DE102012212584A1

DE102012212584A1 - Vorrichtung und verfahren zum steuern eines stellantriebs, welcher das öffnen und schliessen des einlassventils steuert

Info

Publication number: DE102012212584A1
Application number: DE102012212584A
Authority: DE
Inventors: Sang Chul Baek; Min Yong Park; Ho Sung Kim; Jin Kyu Kim; Byeong Kook Han; Byoung Ook Son; Kyoung Won KIM
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp; Leehan Corp; Daesung Electric Co Ltd
Current assignee: Hyundai Motor Co; Leehan Corp; Kia Corp
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2013-09-26
Also published as: CN103161582A; KR101252218B1; US20130146003A1; CN103161582B; JP2013122248A

Abstract

Eine Vorrichtung zum Steuern eines Stellantriebs, welcher das Öffnen und Schließen eines Einlassventils steuert, ist offenbart. Die Vorrichtung enthält eine mit einem Motor verbundene Eingangswelle und eine in Verbindung mit der Eingangswelle drehbare Ausgangswelle, eine Magneteinheit, welche einen ersten Magnet und einen zweiten Magnet enthält, welche auf konzentrischen Kreisen vorgesehen sind, wobei der erste Magnet derart vorgesehen ist, dass unterschiedliche Pole in einem Winkel von 90° abwechselnd angeordnet sind, und der zweite Magnet derart vorgesehen ist, dass unterschiedliche Pole in einem vorbestimmten Winkel abwechselnd angeordnet sind, und eine Steuereinheit, in welcher ein erster Hall-Sensor in einem Rotationsabschnitt des ersten Magnets zum Abtasten einer Änderung der Polarität des ersten Magnets und ein zweiter Hall-Sensor und dritter Hall-Sensor in einem Rotationsabschnitt des zweiten Magnets zum Abtasten einer Änderung der Polarität des zweiten Magnets angeordnet sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Stellantriebs, welcher das Öffnen und Schließen eines Einlassventils steuert. Genauer betrifft dieselbe eine Vorrichtung und ein Verfahren, welche den Stellantrieb derart steuern, dass sich das Einlassventil abhängig von Betätigungszuständen einer Kraftmaschine öffnet und schließt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Vereinfachen der Stellantriebstruktur und verringert folglich mit derselben assoziierte Ausgestaltungskosten und verbessert ferner die Steuerpräzision des Stellantriebs.
2. Beschreibung der verwandten Technik
In letzter Zeit erfolgten verschiedene Bestrebungen zur Verbesserung der Leistung und Effizienz einer Fahrzeugkraftmaschine. Diese Bestrebungen haben den Versuch enthalten die Einlasseffizienz durch Anpassen der Form eines Einlasskrümmers und durch Steuern des Zeitpunktes, zu welchem sich ein Einlassventil öffnet und schließt, zu verbessern.
1 veranschaulicht einen Stellantrieb, welcher in dem Einlasskrümmer eingebaut ist, um den Zeitpunkt zu steuern, zu welchem sich das Einlassventil öffnet und schließt. Wie gezeigt, enthält der Stellantrieb ein Gehäuse 100, welches am Einlasskrümmer befestigt ist. Das Gehäuse bringt einen Antriebsmotor 2, welcher mit einem Ritzel 24 auf einer Antriebswelle versehen ist, einen zweistufigen Getriebeteil 4, welcher eine Vielzahl an Getriebeteilen enthält und eine Welle aufweist, welche mit der Innenseite des Gehäuses 100 gekoppelt ist, einen Ventilgetriebeteil 6, welcher mit dem zweistufigen Getriebeteil 4 in Eingriff steht und mit einer Ventilwelle 400, wie beispielsweise eine Zentralwelle, versehen ist, und einen Sensorteil 8 unter, welcher in einem Abschnitt des Ventilgetriebeteils 6 montiert und zum Abtasten des Drehwinkels der Ventilwelle 400 vorgesehen ist. Hier ist der Sensorteil 8 innerhalb des Gehäuses 100 installiert, um einem Magnet 64 zu entsprechen, und wird unter Verwendung eines Hall-Elementes 82 implementiert.
Insbesondere berechnet eine Steuereinheit nach einer Verschiebung zwischen den Magnetfeldern des Hall-Elementes 82 und den Magnetfeldern des Magnets 64 im Ventilgetriebeteil 6 die Verschiebung. Basierend auf der berechneten Verschiebung bestimmt die Steuereinheit, ob der Antriebsmotor 2 anzutreiben ist, und wenn dem so ist, in welche Richtung der Antriebsmotor 2 anzutreiben ist.
Zwar erzeugen die verschiedenen Bauteile solch eines Stellantriebs, wie beispielsweise ein Drehmagnet und ein Sensor, lineare Ausgänge, welche die Auflösung (Präzision) erhöhen, aber dieselben sind jedoch relativ kostspielig.
