DE60128021T2

DE60128021T2 - Positionsmesseinrichtung in einem elektromagnetischen Hubventil und Verfahren zur Befestigung derselben

Info

Publication number: DE60128021T2
Application number: DE2001628021
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hitachinaka-shi Yoneda; Masahiro Hitachinaka-shi Kurita; Yasuo Kawasaki-shi Kouda
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: DE60128021D1; JP2001263319A; EP1136662B1; US20010035213A1; EP1136662A2; US6550494B2; EP1136662A3; JP3689614B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Positionsmessvorrichtung eines elektromagnetischen Stelltriebs für ein elektromagnetisch betätigtes Motorventil-Antriebssystem gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.
Eine solche Art einer Positionsmessvorrichtung eines elektromagnetischen Stellglieds kann dem Dokument nach dem Stand der Technik DE 298 14 211 U1 entnommen werden. Die Vorrichtung weist ein Element auf, das ein elektromagnetisches Feld erzeugt, und arbeitet mit einem weiteren Sensorelement, das benachbart zu dem magnetischen Element angeordnet ist, zusammen. Das Element, das ein magnetisches Feld erzeugt, ist an der spitzen Endfläche des Ventilschafts des entsprechenden Motorventils befestigt und weist zu dem Sensorelement hin, das innerhalb des entsprechenden Zylinderkopfs befestigt ist.
Ein Nockenwellen-Antriebssystem hat in einem Öffnungs- und Schließ-Antrieb von Einlass- und Auslassventilen eines elektronisch gesteuerten Verbrennungsmotors dominiert, obwohl der elektronisch gesteuerte Motor in Kraftfahrzeugen eingesetzt worden ist.
Als der elektronisch gesteuerte Motor gebräuchlicher wurde, ist die Anwendung eines elektronischen Steuersystems für das Öffnungs- und Schließ-Antriebssystem für Einlass- und Auslassventile stark von Standpunkten einer weiteren Verbesserung eines Kraftstoff verbrauchs und einer Abgasreinigung gefordert worden.
Um dieses Erfordernis zu erfüllen, hat das United States Patent No. 5,769,043, herausgegeben am 23. Juni 1998 für James A. Nitkiewicz, eine Vorrichtung zum elektromagnetischen Antreiben der Einlass- und Auslassventile, um Einlass- und Auslassöffnungen des Motors unter Verwendung eines elektromagnetischen Stelltriebs zu öffnen und zu schließen, nämlich ein elektromagnetisch betätigtes Motorventil-Antriebssystem, vorgeschlagen.
In dem vorstehend beschriebenen elektromagnetisch betätigten Motorventil-Antriebssystem werden unabhängige Steuerungen sowohl eines Ventilöffnungszeitpunkts als auch eines Ventilschließzeitpunkts und weiterhin einer Ventilverschiebungs-Steuerung möglich gemacht.
Diese Ventilöffnungs- und Schließzeitpunkt- und Ventilverschiebungs-Steuerungen können optimal unter verschiedenen Motor-Antriebssituationen vorgenommen werden. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, genau eine Position eines bewegbaren Abschnitts des elektromagnetischen Stellglieds, das sich unter einer hohen Geschwindigkeit hin und her bewegt, zu erfassen, so dass die Ventilverschiebung des Einlass- oder Auslassventils erkannt werden kann.
In diesem Fall ist es allgemein notwendig, eine momentane Position des bewegbaren Abschnitts des Stellglieds mit einer äußerst hohen Genauigkeit und ohne Kontakt über einen beträchtlich langen Hub zu messen. Um diese Notwendigkeit zu erfüllen, ist eine Positionsmessvorrichtung, die einen Halleffekt verwendet, in dem vorstehend beschriebenen, elektromagnetisch betätigten Motorventil-Antriebssystem verwendet worden. Eine Art der Positionsmessvorrichtung umfasst eine ein magnetisches Feld erzeugende und erfassende Vorrichtung (Koppler) eines Permanentmagneten und einer Halleffekt-Vorrichtung.
