WO2006063906A1 - Schaltklappeneinrichtung - Google Patents

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WO2006063906A1 PCT/EP2005/055813 EP2005055813W WO2006063906A1 WO 2006063906 A1 WO2006063906 A1 WO 2006063906A1 EP 2005055813 W EP2005055813 W EP 2005055813W WO 2006063906 A1 WO2006063906 A1 WO 2006063906A1
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Frank Bürger
Norbert Ludwig
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

Definitions

  • the invention relates to an actuating device for actuators, such as switching, throttle or swirl flaps, in internal combustion engines.
  • Such adjusting devices which are used in particular for actuators arranged in motor vehicle internal combustion engines, have, as described for example in DE 103 21 653, a typically electric servomotor.
  • the servo motor is connected to a shaft via a gearbox.
  • the transmission may have a worm wheel connected to the motor shaft and a gear connected to the shaft or the exhaust shaft. Since the output shaft, with which the actuator, ie in particular a flap, is connected, is often rotated only by a certain angle of preferably 90 ° back and forth, a Tcilkranz gear can be provided instead of a full gear.
  • the gear two pin magnets are connected at a distance from the shaft and at an angle to each other.
  • the two pin magnets also at an angle of 90 ° to each other.
  • a Hall switch is arranged stationary.
  • a voltage signal is generated by the Hall switch.
  • This is sent to a logic switch transmitted, wherein the logic WegCine is detected only by an end position of the actuator and, for example, turns off the engine.
  • a direction of rotation reversal of the motor can be set by the logic switching device, so that upon the next actuation of the servomotor rotation of the shaft and thus actuation of the actuator takes place in the reverse direction.
  • the object of the invention is to provide an adjusting device, with the position of an actuator outside the required end position is possible in a simple and cost-effective manner.
  • the actuating device has a shaft connected to a servomotor for actuating an actuator connected to the shaft, such as a flap. Furthermore, two pin magnets arranged in each case in a predetermined position relative to the shaft are provided. Here, the pin magnets are connected to the shaft so that they move relative to a magnetic field sensor when rotating the shaft.
  • a magnetic field sensor is a linear Hall sensor intended. The use of a linear Hall sensor has the advantage that it generates both a voltage when a magnetic field is detected, and when no magnetic field is detected. With a linear Hall sensor thus three different Wcllengnagnagnagnagnaric acid.
  • the pin magnets are arranged so that they each define an endstcllung the actuator.
  • the pin magnets are preferably arranged at a distance from the shaft.
  • the shaft carries a gear, in particular a part-ring gear, and the pin magnets are connected to the gear.
  • the two pin magnets in this case preferably have a distance from the shaft and to each other at an angle, wherein the angle preferably corresponds to the pivot angle of the actuator.
  • the two pin magnets are preferably arranged such that a different pole points in the direction of the sensor. This makes it possible to distinguish the two end positions from each other.
  • the two pin magnets are preferably fixed to the shaft, or with. the while connected Gear connected.
  • the linear Hall sensor is stationarily arranged in particular in the housing of the adjusting device.
  • the drawing shows a schematic, schematic representation of an adjusting device, wherein for clarity, the housing is not shown.
  • the adjusting device has a servomotor 10, which is preferably an electric motor.
  • a screw 14 is driven via a drive shaft 12 connected to the servomotor 10.
  • the worm 14 engages in a toothing 16 of a partial ring gear 18.
  • the partial ring gear 18 is fixedly connected to a WCnc 20.
  • an unillustrated actuator such as a switching valve, firmly connected.
  • a linear Hall sensor 22 is arranged. With the ring gear 18 two pin magnets 24, 26 are firmly connected. The pin magnets 24, 26 are arranged at an angle ⁇ at a distance from the shaft 20.
