(57)【要約】本発明は、軟磁性材料からなる軸方向に移動する棒状のセンサ部材（１７）が備えられ、このセンサ部材が小さなオーム抵抗の導電性材料からなるリング（２３）を備え、センサ部材が調整要素に連結され、更に、棒状センサ部材（１７）を少なくとも一部長さにわたって取り囲む固定されたコイル装置（１８）が備えられ、このコイル装置が前後に並べて配置された少なくとも２個のコイル（１８．１，１８．２）を備え、コイル装置が搬送周波数測定ブリッジの形をした給電兼信号検知部（１９）に接続され、棒状センサ部材（１７）が妨害電圧を低減するための手段を備えている、調整要素を操作するため、特にピストン式内燃機関の吸排気弁を操作するための電磁アクチュエータのアーマチュア（５）の運動を検出するためのセンサ装置に関する。
2005509873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性材料からなる軸方向に移動する棒状のセンサ部材（１７）が備えられ、このセンサ部材が小さなオーム抵抗の導電性材料からなるリング（２３）を備え、センサ部材が調整要素に連結され、更に、棒状センサ部材（１７）を少なくとも一部長さにわたって取り囲む固定されたコイル装置（１８）が備えられ、このコイル装置が前後に並べて配置された少なくとも２個のコイル（１８．１，１８．２）を備え、コイル装置が搬送周波数測定ブリッジの形をした給電兼信号検知部（１９）に接続され、棒状センサ部材（１７）が妨害電圧を低減するための手段を備えている、調整要素を操作するため、特にピストン式内燃機関の吸排気弁を操作するための電磁アクチュエータのアーマチュア（５）の運動を検出するためのセンサ装置。
【請求項２】
妨害電圧を低減するために、棒状センサ部材（１７）内を伝播する固体伝送音波を減衰するための手段が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
【請求項３】
固体伝送音波を減衰するための手段として、棒状センサ部材の自由端が、棒状センサ部材の縦軸線に対して傾斜した少なくとも１つの端面を備えていることを特徴とする、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
端面が円錐状の端部分（２４）によって形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の装置。
【請求項５】
固体伝送音波を減衰するための手段として、円錐状の端部（２４）が棒状センサ部材（１７）に設けられていることを特徴とする、請求項１または２記載の装置。
【請求項６】
軸方向凹部（２５）が円錐状に先細に形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の装置。
【請求項７】
磁気を通す材料（２６）が凹部に充填され、かつ第１のセンサ部材（１７）の材料よりも小さな異なる弾性係数を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の装置。
【請求項８】
軟磁性材料、特に鉄材料からなる棒状センサ部材（１７）が、妨害電圧を抑制するための手段として硬化されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、妨害電圧を抑制するアーマチュア運動を検出するためのセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
調整要素（最終制御要素）を操作するため、特にピストン式内燃機関の吸排気弁を操作するための電磁アクチュエータの場合、アーマチュアの運動の検出から、一方では実際の運動状態に関する推定が行われ、他方では制御のために電磁石の通電から、アーマチュアの運動ひいては操作すべき調整要素の運動への影響が求められる。
【０００３】
運動を検出するために、電子誘導式センサ装置が使用される。このセンサ装置は実質的に、固定されたコイル装置と、このコイル装置と相対的に動くことができる、調整要素に連結された棒状のセンサ部材とからなっている。センサ部材はいわゆる渦電流リングを備えている。軸方向に並べて配置された少なくとも２個のコイルからなるコイル装置には高周波の交流が供給されるので、棒状センサ部材の短絡リングとコイルとの相対運動は、短絡リング内で発生した逆磁界のためにコイルの電気的な質を変更する。運動に依存するコイルの質のこの変更から、運動を信号として導き出すことが可能である。
【０００４】
このセンサ装置の精度のために、システム内に存在する妨害電圧またはシステム自体によって発生する妨害電圧を回避し、少なくとも、発生する信号の妨害作用が生じる程度に低減することが重要である。