Die japanische, erste Patentanmeldungsveröffentlichung No. Heisei 6-180242 veröffentlicht am 28. Juni 1994, stellt beispielhaft eine Bereichsluftstrom-Messeinrichtung dar, bei der die vorstehend beschriebene Positionserfassungsvorrichtung der Permanentmagnet- und Halleffekt-Vorrichtungen (oder magnetische Widerstandselemente) angewandt wird.
In der vorstehend angegebenen, japanischen, ersten Patentanmeldungsveröffentlichung wird entweder der Permanentmagnet oder die Magnetfeld-Erfassungsvorrichtung, zum Beispiel der Permanentmagnet, an seinem bewegbaren Abschnitt befestigt, wobei eine Stärke des magnetischen Felds, die der Permanentmagnet erzeugt, durch die befestigte Magnetfeld-Erfassungsvorrichtung so gemessen wird, dass die Position des bewegbaren Abschnitts gemessen werden kann.
In dem vorstehend beschriebenen, zuvor vorgeschlagenen, elektromagnetisch betätigten Motorventil-Antriebssystem wird keine Beachtung einer Befestigung des Permanentmag neten an dem bewegbaren Abschnitt des Ventil-Stellglieds geschenkt, so dass eine Verringerung in der Zuverlässigkeit nicht vermieden werden kann, und eine Beibehaltung einer Messgenauigkeit wird schwierig.
Folglich besitzt in dem zuvor vorgeschlagenen, elektromagnetisch betätigten Motorventil-Antriebssystem der bewegbare Abschnitt des Stellglieds eine sehr hohe Geschwindigkeit in der Nähe der Start- und Endpunkte des Hubs, mit der der bewegbare Abschnitt bewegt werden kann. Folglich würde, wenn der bewegbare Abschnitt mit einem feststehenden Abschnitt des Stellglieds an einem Bereich hoher Geschwindigkeit in den Nähen der Start- und Endpunkten des Hubs kollidiert, eine große Stoß-(Kollisions)-Kraft, da eine Beschleunigung bis zu mehreren Tausend G (Schwerkraft) erreicht, aufgenommen werden.
Deshalb ist, um ein Auftreten der Kollision zu vermeiden, um die Kollisions-Geschwindigkeit so zu unterdrücken, dass sie gerade dann niedrig ist, wenn eine solche Kollision, wie sie vorstehend beschrieben ist, aufgetreten ist, um ein Geräusch oder einen Schlag zu verringern, oder um eine lang anhaltende Lebensdauer zu erreichen, eine Geschwindigkeits-Variations-Steuerung während des Hubs so angewandt worden, dass die Position des bewegbaren Abschnitts gemessen wird und die Geschwindigkeit des bewegbaren Abschnitts in den Nähen der Start- und Endpunkten des Hubs verlangsamt wird.
Allerdings kann gerade dann, wenn die Geschwindigkeits-Variations-Steuerung angewandt worden ist, das Auftreten der Kollision des bewegbaren Abschnitts mit dem stationären Abschnitt dann nicht vermieden werden, wenn die Anfangseinstellung der Vorrichtung vorgenommen wird oder wenn ein abnormaler Zustand in einer Steuereinrichtung zum Steuern des elektromagnetisch betätigen Motorventil-Antriebssystems auftritt, obwohl keine Kollision in einem Bereitschaftszustand auftreten kann.
Folglich ist der Befestigung des Positionserfassungs-Permanentmagneten in Bezug auf den bewegbaren Abschnitt des Ventil-Stellglieds keine Beachtung geschenkt worden, so dass eine Zuverlässigkeit des Permanentmagneten verringert werden würde.