  • the linear Hall sensor As soon as one of the pin magnets 24, 26 reaches a position in which it is disposed opposite the linear Hall sensor 22 by rotating the ring gear 18, the linear Hall sensor generates a signal. This is sent via a line 28 to a logic -Schalt Nur 30 transmitted.
  • the Log ⁇ k switching device 30 then controls the motor 10. Since the position of a bar magnet 24, 26 relative to the linear Hall sensor 22 preferably defines an Endstcllung, takes place by the generation of Signal preferably a shutdown of the engine 10. Further, a direction reversal is preferably specified for the next operation of the engine.
  • the two pin magnets 24, 26 are connected to the gear wheel 28 in such a way that different poles point in the direction of the linear Hall sensor 22. This makes it possible to distinguish the two end positions from each other.
  • the linear Hall sensor Since, according to the invention, a linear Hall sensor 22 is used, the linear Hall sensor generates a signal even if neither of the two pin magnets 24, 26 is arranged opposite the sensor 22 and the sensor 22 thus does not detect a magnetic field.
  • the sensor generates this 22 shows a voltage, in particular a bridge voltage, the value of which differs from the voltage values generated by the sensor 22 when one of the two pin magnets 24, 26 is arranged opposite the sensor 22. Due to the provision according to the invention of the linear Hall sensor 22, it is thus possible, on the one hand, to detect the two terminals, in each of which one of the two pin magnets 24, 26 is arranged opposite the Hall sensor, and, on the other hand, to detect a position, in FIG the stalk organ is not in one of the two end positions.
  • a linear Hall sensor With the aid of the provision according to the invention of a linear Hall sensor, it is thus also possible to implement overwriting functions. In particular, the requirements of OBD II can be met.

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Abstract

Eine Stellvorrichtung für Stellorgane wie Schalt-, Drossel- oder Drallklappen in Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge weist eine mit einem Stellmotor ( 10) verbundene Welle (20) auf. Die Welle (20) ist mit einem Stellorgan, wie einer Schaltklappe oder dgl., verbunden. In einer vorgegebenen Position zur Welle (20) sind zwei Stiftmagnete (24, 26) angeordnet, vorzugsweise mit einem Teilkranz-Zahnrad verbunden. Die Stiftmagnete (24, 26) bewegen sich beim Drehen der Welle (20) relativ zu einem vorzugsweise ortsfesten Magnetfeld-Sensor (22). Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Magnetfeld-Sensor um einen linearen Hall-Sensor. Durch das Vorsehen eines linearen Hall-Sensors ist es möglich, drei unterschiedliche Wellenstellungen zu bestimmen. Hierbei handelt es sich um die beiden durch die Stiftmagnete (24, 26) vorgegebenen Wellenstellungen, in denen die Magnete dem Hall-Sensor gegenüberliegend angeordnet sind, sowie um eine Stellung, in der der Hall-Sensor auf Grund der Lage der Stiftmagnete (24, 26) kein Magnetfeld detektiert. In dieser Stellung zeigt ein linearer Hall-Sensor eine definierte Bruckenspannung.

Description

Schaltklappeneinrichtunq
Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung für Stellorgane, wie beispielsweise Schalt-, Drossel- oder Drallklappen, in Verbrennungsmotoren.
