DE112015006422T5

DE112015006422T5 - Wastegate-Stellantrieb und Wastegate-Ventil-Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE112015006422T5
Application number: DE112015006422.2T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Kawamura; Kenta Hatano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-04-06
Filing date: 2015-04-06
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2035-04-07
Also published as: CN107429605B; CN107429605A; US20180003103A1; JPWO2016162923A1; DE112015006422B4; WO2016162923A1; JP6320627B2; DE112015006422T8

Abstract

Ein Wastegate-Stellantrieb weist auf: einen Gleichstrommotor, eine Welle zum Öffnen und Schließen eines Wastegate-Ventils eines Turboladers, und einen Schraubmechanismus zum Umwandeln einer Drehbewegung des Gleichstrommotors in eine Linearbewegung der Welle, und der Schraubmechanismus weist einen Steigungswinkel gemäß einem Strom des Gleichstrommotors auf, der Strom benötigt wird um die Welle in einer Position zu halten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen WG-Stellantrieb und eine WG-Ventil-Antriebseinrichtung, die ein Wastegate (im Folgenden als WG bezeichnet) – Ventil eines Turboladers, der in einem Fahrzeug angebracht ist, öffnen und schließen.
STAND DER TECHNIK
Ein Turbolader ist so gestaltet, dass er eine Turbine durch Verwenden von Abgas eines Motors dreht, einen Kompressor, der mit dieser Turbine an derselben Achse verbunden ist, antreibt, Einlassluft komprimiert und diese komprimierte Einlassluft dem Motor zuführt. Ein WG-Ventil zum Umleiten des Abgases von einem Abgasdurchgang zu einem Umleitungsdurchgang ist vor der Turbine in dem Abgasdurchgang angebracht. Durch Veranlassen des WG-Stellantriebs, das WG-Ventil zu öffnen oder zu schließen, um das Einströmen des Abgases von dem Abgasdurchgang zu dem Umleitungsdurchgang anzupassen, wird die Rotationsanzahl bzw. Drehzahl der Turbine gesteuert (siehe zum Beispiel Patent Literatur 1).
ZITIERTE DOKUMENTE
PATENTLITERATUR

Patent Literatur 1: WO 2012/137345

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Ein gewöhnlicher WG-Stellantrieb passt die Einströmung eines Abgases in einen Umleitungsdurchgang an, indem das Drehmoment eines Gleichstrommotors zu einem WG-Ventil über ein Stirnradgetriebe übertragen wird, um den Öffnungswinkel des WG-Ventils anzupassen. Da der Druck des Abgases, das durch einen Abgasdurchgang strömt, in der Ventilöffnungsrichtung des WG-Ventils aufgebracht wird, ist es notwendig, einen Strom zu veranlassen, zu jeder Zeit durch den Gleichstrommotor zu fließen, um den Öffnungswinkel des WG-Ventils aufrecht zu erhalten. Ein Problem ist, dass weil der Abgasdruck, der auf das WG-Ventil aufgebracht ist, am größten wird, wenn das WG-Ventil vollständig geschlossen ist, es auch notwendig ist, den Strom, der durch den Gleichstrommotor fließt, zu erhöhen und deshalb ist ein übermäßiger Strom nötig.