【０００５】
アーマチュアが互いに向き合って互いに間隔をおいて配置された開放磁石と閉鎖磁石の磁極面の間で戻しばねの力に抗して往復運動させられる、ピストン式内燃機関の吸排気弁を操作するための電磁アクチュエータの場合、アーマチュアはそのその都度の端位置で磁極面に接触する。この場合、アーマチュアの閉鎖磁石の側に、開放ばねと協働する特別なばねピンが付設されている。このばねピンはアーマチュアに可動にかつ摩擦連結的に支持されている。
【０００６】
開放運動を開始する際、存在するバルブクリアランスに基づいて、閉鎖方向に動く吸排気弁と閉鎖磁石に接触するアーマチュアの間に、棒状センサ部材、すなわち測定支柱の機械的な励起が生じる。この測定支柱はばねピンに固定連結されている。この機械的な衝撃応力は、ばねピンとそれに連結された測定支柱の材料内に高周波の固体伝送音波を生じる。この固体伝送音波は端部の間で反射し、従って往復し、縦方向振動を生じる。この縦方向振動は測定支柱の短絡リングによって測定支柱の運動に重ね合わされるので、コイルの質の変化時における適当な重ね合わせが生じる。この重ね合わせは高周波の妨害電圧をもたらすことになる。この妨害電圧は、搬送周波数測定ブリッジの形をした通常使用される評価装置によって抑制することができない。というのは、周波数測定ブリッジの作動周波数と、妨害電圧の周波数が互いに近いからである。利用可能な信号は得られない。
【０００７】
１００倍だけ出力消費を高めることによって供給電圧を案内することは、信号雑音比に関して２０ｄＢの利得を生じるだけであった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の根底をなす課題は、妨害電圧を大幅に低減するセンサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
軟磁性材料からなる軸方向に移動する棒状のセンサ部材が備えられ、このセンサ部材が小さなオーム抵抗の導電性材料からなるリング（短絡リング）を備え、センサ部材が調整要素に連結され、更に、棒状センサ部材を少なくとも一部長さにわたって取り囲む固定されたコイル装置が備えられ、このコイル装置が前後に並べて配置された少なくとも２個のコイルを備え、コイル装置が搬送周波数測定ブリッジの形をした給電兼信号検知部に接続されている、調整要素、特にピストン式内燃機関の吸排気弁を操作するための電磁アクチュエータのアーマチュアの運動を検出するセンサ装置において、本発明に従い、棒状センサ部材が妨害電圧を低減するための手段を備えている。
【００１０】
本発明の実施形では、妨害電圧を低減するために、棒状センサ部材内を伝播する固体伝送音波を減衰するための手段が設けられている。固体伝送音波の減衰によって、妨害電圧の大幅が低減が達成される。
【００１１】
本発明の他の実施形では、固体伝送音波を減衰するための手段として、棒状センサ部材の自由端が、棒状センサ部材の縦軸線に対して傾斜した少なくとも１つの端面を備えている。このように傾斜した端面によって、棒状センサ部材内で衝撃応力に基づいて発生する固体伝送音波の反射が大幅に低減される。傾斜した端面の長さは好ましくはセンサ部材の直径の６倍にほぼ一致している。これによって生じる、センサ部材の縦軸線に対する鋭角は、センサ部材の他端の方への固体伝送音波の反射を抑制する。円錐状の端部がセンサ部材に設けられていると合目的である。
【００１２】
本発明の他の実施形では、固体伝送音波を減衰するための手段として、軸方向の凹部が棒状センサ部材に設けられている。この凹部は円筒形に、すなわち簡単な長穴として形成可能である。それによって、棒状センサ部材は少なくともコイル近くの範囲において管状に形成されている。軸方向の凹部が円錐状に先細に形成されていると特に合目的である。この場合にも、凹部の長さ、特に円錐状の凹部の長さが棒部材の直径の約６倍であると合目的である。この実施形の利点は長さの大幅な縮小にある。
【００１３】
本発明の他の実施形では、磁気を通す材料が凹部に充填され、かつ棒状のセンサ部材の材料と異なる、特に小さな弾性係数を有する。これによって、棒状のセンサ部材の振動が大幅に減少するので、衝撃応力によって生じる固体伝送音波は棒状センサ部材内で制限されて伝播する。
【００１４】
