DE3907133A1

DE3907133A1 - Device for adjusting a throttling element in a fluid line

Info

Publication number: DE3907133A1
Application number: DE19893907133
Authority: DE
Inventors: Guenter Baitz
Original assignee: Nixdorf Computer AG; Nixdorf Computer Corp
Current assignee: Wincor Nixdorf International GmbH
Priority date: 1988-09-20
Filing date: 1989-03-06
Publication date: 1990-03-22
Also published as: DE3907133C2

Abstract

In the case of a device for adjusting a throttling element (12) in a fluid line (10), in particular of a motor vehicle engine, having a driving device (16) acting on the throttling element (12) and a controlling device (54) controlling said driving device, the driving device is an electromagnetic actuating drive (16) comprising a magnet arrangement (18) and a coil arrangement (34) and operating on the plunger-coil or moving-coil principle, the movable actuator (magnet arrangement (18) or coil arrangement (34)) of which is drivingly connected to the throttling element (12). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen eines Drosselelementes in einer Fluid-Leitung, insbe sondere bei einem Kraftfahrzeugmotor mit einer an dem Drosselelement angreifenden Antriebseinrichtung und einer diese steuernden Steuereinrichtung. Unter Drosselelement ist dabei zum Beispiel eine herkömmliche drehbare Drosselklappe oder auch ein linear verstell barer mit einem Ventilsitz zusammenwirkender Ventil körper zu verstehen.The invention relates to a device for adjusting a throttle element in a fluid line, esp especially in a motor vehicle engine with one on the Throttle element attacking drive device and a control device controlling this. Under Throttle element is, for example, a conventional one rotatable throttle valve or a linear adjustment Valve interacting with a valve seat to understand body.

Es ist bekannt, eine Drosselklappe in einem Vergaser oder in einem Turbolader für Kraftfahrzeugmotoren ent weder unmittelbar mechanisch, beispielsweise über einen Seilzug oder aber in Abhängigkeit von den Betriebs bedingungen des Kraftfahrzeugmotors über einen pneu matischen Antrieb zu verstellen, indem man beispiels weise einen bei bestimmten Betriebsbedingungen auftre tenden Unterdruck auf einen Stellzylinder einwirken läßt. Das letztgenannte System wurde vor allem deswegen bevorzugt, weil man der Auffassung war, daß man auf diese Weise die Drosselklappe in Anpassung an die tat sächlich vorhandenen Betriebsbedingungen verstellen könne. Es hat sich nun gezeigt, daß diese Art der Ver stellung einer Drosselklappe insbesondere in Turbo ladern nicht genau und schnell genug ist, um die in vielen Ländern verschärften Bestimmungen über die Ab gase von Kraftfahrzeugmotoren erfüllen zu können.It is known to have a throttle valve in a carburetor or ent in a turbocharger for automotive engines neither directly mechanically, for example via a Cable pull or depending on the operation Conditions of the motor vehicle engine via a tire to adjust the mechanical drive, for example exhibit one under certain operating conditions acting negative pressure on an actuating cylinder leaves. The latter system was mainly because of this preferred because you thought you were on this way the throttle in adaptation to that did Adjust the existing operating conditions can. It has now been shown that this type of ver position of a throttle valve, especially in turbo load is not accurate and fast enough to get in many countries tightened provisions on the Ab to meet gases from motor vehicle engines.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich tung der eingangs genannten Art anzugeben, die es er möglicht, mit äußerst geringen Schaltzeiten, d.h. ge ringer Trägheit eine Einstellung des Drosselelementes in jede gewünschte Stellung mit äußerster Präzision zu ermöglichen.The invention has for its object a Vorrich tion of the type mentioned at the beginning, which he possible, with extremely short switching times, i.e. ge ring inertia an adjustment of the throttle element to any desired position with extreme precision enable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antriebseinrichtung ein eine Magnetanordnung 18 und eine Spulenanordnung 34 umfassender, nach dem Tauch spulen- oder Drehspulprinzip arbeitender elektromagne tischer Stellantrieb ist, dessen bewegliches Stellglied (Magnetanordnung oder Spulenanordnung) mit dem Drossel element in Antriebsverbindung steht.This object is achieved in that the drive device is a magnet assembly 18 and a coil assembly 34 comprising, according to the plunger coil or moving coil principle working electromagnetic actuator, the movable actuator (magnet assembly or coil assembly) is in drive connection with the throttle element.

Antriebe dieser Art werden in Magnetplattenspeichern zur Verstellung der Magnetköpfe relativ zu den Magnet platten verwendet. Es hat sich überraschenderweise ge zeigt, daß diese Antriebe, die an sich auf dem Gebiet der Datentechnik für ein Produkt der Feinstmechanik entwickelt wurden, dessen Herstellung und Betrieb die genaue Einhaltung definierter Umgebungsbedingungen ver langt und das sehr empfindlich gegen grobe mechanische Einflüsse ist, unter den rauhen mechanischen Umgebungs bedingungen in einem Kraftfahrzeugmotor und der dort herrschenden hohen Temperatur präzise und fehlerfrei arbeiten. Der erfindungsgemäße Antrieb ermöglicht eine fast trägheitsfreie Verstellung des Drosselelementes auf jeden gewünschten Wert mit äußerster Genauigkeit. Die Verschleißanfälligkeit eines derartigen Antriebes ist sehr gering. Im Gegensatz zu pneumatischen Stell einrichtungen können keine die Funktion der Stellein richtung beeinträchtigenden Dichtungsprobleme auftre ten. Die an die Verstelleinrichtung gestellten Anforde rungen, wie beispielsweise eine Lebensdauer von 10 Schaltspielen, eine hohe Genauigkeit bei der Verstel lung des Drosselelementes (0,5° bei der Verstellung einer Drosselklappe) sowie eine Sicherheit gegenüber Schwingungsbeschleunigungen von 15G lassen sich mühelos erfüllen.Drives of this type are in magnetic disk storage to adjust the magnetic heads relative to the magnet plates used. It has surprisingly been shows that these drives, which in themselves are in the field of data technology for a product of precision mechanics were developed, the manufacture and operation of which exact compliance with defined environmental conditions and is very sensitive to rough mechanical Influences is under the harsh mechanical environment conditions in a motor vehicle engine and the there prevailing high temperature precise and error-free work. The drive according to the invention enables Almost inertia-free adjustment of the throttle element to any desired value with extreme accuracy. The susceptibility to wear of such a drive is very low. In contrast to pneumatic actuators facilities cannot function as a position directional sealing problems The requirements placed on the adjustment device such as a lifespan of 10 Switching cycles, a high level of accuracy in the adjustment throttle element (0.5 ° during adjustment a throttle valve) as well as security Vibration accelerations of 15G are effortless fulfill.

