DE4345571B4

DE4345571B4 - Motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung

Info

Publication number: DE4345571B4
Application number: DE4345571A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hitachi Kanazawa; Fumio Tajima; Yasuhiko Honda; Yasushi Sasaki; Teruhiko Katsuta Minegishi; Yoshikatu Katsuta Hashimoto; Tatsuya Yoshida; Yuzo Ishioka Kadomukai
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1993-07-15
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2013-07-16
Also published as: DE4345564B4

Abstract

Motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung mit
– einer Drosselklappe (102), die an einer drehbar von einem Drosselkörper (101) gelagerten Drosselwelle (121) angebracht ist,
– einem Motor (105) zur Steuerung der Öffnung der Drosselklappe (102), der eine parallel zur Drosselwelle (121) angeordnete Motorwelle (151) aufweist, und
– einem zwischen der Motorwelle (151) und der Drosselwelle (121) angeordneten Getriebemechanismus (103A, 103B1/B2, 103C) zur Übertragung eines Drehmoments des Motors (105) zur Drosselwelle (121) der Drosselklappe (102), wobei
– ein Endabschnitt der Motorwelle (151) mit dem Getriebemechanismus auf einer Öffnungsseite des Motorgehäuses (117) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
– der Motor (105) in einem einstückig mit dem Drosselkörper (101) geformten Motorgehäuse (117) angeordnet ist, und
– ein entgegengesetzter Endabschnitt der Motorwelle (151) in einem Lagerelement gelagert ist, das in einem an einem Innenwandabschnitt des Motorgehäuses (117) ausgebildeten Aufnahmeabschnitt angeordnet ist, wobei der Innenwandabschnitt des Motorgehäuses (117) einen Außenwandabschnitt des...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Struktur einer motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung zum Steuern des Lufteinlasses in Verbrennungskraftmaschinen.

Die folgenden fünf Dokumente des Standes der Technik sind bekannt bezüglich einer Anordnung einer Ventilwelle, eines Motors, einer Kupplung usw. im herkömmlichen Aufbau eines Drosselkörpers.

1. Drosselstellglied vom kühlenden Typ (JP-A-2-55842) Eine Kühlmitteldurchgangsleitung ist innerhalb eines Motors bereitgestellt, um einen positiven Kühleffekt zu jeder Zeit ungeachtet einer Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors zu gewährleisten.
2. Drosselstellglied (JP-A-59-226244) Ein Antriebsmotor, ein Magnetkupplungsmechanismus, eine Rückkehrfeder zum Zurücksetzen eines Drosselventils und ein Photocodierer zum Erfassen einer Drehung einer Drosselwelle sind in einem einstückigen Aufbau zur Reduzierung der Größe untergebracht.
3. Drosselsteuerungseinrichtung (JP-A-2-27123) Komponenten, wie ein Betriebshebel und ein Steuerhebel, sind verteilt an einem Ende und an dem anderen Ende eines Drosselkörpers zur Reduzierung der Größe angeordnet, und eine Spielfeder ist bereitgestellt, um den Betriebshebel nicht von einer Steuerung eines Motors beeinflussen zu lassen.
4. Vorrichtung zum Bedienen eines Drosselventils einer Verbrennungskraftmaschine (JP-A-1-15173) Eine Magnetkupplung ist zwischen einer Motorausgangswelle und einer Drosselventilwelle bereitgestellt. Die Magnetkupplung ist während eines normalen Betriebs verbunden und beim Ausfall einer Steuerungseinrichtung und nach Unterbrechung eines Motorstroms nicht verbunden, so daß ein Notfahrbetrieb ermöglicht wird, ohne irgendeine teure Logikschaltung zur Sicherheit zu verwenden.
5. Vorrichtung zum Steuern einer Kraftfahrzeug-Verbrennungskraftmaschine (JP-A-1-301934) Eine Magnetkupplung ist bereitgestellt, um einen Gaspedalhebel vollständig von einem Drosselventil während eines normalen Betriebs abzuhängen, wodurch ein Einfluß eines Drehmoments auf einen Servomotor eliminiert wird.

Die oben zitierten Vorrichtungen des Standes der Technik haben jedoch die unten beschriebenen Probleme.

In der Vorrichtung des ersten Dokuments des Standes der Technik sind die Motor- und die Ventilwelle in einer Linie angeordnet. In der Vorrichtung nach dem zweiten Dokument des Standes der Technik sind die Drosselwelle, die Magnetkupplung und der Motor entlang der glei chen Achse angeordnet. Dies bedeutet eine Schwierigkeit beim Reduzieren der Größe des Stellglieds in der Richtung der Drosselwelle.

In den Vorrichtungen nach dem dritten bis fünften Dokument des Standes der Technik sind der Motor und die Drosselwelle in einer U-förmigen Form angeordnet, um eine Reduzierung in der Größe in der Richtung der Drosselwelle zu ermöglichen. Jedoch ist in der Vorrichtung nach dem dritten Dokument des Standes der Technik, da die Kupplung vielmehr auf der Kupplungswelle denn auf der Motorwelle und der Drosselwelle bereitgestellt ist, eine Reduzierung der Größe in einer Richtung senkrecht zur Drosselwelle begrenzt. In den Vorrichtungen nach dem vierten und fünften Dokument des Standes der Technik ist, da die Kupplung auf der Drosselwelle angeordnet ist, eine größere Übertragungsleistung erforderlich als in dem Falle, wenn die Kupplung auf der Motorwelle angeordnet ist, und der Kupplungsdurchmesser ist entsprechend erhöht, wodurch eine Reduzierung in der Größe in einer Richtung senkrecht zur Drosselwelle sowie eine Reduzierung des Gewichts des Stellglieds begrenzt wird. In jedem Falle wird eine Schwierigkeit beim Reduzieren der Größe und des Gewichts des Stellglieds angetroffen.

Die DE 38 15 735 beschreibt eine kompakte Lastverstelleinrichtung mit einem Drosselklappengehäuse, in dem ein Mitnehmer, ein Steuerelement, eine Sollwert-Erfassungseinrichtung und eine Istwert-Erfassungseinrichtung sowie ein Stellantrieb angeordnet sind, wobei der Mitnehmer und das Steuerelement mittels einer Koppelfeder gekoppelt sind und das Steuerelement in Richtung eines Anschlags des Mitnehmers vorgespannt ist. Die Drosselklappenwelle durchdringt das Drosselklappengehäuse, wobei auf der einen Seite der Drosselklappenwelle das Istwert-Erfassungselement unterhalb eines Zahnrades angeordnet ist, während sich im Bereich des gegenüberliegenden Endes der Drosselklappenwelle ein Getriebemechanismus befindet, der ein Drehmoment eines Elektromotors an die Drosselklappenwelle überträgt.

Die DE 40 07 046 A1 zeigt eine Drosselklappenvorrichtung mit einem Getriebe, das aus einem von einem Elektromotor geschwenkten Segmenthebel und einer Kniehebelanordnung 10 besteht, wobei der Kniehebel unter der Kraft einer Feder gegen eine Anschlagsfläche eines willkürlich verstellbaren Betätigungshebels anliegt, wodurch eine Leerlaufsteuerung ohne Rückwirkung auf das Gaspedal realisiert werden kann.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein elektronisches Drosselsystem reduzierter Größe und reduzierten Gewichts bereitzustellen.

Die obige Aufgabe wird durch eine motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden durch die abhängigen Ansprüche beschrieben.

Durch Anordnung des Lagerelementes, in dem ein Endabschnitt der Motorwelle gelagert ist, in einem Aufnahmeabschnitt, der an einem Innenwandabschnitt des Motorgehäuses ausgebildet ist, kann eine kompakte Drosselklappenvorrichtung realisiert werden. Da der betreffende Innenwandabschnitt des Motorgehäuses gleichzeitig einen Außenwandabschnitt des Drosselkörpers bildet, ergibt sich eine gegenüber herkömmlichen Drosselklappenvorrichtungen wesentlich vereinfachte Struktur, die auch die Montage des Motors in dem Drosselkörper vereinfacht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung bereitgestellt, die aufweisen kann: ein elektronisch gesteuertes Drosselstellglied zum Steuern des Lufteinlasses, wobei das elektronisch gesteuerte Drosselstellglied ein Drosselventil, einen Motor zum Erzeugen eines Drehmoments, um das Drosselventil zu betätigen, Zahnräder zum Übertragen des von dem Motor erzeugten Drehmoments und eine Kupplung zum Verbinden und voneinander Trennen der Übertragung des Drehmoments aufweist; und eine Steuereinrichtung zum Steuern des elektronisch gesteuerten Drosselstellglieds. Der Motor und das Drosselventil können in einer U-förmigen Form zum untereinander Verbinden über die Zahnräder angeordnet sein und wobei die Kupplung auf der gleichen Seite wie der Motor angeordnet ist, um so mit diesem axial ausgerichtet zu sein.

In der obigen motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung ist der Motor vorzugsweise ein bürstenloser Motor, und ein Teil eines Magnetkreises für den bürstenlosen Motor ist als ein Teil eines Magnetkreises für die Kupplung verwendet.

In der obigen motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung ist der Motor vorzugsweise ein bürstenloser Motor mit einem im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt, der einen Abschnitt, der ein Drehmoment erzeugt, und einen abgeflachten Abschnitt, der kein Drehmoment erzeugt, aufweist, und Magnetpolsensoren zum Erfassen von Positionen von Magnetpolen des bürstenlosen Motors sind in dem flachen Abschnitt angeordnet.

In der obigen motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung ist vorzugsweise eine Steuerschaltung, die in der Steuereinrichtung bereitgestellt ist, zum Steuern des Motors in einem Gehäuse angeordnet, das einstückig mit einem Gehäuse geformt ist, das darin den Motor aufnimmt.

Bei der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann der bürstenlose Motor in einer Welle des Drosselventils eingebaut sein.

Bei der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der bürstenlose Motor erste vorspringende Pole, um die Spulen herumgewickelt sind, und zweite vorspringende Pole ohne Spulen und Magnetpolsensoren zum Erfassen von Positionen von Magnetpolen des bürstenlosen Motors aufweisen.

In der obigen motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung sind die Magnetpolsensoren vorzugsweise an Positionen angeordnet, die von den Mitten der zweiten vorspringenden Pole innerhalb des Bereichs von 30° elektrischen Winkels in einer Richtung verschoben sind, die entgegengesetzt der Drehrichtung des bürstenlosen Motors ist, mit dem das Drosselventil geöffnet wird.