Die vorliegende Erfindung wurde getätigt, um das oben genannte Problem zu lösen, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Strom des Gleichstrommotors zu verringern, wobei der Strom benötigt wird um die Welle in einer Position in einem WG-Stellantrieb zu halten.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein WG-Stellantrieb vorgesehen, der aufweist: einen Gleichstrommotor; eine Welle zum öffnen und Schließen eines WG-Ventils eines Turboladers; und einen Schraubmechanismus zum Umwandeln einer Drehbewegung des Gleichstrommotors in eine Linearbewegung der Welle, wobei der Schraubmechanismus einen Steigungswinkel gemäß einem Strom des Gleichstrommotors aufweist, wobei der Strom benötigt wird um die Welle in einer Position zu halten.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Drehmoment des Gleichstrommotors über den Schraubmechanismus an das WG-Ventil übertragen, so dass der Strom des Gleichstrommotors durch Verwenden einer Reibungskraft, die in dem Schraubmechanismus auftritt, um die Welle an bzw. in einer Position zu halten, verringert werden kann. Ferner kann der Strom, der durch den Gleichstrommotor fließt, zu einer Zeit des WG-Stellantrieb-Entwurfs (engl. at a time of designing the WG actuator) angepasst werden, indem der Schraubmechanismus veranlasst wird, einen Steigungswinkel zu haben, der abhängig von einem Strom des Gleichstrommotors ist, wobei der Strom benötigt wird, um die Welle an einer Position zu halten. Ein WG-Stellantrieb, in welchem ein kleiner Steigungswinkel verwendet wird, kann im Vergleich zu einem anderen WG-Stellantrieb, in welchem ein großer Steigungswinkel verwendet wird, den Strom des Gleichstrommotors verringern, der erforderlich ist, um die Welle an einer Position zu halten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Anordnung eines WG-Stellantriebs gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Schraubmechanismus des WG-Stellantriebs gemäß Ausführungsform 1;
3 ist ein Diagramm, das den Steigungswinkel des Schraubmechanismus des WG-Stellantriebs gemäß Ausführungsform 1 erläutert; und
4A und 4B sind Diagramme, die die Gewindesteigung des Schraubmechanismus des WG-Stellantriebs gemäß Ausführungsform 1 erläutern, und 4A zeigt ein Beispiel, in welchem ein Auengewindeabschnitt so ausgebildet ist, dass er eine kurze Gewindesteigung aufweist und 4B zeigt ein Beispiel, in welchem der Außengewindeabschnitt so ausgebildet ist, dass er eine lange Gewindesteigung aufweist.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird, um die Erfindung detaillierter zu erläutern, eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Ausführungsform 1. 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine beispielhafte Anordnung eines WG-Stellantriebs 1 gemäß der Ausführungsform 1 zeigt. Ein Turbolader ist so gestaltet, dass er eine Turbine durch Verwenden von Abgas eines Motors dreht, einen Kompressor, der mit dieser Turbine an derselben Achse verbunden ist, antreibt, Einlassluft komprimiert und diese komprimierte Einlassluft dem Motor zuführt. Ein WG-Ventil 2 zum Umleiten des Abgases von einem Abgasdurchgang 100 zu einem Umleitungsdurchgang 101 ist an einer Stromaufwärtsseite des Abgasdurchgangs 100 bezüglich der Turbine angeordnet. Die Rotationsanzahl der Turbine wird durch Öffnen und Schließen des WG-Ventils 2 gesteuert, um die Einströmung des Abgases von dem Abgasdurchgang 100 zu dem Umleitungsdurchgang 101 mit Hilfe des WG-Stellantriebs 1 anzupassen. In 1 stellt eine durchgezogene Linie einen vollständig geschlossenen Zustand des WG-Ventils 2 dar und eine Strichlinie (engl. chain double-dashed line) stellt einen vollständig geöffneten Zustand des WG-Ventils 2 dar.
Der WG-Stellantrieb 1 weist auf: einen Gleichstrommotor 4, der als Antriebsquelle dient, eine Welle 13, die das WG-Ventil 2 öffnet und schließt, und einen Schraubmechanismus 12, der eine Drehbewegung des Gleichstrommotors 4 in eine Linearbewegung der Welle 13 umwandelt. Der Gleichstrommotor 4 weist einen Rotor 6 auf, der einen Magnet 5 hat, welcher in eine Vielzahl von N und S Polen magnetisiert ist, und einen Stator 8, um welchem Spulen 7 gewickelt sind,. Bürsten 11b sind mit den Enden der Spulen 7 verbunden. Der Rotor 6 ist drehbar von einem Lagerabschnitt 14 an einer Seite davon gelagert und ein Kommutator 9 ist an der anderen Seite des Rotors 6 befestigt.
Wenn eine Spannung an einen externen Anschluss 10 angelegt wird, fließt Strom durch die Kommutatorlamellen, die in Kontakt mit Bürsten 11a sind, unter den vielen Kommutatorlamellen, die den Kommutator 9 ausbilden, über die Bürsten 11a, die mit diesem externen Anschluss 10 verbunden sind, und Strom fließt durch die Spulen 7 über die Bürsten 11b, die elektrisch mit diesen Kommutatorlamellen verbunden sind. Der Stator 8 ist durch den Durchfluss des Stroms durch die Spulen 7 in einen N Pol und einen S Pol magnetisiert, und der N Pol und der S Pol des Stators 8 stoßen den N Pol und den S Pol des Magnets 5 ab und ziehen sie an, und dies veranlasst den Rotor 6 sich zu drehen bzw. zu rotieren. Wenn der Rotor 6 rotiert, werden die Spulen 7, durch welche der Strom gezwungen wird, zu fließen, umgeschaltet und folglich werden auch die Pole des Stators 8 umgeschaltet und der Rotor 6 dreht sich weiter. Wenn die Richtung des Stroms umgedreht ist, ist auch die Drehrichtung des Rotors umgedreht.