Andererseits können zwar relativ kostengünstige Elemente, wie beispielsweise ein Hall-Element, verwendet werden, aber die Auflösung (Präzision) der sich ergebenden Produkte kann herabgesetzt sein.
Vorangehendes soll lediglich das bessere Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung fördern und nicht bedeuten, dass die vorliegende Erfindung innerhalb des Bereiches der verwandten Technik liegt, welcher jemandem mit technischen Fähigkeiten bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Folglich erfolgte die vorliegende Erfindung unter Berücksichtigung der obigen Probleme, welche im Stand der Technik auftreten, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Stellantriebs zu liefern, welcher das Öffnen und Schließen eines Einlassventils steuert, insbesondere durch Steuern des Öffnungs- und Schließzeitpunktes des Einlassventils abhängig von den Betätigungszuständen einer Kraftmaschine. Die vorliegende Vorrichtung und das vorliegende Verfahren können folglich den Zufluss des Einlasses optimieren.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Stellantriebs zu liefern, welcher das Öffnen und Schließen eines Einlassventils steuert, insbesondere durch Steuern des Grads, zu welchem sich das Einlassventil öffnet und schließt. Nach der vorliegenden Erfindung können preislich wettbewerbsfähige Abtastteile zum Verringern der Kosten verwendet und auch die Steuerpräzision des Stellantriebs verbessert werden.
Um die obigen Aufgaben zu erfüllen, liefert die vorliegende Erfindung gemäß einem Aspekt eine Vorrichtung zum Steuern eines Stellantriebs, welcher das Öffnen und Schließen eines Einlassventils steuert. Die Vorrichtung kann Folgendes enthalten: eine Eingangswelle, welche mit einem Motor verbunden ist und in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung drehbar angetrieben werden kann; eine Ausgangswelle, welche vorgesehen ist, um in Verbindung mit der Eingangswelle drehbar zu sein, und welche mit einem ersten Ende versehen ist, welches mit einem Einlassventil verbunden ist, damit die Betätigung der Ausgangswelle das Einlassventil öffnet und schließt; eine Magneteinheit, welche an einem zweiten Ende der Ausgangswelle vorgesehen und in Verbindung mit der Ausgangswelle drehbar ist, wobei die Magneteinheit einen ersten Magnet und einen zweiten Magnet enthält, welche auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind, wobei der erste Magnet derart angeordnet ist, dass unterschiedliche Pole in einem Winkel von 90° abwechselnd angeordnet sind, und der zweite Magnet derart angeordnet ist, dass unterschiedliche Pole in einem vorbestimmten Winkel, in welchem das Steuern eines Drehwinkels erwünscht wird, abwechselnd angeordnet sind; und eine Steuereinheit, welche auf einem Abschnitt der Magneteinheit vorgesehen und derart konfiguriert ist, dass ein erster Hall-Sensor in einem Rotationsabschnitt des ersten Magnets zum Abtasten einer Änderung der Polarität des ersten Magnets mit der Drehung der Magneteinheit montiert ist und ein zweiter Hall-Sensor und ein dritter Hall-Sensor in einem Rotationsabschnitt des zweiten Magnets zum Abtasten einer Änderung der Polarität des zweiten Magnets mit der Drehung der Magneteinheit montiert sind, wobei sich, wenn sich einer des zweiten oder dritten Hall-Sensors auf einer Abgrenzung zwischen unterschiedlichen Polen befindet, der Andere in einer Mitte eines beliebigen Pols befindet.
Wenn sich der erste Hall-Sensor auf einer Abgrenzung zwischen unterschiedlichen Polen des ersten Magnets befindet, kann sich vorzugsweise einer des zweiten oder dritten Hall-Sensors auf einer Abgrenzung zwischen unterschiedlichen Polen des zweiten Magnets befinden.
Vorzugsweise kann der erste Magnet nur in einem Abschnitt montiert sein, in welchem der erste Magnet durch den ersten Hall-Sensor abgetastet wird, wenn die Magneteinheit gedreht wird.
Vorzugsweise kann der erste Magnet als Einzelmagnet montiert sein.
Vorzugsweise ist der zweite Magnet nur in einem Abschnitt montiert, in welchem der zweite Magnet durch den zweiten und dritten Hall-Sensor abgetastet wird, wenn die Magneteinheit gedreht wird.
Vorzugsweise können der erste und zweite Magnet Gummimagneten sein.
Vorzugsweise können die Hall-Sensoren eingebaut sein, um vom ersten und zweiten Magnet durch einen vorbestimmten Abstand innerhalb eines Bereiches der Magnetfelder des ersten und zweiten Magnets beabstandet zu sein.
Die Eingangswelle kann vorzugsweise mit einer Schnecke und die Ausgangswelle mit einem Schneckenrad versehen sein, welches auf derselben derart ausgebildet ist, dass das Schneckenrad gedreht wird während es mit der Schnecke in Eingriff steht.