Die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung kann ein elektronisch gesteuertes Drosselstellglied zum Steuern des Lufteinlasses aufweisen, wobei das elektronisch gesteuerte Drosselstellglied ein Drosselventil, einen bürstenlosen Motor zum Erzeugen eines Drehmoments, um das Drosselventil zu betätigen, Magnetpolsensoren zum Erfassen von Positionen von Magnetpolen des bürstenlosen Motors und einen Öffnungssensor zum Erfassen einer Drehposition des Drosselventils aufweist; und eine Steuereinrichtung zum Steuern des elektronisch gesteuerten Drosselstellglieds, wobei die Steuereinrichtung eine Ventilposition-Steuereinrichtung zum Ausführen einer Positionssteuerung des Drosselventils auf der Grundlage erster Signale, die von den Magnetpolsensoren übertragen sind, und auf der Grundlage eines zweiten Signals, das von dem Öffnungssensor übertragen ist, aufweist.

In der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung übt die Ventilposition-Steuereinrichtung vorzugsweise eine Steuerung aus zum Schalten der ersten Signale und des zweiten Signals an einer vorbestimmten Grenzöffnung des Drosselventils, um selektiv derart verwendet zu werden, daß die ersten Signale und das zweite Signal bei verschiedenen Grenzöffnungen zwischen der Öffnungsrichtung und der Schließrichtung des Drosselventils umgeschaltet werden.

Der bürstenlose Motor kann einen Abschnitt, der ein Drehmoment erzeugt, und einen Abschnitt, der kein Drehmoment erzeugt, aufweisen, wobei der bürstenlose Motor einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt hat, wobei der Abschnitt, der kein Drehmoment erzeugt, abgeflacht ist und wobei Magnetpolsensoren zum Erfassen von Positionen von Magnetpolen des bürstenlosen Motors in dem flachen Abschnitt angeordnet sind.

Eine Steuerschaltung, die in der Steuereinrichtung vorgesehen ist, kann zum Steuern des Motors in einem Gehäuse angeordnet sein, das einstückig mit einem Gehäuse geformt ist, in dem der Motor aufgenommen ist.

Gemäß der so aufgebauten vorliegenden Erfindung sind der Motor und das Drosselventil in eine U-förmige Form zum untereinander Verbinden über die Zahnräder angeordnet, wodurch die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung in der Größe und im Gewicht in einer Richtung senkrecht zu einer Ventilwelle reduziert werden kann. Ebenso ist die Kupplung auf der gleichen Seite wie der Motor angeordnet, so daß sie damit, d.h., auf einer Motorwelle ausgerichtet ist, die ein minimales Übertragungsdrehmoment entwickelt, wodurch der Kupplungsdurchmesser reduziert werden kann im Vergleich mit dem herkömmlichen Gehäuse der Kupplung, die an der Ventilwelle angeordnet ist, und somit wird eine Reduzierung im Gewicht der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung ermöglicht. Weiterhin ist der Motor in Kontakt mit einem Drosselkörper gehalten, der ständig durch die Einlaßluft gekühlt ist, so daß seine Kühlung durch Wärmeleitung gefördert wird. Demzufolge kann die Motorgröße relativ zum Stand der Technik reduziert werden, bei dem ein großer Motor aufgrund einer Eigenschaft benötigt worden ist, daß eine Motorleistung in größerem Maße unter Bedingungen höherer Temperatur bei Verwendung herabgesetzt ist. Zusätzlich kann eine anormale Betriebsbedingung, wie eine Abnahme des Drehmoments bei hohen Temperaturen, verhindert werden.

Mit einer solchen Anordnung, daß der Motor ein bürstenloser Motor ist und ein Teil des Magnetkreises für den bürstenlosen Motor als ein Teil des Magnetkreises für die Kupplung verwendet wird, wird die Konstruktion des bürstenlosen Motors und der Kupplung vereinfacht, und die Anzahl von Komponenten ist reduziert. Folglich kann die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung in Größe und Gewicht reduziert werden.

Mit einer solchen Anordnung, daß der Motor ein bürstenloser Motor mit einem im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt ist, der einen runden Abschnitt, der ein Drehmoment erzeugt, und einen flachen Abschnitt, der kein Drehmoment erzeugt, aufweist, und bei dem die Magnetpolsensoren zum Erfassen von Magnetpolpositionen in dem flachen Abschnitt angeordnet sind, ist die Querschnittsfläche des bürstenlosen Motors kleiner gemacht, und die Systemgröße in einer Richtung senkrecht zu der Ventilwelle kann reduziert werden. Es gibt keine Notwendigkeit, einen separaten Raum bereitzustellen, in dem die Magnetpolsensoren angeordnet werden sollen. Weiterhin ist der flache Abschnitt, der die Magnetpolsensoren aufweist, in Kontakt mit dem Drosselkörper gehalten, der immer unter Kühlung von der Einlaßluft ist, und ihre Kühlung wird durch Wärmeleitung gefördert, wodurch die Magnetpolsensoren auf eine stabile Weise arbeiten, und wobei teure, wärmebeständige Magnetpolsensoren nicht mehr erforderlich sind, was zu reduzierten Kosten führt.

Mit einer solchen Anordnung, daß die Steuerschaltung, die in der Steuereinrichtung bereitgestellt ist, zum Steuern des Motors in dem Gehäuse angeordnet ist, das einstückig mit dem Motorgehäuse geformt bzw. gegossen ist, ist die Anzahl von Verdrahtungen reduziert, und eine Verdrahtungsarbeit wird vereinfacht, wobei die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung in Größe und Gewicht reduziert werden kann. Dies ist ebenso wirksam beim Reduzieren eines Einflusses von Rauschen auf die Signalleitungen. Zusätzlich ist die Steuerschaltung in Kontakt mit dem Drosselkörper gehalten, der immer unter Kühlung durch die Einlaßluft ist, und dadurch wird ihre Kühlung durch Wärmeleitung gefördert.

Weiterhin ist gemäß der vorliegenden Erfindung der bürstenlose Motor in der Welle des Drosselventils eingebaut, und somit ist es möglich, eine Reduzierung in Größe und Gewicht nicht nur des bürstenlosen Motors sondern auch der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung zu erreichen. Weiterhin wird mit dem bürstenlosen Motor, der in einem Durchgang angeordnet ist, durch den die Einlaßluft immer eingesaugt wird, eine Kühlung des bürstenlosen Motors gefördert.

Weiterhin weist der bürstenlose Motor der vorliegenden Erfindung die ersten vorspringenden Pole, um die Spulen herumgewickelt sind, und die zweiten vorspringenden Pole, die nicht mit Spulen sondern mit Magnetpolsensoren versehen sind, auf, wodurch ein Magnetkraftgenerator, der erforderlich gewesen ist, um bisher die Magnetpolsensoren zu montieren, eliminiert werden kann. Damit wird die Anzahl von Teilen reduziert, die Produktionskosten werden gesenkt, und die reduzierte Systemgröße in der axialen Richtung der Ventilwelle kann erreicht werden. Weiterhin gibt es durch Verwenden eines Permanentmagneten des Motors als einen Magnetkraftgenerator für Magnetpolsensoren keine Notwendigkeit, einen solchen Magnetkraftgenerator für die Magnetpolsensoren bereitzustellen, mit dem Ergebnis einer Reduzierung in der Anzahl von Teilen. Zusätzlich wird ein Kühlen der Magnetpolsensoren durch Wärmeleitung an einen Stator gefördert.

Mit einer solchen Anordnung, daß die Magnetpolsensoren bei Positionen angeordnet sind, die von den Mitten der zweiten vorspringenden Pole innerhalb des Bereichs von 30° eines elektrischen Winkels in einer Richtung verschoben sind, die der Drehrichtung des Motors entgegengesetzt ist, mit dem das Drosselventil geöffnet wird, wird eine Antwort während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung verbessert, ohne ein Drehmoment in der umgekehrten Richtung während einer langsamen Drehung zu erzeugen. Demgemäß kann ein kleinerer Motor als herkömmlich verwendet werden, um die gleiche Antwortfähigkeit auf Anforderung zu erreichen, mit dem Ergebnis einer Reduzierung in der Größe und im Gewicht der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung.

Zusätzlich führt gemäß der vorliegenden Erfindung die Ventilposition-Steuereinrichtung, die in der Steuereinrichtung bereitgestellt ist, eine Positionssteuerung des Drosselventils auf der Grundlage der ersten Signale, die von den Magnetpolsensoren übertragen werden, und auf der Grundlage des zweiten Signals, das von dem Öffnungssensor übertragen wird, aus, wodurch große Öffnungswerte, die von einem Öffnungssensor des Standes der Technik erfaßt worden sind, durch die Magnetpolsensoren erfaßt werden, und es reicht ein Öffnungssensor für den kleinen Öffnungsbereich aus, und zwar im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem zwei Öffnungssensoren für den großen und den kleinen Öffnungsbereich erforderlich waren. Daher ist es möglich, die Größe und das Gewicht der gesamten motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung zu reduzieren, die Kosten infolge der reduzierten Anzahl von Teilen zu senken und die Zuverlässigkeit weiter zu erhöhen. Zusätzlich werden große Öffungswerte durch die Magnetpolsensoren gemessen, wodurch der Öffnungssensor nur verwendet wird, um kleine Öffungswerte zu erfassen, und eine verbesserte Auflösung haben kann.

Darüber hinaus kann mit einer solchen Anordnung, daß die Ventilposition-Steuereinrichtung eine Steuerung zum Umschalten der ersten Signale und des zweiten Signals bei einer vorbestimmten Grenzöffnung ausübt, die selektiv verwendet werden, und daß das Steuerschalten bei verschiedenen Grenzöffnungen zwischen der Öffnungsrichtung und der Schließrichtung des Drosselventils ausgeführt wird, ein häufiges Steuerschalten nahe der Grenzöffnung, bei der der Steuermodus umgeschaltet werden soll, verhindert werden kann, und die Positionssteuerung des Drosselventils stabilisiert werden kann.

Weiterhin kann gemäß der vorliegenden Erfindung der bürstenlose Motor einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, der durch einen runden Abschnitt, der ein Drehmoment erzeugt, und einen flachen Abschnitt, der kein Drehmoment erzeugt, festgelegt ist, und die Magnetpolsensoren zum Erfassen von Magnetpolpositionen sind in dem flachen Abschnitt angeordnet, die Querschnittfläche des bürstenlosen Motors ist kleiner gemacht und die Systemgröße in einer Richtung senkrecht zu der Ventilwelle kann reduziert werden. Es gibt auch keine Notwendigkeit, einen separaten Raum bereitzustellen, in dem die Magnetpolsensoren angeordnet werden sollen.