Obwohl ein DC-Motor mit Bürsten als der Gleichstrommotor 4 in 1 verwendet wird, kann auch ein bürstenloser DC-Motor verwendet werden.
Eine Bohrung zum Anordnen der Welle 13 darin ist in dem Rotor 6 ausgebildet, und ein Innengewindeabschnitt 12a ist an einer inneren Umfangsoberfläche der Bohrung ausgebildet und ein Außengewindeabschnitt 12b ist an einer äußeren Umfangsoberfläche der Welle 13 ausgebildet. Dieser Außengewindeabschnitt 12b ist in den Innengewindeabschnitt 12a geschraubt und mit diesem verbunden, und eine Drehbewegung des Rotors 6 wird in eine Linearbewegung der Welle 13 umgewandelt. Der Schraubmechanismus 12 weist diesen Innengewindeabschnitt 12a und diesen Außengewindeabschnitt 12b auf. Ein Ende der Welle 13 steht durch das Gehäuse 15 hindurch und ist mit dem WG-Ventil 2 über einen Verbindungsmechanismus 3 verbunden. Ein Positionssensor 16 zum Ermitteln der Position dieser Welle 13 in einer axialen Richtung usw. sind an dem anderen Ende der Welle 13 angeordnet.
Der Verbindungsmechanismus 3 weist zwei Platten 3a und 3b auf. Die Welle 13 ist zu einem Ende der Platte 3a verbunden, und ein Ende der Platte 3b ist drehbar mit einem Stützungspunkt 3c verbunden, der an der anderen Endseite dieser Platte 3a angeordnet ist. Das WG-Ventil 2 ist an der anderen Endseite dieser Platte 3b angebracht. Wenn sich die Welle 13 in eine Richtung bewegt, in der die Welle aus dem Gehäuse 15 heraus bewegt wird, als Reaktion auf eine Rotation in einer Richtung des Rotors 6, bewegt sich die Platte 3a auch in dieselbe Richtung, die Platte 3b und das WG-Ventil 2 rotieren bzw. drehen sich um den Stützungspunkt 3c, und das WG-Ventil 2 bewegt sich in eine Ventilöffnungsrichtung. Wenn sich die Welle 13 in eine Richtung bewegt, in der die Welle in das Gehäuse 15 zurück bewegt wird, als Reaktion auf eine Rotation in einer entgegengesetzten Richtung des Rotors 6, bewegt sich die Platte 3a auch in dieselbe Richtung, und die Platte 3b und das WG-Ventil 2 rotieren um den Stützungspunkt 3c, und das WG-Ventil 2 bewegt sich in eine Ventilschließrichtung.
Zwei flache Oberflächen oder dergleichen sind an der Welle 13 ausgebildet, und wirken bzw. dienen bzw. funktionieren als Rotationsbegrenzungsabschnitt 13a. Ferner ist an einer inneren Umfangsoberfläche einer Bohrung des Gehäuses 15, durch welche die Welle 13 hindurchsteht, ein Führungsabschnitt 15a, wie zum Beispiel zwei flache Oberflächen, so ausgebildet, dass er eine Form hat, die mit der Form des Rotationsbegrenzungsabschnitts 13a zusammenpasst. Gleiten zwischen dem Rotationsbegrenzungsabschnitt 13a und dem Führungsabschnitt 15a verhindert, dass die Welle 13 in Synchronisation mit einer Rotation des Rotors 6 rotiert, um die Welle 13 so zu lagern, dass sie eine Linearbewegung ausführt. Ein Anschlag 15b, der in Richtung der Welle 13 hervorsteht, ist an einem Ende des Führungsabschnitts 15a ausgebildet. Indem ein anschlagender Abschnitt 13b, der so geformt ist, dass er von der Welle hervorsteht, veranlasst wird in Kontakt mit dem Anschlag 15b zu kommen, wird die Welle 13 daran gehindert, eine weitere Linearbewegung in Ventilöffnungsrichtung auszuführen. In ähnlicher Weise ist eine Platte, die als Anschlag 15c wirkt, an einem Ende des Schraubmechanismus 12 angeordnet. Indem eine Endoberfläche der Welle 13, die als anschlagender Abschnitt 13c wirkt, veranlasst wird in Kontakt mit dem Anschlag 15c zu kommen, wird die Welle 13 daran gehindert, sich weiter in der Ventilschließrichtung zu bewegen.