Derartige Stellvorrichtungen, die insbesondere für in Kraftfahrzeug - Verbrennungsmotoren angeordnete Stellorgane eingesetzt werden, weisen, wie beispielsweise in DE 103 21 653 beschrieben, einen typischerweise elektrischen Stellmotor auf. Der Stellmotor ist über ein Getriebe mit einer Welle verbunden. Hierbei kann das Getriebe ein mit der Motorwellc verbundenes Schneckenrad und ein mit der Welle bzw der Abtiϊcbswelle verbundenes Zahnrad aufweisen. Da die Abtriebswelle, mit der das Stellorgan, d. h. insbesondere eine Klappe, verbunden ist, häufig nur um einen bestimmten Winkel von vorzugsweise 90 ° hin und her gedreht wird, kann an Stelle eines Voll-Zahnrads ein Tcilkranz-Zahnrad vorgesehen werden. Mit dem Zahnrad sind in einem Abstand zur Welle sowie einem Winkel zueinander zwei Stiftmagnete verbunden. Bei einem Stellwinkel von 90° weisen die beiden Stiftmagnete ebenfalls einen Winkel von 90° zueinander auf. In dem Gehäuse der in DE 103 21 653 beschriebenen Stellvorrichtung ist ein Hall-Schalter ortsfest angeordnet. Sobald ein Stiftmagnet dem Hall-Schalter gegenüberliegend angeordnet ist, wird von dem Hall-Schalter ein Spannungssignal erzeugt. Dies wird an eine Logik-Schalteinrichtung übertragen, wobei die Logik-Schaltcinrichtung nur durch eine Endstellung des Stellorgans detektiert wird und beispielsweise den Motor abschaltet. Gleichzeitig kann von der Logik-Schalteinrichtung eine Drehrichtungsumkehr des Motors festgelegt werden, so dass beim nächsten Betätigen des Stellmotors ein Drehen der Welle und damit ein Betätigen des Stellorgans in umgekehrte Richtung erfolgt. Die Drehung der Welle und damit das Betätigen der Klappe erfolgt solange, bis der andere Stiftmagnet dem Hall-Schalter gegenüberliegend angeordnet ist und wiederum ein Spannungssignal in dem Hall-Schalter erzeugt. Diese Spannungssignal wird von der Logik- Schaiteinrichtung wiederum entsprechend verarbeitet. Durch eine derartige Stellvorrichtung können jeweils die Endstellungen eines Stellorgans, wie einer Klappe, detektiert werden. Es ist jedoch nicht möglich, festzustellen, ob ein Stellorgan, beispielsweise auf Grund auftretender Vibrationen, aus der geforderten Endstellung herausgedreht wird. Hierbei kann eine Veränderung der geforderten Lage des Stellorgans zu Beeinträchtigungen des Laufverhaltens des Verbrennungsmotors, beispielsweise einer verringerten Leistungsabgabe, eines erhöhten Kraftstoffverbrauchs etc., führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Stellvorrichtung zu schaffen, mit der auf einfache und kostengünstige Weise die Stellung eines Stellorgans außerhalb der geforderten Endlage möglich ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die erfϊndungsgemäße Stellvorrichtung weist eine mit einem Stellmotor verbundene Welle zum Betätigen eines mit der Welle verbundenen Stellorgans, wie einer Klappe, auf. Ferner sind zwei jeweils in einer vorgegebenen Position zur Welle angeordnete Stiftmagnete vorgesehen. Hierbei sind die Stiftmagnete derart mit der Welle verbunden, dass sie sich beim Drehen der Welle relativ zu einem Magnetfeld-Sensor bewegen. Erfindungsgemäß wird als Magnetfeld-Sensor ein linearer Hall-Sensor vorgesehen. Das Verwenden eines linearen Hall-Sensors hat den Vorteil, dass dieser sowohl eine Spannung erzeugt, wenn ein Magnetfeld detektϊcrt wird, als auch, wenn kein Magnetfeld detektiert wird. Mit einem linearen Hall-Sensor sind somit drei unterschiedliche Wcllenstellungcn bestimmbar. Hierbei handelt es sich einerseits um zwei Wcllenstellungcn, bei denen es sich insbesondere um Endstellungen handelt, in denen jeweils ein Stiftmagnet dem linearen Hall- Sensor gegenüberliegend angeordnet ist. Bei einer dritten Wcllenstellung ist keiner der beiden Stiftmagnete dem linearen Hall-Sensor gegenüberliegend angeordnet. Dies hat zur Folge, dass der lineare Hall-Sensor kein Magnetfeld detektiert. Bauartbedingt zeigt der lineare Hall-Sensor, wenn er kein Magnetfeld detektiert, eine definierte Spannung. Hierbei handelt es sich insbesondere um eine Brückenspannung. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines linearen Hall-Sensors in Kombination mit zwei Stiftmagnete können somit auf einfache Weise drei unterschiedliche Wellenstellungen definiert werden.
