JP2004534244A - バタフライバルブ接続ピースのバタフライバルブシャフトの位置の無接触式検出方法及びバタフライバルブ接続ピース - Google Patents

Abstract

本発明は、バタフライバルブ接続ピース（１０）のバタフライバルブシャフト（１８）の位置の無接触式検出方法であって、前記バタフライバルブシャフト（１８）は、電気式アクチュエータ（３０）によって駆動され、前記バタフライバルブシャフトの一方の端部（３６）にマグネット（３４）を有しており、前記マグネット（３４）は、カバー（５０）に配置されたセンサ（４０）に合わせて無接触な形式で配設されている。この方法は、無接触式位置検出装置（３２）を用いてバタフライバルブシャフト（１８）の位置の検出を、特に長期に亘って高い信頼性のもとで保証することを目的とする。これに対して前記センサ（４０）は、第１および第２の磁気抵抗型センサ素子（５２，５４）を有しており、この場合前記バタフライバルブシャフト（１８）の回転運動のもとで前記マグネット（３４）により、第１のセンサ素子（５２）においてはほぼ正弦波形状の信号（Ｓ1）が生成され、第２のセンサ素子（５４）においてはほぼ余弦波形状の信号（Ｓ2）が生成され、これらの信号（Ｓ1）と（Ｓ2）から前記バタフライバルブ接続ピース（１０）においてほぼ逆正接波形状の信号（Ｐ）が生成される。この逆正接波形状の信号（Ｐ）に基づいて制御信号（Ｃ）が生成され、この制御信号（Ｃ）が、バタフライバルブ接続ピース（１０，１００）に配設されているアクチュエータ（３０、１３０）にバタフライバルブシャフト（１８，１１８）の調整のために供給される。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、バタフライバルブ接続ピースが、リッドによって遮蔽可能なケーシングと、該ケーシング内に設けられている前記バタフライバルブシャフトに配設されたバタフライバルブ用のスロットル開口部とを有し、前記バタフライバルブシャフトは、電気式アクチュエータによって駆動され、前記バタフライバルブシャフトの一方の端部にマグネットを有しており、前記マグネットは、リッドに配置されたセンサに合わせて無接触形式で配設されている、バタフライバルブ接続ピースのバタフライバルブシャフトの位置の無接触式検出方法に関している。また本発明はさらに、リッドによって遮蔽可能なケーシングと、該ケーシング内に設けられている、前記バタフライバルブシャフトに配設されたバタフライバルブ用のスロットル開口部とを有し、前記バタフライバルブシャフトは、電気式アクチュエータによって駆動され、前記バタフライバルブシャフトの一方の端部にマグネットを有しており、前記マグネットは、リッドに配置されたセンサに合わせて無接触形式で配設されている、バタフライバルブ接続ピースに関している。
【背景技術】
【０００２】
自動車の新気ガスの制御に対しては、通常はバタフライバルブ接続ピースが用いられている。このバタフライバルブ接続ピースは、スロットル開口部と、該スロットル開口部内に設けられたスロットル機構を含んでいる。このスロットル機構には通常、バタフライバルブシャフト上に配設されたバタフライバルブが含まれている。このバルブはバタフライバルブ接続ピースのケーシング内で旋回可能に設けられている。バタフライバルブは、所定の新気ガス量の通過に対して、スロットル開口部内で所定の位置をとる。これに対してはバタフライバルブシャフトが機械的に若しくは電気機械的に駆動制御可能である。
【０００３】
バタフライバルブシャフトの電気機械的な駆動制御のもとでは、通常は、スロットルバルブ接続ピースが位置検出装置を有しており、この位置検出装置を介してスロットルバルブシャフトのそのつどの目下の位置が検出可能である。スロットルバルブシャフトのそのつどの目下の位置に応じて、スロットルバルブ接続ピースの内外で信号が形成され、この信号によってスロットルバルブシャフトが、スロットルバルブ接続ピース内に設けられたアクチュエータを介して駆動制御可能である。
【０００４】
この位置検出装置においては、次の２つの装置方式で異なっている。すなわち、そのつどの目下のスロットルバルブシャフトの位置の検出のために、スロットルバルブシャフトの接触が少なくとも間接的に必要となる方式か、無接触で位置検出をする装置方式である。無接触方式でない位置検出センサにはポテンショメータがある。このポテンショメータでは、バタフライバルブシャフトの回転運動に結合される摺動コンタクトが、バタフライバルブシャフトの回転運動のもとでコンタクト面に沿った経路を進む。この場合摺動コンタクトによって進んだ経路が、スロットルバルブシャフトの回転運動に対する尺度となる。この種のポテンショメータは、所定の摩耗の影響下にある。これは摺動コンタクトとコンタクト経路の間の機械的な損耗によって定められる。
【０００５】