In der Platte, die als der Anschlag 15c für die Welle 13 wirkt, steht eine Bohrung mit einem Durchmesser durch, der kleiner als der Außendurchmesser der Welle 13 ist, und eine Welle für einen Sensor 17 wird durch dieses Bohrung geführt, und eine Endoberfläche der Welle für einen Sensor 17 ist in Kontakt mit der Endoberfläche der Welle 13. Demzufolge bewegt sich die Welle für einen Sensor 17 auch hin und her, in Synchronisation mit einer Hin- und Herbewegung in der Axialrichtung der Welle 13. Ein Magnet für einen Sensor 18 ist an dieser Welle für einen Sensor 17 befestigt, und wenn sich die Position des Magneten für den Sensor 18 bezüglich des Positionssensors 16 aufgrund der Hin- und Herbewegung der Welle 13 ändert, ändert sich auch eine Flussdichte, die durch den Positionssensor 16 fließt. Der Positionssensor 16 ist ein Hall Element oder ein magnetoresistives Element und ermittelt die Flussdichte, die sich aufgrund der Hin- und Herbewegung der Welle 13 ändert und wandelt die Flussdichte in ein elektrisches Signal um, das die aktuelle Hubposition der Welle 13 zeigt und gibt das elektrische Signal an eine Steuerungseinrichtung 20 aus.
Die Steuerungseinrichtung 20 empfängt das elektrische Signal, das die aktuelle Hubposition der Welle 13 zeigt, von dem Positionssensor 16. Die Steuerungseinrichtung 20 empfängt auch eine Zielhubposition der Welle 13 von einer nicht dargestellten Motor-Steuerungseinrichtung oder dergleichen.
Die Steuerungseinrichtung 20 führt dann eine Regelung aus, so dass sich die tatsächliche Hubposition der Zielhubposition annähert, um den Strom, der durch den Gleichstrommotor 4 fließt, anzupassen und erzeugt ein Drehmoment, das proportional zu dem fließenden Strom ist, um die Welle 13 zu bewegen und die Welle in einer Position zu halten. Nachfolgend werden das Drehmoment und der fließende Strom, die erforderlich sind, um die Welle 13 in einer Position zu halten, als Haltedrehmoment und Haltestrom bezeichnet.
Die Steuerungseinrichtung 20 ist durch einen Verarbeitungskreislauf implementiert, wie zum Beispiel eine CPU oder ein System LSI, das ein Programm, das in einem Speicher abgelegt ist, ausführt. In dem dargestellten Beispiel ist die Steuerungseinrichtung 20 als eine unabhängige elektronische Steuereinheit gestaltet, aber die Steuerungseinrichtung kann auch so gestaltet sein, dass es als eine Funktion der nicht dargestellten Motor-Steuerungseinrichtung implementiert ist oder kann als Leiterplatte im Inneren des WG-Stellantriebs 1 integriert sein.
2 ist ein vergrößertes Diagramm des Schraubmechanismus 12 des WG-Stellantriebs 1 und zeigt einen Querschnitt des Innengewindeabschnitts 12a und des Außengewindeabschnitts 12b. D kennzeichnet den effektiven Durchmesser des Innengewindeabschnitts 12a und des Außengewindeabschnitts 12b. L kennzeichnet die Gewindesteigung des Innengewindeabschnitts 12a und des Außengewindeabschnitts 12b, und ist die Strecke, die der Außengewindeabschnitt 12b der Welle 13 in der Axialrichtung zurücklegt während der Innengewindeabschnitt 12a des Rotors 6 eine Umdrehung macht.
