DE10008296A1 - Vorrichtung zur Betätigung eines Drosselklappenelements - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung dient zur Betätigung eines Drosselklappenelements in einem Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine. Das Drosselklappenelement ist drehbar ausgebildet und weist eine Welle auf, welche drehfest mit einer Antriebseinrichtung verbunden ist. Die Antriebseinrichtung ist als elektrisch ansteuerbarer Drehmagnet ausgebildet. Ein Rotor des Drehmagnets ist drehfest mit der Welle des Drosselklappenelements verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung eines Drosselklappenelements nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

In der DE 29 52 0076 U1 ist eine gattungsgemäße Ver­ stelleinrichtung eines Drosselklappenelements be­ schrieben. Eine Welle der Drosselklappe bzw. des Dros­ selklappenelements ist dabei drehfest mit der Welle eines Stellmotors, welcher hier als Antriebseinrich­ tung dient, verbunden.

Die DE 38 32 114 A1 beschreibt ebenfalls einen elek­ trischen Drehsteller für eine Drosselklappe. Dieser, die Drosselklappe stellende Elektromotor, ist mit ei­ nem gleichstromerregten zweipoligen Stator und einem permanentmagnetischen zweipoligen Rotor zwecks Erzie­ lung eines hohen Wirkungsgrades und eines in Abhängig­ keit vom Drehwinkel bemessbaren Drehmomentverlaufs, versehen, wobei die beiden Statorpole unsymmetrisch ausgebildet und die Rotorpole am Rotor asymmetrisch angeordnet sind.

Diese Ansteuerung von Drosselklappen erfordert dabei jeweils einen vergleichsweise großen Bauraum im Be­ reich der Ansaugsysteme der Brennkraftmaschine. Außer­ dem kommt es immer wieder zu massiven Problemen auf­ grund der hohen Temperaturbelastung der dicht bei den Verbrennungsmotoren angeordneten Elektromotoren zum Antrieb bzw. zum Stellen der Drosselklappen.

Die DE 196 03 592 C1 beschreibt eine Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Ab­ gasrückführventil, mittels eines elektrisch ansteuer­ baren Drehmagnets. Die über den elektrisch ansteuerba­ ren Drehmagneten erzeugte Drehbewegung wird dabei zwangsweise mit einer eine Kurvenbahn aufweisende Hu­ beinrichtung in eine Hubbewegung eines Ventiltellers umgesetzt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Betätigung eines Drosselklappenelements in einem An­ saugsystem einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wel­ che einen geringen Bauraum benötigt und darüber hinaus eine Verbesserung im dynamischen Betrieb des Drossel­ klappenelements sowie eine Reduzierung der bewegten Teile ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannte Vorrichtung gelöst.

Die direkte Ansteuerung des Drosselklappenelements über die mit einem Rotor des Drehmagneten drehfest verbundene Welle des Drosselklappenelements durch den Drehmagnet, erlaubt einen sehr einfachen, kompakten, leichten und kostengünstigen Aufbau einer Vorrichtung zur Betätigung eines Drosselklappenelements. Aufgrund des sehr direkten Ansprechverhaltens des elektrisch ansteuerbaren Drehmagnets läßt sich eine sehr hohe Ansprechgeschwindigkeit des Drosselklappenelements und damit eine vorteilhafte Verbesserung der Dynamik er­ zielen.

Die Ansteuerung des Drehmagneten kann im Gegensatz zu einem Stellmotor über eine Kleinelektronik erfolgen, so daß hier eine Regelung über elektrische Kleinstsi­ gnale durch eine integrierte Elektronik oder direkt von einem Motorsteuergerät aus erfolgen kann.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich des Rotors des elektrisch ansteuerbaren Drehmagnets eine Einrichtung zur Erfas­ sung des Drehwinkels angeordnet. Da diese direkt im Bereich des drehfest mit der Welle des Drosselklap­ penelements gekoppelten Rotors arbeitet, muß hier kein Meßfehler beim Abgriff der Drehbewegung befürchtet werden. Über eine Elektronik wird somit eine sehr ex­ akte Regelung der Stellung des Drosselklappenelements möglich.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und dem anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel.

Die einzige beigefügte Figur zeigt eine Schnittdar­ stellung durch eine Vorrichtung zur Betätigung eines Drosselklappenelements.