無接触式でない位置検出装置においてこの機械的な摩耗を十分に回避するために、バタフライバルブシャフトの回転運動の検出が無接触で実施可能であるスロットルバルブ接続ピースの開発が進められている。この種の無接触方式のセンサに対する一例として、ホールセンサが挙げられる。このホールセンサは、スロットルバルブシャフトに配置されたリングマグネットに合わせて配置されている。このホールセンサは、リングマグネットの磁界によって生ぜしめられた磁束Ｂに比例する信号を供給する。この場合リングマグネットは、通常は１つの外側遮蔽リングと２つの内側磁束ガイド部材を含んでいる。この２つの磁束誘導部材は、ほぼ並列に配置されており、その２つの部材間のギャップ内にホールセンサが設けられている。この原理方式は、障害的な磁場に対しては良好である。というのもそれらの部材が外側遮蔽リングによってホールセンサから離間されているからである。しかしながらこの原理方式のもとでリニアに使用できる測定領域は、おおよそ２×７５°の範囲に限られてしまう。それ故に典型的なバタフライバルブ動作領域の検出に対して、磁気的なゼロ点は、（スロットル開口部がバタフライバルブでほぼ完全に遮蔽される）機械的なアイドリングストッパー位置に位置付けできず、バタフライバルブのアイドリング位置からはずれてしまう。しかしながらこの磁気的ゼロ点において測定精度は最大となり、そこから離れれば離れるほど低下してしまうものなので、バタフライバルブのアイドリング領域の測定精度は、このアイドリング領域と全負荷領域の間にある領域よりも少なくなる。このことは、アイドリング中に測定精度が最大となるべき、バタフライバルブ接続ピースのバタフライバルブシャフトのための無接触式位置検出装置に対する通常の精度要求には相応しない。
【０００６】
それに対して代替的に、ホールセンサを、ヨークを介して接続された２つの矩形マグネットの間に形成された平行する磁場の中に垂直に延在させる手法も可能である。この場合これらの矩形マグネットは、バタフライバルブシャフトに固定的に接続されている。この原理は、公知文献 JP 8 068 606 A 明細書で開示されている。ここでは所要の信号増幅は、パンチグリルを介してホールセンサと接続された電子評価機器内で行われている。外方に向けた電気的インターフェースは、この場合パンチグリルまたはリードフレームを介して製造される。これらはその端部に差込みコンタクトが形成されている。この原理方式では、ゼロ交叉の近辺のほぼ＋/−４５°の角度範囲において線形化がなくされる。このことは線形性についての認容、つまり妥協を必要とする。９０°以下の通常の動作角度のもとでは、ゼロ交叉が測定領域の中央にあるかぎり、バタフライバルブ位置の検出は理論的に可能である。しかしながらアイドリング領域は、直線誤差の過度に高まる測定領域に存在し得る。なぜならホールセンサの精度は、磁気誘導のゼロ交叉の近傍で最大となるからである。最大誤差は、＋／−４５°の範囲（つまり全負荷とアイドリング）における最大駆動時に生じ得る。なぜなら温度ドリフトと経年劣化が作用し得るからである。
【０００７】
これに対して中間領域では測定精度は最大となる。しかしながらバタフライバルブ接続ピース用に設けられている位置検出装置は、バタフライバルブの小さな開口角度の際、すなわちバタフライバルブシャフトの小さな回転運動の際こそ高精度であるべきである。それ故に、このバタフライバルブシャフトの位置検出に対する適用は、特に良好なものとはいいがたい。その上さらに後者の原理を用いれば、通常の所要精度も特に長期の作動期間のもとでは達成できない。その他にも欠点として認められることは、ほぼＵ字形状のヨークの開放側が障害的磁場に向けて開いていることである。そのためセンサ信号が外部から狂わされる恐れも生じる。
【０００８】
前記ホールセンサに代わるものとして、バタフライバルブシャフトの回転運動に対する無接触式位置検出装置において、磁気抵抗型センサ（以下では単にＭＲセンサとも称する）を用いることも可能である。このＭＲセンサは、センサ構造によって形成される平面内で回転する磁場が必要である。これに対しては、センサ素子をシャフトに対して垂直にすると共にシャフトの回転軸線に対して平行な平面内には配置しないようにすることが必要である。なぜなら、ＭＲセンサからの出力特性曲線が１８０°でもって周期的であり、線形的に利用できる角度範囲がほぼ４５°に限定されるからである。それ故にこのＭＲセンサも通常は、バタフライバルブシャフトの回転運動の検出に必要となるほぼ９０°の角度範囲を有する。
【０００９】
本発明の課題は、冒頭に述べたような形式の方法において、無接触式位置検出装置を用いて、ほぼ９０°の検出範囲におけるバタフライバルブ接続ピースのバタフライバルブシャフトの位置を、特に長期の期間に亘って高い信頼性のもとで検出可能にすることと、さらにこのような方法に適した装置を提供することである。
【００１０】
前記課題は本発明により、センサは、第１の磁気抵抗型センサ素子と、第２の磁気抵抗型センサ素子を有しており、
この場合、前記バタフライバルブシャフトの回転運動のもとで前記マグネットにより、第１の磁気抵抗型センサ素子においてはほぼ正弦波形状の信号が生成され、第２のセンサ素子においてはほぼ余弦波形状の信号が生成され、
第１のほぼ正弦波形状の信号と第２のほぼ余弦波形状の信号は、センサ内に配設されている電子評価回路に供給され、
前記電子評価回路において、第１の磁気抵抗型センサ素子のほぼ正弦波形状の信号と、第２の磁気抵抗型センサ素子のほぼ余弦波形状の信号とから、ほぼ逆正接波形状の信号が生成され、
前記ほぼ逆正接波形状の信号に基づいて、ケーシング外に配設されている制御ユニット内で制御信号が生成され、この制御信号が、前記バタフライバルブ接続ピース内に配設されている、バタフライバルブシャフト調整用のアクチュエータに供給されるようにして解決される。
【００１１】