3 zeigt ein Diagramm, das den Steigungswinkel θ des Schraubmechanismus 12 erläutert. Wenn ein dargestelltes rechtwinkliges Dreieck um einen hohlen Zylinder gewickelt wird, hat eine geneigte Oberfläche 12c des rechtwinkligen Dreiecks eine Spiralform, die sich entlang eines Schraubengewindes bzw. Schraubengangs (engl. screw thread) erstreckt. Der Steigungswinkel θ ist der Winkel der Neigung der geneigten Oberfläche 12c. Das heißt, der Steigungswinkel ist der Winkel, der bezüglich der radialen Richtung des Schraubengewindes ausgebildet ist, das eine Spiralform aufweist. Wenn eine Last W in einer axialen Richtung an dem Innengewindeabschnitt 12a aufgebracht wird, wird eine Kraft Wcosθ senkrecht auf die geneigte Oberfläche 12c aufgebracht. Der Außengewindeabschnitt 12b wird in eine Abwärtsrichtung entlang der geneigten Oberfläche 12c wegen einer Kraft Wsinθ gleiten, und eine Reibungskraft μWcosθ tritt in eine Aufwärtsrichtung entlang der geneigten Oberfläche 12c auf. μ kennzeichnet den Reibungskoeffizienten der geneigten Oberfläche 12c. Wenn der Steigungswinkel θ erhöht wird und die Gleitkraft Wsinθ größer wird als die Reibungskraft μWcosθ, gleitet der Außengewindeabschnitt 12b und die Welle 13 rotiert. Im Allgemeinen, wenn die Reibungskraft μWcosθ und die Gleitkraft Wsinθ gleich groß sind, wird μ gleich tanθ, und dieses θ wird als der Reibungswinkel bezeichnet.
Weil ein Abgasdruck (im Folgenden als ”Ventilöffnungskraft” bezeichnet) in der Ventilöffnungsrichtung auf das WG-Ventil 2 aufgebracht wird, wird auch eine Last W auf die Welle 13, die mit diesem WG-Ventil 2 in Ventilöffnungsrichtung verbunden ist, aufgebracht. Jedoch ist die Reibungskraft μWcosθ zwischen dem Außengewindeschnitt 12b der Welle 13 und dem Innengewindeabschnitt 12a des Rotors 6 aufgebracht, was die Welle 13 daran hindert, sich leicht zu drehen bzw. leicht zu rotieren. Genauer gesagt macht die Bereitstellung des Schraubmechanismus 12 es möglich, die Ventilöffnungskraft des Abgases, die auf die Welle 13 aufgebracht wird, zu verringern.
Weil eine Kraft zum Halten der Welle 13 an einer Position gegen die Ventilöffnungskraft des Abgases im Wesentlichen gleich der Summe der Reibungskraft, die in dem Schraubmechanismus 12 auftritt, und dem Haltedrehmoment des Gleichstrommotors 4 ist, kann, wenn sich die Reibungskraft, die in dem Schraubmechanismus 12 aufritt, erhöht, das Haltedrehmoment des Gleichstrommotors 4 im Verhältnis zu der Erhöhung der Reibungskraft verringert werden, und folglich kann der Haltestrom verringert werden. Demzufolge kann die Anordnung zur Übertragung des Drehmoments des Gleichstrommotors 4 zu dem WG-Ventil 2 über den Schraubmechanismus 12, wie in der Ausführungsform 1 gezeigt, den Strom, der durch den Gleichstrommotor 4 fließt, verringern im Vergleich zu einer konventionellen bzw. gewöhnlichen Anordnung zur Übertragung des Drehmoments des Gleichstrommotors 4 zu dem WG-Ventil 2 über ein Stirnradgetriebe.
Ferner erhöht sich, wenn der Steigungswinkel θ des Schraubmechanismus 12 verringert wird, die Reibungskraft μWcosθ, so dass das Haltedrehmoment, das erforderlich ist um die Welle 13 an einer Position gegen die Last W zu halten, reduziert wird, und der Haltestrom kann ebenfalls verringert werden. Im Gegenteil dazu verringert sich die Reibungskraft μWcosθ, wenn der Steigungswinkel θ erhöht wird, und ein größeres Haltedrehmoment wird benötigt und der Haltestrom erhöht sich ebenfalls.