Vorzugsweise sind die Stiftmagnete derart angeordnet, dass sie jeweils eine Endstcllung des Stellorgans definieren. Hierzu sind die Stiftmagnete vorzugsweise in einem Abstand zur Welle angeordnet. Besonders bevorzugt ist es hierbei, dass die Welle ein Zahnrad, insbesondere ein Teilkranz-Zahnrad, trägt und die Stiftmagnete mit dem Zahnrad verbunden sind. Die beiden Stiftmagnete weisen hierbei vorzugsweise einen Abstand zur Welle und zueinander einen Winkel auf, wobei der Winkel vorzugsweise dem Schwenkwinkel des Stellorgans entspricht.
Die beiden Stiftmagnete sind vorzugsweise derart angeordnet, dass ein unterschiedlicher Pol in Richtung des Sensors weist. Hierdurch ist es möglich, die beiden Endstellungen voneinander unterscheiden.
Um eine definierte Relativbewegung zwischen den beiden Stiftmagnete und dem linearen Hall-Sensor zu gewährleisten, sind die beiden Stiftmagnete vorzugsweise fest mit der Welle, bzw. dem mit. der Weile verbundenen Zahnrad verbunden. Der lineare Hall-Sensor ist ortsfest insbesondere in dem Gehäuse der Stellvorrichtung angeordnet.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine schematische, prinzipielle Darstellung einer Stellvorrichtung, wobei zur Verdeutlichung das Gehäuse nicht dargestellt ist.
Die Stellvorrichtung weist einen Stellmotor 10 auf, bei dem es sich vorzugsweise um einen Elektromotor handelt. Über eine mit dem Stellmotor 10 verbundene Antriebswelle 12 wird eine Schnecke 14 angetrieben. Die Schnecke 14 greift in eine Verzahnung 16 eines Teilkranz-Zahnrades 18 ein. Das Teilkranz-Zahnrad 18 ist mit einer WcNc 20 fest verbunden. Mit der Welle 20 ist ein nicht dargestelltes Stellorgan, wie beispielsweise eine Schaltklappe, fest verbunden. Durch Betätigen des Motors 10 erfolgt ein Drehen der Schnecke 14 und hierdurch ein Drehen des Teilkranz-Zahnrades 18. Dies bedeutet wiederum ein Verschwenken des mit der WcNe 20 verbundenen Stellorgans.
Ortsfest in einem nicht dargestellten Gehäuse ist ein linearer Hall-Sensor 22 angeordnet. Mit dem Teilkranz-Zahnrad 18 sind zwei Stiftmagnete 24, 26 fest verbunden . Die Stiftmagnete 24, 26 sind in einem Winkel α in einem Abstand zur Welle 20 angeordnet.
Sobald einer der Stiftmagnete 24, 26 durch das Drehen des Teilkranz- Zahnrads 18 in eine Stellung gelangt, in der er dem linearen Hall-Sensor 22 gegenüberliegend angeordnet ist, erzeugt der lineare Hall-Sensor ein Signal Dies wird über eine Leitung 28 an eine Logik-Schalteinrichtung 30 übermittelt. Die Logϊk-Schalteinrichtung 30 steuert sodann den Motor 10. Da die Stellung eines Stabmagneten 24, 26 gegenüber dem linearen Hall-Sensor 22 vorzugsweise eine Endstcllung definiert, erfolgt durch die Erzeugung des Signals vorzugsweise ein Abschalten des Motors 10. Ferner wird vorzugsweise für die nächste Betätigung des Motors eine Richtungsumkehr vorgegeben. Die beiden Stiftmagneto 24, 26 sind derart mit dem Zahnrad 28 verbunden, dass unterschiedliche Pole in Richtung des linearen Hall-Sensors 22 weisen. Hierdurch ist es möglich, die beiden Endstellungen voneinander zu unterscheiden.