Derzeit ist es eine allgemeine Praxis, dass der bewegbare Abschnitt des Stellglieds aus einem ferromagnetischen Material, wie beispielsweise Stahl, integriert mit einem bewegbaren Element, wie beispielsweise einem Anker für Elektromagnete, hergestellt wird.
In den vorstehend beschriebenen, zuvor vorgeschlagenen Positionserfassungsvorrichtungen wird der Befestigung eines Positionserfassungs-Permanentmagneten an dem bewegbaren Abschnitt des Stellglieds keine Beachtung geschenkt, so dass eine Störung des magnetischen Felds aufgrund des Permanentmagneten auftritt und die Messungs-Genauigkeit verringert werden kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Positionsmessvorrichtung eines elektromagnetischen Stellglieds für ein elektromagnetisch betätigtes Motorventil-Antriebssystem, wie es vorstehend angegeben ist, zu schaffen, wobei die Vorrichtung einen zuverlässigen Betrieb sicherstellen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch eine Positionsmessvorrichtung für ein elektromagnetischen Stellglieds für ein elektromagnetisch betätigtes Motorventil-Antriebssystem, das die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 besitzt, gelöst.
Folglich wird eine verbesserte Positionsmessvorrichtung für das elektromagnetisch betätigte Motorventil-Antriebssystem geschaffen, das ausreichend eine Verringerung der Zuverlässigkeit bei der Befestigung der Positionserfassungsvorrichtung an dem bewegbaren Abschnitt des elektromagnetisch betätigten Motorventil-Antriebssystems unterdrücken kann und ausreichend eine Verringerung einer Positionsmess-Genauigkeit aufgrund der Befestigung des Permanentmagneten an dem bewegbaren Abschnitt des Stellglieds mit einem einfachen Aufbau unterdrücken kann.
Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen dargestellt und erläutert. In den Zeichnungen:
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines elektromagnetischen Stellglieds für ein elektromagnetisch betätigtes Motorventil-Antriebssystem, bei dem eine erste, bevorzugte Ausführungsform eines Befestigungsverfahrens für einen Permanentmagneten an einem bewegbaren Abschnitt des elektromagnetischen Stellglieds für das elektromagnetisch betätigte Motorventil-Antriebssystem gemäß der vorliegenden Lehre anwendbar ist.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Teils des bewegbaren Abschnitts des elektromagnetischen Stellglieds in der ersten, bevorzugten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist.
3 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines wesentlichen Teils des bewegbaren Abschnitts, bei dem eine zweite, bevorzugte Ausführungsform des Befestigungsverfahrens des Permanentmagneten gemäß der vorliegenden Lehre anwendbar ist.
4 zeigt eine charakteristische Grafik, die eine Beziehung zwischen einer Spalt-Länge und einem Messungsfehler in der zweiten, bevorzugten Ausführungsform, dargestellt in 3, darstellt.
Nachfolgend wird Bezug auf die Zeichnungen genommen, um ein besseres Verständnis der vorliegenden Lehre zu erleichtern.
1 stellt ein Beispiel eines elektromagnetischen Stellglieds für ein elektromagnetisch betätigtes Motorventil-Antriebssystem dar, bei dem ein Verfahren zum Befestigen eines Permanentmagneten an einem bewegbaren Abschnitt des elektromagnetischen Stellglieds in einer ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Lehre anwendbar ist.
Ein elektromagnetisches Stellglied 100, wie es in 1 dargestellt ist, umfasst: einen Hauptkörper, nämlich einen stationären Abschnitt; und einen bewegbaren Abschnitt. Der Hauptkörper (stationärer Abschnitt) umfasst: ein oberes Gehäuse C1; und ein unteres Gehäuse C2, innerhalb dem ein Paar eines ersten und eines zweiten Elektromagneten 2 und 3 aufgenommen ist. Der bewegbare Abschnitt umfasst eine Antriebsachse 5, die einen Anker 1 (auch bezeichnet als ein bewegbares Element) umfasst, der aus einem Material gebildet ist, das eine magnetische Eigenschaft besitzt. Eine Feder 4 ist zwischen dem bewegbaren Abschnitt und dem oberen Gehäuse C1 des stationären Abschnitts zwischengefügt. Ein Motorventil 6 (ein Einlassventil oder ein Auslassventil) ist an der Antriebsachse 5, die dem Anker 1 zugeordnet ist, befestigt.