Der Stellantrieb kann dabei sowohl für eine geradlinige Bewegung des Stellgliedes, eine Drehbewegung desselben oder auch für eine Bewegung des Stellgliedes entlang einer kreisbogenförmigen Bahn ausgebildet sein. Eine geradlinige Bewegung des Stellgliedes eignet sich ins besondere für die Verstellung eines Drosselelementes, das beispielsweise von einem in einem zylindrischen Ventilgehäuse axial verstellbar angeordneten Ventil körper gebildet ist. Ist das Drosselelement dagegen eine drehbar gelagerte Drosselklappe, so umfaßt die An triebsverbindung zwischen den geradlinig bewegbaren Stellglied und der Drosselklappenwelle zweckmäßiger weise einen Kurbelantrieb. Bei einer Drehung des Stell gliedes oder einer Bewegung des Stellgliedes entlang einer kreisbogenförmigen Bahn, wobei das Stellglied an einem um eine Achse schwenkbaren Träger angeordnet ist, kann der Träger entweder direkt drehfest mit der Dros selklappe verbunden sein oder über eine Getriebeanord nung mit der Drosselklappe in Antriebsverbindung stehen.The actuator can be used both for a straight line Movement of the actuator, a rotary movement of the same or for a movement of the actuator along an arcuate path. A rectilinear movement of the actuator is suitable especially for the adjustment of a throttle element, for example from one in a cylindrical Valve housing axially adjustable valve body is formed. Is the throttle element against it a rotatably mounted throttle valve, so includes the drive connection between the rectilinearly movable Actuator and the throttle valve shaft more appropriate as a crank drive. With a rotation of the Stell member or a movement of the actuator an arcuate path, the actuator on a carrier which is pivotable about an axis is arranged, the wearer can either rotate directly with the Dros Selklappe be connected or via a gear arrangement with the throttle valve in the drive connection stand.

Eine besonders kompakte Anordnung ergibt sich für ein drehbar gelagertes Drosselelement, wenn die Magnetan ordnung des Stellantriebs wenigstens zwei jeweils Permentmagnete tragende, senkrecht zur Wellenachse ge richtete Magnetrückschlußplatten umfaßt, die drehfest mit dem Drosselelement verbunden und durch parallel zur Wellenachse gerichtete Distanzelemente in axialem Abstand gehalten sind sowie eine Spulenordnung zwischen sich einschließen, die mit einem den Stellantrieb einschießenden Gehäuse starr verbunden ist. Eine Alternativlösung hierzu sieht vor, daß die Magnetanordnung des Stellantriebes wenigstens zwei je weils Permanentmagnete tragende, senkrecht zur Wellen achse gerichtete Magnetrückschlußplatten umfaßt, von denen wenigstens eine mit dem Gehäuse verbunden ist und die durch parallel zur Wellenachse gerichtete Distanz elemente oder direkt durch Befestigung an der Gehäuse wand in axialem Abstand gehalten sind sowie eine Spulenanordnung zwischen sich einschließen, die mit dem Drossselelement verbunden ist. Dabei kann die Spulenan ordnung in beiden Fällen einen Kern umgeben, der starr mit den Magnetrückschlußplatten verbunden ist.A particularly compact arrangement results for a rotatably mounted throttle element when the magnet order of the actuator at least two each Perment magnets carrying, perpendicular to the shaft axis ge directed magnetic return plates, which non-rotatably connected to the throttle element and through spacer elements parallel to the shaft axis in are kept axial distance and a coil order between themselves, the one with the Actuator enclosing housing rigidly connected is. An alternative solution to this provides that the Magnet arrangement of the actuator at least two each Weil permanent magnets, perpendicular to the waves includes axis-directed magnetic return plates, of which at least one is connected to the housing and the distance directed parallel to the shaft axis elements or directly by attachment to the housing wall are kept at an axial distance and a Include coil assembly between them that with the Throttle element is connected. The spools can order in both cases surround a nucleus that is rigid is connected to the magnetic return plates.

Eine weitere Ausführungsform, die besonders für die Verstellung eines drehbar gelagerten Drosselelementes geeignet ist, ist in den Ansprüchen 7 und 8 beschrie ben.Another embodiment, especially for the Adjustment of a rotatable throttle element is suitable, is described in claims 7 and 8 ben.

Beim Abstellen oder bei Ausfall des Motors sollte eine Möglichkeit bestehen, das Drosselelement in eine defi nierte Stellung zu überführen. Dies kann entweder durch eine Federanordnung erfolgen, die an dem Drosselelement oder an dem Stellglied angreift oder auch durch eine spezielle Rückstelleinrichtung. Zum Beispiel könnte die Rückstelleinrichtung eine Hilfsspannungsquelle, wie etwa einen Kondensator in der Steuerschaltung umfassen, der sich bei Ausfall oder beim Abschalten der Strom versorgung des Stellantriebes über die Spulenanordnung desselben im Sinne eines Öffnens oder Schließens des Drosselelementes entlädt.When switching off or if the engine fails, one should Possibility exist, the throttle element in a defi transferred position. This can be done either a spring arrangement take place on the throttle element or attacks on the actuator or by a special reset device. For example, the Reset device an auxiliary voltage source, such as may include a capacitor in the control circuit, which is in the event of failure or when the power is turned off supply of the actuator via the coil arrangement the same in the sense of opening or closing the Throttle element discharges.

