegate- bzw. Bypassventil 1 ist ein Ventilelement eines Abgasströmungsmengensteuerventils, das die Strömungsmenge des Abgases steuert, das durch einen Wastegate- bzw. Bypasskanal (Strömungskanal) 9 des Turboladers strömt, der am Verbrennungsmotor installiert ist. Während einer Verbrennungsmotorbetriebsperiode wird das Bypassventil 1 rotiert, d.h. innerhalb eines Ventilbetriebsbereiches zwischen einer vollständig geschlossenen Position und einer vollständig geöffneten Position des Bypassventils 1 auf der Grundlage eines Steuersignales gedreht, das von der ECU 400 ausgegeben wird, um eine Größe eines Öffnungsbereiches des Bypasskanals 9 (einen Abgaskanalquerschnittsbereich) zu ändern.
Die Welle 2, die in einer L-Form konfiguriert ist, ist mit dem Bypassventil 1 an einer hinteren Fläche des Bypassventils 1 integral vorgesehen (eine Fläche des Bypassventils 1, die zu einer Sitzfläche des Bypassventils 1 entgegengesetzt ist, die gegen einen Ventilsitz 10 am Bypasskanal 9 in Sitzanlage anbringbar ist). Einzelheiten des Bypassventils 1 werden später beschrieben.
Die elektrische Betätigungseinrichtung 300 steuert das Öffnen und Schließen des Bypassventils 1 im Ansprechen auf die Größe der Verschiebung (die Größe des Hubes) des Stabes 4 in einer Hubrichtung (auf die sich ebenfalls als eine Axialrichtung oder eine Lastaufbringrichtung bezogen wird) des Stabes 4.
Neben dem Stab, der angepasst ist, sich in Axialrichtung des Stabes 4 hin- und hergehend zu bewegen, weist die elektrische Betätigungseinrichtung 300 ferner ein Axiallager (Stablager) 5, eine Schraubenfeder 6 und ein Betätigungseinrichtungsgehäuse 304 auf. Das Axiallager 5 lagert den Stab 4 in einer solchen Weise, dass der Stab 4 in einer Hin- und Herrichtung des Stabes 4 (der Hubrichtung des Stabes 4, d.h. der Axialrichtung des Stabes 4) gleitfähig ist, und in einer Oben-Unten-Richtung in 1 schwenkbar (neigbar) ist. Die Schraubenfeder 6 übt eine Spannkraft (Federlast) auf den Stab 4 aus, um das Bypassventil 1 in eine Schließrichtung (Seite des vollständigen Schließens des Ventils) zu spannen. Das Betätigungseinrichtungsgehäuse 304 nimmt die Komponenten auf, wie z.B. das Axiallager 5 und die Schraubenfeder 6. Eine distale Endseite bzw. distale Stirnseite des Stabes 4 der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 in Hubrichtung davon steht von einer Außenseite des Betätigungseinrichtungsgehäuses 304 von einer ringförmigen Endfläche bzw. Stirnfläche des Betätigungseinrichtungsgehäuses 304 vor. Einzelheiten der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 werden später beschrieben.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Verbrennungsmotor ein Mehrzylinder-Dieselmotor mit einer Vielzahl von Zylindern. Ein Einlassrohr ist mit Einlassanschlüssen der Zylinder des Verbrennungsmotors verbunden, um die Einlassluft zu den Einlassanschlüssen zu führen. Ein Kompressor eines Turboladers, eine Zwischenkühleinrichtung, ein Drosselventil und ein Einlasskrümmer sind im Einlassrohr installiert.
Ferner ist ein Auslassrohr mit Auslassanschlüssen der Zylinder des Motors verbunden, um das Abgas von den Zylindern zu führen. Ein Auslasskrümmer und eine Turbine des Turboladers sind im Auslassrohr installiert.
Der Turbolader ist ein Turbosuperlader, der die Turbine und den Kompressor aufweist. Die Einlassluft wird durch den Kompressor komprimiert und dann der Verbrennungskammer von jedem der Zylinder des Motors zugeführt.
Die Turbine weist ein Turbinengehäuse 7 auf, das in Spiralform konfiguriert ist. Ein Turbinenimpeller (Turbinenrad) ist im Turbinengehäuse 7 angeordnet.
Der Kompressor weist ein Kompressorgehäuse auf, das in einer Spiralform konfiguriert ist. Ein Kompressorimpeller (Kompressorrad) ist im Kompressorgehäuse angeordnet.
Das Turbinenrad und das Kompressorrad sind miteinander über eine Rotorwelle verbunden, um sich zusammen zu drehen.
Im Turbolader wird, wenn das Turbinenrad durch das Abgas in Rotation versetzt wird, das Kompressorrad ebenfalls in Rotation versetzt, um die Einlassluft zu komprimieren.
Hier ist das Turbinengehäuse 7 des Turboladers des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit dem Bypasskanal 9 und dem Bypassventil 1 versehen.
Der Bypasskanal 9 ist ein Bypasskanal (Fluidkanal), der das Turbinenrad umgeht, um das Abgas, das in das Turbinengehäuse 7 geführt wird, zu einem Abschnitt des Auslasskanals zu führen, der sich an der Stromabwärtsseite des Turbinenrades befindet, ohne dass über das Turbinenrad gegangen wird.
Alternativ dazu kann der Bypasskanal 9 ein anderer Bypasskanal (Fluidkanal) sein. Genauer gesagt kann der Bypasskanal 9 von einem Abschnitt des Auslasskanals abzweigen, der sich an einer Stromabwärtsseite eines Sammlungspunktes des Auslasskrümmers befindet (Punkt, wo sich Zweige des Auslasskrümmers miteinander vereinigen), dann kann sich der Bypasskanal 9 mit einem Abschnitt des Auslasskanals vereinigen, der sich an einer Stromabwärtsseite der Turbine des Turboladers befindet. Das heißt, dass der Bypasskanal 9 der Bypasskanal (Fluidkanal) sein kann, der das Turbinengehäuse 7 umgeht, um das Abgas zu führen, ohne dass über das Turbinengehäuse 7 gegangen wird.
Der Bypasskanal 9 des vorliegenden Ausführungsbeispiels stellt zwischen einem Stromaufwärtsseitenkommunikationsloch (Bypassanschluss), das sich in einer Trennwand des Einlasses des Turbinengehäuses 7 öffnet, und einem Stromabwärtsseitenkommunikationsloch, das sich an einer Trennwand des Auslasses des Turbinengehäuses 7 öffnet, Verbindung her. Der Ventilsitz 10 ist im Bypasskanal 9 vorgesehen und das Bypassventil 1 ist mit dem Ventilsitz 10 in Sitzanlage bringbar. Der Ventilsitz 10 definiert in sich eine Öffnung 10a, um das Abgas durch diese hindurch beim Öffnen des Bypassventils 1 zu führen, d.h. beim Anheben des Bypassventils 1 vom Ventilsitz 10.
Das Bypassventil 1 ist aus einem Metallmaterial (z.B. rostfreiem Stahl) gefertigt und in einer kreisförmigen Scheibenform konfiguriert. Das Bypassventil 1 ist ein Abgassteuerventil, das mit dem distalen Endabschnitt des Stabes 4 der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 verbunden ist, so dass das Bypassventil 1 in der Lage ist, gegen die Trennwand (Ventilsitz 10) des Einlasses des Turbinengehäuses 7 in Sitzanlage zu sein oder von dieser hochgehoben zu sein, um den Bypasskanal 9, insbesondere den Bypassanschluss, zu öffnen oder zu schließen.
Der Verbindungsmechanismus 500 befindet sich zwischen der Welle 2 des Bypassventils 1 und dem Stab 4 der elektrischen Betätigungseinrichtung 300, um die lineare Bewegung des Stabes 4 in eine Rotationsbewegung des Bypassventils 1 umzuwandeln.
Wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, weist der Verbindungsmechanismus 500 den Verbindungshebel 3 auf. Ein Endabschnitt des Verbindungshebels 3 ist mit dem distalen Endabschnitt des Stabes 4 verbunden (d.h. dem Endabschnitt des Stabes 4, der sich distal in Hubrichtung befindet, d.h. Hin- und Herrichtung des Stabes 4) und der andere Endabschnitt des Verbindungshebels 3 ist mit dem distalen Endabschnitt der Welle 2 des Bypassventils 1 verbunden (d.h. dem Endabschnitt der Welle 2 entgegengesetzt zum Endabschnitt der Seite des Bypassventils 1 der Welle 2).
Ein erster Gelenkstift (erste Stützwelle, die als eine Stabseitenverbindung dient) 11 ist am distalen Endabschnitt des Stabes 4 befestigt (oder einstückig mit diesem ausgebildet). Der erste Gelenkstift 11 ist von einer Seite der hinteren Fläche des Stabes 4 eingeführt und steht von einer Seite der vorderen Fläche des Stabes 4 hervor. Ein zweiter Gelenkstift (zweite Stützwelle, die als eine Ventilseitenverbindung dient) 12 ist integral mit der Welle 2 des Bypassventils 1 ausgebildet (oder an dieser befestigt). Der zweite Gelenkstift 12 steht in die gleiche Richtung wie die des ersten Gelenkstifts 11 vor.
Der Verbindungshebel 3 weist eine erste Verbindung (Stabseitenverbindung), die mit dem distalen Endabschnitt des Stabes 4, der in Hubrichtung des Stabes 4 distal ist, verbunden ist, und einer zweiten Verbindung (Ventilseitenverbindung), die mit der Welle 2 des Bypassventils 1 verbunden ist, auf.
Die erste Verbindung des Verbindungshebels 3 hat ein Durchgangsloch, durch das der erste Gelenkstift 11 aufgenommen ist. Ferner ist die erste Verbindung des Verbindungshebels 3 durch den Außenumfangsabschnitt des ersten Gelenkstiftes 11 drehbar gelagert.
Die zweite Verbindung des Verbindungshebels 3 hat ein Durchgangsloch, durch das der zweite Gelenkstift 12 aufgenommen ist. Ferner ist die zweite Verbindung am zweiten Gelenkstift 12 befestigt.
Einzelheiten des Verbindungsmechanismus 500, insbesondere des Verbindungshebels 3, werden später beschrieben.
Der erste Gelenkstift 11 lagert drehbar das Bypassventil 1, die Welle 2 und den Verbindungshebel 3. Die Welle 2 ist in einem rechten Winkel in einer L-Form gebogen und der zweite Gelenkstift 12 ist am Endabschnitt der Welle 2 befestigt, der sich an der Seite der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 befindet. Der zweite Gelenkstift 12 ist durch einen Seitenwandabschnitt des Turbinengehäuses 7 des Turboladers drehbar gelagert. Ein Rotationszentrum (Rotationsachse) des zweiten Gelenkstiftes 12 ist das Rotationszentrum (Rotationsachse) des Bypassventils 1.