4A und 4B sind Diagramme, die die Gewindesteigung L des Schraubmechanismus 12 erläutern und 4A zeigt ein Beispiel, in welchem der Außengewindeabschnitt 12b so ausgebildet ist, dass er einen kleinen Steigungswinkel θ hat, d. h. eine kurze Gewindesteigung L und 4B zeigt ein Beispiel, in welchem der Außengewindeabschnitt 12b so ausgebildet ist, dass er einen großen Steigungswinkel θ hat, d. h. eine lange Gewindesteigung L. Obwohl der Außengewindeabschnitt 12b in den 4A und 4B gezeigt wird, ist der Innengewindeabschnitt 12a auch in der gleichen Weise gestaltet. Weil die Gewindesteigung L des Außengewindeabschnitts 12b, die einen kleinen Steigungswinkel θ hat, kurz ist, wird die Geschwindigkeit mit welcher die Welle 13 eine Linearbewegung macht, kleiner als die Geschwindigkeit mit welcher der Rotor 6 rotiert, und die Empfindlichkeit (engl. responsivity) wird vermindert. Im Gegenteil dazu wird, weil die Gewindesteigung L des Außengewindeabschnitts 12b, die einen großen Steigungswinkel θ hat, lang ist, die Geschwindigkeit mit welcher die Welle 13 eine Linearbewegung macht, größer als die Geschwindigkeit mit welcher der Rotor 6 rotiert und die Empfindlichkeit wird verbessert.
Wie oben erwähnt, verringert sich, wenn der Steigungswinkel des Schraubmechanismus 12 verringert wird, der Haltestrom des Gleichstrommotors 4 und die Empfindlichkeit wird vermindert. Im Gegensatz dazu nimmt, wenn der Steigungswinkel des Schraubmechanismus 12 zunimmt, der Haltestrom, der durch den Gleichstrommotor 4 fließt, zu, und die Empfindlichkeit wird verbessert. Auf der Basis der oben genannten Merkmale wird der Steigungswinkel des Schraubmechanismus 12 zu einer Zeit des WG-Stellantrieb-Entwurfs so festgelegt, dass ein gewünschter Haltestrom und ein gewünschter Grad an Empfindlichkeit erfüllt werden. Da der Druck des Abgases, das durch den Abgasdurchgang 100 strömt, sich mit der Zeit ändert, und der Abgasdruck, der auf das WG-Ventil 2 aufgebracht wird, sich in Abhängigkeit vom Öffnungsgrad des WG-Ventils 2 unterscheidet, ist es bevorzugt, dass zum Beispiel ein Steigungswinkel in Übereinstimmung mit dem Durchschnittswert des Haltestroms oder ein Steigungswinkel in Übereinstimmung mit dem Maximalwert des Haltestroms gewählt wird.
Ferner ist es wünschenswert, dass der Steigungswinkel des Außengewindeabschnitts 12b kleiner als der Reibungswinkel gemacht wird, um zu verhindern, dass ein Gleiten zwischen dem Innengewindeabschnitt 12a und dem Außengewindeabschnitt 12b auftritt. Konkret wird der Steigungswinkel θ so gewählt, dass der Reibungskoeffizient μ der geneigten Oberfläche 12c des Schraubmechanismus 12 und der Steigungswinkel θ die folgende Beziehung haben: μ > tanθ in 3. Folglich ist die Reibungskraft μWcosθ, sogar wenn die Last W aufgebracht wird, größer als die Gleitkraft Wsinθ, und demzufolge rotiert die Welle 13 nicht, und der Haltestrom kann auf null verringert werden.
Obwohl das Beispiel zum Verringern des Haltestroms des Gleichstrommotors 4 durch Verringern des Steigungswinkels des Schraubmechanismus 12 oben erläutert ist, wird ein Beispiel zum Verringern des Haltestroms durch Ändern einer Steuerungsmethode, welche die Steuerungseinrichtung 20 zusätzlich zum Ändern des Steigungswinkels nutzt, nachfolgend erläutert. In diesem Beispiel ist der WG-Stellantrieb 1, der in 1 gezeigt ist, so gestaltet, dass wenn die Welle 13 in das Gehäuse 15 zurück bewegt wird bis das WG-Ventil 2 seine vollständig geschlossene Position erreicht hat, der Anschlag 15c und der anschlagende Abschnitt 13c in Kontakt miteinander kommen, wodurch die Bewegung der Welle 13 begrenzt bzw. beschränkt wird. Wenn in dieser Anordnung auf der Basis der tatsächlichen Hubposition der Welle 13, die von dem Positionssensor 16 ermittelt wird, bestimmt wird, dass der WG Stellantrieb die Welle zurück bewegt hat, bis das WG-Ventil 2 die vollständig geschlossene Position erreicht, zieht die Steuerungseinrichtung 20 den Schraubmechanismus 12 nach (engl. retighten), indem der Strom, der durch den Gleichstrommotor 4 fließt, aufrechterhalten wird bis eine vorbestimmte Zeit nach dem Zeitpunkt der Ermittlung abgelaufen ist, um den Rotor 6 in einen Zustand zu rotieren, in dem der anschlagende Abschnitt 13c der Welle 13 in Kontakt mit dem Anschlag 15c ist. Demzufolge erhöht sich die Reibungskraft zwischen dem Innengewindeabschnitt 12a und dem Außengewindeabschnitt 12b und selbst wenn die Last W aufgebracht wird, ist es schwierig für die Welle 13 zu rotieren bzw. sich zu drehen. Demzufolge kann, nachdem die oben genannte vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, der Haltstrom zu einer Zeit des Haltens der Welle an einer Position, die der vollständig geschlossenen Position des WG-Ventils 2 entspricht, verringert werden. Es wird angenommen, dass die oben genannte vorbestimmte Zeit im Vorfeld in einem Speicher in der Steuerungseinrichtung gespeichert ist.