Um das Stellglied und damit auch das Drosselelement in einer bestimmten Position relativ zu dem jeweils ande ren Teil zu halten, besteht die Möglichkeit, das Stell glied gegen die Kraft einer Feder zu verstellen, wobei der Stellweg nur von der Stromstärke des die Spulenan ordnung durchfließenden Stromes abhängt. Dabei besteht jedoch die Gefahr, daß die Federkraft der Feder nicht präzise bestimmbar ist oder sich mit der Zeit und den Umgebungsbedingungen ändert. Eine Lösung, die eine sehr viel präzisere Positionierung des Stellgliedes und damit auch des Drosselelementes erlaubt, besteht erfin dungsgemäß darin, daß die Steuereinrichtung eine Posi tionsregelschleife aufweist, umfassend einen dem be weglichen Stellglied oder dem Drosselelement zugeord neten Positionsgeber und einen Positionsregler zum Ver gleich von Positions-Sollwerten und den vom Posi tionsgeber ermittelten Positions-Istwerten sowie zur Erzeugung von Steuersignalen in Abhängigkeit des Ist wert-Sollwert-Vergleiches. Über diese Regelschleife kann die Position des Stellgliedes außerordentlich genau eingestellt werden. Die Positionsgeber können dabei auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein. So kann der Positionsgeber einen Sensor und einen Träger mit Markierungen umfassen, wobei eines der Teile mit dem Stellglied oder dem Drosselelement verbunden ist und das andere ortsfest angeordnet ist. Über den Sensor werden bei der Bewegung des Stellgliedes die Markierun gen gezählt, so daß daraus die Position des Stell gliedes bestimmt werden kann. Die Abtastung der Markie rungen kann dabei auf optischem, induktivem oder kapazitivem Weg erfolgen. Es wäre auch möglich, die Po sition über eine Widerstandsmessung zu ermitteln. To the actuator and thus the throttle element in a certain position relative to the other hold their part, there is the possibility of to adjust member against the force of a spring, being the travel only depends on the current of the coils order through current depends. There is however there is a risk that the spring force of the spring will not is precisely determinable or changes with time and the Ambient conditions changes. A solution that's a very much more precise positioning of the actuator and so that the throttle element is also allowed to exist according to the fact that the control device a Posi tion control loop, comprising a be movable actuator or the throttle element position transmitter and a position controller for ver equal to position setpoints and those from the Posi position transducer determined actual position values and for Generation of control signals depending on the actual value-setpoint comparison. About this control loop the position of the actuator can be extraordinary can be set precisely. The position sensors can be designed in different ways. So the position transmitter can have a sensor and a support with markings, one of the parts with the actuator or the throttle element is connected and the other is stationary. About the sensor the markings when the actuator moves gen counted so that the position of the position link can be determined. Scanning the markie can be on optical, inductive or capacitive way. It would also be possible to have the buttocks determination via a resistance measurement.

Um die Betriebsbedingungen direkt berücksichtigen zu können, kann die Steuereinrichtung eine zweite Regel schleife aufweisen, die einen in der Fluidleitung nahe dem Drosselelement angeordneten Sensor zur Messung eines Strömungsparameter-Istwertes, einen Parameter- Sollwertgeber und einen Regler umfassen, der in Abhän gigkeit eines Istwert-Sollwert-Vergleiches einen Positions-Sollwert erzeugt. Es können auch die erste oder Positionsregelschleife und die den Strömungsparameter berücksichtigende zweite Regel schleife einander überlagert sein. Zur Stabilisierung der vorstehend beschriebenen Regelvorrichtung kann vor gesehen sein, daß ein weiterer Eingang des Positions reglers mit dem Ausgang einer Schaltungsanordnung ver bunden ist, die aufgrund des Positions-Istwertes und eines von dem Steuerstrom in der Spulenanordnung des Stellantriebes abgeleiteten Signals einen Schätzwert für die Verstellgeschwindigkeit des Drosselelementes erzeugt.To take into account the operating conditions directly can, the control device can a second rule have a loop that is close in the fluid line the throttle element arranged sensor for measurement a flow parameter actual value, a parameter Setpoint generator and a controller that depend in Dep of an actual value / setpoint comparison Position setpoint generated. It can also be the first or position control loop and the Second rule taking flow parameters into account loop overlay each other. For stabilization the control device described above can be seen that another entrance of the position ver with the output of a circuit arrangement is bound, due to the actual position value and one of the control current in the coil arrangement of the Actuator-derived signal an estimate for the adjustment speed of the throttle element generated.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbin dung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfindng an hand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:Further features and advantages of the invention result from the following description, which is in Verbin with the accompanying drawings of the invention hand explained by embodiments. Show it:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einem Stellantrieb, bei dem die Spulenanordnung des Stellantriebes schwenkbar gelagert ist, Fig. 1 is a partially cutaway perspective view of a first embodiment of the invention with an actuator in which the coil arrangement of the actuator is pivotally mounted,

Fig. 2 eine teilweise schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einer linear bewegbaren Spule des Stell antriebes, Fig. 2 drive is a partially schematic side view of a second embodiment of the invention with a linearly movable coil of the actuator,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die in Fig. 2 darge stellte Anordnung in Richtung des Pfeiles A in Fig. 2, Fig. 3 is a plan view of the in Fig. 2 Darge arrangement presented in the direction of arrow A in Fig. 2,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform eines Stellan triebes mit verschwenkbarer Spulenanordnung, Fig. 4 shows a third embodiment of a drive with a pivotable Stellan coil arrangement,

Fig. 5 eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer vierten Ausführungsform mit einem Stellantrieb nach Art eines Dreh spulenantriebes, Fig. 5 is a partially sectioned perspective view of a drive coil of a fourth embodiment with an actuator by way of a pivot,

Fig. 6 einen die Achse enthaltenden schematischen Schnitt durch den Stellantrieb gemäß Fig. 5, Fig. 6 shows a schematic section containing the axis, by the actuator of FIG. 5

Fig. 7 und 8 den Fig. 5 und 6 entsprechende Darstel lungen einer fünften Ausführungsform der Er findung und FIGS. 7 and 8 in Figs. 5 and 6 corresponding depicting settings of a fifth embodiment of the invention He and

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer Steuer vorrichtung zur Ansteuerung des Stellan triebes. Fig. 9 is a schematic representation of a control device for controlling the actuator drive.