本発明の他の実施形では、軟磁性材料、特に鉄材料からなる棒状センサ部材が、妨害電圧を抑制するための手段として硬化されている。基本的には、棒状センサ部材が所望な磁気特性に基づいて軟磁性材料、特に鉄材料からなっている。このような材料は信号雑音比に関して大きな磁気抵抗作用を有する。使用される材料の硬化によって、磁気抵抗作用が大幅に低減されるので、重大な妨害はもはや発生しない。そのほかの磁気特性は少しだけしか影響を受けない。特に、硬化によって渦電流損失が小さくなり、磁化損失が大きくなる。それによって、全体効率はほぼ変わらない。相対的な磁気透過性に対する作用は生じないかまたは出発材料の許容誤差内で生じる。従って、硬化された棒状センサ部材の感度はマイナスの影響を受けず、減衰作用は著しく改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態の概略的な図に基づいて本発明を詳しく説明する。
【００１６】
図１に示した電磁アクチュエータは実質的に２個の電磁石１，２によって形成されている。この電磁石は２個のケーシング部分３．１，３．２によって取り囲まれている。このケーシング部分自体はスペーサとして形成されたケーシング部分３．３を介して互いに離隔されて配置され、その磁極面４は相互の方に向いている。スペーサ３．３によって取り囲まれた、両磁極面４の間の運動室内には、アーマチュア５が配置されている。このアーマチュアは案内ピン６．１を介してガイド７に沿って往復運動可能に案内されている。
【００１７】
アーマチュア５はばねピン６．２を介して戻しばね８に連結されている。このばねピンはアーマチュア５の範囲において案内ピン６．１に支持されている。案内ピン６．１の他方の自由端９は操作部材、例えば吸排気弁の軸１１の自由端に支持されている。この吸排気弁はピストン式内燃機関の示唆的に示したシリンダヘッド１２内を案内されている。吸排気弁は戻しばね１３によって閉鎖方向（矢印１１．１）に付勢されている。戻しばね１３と戻しばね８の力の方向が相互の方に向いているので、電磁石に電流を通じていないときには、アーマチュア５は図１に示すように、両電磁石１，２の両磁極面４の間においてその静止位置を占める。吸排気弁がその閉鎖位置にあると、アーマチュア５は閉鎖磁石１の磁極面４に接触する。その際、案内ピン６．１の自由端９は少しだけ、すなわちバルブクリアランスだけ軸１１の自由端から離れている。
【００１８】
両電磁石のケーシング部分３．１，３．２はそれぞれ、好ましくは直方体状のヨーク１４を取り囲んでいる。このヨークは凹部を備え、この凹部内に、リング状に形成されたコイル１５が挿入されている。コイルはそれぞれ、図示していない制御装置を介して吸排気弁を開閉するために交互に通電可能である。
【００１９】
吸排気弁とは反対側のアクチュエータの端部には、センサ装置１６が設けられている。このセンサ装置は実質的に棒状のセンサ部材１７によって形成されている。このセンサ部材はばねピン６．２に固定連結され、実際にはばねピン６．２の延長部である。棒状のセンサ部材１７は給電兼信号検出装置１９に接続されたコイル装置１８によって取り囲まれている。運転中、棒状センサ部材１７の往復運動によって、コイル装置１８の電気的な質が変化する。この変化はセンサ部材の移動距離、ひいてはアーマチュア５または操作部材１１の移動距離に比例する。次に、作用を詳しく説明する。
【００２０】
案内ピン６．１が閉鎖磁石によって解放されバルブクリアランスを進んだ後で軸１１に当たると、この衝撃応力によってばねピン６．２ひいてはそれに連結された棒状センサ部材１７は固体伝送音を機械的に励起する。この固体伝送音は両端面の間で反射し、棒状センサ部材の運動に重なり、それによって妨害信号を発生する。
【００２１】
図２には、センサ装置の実施の形態が示してある。この実施の形態の場合、棒状センサ部材１７は二つの部分からなるコイル装置１８によって取り囲まれている。このコイル装置は適当な配線２０，２１，２２を介して給電兼評価装置１９に接続されている。
【００２２】
図示した棒状センサ１７は小さなオーム抵抗を有する導電材料からなるリング２３、いわゆる短絡リング（センサリング）を備えている。このようなセンサ装置は渦電流原理に従って作動する。コイル装置１８に高周波交流が供給されると、コイル装置によって高周波磁界が発生し、そして渦電流発生のために短絡リング内に逆磁界が生じる。棒状センサ部材１７がその短絡リング２３と共にコイル１８．１，１８．２と相対的に移動すると、逆磁界は、コイル装置の高周波磁界に対して、磁界押しのけや磁界弱体化の形態で反作用する。これは外側でコイル特性の変化によって感知することができる。この変化が棒状センサ部材１７における短絡リング２３の相対運動に依存するので、これによってセンサ部材１７の位置ひいては移動距離が適当な信号を介して検出可能である。両コイル１８．１，１８．２の特性はそれぞれ、そのインダクタンスと電気的な質によって与えられる。この場合、電気的な質は、有効電力に対する無効電力の比によって示される。
【００２３】
このようなセンサ装置は、棒状センサ部材１７がフェライト材料からなり、このセンサ部材上に銅製短絡リング２３が配置されているときに、きわめて効果的に作動する。