Zusätzlich kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Steuerschaltung, die in der Steuereinrichtung bereitgestellt ist, zum Steuern des Motors in dem Gehäuse angeordnet sein, das einstückig mit einem Gehäuse geformt ist, das darin den Motor aufnimmt, die Anzahl von Verdrahtungen ist reduziert, und die Verdrahtungsarbeit wird vereinfacht, wobei die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung in der Größe reduziert werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Ansicht, die den gesamten Aufbau einer motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Ansicht, die den gesamten Aufbau der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine Ansicht, die die Struktur und Funktionen jener Komponenten zeigt, die sich auf einen Betrieb einer motorgetriebenen Drosselstellklappenvorrichtung beziehen;
4 eine Schnittansicht einer Magnetkupplung und eines Motors einer motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine Ansicht, die den gesamten Aufbau einer motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine Ansicht, die den gesamten Aufbau der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 eine Querschnittansicht eines halbrunden Motors;
8 eine Ansicht, die den gesamten Aufbau einer motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung zeigt;
9 ein Diagramm, das die Schaltungskonfiguration der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung von 8 zeigt;
10 ein Diagramm, das die detaillierte Konfiguration einer Logikschaltung zeigt;
11 eine Ansicht, die den gesamten Aufbau einer motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 eine Ansicht, die den gesamten Aufbau der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 eine Ansicht, die den gesamten Aufbau einer motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung zeigt;
14 eine Querschnittansicht eines Motors;
15 ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen einer induzierten Spannung und einem Speisestrom zeigt;
16 eine Querschnittansicht eines Motors;
17 ein Zeitdiagramm, das die Beziehung zwischen einer induzierten Spannung und einem Speisestrom in einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 eine Ansicht, die den gesamten Aufbau einer motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
19 ein Zeitdiagramm zum Erklären eines Betriebs, um Impulse eines Magnetpolsignals von Magnetpol-Sensorsignalen zu erzeugen;
20 ein Zeitdiagramm, das zwei Grenzöffnungen zum Schalten bei Steuerung zwischen ISC-Steuerung und normaler Steuerung zeigt.
Es werden hier bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 20 beschrieben werden.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben werden.
1 und 2 zeigen den gesamten Aufbau einer motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel. In den 1 und 2 weist die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung ein elektronisch gesteuertes Drosselstellglied 1 auf, das einen Drosselkörper 101 und einen Motor 105 aufweist, der neben dem Drosselkörper 101 zum Erzeugen eines Drehmoments, um ein Drosselventil 102 zu betätigen, vorgesehen ist. Die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung weist auch, als Steuereinrichtung, eine Motorsteuerungseinrichtung 155 zum Steuern der Drehung des Motors 105 und ein Host-System 114 zum Ausführen, und zwar auf eine konzentrierte Weise, nicht nur einer allgemeinen Steuerung der Drosselklappenvorrichtung sondern auch einer Steuerung anderer Teile eines Automobils, wie einer Klimaanlage, auf.
Der Drosselkörper 101 weist eine Drosselklappe 102 zum Steuern eines Volumenstroms von Einlaßluft auf, und eine Drosselwelle 121 ist an der Mitte der Drosselklappe 102 angeordnet.
An einer Seite der Drosselwelle 121 sind eine Gaspedaltrommel 132, die daran über einen Steuerhebel (später beschrieben) und eine Spielfeder (später beschrieben) gekoppelt ist, eine Rückführfeder 106, um die Gaspedaltrommel 132 in eine Schließrichtung des Drosselventils 102 zu drängen, und ein Gaspedalsensor 134 zum Erfassen einer Drehung der Gaspedaltrommel 132 und zum Übertragen eines erfaßten Signals an das Host-System 114 bereitgestellt. Die Gaspedaltrommel 132 ist mit einem Gaspedal 130 über einen Gaspedaldraht 111 verbunden.
An der anderen Seite der Drosselwelle 121 sind ein Zahnrad 103C mit großem Durchmesser und ein Öffnungssensor 103 bereitgestellt. Das Zahnrad 103C kämmt mit einem Zahnrad 103B2 auf einer Zwischenwelle, und ein anderes Zahnrad 103B1 auf der gleichen Welle wie das Zahnrad 103B2 kämmt mit einem Zahnrad 103A auf einer Motorwelle 151. Damit sind, wie gezeigt, der Motor 105 und das Drosselventil in einer U-förmigen Form zum untereinander Verbinden über diese vier Zahnräder 103A bis 103C angeordnet. Ein Gesamtübersetzungsverhältnis, das durch diese vier Zahnräder 103A bis 103C gegeben ist, beträgt 24:1, bei dem das Drehmoment des Motors 105 an die Drosselwelle 121 übertragen wird.
An dem Zahnrad 103A ist ein beweglicher Rotor (Armatur) 110a einer Magnetkupplung 110 angebracht zum Verbinden und voneinander Trennen der Übertragung des Drehmoments, wobei das Zahnrad 103A und die Armatur 110a an der Motorwelle 151 über ein Gleitlager 161 gehalten werden. Ein weiterer Rotor (Kupplungsrotor) 110b der Magnetkupp lung 110 ist so angeordnet, daß er der Armatur 110a mit einem geringen dazwischen gelassenen Spalt gegenüberliegt. Wenn ein Strom an eine Spule 110c der Magnetkupplung 110 angelegt wird, wird die Armatur 110a angezogen, um in engen Kontakt mit dem Kupplungsrotor 110b zu kommen.
Der Motor 105 ist ein Gleichstrommotor und in einem Motorgehäuse 117 untergebracht. Das Motorgehäuse 117 ist so angeordnet, daß es an seiner einen Seite mit einem äußeren Umfang des Drosselkörpers 101 in Berührung kommt. Die Motorwelle 151 weist einen Rotor, über den Wicklungen gespult sind, und einen Kommutator auf. Die Statorseite weist einen Magnetfeldgenerator in der Form eines Permanentmagneten und eine Bürste zur Gleichrichtung auf. Ein Gehäuse des Motors 105 ist mit einer Verbindungsvorrichtung 160 versehen, an dem eine Energieversorgungsleitung verbunden ist, die von der Motorsteuerungseinrichtung 155 zu dem Motor 105 und zur Magnetkupplung 110 führt.
An das Host-System 114 werden ein Signal eines Gaspedalsensors 134, ein Signal des Öffnungssensors 103 und weitere Signale nicht gezeigter Sensoren, die Fahrzeugbedingungen, wie einen Verbrennungsmotorzustand, Straßenbedingungen, Drehgeschwindigkeiten von Reifen und eine Batteriespannung, anzeigen, angelegt. Das Host-System 114 gibt ein Signal zum Drehen des Motors 115 an die Motorsteuerungseinrichtung 155 aus.
Die Struktur und Funktionen dieser Komponenten bezüglich des Betriebs des dann elektronisch gesteuerten Drosselstellglieds 1 werden mit Bezug auf 3 beschrieben werden.
In 3 ist ein Steuerhebel 135 direkt an ein Ende der Drosselwelle 121 der Drosselklappe 102 gekoppelt, und die Gaspedaltrommel 132 ist an der Mitte des Steuerhebels 135 über zwei Spielfedern 107 verbunden, und zwar eine an jeder Seite. Die Rückführfeder 106 ist zwischen der Gaspedaltrommel 132 und dem Drosselkörper 101 angeordnet, um die Gaspedaltrommel 132 in die Schließrichtung (nach rechts in der Zeichnung) des Drosselventils 102 zu drängen. Das Gaspedal 130 und die Gaspedaltrommel 132 sind direkt miteinander über den Gaspedaldraht 111 gekoppelt, so daß, wenn ein Fahrer auf das Gaspedal 130 tritt, eine Kraft erzeugt wird, die die Gaspedaltrommel 132 in eine Öffnungsrichtung des Drosselventils 102 (nach links in der Zeichnung) zieht.
Ein Betrieb der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung dieses in 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiels wird nun beschrieben werden.
In den 1 bis 3 wird, wenn der Fahrer auf das Gaspedal 130 tritt, die Gaspedaltrommel 132 in die Ventilöffnungsrichtung gedreht, und ein entsprechender Trittwinkel des Gaspedals 130 wird an den Gaspedalsensor 134 ausgegeben. Auf der Grundlage eines Signals, das von dem Gaspedalsensor 134 geliefert wird, gibt das Host-System 114 einen Steuerbefehl an die Motorsteuerungseinrichtung 155 zum Drehen des Motors 105 aus. Während eines normalen Betriebs wird die Magnetkupplung 110 eingeschaltet gehalten, was verursacht, daß das Drehmoment des Motors 105 an die Ventilwelle 121 über die Magnetkupplung 110 und die Zahnräder 103A, B1, B2 und C übertragen wird. Zu dieser Zeit gibt das Host-System 114 fortlaufend einen Steuerbefehl an die Motorsteuerungseinrichtung 155 aus, so daß das Signal, das von dem Öffnungssensor 103, der direkt mit der Drosselwelle 121 verbunden ist, ausgegeben wird, und das Signal, das von dem Gaspedalsensor 134 ausgegeben wird, miteinander übereinstimmen. Folglich wird das Drosselventil auf eine vorbestimmte Öffnung entsprechend dem Trittwinkel des Gaspedals 130 geöffnet.
Während das Drosselventil durch Antreiben des Motors 105 von einer Seite geöffnet wird, ist die gegenüberliegende Seite des Drosselventils direkt mit dem Steuerhebel 135 gekoppelt, und die Gaspedaltrommel 132 und das Gaspedal 130 sind direkt miteinander durch den Gaspedaldraht 111 verbunden. Da der Steuerhebel 135 und die Gaspedaltrommel 132 miteinander über die zwei Spielfedern 107, 107 gekoppelt sind, ist jedoch ein gewisser Grad an Unterschiedlichkeit zwischen dem Betrieb des Steuerhebels 135 und dem Betrieb der Gaspedaltrommel 132 zugelassen. Demgemäß kann, wie unten beschrieben, eine Öffnung des Drosselventils zwangsmäßig von der Seite des Motors 105 in einem bestimmten Ausmaß gesteuert werden, und zwar ungeachtet davon, wie weit das Gaspedal 103 getreten ist.
Genauer, wenn z.B. ein Reifen gerade durchdreht, muß ein Ausgabedrehmoment eines Verbrennungsmotors reduziert werden, da das Verbrennungsmotor-Ausgabedrehmoment größer als das Reibungsdrehmoment ist, das von der Straßenoberfläche ausgeht. Das Host-System 114 erfaßt ein Durchdrehen eines Reifens durch Vergleich zwischen einer Drehgeschwindigkeit des Reifens und einer Fahrzeuggeschwindigkeit und stellt der Motorsteuerungseinrichtung 155 einen Befehl zum Schließen der Drosselklappe 102 bereit, wodurch die Luftmenge, die von dem Verbrennungsmotor angesaugt wird, reduziert wird, um das Verbrennungsmotor-Ausgabedrehmoment abzusenken. Zu diesem Zeitpunkt kann, selbst wenn der Fahrer auf das Gaspedal 130 tritt und die Gaspedaltrommel 132 in der Ventilöffnungsrichtung (nach links in 3) gedreht wird, die Drosselklappe 102 zwangsmäßig in die Ventilschließrichtung nur durch Drehung des Motors 105 ungeachtet der Position des Gaspedals 130 gedreht werden, da der Steuerhebel 135 in die Ventilschließrichtung (nach rechts in 3) bewegbar ist, soweit eine solche Bewegung von den Spielfedern 107 zugelassen wird. Während die obige Beschreibung sich auf den Betrieb mit TCS (Traktionssteuersystem, Traction Control System), kann auch eine andere Steuerung, wie ISC (Leerlaufdrehzahlsteuerung, Idle Speed Control) und ASCD (Automatic-Geschwindigkeitssteuervorrichtung, Auto Speed Control Device) in einer ähnlichen Weise ausgeführt werden.