Wenn das Motorventil 6 in eine Aufwärtsrichtung der 1 bewegt werden soll, nämlich das Motorventil 6 soll geschlossen werden, wird der erste Elektromagnet 2 erregt, um den Anker 1 darauf anzuziehen, so dass der Anker 1, nämlich das Motorventil 6, an einer Schließposition, die durch eine angedeutete Linie 1_x bezeichnet ist, gehalten wird, und deshalb hat das Motorventil 6 einen Ventilsitz 20 erreicht.
Wenn das Motorventil 6 in einer Abwärtsrichtung der 1 bewegt werden soll, nämlich das Motorventil 6 soll geöffnet werden, wird der zweite Elektromagnet 3 erregt (der erste Elektromagnet 2 wird entregt), um den Anker 1 darauf anzuziehen, so dass der Anker 1, nämlich das Motorventil 6, an einer offenen Position, angegeben durch eine durchgezogene Linie 1, gehalten wird, und deshalb hat sich das Motorventil 6 in die Abwärtsrichtung (auf die Seite der Verbrennungskammer) von dem Ventilsitz 20 getrennt.
Es ist anzumerken, dass die Feder 4 dazu dient, den Anker 1 an einer neutralen Position (bezeichnet durch eine angedeutete Linie 1_y ) vorzuspannen, die einer Zwischenposition des Motorventils 6 zwischen der Schließposition und der offenen Position entspricht, während kein Strom zu dem ersten und dem zweiten Elektromagneten 2 und 3 zugeführt wird.
Es ist auch anzumerken, dass der Ventilsitz 20 an einer Einlassöffnung oder Auslassöffnung eines Verbrennungsmotors so befestigt ist, dass ein Ende eines Ventilkörpers des Motorventils 6 zu der Seite der Verbrennungskammer hinweist und der erste und der zweite Elektromagnet 2 und 3 elektrisch mit einer Steuereinrichtung über Anschlüsse 22, die an einem Schraubenkopf 21 des Hauptkörpers angeordnet sind, wie dies in 1 dargestellt ist, verbunden sind.
Es ist weiterhin anzumerken, dass sowohl die Steuerungen eines Ventilöffnungs-Zeitpunkts als auch eines Ventilschließ-Zeitpunkts unabhängig möglich gemacht werden, und dass auch eine Steuerung der Ventilverschiebung unter Verwendung der Steuereinheit möglich gemacht wird. Um diese Steuerung zu erreichen, ist es notwendig, genau eine Antriebsposition des Ankers 1 zu steuern. Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, genau die Position des Motorventils 6 zu messen.
Deshalb sind, wie in 1 dargestellt ist, ein stabförmiger Permanentmagnet 7 und eine Halleffekt-Vorrichtung 8 an dem Hauptkörper, nämlich dem stationären Abschnitt und dem bewegbaren Abschnitt des elektromagnetischen Stellglieds 100, montiert, um eine Positionsmessvorrichtung (Koppler) zu bilden.
Der Permanentmagnet 7 ist, wie in 1 dargestellt ist, an einem oberen Ende der Antriebsachse 5, die gegenüberliegend zu dem unteren Ende der Antriebsachse 5 liegt, auf der der Motorventilkörper 6 befestigt ist, befestigt.
Die Festkörper-Halleffekt-Vorrichtung 8 ist an dem Hauptkörper, nämlich dem stationären Abschnitt des Stellglieds 100, so befestigt, um zu dem Permanentmagneten 7 hinzuweisen.