Daher dient das Bypassventil 1 als ein gelenkig befestigtes Ventil, das mit dem distalen Endabschnitt des Stabes 4 (dem distalen Endabschnitt in Hubrichtung des Stabes 4) über den ersten Gelenkstift 11, den Verbindungshebel 3 und den zweiten Gelenkstift 12 verbunden ist.
Als Nächstes werden Einzelheiten der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 des vorliegenden Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.
Die elektrische Betätigungseinrichtung 300 weist den Stab 4, das Axiallager 5, die Schraubenfeder 6, einen Elektromotor M, ein Untersetzungsmechanismus 301, einen Umwandlungsmechanismus 302, eine Hubmessvorrichtung 303 (einen magnetisch beweglichen Körper 8 und einen Hubsensor S, was später beschrieben wird) und das Betätigungseinrichtungsgehäuse 304 auf. Die Hubmessvorrichtung 303 und die ECU 400 dienen als eine Messeinrichtung. Der Elektromotor M erzeugt eine Antriebskraft (Motordrehmoment), wenn der Elektromotor M elektrische Energie aufnimmt und dadurch rotiert wird. Der Untersetzungsmechanismus 301 verringert eine Drehzahl der Rotation, die vom Elektromotor M übertragen wird, über zwei Stufen. Der Umwandlungsmechanismus 302 wandelt die Rotationsbewegung des Untersetzungsmechanismus 301 in eine lineare hin- und hergehende Bewegung des Stabes 4 um. Die Hubmessvorrichtung 303 misst eine Hubposition des Stabes 4 der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 (d.h. eine Position des Stabes 4 entlang seines Hubpfades). Das Betätigungseinrichtungsgehäuse 304 nimmt die vorstehenden Komponenten der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 auf.
Der Untersetzungsmechanismus 301 weist drei Untersetzungszahnräder 16 - 18 auf. Genauer gesagt weist der Untersetzungsmechanismus 301 eine Motorwelle (eine Rotationswelle oder eine Abtriebswelle) 13 des Elektromotors M, eine Zwischenzahnradwelle (erste Stützwelle) 14, eine Endzahnradwelle (zweite Stützwelle) 15, ein Ritzel (ein Motorritzel) 16, ein Zwischenzahnrad (ein Antriebsseitenzahnrad oder ein erstes Zahnrad) 17 und ein Endzahnrad (ein Zahnrad der getriebenen Seite, ein zweites Zahnrad oder ein Gradstirnrad) 18 auf. Die Zwischenzahnradwelle 14 und die Endzahnradwelle 15 sind parallel zur Motorwelle 13 angeordnet. Das Ritzel 16 ist an der Motorwelle 13 befestigt. Das Zwischenzahnrad 17 steht mit dem Ritzel 16 in Eingriff und wird zusammen mit diesem angetrieben. Das Endzahnrad 18 steht mit dem Zwischenzahnrad 17 in Eingriff und wird zusammen mit diesem angetrieben.
Der Umwandlungsmechanismus 302 weist einen Plattennocken bzw. eine Plattenkurve 21, eine Folgeeinrichtung 23 und einen Drehstift (Stützwelle) 24 auf. Der Plattennocken 21 wird drehbar gelagert. Die Folgeeinrichtung 23 ist in einer Nockennut bzw. Kurvennut 22 des Plattennockens 21 beweglich aufgenommen (gleitfähig aufgenommen). Der Drehstift 24 stützt drehbar die Folgeeinrichtung 23.
Das Betätigungseinrichtungsgehäuse 304 der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 weist ein Zahnradgehäuse 26 und eine Sensorabdeckung auf. Das Zahnradgehäuse 26 nimmt den Elektromotor M auf und lagert drehbar den Untersetzungsmechanismus 301 und den Umwandlungsmechanismus 302 in sich. Die Sensorabdeckung bedeckt eine Öffnung des Getriebegehäuses 26.
Das Getriebegehäuse 26 ist aus einem nichtmagnetischen Metallmaterial gefertigt, wie z.B. rostfreiem Stahl. Die Sensorabdeckung ist aus einem nichtmagnetischen Material, wie z.B. einem Harzmaterial mit vortrefflicher dielektrischer Eigenschaft, gefertigt.
Eine Lagerhalteeinrichtung 28 ist als eine zylindrische Rohrform konfiguriert und befindet sich an einer Ventilseite (Seite des Bypassventils 1) einer Seitenwand des Getriebegehäuses 26 und ein Lagerloch erstreckt sich durch die Lagerhalteeinrichtung 28 in Axialrichtung des Stabes 4. Das Axiallager 5 ist in eine Lochwandfläche des Lagerlochs der Lagerhalteeinrichtung 28 pressgepasst. Eine Federhalteeinrichtung 29 ist in einer zylindrischen Rohrform konfiguriert und steht von der Seitenwand des Getriebegehäuses 26 zur Ventilseite (Seite des Bypassventils 1) vor und die Schraubenfeder 6 ist in der Federhalteeinrichtung 29 aufgenommen.
Der Stab 4 der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 erstreckt sich linear in Hubrichtung, die die gleiche Richtung der Mittelachse RC des Stabes 4 ist. Der Stab 4 weist einen ersten Stab 31, einen zweiten Stab 32 und einen Verbindungsstab 33 auf. Der erste Stab 31 ist in einer Plattenform (ebenen Form) konfiguriert und mit dem Plattennocken 21 über die Folgeeinrichtung bzw. das Abtriebsglied 23 und den Drehstift 24 verbunden. Der zweite Stab 32 ist in einer Plattenform (ebenen Form) konfiguriert und mit der Welle 2 des Bypassventils 1 über den Verbindungsmechanismus 500 (z.B. den Verbindungshebel 3) verbunden. Der Verbindungsstab 33 ist konfiguriert, so dass dieser einen kreisförmigen Querschnitt hat, und ist zwischen dem ersten Stab 31 und dem zweiten Stab 32 verbunden. Der erste Stab 31, der zweite Stab 32 und der Verbindungsstab 33 sind aus einem Metallmaterial (nichtmagnetischen Material), wie z.B. rostfreiem Stahl, gefertigt und durch beispielsweise das Schweißen zum Ausbilden einer einstückigen Komponente miteinander verbunden.
Der erste Stab 31 ist ein Eingabeabschnitt, der eine Last von dem Plattennocken 21 über die Folgeeinrichtung 23 und den Drehstift 24 aufnimmt. Eine Fläche des ersten Stabes 31 bildet eine Montagefläche eines magnetischen beweglichen Körpers, an der der magnetische bewegliche Körper 8 beispielsweise durch Schrauben befestigt ist. Der magnetische bewegliche Körper 8 kann an dem ersten Stab 31 durch Harzformen befestigt sein.
Ein Einbringloch ist in einem Endabschnitt des ersten Stabes 31 ausgebildet, der zum Verbindungsstab 33 entgegengesetzt ist, und der Drehstift 24 ist in das Einbringloch eingebracht. Der Drehstift 24 ist mit dem ersten Stab 31 sicher verbunden, d.h. an diesem befestigt, so dass der Drehstift 24 von einer Seite der hinteren Fläche des ersten Stabes 31 eingeführt ist und von einer Seite der vorderen Fläche des ersten Stabes 31 vorsteht.
Eine erste Verbindung 35 ist am anderen Endabschnitt des ersten Stabes 31 ausgebildet und mit einem Endabschnitt des Verbindungsstabes 33 durch Schweißen verbunden.
Der zweite Stab 32 ist ein Abtriebsabschnitt, der eine Last auf das Bypassventil 1 über den Verbindungshebel 3 und die ersten und zweiten Gelenkstifte 11, 12 aufbringt. Eine zweite Verbindung 36 ist in einem Endabschnitt des zweiten Stabes 32 ausgebildet, der zum Verbindungsstab 33 benachbart ist, und die zweite Verbindung 36 ist mit dem anderen Endabschnitt des Verbindungsstabes 33 durch beispielsweise Schweißen verbunden.
Ein Einbringloch (nicht gezeigt) ist im anderen Endabschnitt des zweiten Stabes 32 ausgebildet, der zum Verbindungsstab 33 entgegengesetzt liegt, und der erste Gelenkstift 11 ist in diesem Einbringloch eingebracht. Der erste Gelenkstift 11 ist mit dem zweiten Stab 32 sicher verbunden, d.h. an diesem befestigt, so dass der erste Gelenkstift 11 von einer Seite der hinteren Fläche des zweiten Stabes 12 eingeführt ist und von einer Seite der vorderen Fläche des zweiten Stabes 32 vorsteht.
Der Verbindungsstab 33 ist ein Übergang bzw. Anschluss, der zwischen der ersten Verbindung 35 des ersten Stabes 31 und der zweiten Verbindung 36 des zweiten Stabes 32 Verbindung herstellt. Ein Federsitz 37, der in einer Ringform (Form eines ringförmigen Flansches) konfiguriert ist, ist an einer Außenumfangsfläche des Endabschnittes des Verbindungsstabes 33 installiert, der bzw. die zum ersten Stab 31 benachbart ist. Der Federsitz 37 ist ein Lastaufnahmeabschnitt, der eine Last der Schraubenfeder 6 aufnimmt, die zur Seite des vollständig geschlossenen Ventils (linke Seite in 1 oder 2) in Hubrichtung ausgeübt wird. Ferner ist der Verbindungsstab 33 um ein Lagerzentrum OC des Axiallagers 5 schwenkbar und in Axialrichtung des Axiallagers 5 gleitfähig. Der Federsitz 37 steht mit einer Endfläche der ersten Verbindung 35 des ersten Stabes 31 des Stabes 4 in Eingriff.
Das Axiallager 5 stützt gleitfähig den Verbindungsstab 33 in einer solchen Weise, dass der Verbindungsstab 33 in Hubrichtung (Hin- und Herrichtung) davon gleitfähig ist. Ein Durchgangsloch (Gleitloch) ist in einer Innenseite des Axiallagers 5 ausgebildet, um sich durch das Axiallager 5 in Axialrichtung des Stabes 4 zu erstrecken. In einer Längsquerschnittsansicht bildet eine Innenumfangsfläche des Axiallagers 5 (eine Gleitfläche, entlang der der Verbindungsstab 33 des Stabes 4 gleitet) eine gekrümmte konvexe Fläche, die zur Mittelachse RC des Stabes 4 vorsteht, am Lagerzentrum OC des Axiallagers 5. Anders ausgedrückt ist die Innenumfangsfläche des Axiallagers 5 gekrümmt, so dass sich ein Innendurchmesser des Axiallagers 5 von einem axialen mittleren Abschnitt des Axiallagers 5 zu jedem der ersten und zweiten axialen Endabschnitte des Axiallagers 5 in Axialrichtung progressiv erhöht. Auf diese Weise wird die Schwenkbewegung (Schwingbewegung) des Verbindungsstabes 33 gestattet.