In Fig. 1 erkennt man ein Rohrstück 10, in dem eine kreisscheibenförmige Drosselklappe 12 mit einer senk recht zur Rohrachse gerichteten Welle 14 schwenkbar ge lagert ist. Die Drosselklappe ist dabei in Fig. 1 in einer halb geöffneten Stellung dargestellt. In Fig. 1 you can see a pipe section 10 in which a circular disc-shaped throttle valve 12 with a shaft 14 directed perpendicular to the tube axis is pivotally mounted GE. The throttle valve is shown in a half-open position in FIG. 1.

Die Drosselklappe 12 ist mittels eines allgemein mit 16 bezeichneten elektromagnetischen Stellantriebes verstell bar. Dieser umfaßt eine Magnetanordnung 18 mit einem Magnetjoch, das drei kreisbogenförmige konzentrisch zuein ander angeordnete Schenkel 20, 22 und 24 umfaßt, die sich über 90° erstrecken und an ihrem einen Ende durch einen Querschenkel 26 einstückig miteinander verbunden und an ihrem anderen Ende durch ein aufgeschraubtes Abschluß stück 28 miteinander verbunden sind, so daß der Magnet kreis geschlossen ist. An der Innenseite der gekrümmten Schenkel 20 und 24 ist jeweils ein konzentrisch zu diesen gekrümmter Permanentmagnet 30 bzw. 32 angeordnet. Der Stellantrieb 16 umfaßt ferner eine Rechteckspule 34, die den mittleren gekrümmten Schenkel 22 der Magnetanordnung 18 umgibt und an den freien Enden zweier einen Spulen träger bildenden Hebel 36, 38 angeordnet ist, die mit ihren anderen Enden drehfest mit einer Welle 40 verbunden sind, die koaxial zu der Krümmungsachse der gekrümmten Schenkel 20 bis 24 der Magnetanordnung 18 angeordnet ist.The throttle valve 12 is adjustable by means of a generally designated 16 electromagnetic actuator. This comprises a magnet arrangement 18 with a magnetic yoke, which comprises three circular arc-shaped legs 20 , 22 and 24 arranged concentrically to one another, which extend over 90 ° and are integrally connected at one end by a cross leg 26 and at the other end by a screwed-on one End piece 28 are connected to each other, so that the magnetic circuit is closed. On the inside of the curved legs 20 and 24 , a permanent magnet 30 and 32 , respectively, is arranged concentrically to these. The actuator 16 further comprises a rectangular coil 34 which surrounds the central curved leg 22 of the magnet arrangement 18 and is arranged at the free ends of two levers 36 , 38 forming a coil carrier, which are connected at their other ends in a rotationally fixed manner to a shaft 40 which is arranged coaxially to the axis of curvature of the curved legs 20 to 24 of the magnet arrangement 18 .

Die Welle 40 verläuft ferner koaxial mit der Drosselklap penwelle 14 und ist mit dieser über eine nicht näher dar gestellte Kupplung 42 drehfest gekuppelt. Die Welle 40 ist von einer Torsionsfeder 44 umgeben, die mit ihrem einen Ende an einem rohrfesten Anschlag 46 und mit ihrem anderen Ende an einer sektorscheibenförmigen Verlängerung 48 des Hebels 36 angreift. Die Vorspannung der Torsionsfeder ist so gewählt, daß sie die Drosselklappe 12 im stromlosen Zustand der Spule 34 öffnet.The shaft 40 also extends coaxially with the Drosselklap penwelle 14 and is rotatably coupled to this via a clutch 42 not shown. The shaft 40 is surrounded by a torsion spring 44 , which engages with one end on a tubular stop 46 and with its other end on a sector-shaped extension 48 of the lever 36 . The bias of the torsion spring is selected so that it opens the throttle valve 12 when the coil 34 is de-energized.

Die sektorscheibenförmige Verlängerung 48 trägt eine kreis bogenförmig gekrümmte Markierungsleiste 50 mit optisch, induktiv, kapazitiv oder auf sonstigem Wege abtastbaren Markierungen, denen ein entsprechender ortsfester Sensor 52 zugeordnet ist. Die von dem Sensor 52 ausgehenden Si gnale oder Impulse werden einer Steuervorrichtung 54 zuge führt, die aus den eingehenden Signalen die Position des Hebels 36 und damit der Spule 34 relativ zur Magnetanord nung 18 und damit auch die Winkelstellung der Drosselklap pe 12 ermittelt. In einem nicht dargestellten Komparator der Steuervorrichtung 54 werden die auf diese Weise er mittelten Positions-Istwerte mit der Steuervorrichtung vor gegebenen Positions-Istwerten verglichen. Abhängig von dem Vergleich wird die Stromstärke des der Spule 34 über eine Steuerleitung 56 zugeführten Stromes im Sinne einer Anpassung der Positions-Istwerte an die Positions-Soll werte verändert. Die Position der Spule und damit auch die Winkelstellung der Drosselklappe kann auf diese Weise nahezu trägheitsfrei äußerst präzise eingestellt werden. Die von der Torsionsfeder 44 ausgeübte Rückstellkraft dient nur dazu, die Drosselklappe bei stromloser Spule 34 in ihrer Offenstellung zu überführen. Die jeweilige Position der Spule 34 bei Stromfluß hängt dagegen nicht von der Kraft der Feder 31 ab, sondern wird nur durch den die Spule 34, die Steuereinrichtung 54 und dem Positionsgeber 50, 52 umfassenden Regelkreis bestimmt.The sector disk-shaped extension 48 carries a circular arc-shaped marking strip 50 with markings that can be scanned optically, inductively, capacitively or in some other way, to which a corresponding stationary sensor 52 is assigned. The outgoing from the sensor 52 signals or pulses are supplied to a control device 54 which determines the position of the lever 36 and thus the coil 34 relative to the magnet arrangement 18 and thus also the angular position of the throttle valve 12 from the incoming signals. In a comparator (not shown) of the control device 54 , the actual position values determined in this way are compared with the control device before given actual position values. Depending on the comparison, the current intensity of the current supplied to the coil 34 via a control line 56 is changed in the sense of an adaptation of the actual position values to the desired position values. The position of the coil and thus also the angular position of the throttle valve can be adjusted extremely precisely in this way with almost no inertia. The restoring force exerted by the torsion spring 44 only serves to transfer the throttle valve in its open position when the coil 34 is de-energized. The respective position of the coil 34 with current flow, however, does not depend on the force of the spring 31 , but is only determined by the control circuit comprising the coil 34 , the control device 54 and the position transmitter 50 , 52 .

