DE10218471A1 - Electromagnetically actuated valve is used to vary the flow in a pipe or channel and has a pair of coils that provide bidirectional movement to change area - Google Patents

Electromagnetically actuated valve is used to vary the flow in a pipe or channel and has a pair of coils that provide bidirectional movement to change area

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Abstract

The fluid flow passing through a channel or pipe (1) is controlled by a flap (3) that is moved to change the flow cross section. The movement is provided by an electromagnetic actuator that has a rotary armature (4). This has a pair of coils (9,11) sitting on ferromagnetic cores (8,10) and providing bi-directional movement.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine magnetisch steuerbares Stellglied nach der Gattung des Hauptanspruchs. The invention relates to a magnetically controllable Actuator according to the genus of the main claim.

Es ist beispielsweise aus der WO 01/63627 bekannt, dass eine Schaltklappe als Stellglied einen Permanentmagneten aufweist, der sich in einem von einem Elektromagneten erzeugten magnetischen Feld bewegen lässt. Der Permanentmagnet ist in einer vorgegebenen Richtung derart magnetisiert, dass sich die Richtung der Feldlinien mit der Bewegungsrichtung der Schaltklappe ändert. Die Richtungen der Feldlinien des Permanentmagneten und/oder des Elektromagneten sind dabei so angeordnet, dass die Bewegung der Schaltklappe in einem Bereich erfolgen in dem die Feldlinien der beiden Magneten überwiegend senkrecht zueinander stehen. For example, it is known from WO 01/63627 that a switching flap as an actuator a permanent magnet has, which is in one of an electromagnet generated magnetic field can move. The Permanent magnet is like this in a given direction magnetizes that the direction of the field lines with the Direction of movement of the switching flap changes. The directions the field lines of the permanent magnet and / or the Electromagnets are arranged so that the movement the switching flap in an area in which the Field lines of the two magnets predominantly perpendicular to stand by each other.

Diese bekannten steuerbaren Schaltklappen können beispielsweise in einem durchströmten Rohr oder Kanal angeordnet und an einer Achse quer zur Strömungsrichtung derart gehalten werden, dass ein weitgehendes Verschließen oder Öffnen des Durchströmungsquerschnittes mit einer Drehung der Schaltklappe durchführbar ist. Anwendungsgebiete sind z. B. sogenannte Resonanzklappen im Saugrohr eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug. These known controllable switching flaps can for example in a flow-through pipe or channel arranged and on an axis transverse to the flow direction be held in such a way that extensive sealing or opening the flow cross-section with a Rotation of the switching flap can be carried out. Areas of application are e.g. B. so-called resonance flaps in the intake manifold an internal combustion engine for a motor vehicle.

Aus der DE 197 54 287 A1 ist darüber hinaus bekannt, dass im Ansaugkanal eines Verbrennungsmotors ein steuerbarer Einlassquerschnitt dadurch erreicht wird, dass ein elektromagnetisch linear betätigbares Schieberventil angebracht ist. From DE 197 54 287 A1 it is also known that a controllable one in the intake duct of an internal combustion engine Inlet cross section is achieved in that a Linear valve that can be actuated electromagnetically is appropriate.

Aufgabenstellungtask

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein magnetisch steuerbares Stellglied zu schaffen, dass mit einem einfachen kompakten Aufbau durch magnetische Kräfte relativ schnell bewegt und gehalten werden kann. The invention has for its object a magnetic controllable actuator to create that with a simple compact construction by magnetic forces relatively can be moved and held quickly.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Ausgehend von einem eingangs erwähnten magnetisch drehbaren Stellglied in einen Strömungskanal zur Steuerung des Durchströmungsquerschnitts, besteht in vorteilhafter Weise das Stellglied aus einer den Durchströmungsquerschnitt verändernden Klappe und einem außerhalb des Strömungskanals angebrachten Anker, der sich im Magnetfeld des ebenfalls außerhalb des Strömungskanals angebrachten Elektromagneten drehbar bewegen lässt. Vorzugsweise ist der hinsichtlich des Durchströmungsquerschnitts veränderbare Strömungskanal der Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug. Starting from a magnetic mentioned above rotatable actuator in a flow channel to control the Flow cross-section, is advantageous Way the actuator from a the flow cross-section changing flap and one outside of Flow channel attached anchor, which is in the magnetic field of the also attached outside the flow channel Electromagnets can be rotated. Preferably, the changeable with regard to the flow cross-section Flow channel of the intake tract of an internal combustion engine in a motor vehicle.