Die Schraubenfeder 6 dient als eine Stab-(ventil-)vorspanneinrichtung zum Erzeugen einer Vorspannkraft (Last), um den Stab 4 zur Seite des vollständig geschlossenen Ventils vorzuspannen (die Seite, in der das Bypassventil 1 vollständig geschlossen ist, d.h. die linke Seite in 1 oder 2) in Axialrichtung der Mittelachse RC des Stabes 4. Ein Endabschnitt der Schraubenfeder 6 wird durch den Federsitz 37 gehalten und der andere Endabschnitt der Schraubenfeder 6 wird durch eine ringförmige Trennwand (Schließwand) 38 gehalten, die zwischen dem Endabschnitt der Lagerhalteeinrichtung 28 und dem Endabschnitt der Federhalteeinrichtung 29 Verbindung herstellt.
Auf diese Weise nimmt der Stab 4 der elektrischen Betätigungseinrichtung 300, insbesondere der erste Stab 31, die Federlast der Schraubenfeder 6 auf (Last der Schraubenfeder 6, die den Stab 4 zur Seite des vollständig geschlossenen Ventils spannt).
Der Untersetzungsmechanismus 301 bildet einen Antriebskraftübertragungsmechanismus, der das Drehmoment des Elektromotors zum Umwandlungsmechanismus 302 überträgt. Der Untersetzungsmechanismus 301 weist die Zwischenzahnradwelle 14, die Endzahnradwelle 15, das Ritzel 16, das Zwischenzahnrad 17 und das Endzahnrad 18, wie es zuvor diskutiert wurde, auf.
Die Zwischenzahnradwelle 14 und die Endzahnradwelle 15 sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Ferner sind die drei Zahnräder 16 - 18 in dem Untersetzungsgetriebeaufnahmeraum des Getriebegehäuses 26 drehbar aufgenommen.
Die Zwischenzahnradwelle 14 ist in das Einbringloch (Einbringabschnitt) des Getriebegehäuses 26 pressgepasst. Eine Mittelachse der Zwischenzahnradwelle 14 bildet ein Rotationszentrum (Rotationsachse) des Zwischenzahnrades 17. Das Zwischenzahnrad 17 ist durch eine Außenumfangsfläche der Zwischenzahnradwelle 14 über zwei Lager (nicht gezeigt) drehbar gelagert. Alternativ dazu können die zwei Lager beseitigt werden, wenn es gewünscht wird.
Eine Umfangsnut, die in einer Ringform ausgestaltet ist, ist in einer Außenumfangsfläche eines vorstehenden Abschnitts der Zwischenzahnradwelle 14 ausgebildet, die von einer End- bzw. Stirnfläche des Zwischenzahnrads 17 vorsteht. Eine Zwischenzahnradentfern-Begrenzungseinrichtung, wie z.B. eine Unterlegscheibe oder ein C-Ring, der/die die unbeabsichtigte Entfernung des Zwischenzahnrads 17 von der Zwischenzahnradwelle 14 beim Ein- bzw. Aufpassen des Zwischenzahnrads 17 auf die Außenumfangsfläche der Zwischenzahnradwelle 14 begrenzt, ist an der Umfangsnut installiert.
Die Endzahnradwelle 15 ist in ein Einbringloch des Getriebegehäuses 26 sicher pressgepasst und dadurch an einem Einbringabschnitt, der in einer zylindrischen Rohrform konfiguriert ist, sicher pressgepasst. Eine Mittelachse der Endzahnradwelle 15 bildet ein Rotationszentrum (Rotationsachse) des Endzahnrades 18. Das Endzahnrad 18 wird durch eine Außenumfangsfläche der Endzahnradwelle 15 über zwei Lager drehbar gelagert. Alternativ dazu können die zwei Lager beseitigt werden, wenn es gewünscht wird.
Eine Umfangsnut, die in einer Ringform ausgebildet ist, ist in einer Außenumfangsfläche eines vorstehenden Abschnitts der Endzahnradwelle 15 ausgebildet, der von einer Endfläche des Endzahnrades 18 vorsteht. Eine Endzahnradentfern-Begrenzungseinrichtung, wie z.B. eine Unterlegscheibe oder ein C-Ring, die/der das unbeabsichtigte Entfernen des Endzahnrades 18 von der Endzahnradwefle 15 beim Anbringen des Endzahnrades 18 in Bezug auf die Außenumfangsfläche der Endzahnradwelle 15 begrenzt, ist an der Außenumfangsnut installiert.
Das Ritzel 16 ist aus einem Metallmaterial oder einem Harzmaterial gefertigt. Das Ritzel 16 ist an einer Außenumfangsfläche der Motorwelle 13 sicher pressgepasst. Das Ritzel 16 weist eine Vielzahl von hervorstehenden Zähnen (Ritzelabschnitt mit Zähnen) 41 auf, die einer nach dem anderen in einer Umfangsrichtung entlang einer Außenumfangsfläche des Ritzels 16 angeordnet sind und mit dem Zwischenzahnrad 17 in Eingriff stehen.
Das Zwischenzahnrad 17 ist aus einem Metallmaterial oder einem Harzmaterial gefertigt und an eine Außenumfangsfläche der Zwischenzahnradwelle 14 drehbar gepasst. Das Zwischenzahnrad 17 weist einen zylindrischen Rohrabschnitt auf, der angeordnet ist, um eine Außenumfangsfläche der Zwischenzahnradwelle 14 zu umgeben. Ein Abschnitt mit dem größten Durchmesser (Abschnitt mit großem Durchmesser), der in einer Ringform konfiguriert ist, ist in einer Außenumfangsfläche des zylindrischen Rohrabschnitts integral ausgebildet.
Der Abschnitt mit großem Durchmesser des Zwischenzahnrades 17 weist eine Vielzahl von hervorstehenden Zähnen (einen Zahnradabschnitt mit großem Durchmesser mit Zähnen) 42 auf, die einer nach dem anderen in einer Umfangsrichtung entlang einer Außenumfangsfläche des Abschnitts mit großem Durchmesser des Zwischenzahnrades 17 angeordnet sind und mit den hervorstehenden Zähnen 41 des Ritzels 16 in Eingriff stehen. Ein zylindrischer Rohrabschnitt (Abschnitt mit kleinem Durchmesser) des Zwischenrades 17 weist eine Vielzahl von hervorstehenden Zähnen (Zahnradabschnitt mit kleinem Durchmesser mit Zähnen) 43 auf, die einer nach dem anderen in einer Umfangsrichtung entlang einer Außenumfangsfläche des zylindrischen Rohrabschnitts (des Abschnitts mit kleinem Durchmesser) angeordnet sind.
Das Endzahnrad 18 ist aus einem Metallmaterial oder einem Harzmaterial gefertigt und ist an eine Außenumfangsfläche der Endzahnradwelle 15 über die Lager drehbar gepasst. Das Endzahnrad 18 weist einen zylindrischen Rohrabschnitt auf, der angeordnet ist, um eine Außenumfangsfläche der Endzahnradwelle 15 in einer Umfangsrichtung zu umgeben. Der zylindrische Rohrabschnitt des Endzahnrades 18 weist einen Flansch auf, der in einer Sektorform (Fächerform) konfiguriert ist, und steht radial auswärts von einer Außenumfangsfläche des zylindrischen Rohrabschnitts des Endzahnrades 18 vor.
Der Flansch 44 des Endzahnrades 18 weist eine Vielzahl von hervorstehenden Zähnen (Sektorzahnradabschnitt mit großem Durchmesser mit Zähnen) 45 auf, die einer nach dem anderen einer Umfangsrichtung entlang einer Außenumfangsfläche des Flansches 44 des Endzahnrades 18 über einen vorbestimmten Winkelbereich angeordnet sind. Die hervorstehenden Zähne 45 des Flansches 44 des Endzahnrades 18 stehen mit den hervorstehenden Zähnen 43 des Zwischenzahnrades 17 in Eingriff.
Der Umwandlungsmechanismus 302 ist ein Bewegungsrichtungsumwandlungsmechanismus, der eine Rotationsbewegung des Endzahnrades 18 in eine Linearbewegung des Stabes 4 umwandelt. Der Umwandlungsmechanismus 302 weist den Plattennocken 21, die Folgeeinrichtung 23 und den Drehstift 24 auf. Der Plattennocken 21 wird mit dem Endzahnrad 18 um die Endzahnradwelle 15 des Endzahnrades 18 einstückig gedreht. Die Folgeeinrichtung 23 ist in der Nockennut 22 des Plattennockens 21 beweglich aufgenommen (gleitfähig aufgenommen). Der Drehstift 24 stützt drehbar die Folgeeinrichtung 23.
Der Plattennocken 21 ist aus einem Metallmaterial gefertigt und in einer vorbestimmten Form konfiguriert. Der Plattennocken 21 ist an einem Nockeninstallationsabschnitt des Endzahnrades 18 befestigt. In einem Fall, in dem das Endzahnrad 18 aus einem Harzmaterial gefertigt ist, ist der Plattennocken 21 in dem Endzahnrad 18 einsatzgeformt. In einem Fall, in dem das Endzahnrad 18 aus einem Metallmaterial gefertigt ist, können das Endzahnrad 18 und der Plattennocken 21 zusammen aus gesintertem Metall gebildet sein. Auf diese Weise fällt die Rotationsachse des Endzahnrades 18 mit der Rotationsachse des Plattennockens 21 zusammen und dadurch fällt das Rotationszentrum des Endzahnrades 18 (Rotationszentrum der Endzahnradwelle 15) mit dem Rotationszentrum des Plattennockens 21 zusammen. Ferner wird ein Betriebswinkel des Endzahnrades 18 (ein Endzahnradbetriebswinkel) der gleiche wie ein Rotationswinkel des Plattennockens 21 (Nockenrotationswinkel).
Die Nockennut 22 des Plattennockens 21 ist ein Führungsabschnitt, der in einer gekrümmten Form konfiguriert ist, die einem Bewegungsmuster des Bypassventils 1 entspricht.
Eine Nockenform des Plattennockens 21 und ein Rotationswinkel des Plattennockens 21 sind für eine geforderte Größe des Hubes des Stabes 4 bestimmt, die erforderlich ist, um das Bypassventil 1 von der vollständig geschlossenen Position zur vollständig geöffneten Position anzutreiben.
