DE3908545A1

DE3908545A1 - Verstellantrieb fuer eine drosselklappe eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3908545A1
Application number: DE19893908545
Authority: DE
Inventors: Karsten Burmann
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-03-16
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1990-09-27
Anticipated expiration: 2009-03-17
Also published as: DE3908545C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Verstellantrieb für eine Dros selklappe eines Verbrennungsmotors.

Es sind Verbrennungsmotoren bekannt, bei denen die Drossel klappe elektromotorisch verstellt wird. Die Verstellung er folgt in aller Regel mittels eines mechanisch kommutierten Gleichstrommotors, zwischen diesem und der die Drosselklappe verstellenden Drosselklappenwelle ist ein Untersetzungsge triebe angeordnet. Die Untersetzung der Drehzahl des Gleich strommotors führt an der Drosselklappe zu einer Drehmoment erhöhung, gleichzeitig läßt sich die Auflösung des Drosselklappen winkels verbessern, das heißt, es sind vorgegebene Drosselklap penwinkel genau anfahrbar. Die Drosselklappe selbst ist mit tels der Drosselklappenwelle aus der den Drosselklappenstutzen verschließenden Position um einen Winkel von maximal 90° in deren maximale Öffnungsstellung verschwenkbar.

Hauptnachteile der Motor-Getriebe-Kombination liegen in dem Verschleiß von Getriebe, Kohle und Kommutator, dem hohen Bau volumen, im Stellverhalten und den hohen Fertigungs- und Montageaufwendungen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verstellan trieb der genannten Art zu schaffen, der baulich besonders einfach gestaltet ist und verschleißarm arbeitet, sowie nur einen geringen Bauraum beansprucht.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß der Verstellantrieb aus einem Rotor und einem Stator besteht, wobei der Rotor direkt mit der Drosselklappe verbunden ist.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verstellan triebes kann eine Getriebeuntersetzung des elektrischen An triebes entfallen, die durch den Stator auf den Rotor ausge übten elektromagnetischen Kräfte wirken unmittelbar, das heißt ohne Zwischenschaltung eines Getriebes auf die Drossel klappe ein. Grundsätzlich arbeitet der Verstellantrieb nach dem elektromotorischen Prinzip. Er hat keine Kommutierung und der Stellwinkel des Rotors ist identisch mit dem Stell winkel der Drosselklappe. Durch die direkte Einwirkung des Rotors auf die Drosselklappe ergeben sich hervorragende dynamische Stelleigenschaften, es sind insbesondere hohe Verstellgeschwindigkeiten möglich. Da bei dem Verstellantrieb auf reibende oder schleifende Bauteile verzichtet werden kann, ist eine hohe Lebensdauer gegeben. Überdies bedingen die wenigen bewegten Bauteile wenige Lagerstellen und damit eine hohe Betriebssicherheit des Verstellantriebes bei gleichzeitig minimal erforderlichem Bauraum.

Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Drosselklappe mittels einer Drosselklappenwelle verstell bar ist und der Rotor fest mit der Drosselklappenwelle ver bunden ist. Die Drosselklappe selbst ist üblicherweise in einem Drosselklappenstutzen gelagert und zweckmäßig der Stator fest mit dem Drosselklappenstutzen verbunden.

Es wird als bevorzugt angesehen, wenn der Rotor aus einem Dauermagneten oder aus einem Weicheisen mit einem Dauermag neten besteht und der Stator aus einem Weicheisen, wobei der Stator eine oder mehrere Spulen trägt. In diesem Fall werden keine beweglichen Stromzuführungen zu den Spulen benötigt, dessen ungeachtet besteht aber selbstverständlich auch die Möglichkeit, Rotor- und Statormaterial zu vertauschen. Der Verstellantrieb stellt sich damit als bidirektionaler An trieb dar, dessen Drehrichtung durch eine Umkehr der Strom richtung umgekehrt werden kann und so hohe Verstellgeschwin digkeiten der Drosselklappe erzielt werden können.