Folglich kann, da die Position des Permanentmagneten 7 in Bezug auf die Halleffekt-Vorrichtung 8 entsprechend einer Verschiebung der Antriebsachse 5 so geändert wird, dass eine Stärke eines Magnetfelds, erfasst durch die Halleffekt-Vorrichtung 8, variiert wird, die Position des Permanentmagneten 7 in Bezug auf die Position der Halleffekt-Vorrichtung 8 entsprechend der Änderung der Stärke des Magnetfelds erfasst werden, d.h. die Position des Motorventils 6, wie beispielsweise des Einlassventils oder des Auslassventils, kann erfasst werden.
Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Halleffekt-Vorrichtung 8 angrenzend an eine Bewegungsrichtung des Ankers 1. Wenn der Anker 1 an der neutralen Position angeordnet ist, ist die Mittenposition einer Längsrichtung des Permanentmagneten 7, dessen oberes und unteres Ende magnetische Pole sind, so eingestellt, um mit derjenigen der Halleffekt-Vorrichtung 8 übereinzustimmen.
Dadurch kann die Halleffekt-Vorrichtung 8 eine Magnetfeldstärke, erzeugt radial von dem Permanentmagneten 7, messen, so dass die Position des Ankers 1 gemessen werden kann.
In 1 bezeichnet ein Bezugszeichen 9 eine Klebeschicht, mittels der der Permanentmagnet 7 an dem oberen Ende der Antriebsachse 5 befestigt ist.
2 stellt eine vergrößerte Ansicht des Befestigungsabschnitts des Permanentmagneten 7 an der Antriebsachse 5 mittels der Klebeschicht 9 dar.
Ein zylindrischer Abschnitt 5A ist, wie in 2 dargestellt ist, an dem oberen Ende der Antriebsachse 5 gebildet. Der Permanentmagnet 7 kann in den zylindrischen Abschnitt 5A mit einem vorgegebenen Abstand eingesetzt werden.
Nachdem ein Klebemittel aus dem Bereich der Epoxidharze mit einer vorgegebenen Menge (Klebemittel aus der Reihe der Epoxidharze) in den zylindrischen Abschnitt 5A eingespritzt ist, wird der Permanentmagnet 7 in den zylindrischen Abschnitt 5A eingesetzt, um das Klebemittel zu härten, so dass der Permanentmagnet 7 an der Antriebsachse 5 befestigt werden kann. Hierbei wird das Härten so ausgeführt, dass die Klebeschicht 9 mit einer im Wesentlichen gleichförmigen Dicke gebildet wird.
Der Grund, dass ein Klebemittel aus der Reihe der Epoxidharze als die Klebeschicht 9 verwendet wird, wird nachfolgend beschrieben.
Das Klebemittel aus der Reihe der Epoxidharze besitzt eine ausgezeichnete Charakteristik, so dass eine vorgegebene Intensität beibehalten werden kann, während eine Elastizität in einem bestimmten Grad aufgrund dessen Zusammensetzung beibehalten wird.
Folglich kann der Permanentmagnet 7 elastisch mit einer ausreichenden Festigkeit gegen die Antriebsachse 5 gehalten werden. Gerade wenn ein starker Schlag (impulsive Kraft) auf den Anker 1 aufgebracht wird, kann der Permanentmagnet 7 leicht geschützt werden, und eine ausreichend hohe Zuverlässigkeit kann beibehalten werden.
Ein Material für den Permanentmagneten aus der Reihe Samarium-Kobalt wird oftmals in dem Permanentmagneten 7 für die Positionserfassung des elektromagnetisch betätigten Motorventil-Antriebssystems im Hinblick auf eine thermische Stabilität, eine Antikorrosions-Charakteristik und eine Charakteristik einer hohen koerzitiven Kraft verwendet. Allerdings ist dieses Permanentmagnet-Material sehr brüchig. Folglich kann, in dem zuvor vorgeschlagenen elektromagnetisch betätigten Motorventil-Antriebssystem, das in der Einleitung beschrieben ist, nicht die Zuverlässigkeit des Systems beibehalten werden.