In dem Falle einer anormalen Bedingung, so z.B. wenn der Motor 105 ausgefallen ist, wird die Magnetkupplung 110 abgeschaltet, und die Öffnung des Drosselventils wird mechanisch durch das Gaspedal über den Gaspedaldraht 111, die Gaspedaltrommel 132 und den Steuerhebel 135 eingestellt. Mit anderen Worten, wenn der Fahrer auf das Gaspedal 130 tritt, wird die Gaspedaltrommel 132 in die Ventilöffnungsrichtung gedreht. Wie oben erwähnt, sind die Gaspedaltrommel 132 und der Steuerhebel 135 miteinander über zwei Spielfedern 107, 107 mit einem bestimmten zugelassenen Bereich einer relativen Bewegung verbunden. In einem Bereich außerhalb dieses zugelassenen Bereichs ist jedoch eine mechanische Verbindung zwischen der Gaspedaltrommel 132 und dem Steuerhebel 135 eingerichtet, und damit wird der Steuerhebel 135 ebenso in die Ventilöffnungsrichtung gedrängt, so daß die Drosselklappe 102 in die Ventilöffnungsrichtung gedrängt wird. Indem das Gaspedal 130 z.B. voll durchgetreten wird, kann das Drosselventil auf etwa die Hälfte des vollen Weges geöffnet werden.
Mit diesem wie oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann, da der Motor 105 und das Drosselventil in der U-förmigen Form zum untereinander Verbinden über die Zähnräder 103A bis 103C angeordnet sind, die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung in Größe und Gewicht in einer Richtung senkrecht zur Ventilwelle 121 reduziert werden. Da auch die Magnetkupplung 110 auf der gleichen Seite wie der Motor 105 angeordnet ist, um so mit diesem axial ausgerichtet zu sein, d.h. auf der Motorwelle 151, die ein minimales Übertragungsdrehmoment entwickelt, kann der Kupplungsdurchmesser um einen Betrag reduziert werden, der dem Übersetzungsverhältnis (24:1 in diesem Ausführungsbeispiel) verglichen mit dem herkömmlichen Fall entspricht, bei dem die Kupplung auf der Ventilwelle 121 angeordnet ist, wobei somit eine Reduzierung in Größe und Gewicht der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung ermöglicht wird. Folglich wird es leicht, die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung in einem engen Motorraum zu installieren. Weiterhin können Energieversorgungsleitungen für die Magnetkupplung 110 und den Motor 105 zusammen an einer Stelle angeordnet werden.
Da weiterhin der Motor 105 in Berührung mit dem Drosselkörper 101 gehalten ist, der sich immer unter Kühlung durch die Einlaßluft befindet, wird seine Kühlung durch Wärmeleitung gefördert. Demgemäß kann die Motorgröße relativ zum Stand der Technik reduziert werden, bei dem ein größerer Motor benötigt worden ist wegen einer Eigenschaft, daß die Motorleistung in größerem Maße unter Hochtemperaturbedingungen bei Verwendung verringert ist. Zusätzlich kann eine anormale Betriebsbedingung, wie eine Abnahme von Drehmoment, bei hohen Temperaturen verhindert werden.
Während das obige Ausführungsbeispiel in Verbindung mit z.B. einem Gleichstrommotor 105 erklärt worden ist, ist die vorliegende Erfindung auch bei Verwendung eines bürstenlosen Motors mit ähnlichen Vorteilen anwendbar.
Der Fall des Verwendens eines bürstenlosen Motors wird unten als ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 4 beschrieben werden.
4 zeigt im Schnitt eine Magnetkupplung 210 und einen Motor 205, die an einem elektronisch gesteuerten Drosselstellglied einer motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels bereitgestellt sind. In 4 ist die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels derart angeordnet, daß der Motor 205 als ein bürstenloser Motor und die Magnetkupplung 210 innerhalb eines Motorgehäuses 217 angeordnet sind, um sich teilweise einen Magnetkreis zu teilen. Die restliche Anordnung ist ähnlich zu jener des ersten Ausführungsbeispiels.
Genauer, ein Motorrotor 265, der mit einem Magnetpfadjoch 209 versehen ist, und ein Permanentmagnet 257 sind axial an der Motorseite einer Motorwelle 251 durch ein Gleitlager 224 getragen, wohingegen ein Kupplungsrotor 210b der Magnetkupplung 210 an der Kupplungsseite der Motorwelle 251 angeordnet ist. An der Motorseite des Motorgehäuses 217 als ein stationäres Teil sind ein Lager 253 zum Tragen der Motorwelle 251, ein Stator 256 des Motors 205 und eine Spule 252 bereitgestellt. An der Kupplungsseite des Motorgehäuses 217 sind ein Kupplungsjoch 212 und eine Kupplungsspule 213 bereitgestellt. Im obigen Aufbau wird, wenn elektrische Energie an die Spule 252 auf dem Stator 256 bei abgeschalteter Magnetkupplung 210 geliefert wird, nur der Motorrotor 265 gedreht. Wenn die Magnetkupplung 210 bei angehaltenem Motor 205 eingeschaltet wird, gleitet der Motorrotor 265 in der axialen Richtung (nach links in 4), während er an dem Magnetpfadjoch 209 durch das Gleitlager 224 getragen wird, und somit kommt er in enge Berührung mit dem Kupplungsrotor 210b unter magnetischer Anziehung. Wenn elektrische Energie an die Spule 252 auf dem Stator 256 in diesem Zustand geliefert wird, kann ein Drehmoment, das durch den Motorrotor 265 erzeugt ist, über die Motorwelle 251 nach außen herausgenommen werden, da der Motorrotor 265 und die Motorwelle 251 nun mechanisch miteinander über den Kupplungsrotor 210b verbunden sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist, da der Motor 205 ein bürstenloser Motor ist und ein Teil des Magnetkreises für den Motor 205 als ein Teil des Magnetkreises für die Magnetkupplung 210 verwendet ist, die Konstruktion des Motors 205 und der Magnetkupplung 210 vereinfacht, und die Anzahl von Komponenten ist reduziert.
Folglich kann die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung in Größe und Gewicht reduziert werden.
Während das obige erste und zweite Ausführungsbeispiel angeordnet ist, um die Öffnung des Drosselventils mit einer Drehung des Motors auf der Grundlage eines Signals von dem Gaspedalsensor während eines normalen Betriebs zu steuern und um die Öffnung des Drosselventils durch den Gaspedaldraht im Falle einer anormalen Bedingung einzustellen, kann die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung auf eine unterschiedliche Weise wie folgt angeordnet sein.
Genauer und bezugnehmend auf 3 wird die Magnetkupplung 110 während eines normalen Betriebs abgeschaltet, so daß, wenn der Fahrer auf das Gaspedal 130 tritt, das Drosselventil 102 in die Ventilöffnungsrichtung über den Gaspedaldraht 111, die Gaspedaltrommel 132 und den Steuerhebel 135 gedreht wird, was verursacht, daß die Öffnung des Drosselventils nur durch mechanische Bedienung, die vom Fahrer ausgeübt wird, eingestellt wird. Wenn ein Reifen zufällig durchdreht, wird die Magnetkupplung 110 eingeschaltet, und das Drosselventil 102 wird mit einer Drehung des Motors 105 gesteuert, um es in die Ventilschließrichtung zu bringen. Zu diesem Zeitpunkt wird ähnlich wie im obigen Fall das Drosselventil 102 zwangsmäßig in die Ventilschließrichtung gedreht ungeachtet der Position des Gaspedals 130, soweit eine solche Drehung durch die Spielfedern 107 zugelassen ist. Im Falle eines anormalen Zustands des Motors wird die Öffnung des Drosselventils 102 mechanisch durch das Gaspedal 130 wie im obigen Fall eingestellt.
Somit können das erste und zweite Ausführungsbeispiel wie oben erklärt abgeändert werden mit dem Ergebnis ähnlicher Vorteile.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 5 bis 7 erklärt werden.
5 und 6 zeigen den gesamten Aufbau einer motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels. Jene Teile, die denen des ersten Ausführungsbeispiels gemein sind, sind durch gemeinsame Bezugszeichen bezeichnet.
In den 5 und 6 verwendet die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels als einen Motor zur Verwendung mit einem elektronisch gesteuerten Drosselstellglied 3 einen bürstenlosen Motor in der Form eines halbrunden Motors 305 mit einem im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt, wobei sein Stator umfangsmäßig teilweise abgeflacht ist zum Zwecke einer weiteren Reduzierung der Gesamtgröße der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung. Die übrige Anordnung ist fast die gleiche wie das erste Ausführungsbeispiel.
7 zeigt einen Querschnitt des halbrunden Motors 305.
In 7 weist der halbrunde Motor 305 eine Motorwelle 351, einen Rotor 365, der mit einem Magnetpfadjoch 309 und einem Permanentmagneten 357 versehen ist, und einen Stator 356, um den Spulen 352 gewickelt sind, auf. Der Stator 356 ist aufgebaut durch Bilden von neun vorspringenden Polen 354, die mit einem Winkelintervall von 30° beanstandet sind, und wobei um jeden der vorspringenden Pole 354 die Spule 352 gewickelt ist. Der Raum, der mit keinen vorspringenden Polen versehen ist, entspricht einem herausgeschnittenen Abschnitt in dem halbkreisförmigen Querschnitt, und drei Magnetpolsensoren 359 zum Erfassen von Magnetpols-Positionen sind nebeneinander in dem herausgeschnittenen Abschnitt angeordnet. Die Spule 352 ist über einen vorspringenden Pol 354 für jede von drei Phasen gewickelt, so daß die drei Spulen in drei Phasen nacheinander angeordnet sind, und so daß die drei Spulen in jeder Phase in Reihe verbunden sind, wodurch insgesamt eine Y-Verbindung bereitgestellt wird. Der so konstruierte halbrunde Motor 305 ist in einer Bohrung eines Drosselventils 302 benachbart zu einer Bohrungswand angeordnet.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel der Motor ein halbrunder Motor 305 mit einem im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt ist, der einen runden Abschnitt, der ein Drehmoment erzeugt, und einen flachen Abschnitt, der kein Drehmoment erzeugt, aufweist, und da die Magnetpolsensoren 359 zum Erfassen von Magnetpol-Positionen in dem flachen Abschnitt angeordnet sind, wird die Querschnittsfläche des Motors kleiner, und die Systemgröße in einer Richtung senkrecht zur Drosselwelle 121 kann reduziert werden. Es gibt weiterhin keine Notwendigkeit, einen separaten Raum bereitzustellen, in dem die Magnetpolsensoren 359 angeordnet werden sollen. Da weiterhin der flache Abschnitt mit den Magnetpolsensoren 359 in Berührung mit dem Drosselkörper 301 gehalten ist, der immer unter Kühlung durch die Einlaßluft ist, und da eine Kühlung durch Wärmeleitung gefördert wird, können die Magnetpolsensoren 359 auf eine stabile Weise arbeiten, und es werden keine teuren wärmebeständigen Magnetpolsensoren mehr benötigt, was reduzierte Kosten zur Folge hat.
Während das obige dritte Ausführungsbeispiel als Anordnung des halbrunden Motors 305 und des Drosselventils 102 in der U-förmigen Form zum untereinander Verbinden über die Zahnräder 103A bis 103C beschrieben worden ist, kann der halbrunde Motor 305 an einer axialen Verlängerung der Ventilwelle 121 der Drosselwelle 102 über Zahnräder, wie im normalen Falle, mit dem Ergebnis ähnlicher Vorteile angeordnet sein.
8 zeigt den gesamten Aufbau einer motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung. Jene Teile, die denen im ersten bis dritten Ausführungsbeispiel gemein sind, sind mit gemeinsamen Bezugszeichen bezeichnet.
In 8 ist die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung derart angeordnet, daß ein bürstenloser Motor als ein Motor 405 zur Verwendung mit einem elektronisch gesteuerten Drosselstellglied 4 eingesetzt wird und daß eine Motorsteuerungseinrichtung 455 als eine Steuerschaltung für den Motor 405 in einem Motorsteuerungseinrichtungs-Gehäuse 456 angeordnet ist, das einstückig mit dem Motorgehäuse 117 geformt ist. Die übrige Anordnung ist fast die gleiche wie im ersten bis dritten Ausführungsbeispiel.
9 zeigt die Schaltungskonfiguration dieser motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung. In 9 weist die Motorsteuerungseinrichtung 455, die als eine Steuereinrichtung für die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels bereitgestellt ist, eine Leistungsschaltung 11, wie einen Wechselrichter, zum Zuführen elektrischer Leistung an den Motor 405, und eine Logikschaltung 10 zum Ausführen eines Phasenschaltens für die Leistungsschaltung 11 auf.