Bei einer Störung des Verstellantriebes ist es erforderlich, daß die Drosselklappe durch Rückstellkräfte, die auch im stromlosen Zustand des Verstellantriebes vorhanden sein müs sen, geschlossen wird. Die Erzeugung des Rückstellmomentes kann durch eine geschickte Formgebung des magnetischen Krei ses in den Verstellantrieb integriert werden. Um dies zu er reichen wird vorgeschlagen, daß die Luftspalte zwischen Sta tor und Rotor über dessen Drehwinkel unterschiedlich breit sind. Im stromlosen Zustand des Verstellantriebes versucht der Dauermagnet die Stellung mit der geringsten magnetischen Reluktanz einzunehmen, das heißt er richtet sich auf den engsten Luftspalt aus, der zweckmäßig der Leerlaufstellung der Drosselklappe entspricht. Um die genannte Wirkung zu erzielen, können die Luftspalte zwischen Stator und Rotor unterschiedlich ausgebildet sein, beispielsweise besteht die Möglichkeit, daß sich die Breite der Luftspalte über den Drehwinkel des Rotors kontinuierlich oder sprunghaft ändert. Bei einer Erzeugung der Rückstell kräfte mittels unterschiedlich breiter Luftspalte zwischen Stator und Rotor sind damit keine weiteren Bauteile für die Rückstellung der Drosselklappe erforderlich. Statt einer Rück stellung des Rotors aufgrund unterschiedlich breit gestal teter Luftspalte zwischen Rotor und Stator können zur Erzielung des gleichen Ergebnisses im Rotor oder im Stator Hilfspole gebildet sein, die bei einem Stromausfall die entgegenge setzten Pole des Dauermagneten anziehen und damit die Dros selklappe in die gewünschte Stellung verschieben. Die Hilfs pole sind dabei zweckmäßig diametral angeordnet. Abgesehen von dem zuvor beschriebenen kann die Rückstellung auch durch eine externe Energiequelle, beispielsweise eine Feder, bei konstantem Luftspalt bewerkstelligt werden.

Um die mittlere Windungslänge der Spulenwindungen von Stator bzw. Rotor möglichst klein zu halten und damit ein kleines Bauvolumen zu erzielen, wird vorgeschlagen, daß der Rück schlußkreis im Bereich der Spule mit einem runden Querschnitt versehen ist.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung der Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerk male und alle Kombinationen von Einzelmerkmalen erfindungs wesentlich sind.

In den Figuren ist die Erfindung anhand mehrerer Ausführungs formen verdeutlicht, ohne hierauf beschränkt zu sein. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Ver stellantrieb zur Verdeutlichung dessen prin zipiellen Aufbaus,

Fig. 2 eine Ansicht von Rotor und Stator in Richtung der Drosselklappenwelle gesehen, wobei der Stator eine Spule trägt,

Fig. 3 eine Ansicht gemäß Fig. 2, wobei der Rotor eine Spule trägt,

Fig. 4 eine Ansicht von Rotor und Stator gemäß Fig. 2 mit sich zwischen Rotor und Stator kontinu ierlich veränderndem Luftspalt und

Fig. 5 eine Ansicht gemäß Fig. 4 mit sich zwischen Rotor und Stator sprunghaft änderndem Luftspalt.

Der Fig. 1 ist zu entnehmen, daß der erfindungsgemäße Ver stellantrieb aus einem Rotor 1 und einem Stator 2 besteht. Der Rotor 1 ist fest mit einer Drosselklappenwelle 3 verbun den, die in Lagern 4 und 5 eines Drosselklappenstutzens 6 ge lagert ist und die Drosselklappe 7 drehfest aufnimmt. Der Stator 2 ist mit dem Drosselklappenstutzen 6 verbunden, was aus der Darstellung der Fig. 1 nicht unmittelbar erkennbar ist, dort ist durch die Lagerpunkte 8 bzw. 9 nur verdeutlicht, daß es sich bei diesen beiden Bauteilen um stationäre Bau teile handelt.

Die Darstellung der Fig. 2 verdeutlicht etwas detaillierter die Ausbildung der Verstelleinrichtung, der Figur ist zu entnehmen, daß der Rotor 1 aus einem kreisscheibenförmigen Dauermagneten mit Nordpol N und Südpol S besteht, mit dessen Scheibenmittelpunkt die Drosselklappenwelle 3 verbunden ist; der Stator 2 besteht aus einem den Rotor 1 umschließenden Weicheisen und trägt eine Spule 10, wobei der Rückschlußkreis im Bereich der Spule 10 mit einem runden Querschnitt 11 ver sehen ist, um die mittlere Windungslänge der Spulenwindungen möglichst klein zu halten.