Die Steuereinheit kann vorzugsweise eine Stelle, an welcher die Änderung der Polarität des ersten Magnets durch den ersten Hall-Sensor abgetastet wird, wenn die Magneteinheit gedreht wird, als eine absolute Stelle einstellen.
Vorzugsweise kann die Steuereinheit Änderungen der relativen Polaritäten des zweiten Magnets, welcher durch den zweiten und dritten Hall-Sensor abgetastet wird, bestimmen, wenn die Änderung der Polarität des ersten Magnets durch den ersten Hall-Sensor abgetastet wird, und folglich eine Drehrichtung des Motors bestimmen. Andere Aspekte und beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden unten erörtert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung klarer verständlich, welche in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen genommen wurde, in welchen:
1 eine Ansicht ist, welche die Struktur eines in einem herkömmlichen Einlasskrümmer montierten Stellantriebs zeigt;
2 eine vergrößerte Perspektivansicht ist, welche die Außen- und Innenkonstruktion der Vorrichtung zum Steuern des Stellantriebs nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine seitliche Schnittansicht ist, welche die Vorrichtung zum Steuern des Stellantriebs nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine Ansicht ist, welche die Form einer Magneteinheit und die Lagen der Hall-Sensoren nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
5 eine Ansicht ist, welche Abweichungen in Wellenformsignalen abhängig von der Abtastung der Hall-Sensoren beim Drehen der Magneteinheit nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Es sollte klar sein, dass die beiliegenden Zeichnungen nicht unbedingt maßstabsgetreu sind und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale darstellen, welche für die grundlegenden Prinzipien der Erfindung veranschaulichend sind. Die spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, die hierin offenbart sind und beispielsweise bestimmte Maße, Orientierungen, Plätze und Formen enthalten, werden zum Teil durch die bestimmte vorgesehene Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt werden.
In den Figuren beziehen sich die Bezugsnummern überall in den mehreren Figuren der Zeichnung auf die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden nur bestimmte beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lediglich zur Veranschaulichung gezeigt und beschrieben. Wie jemand mit technischen Fähigkeiten erkennen wird, können die beschriebenen Ausführungsformen auf mehrere verschiedene Weisen modifiziert werden ohne vom Wesen oder Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Folglich gelten die Zeichnungen und Beschreibung als veranschaulichender Art und nicht beschränkend. Ähnliche Bezugsnummern bezeichnen überall in der Beschreibung ähnliche Elemente.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur zum Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine” und „der/die/das” auch die Pluralformen enthalten, sofern der Kontext dies nicht anderweitig klar erkennen lässt. Es wird zudem klar sein, dass das Wort „aufweisen” und Variationen, wie beispielsweise „weist auf” oder „aufweisend”, wenn nicht ausdrücklich gegenteilig beschrieben, das Vorhandensein der genannten Merkmale, ganzen Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder den Zusatz von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen derselben ausschließen. Zudem bedeuten die Ausdrücke „-er”, „-or” und „Modul”, welche in der Beschreibung beschrieben sind, Einheiten zur Verarbeitung von zumindest einer Funktion und Operation und können durch Hardwarekomponenten oder Softwarekomponenten oder Kombinationen derselben implementiert werden. Wie hierin verwendet, enthält der Ausdruck „und/oder” irgendeine und alle Kombinationen aus einem oder mehreren der assoziierten, aufgelisteten Gegenstände.
Es sollte klar sein, dass der Ausdruck „Fahrzeug” oder „Fahrzeug-” oder ein anderer ähnlicher Ausdruck, der hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen enthält, wie beispielsweise Personenkraftwagen, welche Geländefahrzeuge (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene Geschäftswagen enthalten, Wasserfahrzeuge, welche eine Vielzahl an Booten und Schiffen enthalten, Luftfahrzeuge und Ähnliches, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, elektrische Plug-In-Hybridfahrzeuge, Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge mit alternativen Brennstoffen enthält (z. B. Brennstoffe, welche aus anderen Rohstoffen als Erdöl gewonnen werden). Wie hierin bezeichnet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehr Leistungsquellen aufweist, wie beispielsweise sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben werden.