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind gleiche Teile wieder mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auch bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist der Stellantrieb 16 in der Weise ausgebildet, daß die Spule 34 an einem um eine Achse 58 schwenkbar gelagerten Spulenträger 60 angeordnet ist, so daß sie sich auf einer kreisbogenförmig gekrümmten Bahn be wegt. Die Magnetanordnung 18 muß sich bei diesem Ausführungs beispiel jedoch nicht notwendigerweise über 90° erstrecken, da die Antriebsverbindung zwischen dem Spulenträger 60 und der Drosselklappenwelle 14 über ein Getriebe erfolgt und damit eine bestimmte Übersetzung ermöglicht. Das Getriebe umfaßt eine mit dem Spulenträger 60 verbundene kreisbogen förmig gekrümmte Zahnstange 62 sowie ein mit dieser kämmen des und drehfest auf der Drosselklappenwelle 14 angeordnetes Zahnrad 64. Der Spulenträger 60 ist wiederum durch eine Tor sionsfeder 44 in seine der Offenstellung der nicht darge stellten Drosselklappe entsprechende Stellung vorgespannt. Er trägt ferner eine Leiste 50 mit Markierungen, denen ein Sensor 52 zugeordnet ist. Der von der Leiste 50 und dem Sen sor 52 gebildete Positionsgeber dient in der anhand der Fig. 1 beschriebenen Weise zur exakten Bestimmung der Posi tion der Spule 34 relativ zur Magnetanordnung 18 und damit zur exakten Einstellung der Lage der Drosselklappe 12 in dem Rohr 10.In the embodiment according to FIG. 4, the same parts are again provided with the same reference symbols. Also in the embodiment shown in Fig. 4, the actuator 16 is designed in such a way that the coil 34 is arranged on a coil support 60 pivotally mounted about an axis 58 , so that it moves on an arcuate curved path be. The magnet arrangement 18 in this embodiment, for example, does not necessarily have to extend through 90 °, since the drive connection between the coil carrier 60 and the throttle valve shaft 14 takes place via a transmission and thus enables a specific transmission ratio. The transmission comprises a toothed rack 62, which is connected to the coil carrier 60 in the form of an arc of a circle, and a gear 64 which meshes with the latter and is arranged on the throttle valve shaft 14 in a rotationally fixed manner. The coil carrier 60 is in turn biased by a gate spring 44 in its open position of the throttle valve not shown Darge corresponding position. He also carries a bar 50 with markings to which a sensor 52 is assigned. The position sensor formed by the bar 50 and the sensor 52 serves in the manner described with reference to FIG. 1 for the exact determination of the position of the coil 34 relative to the magnet arrangement 18 and thus for the exact setting of the position of the throttle valve 12 in the tube 10 .

Auch bei der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungs form sind gleiche Teile wieder mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 4 vor allem dadurch, daß der Stellantrieb für eine geradlinige Bewegung der das bewegliche Stellglied bildenden Spule 34 ausgebildet ist. Die Schenkel 20, 22 und 24 der Magnetanordnung 18 sind ge radlinig. Die in den Fig. 2 und 3 nicht dargestellte Spu le 34, die den mittleren Magnetschenkel 22 umgibt, ist an ei nem die Magnetanordnung 18 umschließenden rechteckförmigen Spulenträger 66 gehalten. Dieser ist mit Hilfe von Rollen 68 an zwei Führungsstangen 70 in Bewegungsrichtung der Spule verschiebbar gelagert. Er ist ferner mit einer Stange 72 fest verbunden, die über einen Doppellenker 74 und eine Kur bel 76 in Antriebsverbindung mit der Welle 14 der Drosselklap pe 12 steht. Der von dem Spulenträger 66 mit seinen Rollen 68 gebildete Wagen ist durch eine Rückholfeder 78 in der Fig. 2 nach rechts in eine der Offenstellung der Drosselklappe 12 entsprechende Endstellung vorgespannt. Also in the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the same parts are again provided with the same reference numerals. This embodiment differs from the embodiments according to FIGS. 1 and 4 primarily in that the actuator is designed for a linear movement of the coil 34 forming the movable actuator. The legs 20 , 22 and 24 of the magnet assembly 18 are GE straight. The Spu le 34 , which is not shown in FIGS . 2 and 3 and which surrounds the central magnetic leg 22 , is held on a rectangular coil support 66 enclosing the magnet arrangement 18 . This is mounted with the help of rollers 68 on two guide rods 70 in the direction of movement of the spool. He is also firmly connected to a rod 72 , which is via a double link 74 and a cure 76 in drive connection with the shaft 14 of the throttle valve 12 . The carriage formed by the coil carrier 66 with its rollers 68 is biased by a return spring 78 in FIG. 2 to the right into an end position corresponding to the open position of the throttle valve 12 .

Die Ausführungsform eignet sich insbesondere für einen geradlinig verstellbaren Ventilkörper, der z.B. mit einem ringförmigen Ventilsitz zusammenwirkt.The embodiment is particularly suitable for one rectilinearly adjustable valve body, e.g. With an annular valve seat cooperates.

Der Spulenträger 66 trägt einen Sensor 52, der zusammen mit einem fest mit der Magnetanordnung 18 verbundenen Markierungsträger 50 wiederum einen Positionsgeber bil det, der in der anhand der Fig. 1 beschriebenen Weise eine exakte Positionierung des Stellgliedes und damit der Drosselklappe 12 ermöglicht.The coil carrier 66 carries a sensor 52 which , together with a marker carrier 50 which is fixedly connected to the magnet arrangement 18 , in turn forms a position sensor which enables exact positioning of the actuator and thus of the throttle valve 12 in the manner described with reference to FIG. 1.