Allerdings kann, da, in der ersten Ausführungsform, die in den 1 und 2 dargestellt ist, die Impulskraft aufgrund des Vorhandenseins der Klebeschicht 9 absorbiert wird und die Impulskraft, die auf den Permanentmagnet 7 aufgebracht wird, ausreichend abgeschwächt wird, folglich die Zuverlässigkeit ausreichend beibehalten werden.
Als Klebeschicht 9 wird, wie vorstehend beschrieben ist, ein solches Material, das eine Funktion besitzt, die erforderlich ist, damit die Impulskraft, die von der Antriebsachse 5 aufgebracht wird, an dem Permanentmagneten 7 abgeschwächt wird, nämlich ein Materi al, das eine geringere Härte als das Material der Antriebsachse 5 besitzt, ungeachtet einer Eigenschaft des Materials angewandt.
Folglich wird die Klebeschicht 9 nicht nur aus einem Klebemittel aus der Reihe der Epoxidharze hergestellt, sondern kann auch aus einem anderen Klebemittel aus der Reihe der synthetischen Harze gebildet werden. Weiterhin kann der Permanentmagnet 7 durch Einfüllen eines Metalls, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer, innerhalb des zylindrischen Abschnitts 5A gehalten werden.
Als nächstes wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Befestigungsverfahrens für den Permanentmagneten an den bewegbaren Abschnitt gemäß der vorliegenden Lehre unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
3 stellt eine vergrößerte Ansicht des oberen Endes der Antriebsachse 5, dargestellt in 1, dar.
Der andere Aufbau als die Antriebsachse 5, dargestellt in 3, ist derselbe wie derjenige, der in der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben ist.
In 3 bezeichnet ein Bezugszeichen 10 ein hohles, zylindrisches Element (Hülse), das aus einem Material mit nicht magnetischen Eigenschaften gebildet ist.
In 3 ist ein Abschnitt 5B mit kleinem Durchmesser an dem oberen Ende der Antriebsachse 5 gebildet, deren Durchmesser kleiner als derjenige dessen äußeren, zylindrischen Elements 10 ist. Durch Einsetzen des Abschnitts 5B mit kleinem Durchmesser in ein unteres Ende des zylindrischen Elements 10 wird das zylindrische Element 10 an dem oberen Ende der Antriebsachse 5 befestigt.
Dann wird, nach Einsetzen des Permanentmagneten 7 in das Innere des zylindrischen Elements 10 durch das obere Ende der Klebeschicht 9, dieses an dem Permanentmagneten 7 angeklebt.
In der zweiten Ausführungsform ist ein unteres Ende des Permanentmagneten 7 mit einem räumlichen Spaltabschnitt G gegen das obere Ende des Abschnitts 5B mit kleinem Durchmesser gebildet.
In der zweiten Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, ist der Permanentmagnet 7 an der Antriebsachse 5 über eine Klebeschicht 9 befestigt und ist an der Antriebsachse 5 über ein zylindrisches Element 10 befestigt, das eine geringe Härte verglichen mit derjenigen der Antriebsachse 5 besitzt. Demzufolge dient, gerade dann, wenn eine starke Impulskraft auf den Anker 1 aufgebracht wird, die Klebeschicht 9 dazu, die Impulskraft so zu absorbieren, dass die Impulskraft, die auf den Permanentmagneten 7 aufgebracht wird, ausreichend abgeschwächt wird. Folglich kann eine ausreichende Zuverlässigkeit beibehalten werden.