Die erfindungsgemäße Anordnung unterscheidet sich insbesondere dadurch vom Stand der Technik, dass die den Durchströmungsquerschnitts veränderbare Klappe direkt an einem Aktuator angeordnet ist und nicht wie bei den häufig angewandten Feder-Masse-Systemen mit Hebeln oder Getrieben verbunden werden muss. Es findet erfindungsgemäß somit auch keine lineare sondern nur eine leicht steuerbare rotatorische Bewegung statt, so dass hohe Schaltgeschwindigkeiten von < 10 ms, z. B. bis zu 2 ms, erreicht werden können. The arrangement according to the invention differs in particular from the prior art that the Flow cross section changeable flap directly on an actuator is arranged and not as in the frequently used spring-mass systems with levers or Geared must be connected. It takes place according to the invention therefore not a linear but only a light one controllable rotational movement instead, so high Switching speeds of <10 ms, e.g. B. up to 2 ms can be.

Besonders vorteilhaft ist dabei, dass der Anker in seinen beiden Endstellungen zusammen mit dem Joch einer Wicklung des Elektromagneten jeweils einen weitgehend geschlossenen magnetischen Kreis bilden kann. Der Anker und die Klappe des Stellglieds können auf einfache Weise an der Achse des drehbaren Stellgliedes gegenüberliegend so angebracht werden, dass durch eine vorgegebene Gewichtsverteilung und eine vorteilhafte geometrische Anordnung sich ein schnelles Schalten und ein geringer Lagerverschleiß an der Achse ergibt. It is particularly advantageous that the anchor in its both end positions together with the yoke of a winding of the electromagnet each largely can form a closed magnetic circuit. The anchor and the Flap of the actuator can be easily on the Axis of the rotatable actuator opposite so be attached that by a predetermined Weight distribution and an advantageous geometric arrangement itself fast shifting and low bearing wear on the axis.

Das Stellglied kann auch mit einer Feder zur Herstellung einer bevorzugten Endlage versehen sein, die beispielsweise als eine Spiralfeder im Bereich der Achse angeordnet ist und durch die Drehung des Stellgliedes be- und entlastbar ist. The actuator can also be made with a spring be provided with a preferred end position for example as a spiral spring in the area of the axis is arranged and loaded by the rotation of the actuator is relieved.

Ferner können vorteilhaft das Stellglied und der Elektromagnet in einem kompakten Gehäuse so angeordnet werden, dass das Gehäuse über eine entsprechende Öffnung an einen vorhandenen Strömungskanal anfügbar ist. Es handelt sich hierbei um eine besonders bauraumoptimierte Lösung, da der erfindungsgemäße Aktuator direkt auf oder unter dem Strömungskanal befestigt werden kann, wobei dieser als einteiliges Gehäuse auch nachträglich eingefügt werden kann. Furthermore, the actuator and the advantageous Electromagnet can be arranged in a compact housing that the housing has a corresponding opening to a existing flow channel is attachable. It is about a particularly space-optimized solution, because the actuator according to the invention directly on or under the Flow channel can be attached, this as one-piece housing can also be retrofitted can.

Zeichnungdrawing

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen magnetisch steuerbaren Stellgliedes im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors wird anhand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert. An embodiment of an inventive magnetically controllable actuator in the intake tract Internal combustion engine is based on the single figure of the Drawing explained.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

In der einzigen Figur ist ein Ausschnitt eines Ansaugkanals 1 für einen hier nicht dargestellten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges gezeigt, bei dem der angesaugte Luftstrom mit einem Pfeil 2 gekennzeichnet ist. Um den Durchströmungsquerschnitt des Ansaugkanals 1 für die Motorsteuerung zu verändern, insbesondere abzusperren, ist eine Schaltklappe 3 vorhanden. In the single figure, a section of an intake duct 1 for an internal combustion engine of a motor vehicle, not shown here, is shown, in which the intake air flow is identified by an arrow 2 . In order to change the flow cross section of the intake duct 1 for the engine control, in particular to shut it off, a switching flap 3 is provided.