Wie in den 2 bis 5 gezeigt, enthält eine Vorrichtung zum Steuern eines Stellantriebs, welcher das Öffnen und Schließen eines Einlassventils steuert, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Folgendes: eine Eingangswelle 10, eine Ausgangswelle 20, eine Magneteinheit 30 und eine Steuereinheit 40. Die Eingangswelle 20 ist mit einem Motor 11 verbunden und wird in einer Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung drehbar angetrieben. Die Ausgangswelle 20 ist konfiguriert und angeordnet, um in Verbindung mit der Eingangswelle 10 gedreht zu werden, und mit einem Ende versehen, welches mit einem Einlassventil 21 verbunden ist, so dass die Betätigung der Ausgangswelle 20 das Einlassventil 21 öffnet und schließt. Die Magneteinheit 30 ist am anderen Ende der Ausgangswelle 20 vorgesehen und konfiguriert, um sich in Verbindung mit der Ausgangswelle 20 zu drehen. Wie gezeigt, ist die Magneteinheit 30 mit einem ersten Magnet 31 und einem zweiten Magnet 32 versehen, welche auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Insbesondere ist der erste Magnet 31 derart angeordnet, dass unterschiedliche Pole in einem Winkel von 90° abwechselnd angeordnet sind, und der zweite Magnet 32 derart angeordnet, dass unterschiedliche Pole in einem vorbestimmten Winkel, in welchem das Steuern des Drehwinkels erwünscht wird, abwechselnd angeordnet sind. Die Steuereinheit 40 ist auf einem Abschnitt der Magneteinheit 30 vorgesehen und derart konfiguriert, dass ein erster Hall-Sensor 41, welcher im Rotationsabschnitt des ersten Magnets 31 angeordnet ist, eine Änderung der Polarität des ersten Magnets 31 mit der Drehung der Magneteinheit 30 abtastet und dass ein zweiter Hall-Sensor 42 und ein dritter Hall-Sensor 43, welche im Rotationsabschnitt des zweiten Magnets 32 montiert sind, eine Änderung der Polarität des zweiten Magnets 32 mit der Drehung der Magneteinheit 30 abtasten. In diesem Fall befindet sich, wenn sich einer des zweiten Hall-Sensors 42 oder dritten Hall-Sensors 43 auf einer Abgrenzung zwischen zwei unterschiedlichen Polen befindet, der Andere in der Mitte eines beliebigen Pols.
Insbesondere ist die Eingangswelle 10 mit dem Motor 11 gekoppelt und wird in Verbindung mit dem Motor 11 gedreht. Die Welle eines Antriebszahnrads 12 ist an einen Endabschnitt des Motors 11 gekoppelt und das angetriebene Zahnrad 13 ist angeordnet, um gedreht zu werden während es mit dem Antriebszahnrad 12 in Eingriff steht. In diesem Fall kann eine Schnecke 15 auf dem angetriebenen Zahnrad 13 entlang der Achsenrichtung des angetriebenen Zahnrads 13 ausgebildet sein.
Zudem ist die Ausgangswelle 20 zum Übertragen der Antriebskraft des Motors 11, welche von der Eingangswelle 10 aufgenommen wird, zum Einlassventil 21 vorgesehen. Die Ausgangswelle 20 ist an eine Drosselplatte (nicht gezeigt) zum Öffnen und Schließen des Einlassventils 21 gekoppelt und zum Steuern des Öffnens und Schließens des Einlassventils 21 abhängig von der Drehung der Ausgangswelle 20 vorgesehen.
In diesem Fall ist ein Schneckenrad 25 auf der Ausgangswelle 20 ausgebildet und konfiguriert und angeordnet, um während des Eingriffs mit der Schnecke 15 drehbar zu sein. Das Schneckenrad 25 kann fächerförmig ausgebildet sein, so dass der Drehwinkel desselben auf 90° beschränkt ist.
Zudem ist die Magneteinheit 30 auf der Oberseite der Ausgangswelle 20 feststehend montiert und derart konfiguriert, dass der erste Magnet 31 auf dem inneren Kreis der konzentrischen Kreise um die Ausgangswelle 20 herum angeordnet ist und der zweite Magnet 32 auf dem äußeren Kreis derselben montiert ist.
Nach einer Ausführungsform kann der erste Magnet 31 in vier Pole magnetisiert sein und zum Abtasten und Steuern einer Betätigung zum Öffnen und Schließen des Ventils in einem Winkel von 90° vorgesehen sein. Der zweite Magnet 32 kann in 60 Pole magnetisiert sein und zum Abtasten und Steuern des Ventils in einem Winkel von 3° (360°/60 Pole/2 = 3°) als Mindesteinheit vorgesehen sein. Natürlich ist es möglich, den ersten und/oder zweiten Magnet 31, 32 in mehr oder weniger Pole, als diese, welche beschrieben wurden, zu magnetisieren.
Die Steuereinheit 40 kann eine Leiterplatte (PCB) sein und derart konfiguriert sein, dass ein erster Hall-Sensor 41, der zweite Hall-Sensor 42 und der dritte Hall-Sensor 43 vorgesehen sind. Wenn die Bedingung erfüllt ist, dass sich, wenn sich einer des zweiten oder dritten Hall-Sensors 42 und 43 auf der Abgrenzung zwischen unterschiedlichen Polen befindet, der Andere in der Mitte eines beliebigen Pols befindet, können in Bezug auf die Installationsorte des zweiten und dritten Hall-Sensors 42 und 43 dann der zweite und dritte Hall-Sensor 42 und 43 innerhalb des Abschnitts des zweiten Magnets 32 frei montiert werden.