An die Leistungsschaltung 11 ist eine Motorversorgungsleistung 17 zum Antreiben des Motors von dem Host-System 114 als eine Steuereinrichtung für die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels angelegt. Ebenso sind an die Logikschaltung 10 eine Schaltungsversorgungsleistung 16, ein Drehrichtungsbefehl 13 zum Steuern einer Vorwärts-/Rückwärtsdrehung des Motors und ein Geschwindigkeitsbefehl 12 als ein Arbeitsbefehl zum Steuern einer an den Motor angelegten Spannung angelegt, und zwar von dem Host-System 114, ein Stromerfassungssignal ("L"-Pegel, wenn größer als der Referenzwert) 18 zum Erfassen eines Stromes, der durch den Motor fließt, ist angelegt von der Leistungsschaltung 11, und Magnetpolsensorsignale 19 sind von den Magnetpolsensoren 459 in drei Phasen (d.h. U-Phase, V-Phase und W-Phase) angelegt. Diese Magnetpolsensorsignale 19 werden verwendet, um ein Phasenschalten für die Leistungsschaltung 11 auszuführen.
Ein Teil der Magnetpolsensorsignale 19 ist weiter aufgezweigt in Drehungserfassungssignale 20 und in Magnetpolsignale 21 (siehe später beschriebene 10) in der Logikschaltung 10, bevor sie in das Host-System 114 eintreten. Die Drehungserfassungssignale 20 werden verwendet, um die Drehrichtung des Motors 405 und eine Anomalität der Magnetpolsensorsignale 19 in dem Host-System 114 zu erfassen. Die Magnetpolsignale 21 werden einer logischen Exklusiv-Summation über ein EOR4 und EORS unterworfen zur Umwandlung in ein Signal entsprechend 60° eines elektrischen Winkels, bevor sie verwendet werden, um die Drehposition des Motors 405 in dem Host-System 114 zu erfassen.
10 zeigt die detaillierte Konfiguration der Logikschaltung 10.
In 10 weist die Logikschaltung 10 logische Exklusiv-Summation-(OR)-Schaltungen EOR1 bis EOR3, Negier-(NOT)-Schaltungen INV1 bis INV3, logische Multiplikation-(AND)-Schaltungen AND1 bis AND4 und NOT-AND-Schaltungen NAND1 bis NAND3 auf, wobei diese Schaltungen selbst allgemein wohlbekannt sind.
Eine von der oben erwähnten Schaltung ausgeführte Steuerung wird nun beschrieben werden.
In den 9 und 10 erfassen die Magnetpolsensoren 459 die Magnetpolpositionen des Rotors des Motors 405 und übertragen sie als die Magnetpolsensorsignale 19 an die Logikschaltung 10. Auf der Grundlage der Magnetpolsensorsignale 19 von den Magnetpolsensoren 459 und dem Drehrichtungsbefehl 13 von dem Host-System 114 wählt die Logikschaltung 10 eine Leistungsversorgungsphase für die Leistungsschaltung 11 aus den U-, V- und W-Phasen in Reihenfolge aus, wodurch der Motor 405 angetrieben wird.
Auf der anderen Seite erfaßt der Öffnungssensor 103 die Position der Drosselwelle 121 und überträgt sie als ein eigentliches Öffnungssignal 15 an das Host-System 114. Auf der Grundlage des Ergebnisses, das von dem Öffnungssensor 103 erfaßt ist, überträgt das Host-System 114 den Geschwindigkeitsbefehl 12 an die Logikschaltung 10 zum Steuern einer Spannung, die an den Motor 405 angelegt wird, so daß das Drosselventil auf eine Zielposition gedreht wird. Die Logikschaltung 10 steuert eine mittlere Spannung, die von der Leistungsschaltung 11 an den Motor 405 auf der Grundlage des Drehzahlbefehls 12 angelegt wird, wodurch die Drosselwelle 121 in die Zielposition gedreht wird.
Da hier die Motorsteuerungseinrichtung 455, die als eine Steuereinrichtung der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung zum Steuern des Motors 405 bereitgestellt ist, in dem Motorsteuerungseinrichtungsgehäuse 456 angeordnet ist, das einstückig mit dem Motorgehäuse 117 geformt ist, ist die Anzahl von Verdrahtungen, wie Energieversorgungsleitungen und Signalleitungen, reduziert, so daß die Anzahl von Kabelbäumen, die einen Motorraum und einen Passagierraum verbinden, herabgesetzt ist und damit eine Verdrahtungsarbeit vereinfacht wird, wobei es ermöglicht wird, daß die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung in Größe und Gewicht reduziert ist. Dies ist ebenso wirksam beim Reduzieren eines Einflusses von Rauschen auf die Signalleitungen. Zusätzlich ist die Motorsteuerungseinrichtung 455 in Kontakt mit dem Drosselkörper 401 gehalten, der immer unter Kühlung durch die Einlaßluft ist, und damit ist ihre Kühlung durch Wärmeleitung gefördert.
Während die obige Struktur als Anordnung des Motors 405 und des Drosselventils 102 in die U-förmige Form zum untereinander Verbinden über die Zahnräder 103A bis 103C beschrieben worden ist, kann der Motor 405 an einer axialen Verlängerung der Ventilwelle 121 des Drosselventils 102 über Zahnräder, ähnlich dem normalen Falle, mit dem Ergebnis ähnlicher Vorteile angeordnet sein.
Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 11 und 12 beschrieben werden.
11 zeigt den gesamten Aufbau einer motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels, und 12 zeigt den detaillierten Aufbau eines Motors 505 zur Verwendung mit einem elektronisch gesteuerten Drosselstellglied 5 der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet einen Wellenmotor als den Motor 505, der in eine Ventilwelle 521 eingebaut ist. Jene Teile, die denen im ersten bis vierten Ausführungsbeispiel gemein sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In 11 und 12 weist die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung das elektronisch gesteuerte Drosselstellglied 5 auf, das einen Drosselkörper 501 aufweist. Die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung weist auch, als Steuereinrichtung, eine Motorsteuerungseinrichtung 555 zum Steuern einer Drehung des Motors 505 und ein Host-System 114 zum Ausführen, und zwar auf eine konzentrierte Weise, nicht nur einer allgemeinen Steuerung der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung sondern auch einer Steuerung anderer Teile eines Automobils, wie eine Klimaanlage, auf.
Der Drosselkörper 501 weist eine Drosselklappe 502 zum Steuern eines Volumenstroms von Einlaßluft und eine Drosselwelle 521, die in der Mitte der Drosselklappe 502 angeordnet ist, auf.
An einer Seite der Ventilwelle 521 sind eine Gaspedaltrommel 532, die mit einem Gaspedal 130 über einen Gaspedaldraht 111 gekoppelt ist, ein Gaspedalsensor 534 zum Erfassen einer Drehung der Gaspedaltrommel 532 und zum Übertragen eines erfaßten Signals an das Host-System 114, eine Spielfeder 507, einen Öffnungssensor 503 zum Erfassen einer Drehung der Ventilwelle 521 und eine Rückführfeder 506, um die Gaspedaltrommel 532 in die Schließrichtung der Drosselwelle 502 zu drängen, angeordnet.
Die Drosselwelle 521 ist fest mit dem Drosselkörper 501 über ein Lager 563 verbunden. Der Motor 505, der ein bürstenloser Motor oder ein Schrittmotor ist, ist in der Drosselwelle 521 angeordnet, und eine Statorwelle 554, die als eine Welle des Motors 505 dient, ist an der Drosselwelle 521 über ein Lager 553 getragen. Weiterhin ist ein Rotor 565, der aus einem Permanentmagneten aufgebaut ist, fest innerhalb der Drosselwelle 521 angeordnet.
Ein Stator 556, der eine um diesen gewickelte Spule 552 aufweist, ist an der Statorwelle 554 befestigt. Die Statorwelle 554 ist eine hohle Welle, so daß elektrische Drähte für den Motor 505 als ein Anschlußdraht 558 an das Äußere herausgeführt werden kann, ohne den Betrieb des Drosselventils zu stören.
Da bei diesem Ausführungsbeispiel der Motor 505 in die Drosselwelle 521 eingebaut ist, ist es möglich, eine Reduzierung in Größe und Gewicht nicht nur des Motors 505 sondern auch der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung zu erreichen. Weiterhin wird wegen der Anordnung des Motors 505 in einem Durchgang, durch den immer Einlaßluft angesaugt wird, eine Kühlung des Motors 505 gefördert.
Während das obige vierte Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem Motor 505, der ein bürstenloser Motor ist, erklärt worden ist, kann ein normaler Gleichstrommotor anstelle des bürstenlosen Motors mit dem Ergebnis eines ähnlichen Vorteils verwendet werden.
13 zeigt den gesamten Aufbau einer motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung. Jene Teile, die denen im ersten bis vierten Ausführungsbeispiel gemein sind, sind mit gemeinsamen Bezugszeichen bezeichnet.
In 13 verwendet die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung als Motor zur Verwendung mit einem elektronisch gesteuerten Drosselstellglied 6 einen bürstenlosen Motor, wobei Magnetpolsensoren an vorspringenden Polen eines Stators angeordnet sind und wobei der Motor axial um einen Drosselkörper angeordnet ist.
Die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung weist das elektronisch gesteuerte Drosselstellglied 6 auf, das einen Drosselkörper 601 aufweist. Die motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung weist auch als eine Steuereinrichtung eine Motorsteuerungseinrichtung 655 zum Steuern einer Drehung des Motors und ein Host-System 114 zum Ausführen, und zwar in einer konzentrierten Weise, nicht nur einer allgemeinen Steuerung der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung sondern auch einer Steuerung anderer Teile eines Automobils, wie eine Klimaanlage, auf.
An der Seite einer Drosselwelle 121 gegenüber einer Gaspedaltrommel 132 sind ein Zahnrad 103C mit großem Durchmesser und ein Öffnungssensor 603 bereitgestellt. Das Zahnrad 103C kämmt mit einem Zahnrad 603B2 an einer Zwischenwelle, und ein weiteres Zahnrad 603B1, das koaxial mit dem Zahnrad 103B2 an der Zwischenwelle angeordnet ist, kämmt mit einem Zahnrad 603A auf einer Motorwelle 651 eines Motors 605.
Der Motor 605 ist ein bürstenloser Motor, der eine Motorwelle 651, einen Rotor 665, der mit einem Magnetpfadjoch 609 und einem Permanentmagneten 657 versehen ist, einen Stator 656, um den eine Spule 652 gewickelt ist, und ein Lager 653 auf, wobei der Motor in einem Motorgehäuse 607 untergebracht ist.
14 zeigt einen Querschnitt des Motors 605 zur Verwendung mit dem elektronisch gesteuerten Drosselstellglied 6.
In 14 ist der Stator 656 des Motors 605 mit vorspringenden Polen 654a, 654b in der Anzahl eines Vielfachen von drei (z.B. 12) versehen, und die Spulen 652 sind um die vorspringenden Pole außer um jene drei, die oben beschrieben sind, gewickelt. Insbesondere sind keine Spulen über einen Satz aus drei vorspringenden Polen 654b gewickelt, und Magnetpolsensoren 659, wie Hall-Vorrichtungen, zum Erfassen von Magnetpolpositionen sind mit einem Phasenwinkel von 120° angeordnet. Der Grund, warum die vorspringenden Pole mit einem Phasenwinkel von 120° darin angeordnet sind, ist ein Reduzieren eines Ausmaßes von Ungleichförmigkeit des Drehmoments, das an den Magnetpolen erzeugt wird. Weiterhin ist die Spule 652 um einen vorspringenden Pol 654a für jede der drei Phasen gewickelt, so daß die drei Spulen in den drei Phasen aufeinanderfolgend angeordnet sind und so daß die drei Spulen in jeder Phase in Reihe untereinander verbunden sind, wodurch insgesamt eine Y-Verbindung bereitgestellt wird.