【００２４】
図２には、図１の装置に関連づけて、吸排気弁の開放位置における測定支柱が示してある。
【００２５】
測定支柱が短絡リング２３と共に閉鎖位置に移動すると（矢印１１．１）、渦電流によって短絡リング２３内に発生した逆磁界は、運動に依存する、コイル１８．１とコイル１８．２の質の上記変化を生じる。
【００２６】
ばねピン６．２ひいては棒状センサ部材１７の平らな端面２４における固体伝送音波の上記反射を低減または抑制するために、図３に示した実施の形態の場合、棒状センサ部材１７は円錐状に先細になった端面２４を有する。円錐角はできるだけ細くなるように形成されている。それによって、固体伝送音波が実質的に外周壁に対して反射することにより、縦方向における固体伝送音波の反射が阻止される。この場合、円錐状の端面２４の長さが棒状センサ部材１７の直径の約６倍であると合目的である。端面は必ずしも幾何学的な円錐体でなくてもよく、例えば楕円体等として形成してもよい。例えば複数の切り込みによってあるいは簡単な斜め切断によって、センサ部材１７の縦軸線に対して傾斜した少なくとも１つの端面を設けることが好ましい。
【００２７】
図４には、尖端部の代わりに凹部２５を設けた実施の形態が示してある。この凹部は円筒状に形成可能であるが、円錐状の凹部が望ましい。この円錐状の凹部は少なくとも短絡リング２３の範囲まで延びている。
【００２８】
図５は他の変形を示している。この変形の場合には、ばねピン６．２がその長さの大部分にわたって軸方向の穴を備えているかあるいは管状に形成されている。この場合、内室には、ばねピン６．２の材料と異なる弾性係数、好ましくは低い弾性係数を有する材料が充填されている。
【００２９】
固体伝送音波を低減または抑制するためのこの純“幾何学的な”手段のほかに、他の実施の形態では、棒状センサ部材としての働きをする鉄製ばねピン６．２の端部を硬化（焼き入れ）することによって、その磁気特性を変化させる方法がある。
【００３０】
短絡リング２３は不連続の壁厚を有する銅リングによって形成可能であるかあるいは薄い銅メッキ層または導電性の良い他の材料からなる層によって形成可能である。
【００３１】
図６には、搬送周波数測定ブリッジの形をした、測定値検知のための回路が概略的に示してある。コイル装置１８の両コイル１８．１，１８．２は他の２つの部品、好ましくは抵抗またはコイル１８．２，１８．４と共に相互接続されて搬送周波数測定ブリッジ２７を形成している。このブリッジは少なくとも１つの周波数発生器２８を経て高周波交流が供給される。この供給が逆相作動の２つの周波数発生器２８．１，２８．２によって行われると合目的である。
【００３２】
概略的に示した棒状センサ部材１７の短絡リング２３が周波数ブリッジ２７の両コイル１８．１，１８．２と相対的に移動すると、コイル１８．１，１８．２のインダクタンスと質が渦電流リングの逆磁界によって影響を受ける。これによって、両コイル１８．１，１８．２に対する短絡リング２３の位置に依存する周波数ブリッジ２７の“離調”が生じ、この離調は差動増幅器と帯域フィルタ２９を介して検出可能である。復調器３０と低域フィルタ３１によって、移動距離に比例する信号を発生することができる。この信号は制御、例えば吸排気弁の駆動のために処理することが可能である。利点は、アーマチュア変位全体の間信号が発生し、それによってアーマチュア運動の間、その都度受け止め磁石、しかも開放磁石の通電を制御することにより、アーマチュア運動に影響を及ぼすことができることにある。衝撃応力による固体伝送音の不利な影響を本発明に従って弱めることにり、実際に“ノイズのない”信号を発生することができ、この信号は高度な精度要求を満足する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】吸排気弁を操作するための電磁アクチュエータを示す図である。
【図２】コイル装置を備えた棒状センサ部材を示す図である。
【図３】円錐状の尖端部を有する棒状センサ部材の実施の形態を示す図である。
【図４】円錐状凹部を有する棒状センサ部材を示す図である。
【図５】充填された凹部を有する棒状センサ部材を示す図である。
【図６】回路を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2005509873.tif 000009
2005509873.tif 000010
2005509873.tif 000011
2005509873.tif 000012
2005509873.tif 000013
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