Die Schaltklappe 3 ist Bestandteil eines Stellgliedes 4, das mit einem Anker 5 gemeinsam um eine Achse 6 drehbar gelagert ist und in einem Gehäuse 7 eines Aktuators untergebracht ist. Zur Steuerung der Schaltklappe 3 ist auf einem Joch 8 eine Spule 9 und auf einem Joch 10 eine Spule 11 eines Elektromagneten angeordnet, die unter Anlage einer elektrischen Spannung ein Magnetfeld erzeugen. The switching flap 3 is part of an actuator 4 , which is rotatably mounted about an axis 6 with an armature 5 and is accommodated in a housing 7 of an actuator. To control the switching flap 3 , a coil 9 is arranged on a yoke 8 and a coil 11 of an electromagnet is arranged on a yoke 10 , which generate a magnetic field when an electrical voltage is applied.

Der Anker 5 bildet hierbei in seinen beiden Endstellungen, die einerseits eine Öffnung des Ansaugrohres 1 in der gezeigten Stellung oder andererseits einen Verschluss bzw. eine starke Verengung des Durchströmungsquerschnittes des Ansaugrohres 1 in einer hier nicht gezeigten Stellung bilden, zusammen mit dem Joch 8 und der Spule 9 bzw. dem Joch 10 und der Spule 11 des Elektromagneten einen weitgehend geschlossenen magnetischen Kreis. The armature 5 forms here in its two end positions, which on the one hand form an opening of the intake pipe 1 in the position shown or on the other hand form a closure or a severe narrowing of the flow cross section of the intake pipe 1 in a position not shown here, together with the yoke 8 and the Coil 9 or the yoke 10 and the coil 11 of the electromagnet a largely closed magnetic circuit.

Der Anker 5 und die Klappe 3 des Stellglieds 4 können auf einfache Weise an der Achse 6 des drehbaren Stellgliedes gegenüberliegend so angebracht werden, dass durch eine vorgegebene Gewichtsverteilung sich ein schnelles Schalten und ein geringer Lagerverschleiß an der Achse 6 ergibt. The armature 5 and the flap 3 of the actuator 4 can be attached in a simple manner opposite to one another on the axis 6 of the rotatable actuator in such a way that a predetermined weight distribution results in fast switching and low bearing wear on the axis 6 .

Weiterhin kann das Stellglied 3, 4, 5 auch mit einer hier nicht dargestellten Feder zur Herstellung einer bevorzugten Endlage versehen sein, die beispielsweise als eine Spiralfeder im Bereich der Achse 6 angeordnet ist und durch die Drehung des Stellgliedes 3, 4, 5 be- und entlastbar ist. Weiterhin kann die Feder auch zur Unterstützung der Drehbewegung eingesetzt werden, wobei auch Beschleunigung und/oder Verzögerungen in der Drehbewegung realisierbar sind. Der Aktuator kann dabei ein so kompaktes Gehäuse 7 aufweisen, dass das Gehäuse über eine entsprechende Öffnung 12 nachträglich an einem vorhandenen Ansaugkanal 1 anbringbar ist. May further the actuator 3, 4, 5 provided with a non-illustrated spring for making a preferred end position, which is for example arranged as a spiral spring in the region of the axis 6 and loading by the rotation of the actuator 3, 4, 5 and is relieved. Furthermore, the spring can also be used to support the rotary movement, acceleration and / or deceleration in the rotary movement also being possible. The actuator can have such a compact housing 7 that the housing can be retrofitted to an existing intake duct 1 via a corresponding opening 12 .