本発明は、次のような考察から出発している。すなわちほぼ９０°のバタフライバルブシャフトの回転運動の検出方法を、特に長期期間に亘って非常に高い信頼性で保証すべく、無接触で、バタフライバルブシャフトのそのつどの目下の位置が検出されるようにすることである。このことは、磁気抵抗型センサ素子を含んだセンサを用いて可能となる。しかしながらこの磁気抵抗型センサ素子は、バタフライバルブシャフトの位置の検出に対して所要の精度を有していない。つまり検出の精度は、次のことによって高められている。すなわち単独の磁気抵抗型センサ素子の代わりに、第２の磁気手光形センサ素子を、第１の磁気抵抗型センサ素子に対して設けることである。この２つのセンサ素子がほぼ同じ信号をただ位相をシフトして送出するならば、比較的正確に定めることのできる位相シフト手段を用いることで、バタフライバルブシャフトの目下の位置を特に正確に求めることが可能となる。このことのために、第１および第２の磁気抵抗型センサ素子は、バタフライバルブシャフトに配設されたマグネットに対して相対的に配置され、この場合第１の磁気抵抗型センサ素子の信号と、第２の磁気抵抗型センサ素子の信号からは、近似的に逆正接波形状の信号が生成され、この信号は、バタフライバルブシャフトの位置を十分な精度で表すものである。この場合この近似的に逆正接波形状の信号は、温度に依存しないが、第１の磁気抵抗型センサ素子の信号と第２の磁気抵抗型センサ素子の信号の振幅は、温度に依存する。
【００１２】
有利には、センサのスケーリング（増幅、オフセット）が評価電子機器を用いてシリアルプロトコルを介して行われ、その場合特性曲線の設定のためのデータが不揮発性メモリにファイルされる。それにより、唯一の基板上の電子構成素子の数が低減される。この場合プリント基板は必ずしも必要ではない。
【００１３】
有利には、第１の磁気抵抗型センサ素子の信号が、第２の磁気抵抗型センサ素子の信号を用いて妥当性検査を施される。予め定めた妥当性条件に瑕疵がある場合には、通常の作動領域外に認められる信号が送出される。これにより、安全性の理由から、通常の冗長性のある第１のセンサと第２のセンサの実施が放棄できる。これによって当該方法の操作性が特に簡単になる。
【００１４】
バタフライバルブ接続ピースに関しては、前記課題は本発明によって、前記マグネットが、ほぼ環状に形成され、さらに直径方向に磁化を有することによって解決される。直径方向の磁化によって、均質な磁場が生じる。これにより、許容できないほどの線形誤差を引き起すことなく、センサヘッドとマグネット軸の間で比較的大きな偏心率が許容される。これにより、前述したような方法は、マグネットとセンサの間の位置付けにおいて、構造的に避けられない不精度のもとでも非常に信頼性の高い実施が可能となる。
【００１５】
有利には、前記マグネットは、第１のリングパートセグメントと、第２のリングパートセグメントを含み、前記第１のリングパートセグメントと第２のリングパートセグメントはほぼ環状な配列構成で形成され、この場合前記第１のリングパートセグメントも第２のリングパートセグメントも半径方向に磁化されている。この半径方向の磁化は、直径方向の磁化に比べて不均質な磁場を引き起す。この場合磁場の磁束線は、マグネットの中央において集束される。それ故にマグネットの半径方向の磁化を用いて特に高い磁場を生成することができ、それによって当該位置検出装置は、障害的な磁場に不感となる。
【００１６】
有利には、前記２つのセンサの実施のもとで、中央軸方向でマグネット内に突出している。センサが軸方向中央でマグネット内に突出するならば、この位置状態において有効磁場の振幅は特に大きくなり、外部の障害的磁場に対する遮蔽効果も良好となる。これによって、電磁的駆動装置のすぐ近くであってもシャフトの角度位置を阻害されることなく求めることができる。
【００１７】
有利には前記センサは、第１の磁気抵抗型センサ素子と第２の磁気抵抗型センサ素子を含む。第１の磁気抵抗型センサ素子と第２の磁気抵抗型センサ素子を用いることによって、２つの特性曲線を形成することができ、これらの特性曲線が位相シフトしている限り、前述した本発明による方法に従って、バタフライバルブシャフトの回転運動を非常に正確に検出することができる。
【００１８】
有利には、前記センサは、第１のケーシングと第２のケーシングを含んでおり、この場合第１のケーシング内には第１の磁気抵抗型センサ素子と第２の磁気抵抗型センサ素子が配設され、第２のケーシング内には、電子評価回路が配設されている。この場合第１のケーシングは、バタフライバルブシャフトに対してほぼ垂直に配置され、第２のケーシングはバタフライバルブシャフトに対してほぼ水平に配置される。これによって、当該センサに必要となる構造空間は、非常に少ない容量で済む。
【００１９】
有利には、前記電子評価回路は、シリアルプロトコルを介した特性曲線の設定のためにピンを有している。これにより、前記ピンを有していないと特性曲線の設定のために必要となったであろう多数の電気的な構成素子が省かれるようになる。
【００２０】
有利には、前記センサはほぼ完全に、プラスチックからなるスリーブによって囲繞される。このような構成によれば、センサは、リッドの製造の際に射出成形によってプラスチックで覆うことのできる成形体を形成する。これにより、バタフライバルブ接続ピースのケーシングのリッドは二次加工できる。
【００２１】
有利には、ケーシングのリッドは、プラスチックからなり、この場合センサはリッドのプラスチックによって少なくとも部分的に取り囲まれるようになる。このリッド内へのセンサの統合化により、当該センサは、リッド内の予め固定可能な箇所へ取付け可能となる。同時にセンサをリッドに配置してマグネットと相対的に調整しなければならなかった取付け過程が省かれる。
【００２２】