Die Folgeeinrichtung 23 ist aus einem Metallmaterial gefertigt und in einer zylindrischen Rohrform konfiguriert. Die Folgeeinrichtung 23 ist an eine Außenumfangsfläche des Drehstiftes 24 drehbar gepasst. Die Folgeeinrichtung 23 weist einen zylindrischen Rohrabschnitt auf, der den Drehstift 24 in einer Umfangsrichtung umgibt.
Der Drehstift 24 ist in das Einbringloch des Stabes 4 eingebracht und dadurch in Bezug auf den Stab 4 sicher pressgepasst. Ein Flansch, der in einer Ringform gestaucht ist, um ein Entfernen der Folgeeinrichtung 23 zu begrenzen, ist in einem vorstehenden Abschnitt des Drehstiftes 24 ausgebildet, der von einer End- bzw. Stirnfläche des zylindrischen Rohrabschnitts der Folgeeinrichtung 23 vorsteht.
Ein Rotationsmittelpunkt der Folgeeinrichtung 23 und ein Rotationsmittelpunkt des Plattennocken 21 befinden sich entlang der Mittelachse (Stabmittelachse) RC des Stabes 4.
Der Elektromotor M ist eine Antriebsquelle der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 und ist in einen Motoraufnahmeraum des Getriebegehäuses 26 aufgenommen. Die Erregung des Elektromotors M wird durch die ECU 400 gesteuert.
Die ECU 400 weist einen Mikrocomputer von einem bekannten Typ auf, der eine CPU, einen ROM und einen RAM aufweist. Die ECU 400 steuert eine elektrische Betätigungseinrichtung eines Drosselventils und die elektrische Betätigungseinrichtung 300 des Bypassventils 1 auf der Grundlage von Ausgabesignalen, die von dem Hubsensor S, einem Kurbelwinkelsensor, einem Beschleunigungseinrichtungsöffnungsgradsensor, einem Drosselöffnungsgradsensor, einem Ladedrucksensor und einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor aufgenommen werden.
Als Nächstes werden Einzelheiten der Hubmessvorrichtung 303 unter Bezugnahme auf die 1 bis 7B beschrieben.
Die Hubmessvorrichtung 303 weist den magnetischen beweglichen Körper 8 und den Hubsensor S auf. Der magnetische bewegliche Körper 8 ist mit dem Stab 4 integral vorgesehen. Der Hubsensor S misst die Hubposition des magnetischen beweglichen Körpers 8.
Die ECU 400 hat eine Funktion einer Stabhubmessvorrichtung zum Berechnen (Messen) der linearen Hubposition (Größe der Verschiebung) des Stabes 4 der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 auf der Grundlage des Ausgabewertes (Sensorausgabewertes), der von dem Hubsensor S als das elektrische Signal ausgegeben wird.
Der magnetische bewegliche Körper 8 ist mit dem Stab 4 integral vorgesehen, d.h. an dem Stab 4 integral installiert, um sich im Ansprechen auf die Bewegung des Stabes (der als ein Messgegenstand wirkt) 4 in Hubrichtung linear zu bewegen. Der magnetische bewegliche Körper 8 weist erste und zweite Dauermagneten (auf die sich der Einfachheit halber nachfolgend als erste und zweite Magneten bezogen wird) 51, 52 und einen magnetischen Rahmen (Magnetkörper) 50 auf. Der erste und zweite Magnet 51, 52 erzeugen ein im Wesentlichen paralleles magnetisches Feld mit im Wesentlichen konstanter Dichte des magnetischen Flusses zwischen diesen. Der magnetische Rahmen 50 ist in einen länglichen rechteckigen Rahmen konfiguriert und konzentriert den magnetischen Fluss (Magnetfeld), der zwischen dem ersten und zweiten Magneten 51, 52 erzeugt wird, auf den Hubsensor S.
Jeder der ersten und zweiten Magneten 51, 52 ist in Form eines rechteckigen Parallelepipeds konfiguriert und erzeugt den magnetischen Fluss (Magnetfeld), der zum Hubsensor S gerichtet ist. Jeder der ersten und zweiten Magneten 51, 52 ist magnetisiert, so dass die zwei gegenüberliegenden Endabschnitte des Magneten 51, 52, die einander gegenüberliegend in einer Plattendickenrichtung des Magneten 51, 52 angeordnet ist, die senkrecht zu einer Längsrichtung und einer Breitenrichtung des Magneten 51, 52 angeordnet sind, entgegengesetzte Polaritäten, d.h. den N-Pol bzw. den S-Pol, bilden. Ferner ist jeder der ersten und zweiten Magneten 51, 52 magnetisiert, um ein im Wesentlichen paralleles Magnetisierungsmuster zu bilden, so dass die Magnetlinien der Kraft im Wesentlichen parallel zueinander sind. Die ersten und zweiten Magneten 51, 52 sind einander gegenüberliegend, während eine vorbestimmte Luftlücke zwischen den ersten und zweiten Magneten 51, 52 zwischengefügt ist.
Jeder der ersten und zweiten Magneten 51, 52 ist in die Richtung magnetisiert, die im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse RC des Stabes 4 verläuft. Die entgegengesetzten magnetischen Polflächen der ersten und zweiten Magneten 51, 52, die entgegengesetzt zueinander sind bzw. einander gegenüberliegen, sind magnetisiert, so dass diese die gleiche Polarität (z.B. den N-Pol) haben. Pfeile, die um die ersten und zweiten Magneten 51, 52 in 1 gezeigt sind, zeigen Richtungen der Linien des magnetischen Flusses an, der an den magnetischen Polflächen der ersten und zweiten Magneten 51, 52 erzeugt werden.
Dadurch fällt die Magnetisierungsrichtung (Plattendickenrichtung) des ersten Magneten 51 mit der Richtung zusammen, die im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse RC des Stabes 4 ist. Ferner ist die eine Seite des ersten Magneten 51 (die obere Seite in 1) in Plattendickenrichtung des ersten Magneten 51 der S-Pol und ist die andere Seite des ersten Magneten 51 (die untere Seite in 1) in Plattendickenrichtung des ersten Magneten 51 der N-Pol. Die Magnetisierungsrichtung (Plattendickenrichtung) des zweiten Magneten 52 fällt mit der Richtung zusammen, die im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse des Stabes 4 ist. Die eine Seite des zweiten Magneten 52 (die obere Seite in 1) in Plattendickenrichtung des zweiten Magneten 52 ist der N-Pol und die andere Seite des zweiten Magneten 52 (die untere Seite in 1) in Plattendickenrichtung des zweiten Magneten 52 ist der S-Pol.
Der Magnetrahmen (magnetische Körper) 50 ist aus einem magnetischen Material gefertigt, wie z.B. Eisen, Nickel, Ferrit, das einen geschlossenen magnetischen Pfad bildet. Der magnetische Rahmen 50 weist obere und untere Blöcke (sich axial erstreckende Blöcke, auf die sich nachfolgend als Blöcke bezogen wird) 54, 55 und linke und rechte Blöcke (sich senkrecht erstreckende Blöcke) 56, 57, die zusammen integriert sind, auf. Jeder der oberen und unteren Blöcke 54, 55 ist in Form eines rechteckigen Parallelepipeds konfiguriert und erstreckt sich in Längsrichtung, d.h. erstreckt sich in der Richtung im Wesentlichen parallel zur Mittelachse RC des Stabes 4. Jeder der linken und rechten Blöcke 56, 57 ist in Form eines rechteckigen Parallelepipeds konfiguriert und erstreckt sich in einer Querrichtung, d.h. erstreckt sich in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse RC des Stabes 4. Ferner weist der Magnetrahmen 50 eine Vielzahl an Klammern 59 auf, die an einer Montagefläche des magnetischen beweglichen Körpers des ersten Stabes 31 des Stabes 4 mit Schrauben 58 (z.B. Befestigungsschrauben oder Befestigungsbolzen) fixiert sind.
Jeder der oberen und unteren Blöcke 54, 55 hat einen magnetischen Halteabschnitt und der magnetische Halteabschnitt des oberen Blocks 54 und der magnetische Halteabschnitt des unteren Blocks 55 sind über den Luftspalt zueinander entgegengesetzt. Die ersten und zweiten Magneten 51, 52 sind an Innenflächen (entgegengesetzten Flächen) der magnetischen Halteabschnitte der oberen und unteren Blöcke 54, 55 durch eine Befestigungseinrichtung, wie z.B. einem Bindemittel, in einer solchen Weise sicher gehalten, dass die Polfläche (der S-Pol) von jedem der ersten und zweiten Magneten 51, 52 die Innenfläche des magnetischen Halteabschnitts des entsprechenden Blocks 54, 55 kontaktiert.
Alternativ dazu können die ersten und zweiten Magneten 51, 52 an der Seite des Hubsensors S vorgesehen sein und kann der magnetische bewegliche Körper 8 nur den magnetischen Rahmen 50 aufweisen.
Der Hubsensor S wird durch einen Sensormontageabschnitt (Sensorhalteeinrichtung) der Sensorabdeckung des Betätigungseinrichtungsgehäuses 304 wie folgt gehalten. Das heißt, dass der Hubsensor S in einem Sensoraufnahmeraum aufgenommen ist, der durch den magnetischen beweglichen Körper 8 umgeben wird, so dass sich der Hubsensor S in der Mitte eines magnetischen Kreises befindet, der durch die ersten und zweiten Magneten 51, 52 und den Magnetrahmen 50 gebildet ist. Der Hubsensor S steht vom Sensormontageabschnitt (Sensorhalteeinrichtung) der Sensorabdeckung des Betätigungseinrichtungsgehäuses 304 zum ersten Stab 31 des Stabes 4 hin vor.
Der Hubsensor S weist ein Hall-Element auf, das ein kontaktloses magnetisches Messelement ist, das den magnetischen Fluss (eine magnetische Flussdichte, eine Verteilung des magnetischen Feldes, eine magnetische Feldstärke) misst, die sich im Ansprechen auf die Bewegung des magnetischen beweglichen Körpers 8 in Bezug auf den Hubsensor S in Hubrichtung ändert. Das Hall-Element hat eine magnetische Messfläche F, die eine magnetische Flussdichte des Magnetfeldes misst, die von dem magnetischen beweglichen Körper 8 aufgebracht wird, insbesondere den ersten und zweiten Magneten 51, 52 (vom N-Pol).