Der Motor 605 weist die neun vorspringenden Pole 654a auf, um die herum die Spulen gewickelt sind, sowie die drei vorspringenden Pole 654b, die mit keinen um sie herum gewickelten Spulen versehen sind, sondern an die die Magnetpolsensoren 659 angebracht sind, wodurch das Drehmoment auf 3/4 jenes des Standes der Technik (bei dem um 12 vorspringende Pole Spulen gewickelt sind) reduziert wird, und eine Stapeldicke des Motors 605 selbst muß auf 4/3 mal die herkömmliche Dicke erhöht werden, um das gleiche Drehmoment zu erhalten. Auf der anderen Seite kann ein Magnetkraftgenerator (z.B. ein Rotor für Magnetpolsensoren), der erforderlich gewesen ist, um die Magnetpolsensoren in der Vergangenheit zu montieren, eliminiert werden. Dadurch kann die axiale Länge entsprechend verkürzt werden, so daß eine Reduzierung in Größe und Gewicht des Motors 605 und damit eine reduzierte Größe der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung in der axialen Richtung der Drosselwelle 121 ermöglicht wird. Ebenso ist die Anzahl von Teilen reduziert und die Produktionskosten werden gesenkt. Da weiterhin der Permanentmagnet des Motors 605 als ein Magnetkraftgenerator für Magnetpolsensoren verwendet werden kann, gibt es keine Notwendigkeit, einen solchen Magnetkraftgenerator für die Magnetpolsensoren 659 separat bereitzustellen, was zur Folge hat, daß die Anzahl von Teilen und die Kosten reduziert sind. Zusätzlich wird eine Kühlung der Magnetpolsensoren 659 durch Wärmeleitung an den Stator 656 gefördert, und es werden keine teuren wärmebeständigen Magnetpolsensoren mehr benötigt, was zu reduzierten Kosten führt.
Eine motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 15 bis 17 beschrieben werden. Jene Teile, die denen im ersten bis vierten Ausführungsbeispiel gemein sind, sind durch gemeinsame Bezugszeichen bezeichnet.
Im allgemeinen, wenn eine Drehgeschwindigkeit eines Motors ansteigt, wird eine Grundfrequenz des Motors angehoben, und eine Zeit einer Periode wird verkürzt. Da jedoch ein Anstieg eines Stromes durch einen Widerstandswert und einen Induktionswert des Motors bestimmt ist, ruft eine Hochgeschwindigkeitsdrehung des Motors das Problem einer Zeitverzögerung im Strom hervor, die nicht unter einem Zustand einer Drehung bei langsamer Geschwindigkeit angetroffen wird. Die Beziehung zwischen einer induzierten Spannung und einer Zeitverzögerung im Strom wird unten im Detail erklärt werden.
15 zeigt beispielsweise die Beziehung zwischen einer induzierten Spannung und einem Versorgungsstrom in einem bürstenlosen Motor. Die Betriebsbedingungen des Motors sind wie folgt: die Anzahl der Motorpole ist 8, die Umdrehungsgeschwindigkeit beträgt 7200 Umdrehungen pro Minute, der Widerstand ist 1 Ω, und die Induktanz ist 0,3 mH. Unter diesen Bedingungen beträgt die Frequenz 480 Hz, die Periode beträgt 2 ms, und die elektrische Zeitkonstante beträgt 0,3 ms.
In 15 sind die induzierten Spannungen in der U-, V- und W-Phase und die Magnetsensorausgaben in der U-, V- und W-Phase jeweils miteinander in Beziehung, wie gezeigt in 15. Somit ist die Magnetsensorausgabe von der Spannung in der Phase um 30° eines elektrischen Winkels verzögert.
Darüber hinaus ist ein Drehmoment, das von einem Motor erzeugt ist, durch das Produkt aus einer induzierten Spannung und einem tatsächlichen Strom bestimmt. Zur effektiven Abnahme eines Motordrehmoments ist es daher erforderlich, daß ein Strom so fließt, daß das Produkt aus einer induzierten Spannung und einem tatsächlichen Strom für jede Phase maximiert ist.
Als ein Verfahren zum Erfüllen einer solchen Anforderung, vorgenommen nun z.B. an der U-Phase, ist es denkbar, einen Strom für eine Zeitperiode von der ansteigenden Flanke zu der abfallenden Flanke eines U+–Signals fließen zu lassen (siehe 15), wobei das Signal aus der U-Phasenausgabe und der V-Phasenausgabe aus den Magnetpolsensorausgaben in der Logikschaltung 10 (siehe 10) in dem oben erwähnten vierten Ausführungsbeispiel, bereitgestellt ist. Anders gesagt ist es mit diesem Verfahren beabsichtigt, ein großes Drehmoment zu erhalten, indem diese Abschnitte einer positiven Fläche ignoriert werden, die von einer Sinuskurve der induzierten U-Phasenspannung festgelegt ist (von 0° bis 180° elektrischer Winkel), wobei die Abschnitte von 0° bis 30° und von 150° bis 180° an beiden Enden reichen, da diese Abschnitte einen kleinen Spannungswert haben, und indem man einen Strom während der Zeit von 30° bis 150° fließen läßt. Ein idealer Strom hat in diesem Fall eine Wellenform, angezeigt durch gestrichelte Linien.
In einem Versuch, den Strom so fließen zu lassen, tritt jedoch eine Zeitverzögerung im Strom für einen Motor auf, der sich wie oben erklärt, bei hohen Geschwindigkeiten dreht, aufgrund einer solchen Charakteristik, daß ein Anstieg eines Stromes durch einen Widerstandswert und einen Induktionswert des Motors bestimmt ist. In der Praxis ist ein Anstieg des tatsächlichen Stromes wie angezeigt durch durchgehende Linien verzögert, und das erzeugte Drehmoment wird entsprechend einer Verzögerung im Anstieg abgesenkt. In einer gewöhnlichen motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung wird daher die Zeitgabe, in der ein Strom an einen Motor fließt, unter Verwendung von Signalen von den Magnetpolsensoren, wie Hall-Vorrichtungen oder Hall-Sensoren, umgeschaltet. Diese Anordnung soll ohne eine solche Zeitgabesteuerung eine Steuerung ausführen, so daß ein größtmöglicher Strom für eine Zeitperiode von der ansteigenden Flanke zu der abfallenden Flanke des U+–Signals fließt, wodurch ein maximales Drehmoment bereitgestellt wird. Die Anordnung wird unten beschrieben werden.
16 zeigt einen Querschnitt eines Motors 705 zur Verwendung mit einem elektronisch gesteuerten Drosselstellglied der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung.
In 16 ist der Motor 705 unterschiedlich von dem in 14 gezeigten Motor 605, und zwar darin, daß Magnetpolsensoren 759 nicht an den Mitten jeweiliger vorspringender Pole 754b angeordnet sind, sondern an Positionen in einer Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung eines Rotors 765 (d.h. die Richtung, die durch einen Pfeil in 16 angezeigt ist, d.h. die Richtung im Uhrzeigersinn) verschoben sind, mit dem das Drosselventil 102 in die Öffnungsrichtung gedreht wird. Der andere Aufbau ist ähnlich zu dem in 14 gezeigten Motor 605.
Wenn der Verschiebungswinkel zu groß ist, würde dies ein unerwünschtes Ergebnis des Erzeugens eines Drehmoments in der umgekehrten Drehrichtung zur Folge haben, wenn sich der Motor nicht bei hohen Drehzahlen dreht, und dies im Gegensatz zur Absicht. Demgemäß ist es geeignet, daß der Verschiebungswinkel von der Mitte des vorspringenden Poles 754b innerhalb des Bereichs von 30° eines elektrischen Winkels ist, wie gezeigt, und zwar unter der Annahme, daß die Grundfrequenz des Motors als 360° eines elektrischen Winkels festgelegt ist. Ein Anordnen jedes Magnetpolsensors innerhalb eines solchen Winkelbereichs ermöglicht es, nicht nur eine Zeitverzögerung während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung zu kompensieren, sondern auch ein Drehmoment in der positiven oder Vorwärtsrichtung zu erzeugen, wenn sich der Motor nicht bei hohen Geschwindigkeiten dreht.
17 zeigt die Beziehung zwischen einer induzierten Spannung und einem Versorgungsstrom in dem Motor 705 zur Verwendung mit der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung, die wie oben erklärt aufgebaut ist. Die Betriebsbedingungen des Motors 705 sind die gleichen wie jene in 15, was in ähnlicher Weise dazu führt, daß die Frequenz 480 Hz ist, die Periode 2 ms ist, und die elektrische Zeitkonstante 0,3 ms ist.
In 17 sind, wobei jeder Magnetpolsensor 759 innerhalb des Bereichs von 30° elektrischen Winkels verschoben ist, die U-Phasenausgabe des Magnetpolsensors und die Kurve des tatsächlichen Stromes miteinander, wie gezeigt, in Beziehung, so daß sie nach links um 30° eines elektrischen Winkels im Vergleich mit der in 15 gezeigten Beziehung verschoben sind. Anders gesagt, kann sich der tatsächliche Strom der Phase des Idealstroms zum Erhöhen des Drehmoments annähern.
Bei diesem wie oben erklärt angeordneten Beispiel wird, da die Magnetpolsensoren 759 für den Motor 705 an Positionen angeordnet sind, die von den Mitten der jeweiligen vorspringenden Pole 754b innerhalb des Bereichs von 30° eines elektrischen Winkels in einer Richtung entgegengesetzt zur Drehrichtung des Motors, mit dem das Drosselventil geöffnet wird, verschoben sind, eine Antwort während einer Hochgeschwindigkeitsdrehung verbessert, ohne ein Drehmoment in der umgekehrten Richtung während einer Drehung bei niedriger Geschwindigkeit zu erzeugen. Demgemäß kann ein kleinerer Motor als herkömmlich verwendet werden, um die gleiche Antwortfähigkeit auf Anforderung zu erreichen, was eine Reduzierung in Größe und Gewicht der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung zur Folge hat.
Ein ähnlicher Vorteil kann auch mit einem Gleichstrommotor, der mechanische Kommutatoren aufweist, erreicht werden, indem die Bürstenpositionen in einer ähnlichen Weise verschoben werden.
Ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die 18 bis 20 beschrieben werden.
Der gesamte Aufbau einer motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird mit Bezug auf die 18 bis 20 erklärt werden. Jene Teile, die denen im ersten bis fünften Ausführungsbeispiel gemein sind, sind mit gemeinsamen Bezugszeichen bezeichnet.
In 18 ist die motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels derart angeordnet, daß die Position einer Drosselklappe 102 durch einen Öffnungssensor 103 erfaßt wird, und daß die erfaßte Position als ein eigentliches Öffnungssignal 15 in der Form eines analogen Signals an einen A/D-Umwandlungsanschluß eines Host-Systems 114 angelegt wird, das als eine Steuereinrichtung bereitgestellt ist. Ein Motor 805 zur Verwendung mit einem elektronisch gesteuerten Drosselstellglied 8 ist mit Magnetpolsensoren 859 zum Erfassen von Magnetpolpositionen eines Rotors versehen, und Magnetpolsensorsignale 819a, 819b, 819c in den drei U-, V- und W-Phasen von den Magnetpolsensoren 859 werden in ein Magnetpolsignal 821 umgewandelt, und zwar über eine Logikschaltung (nicht gezeigt) in einer Motorsteuerungseinrichtung 855, die als eine Steuereinrichtung bereitgestellt ist, und über zwei EORs vor Eintreten in einen Port-Anschluß des Host-Systems 114.
In der obigen Anordnung ist der Öffnungssensor 103 mit einer ursprünglichen Absicht bereitgestellt, kleine Öffnungswinkel des Drosselventils mit einem hohen Auflösungsgrad bereitzustellen. Dies läßt sich auf die folgenden zwei Anforderungen zurückführen; d.h., eine Auflösung von weniger als 0,1 ° ist erforderlich, um eine Gefahr zu eliminieren, daß, wenn eine Auflösung des Öffnungssensors in einem ISC-Modus zu gering ist, ein Leerlauf so instabil sein kann, daß er ein Absterben eines Verbrennungsmotors und unvollständige Verbrennung von Verbrennungsgasen verursacht, und es ist erforderlich, daß die Verbrennungsmotordrehzahl sanft geändert wird, um die Leerlaufdrehzahl zum Zwecke des Sparens von Treibstoffverbrauch zu verringern, was seinerseits eine hohe Auflösung bei geringen Öffnungswerten (nahe 2°, ausgedrückt in Winkeln) erfordert. In einem normalen Steuermodus, anders als ISC, wird erfordert, daß die Auflösung in der Größenordnung von 0,5 bis 1,0° ist.
In der Vergangenheit, während eine solche Fähigkeit für den Öffnungssensor 103 erforderlich war, ist es herkömmlich gewesen, den Öffnungssensor 103 zum Erfassen des gesamten Öffnungsbereichs des Drosselventils zu verwenden. Der Versuch, den gesamten Bereich von einem kleinen Öffnungswert zu einem großen Öffnungswert abzudecken, resultiert notwendigerweise in einer verringerten Auflösung und stellt eine Schwierigkeit im Bereitstellen einer hohen Auflösung (weniger als 0,1 °) bei kleinen Öffnungswerten, wie gefordert, dar. Aus diesem Grunde ist ein Unterventil für ISC parallel und zusätzlich zum Hauptdrosselventil in vielen Vorrichtungen des Standes der Technik bereitgestellt. Darüber hinaus hat es Vorrichtungen des Standes der Technik gegeben, die einen Öffnungssensor für einen Bereich extrem kleiner Öffnungswerte separat bereitgestellt haben.