本発明によって得られる利点は、次のとおりである。すなわちバタフライバルブシャフトの位置を検出する当該方法が、無接触方式で実施され、その際に、バタフライバルブシャフトの位置の検出のために十分な精度が高い信頼性のもとで得られ、しかも非常に長い期間に亘って保証されることである。この場合第１のセンサ素子の信号と第２のセンサ素子の信号が同時に検出され、妥当性チェックのためにも用いられる。エラーの発生の際には、相応の信号が制御回路に通知される。
【００２３】
次に本発明の実施例を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。この場合、
図１は、ギヤボックスとアクチュエータ駆動部を有するバタフライバルブ接続ピースを概略的に示した図であり、
図２は、図１によるバタフライバルブ接続ピースのリッドを概略的に示した図であり、
図３は、直接駆動部を有するバタフライバルブ接続ピースを概略的に示した図であり、
図４は、図３によるバタフライバルブ接続ピースのリッドを概略的に示した図である。なお、全ての図面に亘って同じ構成要素には同じ符号が付されている。
【実施例】
【００２４】
図１によるバタフライバルブ接続ピース１０は、次のことに用いられている。すなわち図には示されていない負荷、例えば同様に図には示されていない自動車の燃料噴射装置に、空気/燃料混合気を供給するのに用いられている。この場合バタフライバルブ接続ピースを用いることによって前記負荷に供給すべき新気ガス量が制御可能である。これに対して、バタフライバルブ接続ピース１０は、ケーシング１２を有しており、このケーシング１２は金属１４で製造されており、当該実施例ではアルミニウム製である。しかしながらこのケーシング１２は、代替的に射出成形手法によって強化プラスチックで形成されてもよい。
ケーシング１２は、貫通型のスロットル開口部１６を含んでおり、このスロットル開口部１６を介して、図には示されていない負荷に、空気/燃料混合気を供給することが可能である。
【００２５】
前記負荷に供給すべき新気ガスの体積量の設定に対しては、回転軸線１９を有するバタフライバルブシャフト１８上にバタフライバルブ２０が設けられている。このバタフライバルブ２０は、当該実施例では金属２４として構成された材料２２で製造されている。この金属２４もここではアルミニウムである。もちろん代替的に、このバタフライバルブは、全体若しくは一部がプラスチック等で形成されていてもよい。バタフライバルブシャフト１８の回転は、同時にバタフライバルブシャフト１８上に設けられたバタフライバルブ２０の旋回も生ぜしめる。これにより、スロットル開口部１６のアクティブな断面積が拡大したり縮小したりする。このバタフライバルブ２０によるスロットル開口部１６のアクティブ断面積の拡大ないし縮小によって、当該バタフライバルブ接続ピース１０のスロットル開口部を通過する燃料/空気混合気の通流量の制御が行われる。
【００２６】
バタフライバルブシャフト１８は、図には詳細には示されていないが、出力要求に対する設定装置とケーブルで結ばれたワイヤ−ディスクに接続されていてもよい。この設定装置とは、ここでは自動車のアクセルペダルであり得る。そのため自動車のドライバによるこの設定装置の操作が、バタフライバルブ２０を、最小開口位置（特に遮蔽状態）から最大開口位置（特に開放状態）までもたらすことができる。それによって自動車の出力が制御される。
【００２７】
図１に示されているバタフライバルブ接続ピース１０のバタフライバルブシャフト１８は、それとは対称的に、部分領域においてはアクチュエータ駆動部によりその他ではアクセルペダルを介して設定可能か、又はバタフライバルブ２０が全調整領域に亘ってアクチュエータ駆動部により設定可能である。このようないわゆるＥガスシステム若しくはドライブバイワイヤシステムでは、機械的な出力制御量、例えばアクセルペダルの踏込量が、電気信号に変換される。この信号は、制御ユニットに供給され、この制御ユニットからアクチュエータ駆動部に対する駆動制御信号が生成される。このシステムでは通常運転中は、アクセルペダルとバタフライバルブ２０の間で機械的な接続は存在しない。
【００２８】
それ故にバタフライバルブシャフト１８とバタフライバルブ２０の調整に対しては、バタフライバルブ接続ピース１０は、駆動部ケーシング２６を有している。この駆動部ケーシング２６は、バタフライバルブ接続ピース１０のケーシング１２と一体的に構成されている。しかしながらこの、バタフライバルブ接続ピース１０のケーシング１２と駆動部ケーシング２６は、別個の単体構成ユニットとして二部構成されていてもよい。
【００２９】
駆動部ケーシング２６内には、ケーシング１２外部に配設されている制御ユニット２８を介して駆動制御可能で、電気モータとして構成されたアクチュエータ駆動部３０が設けられている。このアクチュエータ駆動部３０は、制御ユニット２２８と電気的に適式に接続される。但しこのことは図には示されていない。制御ユニット２８は、電気モータとして構成されているアクチュエータ駆動部３０に制御信号Ｃを供給し、この信号を用いて、電気モータとして構成されたアクチュエータ駆動部３０は、ギヤボックス３１を介してバタフライバルブシャフト１８を調整する。この場合バタフライバルブシャフト１８の実際の位置は、位置検出装置３２を介して検出される。
【００３０】