Zusätzlich ist, da, in der zweiten Ausführungsform, der Permanentmagnet 7 mit dem zylindrischen Element 10, das aus einem Material mit nichtmagnetischer Eigenschaft gebildet, ist, wie beispielsweise Aluminium, gehalten ist, keine Möglichkeit vorhanden, dass das Magnetfeld aufgrund des Vorhandenseins des Permanentmagneten 7 durch ein Material mit magnetischer Eigenschaft, das in einer Nähe zu dem Permanentmagneten 7 vorhanden ist, gestört wird. Hierbei ist, da der Spaltabschnitt G, der als ein magnetisches Abschirmelement dient, um das untere Ende des Permanentmagneten 7 herum gebildet ist, keine Möglichkeit vorhanden, dass das Magnetfeld, das durch den Permanentmagneten 7 entwickelt wird, durch das Vorhandensein der Antriebsachse 5, die das Material mit magnetischer Eigenschaft ist, gestört wird.
In der Positionserfassungsvorrichtung, bei der das Befestigungsverfahren in jeder bevorzugten Ausführungsform anwendbar ist, wird das Magnetfeld, das durch den Permanentmagneten 7 erzeugt ist, so erfasst, dass die Position des Permanentmagneten erfasst werden kann.
Demzufolge wird, wenn ein bestimmtes, magnetisches Material in der Nähe des Permanentmagneten 7 vorhanden ist, ein unnötiger magnetischer Pfad so gebildet, dass dabei ein Fehler in der Symmetrie einer Magnetfeldverteilung zu Magnetpolen des Permanentmagneten 7 auftritt.
Dieser Fehler in der Symmetrie tritt in einer Form einer Verringerung der Stärke eines Magnetfelds in der Nähe der Magnetpole des Permanentmagneten 7 nahe dem Material mit magnetischer Eigenschaft auf. Folglich ergibt sich eine Verringerung in der Empfindlichkeit der Messung der Position.
4 stellt ein Messergebnis einer Beziehung zwischen einer Länge eines Spaltabschnitts G und des Messfehlers dar.
Es wird ersichtlich werden, dass kein praktisches Problem dann auftritt, wenn die Länge des Spaltabschnitts G gleich zu oder länger als 0,8 Millimeter ist.
Es ist anzumerken, dass das magnetische Abschirmmaterial, wie beispielsweise Permalloy (Ni mit 77 bis 85%, Fe mit 10 bis 20% und Cr mit 2 bis zu 4% (oder Mo mit 4%)), in den Spaltabschnitt G so eingesetzt oder eingefüllt werden kann, dass die Spaltlänge davon verkürzt wird.
Folglich kann in der zweiten, bevorzugten Ausführungsform, die in 3 dargestellt ist, eine korrekte Bildung des Magnetfelds, die erforderlich ist, um eine hoch genaue Erfassung der Position mittels des Permanentmagneten 7 zu erhalten, positiv und einfach erreicht werden. Folglich kann eine hoch genaue Positionsmessung unter einer ausreichenden Messempfindlichkeit einfach erreicht werden.
Es ist anzumerken, dass das elektromagnetisch betätigte Motorventil-Antriebssystem das elektromagnetische Stellglied 100 und die Steuereinheit besitzt und dass das elektromagnetische Stellglied 100, das in 1 dargestellt ist, in jedem Zylinder des elektronisch gesteuerten Verbrennungsmotors angeordnet ist.

Claims

Positionsmessvorrichtung eines elektromagnetischen Stellgliedes für ein elektromagnetisch betätigtes Motorventil-Antriebssystem, wobei die Positionsmessvorrichtung umfasst: einen beweglichen Abschnitt (5), der mit einem Motorventil (6) verbunden ist; und einen Permanentmagneten (7), der an dem beweglichen Abschnitt (5) angebracht ist, und ein Bauteil (8), das eine Änderung einer Stärke eines durch den Permanentmagneten (7) erzeugten Magnetfeldes erfasst, um eine Verschiebungsposition des beweglichen Abschnitts (5) zu erfassen, gekennzeichnet durch vorgegebenes Material (9, 10) zum Anbringen des Permanentmagneten (7) an dem beweglichen Abschnitt (5), wobei das vorgegebene Material (9, 10) eine geringere Härte hat als das des beweglichen Abschnitts (5).