In der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird nur ein Bereich kleiner Öffnungswerte durch den Öffnungssensor 103 erfaßt, wohingegen andere Öffnungswerte höher als dieser Bereich unter Verwendung des Magnetpolsignals 821 auf der Grundlage von Magnetpolsensorsignalen 819a bis 819c von dem Motor 805 erfaßt werden. Mit anderen Worten wird eine hohe Auflösung im niedrigen Öffnungsbereich von dem Host-System 114 erreicht, das eine Funktion einer Ventilpositions-Steuereinrichtung hat und eine Positionssteuerung der Drosselklappe 102 auf der Grundlage eines Signals von dem Öffnungssensor 103 und Signalen von den Magnetpolsensoren ausführt.
Eine Erfassung der Öffnung unter Verwendung des Magnetpolsignals 821 wird nun im Detail beschrieben werden.
19 zeigt den Betrieb zum Erzeugen von Impulsen des Magnetpolsignals 821 von den Magnetpolsensorsignalen 819a bis 819c.
In 19 ist die Beziehung zwischen einer induzierten Spannung des Motors 805 und Phasen der Magnetpolsensorsignale, wie gezeigt, ähnlich zu 15. Genauer gesagt, sind die Magnetpolsensorsignale 819a, 819b, 819c in den drei U-, V- und W-Phasen Impulse mit einer Phasendifferenz von 120° dazwischen. Ein Signal mit 60° elektrischen Winkels ist zwischen diesen drei Phasensignalen erzeugt. Die U- und V-Phasensignale werden zuerst einer Exklusiv-Oder-Operation unterworfen, um die logische Exklusivsummation bereitzustellen, die dann mit dem W-Phasensignal einer Exklusiv-Oder-Operation unterworfen wird, um die logische Exklusivsummation bereitzustellen. Folglich kann ein Signal mit 60° elektrischen Winkels erhalten werden. Durch Erfassen eines Anstiegs und Abfalls des resultierenden Signals können die Impulse des Magnetpolsignals 821 von 1 bis n gezählt werden, wie gezeigt.
Da hier die Anzahl von Impulsen, die pro Umdrehung eines Motors erzeugt sind, gegeben ist durch (Anzahl von Phasen) × (Anzahl von Polen) und da sich der Motor in einer Anzahl dreht, die aus einer Multiplikation des Produkts mit einem Übersetzungsverhältnis pro Umdrehung des Drosselventils resultiert, ist die Anzahl von Impulsen, die pro Umdrehung der Drosselklappe erzeugt sind, gegeben durch: (Anzahl von Phasen) × (Anzahl von Polen) × (Übersetzungsverhältnis). In dem Falle des Erfassens einer Umdrehung der Drosselklappe kann daher die Auflösung pro Impuls durch folgende allgemeine Formel ausgedrückt werden: Auflösung pro Impuls = 360/(Anzahl von Phasen) × (Anzahl von Polen) × (Übersetzungsverhältnis) (Grad/Impuls).
Angenommen für den Motor 805, das Übersetzungsverhältnis ist 24:1, die Anzahl von Phasen ist 3, und die Anzahl von Polen ist 8, dann ist die Anzahl von Impulsen, die pro Umdrehung des Drosselventils erzeugt sind, gegeben durch 3 × 8 × 24 = 576 Impulse. Demgemäß ist die Auflösung pro Impuls gegeben durch 360/576 = 0,62°, was in den Bereich eines geforderten Auflösungswertes von 0,5 bis 1,0° unter normaler Steuerung fällt.
In der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels arbeitet das Host-System 114 auf der Grundlage der oben erwähnten Prinzipien als Ventilposition-Steuereinrichtung, um eine Steuerung für den kleinen Öffnungsbereich unter Verwendung des eigentlichen Öffnungssignals 15 von dem Öffnungssensor 103 unter ISC auszuführen, und um eine Steuerung für den Öffnungsbereich, der größer als eine bestimmte eingestellte Öffnung ist (hiernach als Grenzöffnung bezeichnet), unter Verwendung der Magnetpol-Sensorsignale 819 von den Magnetpolsensoren 859 auszuführen. Mit anderen Worten ist die Öffnung der Drosselklappe von dem Host-System 114 als Ventilposition-Steuereinrichtung gesteuert, indem das eigentliche Öffnungssignal 15 und die Magnetpol-Sensorsignale 819 an der Grenzöffnung umgeschaltet werden, um selektiv verwendet zu werden.
Das Einstellen der Grenzöffnung wird nun beschrieben werden.
Wie oben erklärt, ist es in einer gewöhnlichen Verbrennungsmotorsteuerungs-Praxis, daß ein ISC-Unterventil, das für den ISC-Betrieb bestimmt ist, separat und parallel zu einem Drosselventil bereitgestellt ist, das für normales Fahren verwendet wird, und daß die Öffnungssteuerung nur durch ein solches Unterventil während des ISC-Betriebs ausgeführt wird, und zwar hauptsächlich zum Zwecke, um eine hohe Auflösung sicherzustellen.
Demgegenüber wird die Öffnungssteuerung in der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels nur durch das Drosselventil ohne Bereitstellung irgendeines Unterventils vorgenommen, und damit ist die Öffnung, die während des ISC-Betriebs gesteuert werden soll, geringer als etwa 2°, ausgedrückt in der Öffnung des Drosselventils (hiernach als ISC-Steuerbereich bezeichnet). Dann entspricht die Öffnung des Drosselventils, die größer als 2° ist, einem normalen Steuerbereich.
Zur Steuerung in der Ventilöffnungsrichtung, bei der die Verbrennungsmotor-Drehzahl ansteigt, wird die Ventilöffnung von 0° in dem ISC-Steuerbereich anfangend erhöht und tritt in den normalen Steuerbereich beim Überschreiten von etwa 2° ein.
Auf der anderen Seite wird zur Steuerung des Ventils in einer Schließrichtung, bei der die Verbrennungsmotor-Drehzahl umgekehrt abnimmt, das Drosselventil allmählich in dem normalen Steuerbereich geschlossen. Während dieses Vorgangs gibt es einen Bereich, wo eine Steuerung ausgeführt werden soll, die die Verbrennungsmotor-Drehzahl eher mäßig denn abrupt absenkt, und zwar insbesondere, um ein Absterben des Verbrennungsmotors zu verhindern. Dieser Bereich im normalen Steuerbereich, wo eine solche moderate Steuerung (Dämpfungssteuerung) vorgenommen werden soll, wird speziell als Dämpfungssteuerbereich bezeichnet (entsprechend etwa 4° bis 2° der Öffnung des Drosselventils). Bei der Steuerung in der Ventilschließrichtung tritt daher, wenn die Ventilöffnung allmählich in dem normalen Steuerbereich abgesenkt wird und weniger als etwa 4° wird, sie in den Dämpfungssteuerbereich ein, um die Dämpfungssteuerung auszuführen. Danach tritt sie, wenn die Ventilöffnung moderat in den Dämpfungssteuerbereich abgesenkt ist und weniger als etwa 2° wird, in den ISC-Steuerbereich ein.
In dem obigen Steuerungsvorgang ist eine Auflösung der Drosselventilsteuerung von weniger als 0,1 ° in dem ISC-Steuerbereich erforderlich, um die Leerlaufdrehzahl stabil zu steuern. Eine Auflösung von weniger als 0,1 ° ist auch in dem Dämpfungssteuerbereich erforderlich, um die Verbrennungsmotor-Drehzahl moderat abzusenken. Im Hinblick auf das Gesagte ist dieses Ausführungsbeispiel angeordnet, um eine Hochauflösungssteuerung unter Verwendung des Öffnungssensors sowohl in dem ISC-Steuerbereich (von 0° (vollständig geschlossener Zustand) bis etwa 2°) und in dem Dämpfungssteuerbereich (von etwa 2° bis etwa 4°) auszuführen. Demgemäß ist die Grenzöffnung, bei der die zwei Steuermodi umgeschaltet werden, etwa 4°.
Angenommen nun, daß ein A/D-Wandler des Host-Systems 114 eine Auflösung von z.B. 8 Bit = 2⁸ = 256 hat, dann ist die Steuerauflösung unter Verwendung des Öffnungssensors 4°/256 = 0,0156°, was der geforderten Auflösung von weniger als 0,1 ° genügt. Wenn jedoch die Öffnungssteuerung nahe der Grenzöffnung zwischen der ISC-Steuerung und der normalen Steuerung ausgeführt wird, gibt es eine Gefahr, daß die Steuerung wegen eines häufigen Modusschaltens zwischen der ISC-Steuerung und der normalen Steuerung instabil sein kann. Um eine solche Gefahr zu eliminieren, ist dieses Ausführungsbeispiel weiterhin derart angeordnet, um unterschiedliche Grenzöffnungen separat zwischen der Öffnungsrichtung und der Schließrichtung der Drosselklappe einzustellen, wodurch eine Hysterese beim Schalten des Steuermodus bereitgestellt wird.
Diese zwei Grenzöffnungen für den Schaltbetrieb des Steuermodus werden nun mit Bezug auf 20 beschrieben werden.
In der motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels, wie gezeigt in 20, ist die Grenzöffnung für den Fall, daß die Steuerung in die Öffnungsrichtung der Drosselklappe vom ISC-Steuerbereich fortschreitet (d.h., die Grenzöffnung in der Öffnungsrichtung), auf etwa 2° eingestellt. Dann wird, sobald die Ventilöffnung 2° überschreitet und den ISC-Steuerbereich verläßt, während die Steuerung auf der Grundlage des eigentlichen Öffnungssignals 15 von dem Öffnungssensor ausgeführt wird, der Steuermodus auf die Steuerung auf der Grundlage der Magnetpol-Sensorsignale 819a bis 819c von den Magnetpolsensoren umgeschaltet. Ebenso wird die Grenzöffnung für den Fall, daß die Steuerung umgekehrt in die Schließrichtung des Drosselventils vom normalen Steuerbereich fortschreitet (d.h., die Grenzöffnung in der Schließrichtung), auf etwa 4° eingestellt. Dann wird, sobald die Ventilöffnung auf weniger als 4° reduziert ist und in den Dämpfungssteuerbereich eintritt, während die Steuerung auf der Grundlage der Magnetpol-Sensorsignale 819a bis 819c von den Magnetpolsensoren ausgeführt wird, der Steuermodus auf die Steuerung auf der Grundlage des eigentlichen Öffnungssignals 15 von dem Öffnungssensor umgeschaltet.
Indem die verschiedenen Grenzöffnungen separat zwischen den Fällen, wenn sich die Verbrennungsmotor-Drehzahl erhöht und wenn sie sich verringert, eingestellt wird, d.h. zwischen der Öffnungsrichtung und der Schließrichtung der Drosselklappe, wird ein häufiges Steuerschalten verhindert, um die Öffnungssteuerung zu stabilisieren.
Mit diesem wie oben erklärten Ausführungsbeispiel, da das Host-System 114 als Ventilposition-Steuereinrichtung eine Positionssteuerung der Drosselklappe 102 auf der Grundlage der Magnetpol-Sensorsignale 819a bis 819c, die von den Magnetpolsensoren 859 übertragen sind, und auf der Grundlage des eigentlichen Öffnungssignals 15, das von dem Öffnungssensor 103 übertragen ist, ausführt, werden große Öffnungswerte, die durch einen Öffnungssensor im Stand der Technik erfaßt worden sind, durch die Magnetpolsensoren erfaßt, und es genügt ein Öffnungssensor für den kleinen Öffnungsbereich im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem zwei Öffnungssensoren für den großen und kleinen Öffnungsbereich erforderlich gewesen sind. Daher ist es möglich, die Größe und das Gewicht der gesamten motorgetriebenen Drosselklappenvorrichtung zu reduzieren, die Kosten aufgrund der reduzierten Anzahl von Teilen zu senken, und weiterhin die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Da weiterhin große Öffnungswerte von den Magnetpolsensoren 859 gemessen werden, wird der Öffnungssensor 103 nur verwendet, um kleine Öffnungswerte zu erfassen und kann eine verbesserte Auflösung haben.
Da weiterhin die Magnetpol-Sensorsignale 819a bis 819c und das eigentliche Öffnungssignal 15 bei einer vorbestimmten Grenzöffnung umgeschaltet werden, um selektiv verwendet zu werden, und da die Grenzöffnung unterschiedlich zwischen der Öffnungsrichtung und der Schließrichtung des Drosselventils eingestellt ist, kann ein häufiges Steuerschalten nahe der Grenzöffnung, bei der der Steuermodus umgeschaltet werden soll, verhindert werden, und die Positionssteuerung der Drosselklappe 102 kann stabilisiert werden.