位置検出装置３２は、マグネット３４を含んでおり、このマグネット３４は、バタフライバルブシャフト１８の第１の端部３６に配設されている。このマグネット３４は、直径方向に磁化されており、一体的にリング３８として構成されている。バタフライバルブシャフト１８の回転軸線に合わせられて、前記リング３８の中央にはセンサ４０が配設されている。このセンサ４０は、第１のケーシング４２と第２のケーシング４４を有している。センサ４０のこれらの２つのケーシング４２，４４は、プラスチック４６によって射出成形される。プラスチック４６でコーティングされたこれらの２つのケーシング４２，４４も同じように、プラスチックで製造されたバタフライバルブ接続ピース１０のリッド５０内に射出成形手法によって統合化され得る。センサ４０の第１のケーシング４２内には、第１のセンサ素子５２および第２のセンサ素子５４が配設されている。センサ４０のこのケーシング４２には、その他に温度センサ５５が設けられている。センサ４０の第２のケーシング４４には、電子評価回路５６が配設されている。この場合特に省スペースな方式でセンサの第１のケーシング４２がマグネット３４のリング３８内に突出している。センサ４０の第１のケーシング４２と固定的に接続されたセンサ４０の第２のケーシング４４は、センサ４０の第１のケーシング４２に対して９０゜の角度でバタフライバルブシャフト１８の回転軸線１９に対して直角方向に折り曲げられ、バタフライバルブ接続ピース１０のケーシング１２のリッド５０内に配設されている。
【００３１】
バタフライバルブシャフト１８は、ケーシング１２内のスロットル開口部１６の両側に設けられている軸受６０に支承されている。一方の軸受け６０と位置検出装置３２の間には、いわゆる復元ばねおよび/または緊急ばねを有するスプリング系６２が設けられている。スプリング系６２のこの復元ばねおよび/または緊急ばねは、バタフライバルブシャフト１８を遮蔽方向にプリロード作用しており、それによって、電気モータとして構成されているアクチュエータ駆動部３０が復元ばねおよび/または緊急ばねの応力に抗して動作する。そのようなスプリング系６２の復元および/または緊急ばねは、電気モータとして構成されているアクチュエータ駆動部３０が故障した時に、バタフライバルブ２０を、通常はアイドリング回転数よりも上にある所定の位置にもたらすように作用する。
【００３２】
代替的若しくは付加的に、バタフライバルブシャフト１８は、位置検出装置３２とは反対側のバタフライバルブシャフト１８の方に向けてバタフライバルブ接続ピース１０のケーシング１２から突出するように延在させることも可能である。それにより、例えば図には示されていないワイヤーを介してアクセルペダルと接続されるワイヤーディスクをバタフライバルブシャフト１８の端部に組み付けることが可能となる。これにより機械的な目標値設定が実現される。このバタフライバルブシャフト１８と図示されていないアクセルペダルとの機械的な接続は、緊急時、例えばアクチュエータ駆動部の故障時などにおいてバタフライバルブ接続ピース１０の作動を保証する。
【００３３】
バタフライバルブ接続ピース１０の作動時には、電気的モータとして構成されたアクチュエータ駆動部３０を用いてバタフライバルブシャフト１８が旋回される。これによって、バタフライバルブシャフト１８に固定されているバタフライバルブがスロットル開口部を多かれ少なかれ開放し、それによって内燃機関に供給すべき新気ガス量が制御可能となる。
【００３４】
バタフライバルブ接続ピース１０のケーシング１２のリッド５０の詳細は、図２において概略的に示されている。プラスチック４６によって取り囲まれているセンサ４０は、このリッド５０の平面図においては、立体的には示されていない。なぜならセンサは観察者側とは反対側平面に存在するからである。センサ４０から配線された電気的接続線路は、当該リッド５０に設けられている電気的コンタクト６６に配線されている。このコンタクト６６を介してセンサ４０は、バタフライバルブ接続ピース１０外部に設けられた制御ユニット２８と接続可能である。同時にセンサ４０は、この電気的コンタクト６６を介して電気的エネルギを供給される。さらにリッド５０は、センタリング支援部６８を有し、これを介してリッドがバタフライバルブ接続ピース２０のケーシングに対して位置付け可能となり、センサ４０もバタフライバルブシャフト１８上に配設されたマグネット３４に対して位置づけ可能となる。
【００３５】
図３によるバタフライバルブ接続ピース１００は、図１によるバタフライバルブ接続ピース１０と同じような形式で自動車に適用することが可能である。このバタフライバルブ接続ピース１００は、ケーシング１１２を含んでおり、該ケーシング内には貫通したスロットル開口部１１６が設けられている。このスロットル開口部１１６は、ほぼ円筒形上の断面１１７を有している。スロットル開口部１１６内では、回転軸線１１９を有するバタフライバルブシャフト１１８上にバタフライバルブ１２０が配設されている。
【００３６】
バタフライバルブシャフト１１８は、駆動ケーシング１２６内に配設され当該ケーシング外に配設されている制御ユニット１２８を介して制御可能な電気的アクチュエータ駆動部１３０を直接調整することが可能である。これにより、図３によるバタフライバルブ接続ピース１００は、バタフライバルブシャフトがギヤボックス３１を介してアクチュエータ駆動部３０により間接的に駆動可能である、図１によるバタフライバルブ接続ピース１０と区別される。ここではアクチュエータ駆動部１３０は電気的な整流子モータとして構成されている。
【００３７】