Die bei den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 4 dar gestellten Stellantriebe 16 sind an sich für die Ver stellung von Magnetköpfen in Magnetplattenspeichern als sogenannte Voice-Coil-Antriebe bekannt. Bei den darge stellten Ausführungsbeispielen umgibt die bewegliche Spule 34 jeweils einen Schenkel 22 der Magnetjoch anordnung. Es können aber auch Antriebe verwendet werden, bei denen sich eine flache Spule zwischen den Permanentmagneten 30 und 32 bewegt, die keinen Schenkel des Magnetjoches umschließt.The actuators 16 provided in the embodiments of FIGS. 1 to 4 are known per se for the position of magnetic heads in magnetic disk memories as so-called voice coil drives. In the Darge presented embodiments, the movable coil 34 surrounds one leg 22 of the magnetic yoke arrangement. However, drives can also be used in which a flat coil moves between the permanent magnets 30 and 32 , which does not enclose one leg of the magnetic yoke.

Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfin dung, wobei gleiche Teile wieder mit gleichen Bezugs zeichen versehen sind. Bei dieser Ausführungsform ist der Stellantrieb nach Art eines Drehspulantriebes aus gebildet. An der Außenseite des die Drosselklappe 12 aufnehmenden Rohrstückes ist koaxial zur Welle 14 der Drosselklappe 12 ein zylindrisches Gehäuse 80 angeord net, das durch einen Deckel 82 verschließbar ist und den allgemein mit 84 bezeichneten Stellantrieb auf nimmt. Dieser umfaßt eine Magnetanordnung mit zwei kreisförmigen koaxial zur Drosselklappenwelle 14 ange ordneten Magnetrückschlußplatten 86, 88, die durch zwei zylindrische Distanzsäulen 80 in einem axialen Abstand gehalten sind. Die Magnetrückschlußplatte 86 ist dreh fest mit der Drosselklappenwelle 14 verbunden (Fig. 6). Die beiden Magnetrückschlußplatten 86 und 88 tragen auf ihren einander zugekehrten Flächen jeweils zwei halbkreisförmige Permanentmagnete 92, die beispiels weise mit der aus der Fig. 6 ersichtlichen Polung an geordnet sind, wobei die beiden jeweils auf einer Magnetrückschlußplatte 86 bzw. 88 angeordneten Magneten 82 durch einen diametral verlaufenden Spalt voneinander getrennt sind. Die Magnetrückschlußplatten 86 und 88 schließen zwischen sich eine Spule 84 ein, die einen kreisscheibenförmigen achsnormal gerichteten Spulenkern 86 umgibt und mit einem Spulenträger 87 an der Innen seite des Gehäuses 80 befestigt ist. Die Spule 84 steht somit fest. Der Spulenkern 86 ist durch die Distanz säulen 80, die radiale Fortsätze 88 des Spulenkernes 86 durchsetzen, mit den Magnetrückschlußplatten verbunden. Ein Stromfluß durch die Spule bewirkt aufgrund des aus der Fig. 6 ersichtlichen Verlaufes des Magnetfeldes eine Drehung der Magnetanordnung und damit der mit ihr verbundene Drosselklappenwelle 14, wobei die Dreh richtung in bekannter Weise von der Richtung des Strom flusses in der Spule 84 abhängt. Fig. 5 shows a fourth embodiment of the inven tion, wherein the same parts are again provided with the same reference characters. In this embodiment, the actuator is formed in the manner of a moving coil drive. On the outside of the throttle valve 12 receiving tube piece is coaxial with the shaft 14 of the throttle valve 12, a cylindrical housing 80 is angeord, which can be closed by a cover 82 and takes the generally designated 84 actuator. This comprises a magnet arrangement with two circular coaxial to the throttle valve shaft 14 arranged magnetic return plates 86 , 88 , which are held by two cylindrical spacer columns 80 at an axial distance. The magnetic return plate 86 is rotatably connected to the throttle valve shaft 14 ( FIG. 6). The two magnetic return plates 86 and 88 each have on their mutually facing surfaces two semicircular permanent magnets 92 which are arranged, for example, with the polarity shown in FIG. 6, the two magnets 82 arranged on a magnetic return plate 86 and 88 by one diametrically extending gap are separated from each other. The magnetic return plates 86 and 88 enclose a coil 84 between them, which surrounds a circular disc-shaped axis-oriented coil core 86 and is fastened to the inside of the housing 80 with a coil carrier 87 . The coil 84 is thus fixed. The coil core 86 is connected by the distance columns 80 , which penetrate radial extensions 88 of the coil core 86 , with the magnetic return plates. A current flow through the coil causes a rotation of the magnet arrangement and thus the throttle valve shaft 14 connected to it due to the course of the magnetic field shown in FIG. 6, the direction of rotation depending in a known manner on the direction of the current flow in the coil 84 .

Auf der Außenseite der Magnetrückschlußplatte 88 sind wiederum Markierungen 50 vorgesehen, die zusammen mit einem in dem Deckel 82 angeordneten Sensor 52 einen Positionsgeber bilden, wie dies bei den in den Fig. 1 und 4 dargestellten Ausführungsformen beschrieben wurde. Markings 50 are in turn provided on the outside of the magnetic return plate 88 , which, together with a sensor 52 arranged in the cover 82 , form a position transmitter, as was described in the embodiments shown in FIGS. 1 and 4.