Obwohl der WG-Stellantrieb 1, der in 1 gezeigt ist, so gestaltet ist, dass er die Welle 13 zurück bewegt um das WG-Ventil 2 zu schließen, zieht in einem Fall in dem, im Gegenteil zu dieser Anordnung, der WG-Stellantrieb so gestaltet ist, dass er die Welle 13 heraus bewegt um das WG-Ventil 2 zu schließen, die Steuerungseinrichtung 20 den Schraubmechanismus 12 nach (engl. retighten), indem der Strom, der durch den Gleichstrommotor 4 fließt während einer vorbestimmten Zeit aufrecht erhalten wird, um den Rotor 6 in einen Zustand zu rotieren, in dem der anschlagende Abschnitt 13b der Welle 13 in Kontakt mit dem Anschlag 15b ist.
Wie oben erwähnt, kann der WG-Stellantrieb 1 den Haltestrom, der durch den Gleichstrommotor 4 fließt, verringern, indem die Reibungskraft, die in dem Schraubmechanismus 12 auftritt, benutzt wird um die Welle 13 in einer Position zu halten, weil der WG-Stellantrieb 1 gemäß der Ausführungsform 1 so gestaltet ist, dass er den Gleichstrommotor 4, die Welle 13 zum Öffnen und Schließen des WG-Ventils 2 des Turboladers und den Schraubmechanismus 12 zum Umwandeln einer Drehbewegung bzw. Rotationsbewegung des Gleichstrommotors 4 in eine Linearbewegung der Welle 13 aufweist. Ferner kann der Haltestrom, der durch den Gleichstrommotor 4 fließt, zu einer Zeit zu der der WG-Stellantrieb 1 entworfen wird, angepasst werden indem der Schraubmechanismus 12 veranlasst wird, einen Steigungswinkel in Übereinstimmung mit dem Haltestrom des Gleichstrommotors 4 aufzuweisen, der erforderlich ist um die Welle 13 in einer Position zu halten. Der WG-Stellantrieb 1, in welchem ein kleiner Steigungswinkel verwendet wird, kann den Haltestrom, der erforderlich ist um die Welle 13 in einer Position zu halten, im Vergleich zu dem WG-Stellantrieb 1, in dem ein großer Steigungswinkel verwendet wird, reduzieren bzw. verringern.
Ferner kann gemäß Ausführungsform 1, die Welle 13 daran gehindert werden zu rotieren und der Haltestrom, der durch den Gleichstrommotor 4 fließt kann gleich Null gemacht werden, selbst wenn der Druck des Abgases aufgebracht wird, indem der Steigungswinkel des Schraubmechanismus 12 kleiner gemacht wird als der Reibungswinkel,.
Ferner ist der WG-Stellantrieb 1 gemäß der Ausführungsform 1 so gestaltet, dass der WG-Stellantrieb den Anschlag 15c zum Begrenzen einer Linearbewegung der Welle 13 an der Position, wo das WG-Ventil 2 vollständig geschlossen ist, aufweist und wenn das WG-Ventil 2 vollständig geschlossen ist, erhält die Steuerungseinrichtung 20 den Strom des Gleichstrommotors 4, der für eine Linearbewegung der Welle 13 erforderlich bzw. nötig ist, aufrecht, in einem Zustand, in dem die Welle 13 von dem Anschlag 15c begrenzt wird bis eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, und die Reibungskraft des Schraubmechanismus 12 kann erhöht werden, wenn das WG-Ventil 2 vollständig geschlossen ist. Demzufolge kann der Haltestrom, der erforderlich ist um die Welle 13 in einer Position zu halten, die der vollständig geschlossenen Position des WG-Ventils 2 entspricht, verringert werden.