バタフライバルブ接続ピースのバタフライバルブシャフト１１８の回転運動も位置検出装置１３２によって検出可能である。この位置検出装置１３２は、マグネット１３４を含んでおり、このマグネット１３４は、バタフライバルブシャフト１１８の第１の端部１３６に配設されている。このマグネット１３４の中央１３９には、バタフライバルブシャフト１１８の回転軸線１１９に合わせられてセンサ１４０が設けられている。このセンサ１４０は、第１のケーシング１４２と第２のケーシング１４４を含んでいる。このセンサ１４０は、ほぼ完全にプラスチック１４６によって被覆されている。
【００３８】
センサ１４０の第１のケーシング１４２は、当該センサ１４０の第２のケーシング１４４に対して直角に設けられている。プラスチック１４６によって被覆されているセンサ１４０は、射出成形リングとしてバタフライバルブ接続ピース１００のリッド１５０内に統合化されている。これは射出成形手法において製造可能である。
【００３９】
センサ１４０は、その第１のケーシング１４２内に第１の時期抵抗型センサ素子１５２ないし第２の時期抵抗型センサ素子１５４並びに温度センサ１５５を配している。センサ１４０の第２のケーシング１４４内には、電子評価回路１５６が設けられている。この電子評価回路１５６は、ピン１５８を含んでおり、このピンを介して電子評価回路１５６は、シリアルプロトコルを介した特性曲線の設定調整が可能である。ピン１５８は、機器用プラグとして構成されている電気的コンタクト１６６内で終端するのではなく、製造過程においてのみコンタクトされ、その後は閉鎖される。
【００４０】
バタフライバルブシャフト１１８は、軸受け１６０内で支承されている。このバタフライバルブ接続ピース１００は、さらにスプリングシステム１６２を有しており、これは位置検出装置１３２とは反対側のバタフライバルブシャフト１１８端部１６４に設けられている。このスプリングシステム１６２を介してバタフライバルブシャフト１１８は、アクチュエータ駆動部１３０の故障の際にも緊急時位置に位置付け可能である。
【００４１】
バタフライバルブ接続ピース１００のリッド１５０は、図４に詳細に示されている。プラスチック１４８から製作されたリッド１５０は、センサ１４０の第１のケーシング１４２と第２のケーシング１４４をほぼ完全に含んでいる。この図４の表示平面からは、センサ１４０の第２のケーシング１４４が突出している。このことはカバーの平面図に基づいて立体的には示せない。しかしながら当該センサ１４０の第２のケーシング１４４の電子評価回路１５６のピンは明らかに識別可能であり、それによって電子評価回路１５６は、この図には詳細に示されていない制御ユニットと接続可能である。
【００４２】
バタフライバルブ接続ピース１０のマグネット３４の詳細な構成は、図５に示されている。ここで明らかなのは、リング３８として構成された、バタフライバルブ接続ピース１０のマグネット３４の直径方向の磁束線である。この場合リング３８は遮蔽リング７４によって取り囲まれている。ここでは磁束線がほぼ水平に、リング３８として構成されたマグネット３４の中央３９を貫いている。この中央３９は、磁性材料から開放されている。この中央３９領域内で、センサ４０が位置付け可能である。
【００４３】
それとは反対に、バタフライバルブ接続ピース１００のマグネット１３４は、半径方向に磁化されており、このことは図６に示されている。これに対してこのマグネット１３４は、第１のリングパートセグメント１７０と第２のリングパートセグメント１７２を有している。この半径方向の磁化特性を有するマグネット１３４の場合の磁束線の方が、直径方向の磁化特性を有するバタフライバルブ接続ピース１０のマグネット３４の場合よりも強く中央で集束している。またマグネット１３４は、マグネット３４と同じような遮蔽リング１７４を有している。このマグネット１３４の中央１３９には、磁性材料は何も設けられていない。この領域にはセンサ１４０が位置付け可能である。
【００４４】
バタフライバルブ接続ピース１０の位置検出装置３２も、バタフライバルブ接続ピース１００の位置検出装置１３２も、同じ手法に従って動作する。このことは図７に概略的に示されている。
【００４５】
この方法では、第１のセンサ素子５２ないし１５２と、第２のセンサ素子５４ないし１５４が、１/４周期だけ相互にずれている。それによりバタフライバルブ接続ピース１０ないし１００の作動のもとで、２つの信号Ｓ_１とＳ_２が検出される。第１の信号Ｓ_１は、ほぼ正弦波形状であり、第１のセンサ素子５２ないし１５２から供給される。第２の信号Ｓ_２は、ほぼ余弦波形状であり、第２のセンサ素子５４ないし１５４から供給される。その他に常時温度センサ５５ないし１５５を介して温度信号Ｔ_Ｍが供給される。前記２つの信号Ｓ_１及びＳ_２並びに温度信号Ｔ_Ｍは、ここには図示されていない電気的な結合手段を介してセンサ４０ないし１４０の第２のケーシング４４ないし１４４に供給され、そこから電子評価回路５６ないし１５６に送出される。
【００４６】
電子評価回路５６ないし１５６は、デジタル化装置２００を用いて、第１信号Ｓ_１，第２の信号Ｓ_２,および温度信号Ｔ_Ｍをデジタル化さる。その際に、第１の信号Ｓ_１からはデジタル信号Ｄ_Ｓ１が生成され、第２の信号Ｓ_２からはデジタル信号Ｄ_Ｓ２が生成され、温度信号Ｔ_Ｍからは、デジタル信号Ｄ_ＴＭが生成される。これらの３つのデジタル信号Ｄ_Ｓ１,Ｄ_Ｓ２,Ｄ_ＴＭは、同じく当該電子評価回路５６ないし１５６内に配設されている計算ユニット２０２に供給される。この計算ユニット２０２は、メモリと比較ユニットを含んでおり、これら２つは図面には詳細に示されていない。
【００４７】