Claims (8)

1. Magnetisch steuerbares Stellglied (3, 4, 5), mit
mindestens einem Elektromagneten (8, 9, 10, 11), wobei das drehbare Stellglied (3, 4, 5) in einen Strömungskanal (1) zur Steuerung des Durchströmungsquerschnitts integriert ist und durch das magnetische Feld des Elektromagneten (8, 9, 10, 11) in seiner Lage veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
das Stellglied (3, 4, 5) aus einer den Durchströmungsquerschnitt verändernden Klappe (3) und einem außerhalb des Strömungskanals (1) angebrachten Anker (5) besteht, der sich im Magnetfeld des ebenfalls außerhalb des Strömungskanals (1) angebrachten Elektromagneten (8, 9, 10, 11) drehbar bewegen lässt. 1. Magnetically controllable actuator ( 3 , 4 , 5 ), with
at least one electromagnet ( 8 , 9 , 10 , 11 ), the rotatable actuator ( 3 , 4 , 5 ) being integrated in a flow channel ( 1 ) for controlling the flow cross section and by the magnetic field of the electromagnet ( 8 , 9 , 10 , 11 ) its position can be changed, characterized in that
the actuator ( 3 , 4 , 5 ) consists of a flap ( 3 ) that changes the flow cross-section and an armature ( 5 ) attached outside the flow channel ( 1 ), which is located in the magnetic field of the electromagnet ( 8 , also attached outside the flow channel ( 1 ) 9 , 10 , 11 ) can be rotated. 2. Magnetisch steuerbares Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (5) in seinen beiden Endstellungen zusammen mit dem jeweiligen Joch (8, 10) der entsprechend der Endstellung dazugehörigen Spule (9, 11) des Elektromagneten (8, 9, 10, 11) einen weitgehend geschlossenen magnetischen Kreis bildet. 2. Magnetically controllable actuator according to claim 1, characterized in that the armature ( 5 ) in its two end positions together with the respective yoke ( 8 , 10 ) of the coil ( 9 , 11 ) associated with the end position of the electromagnet ( 8 , 9 , 10 , 11 ) forms a largely closed magnetic circuit. 3. Magnetisch steuerbares Stellglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (5) und die Klappe (3) des Stellglieds an der Achse (6) des drehbaren Stellgliedes gegenüberliegend so angebracht sind, dass durch eine vorgegebene Gewichtsverteilung sich ein schnelles Schalten der Klappe (3) und ein geringer Lagerverschleiß an der Achse (6) ergibt. 3. Magnetically controllable actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the armature ( 5 ) and the flap ( 3 ) of the actuator on the axis ( 6 ) of the rotatable actuator are mounted opposite one another so that a rapid weight distribution by a predetermined Switching the flap ( 3 ) and low bearing wear on the axis ( 6 ) results. 4. Magnetisch steuerbares Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (3, 4, 5) mit mindestens einer Feder zur Herstellung einer bevorzugten Endlage versehen ist. 4. Magnetically controllable actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 3 , 4 , 5 ) is provided with at least one spring for producing a preferred end position. 5. Magnetisch steuerbares Stellglied nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Feder in den Endlagen derart vorgespannt ist und eine neutrale Position zwischen den Endstellungen hat, dass die Schwenkbewegung des Stellgliedes unterstützbar ist. 5. Magnetically controllable actuator according to claim 4, characterized in that the at least one spring in the end positions like this is biased and a neutral position between the End positions has that the pivoting movement of the Actuator is supportable. 6. Magnetisch steuerbares Stellglied nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder eine Spiralfeder ist, die im Bereich der Achse (6) angeordnet ist und durch die Drehung des Stellgliedes be- und entlastbar ist. 6. Magnetically controllable actuator according to claim 4 or 5, characterized in that the spring is a spiral spring which is arranged in the region of the axis ( 6 ) and can be loaded and relieved by the rotation of the actuator. 7. Magnetisch steuerbares Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (3, 4, 5) und der Elektromagnet (8, 9, 10, 11) in einem kompakten Gehäuse (7) angeordnet sind, das über eine entsprechende Öffnung (12) an einen vorhandenen Strömungskanal (1) anfügbar ist. 7. Magnetically controllable actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator ( 3 , 4 , 5 ) and the electromagnet ( 8 , 9 , 10 , 11 ) are arranged in a compact housing ( 7 ) which has a corresponding Opening ( 12 ) can be attached to an existing flow channel ( 1 ). 8) Magnetisch steuerbares Stellglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hinsichtlich des Durchströmungsquerschnitts veränderbare Strömungskanal der Ansaugkanal (1) im Ansaugtrakts eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug ist. 8) Magnetically controllable actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the flow channel which is variable with regard to the flow cross-section is the intake channel ( 1 ) in the intake tract of an internal combustion engine in a motor vehicle.
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