Obwohl in der oben genannten Erläuterung die Anordnung gezeigt wird, in der die Welle 13 des WG-Stellantriebs 1 gemäß der vorliegenden Erfindung und das WG Ventil 2 durch Verwenden des Verbindungsmechanismus 3 verbunden sind, kann alternativ auch eine Anordnung vorgesehen sein, in der die Welle 13 und das WG-Ventil 2 direkt, ohne Verwendung des Verbindungsmechanismus 3, verbunden sind.
Ferner können eine WG-Ventil-Antriebseinrichtung, die den WG-Stellantrieb 1 gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist und das WG-Ventil 2, welche das Antriebsziel ist, gestaltet sein.
In der vorliegenden Erfindung ist es ersichtlich, dass im Rahmen der Erfindung, zusätzlich zu der oben genannten Ausführungsform verschiedene Änderungen in einer beliebigen Komponente entsprechend der Ausführungsform gemacht werden können und eine beliebige Komponente entsprechend der Ausführungsform weggelassen werden kann.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Weil der WG-Stellantrieb gemäß der vorliegenden Erfindung den Strom, der durch den Gleichstrommotor fließt, verringern kann, ist der WG-Stellantrieb für den Einsatz als ein Stellantrieb oder dergleichen, welcher in einem Fahrzeug angebracht wird, geeignet.
BEZUGSZEICHENLISTE

1 WG-Stellantrieb, 2 WG-Ventil, 3 Verbindungsmechanismus, 3a, 3b Platte, 3c Stützungspunkt, 4 Gleichstrommotor, 5 Magnet, 6 Rotor, 7 Spule, 8 Stator, 9 Kommutator, 10 Anschluss, 11a, 11b Bürste, 12 Schraubmechanismus, 12a Innengewindeabschnitt, 12b Außengewindeabschnitt, 12c geneigte Oberfläche, 13 Welle, 13a Rotationsbegrenzungsabschnitt, 13b, 13c anschlagender Abschnitt, 14 Lagerabschnitt, 15 Gehäuse, 15a Führungsabschnitt, 15b, 15c Anschlag, 16 Positionssensor, 17 Welle für einen Sensor, 18 Magnet für einen Sensor, 20 Steuerungseinrichtung, 100 Abgasdurchgang, 101 Umleitungsdurchgang, D effektiver Durchmesser, L Gewindesteigung, W Last, θ Steigungswinkel.

Claims

Wastegate-Stellantrieb aufweisend: einen Gleichstrommotor; eine Welle zum Öffnen und Schließen eines Wastegate-Ventils eines Turboladers; und einen Schraubmechanismus zum Umwandeln einer Drehbewegung des Gleichstrommotors in eine Linearbewegung der Welle, wobei der Schraubmechanismus einen Steigungswinkel gemäß einem Strom des Gleichstrommotors aufweist, wobei der Strom benötigt wird um die Welle in einer Position zu halten.
Wastegate-Stellantrieb gemäß Anspruch 1, wobei der Steigungswinkel des Schraubmechanismus kleiner ist als ein Reibungswinkel.
Wastegate-Stellantrieb gemäß Anspruch 1 ferner aufweisend: einen Positionssensor zum Ermitteln einer Position der Welle; und eine Steuerungseinrichtung zum Anpassen eines Stroms, der durch den Gleichstrommotor fließt, auf einer Basis der Position der Welle, die von dem Positionssensor ermittelt wird.
Wastegate-Stellantrieb gemäß Anspruch 3 ferner aufweisend: einen Anschlag zum Begrenzen der Linearbewegung der Welle an einer Position, wo das Wastegate-Ventil vollständig geschlossen ist und wobei, wenn das Wastegate-Ventil vollständig geschlossen ist, die Steuerungseinrichtung einen Strom des Gleichstrommotors aufrecht erhält, wobei der Strom für die Linearbewegung der Welle benötigt wird, in einem Zustand in dem die Welle von dem Anschlag begrenzt ist, bis eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist.
Wastegate-Ventil-Antriebseinrichtung aufweisend: den Wastegate-Stellantrieb gemäß Anspruch 1; und ein Wastegate-Ventil, das von dem Wastegate-Stellantrieb angetrieben ist.