Das Hall-Element des Hubsensors S ist ein Hauptbestandteil eines Hall-IC. Das heißt, dass der Hall-IC das Hall-Element hat und ein elektrisches Signal ausgibt (ein Spannungssignal, d.h. ein Sensorausgabesignal, auf das sich nachfolgend als ein Sensorausgabewert bezogen wird), der einer Dichte des magnetischen Flusses entspricht, der die magnetische Messfläche F des Hall-Elementes passiert. Der Hall-IC ist als ein IC-Chip ausgebildet, in den das Hall-Element und eine Verstärkerschaltung integriert sind. Der Hall-IC ist im Sensoraufnahmeraum angeordnet, der in einer rechteckigen Form konfiguriert ist und sich im Inneren des magnetischen Rahmens 50 des magnetischen beweglichen Körpers 8 befindet, um eine Relativbewegung zwischen dem Hall-IC und dem magnetischen beweglichen Körper 8 zu ermöglichen. Statt des Hall-IC können die Hall-Elemente oder das Hall-Element allein oder ein magnetoresistives Element oder magnetoresistive Elemente als die kontaktlosen magnetischen Messelemente oder das kontaktlose magnetische Messelement des Hubsensors S verwendet werden.
Der Magnetkreis, der durch den magnetischen beweglichen Körper und den Hubsensor S gebildet wird, wird wie folgt gehalten. Das heißt, dass sich der magnetische bewegliche Körper 8 in einem Ort befindet, der mit einer vorliegenden 1 angezeigt ist, wenn sich das Bypassventil 1 in der vollständig geschlossenen Position befindet. Ferner wird der magnetische bewegliche Körper 8 in einem Ort gehalten, der mit einer gestrichelten Linie in 1 und einer Volllinie in 2 gezeigt ist, wenn sich das Bypassventil 1 in der vollständig geöffneten Position befindet.
Der Magnetkreis weist erste bis vierte Magnetkreise auf. Der erste Magnetkreis ist ein geschlossener Magnetkreis, der durch den ersten Magneten 51, den Hall-IC mit dem Hall-Element, den rechten Block 57 und den oberen Block 54 gebildet wird. Der zweite Magnetkreis ist ein geschlossener Magnetkreis, der durch den ersten Magneten 51, den linken Block 56 und den oberen Block 54 gebildet wird. Der dritte Magnetkreis ist ein geschlossener Magnetkreis, der durch den zweiten Magneten 52, den Hall-IC mit dem Hall-Element, den rechten Block 57 und den unteren Block 55 gebildet wird. Der vierte Magnetkreis ist ein geschlossener Magnetkreis, der durch den zweiten Magneten 52, den linken Block 56 und den unteren Block 55 gebildet wird.
Beim Hubsensor S entsprechen in einem Fall, in dem sich das Bypassventil 1 zwischen der vollständig geschlossenen Position und der vollständig geöffneten Position befindet, die Hubposition des magnetischen beweglichen Körpers 8 (einer Relativposition des magnetischen beweglichen Körpers 8 in Bezug auf eine Referenzposition) und die Größe des Hubes des Stabes 4 einander und entsprechen die Hubposition des Stabes 4 und der Ventilöffnungsgrad des Bypassventils 1 einander. Daher kann die ECU 400 die Größe des Hubes des Stabes 4 erhalten, indem die Hubposition des Stabes 4 (dadurch die Hubposition des magnetischen beweglichen Körpers 8) gemessen wird, d.h., indem der Sensorausgabewert gemessen wird, der im Ansprechen auf eine Änderung beim Magnetfeld ausgegeben wird. Dann kann die ECU 400 den Ventilöffnungsgrad des Bypassventils 1 auf der Grundlage der somit erhaltenen Größe des Hubes des Stabes 4 erhalten. Anschließend kann die ECU 400 eine Strömungsmenge des Abgases, das durch das Bypassventil 9 strömt, auf der Grundlage des somit erhaltenen Ventilöffnungsgrades des Bypassventils 1 erhalten.
Hier kann in dem Fall, in dem die Hubposition des magnetischen beweglichen Körpers 8 mit dem Hall-IC, dem Hall-Element oder dem MR-Element in der kontaktlosen Weise gemessen wird, wenn sich ein magnetisches Material (z.B. Eisen) benachbart zu den ersten und zweiten Magnetkreisen befindet, die durch den magnetischen beweglichen Körper 8 und den Hall-IC des Hubsensors S gebildet werden, das Magnetfeld, das mit dem kontaktlosen magnetischen Messelement gemessen wird, in einigen Fällen nicht stabil erhalten werden. Im Hinblick auf den vorstehenden Punkt sind in der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die entsprechenden Komponenten (z.B. der Stab 4, das Endzahnrad 18, der Plattennocken 21, die Folgeeinrichtung 23, der Drehstift 24 und das Endzahnrad 15), die benachbart zu den ersten und zweiten Magnetkreisen angeordnet sind, aus einem nichtmagnetischen Material (z.B. nichtmagnetischen Metall, wie z.B. rostfreiem Stahl oder einem nichtmagnetischen Harz) gefertigt, so dass der Einfluss der externen Störung der ersten und zweiten Magnetkreise verhindert oder erleichtert ist.
Als Nächstes werden Einzelheiten des Verbindungshebels 3 und des Stabes 4 des vorliegenden Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die 1 bis 7B beschrieben.
Die erste Verbindung des Verbindungshebels 3 (der erste Gelenkstift 11, der die Stabseitenverbindung zwischen dem Verbindungshebel 3 und dem distalen Endabschnitt des Stabes 4 ist) wird entlang eines entsprechenden Rotationsbewegungspfades (eines Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3, der durch eine Punktstrichlinie in 1 oder 2 angezeigt ist) bewegt, der ein gekrümmter Pfad ist, der einen vorbestimmten Krümmungsradius um die Rotationsachse des Verbindungshebels 3 (die Rotationsachse des Bypassventils 1) hat, wenn das Bypassventil 1 bewegt wird, d.h. wenn das Bypassventil 1 von der vollständig geschlossenen Position zur vollständig geöffneten Position und umgekehrt gedreht wird.
Genauer gesagt ist der Rotationsbewegungspfad, d.h. der gekrümmte Pfad des Verbindungshebels 3, ein bogenförmiger Pfad (der imaginäre Kreis, der durch die Punktstrichlinie in 1 oder 2 angezeigt ist), der sich entlang der bogenförmigen Linie mit dem vorbestimmten Krümmungsradius um die Rotationsachse O des Bypassventils 1 erstreckt (und dadurch die Rotationsachse des Verbindungshebels 3 oder das Zentrum des Gelenkstiftes 12). Der Rotationsbewegungspfad des Verbindungshebels 3 verbindet einen vollständig geschlossenen Punkt A des Verbindungshebels 3 entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 und einen vollständig offenen Punkt B des Verbindungshebels 3 entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3. Der vollständig geschlossene Punkt A ist ein Punkt, an dem sich ein Rotationsbewegungspunkt des Verbindungshebels 3 (der erste Gelenkstift 11, der als die Stabseitenverbindung des Verbindungshebels 3 dient) entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 befindet, wenn sich das Bypassventil 1 in seinem vollständig geschlossenen Grad befindet. Der vollständig offene Punkt B ist ein Punkt, an dem sich der Rotationsbewegungspunkt des Verbindungshebels 3 entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 befindet, wenn sich das Bypassventil 1 in seinem vollständig offenen Grad befindet.
Die vollständig geschlossene Position des Bypassventils 1 ist eine Position des Bypassventils 1, an der sich das Bypassventil 1 in seinem vollständig geschlossenen Grad befindet, so dass das Bypassventil 1 gegen den Ventilsitz 10 sitzt und dadurch den Bypasskanal 9 vollständig schließt, wie es in den 4 und 6A gezeigt ist.
Die vollständig geöffnete Position des Bypassventils 1 ist eine Position des Bypassventils 1, an der sich das Bypassventil 1 befindet, um einen vollständig geöffneten Grad zu haben, so dass das Bypassventil 1 von dem Ventilsitz 10 entfernt ist und dabei den Bypasskanal 9 vollständig öffnet, wie es in 6B gezeigt ist.
Ferner ist ein Halböffnungsgrad (auf den sich alternativ der Einfachheit halber als halber Grad bezogen wird) des Bypassventils 1, wie es in 7A und 7B gezeigt ist, ein Median (Mittelpunkt) zwischen dem vollständig geschlossenen Grad und dem vollständig geöffneten Grad des Bypassventils 1.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist unter Bezugnahme auf 4, wenn der Öffnungsgrad des Bypassventils 1 der vollständig geschlossene Grad wird, der Rotationsbewegungspunkt des Verbindungshebels 3 entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 im vollständig geschlossenen Punkt A.
Ferner ist, wenn der Öffnungsgrad des Bypassventils 1 der vollständig geöffnete Grad wird, der Rotationsbewegungspunkt des Verbindungshebels 3 entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 im vollständig geöffneten Punkt B.
Ferner ist, wenn der Öffnungsgrad des Bypassventils 1 der halbe Grad (der Öffnungsgrad am mittleren Punkt zwischen dem vollständig offenen Grad und dem vollständig geschlossenen Grad) ist, der Rotationsbewegungspunkt des Verbindungshebels 3 entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 in einem halben Punkt C.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 wird, wenn der Stab 4 geschwenkt wird, der Rotationsbewegungspunkt des Verbindungshebels 3 (die Stabseitenverbindung des Verbindungshebels 3) ebenfalls zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt A und dem vollständig offenen Punkt B entlang des Rotationsbewegungspfades geschwenkt und wird ein Scheitel P von diesem Schwingen entlang des Rotationsbewegungspfades an einem Punkt eingestellt, der sich zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt A und dem halben Punkt C befindet, und zwar entlang des Rotationsbewegungspfades, und einer Beziehung von θP > θA genügt. Hier bezeichnet θP einen Winkel, der zwischen einer ersten imaginären Linie 4B, die zwischen dem Lagermittelpunkt bzw. Lagerzentrum OC des Stablagers 5 und dem vollständig geöffneten Punkt B verbindet, und einer zweiten imaginären Linie 4P definiert ist, die den Lagerzentrum OC und den Scheitel P des Schwenkens verbindet. Ferner bezeichnet θA einen Winkel, der zwischen der ersten imaginären Linie 4B und einer dritten imaginären Linie 4A definiert ist, die zwischen dem Lagerzentrum OC und dem vollständig geschlossenen Punkt A Verbindung herstellt. Die erste imaginäre Linie 4B fällt mit der Mittelachse RC des Stabes 4 beim Anordnen der Stabseitenverbindung (erster Gelenkstift 11) des Verbindungshebels 3 am vollständig geschlossenen Punkt zusammen. Die zweite imaginäre Linie 4P fällt mit der Mittelachse RC des Stabes 4 beim Anordnen der Stabseitenverbindung (erster Gelenkstift 11) des Verbindungshebels 3 am Scheitel P des Schwenkens zusammen. Die dritte imaginäre Linie 4A fällt mit der Mittelachse RC des Stabes 4 beim Anordnen der Stabseitenverbindung (erster Gelenkstift 11) des Verbindungshebels 3 an der vollständig geschlossenen Position A zusammen. Der Winkel θP ist der größtmögliche Winkel, der zwischen der ersten imaginären Linie 4B und einer beliebigen anderen möglichen imaginären Linie definiert ist, die mit der Mittelachse RC des Stabes 4 an einem beliebigen Punkt zwischen dem vollständig offenen Punkt P und dem vollständig geschlossenen Punkt A entlang des Rotationsbewegungspfades zusammenfällt. Dadurch kann der Scheitel P des Schwenkens als ein Punkt betrachtet werden, bei dem der größte Winkel θP im Schwenkbereich zwischen dem vollständig offenen Punkt B und dem vollständig geschlossenen Punkt entlang des Rotationsbewegungspfades definiert sein kann. Im vorliegenden Fall ist der Scheitel P des Schwenkens ein äußerster Bodenpunkt im Schwenkbereich zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt A und dem vollständig offenen Punkt B, wie es in 4 bis 6B und 7B gezeigt ist.