Claims

Motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung mit – einer Drosselklappe (102), die an einer drehbar von einem Drosselkörper (101) gelagerten Drosselwelle (121) angebracht ist, – einem Motor (105) zur Steuerung der Öffnung der Drosselklappe (102), der eine parallel zur Drosselwelle (121) angeordnete Motorwelle (151) aufweist, und – einem zwischen der Motorwelle (151) und der Drosselwelle (121) angeordneten Getriebemechanismus (103A, 103B1/B2, 103C) zur Übertragung eines Drehmoments des Motors (105) zur Drosselwelle (121) der Drosselklappe (102), wobei – ein Endabschnitt der Motorwelle (151) mit dem Getriebemechanismus auf einer Öffnungsseite des Motorgehäuses (117) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß – der Motor (105) in einem einstückig mit dem Drosselkörper (101) geformten Motorgehäuse (117) angeordnet ist, und – ein entgegengesetzter Endabschnitt der Motorwelle (151) in einem Lagerelement gelagert ist, das in einem an einem Innenwandabschnitt des Motorgehäuses (117) ausgebildeten Aufnahmeabschnitt angeordnet ist, wobei der Innenwandabschnitt des Motorgehäuses (117) einen Außenwandabschnitt des Drosselkörpers (101) bildet.
Motorgetriebene Drosselklappenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (105) ein Gleichstrommotor ist.