Fig. 3 zeigt eine Variante, bei der gegenüber der Ausführungs form nach Fig. 2 das Rotor- und Statormaterial vertauscht ist. So ist der Rotor 1 mit einer Spule 10 versehen, der Stator 2 weist Dauermagnetschalen 12 auf, darüber hinaus ist ein Rückschluß aus Weicheisen 13 vorgesehen.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver stellantriebes, bei dem sich die Breite des Luftspaltes zwi schen dem Rotor 1 und dem Stator 2 über den Drehwinkel α des Rotors 1 ändert, derart, daß die Luftspaltbreite an dia metralen Punkten des Rotors jeweils gleich ist. Befindet sich der Verstellantrieb in stromlosem Zustand, so führt dies dazu, daß der als Dauermagnet ausgebildete Rotor 1 mit seinen Polen N bzw. S die in Fig. 4 gezeigte Stellung mit der ge ringsten magnetischen Reluktanz zum Stator 2 einnimmt, in der die Luftspaltbreite zwischen den Polen des Rotors 1 und dem Stator 2 minimal ist. Die Drosselklappe 6 ist über die Drosselklappenwelle 3 zweckmäßig so mit dem Rotor 1 verbunden, daß in dessen in Fig. 4 gezeigter Stellung die Drosselklappe 7 ihre geschlossene Position einnimmt. Fig. 5 zeigt eine gegenüber der Darstellung in Fig. 4 geringfügig abgewandelte Variante des Verstellantriebes. Bei diesem ist der Stator 2 auf seiner dem Rotor 1 zugewandten Seite mit Vorsprüngen 14 versehen, so daß sich eine sprunghafte Änderung der Luftspalt dicke zwischen Rotor 1 und Stator 2 ergibt. Wird die Spule 10 des Stators 2 stromlos, führt dies dazu, daß der Rotor 1 wieder um in die Position mit der geringsten magnetischen Reluktanz verschwenkt, das heißt es richten sich die Pole des Rotors 1 auf die Vorsprünge 14 aus, wie es in Fig. 5 veranschaulicht ist. Um bei unbestromter Spule 10 des Stators 2 auch bei konstanter Luftspaltdicke zwischen Rotor 1 und Stator 2 eine definierte Rückstellposition des Rotors 1 sicherzustellen, kann darüber hinaus auch der Stator 2 mit permanenten Hilfs polen versehen sein, auf die sich die Pole des Rotors 1 aus richten.

Bezugszeichenliste

1 Rotor
2 Stator
3 Drosselklappenwelle
4 Lager
5 Lager
6 Drosselklappenstutzen
7 Drosselklappe
8 Lagerpunkt
9 Lagerpunkt
10 Spule
11 runder Querschnitt
12 Dauermagnetschale
13 Rückschluß aus Weicheisen
14 Vorsprung

Claims

1. Verstellantrieb für eine Drosselklappe eines Verbrennungs motors, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellantrieb aus einem Rotor (1) und einem Stator (2) besteht, wobei der Rotor (1) direkt mit der Drosselklappe (7) verbunden ist.

2. Verstellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselklappe (7) mittels einer Drosselklappen welle (3) verstellbar ist und der Rotor (1) fest mit der Drosselklappenwelle (3) verbunden ist.

3. Verstellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Drosselklappe (7) in einem Drosselklap penstutzen (6) gelagert ist und der Stator (2) fest mit dem Drosselklappenstutzen (6) verbunden ist.

4. Verstellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) aus einem Dauer magneten oder aus einem Weicheisen mit einem Dauermag neten besteht und der Stator (2) aus einem Weicheisen, wobei der Stator (2) eine oder mehrere Spulen (10) trägt.

5. Verstellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) aus einem Weich eisen besteht und eine oder mehrere Spulen (10) trägt sowie der Stator (2) aus einem Dauermagneten oder aus einem Weicheisen mit einem Dauermagneten besteht.

6. Verstellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die Luftspalte zwischen Stator (2) und Rotor (1) über dessen Drehwinkel (α) unterschied lich breit sind.

7. Verstellantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Breite der Luftspalte über den Drehwinkel (α) des Rotors (1) kontinuierlich oder sprunghaft ändert.

8. Verstellantrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß im Rotor (1) oder im Stator (2) Hilfspole gebildet sind.

9. Verstellantrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß der Rückschlußkreis im Bereich der Spule (11) bzw. Spulen des Stators (2) bzw. Rotors (1) runden Querschnitt (11) aufweist.