Ferner erstreckt sich unter Bezugnahme auf die schematische Ansicht von 4 die Welle 2 des Bypassventils 1 entlang einer primären imaginären Linie, die eine Gerade ist (siehe die Gerade der Welle 2, die die Mittelachse der Welle 2 darstellt), die sich über die Rotationsachse O des Verbindungshebels 3 erstreckt. Der Verbindungshebel 3 erstreckt sich entlang einer zweiten imaginären Linie (siehe die Gerade des Verbindungshebels 3, die die Mittelachse O des Verbindungshebels 3 darstellt), die eine Gerade ist, die sich durch die Rotationsachse O des Verbindungshebels 3 erstreckt. Die zweite imaginäre Linie definiert einen stumpfen Winkel in Bezug auf die erste imaginäre Linie auf einer Umfangsseite (linken Seite in 4) des Scheitels P des Schwenkens, wo sich der vollständig geschlossene Punkt A entlang des Rotationsbewegungspfades befindet.
Wenn die Betriebsbewegungspunkte des Verbindungshebels 3 entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 in der vorstehend beschriebenen Weise eingestellt sind, befindet sich der Scheitel P des Schwenkens entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt A und dem halben Punkt C, und befindet sich dieser insbesondere im Wesentlichen in einem Median (Mittelpunkt) zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt A und dem halben Punkt C.
Wenn sich ein Betriebsbewegungspunkt des Verbindungshebels 3 in dem Scheitel P des Schwenkens entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 befindet, definiert eine Gerade (siehe die Punktstrichlinie, die eine imaginären Ebene PL gemäß vorheriger Diskussion anzeigt), die zwischen der Rotationsachse O des Verbindungshebels 3 (dem Rotationszentrum des Verbindungshebels 3) und dem Scheitel P des Schwenkens entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 Verbindung herstellt, im Wesentlichen den rechten Winkel (90°) in Bezug auf die Mittelachse RC des Stabes 4 der elektrischen Betätigungseinrichtung 300. Ferner befindet sich in diesem Fall der Scheitel P des Schwenkens in der imaginären Ebene PL von 4, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Mittelachse V der Öffnung 10a des Ventilsitzes 10 ist und sich durch die Rotationsachse O des Verbindungshebels 3 (die Rotationsachse des Ventils 1) erstreckt. Der Rotationsbewegungspfad der Stabseitenverbindung des Verbindungshebels 3 ist im Wesentlichen senkrecht zu dieser imaginären Linie PL.
Gemäß Vorbeschreibung ist der Rotationsbewegungspfad des Verbindungshebels 3 der bogenförmige Pfad (der imaginäre Kreis, der durch die Punktstrichlinie in 3 angezeigt ist), der sich entlang der gekrümmten Linie (bogenförmigen Linie) mit dem vorbestimmten Krümmungsradius um die Rotationsachse des Verbindungshebels 3 (und dadurch die Rotationsachse des Bypassventils 1) erstreckt. Ein in 6B gezeigter Pfeil zeigt einen beweglichen Bereich des Verbindungshebels 3 (drehbarer Winkelbereich des Verbindungshebels 3) an.
Als Nächstes wird der Betrieb der elektrischen Betätigungseinrichtung 300, die das Öffnen und Schließen des Bypassventils 1 steuert, unter Bezugnahme auf die 1 bis 7B kurz beschrieben.
In dem Fall, in dem der Ladedruck, der durch den Ladedrucksensor gemessen wird, kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wird die Zuführung der Elektroenergie zum Elektromotor M durch die ECU 400 gesteuert, um das Bypassventil 1 in den vollständig geschlossenen Zustand zu setzen, wo das Bypassventil 1 den vollständig geschlossenen Grad hat.
Auf diese Weise werden die Komponenten der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 in dem vollständig geschlossenen Zustand gestoppt, so dass das Bypassventil 1 den vollständig geschlossenen Zustand (vollständig geschlossenen Grad) aufrechterhält. Auf diese Weise wird der Bypasskanal 9 geschlossen. Somit wird der gesamte Betrag des Abgases, der vom Verbrennungsmotor ausgegeben wird, in den Einlass des Turbinengehäuses 7 des Turboladers gegeben, um das Turbinenrad in Rotation zu versetzen, und anschließend aus dem Auslass des Turbinengehäuses 7 ausgegeben.
Die Einlassluft, die in das Einlassrohr gesaugt wird, wird durch das Kompressorrad, das durch die Rotation des Turbinenrades angetrieben wird, komprimiert, so dass der Druck (Ladedruck) der Einlassluft erhöht wird. Die unter Druck gesetzte Einlassluft wird in den Verbrennungsmotor gesaugt.
In einem Fall, in dem der Ladedruck, der durch den Ladedrucksensor gemessen wird, auf einen Wert von gleich dem vorbestimmten Wert oder größer als dieser erhöht wird, d.h. der Ladedruck einen vorbestimmten maximalen Ladedruck überschreitet, wird die Zuführung der Elektroenergie zum Elektromotor M durch die ECU 400 gesteuert, um das Bypassventil 1 in den vollständig geöffneten Zustand zu setzen.
Auf diese Weise wird die Motorwelle 13 des Elektromotors M in eine vollständig geöffnete Richtung gedreht. Dadurch wird das Motordrehmoment zum Ritzel 16, dem Zwischenzahnrad 17 und dem Endzahnrad 18 geführt. Der Plattennocken 21, zu dem das Motordrehmoment vom Endzahnrad 18 geführt wird, wird in vollständig geöffneter Richtung um einen vorbestimmten Rotationswinkel (einen Rotationswinkel gleich dem Betriebswinkel des Endzahnrades 18) im Ansprechen auf die Rotation des Endzahnrades 18 gedreht.
Dann gleitet der Drehstift 24 entlang der Nockennut 22, um sich von der vollständig geschlossenen Position zur vollständig geöffneten Position zu bewegen, so dass der erste Stab 31 des Stabes 4 zur Ventilöffnungsseite in Hubrichtung des Stabes 4 linear bewegt (gedrückt) wird, während die Schraubenfeder 6 zusammengedrückt wird. Dadurch werden der erste Stab 31, der zweite Stab 32 und der Verbindungsstab 33 zur Ventilöffnungsseite in Hubrichtung des Stabes 4 linear bewegt.
Ferner wird der erste Gelenkstift 11 zur Ventilöffnungsseite in Hubrichtung des Stabes 4 im Ansprechen auf die lineare Bewegung des zweiten Stabes 32 linear bewegt, so dass sich der Verbindungshebel 3 in die vollständig geöffnete Richtung um den zweiten Gelenkstift 12 dreht. Zu diesem Zeitpunkt wird das Bypassventil 1 zur vollständig geöffneten Richtung um den zweiten Gelenkstift 12 im Ansprechen auf die Rotation des zweiten Gelenkstiftes 12 gedreht. Auf diese Weise wird das Bypassventil 1 vom Ventilsitz hinweggehoben und in den vollständig geöffneten Zustand gebracht, so dass der Bypasskanal 9 geöffnet ist.
Dadurch strömt ein Abschnitt des Abgases, der vom Verbrennungsmotor in den Einlass des Turbinengehäuses 7 geführt wird, durch den Bypasskanal 9, der das Turbinenrad umgibt, und dann wird dieses Abgas durch den Bypasskanal 9 über den Auslass des Turbinengehäuses 7 ausgegeben. Auf diese Weise wird die Abgasenergie, die auf das Turbinenrad aufgebracht wird, verringert und dadurch wird die Drehzahl des Turbinenrades verringert. Somit wird die übermäßige Rotation des Turboladers begrenzt.
Ferner wird der Ladedruck des Abgasdrucks nicht übermäßig. Außerdem wird eine Beschädigung des Turbinenrades, das durch eine übermäßige Rotation des Turbinenrades erzeugt werden würde, begrenzt.
In dem Fall, in dem der Ladedruck, der mit dem Ladedrucksensor gemessen wird, unterhalb des vorbestimmten Wertes verringert wird, wird die Zuführung der Elektroenergie zum Elektromotor M durch die ECU 400 gesteuert, um das Bypassventil 1 in den vollständig geschlossenen Zustand zu bringen.
Auf diese Weise wird die Motorwelle 13 des Elektromotors M in eine vollständig geschlossene Richtung gedreht. Dadurch wird das Motordrehmoment zum Ritzel 16, dem Zwischenzahnrad 17, dem Endzahnrad 18 und dem Plattennocken 21 geführt. Somit wird der Plattennocken 21 um einen vorbestimmten Winkelbereich in die vollständig geschlossene Richtung im Ansprechen auf die Rotation des Endzahnrades 18 gedreht.
Dann gleitet der Drehstift 24 entlang der Nockennut 22, um sich von der vollständig geöffneten Position zur vollständig geschlossenen Position zu bewegen, so dass der Stab 4 zur Seite des geschlossenen Ventils in Hubrichtung des Stabes 4 linear bewegt (gezogen) wird. Dadurch werden der erste Stab 31, der zweite Stab 32 und der Verbindungsstab 33 zur Seite des Ventilschließens in Hubrichtung des Stabes 4 linear bewegt.
Ferner wird der erste Gelenkstift 11 zur Ventilschließseite in Hubrichtung des Stabes 4 im Ansprechen auf die lineare Bewegung des zweiten Stabes 32 linear bewegt, so dass der Verbindungshebel 3 in die vollständig geschlossene Richtung um den zweiten Gelenkstift 12 gedreht wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das Bypassventil 1 zur vollständig geschlossenen Richtung um den zweiten Gelenkstift 12 im Ansprechen auf die Rotation des zweiten Gelenkstiftes 12 gedreht. Auf diese Weise gelangt das Bypassventil 1 mit dem Ventilsitz 10 in Anlage und wird dieses in den vollständig geschlossenen Zustand gebracht, so dass der Bypasskanal 9 geschlossen wird.