Die vorstehend anhand der Fig. 5 und 6 beschriebene Ausführungsform zeichnet sich durch ihren einfachen und kompakten Aufbau aus. Es versteht sich, daß auch bei dieser Ausführungsform eine Rückholfeder vorgesehen sein kann, welche die Drosselklappe bei Stromausfall in ihre Offenstellung überführt. Die in den Fig. 7 und 8 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von jener gemäß den Fig. 5 und 6 dadurch, daß die Magnetanordnung 86, 88, 82 und 86 über die Fortsätze 88 des Spulenkernes 86 starr mit dem Gehäuse 80 verbunden ist, während die die Magnetanordnung durchsetzende Drosselklappenwelle 14 drehfest mit der Spule 84 ver bunden ist. Der Markierungsträger 50 ist hier als mit der Welle 14 drehfest verbundene Scheibe ausgebildet.The embodiment described above with reference to FIGS. 5 and 6 is characterized by its simple and compact structure. It goes without saying that a return spring can also be provided in this embodiment, which returns the throttle valve to its open position in the event of a power failure. The embodiment shown in Figs. 7 and 8 differs from that according to FIGS. 5 and 6, characterized in that the magnet arrangement 86, 88, 82 and 86 rigidly connected via the projections 88 of the spool core 86 with the housing 80, while the the magnet arrangement penetrating throttle valve shaft 14 is rotatably connected to the coil 84 a related party. The marker carrier 50 is designed here as a disk connected to the shaft 14 in a rotationally fixed manner.

Die in der Fig. 8 vereinfacht dargestellte Steuervor richtung 110 zur Ansteuerung des Stellantriebes umfaßt eine Positionsregelschleife mit dem Positionssensor 50, 52, dessen Meßsignal über einen Wandler 112 in ein einem Positions-Istwert entsprechendes Signal umgewan delt und einem Positionsregler 114 zugeführt wird. Die ser erhält ferner ein einem Positions-Sollwert entspre chendes Signal und erzeugt in Abhängigkeit eines Ver gleiches zwischen dem Positions-Istwert und dem Positions-Sollwert ein Ausgangssignal, das über einen Wandler 116 und einen Verstärker 118 sowie ggf. über einen Filter 120 der Spule 34 oder 84 des entsprechen den Stellantriebes zugeführt wird. Der Positionsregel schleife ist eine Druckregelschleife überlagert, die einen in der Fluid-Leitung 10 angeordneten Drucksensor 122 umfaßt, dessen Meßwert über einen Wandler 124 als Druck-Istwert einem Druckregler 126 zugeführt wird, der gleichzeitig von einem Druck-Sollwertgeber 128 der Steuervorrichtung 110 einen Sollwert erhält. Der Druck regler 126 erzeugt in Abhängigkeit eines Vergleiches von Druck-Sollwert und Druck-Istwert den Positions- Sollwert, der dem Positionsregler 114 zugeführt wird.The control device 110 shown in simplified form in FIG. 8 for controlling the actuator comprises a position control loop with the position sensor 50 , 52 , the measurement signal of which is converted via a converter 112 into a signal corresponding to an actual position value and is supplied to a position controller 114 . The water also receives a signal corresponding to a setpoint value and generates an output signal as a function of a comparison between the actual position value and the setpoint position value, which is sent via a converter 116 and an amplifier 118 and possibly a filter 120 of the coil 34 or 84 of the corresponding actuator is supplied. The position control loop is superimposed on a pressure control loop, which comprises a pressure sensor 122 arranged in the fluid line 10 , the measured value of which is fed via a converter 124 as a pressure actual value to a pressure controller 126 which is simultaneously provided by a pressure setpoint generator 128 of the control device 110 with a setpoint receives. The pressure controller 126 generates the position setpoint, which is supplied to the position controller 114 , as a function of a comparison of the pressure setpoint and the actual pressure value.

Um diese Stellung zu stabilisieren, ist ferner eine Schaltungsanordnung 130 vorgesehen, die aus dem Meßwert des Positionssensors 50, 52 und dem von einem Stromsensor an der Spule 34, 94 gelieferten Wert einen Schätzwert für die Drehgeschwindigkeit der Drossel klappe liefert und dem Positionsregler 114 zuführt.In order to stabilize this position, a circuit arrangement 130 is also provided which provides an estimate of the rotational speed of the throttle valve from the measured value of the position sensor 50 , 52 and the value supplied by a current sensor on the coil 34 , 94 and which supplies the position controller 114 .

Mit der vorstehend beschriebenen Steuereinrichtung ist es möglich, die Drosselklappe reibungsarm zu lagern. Die in der Fig. 9 schematisch dargestellte Rückhol feder, die an der Drosselklappe 12 angreift, ist nur als Sicherheit dafür vorhanden, um bei Ausfall der Versorgungsspannung die Drosselklappe in eine defi nierte Stellung zu überführen. Die Regler 114 und 126 können als digitale Regler ausgebildet sein. In diesem Falle sind die Wandler 112 und 124 Analog/Digital- Wandler. Das Reglerverhalten wird durch digitale Algorhythmen bestimmt. Das digitale Ausgangssignal des Positionsreglers kann über einen Digital/Analog-Wandler 116 umgesetzt und über einen linearen Leistungs verstärker 118 der Spulenanordnung 34, 84 zugeführt werden. Das Filter 120 kann ggf. entfallen.With the control device described above, it is possible to mount the throttle valve with low friction. The return spring shown schematically in FIG. 9, which acts on the throttle valve 12 , is only present as a safety measure in order to transfer the throttle valve to a defi ned position if the supply voltage fails. The controllers 114 and 126 can be designed as digital controllers. In this case, the converters 112 and 124 are analog / digital converters. The controller behavior is determined by digital algorithms. The digital output signal of the position controller can be implemented via a digital / analog converter 116 and fed to the coil arrangement 34 , 84 via a linear power amplifier 118 . The filter 120 can be omitted if necessary.

Das Ausgangssignal des Positionsreglers kann aber auch über den Umsetzer 116 als pulsweiten moduliertes Signal dem Leistungsverstärker 118 zugeführt werden. Dieser setzt in einem Tiefpaß das pulsweiten modulierte Signal in eine Gleichspannung um, die anschließend verstärkt wird. Das pulsweiten modulierte Signal vom Positions regler kann auch direkt verstärkt werden. In diesem Falle ist der Leistungsverstärker keine Linearitäts forderungen unterworfen. Die Verlustleistung in der Endstufe ist gering. Zwischen Endstufe und der Spulen anordnung 34, 84 sollte ein Filter liegen, um die Takt frequenz von dem Stellantrieb fernzuhalten.The output signal of the position controller can also be supplied to the power amplifier 118 as a pulse-width modulated signal via the converter 116 . In a low pass this converts the pulse-width modulated signal into a DC voltage, which is then amplified. The pulse-width modulated signal from the position controller can also be amplified directly. In this case, the power amplifier is not subject to linearity requirements. The power loss in the output stage is low. A filter should lie between the output stage and the coil arrangement 34 , 84 in order to keep the clock frequency away from the actuator.