Insbesondere ist, wie in der Zeichnung (4) gezeigt, der dritte Hall-Sensor 43 angeordnet, um sich in der Mitte des N- oder S-Pols des zweiten Magnets 32 zu befinden, wenn sich der zweite Hall-Sensor 42 auf der Abgrenzung zwischen den N- und S-Polen des zweiten Magnets 32 befindet.
Die folglich beschriebene Eingangswelle 10, Ausgangswelle 20, Magneteinheit 30 und Steuereinheit 40 sind in einem Gehäuse 1 montiert, um den Stellantrieb auszubilden.
Wenn sich der erste Hall-Sensor 41 auf der Abgrenzung zwischen unterschiedlichen Polen des ersten Magnets 31 befindet, können nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einer des zweiten Hall-Sensors 42 und dritten Hall-Sensors 43 vorgesehen sein, um sich auf der Abgrenzung zwischen unterschiedlichen Polen des zweiten Magnets 32 zu befinden.
Wie in der Zeichnung (4) gezeigt, befindet sich insbesondere der zweite Hall-Sensor 42 auf der Abgrenzung zwischen dem N- und S-Pol des zweiten Magnets 32, wenn sich der erste Hall-Sensor 41 auf der Abgrenzung zwischen dem N- und S-Pol des ersten Magnets 31 befindet. In diesem Fall ist der dritte Hall-Sensor 43 vorgesehen, um sich in der Mitte des N-Pols oder S-Pols des zweiten Magnets 32 zu befinden, wie oben beschrieben wurde.
Mit dieser Konstruktion erfolgt ein Übergang der Wellenform eines Signals, welches durch den ersten Hall-Sensor 41 abgetastet wird, von einem hohen Signal in ein niedriges Signal oder von einem niedrigen Signal in ein hohes Signal gemäß der Änderung der Polarität des ersten Magnets 31. Zur gleichen Zeit wird die Wellenform eines Signals, welches durch den zweiten Hall-Sensor 42 abgetastet wird, in Form eines Rechteckwellensignals erzeugt, dessen Pegel sich in ein hohes Signal und niedriges Signal abhängig von einer Änderung der Polarität des zweiten Magnets 32 ändert. Dies tritt auf, da sich der zweite Hall-Sensor 42, welcher den zweiten Magnet 32 abtastet, auch auf der Abgrenzung befindet, an welcher sich die Polarität des zweiten Magnets 32 ändert.
Daher können der Drehwinkel und die Drehgeschwindigkeit der Magneteinheit 30 basierend auf dem Wellenformsignal des zweiten Magnets 32 präziser erfasst und gesteuert werden, welcher durch den zweiten Hall-Sensor 42 in Bezug auf die absolute Stelle abgetastet und erfasst wurde, an welcher sich der Pol des ersten Magnets 31 ändert.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der erste Magnet 31 nur in einem Abschnitt montiert sein, in welchem derselbe durch den ersten Hall-Sensor 41 abgetastet wird, wenn die Magneteinheit 30 gedreht wird.
Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der erste Magnet 31 als Einzelelement eingebaut sein.
D. h., der Drehwinkel der Ausgangswelle 20 kann beschränkt sein, um sich für den Winkel zu eignen, in welchem die Drosselplatte des Einlassventils 21 gedreht wird. Da die Magneteinheit 30, welche an der Ausgangswelle 20 befestigt ist, auch nur innerhalb des vorbestimmten Drehwinkels gedreht wird, kann der erste Magnet 31 innerhalb des Drehwinkels eingebaut sein, in welchem der erste Hall-Sensor 41 den ersten Magnet 31 abtastet, und erfordert nicht innerhalb des Drehabschnitts eingebaut zu sein, in welchem der erste Hall-Sensor 41 keine Abtastung durchführt.
Insbesondere misst nach der beschriebenen Ausführungsform der erste Magnet 31 die absolute Stelle bzw. absolute Lage der Ausgangswelle 20 und stellt dieselbe sein. Wenn nur ein einzelner erster Magnet 31, welcher aus Polen in einem Winkel von 90° besteht, in den Abschnitt eingebaut ist, in welchem der erste Hall-Sensor 41 den ersten Magnet 31 abtastet, dann wird ein Impulssignal, dessen Wellenformpegel sich verändert, an einem Endabschnitt des ersten Magnets 31 erzeugt. Insbesondere wird das Impulssignal an einem Abschnitt erzeugt, in welchem die Abtastung beginnt oder endet, und ermöglicht folglich das Einstellen einer absoluten Lage der Ausgangswelle 20 unter Verwendung der Bereitstellung des einzelnen ersten Magnets 31.
Daher ist es möglich, die Struktur des ersten Magnets 31 zu minimieren/vereinfachen, damit die Kosten und das Gewicht der folglich ausgebildeten Produkte verringert werden können.
Nach der vorliegenden Erfindung kann zudem der zweite Magnet 32 in nur dem Abschnitt montiert sein, in welchem der zweite Magnet 32 durch den zweiten Hall-Sensor 42 und den dritten Hall-Sensor 43 abgetastet wird, wenn die Magneteinheit 30 gedreht wird.