Ferner kann das Bypassventil 1 gesteuert werden und dadurch in den Zwischen-Öffnungsgrad (halben Grad) zwischen dem vollständig geschlossenen Grad (vollständig geschlossenen Position) und dem vollständig geöffneten Grad (vollständig geöffneten Position) auf der Grundlage des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors, insbesondere des Ladedrucks, der mit dem Ladedrucksensor gemessen wird, eingestellt werden. In diesem Fall wird der Ventilöffnungsgrad des Bypassventils 1 in einer linearen Weise oder stufenweise auf der Grundlage des Ladedrucks geändert, so dass die Strömungsmenge des Abgases, das den Bypasskanal 9 passiert, in einer linearen Weise oder stufenweise fein eingestellt werden kann. Dadurch kann der Ladedruck des Verbrennungsmotors in einer linearen Weise oder stufenweise variabel gesteuert werden.
Nun wird eine erste Charakteristik des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben.
Gemäß Vorbeschreibung befindet sich in der Bypassventilsteuervorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Verbindungsmechanismus 500, der die Linearbewegung des Stabes 4 in die Rotationsbewegung des Bypassventils 1 umwandelt, zwischen der Welle 2 des Bypassventils 1 und dem Stab 4 der elektrischen Betätigungseinrichtung 300. Ferner ist in der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 der magnetische bewegliche Körper 8 integral mit dem Stab 4 vorgesehen, der mit dem Bypassventil 1 über den Verbindungshebel 3 verbunden ist.
Die Hubposition des magnetischen beweglichen Körpers 8, der mit dem ersten Stab 31 des Stabes 4 integral bewegt wird, wird mit dem Hall-IC des Hubsensors S gemessen. Dadurch kann die Hubposition des Stabes 4, die das Endbetriebsstadium der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 in einem Kraftübertragungspfad ist, direkt gemessen werden. Daher kann die Messgenauigkeit der Hubposition des Stabes 4 verbessert werden, so dass die Steuerbarkeit der Größe des Hubes des Stabes 4, d.h. die Steuerbarkeit des Öffnungsgrades des Bypassventils 1, verbessert werden kann.
Ferner kann in einem Fall, in dem die Hubposition des magnetischen beweglichen Körpers 8, die mit dem Hall-IC des Hubsensors S gemessen wird, die Sollposition beim Verstreichen einer vorbestimmten Zeitperiode nicht erreicht oder sich an diese annähert, bestimmt werden, dass ein Fehler des Stabes 4 oder einer anderen Komponente oder anderen Komponenten der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 (z.B. ein nicht betriebsfähiger Zustand des Bypassventils 1 oder des Stabes 4) vorliegt. Das heißt, dass die Fehlerdiagnose des Bypassventils 1, des Stabes 4 oder einer beliebigen anderen Komponente oder beliebiger anderer Komponenten der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 ausgeführt werden kann. Auf diese Weise können die OBD-Anforderungen erfüllt werden.
Nun wird eine zweite Charakteristik des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Ferner wird in der Bypassventilsteuervorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels, wenn das Bypassventil 1 gedreht (geöffnet oder geschlossen) wird, die Verbindung des Verbindungshebels 3 (der erste Gelenkstift 11, der die Verbindung zwischen dem Verbindungshebel 3 und dem Stab 4 der elektrischen Betätigungseinrichtung ist) entlang des Rotationsbewegungspfades bewegt, der eine gekrümmte bogenförmige Linie (bogenförmiger Pfad) ist, der zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt A und dem vollständig geöffneten Punkt B Verbindung herstellt.
Hier sind die Rotationsbewegungspunkte entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 eingestellt, um den vollständig geschlossenen Punkt A entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3, den vollständig geöffneten Punkt B entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3, den halben Punkt C entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 und den Scheitel P des Schwenkens entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 aufzuweisen.
Wenn die Betriebsbewegungspunkte des Verbindungshebels 3 entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 in der vorstehend beschriebenen Weise eingestellt werden, befindet sich der Scheitel P des Schwenkens entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindugshebels 3 zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt A und dem halben Punkt C, genauer gesagt im Wesentlichen am Median (Mittelpunkt) zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt A und dem halben Punkt C.
Wie es vorstehend beschrieben wurde, befindet sich in der Bypassventilsteuervorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Scheitel P des Schwenkens entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt A und dem halben Punkt C zum Zeitpunkt der Rotation (des Öffnens oder Schließens) des Bypassventils 1. Daher ist es im Vergleich zum Stand der Technik der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP H10- 103 069 A und dem Stand der Technik der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung JP 2010 - 90 766 A möglich, die Größe des Schwenkens des Stabes 4 (Stabachsenschwenkgröße δ) der elektrischen Betätigungseinrichtung 300 zu verringern, wie es in der 6B gezeigt ist. Auf diese Weise kann der Messfehler, der durch das Schwenken des Stabes 4 verursacht werden würde, zum Zeitpunkt des direkten Messens der Größe des Hubes des Stabes 4 klein gestaltet werden.
Ferner befindet sich der Scheitel P des Schwenkens entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 im Wesentlichen im mittleren Punkt zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt A und dem halben Punkt C, wie es vorstehend beschrieben wurde. Daher kann, wie es in den 7A und 7B gezeigt ist, die Größe des Schwenkens des Stabes 4 (die Amplitude des Schwenkens des Stabes 4 je Einheit Rotationswinkel des Verbindungshebels 3) in einem niedrigen Öffnungsgradbereich (einem Bereich, der sich an der Seite des vollständig geschlossenen Grades des halben Grades befindet), wo eine Rate der Änderung bei der Strömungsmenge (oder des Drucks) Q des Abgases in Bezug auf eine Änderung bei der Größe der Verschiebung (der Größe des Hubes) des Stabes 4 in Hubrichtung davon die größte ist, minimiert werden. Anders ausgedrückt kann die Größe des Schwenkens des Stabes 4 (die Amplitude des Schwenkens des Stabes 4 je Einheit Rotationswinkel des Verbindungshebels 3) in dem Bereich zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt A und dem halben Grad C, wo eine hohe Messgenauigkeit erforderlich ist, minimiert werden. Auf diese Weise kann die Messgenauigkeit und die Steuerbarkeit der Größe des Hubes des Stabes 4 mit dem Hubsensor S verbessert werden.
Nun wird eine dritte Charakteristik des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben.
Ferner definiert im Wesentlichen in der Bypassventilsteuervorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Gerade, die die Rotationsachse (Rotationszentrum) O des Verbindungshebels 3 und den Scheitel P des Schwenkens entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 verbindet, im Wesentlichen im rechten Winkel (90°) in Bezug auf die Mittelachse RC des Stabes 4 der elektrischen Betätigungseinrichtung 300. Auf diese Weise kann die Amplitude des Schwenkens des Stabes 4 minimiert werden. Dadurch kann der Messfehler, der durch das Schwenken des Stabes 4 verursacht werden würde, zum Zeitpunkt des direkten Messens der Größe des Hubes des Stabes 4 klein gestaltet werden. Auch können die Messgenauigkeit und die Steuerbarkeit der Größe des Hubes des Stabes 4 mit dem Hubsensor S verbessert werden.
Ferner weist die elektrische Betätigungseinrichtung 300 das Axiallager 5 auf, das den Stab gleitfähig stützt, um die Gleitbewegung des Stabes 4 in Axialrichtung (Hubrichtung) des Stabes 4 zu ermöglichen, während die Schwenkbewegung des Stabes 4 um das Axiallager 5 ermöglicht wird. Gemäß Vorbeschreibung befindet sich der Scheitel P des Schwenkens entlang des Rotationsbewegungspfades des Verbindungshebels 3 zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt A und dem halben Punkt C. Daher kann die Größe des Schwenkens des Stabes 4 minimiert werden. Somit ist es möglich, nachteilige Möglichkeiten zu verringern, wie z.B. die Möglichkeit des Aufbringens der großen Kraft auf das Axiallager 5, eine Möglichkeit des Schleifens des Stabes 4 gegen den Umfangsabschnitt des Axiallagers 5, eine Möglichkeit eines lokalisierten Abriebs an der Verbindung zwischen dem Stab 4 und dem Axiallager 5 und eine Möglichkeit des Auftretens eines Betriebsfehlers des Stabes 4.
Nun werden Modifikationen des vorstehenden Ausführungsbeispiels beschrieben.
In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die Ventilsteuervorrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels als die Bypassventilsteuervorrichtung implementiert, die die elektrische Betätigungseinrichtung 300 steuert, die das Bypassventil 1 antreibt. Alternativ dazu kann die Ventilsteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung als eine Ventilsteuervorrichtung implementiert werden, die eine elektrische Betätigungseinrichtung steuert, die ein Ventilelement (Ventil) eines Abgastemperatursteuerventils steuert, und dieses Abgastemperatursteuerventil steuert ein Verhältnis zwischen einer Menge des Abgasrückführgases (AGR-Gas), das durch eine AGR-Kühleinrichtung geht, und einer Menge des AGR-Gases, das die AGR-Kühleinrichtung umgeht, (stellt dieses ein).
In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist die Betätigungseinrichtung die elektrische Betätigungseinrichtung 300, die zum Antreiben des Bypassventils 1 durch das Hin- und Hergehen des Stabes 4, der mit dem Bypassventil 1 über den Verbindungshebel 3 verbunden ist, in Axialrichtung (der Hubrichtung) durch die Verwendung der Antriebskraft des Elektromotors M verwendet wird. Alternativ dazu kann diese Betätigungseinrichtung durch eine Magnetbetätigungseinrichtung oder eine hydraulische Betätigungseinrichtung ersetzt werden, die eine elektromagnetische Kraft oder eine Hydraulikkraft verwendet, um einen Stab hin und her zu bewegen, der mit dem Ventil verbunden ist, und zwar über einen Hebel in einer Axialrichtung (Hubrichtung).
Ferner kann neben dem Bypassventil 1 die vorliegende Erfindung in eine Ventilsteuervorrichtung implementiert werden, die ein Öffnen und Schließen eines Ventilelementes (Ventils) eines Fluidsteuerventils steuert, das das Fluid steuert, das in einem Strömungskanal strömt.
Ferner ist der Verbrennungsmotor nicht auf den Dieselmotor begrenzt. Das heißt, dass der Verbrennungsmotor ein Benzinmotor sein kann, wenn es gewünscht wird.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen werden für den Fachmann schnell ersichtlich. Die Erfindung in ihren breiten Ausdrücken ist daher nicht auf die spezifischen Einzelheiten, die repräsentative Vorrichtung und die illustrativen Beispiele, die gezeigt und beschrieben wurden, begrenzt.