Dabei ist ein Drosselklappenelement 1 in einem Ansaug­ system bzw. Ansaugrohr 2 einer nicht näher dargestell­ ten Brennkraftmaschine erkennbar. Das Drosselklap­ penelement 1 weist die eigentliche Drosselklappe 3 sowie eine Welle 4 auf. Die Welle 4 ist dabei in zwei Lagereinrichtungen 5 aufgenommen, so daß sich das Drosselklappenelement 1 um eine Mittelachse 6 der Wel­ le 4 drehen kann und in an sich bekannter und üblicher Weise den Querschnitt des Ansaugrohrs 2 stufenlos zu verringern vermag.

Die Welle 4 des Drosselklappenelements 1 ist über ei­ ne, hier als Nut und Feder dargestellte, Verbindungs­ einrichtung 7, welche mit oder ohne die Möglichkeit eines Kuppelns ausgeführt sein kann, mit einem Rotor 8 eines elektrisch ansteuerbaren Drehmagneten 9 in axia­ ler Fortsetzung der Mittelachse 6 verbunden. An der der Kupplungseinrichtung 7 abgewandten Seite des Ro­ tors 8 bzw. einer Rotorachse 8a ist eine Einrichtung 10 zur Erfassung des Drehwinkels des Rotors 8 und da­ mit des Drosselklappenelements 1 angeordnet.

Die Steuerung bzw. Regelung des Drosselklappenelements 1 erfolgt dabei in nicht näher dargestellter Weise über eine Kleinelektronik 11, welche über Leitungsele­ mente 12 mit einem Motorsteuergerät (nicht darge­ stellt) in Verbindung steht.

Der Drehmagnet 9 mit seinem Rotor 8 ist dabei so auf­ gebaut, daß sich in einem scheibenförmigen Rotorele­ ment 8b, welches auf der Rotorachse 8a aufgebracht ist, Bereiche mit permanentmagnetischen Eigenschaften befinden. In dem Drehmagnet 9 sind dann rotationssym­ metrisch zu dem Rotor 8 angeordnete Spulenkörper (nicht explizit dargestellt) angeordnet, so daß über den Drehmagnet 9 in Abhängigkeit seiner Erregung eine Drehbewegung des Rotors 8 eingeleitet werden kann, welche über die Verbindungseinrichtung 7 direkt auf das Drosselklappenelement 1 übertragen wird.

Aufgrund der an sich bekannten Eigenschaften eines Drehmagnets lassen sich dabei mit geringen elektri­ schen Signalen sehr schnell und effizient die entspre­ chenden Drehbewegungen erzielen. Dadurch, daß die Ein­ richtung zur Erfassung des Drehwinkels 10 direkt auf dem drehfest mit der Welle 4 des Drosselklappenele­ ments 1 verbundenen Rotor 8 angeordnet ist, läßt sich eine sehr exakte Regelung auf den jeweils gewünschten Winkel bzw. die Winkelstellung des Drosselklappenele­ ments 1 realisieren.

Um Reibungsverluste zu vermeiden, welche durch die entsprechende Einrichtung 10 zur Erfassung des Dreh­ winkels gegebenenfalls entstehen könnten, ist es be­ sonders günstig, ein berührungsloses Meßsystem einzu­ setzen, welches beispielsweise über einen Hallsensor oder ein induktives Meßverfahren arbeitet, da hier kein Verschleiß über die Laufzeit auftritt.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Betätigung eines Drosselklap­ penelements in einem Ansaugsystem einer Brenn­ kraftmaschine, wobei das Drosselklappenelement drehbar ausgebildet ist und eine Welle aufweist, welche drehfest mit einer Antriebseinrichtung ver­ bunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung als elektrisch ansteuerba­ rer Drehmagnet (9) ausgebildet ist, wobei ein Ro­ tor (8) des Drehmagnets (9) drehfest mit der Welle (4) des Drosselklappenelements (1) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (4) des Drosselklappenelements (1) über eine Verbindungseinrichtung (7) mit dem Rotor (8) des Drehmagnets (9) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Rotors (8) eine Einrichtung (10) zur Erfassung des Drehwinkels des Drosselklap­ penelements (1) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10) zur Erfassung des Drehwinkels als berührungsloses Meßsystem ausgebildet ist.