Wie oben beschrieben wurde, kann insbesondere der Drehwinkel der Ausgangswelle 20 beschränkt werden, um sich für den Drehwinkel der Drosselplatte des Einlassventils 21 zu eignen.
Da die Magneteinheit 30, welche an der Ausgangswelle 20 befestigt ist, auch nur innerhalb des vorbestimmten Drehwinkels gedreht wird, kann in diesem Fall der zweite Magnet 32 innerhalb des Drehwinkels montiert sein, in welchem der zweite Hall-Sensor 42 und dritte Hall-Sensor 43 den zweiten Magnet 32 abtasten. Der zweite Magnet 32 muss folglich nicht in dem Drehabschnitt montiert sein, in welchem der zweite Hall-Sensor 42 und dritte Hall-Sensor 43 den zweiten Magnet 32 nicht abtasten.
Daher kann auch die Struktur des zweiten Magnets 32 minimiert/vereinfacht werden und folglich die Kosten und das Gewicht der folglich ausgebildeten Produkte weiter verringert werden.
Nach verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann jeder des ersten Magnets 31 und zweiten Magnets 32 ein Gummimagnet sein. Insbesondere können der erste Magnet 31 und zweite Magnet 32, welche durch den ersten Hall-Sensor 41, den zweiten Hall-Sensor 42 und den dritten Hall-Sensor 43 abgetastet werden, Gummimagneten sein, welche preislich wettbewerbsfähig sind. An sich kann der Produktionspreis der folglich ausgebildeten Produkte weiter verringert werden.
Nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Hall-Sensoren montiert sein, um vom ersten Magnet 31 und zweiten Magnet 32 durch einen vorbestimmten Abstand „d” innerhalb des Bereiches der Magnetfelder des ersten Magnets 31 und zweiten Magnets 32 beabstandet zu sein.
Nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Schnecke 15 auf der Eingangswelle 10 vorgesehen und das Schneckenrad 25 auf der Ausgangswelle 20 ausgebildet sein, so dass das Schneckenrad 25 gedreht wird während es mit der Schnecke 15 in Eingriff steht.
Insbesondere werden die Schnecke 15 und das Schneckenrad 25 in Form eines Schneckengetriebes auf der Eingangswelle 10 und auf der Ausgangswelle 20 miteinander in Eingriff gebracht und ermöglichen folglich das rotierende Antreiben der Ausgangswelle 20 durch das Antreiben des Motors 11. Zudem kann diese Anordnung gleichzeitig das rotierende Antreiben des Motors 11 in Rückwärtsrichtung unterdrücken.
Bei der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinheit 40 die Stelle, an welcher eine Änderung der Polarität des ersten Magnets 31 durch den ersten Hall-Sensor 41 abgetastet wird, auf eine absolute Stelle einstellen, wenn die Magneteinheit 30 gedreht wird.
Insbesondere wird durch Ausbilden jedes Pols des ersten Magnets 31 in einer Fächerform von 90° eine Änderung der Polarität des ersten Magnets 31 notwendigerweise durch den ersten Hall-Sensor 41 während des Öffnens oder Schließens des Ventils in einem Winkel von 90° abgetastet werden. In diesem Fall wird die Stelle zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Polaritätsänderung abgetastet wird, als die absolute Stelle eingestellt, damit der Grad, zu welchem sich das Ventil öffnet und schließt, gesteuert werden kann.
Bei der vorliegenden Erfindung kann, wenn die Polaritätsänderung des ersten Magnets 31 durch den ersten Hall-Sensor 41 abgetastet wird, die Steuereinheit 40 Änderungen der relativen Polaritäten des zweiten Magnets 32, welcher durch den zweiten Hall-Sensor 42 und dritten Hall-Sensor 43 abgetastet wird, bestimmen. An sich kann die Rotationsrichtung des Motors 11 abgetastet und bestimmt werden.
Die Betätigungen und Effekte der vorliegenden Erfindung werden ferner nachstehend in Bezug auf die 2 und 3 detailliert beschrieben werden.
Wenn die Steuereinheit 40 einen Wert zum Steuern des Öffnens/Schließens des Ventils entsprechend der Soll-Leistung einer Kraftmaschine als Signal anlegt, wird der Motor 11 unter Verwendung eines Pulsweitenmodulations-Steuerschemas (PWM-Steuerschema) in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung angetrieben.
Da die Eingangswelle 10 durch das Antreiben des Motors 11 gedreht wird, wird auf diese Weise auch die Ausgangswelle 20 in Verbindung mit der Eingangswelle 10 gedreht. Da die Magneteinheit 30, welche an der Ausgangswelle 20 befestigt ist, und die Drosselplatte des Ventils in Verbindung miteinander gedreht werden, wird die in das Einlassventil 21 strömende Luftmenge gesteuert.