計算ユニット２００では、第１のデジタル信号Ｄ_Ｓ１と第２のデジタル信号Ｄ_Ｓ２から位置信号としてほぼ逆正接波形状の信号Ｐが生成される。この位置信号Ｐは、比較ユニットにおいて、メモリからのデータと比較される。この場合メモリ２０６のデータには、バタフライバルブシャフトの角度位置の正確な計算に必要とされる、センサ素子５２，１５２ないし５４，１５４の補正値（ブリッジオフセット）も、出力特性曲線のための特性曲線パラメータ（例えばグラジエントや角度オフセットなど）も含まれている。このほぼ逆正接波形状の信号Ｐと、メモリ２０６のデータとの比較結果からは、バタフライバルブシャフト１８ないし１１８の目下の位置が確定できる。このバタフライバルブシャフト１８ないし１１８の目下の位置は、出力信号Ａとして制御ユニット２８ないし１２８に供給可能である。制御ユニット２８ないし１２８は、この出力信号Ａに依存して電子ＳＨ八日回路５６ないし１５６に制御信号Ｃを送出する。この制御信号Ｃはアクチュエータ駆動部３０ないし１３０に転送され、それを介してバタフライバルブシャフト１８ないし１１８の目下の検出位置に依存してアクチュエータ駆動部３０ないし１３０が駆動制御可能である。
【００４８】
この方法の実施の際には、周期的に、つまり規則的な時間間隔の中で、電子評価回路５６，１５６において、第１のセンサ素子５２ないし１５２と第２のセンサ素子５４ないし１５４の信号Ｓ_１およびＳ_２の妥当性検査が、測定された温度信号Ｔ_Ｍの考慮下で実施される。この場合センサ素子５２ないし１５２と５４ないし１５４の２つの信号Ｓ_１，Ｓ_２は、近似的に以下の関数：
Ｓ_１＝Ｓ_１ｍａｘ*ｓｉｎ(２ * Φ）* [１＋α_１ *（Ｔ_Ｍ１−Ｔ_Ｒ）]
Ｓ_２＝Ｓ_２ｍａｘ*ｃｏｓ(２ * Φ）* [１＋α_２ *（Ｔ_Ｍ２−Ｔ_Ｒ）]
から得られる。この場合、前記Ｓ_１ｍａｘ，Ｓ_２ｍａｘは、ｍＶの単位における信号振幅を表し、前記Φは、バタフライバルブシャフト１８，１１８が回転する機械的な角度を表し、前記α_１,α_２は、単位１/ｋにおける温度係数であり、前記Ｔ_Ｒは、基準温度である。
【００４９】
信号Ｓ_１,Ｓ_２の振幅温度特性は、この場合測定された温度と基準温度の間の差分によって考慮される。この基準温度は、通常は室温である。
【００５０】
２つのセンサ５２，５４ないし１５２，１５４は、同じ基板上に取り付けられているので、温度測定に対しては唯一の温度センサが用いられ、これが測定温度ＴMを供給する。相応に温度係数も次のように、
Ｔ_Ｍ１＝Ｔ_Ｍ１＝Ｔ_Ｍ
α_１＝α_２＝α
同等に置かれる。これらの式によって前記信号Ｓ_１,Ｓ_２は表される。エラーのない機能のもとでは、以下の式、
ｓｉｎ^２ (２Φ）＋ｃｏｓ^２ (２Φ）＝１
が成り立つ。
【００５１】
この条件は、付加的に計算ユニット２０２において周期的に問い合わせされる。この条件が満たされない場合には、信号Ｆが送出され、この信号から通常の作動領域外にあることが識別可能となる。またこの信号Ｆは、図には詳細に示されていない方式で同じように図には詳細に示されていない制御ユニットにも供給可能である。この安全機能によって、冗長的な実施の必要性を省くことが可能となり、それによって当該位置検出装置３２ないし１３２は、特に簡単な構造のもので済む。その上さらに汎用性の理由と伝送区間内のエラー識別性の理由から、相補的な２つの特性曲線が送出される。温度情報の考慮によって、例えば摂氏−４０度〜＋１４０度の温度範囲で信頼のおける妥当性チェックが行われる。
【００５２】
この方法は、第１の磁気抵抗型センサ素子１５２ないし５２と第２の磁気抵抗型センサ素子５４ないし１５４を有する磁気抵抗型センサ４０ないし１４０を用いることによって、相互に位相シフトした２つの信号Ｓ_１およびＳ_２が生成できる点で優れている。これらの２つの信号Ｓ_１,Ｓ_２を用いることで、バタフライバルブシャフト１８ないし１１８の目下の位置が十分正確に検出可能となる。その場合この方法によれば特に長期に亘って、装置が機械的な摩耗現象を持たないことが特に保証される。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ギヤボックスとアクチュエータ駆動部を有するバタフライバルブ接続ピースを概略的に示した図である
【図２】図１によるバタフライバルブ接続ピースのリッドを概略的に示した図である
【図３】直接駆動部を有するバタフライバルブ接続ピースを概略的に示した図である
【図４】図３によるバタフライバルブ接続ピースのリッドを概略的に示した図である
【図５】バタフライバルブ接続ピース１０のマグネット３４の磁化特性を表した図である
【図６】バタフライバルブ接続ピース１００のマグネット１３４の磁化特性を表した図である
【図７】電子評価回路の機能を説明するための図である

Claims (11)

1. バタフライバルブ接続ピース（１０，１００）のバタフライバルブシャフト（１８，１１８）の位置の無接触式検出方法であって、
   前記バタフライバルブ接続ピース（１０，１００）は、リッド（５０，１５０）によって遮蔽可能なケーシング（１２，１１２）と、該ケーシング（１２，１１２）内に設けられている、前記バタフライバルブシャフト（１８，１１８）に配設されたバタフライバルブ（２０，１２０）用のスロットル開口部（１６、１１６）とを有しており、
   前記バタフライバルブシャフト（１８，１１８）は、電気式アクチュエータ（３０，１３０）によって駆動され、前記バタフライバルブシャフトの一方の端部（３６，１３６）にマグネット（３４，１３４）を有しており、
   前記マグネット（３４）は、リッド（５０，１５０）に配置されたセンサ（４０）に合わせて無接触形式で配設されている形式の方法において、