Positionsmessvorrichtung für ein elektromagnetisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene Material eine zylindrisch geformte Klebstoffschicht (9) ist, die den Permanentmagneten (7) umschließt.
Positionsmessvorrichtung für ein elektromagnetisches Stellglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht (9) aus einem Epoxidharzklebstoff besteht.
Positionsmessvorrichtung für ein elektromagnetisches Stellglied nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Abschnitt umfasst: einen Anker (1), der mit dem Motorventil (6) über eine Antriebsachse (5) verbunden ist; und wobei das elektromagnetische Stellglied (100) des Weiteren umfasst: eine Feder (4), die den Anker (1) an eine neutrale Position (1y) spannt, die sich an einer Zwischenposition zwischen einer offenen Position des Motorventils (6) und einer Verschlussposition desselben befindet; einen ersten Elektromagneten (2), der erregt wird, um den Anker anzuziehen und so das Motorventil (6) auf die offene Position zu zu verschieben; und einen zweiten Elektromagneten 83), der erregt wird, um den Anker (1) anzuziehen und so das Motorventil (6) auf die Verschlussposition zu zu verschieben.
Positionsmessvorrichtung für ein elektromagnetisches Stellglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsachse (5) einen Abschnitt (5B) mit kleinem Durchmesser umfasst, der sich an einem Ende der Antriebsachse (5) erstreckt, das dem Motorventil (6) gegenüberliegt; ein hohles zylindrisches Element (10), dessen Innenumfang in einem Außenumfang des Abschnitts (5B) mit kleinem Durchmesser eingepasst ist, wobei die Klebstoffschicht (9) zwischen dem Innenumfang des hohen zylindrischen Elementes (10) und einem Außenumfang des Permanentmagneten (7) angeordnet ist.
Positionsmessvorrichtung für ein elektromagnetisches Stellglied nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das hohle zylindrische Element (10) aus Material mit nichtmagnetischen Eigenschaften besteht.
Positionsmessvorrichtung für ein elektromagnetisches Stellglied nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das hohle zylindrische Element (10) aus Aluminium besteht.
Positionsmessvorrichtung für ein elektromagnetisches Stellglied nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spaltabschnitt (G) zwischen einer Endfläche der Klebstoffschicht (9) und einer gegenüberliegenden Endfläche des Abschnitts (5B) mit kleinem Durchmesser ausgebildet ist, um als ein Magnetabschirmungsabschnitt zu dienen.
Positionsmessvorrichtung für ein elektromagnetisches Stellglied nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spaltabschnitt (G) mit einem Permalloy gefüllt ist.
Positionsmessvorrichtung für ein elektromagnetisches Stellglied nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (7) eine Stabform hat und in einem zylindrischen Ende (5A) der Antriebsachse (5) angeordnet ist, das dem Motorventil (6) gegenüberliegt.
Positionsmessvorrichtung für ein elektromagnetisches Stellglied nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine Hall-Effekt-Vorrichtung (8) ist, die an einem Gehäuse (C1) des elektromagnetischen Stellgliedes (100) so angeordnet ist, dass sie der Klebstoffschicht (9) mit einem Zwischenraum zugewandt ist, wobei die Hall-Effekt-Vorrichtung (8) eine Änderung einer Stärke eines durch den Permanentmagneten (7) erzeugten Magnetfeldes erfasst, um eine Ventilposition zu messen.
Positionsmessvorrichtung für ein elektromagnetisches Stellglied nach wenigstens einem der Ansprüche 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Hall-Effekt-Vorrichtung (8) so reguliert wird, dass eine Mittelposition der Hall-Effekt-Vorrichtung (8) im Wesentlichen mit der einer Längsrichtung des Permanentmagneten (7) übereinstimmt, dessen oberes und unteres Ende Magnetpole aufweist.