Die Regler können auch durch Operationsverstärker- Schaltungen dargestellt werden. Die Wandler 112, 124 und 116 sind im einfachsten Fall dann kalibrierte Spannungsteiler für die richtige Skalierung der Größen.The controllers can also be represented by operational amplifier circuits. In the simplest case, the converters 112 , 124 and 116 are then calibrated voltage dividers for the correct scaling of the sizes.

Claims

1. Device for adjusting a throttle element ( 12 ) in a fluid line ( 10 ), in particular a motor vehicle engine with an on the throttle element ( 12 ) engaging Antriebsein direction ( 16 ) and a control device controlling this ( 54 ), characterized in that the drive device is a magnet arrangement ( 18 ) and a coil arrangement ( 34 , 84 ) comprising an electromagnetic actuator ( 16 , 84 ) operating according to the moving coil or moving coil principle, the movable actuator (magnet arrangement ( 18 ) or coil arrangement ( 34 , 84 ) is in drive connection with the throttle element ( 12 ).

2. Device according to claim 1, characterized featured, that the actuator for a straight line movement of the actuator is formed.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the drive connection comprises a crank drive ( 74 , 76 ).

4. The device according to claim 1, characterized in that in a rotatably mounted throttle element ( 12 ), the magnet arrangement of the actuator ( 84 ) comprises at least two permanent magnets ( 82 ) tra lowing, perpendicular to the shaft axis magnetic return plates ( 86 , 88 ) which are rotationally fixed are connected to the throttle element ( 12 ) and are kept at an axial distance by spacer elements ( 80 ) directed parallel to the shaft axis and include between them a coil arrangement ( 84 ) which is rigidly connected to a housing ( 80 , 82 ) enclosing the actuator ( 84 ) .

5. The device according to claim 1, characterized in that in a rotatably mounted throttle element ( 12 ), the magnet arrangement of the actuator ( 84 ) comprises at least two permanent magnets ( 82 ) tra ing, perpendicular to the shaft axis magnetic return plates ( 86 , 88 ), of which at least one is connected to the housing ( 80 , 82 ), and is held axially from one another by spacer elements ( 80 ) directed parallel to the shaft axis or directly by fastening to the housing wall ( 80 ) and include a coil arrangement ( 84 ) between them, which is connected to the throttle element ( 12 ).

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the coil arrangement ( 84 ) surrounds a core which is rigidly connected to the magnetic return plates ( 86 , 88 ).

7. The device according to claim 1, characterized in that in a rotatably mounted throttle element ( 12 ), the magnet arrangement comprises at least two permanent magnets ( 30 , 32 ), each on a cylindrical surface ( 20 , 24 ) coaxial to the axis ( 40 ) of the throttle element ( 12 ) are arranged, and that the coil arrangement ( 34 ) is rotatably connected to the shaft ( 40 ), the coil turns being directed parallel to a plane containing the shaft axis.

8. The device according to claim 7, characterized in that the Spulenan arrangement ( 34 ) surrounds a magnetic core ( 22 ) which coaxially surrounds the axis ( 40 ) of the throttle element ( 12 ).

9. Device according to one of claims 1, 7 or 8, characterized in that the actuator ( 16 ) is designed for movement of the actuator ( 34 ) along an arcuate curved path.

10. The device according to claim 9, characterized in that the actuator ( 34 ) on an axis ( 40 ; 58 ) pivotable carrier ( 36 , 38 ; 60 ) is angeord net.

11. The device according to claim 10, characterized in that the carrier ( 36 , 38 ) is rotatably connected to the rotatably mounted throttle element ( 12 ).

12. The apparatus according to claim 10, characterized in that the carrier ( 60 ) via a gear arrangement ( 62 , 64 ) with the throttle element ( 12 ) is in drive connection.

13. The device according to one of claims 1 to 12, characterized in that a resetting device ( 44 , 78 ) is provided, which the actuator with de-energized coils arrangement ( 34 , 94 ) in a defined, preferably, its the open position of the throttle element ( 12 ) Adjusted the corresponding position.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the return device comprises a spring arrangement ( 44 ; 78 ) which biases the throttle element ( 12 ) in its closed or open position.

15. The apparatus according to claim 13, characterized featured, that the reset device is an auxiliary voltage source includes that in the event of failure or stripping power supply to the actuator over the coil arrangement in the sense of an opening or a closing of the throttle element discharges.

16. The apparatus according to claim 15, characterized featured, that the throttle element in its open position or its closed position can be locked.

17. Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that the control device has a first control loop, comprising a position transmitter ( 50 , 52 ) assigned to the movable actuator ( 34 , 94 ) or the throttle element ( 12 ) and a position controller ( 114 ) for comparing position setpoints and the actual position values determined by the position transmitter ( 50 , 52 ) and for generating control signals as a function of the actual value setpoint comparison.

18. Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that the control device has a second control loop, which in the fluid line ( 10 ) near the throttle element ( 12 ) arranged sensor ( 122 ) for measuring a flow parameter actual value, comprises a parameter setpoint generator ( 128 ) and a controller ( 126 ) which generates a position setpoint as a function of an actual value setpoint comparison.

19. The apparatus of claim 17 and 18, characterized characterized that the second Control loop superimposed on the first control loop is.

20. The apparatus according to claim 19, characterized in that a further input of the position controller ( 114 ) is connected to the output of a circuit arrangement ( 130 ) which due to the actual position value and one of the control current in the coil arrangement ( 34 ; 94 ) of Actuator derived signals generated an estimate of the adjustment speed of the throttle element ( 12 ).