   前記センサ（４０，１４０）は、第１の磁気抵抗型センサ素子（５２，１５２）と、第２の磁気抵抗型センサ素子（５４，１５４）を有しており、
   この場合、前記バタフライバルブシャフト（１８，１１８）の回転運動のもとで前記マグネット（３４，１３４）により、第１の磁気抵抗型センサ素子（５２，１５２）においてはほぼ正弦波形状の信号（Ｓ_１）が生成され、第２のセンサ素子（５４，１５４）においてはほぼ余弦波形状の信号（Ｓ_２）が生成され、
   第１のほぼ正弦波形状の信号（Ｓ_１）と第２のほぼ余弦波形状の信号（Ｓ_２）は、センサ（４０，１４０）内に配設されている電子評価回路（５６，１５６）に供給され、
   前記電子評価回路（５６，１５６）において、第１の磁気抵抗型センサ素子（５２，１５２）のほぼ正弦波形状の信号（Ｓ_１）と、第２の磁気抵抗型センサ素子（５４，１５４）のほぼ余弦波形状の信号（Ｓ_２）とから、ほぼ逆正接波形状の信号（Ｐ）が生成され、
   前記ほぼ逆正接波形状の信号（Ｐ）に基づいて、ケーシング外に配設されている制御ユニット（２８）内で制御信号（Ｃ）が生成され、この制御信号（Ｃ）が、前記バタフライバルブ接続ピース（１０，１００）内に配設されている、バタフライバルブシャフト（１８，１１８）調整用のアクチュエータ（３０、１３０）に供給されるようにしたことを特徴とする方法。
2. 前記センサ（４０，１４０）の出力信号のスケーリングが、電子評価回路（５６，１５６）の付加的なピン（１５８）を用いて、シリアルプロトコルを介して行われ、その際特性曲線の設定のためのデータが不揮発性メモリ内にファイルされる、請求項１記載の方法。
3. 第１の磁気抵抗型センサ素子（５２，５２）の信号が、第２の磁気抵抗型センサ素子（５４，１５４）の信号を用いて周期的に妥当性検査される、請求項１または２記載の方法。
4. リッド（５０）によって遮蔽可能なケーシング（１２）と、該ケーシング（１２）内に設けられている、前記バタフライバルブシャフト（１８）に配設されたバタフライバルブ（２０）用のスロットル開口部（１６）とを有し、
   前記バタフライバルブシャフト（１８）は、電気式アクチュエータ（３０）によって駆動され、前記バタフライバルブシャフトの一方の端部（３６，１３６）にマグネット（３４）を有しており、
   前記マグネット（３４）は、リッド（５０）に配置されたセンサ（４０）に合わせて無接触形式で配設されている、バタフライバルブ接続ピース（１０）において、
   前記マグネット（３４）が、ほぼ環状に形成され、さらに直径方向に磁化を有するように構成されていることを特徴とする、バタフライバルブ接続ピース。
5. リッド（１５０）によって遮蔽可能なケーシング（１１２）と、該ケーシング（１１２）内に設けられている、前記バタフライバルブシャフト（１１８）に配設されたバタフライバルブ（１２０）用のスロットル開口部（１１６）とを有し、
   前記バタフライバルブシャフト（１１８）は、電気式アクチュエータ（１３０）によって駆動され、前記バタフライバルブシャフトの一方の端部（１３６）にマグネット（１３４）を有しており、
   前記マグネット（１３４）は、リッド（１５０）に配置されたセンサ（１４０）に合わせられて無接触形式で配設されている、バタフライバルブ接続ピース（１００）において、
   前記マグネット（１３４）は、第１のリングパートセグメント（１７０）と、第２のリングパートセグメント（１７２）を含み、前記第１のリングパートセグメント（１７０）と第２のリングパートセグメント（１７２）はほぼ環状な配列構成で形成され、この場合前記第１のリングパートセグメント（１７０）も第２のリングパートセグメント（１７２）も半径方向に磁化されていることを特徴とする、バタフライバルブ接続ピース。
6. 前記センサ（４０，１４０）は、中央の軸方向でマグネット（３４、１３４）内部に向けて突出している、請求項４または５記載のバタフライバルブ接続ピース。
7. 前記センサ（４０，１４０）は、第１の磁気抵抗型センサ素子（５２，１５２）と、第２の磁気抵抗型センサ素子（５４，１５４）を含んでいる、請求項４から６いずれか１項記載のバタフライバルブ接続ピース。
8. 前記センサ（４０，１４０）は、第１及び第２のケーシング（４２，１４２および４４，１４４）を含み、第１のケーシング（４２、１４２）内には第１のセンサ素子（５２，１５２）並びに第２のセンサ素子（５４，１５４）が配設され、第２のケーシング（４４，１４４）内には、電子評価回路（５６，１５６）が配設されており、この場合第１のケーシング（４２、１４２）は、バタフライバルブシャフト（１８、１１８）に対してほぼ直角に配設され、第２のケーシング（４４，１４４）は、バタフライバルブシャフト（１８、１１８）に対してほぼ平行に配設されている、請求項７記載のバタフライバルブ接続ピース。
9. 前記電子評価回路は、シリアルプロトコルを介した特性曲線の設定のためにピン（５８，１５８）を含んでいる、請求項８記載のバタフライバルブ接続ピース。
10. 前記センサ（４０，１４０）は、ほぼ完全にプラスチック（４６，１４６）によって囲繞されている、請求項４から９いずれか１項記載のバタフライバルブ接続ピース。
11. 前記ケーシング（１２，１１２）のリッド（５０，１５０）は、プラスチック（４８，１４８）からなり、前記センサ（４０，１４０）は、リッド（５０，１５０）のプラスチック（４８，１４８）によって少なくとも部分的に取り囲まれている、請求項１０記載のバタフライバルブ接続ピース。