Da erfindungsgemäß ein linearer Hall-Sensor 22 verwendet wird, erzeugt der lineare Hall-Sensor auch dann ein Signal, wenn keiner der beiden Stiftmagnete 24, 26 dem Sensor 22 gegenüberliegend angeordnet ist und der Sensor 22 somit kein Magnetfeld erkennt.. Hierbei erzeugt der Sensor 22 eine Spannung, insbesondere eine Brückenspannung, deren Wert sich von den Spannungswerten unterscheidet, die von dem Sensor 22 erzeugt werden, wenn einer der beiden Stiftmagnete 24, 26 dem Sensor 22 gegenüberliegend angeordnet ist. Auf Grund des erfindungsgemäßen Vorsehens des linearen Hall-Sensors 22 ist es somit möglich, einerseits die beiden Endstcllungcn zu detektieren, in denen jeweils einer der beiden Stiftmagnete 24, 26 dem Hall- Sensor gegenüberliegend angeordnet ist, und andererseits auch eine Stellung zu detektieren, in der sich das Stcllorgan nicht in einer der beiden Endstellungen befindet.. Üblicherweise handelt es sich hierbei um eine Zwischenstellung, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist. Es ist jedoch auch möglich, eine Stellung der Welle 20 zu detektieren, in der die Welle 20 über eine der Endpositionen hinaus gedreht wurde. Hierdurch ist beispielsweise die Beschädigung einer Klappe oder ein Bruch der Welle 20 detektierbar. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Vorsehens eines linearen Hall-Sensors können somit auch Ubcrwachungsfunktionen realisiert werden. Insbesondere können die Anforderungen gemäß OBD II erfüllt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Stellvorrichtung für Stellorgane, wie Schalt-, Drossel- oder Drallklappen, in Verbrennungsmotoren, mit
einem mit einer Welle (20) verbundenen Stellmotor (10 ) zum Betätigen eines mit der Welle (20) verbundenen Stellorgans und
zwei jeweils in einer vorgegebenen Position zur Welle (20) angeordneten Stϊftmagnete (24, 26), die sich beim Drehen der Welle (20) relativ zu einem Magnetfeld-Sensor (22) bewegen,
dad u rch geken nzeichn et, dass
der Magnetfeld-Sensor ein linearer Hall-Sensor (22) zur Bestimmung von drei unterschiedlichen Wellenstellungen ist.
2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung jedes Stiftmagnete (24, 26) gegenüber dem Sensor (22) jeweils eine Wellenstellung definiert.
3. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftmagnete (24, 26) mit unterschiedlicher Polarität in Richtung des Sensors (22) angeordnet sind.
4. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Wellenstellung dadurch definiert ist, dass keiner der Stiftmagnete (24, 26) gegenüber dem Sensor (22) angeordnet ist.
5. Stellvorrichtung nach Anspruch A 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (22) in der dritten Wellenstellung eine definierte Spannung, insbesondere eine Bruckenspannung, erzeugt.
6. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (22) ortsfest, insbesondere in einem Gehäuse der Stellvorrichtung, angeordnet ist.
7. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor (10) über ein Getriebe ( 14, 18) mit der Welle (20) verbunden ist.
8. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (20) mit einem Zahnrad (18), insbesondere einem Teilkranz-Zahnrad verbunden ist, wobei mit dem Zahnrad (18) die Stiftmagnete (24, 26) verbunden sind
9. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stiftmagnete (24, 26) in einem Winkel (α) zueinander angeordnet sind.
10. Stellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Stiftmagnete (24, 26) Endstellungcn des Stellorgans definiert sind.
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