Da die Magneteinheit 30 in Verbindung mit der Ausgangswelle 20 gedreht wird, werden in diesem Fall Änderungen der Polaritäten des ersten Magnets 31 und zweiten Magnets 32, welche in der Magneteinheit 30 montiert sind, durch den ersten Hall-Sensor 41, den zweiten Hall-Sensor 42 und den dritten Hall-Sensor 43 abgetastet. Folglich wird ein Öffnungs-/Schließwert für das Einlassventil 21 durch Erfassen des Drehwinkels, der Rotationsrichtung und der absoluten Lage der Ausgangswelle 20 gesteuert.
D. h., eine detaillierte Beschreibung erfolgt in Bezug auf die 4 und 5. Wenn die Magneteinheit 30 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, wenn dieselbe in dem Zustand gezogen wird, in welchem sich der erste Hallsensor 41 auf der Begrenzung zwischen dem N- und S-Pol des ersten Magnets 31 befindet (diese Stelle wird eine absolute Stelle), wird der erste Magnet 31 auch entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Da sich der S-Pol des ersten Magnets 31 dem ersten Hallsensor 41 nähert, erfolgt mittels dieser Drehung ein Übergang des Wellenformsignals von einem hohen Signal in ein niedriges Signal.
Ferner wird gleichzeitig damit auch der zweite Magnet 32 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Da sich der N-Pol des zweiten Magnets 32 dem zweiten Hallsensor 42 nähert, welcher sich auf der Begrenzung zwischen dem N- und S-Pol des zweiten Magnets 32 befindet, erfolgt dann ein Übergang des Wellenformsignals von einem niedrigen Signal in ein hohes Signal. Wenn sich die Polarität wieder vom N-Pol in den S-Pol ändert, erfolgt ein Übergang des Wellenformsignals von einem hohen Signal in ein niedriges Signal.
Zudem erfolgt an der Stelle des dritten Hallsensors 43, welcher sich in der Mitte des S-Pols des zweiten Magnets 32 befindet, da die Stelle des S-Pols des zweiten Magnets 32 zu der des N-Pols bewegt wird, ein Übergang des Wellenformsignals von einem niedrigen Signal in ein hohes Signal. Wenn sich die Polarität des zweiten Magnets 32 wieder vom N-Pol in den S-Pol ändert, erfolgt ein Übergang des Wellenformsignals von einem hohen Signal in ein niedriges Signal.
Insbesondere wird basierend auf der absoluten Stelle, welche durch den ersten Hall-Sensor 41 abgetastet wird, bestimmt, ob die durch den zweiten Hall-Sensor 42 und den dritten Hall-Sensor 43 abgetasteten Signale hohe oder niedrige Signale sind, und folglich die Bestimmung der Richtung ermöglicht.
Wie oben beschrieben wurde, stellt die vorliegende Erfindung die absolute Stelle unter Verwendung des ersten Hall-Sensors 41 ein und steuert die Rotationsrichtung durch das Bestimmen relativer Wellenformsignale, welche durch den zweiten Hall-Sensor 42 und dritten Hall-Sensor 43 an der absoluten Stelle erfasst werden. An sich kann der Zeitpunkt zum Öffnen und Schließen des Einlassventils 21 abhängig von den Betätigungszuständen einer Kraftmaschine gesteuert werden und daher der Zufluss des Einlasses optimiert werden.
Zudem können in der vorliegenden Erfindung der erste Magnet 31 und zweite Magnet 32 als Gummimagneten vorgesehen sein, welche preislich wettbewerbsfähig sind und konfiguriert und angeordnet sind, um durch den ersten Hall-Sensor 41, den zweiten Hall-Sensor 42 und den dritten Hall-Sensor 43 abgetastet und gesteuert zu werden, und folglich die Produktionskosten von Produkten während des Verbesserns der Steuerpräzision des Stellantriebs verringern.
Wie oben beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung eine absolute Stelle unter Verwendung eines ersten Hall-Sensors einstellen und eine Rotationsrichtung durch Bestimmen von relativen Wellenformsignalen, welche durch einen zweiten und dritten Hall-Sensor an der absoluten Stelle abgetastet werden, ungefähr steuern. An sich kann der Zeitpunkt zum Öffnen und Schließen eines Einlassventils abhängig von den Betätigungszuständen einer Kraftmaschine gesteuert und ein Einlasszufluss optimiert werden.
Da der erste und zweite Magnet Gummimagneten sein können, welche preislich wettbewerbsfähig sind, und durch einen ersten, zweiten und dritten Hall-Sensor abgetastet und gesteuert werden können, ist ein weiterer Vorteil, dass die Produktionskosten der Produkte verringert werden können während die Steuerpräzision des Stellantriebs verbessert werden kann.
Zwar wurde die obige beispielhafte Ausführungsform beschrieben eine einzelne Steuereinheit zu verwenden, aber es ist klar, dass die oben erwähnte Vorrichtung auch durch mehrere Steuerungen oder Einheiten gesteuert werden kann.