Ein Rotationsbewegungspunkt einer Verbindung (11) zwischen einem Stab (4) und einem Ventil (1) schwenkt somit zwischen einem vollständig geöffneten Punkt (B), an dem das Ventil (1) vollständig geöffnet ist, und einem vollständig geschlossenen Punkt (A), an dem das Ventil (1) vollständig geschlossen ist. Ein Scheitel (P) dieses Schwenkens ist auf einen Punkt eingestellt, der sich zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt (A) und einem halben Punkt (C) befindet und eine Beziehung von θP > θA erfüllt, wo θP einen Winkel bezeichnet, der zwischen einer ersten imaginären Linie (4B), die zwischen einem Lagerzentrum (OC) eines Stablagers (5) und dem vollständig geöffneten Punkt (B) Verbindung herstellt, und einer zweiten imaginären Linie (4P) definiert ist, die zwischen dem Lagerzentrum (OC) und dem Scheitel (P) des Schwenkens Verbindung herstellt, und wobei θA einen Winkel bezeichnet, der zwischen der ersten imaginären Linie (4B) und einer dritten imaginären Linie (4A), die zwischen dem Lagerzentrum (OC) und dem vollständig geschlossenen Punkt (A) Verbindung herstellt, definiert ist.

Claims

Eine Ventilsteuervorrichtung, die aufweist: ein Ventil (1), das angepasst ist, einen Strömungskanal (9) zu öffnen oder zu schließen, eine Betätigungseinrichtung (300), die einen Stab (4) und ein Stablager (5) aufweist und den Stab (4) antreibt, um den Stab (4) hin und her zu bewegen und das Ventil (1) über den Stab (4) anzutreiben, wobei das Stablager (5) den Stab (4) gleitfähig lagert, um eine Gleitbewegung des Stabs (4) in einer Axialrichtung zu ermöglichen, während eine Schwenkbewegung des Stabes (4) um ein Lagerzentrum (OC) des Stablagers (5) ermöglicht wird, einen Verbindungsmechanismus (500), der einen Hebel (3) aufweist, der zwischen dem Ventil (1) und dem Stab (4) Verbindung herstellt und die Linearbewegung des Stabes (4) ein eine Rotationsbewegung des Ventils (1) umwandelt und eine Einrichtung (303, 400) zum Messen einer Größe der Verschiebung des Stabes (4) in Axialrichtung des Stabes (4), wobei die Betätigungseinrichtung (300) angetrieben wird, um das Öffnen und Schließen des Ventils (1) zu steuern, und zwar auf der Grundlage der Größe der Verschiebung des Stabes (4) in Axialrichtung des Stabes (4), die durch die Messeinrichtung (303, 400) gemessen wird, der Hebel (3) eine Rotationsachse (O) aufweist, die mit einer Rotationsachse des Ventils (1) koaxial verläuft, und zwar an einer Ventilseitenverbindung (12) des Hebels (3), die mit dem Ventil (1) drehbar verbunden ist, der Hebel (3) eine Stabseitenverbindung (11) aufweist, die mit dem Stab (4) drehbar verbunden ist, wobei ein Rotationsbewegungspunkt der Stabseitenverbindung (11) angepasst ist, zwischen einem vollständig geschlossenen Punkt (A) und einem vollständig geöffneten Punkt (B) entlang eines Rotationsbewegungspfades zu schwingen, der ein gekrümmter Pfad ist, der an der Rotationsachse (O) der Ventilseitenverbindung (12) des Hebels (3) zentriert ist und einen vorbestimmten Krümmungsradius hat, wenn ein Öffnungsgrad des Ventils (1) ein vollständig geschlossener Grad wird, um den Strömungskanal (9) vollständig zu schließen, der Rotationsbewegungspunkt der Stabseitenverbindung (11), der sich entlang des Rotationsbewegungspfades bewegt, in den vollständig geschlossenen Punkt (A) entlang des Rotationsbewegungspfades gebracht wird, wenn der Öffnungsgrad des Ventils (1) ein vollständig geöffneter Grad wird, um den Strömungskanal (9) vollständig zu öffnen, der Rotationsbewegungspunkt der Stabseitenverbindung (11), der sich entlang des Rotationsbewegungspfades bewegt, in den vollständig geöffneten Punkt (B) entlang des Rotationsbewegungspfades gebracht wird, wenn der Öffnungsgrad des Ventils (1) ein halber Grad wird, der eine Hälfte eines Winkelgrades zwischen dem vollständig geschlossenen Grad und dem vollständig geöffneten Grad ist, der Rotationsbewegungspunkt der Stabseitenverbindung (11) in einen halben Punkt (C) zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt (A) und dem vollständig geöffneten Punkt (B) entlang des Rotationsbewegungspfades gebracht wird, ein Scheitel (P) des Schwenkens des Rotationsbewegungspunktes der Stabseitenverbindung (11), der angepasst ist, zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt (A) und dem vollständig geöffneten Punkt (B) entlang des Rotationsbewegungspfades zu schwenken, als ein Punkt eingestellt ist, der sich zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt (A) und dem halben Punkt (C) entlang des Rotationsbewegungspfades befindet und der eine Beziehung von θP > θA erfüllt, in der: θP einen Winkel bezeichnet, der zwischen einer ersten imaginären Linie (4B), die zwischen dem Lagerzentrum (OC) und dem vollständig geöffneten Punkt (B) Verbindung herstellt, und einer zweiten imaginären Linie (4P), die zwischen dem Lagerzentrum (OC) und dem Scheitel (P) des Schwenkens Verbindung herstellt, definiert ist und θA einen Winkel bezeichnet, der zwischen der ersten imaginären Linie (4B) und einer dritten imaginären Linie (4A), die zwischen dem Lagerzentrum (OC) und dem vollständig geschlossenen Punkt (A) Verbindung herstellt, definiert ist.
Die Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ventil (1) ein Abgassteuerventil ist, das eine Strömung des Abgases steuert, das von einer Brennkraftmaschine ausgegeben wird.
Die Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rotationsbewegungspfad ein bogenförmiger Pfad ist, der zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt (A) und dem vollständig geöffneten Punkt (B) Verbindung herstellt und an der Rotationsachse des Ventils (1) oder der Rotationsachse (O) der Ventilseitenverbindung (12) des Hebels (3) Verbindung herstellt und den vorbestimmten Krümmungsradius hat.
Die Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich der Scheitel (P) des Schwenkens im Allgemeinen an einem mittleren Punkt zwischen dem vollständig geschlossenen Punkt (A) und dem halben Punkt (C) entlang des Rotationsbewegungspfades befindet.
Die Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Betätigungseinrichtung (300) aufweist: einen Elektromotor (M), der bei seiner Erregung rotiert, einen Untersetzungsmechanismus (301), der eine Drehzahl verringert, die vom Elektromotor (M) ausgegeben wird, und einen Umwandlungsmechanismus (302), der eine Rotationsbewegung des Untersetzungsmechanismus (301) in die Linearbewegung des Stabes (4) umwandelt.
Die Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Untersetzungsmechanismus (301) aufweist: ein Antriebsseitenzahnrad (17), das durch den Elektromotor (M) bei der Rotation des Elektromotors (M) in Rotation versetzt wird, und ein Endzahnrad (18), das mit dem Antriebsseitenzahnrad (17) in Eingriff steht und durch das Antriebsseitenzahnrad (17) angetrieben wird.
Die Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Umwandlungsmechanismus (302) aufweist: einen Nocken (21), der durch den Untersetzungsmechanismus (301) in Rotation versetzt wird und eine Nockennut (22) hat, die konfiguriert ist, um einem Bewegungsmuster des Ventils (1) zu entsprechen, und eine Folgeeinrichtung (23), die in der Nockennut (22) beweglich aufgenommen ist, wobei der Stab (4) eine Lagerwelle (24) aufweist, die die Folgeeinrichtung (23) drehbar lagert, ein Endabschnitt des Stabes (4) mit dem Nocken (21) durch die Folgeeinrichtung (23) und die Lagerwelle (24) verbunden ist und der andere Endabschnitt des Stabes (4) mit dem Ventil (1) verbunden ist.
Die Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Messeinrichtung (303, 400) aufweist: einen magnetisch beweglichen Körper (8), der integral mit dem Stab (4) installiert ist und zumindest einen Magneten (51, 52) aufweist, um ein magnetisches Feld mit einer im Wesentlichen konstanten Dichte eines magnetischen Flusses zu erzeugen, und einen Sensor (S), der ein elektrisches Signal ausgibt, das dem magnetischen Fluss entspricht, der sich im Ansprechen auf die Bewegung des magnetischen beweglichen Körpers (8) in Axialrichtung in Bezug auf den Sensor (S) ändert.
Die Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Messeinrichtung (400) die Größe der Verschiebung des Stabes (4) auf der Grundlage des Elektrosignals misst, das vom Sensor (S) ausgegeben wird.
Die Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Sensor (S) eine magnetische Messfläche (F) aufweist, die angepasst ist, den magnetischen Fluss des magnetischen Feldes zu messen, das durch den magnetisch beweglichen Körper (8) erzeugt wird.
Die Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die ferner einen Ventilsitz (10) aufweist, der im Strömungskanal (9) vorgesehen ist, wobei das Ventil (1) sich gegen den Ventilsitz (10) in Sitzanlage befindet, wenn der Öffnungsgrad des Ventils (1) ein vollständig geschlossener Grad wird, der Ventilsitz (10) eine Öffnung (10a) in sich definiert, um das Fluid durch sich hindurch in den Strömungskanal (9) zu führen, der Scheitel (P) des Schwenkens sich in einer imaginären Ebene (PL) befindet, die sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Mittelachse (V) der Öffnung (10a) des Ventilsitzes (10) befindet und sich über die Rotationsachse (O) des Ventils (1) erstreckt, und der Rotationsbewegungspfad der Stabseitenverbindung (11) des Hebels (3) im Wesentlichen senkrecht zur imaginären Ebene (PL) ist.
Die Ventilsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Ventil (1) eine Welle (2) aufweist, die sich entlang einer ersten imaginären Linie erstreckt, die eine Gerade ist, die sich durch die Rotationsachse (O) des Hebels (3) erstreckt, der Hebel (3) sich entlang einer zweiten imaginären Linie erstreckt, die eine Gerade ist, die sich durch die Rotationsachse (O) des Hebels (3) erstreckt und die zweite imaginäre Linie einen stumpfen Winkel in Bezug auf die erste imaginäre Linie an einer Umfangsseite des Scheitels (P) des Schwenkens definiert, wo sich der vollständig geschlossene Punkt (A) entlang des Rotationsbewegungspfades befindet.