Zudem kann die Steuerlogik ferner in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet und als nicht-transitorische, computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Datenträger ausgeführt werden, welcher ausführbare Programmbefehle enthält, welche durch einen Prozessor, eine Steuerung oder Ähnliches ausgeführt werden. Beispiele computerlesbarer Datenträger enthalten Festwertspeicher, Direktzugriffsspeicher, Compact-Disc-Festwertspeicher (CD-ROMs), Magnetbänder, Disketten, Speichersticks, Chipkarten und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufnahmemedium kann auch in netzwerkgekoppelten Computersystemen verteilt sein, so dass die computerlesbaren Medien auf verteilte Weise gespeichert und ausgeführt werden, z. B. durch einen Telematikserver oder ein Controller Area Network (CAN).
Zwar wurden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichenden Zwecken offenbart, aber jemand mit technischen Fähigkeiten wird einsehen, dass verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Ersetzungen möglich sind ohne vom Bereich und Wesen der Erfindung abzuweichen, die in den beiliegenden Ansprüchen offenbart ist.

Claims

Vorrichtung zum Steuern eines Stellantriebs, welcher das Öffnen und Schließen eines Einlassventils steuert, aufweisend: eine Eingangswelle, welche mit einem Motor verbunden und in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung drehbar ist; eine Ausgangswelle, welche konfiguriert und angeordnet ist, um in Verbindung mit der Eingangswelle drehbar zu sein, und mit einem ersten Ende versehen ist, welches mit einem Einlassventil verbunden ist, damit die Betätigung der Ausgangswelle das Einlassventil öffnet und schließt; eine Magneteinheit, welche an einem zweiten Ende der Ausgangswelle vorgesehen ist und konfiguriert und angeordnet ist, um in Verbindung mit der Ausgangswelle drehbar zu sein, wobei die Magneteinheit einen ersten Magnet und einen zweiten Magnet enthält, welche auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind, wobei der erste Magnet derart vorgesehen ist, dass unterschiedliche Pole in einem Winkel von 90° abwechselnd angeordnet sind, und der zweite Magnet derart vorgesehen ist, dass unterschiedliche Pole in einem vorbestimmten Winkel, in welchem das Steuern eines Drehwinkels erwünscht wird, abwechselnd angeordnet sind; und eine Steuereinheit, welche auf einem Abschnitt der Magneteinheit vorgesehen und derart konfiguriert ist, dass ein erster Hall-Sensor in einem Rotationsabschnitt des ersten Magnets vorgesehen ist, um eine Änderung der Polarität des ersten Magnets mit der Drehung der Magneteinheit abzutasten, und dass ein zweiter Hall-Sensor und ein dritter Hall-Sensor in einem Rotationsabschnitt des zweiten Magnets vorgesehen sind, um eine Änderung der Polarität des zweiten Magnets mit der Drehung der Magneteinheit abzutasten, wobei sich, wenn sich einer des zweiten oder dritten Hall-Sensors auf einer Abgrenzung zwischen unterschiedlichen Polen befindet, der Andere in einer Mitte eines beliebigen Pols befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich, wenn sich der erste Hall-Sensor auf einer Abgrenzung zwischen unterschiedlichen Polen des ersten Magnets befindet, der zweite oder dritte Hall-Sensor auf einer Abgrenzung zwischen unterschiedlichen Polen des zweiten Magnets befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Magnet nur in einem Abschnitt vorgesehen ist, in welchem der erste Magnet durch den ersten Hall-Sensor abgetastet wird, wenn die Magneteinheit gedreht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste Magnet als Einzelmagnet vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Magnet nur in einem Abschnitt vorgesehen ist, in welchem der zweite Magnet durch den zweiten und dritten Hall-Sensor abgetastet wird, wenn die Magneteinheit gedreht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Magnet und zweite Magnet Gummimagneten sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Hall-Sensoren konfiguriert und angeordnet sind, um vom ersten und zweiten Magnet durch einen vorbestimmten Abstand innerhalb eines Bereiches der Magnetfelder des ersten und zweiten Magnets beabstandet zu sein.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Eingangswelle mit einer Schnecke und die Ausgangswelle mit einem Schneckenrad versehen ist, wobei die Schnecke und das Schneckenrad derart konfiguriert und angeordnet sind, dass das Schneckenrad gedreht wird während es mit der Schnecke in Eingriff steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit zum Einstellen einer Stelle, an welcher eine Änderung der Polarität des ersten Magnets durch den ersten Hall-Sensor abgetastet wird, wenn die Magneteinheit gedreht wird, als absolute Stelle vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit zum Bestimmen von Änderungen in relativen Polaritäten des zweiten Magnets, welcher durch den zweiten und dritten Hall-Sensor abgetastet wird, wenn die Änderung der Polarität des ersten Magnets durch den ersten Hall-Sensor abgetastet wird, und folglich zum Bestimmen einer Rotationsrichtung des Motors vorgesehen ist.