DE10117688A1 - Verbrennungsmotor mit einem elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus und Verfahren zum Steuern desselben - Google Patents
Verbrennungsmotor mit einem elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus und Verfahren zum Steuern desselbenInfo
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Abstract
Ein Verbrennungsmotor und ein Verfahren können eine zum Öffnen eines auslaßseitigen elektromagnetischen Ventils (28) erforderliche Leistungsaufnahme bei einer vorbestimmten Bedingung reduzieren. Dieser Verbrennungsmotor hat einen elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus (31), der ein Öffnen und Schließen eines Auslaßventils (28) des Verbrennungsmotors durch Nutzung einer elektromagnetischen Kraft steuert, die als Reaktion auf eine Einspeisung eines Magnetisierungsstroms erzeugt wird, und eine Steuervorrichtung (20) zum Steuern einer Öffnungszeitgebung des Auslaßventils (28) bei einer vorbestimmten Bedingung, um die Leistungsaufnahme des elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus (31) zu reduzieren. Auf diese Weise wird durch das Steuern der Öffnungszeitgebung des Auslaßventils (28) bei der vorbestimmten Bedingung die Leistungsaufnahme reduziert, die zum Antreiben für das Öffnen des Auslaßventils (28) erforderlich ist.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor, der mit
einem elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus zum Öffnen
und zum Schließen eines Auslaßventils durch Nutzung einer
elektromagnetischen Kraft versehen ist, und auf ein Verfahren
zum Steuern desselben.
Kürzlich wurde ein elektromagnetischer Ventilantriebsmechanismus
für einen in einem Fahrzeug oder dergleichen eingebauten
Verbrennungsmotor entwickelt, der die Öffnungs- und
Schließzeitgebung von Einlaß- und Auslaßventile eigenständig
steuern kann, um die mechanischen Verluste infolge des Öffnens
und des Schließens der Einlaß- und Auslaßventile zu verhindern,
wobei die Einlaß-Pumpverluste reduziert werden, und um den
gesamten thermischen Wirkungsgrad zu verbessern.
Zum Beispiel wurde ein elektromagnetischer
Ventilantriebsmechanismus vorgeschlagen, der einen Anker, einen
Ventilschließelektromagneten, einen
Ventilöffnungselektromagneten, eine Ventilschließrückstellfeder
und eine Ventilöffnungsrückstellfeder hat. Der Anker ist aus
einem magnetischen Körper ausgebildet und bewirkt ein Vor- und
Zurückschieben der Einlaß- und Auslaßventile. Der
Ventilschließelektromagnet erzeugt eine elektromagnetische Kraft
als Reaktion auf einen Magnetisierungsstrom, die den Anker in
der Ventilschließrichtung versetzt. Außerdem erzeugt der
Ventilöffnungselektromagnet eine elektromagnetische Kraft als
Reaktion auf einen Magnetisierungsstrom, die den Anker in der
Ventilöffnungsrichtung versetzt. Schließlich schiebt die
Ventilschließrückstellfeder den Anker in der
Ventilschließrichtung zurück, während die
Ventilöffnungsrückstellfeder den Anker in die
Ventilöffnungsrichtung vordrückt.
Solch ein elektromagnetischer Ventilantriebsmechanismus
beseitigt die Notwendigkeit, das Öffnen und Schließen der
Einlaß- und Auslaßventile durch Nutzung der Drehkraft einer
Motorabgabewelle, d. h. der Kurbelwelle, wie bei einem
herkömmlichen Ventilzug mechanisch zu steuern. Dadurch werden
mechanische Verluste infolge des mechanischen Antreibens der
Einlaß- und Auslaßventile verhindert.
Außerdem kann der vorstehend beschriebene elektromagnetische
Ventilantriebsmechanismus das Öffnen und Schließen der Einlaß-
und Auslaßventile ohne die Drehung der Motorabgabewelle
unabhängig steuern. Dieser Aufbau ist in vielfältiger Sicht
vorteilhaft wie zum Beispiel nicht nur im Hinblick auf eine
verbesserte Steuerbarkeit der Öffnungs- und Schließzeitgebung
sondern auch im Hinblick auf den Öffnungsbetrag der Einlaß- und
Auslaßventile.
Andererseits kann ein Fahrzeug, das mit einem Verbrennungsmotor
mit dem elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus versehen
ist, verschiedene andere elektrische Einrichtungen wie zum
Beispiel Zündkerzen, Kraftstoffeinspritzventile, Klimaanlage und
Vorderlichter aufweisen. Diese elektrischen Einrichtungen werden
durch die Batterie und einen Generator gespeist, die an dem
Fahrzeug angebracht sind.
Um ein Erhöhen der Kapazität der Batterie und des Generators zu
vermeiden, wurde eine elektromagnetische Ventilantriebsschaltung
vorgeschlagen, wie sie in der Japanischen
Patentoffenlegungsschrift Nr. HIE 10-131726 beschrieben ist. Die
in dieser Offenlegungsschrift beschriebene elektromagnetische
Ventilantriebsschaltung hat einen Dauermagneten, eine
Antriebsspule, einen Schaltabschnitt und einen Kondensator. Der
Dauermagnet ist an den Einlaß- und Auslaßventilen einstückig
befestigt, und die Antriebsspule erzeugt einen magnetischen Pol,
der den Dauermagneten versetzt. Der Schaltabschnitt schaltet die
Richtung eines in die Antriebsspule eingespeisten
Magnetisierungsstroms und bewirkt außerdem einen Start und eine
Fortführung einer Zufuhr des Magnetisierungsstroms in die
Antriebsspule. Der Kondensator speichert eine durch eine
Trägheitsbewegung des Dauermagneten in der Antriebsspule
induzierte elektromotorische Kraft.
Diese elektromagnetische Ventilantriebsschaltung nutzt sowohl
die in der Antriebsspule induzierte elektromotorische Kraft als
auch die Induktion der Antriebsspule, damit der Schaltabschnitt
als eine Verstärkungs-Schaltreguliereinrichtung wirkt. Diese
Funktion erhöht die in dem Kondensator wiedergewinnbar geladene
Energiemenge. Infolgedessen ist die Energiemenge ebenfalls
erhöht, die der Antriebsspule von dem Kondensator zugeführt
werden kann. Folglich ist die von außen zu der
elektromagnetischen Ventilantriebsschaltung zugeführte
Energiemenge, d. h. die Leistungsaufnahme der elektromagnetischen
Antriebsschaltung, reduziert.
Bei der vorstehend beschriebenen Technik ist die in dem
Kondensator wiedergewinnbar geladene Energie verglichen mit der
Antriebsleistung des elektromagnetischen
Ventilantriebsmechanismus' extrem gering. Wenn die zum
Antreiben des elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus'
erforderliche Leistung erhöht ist, zum Beispiel wenn der
Betriebszustand des Verbrennungsmotors in einem hohen
Drehzahlbereich ist oder wenn er von dem Betriebszustand der
elektrischen Einrichtungen außer dem elektromagnetischen
Ventilantriebsmechanismus abhängt, kann es daher unmöglich sein,
dem elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus die gewünschte
Antriebsleistung zuzuführen, selbst wenn die Energie des
Kondensators zusätzlich zu der Energie bzw. der Leistung sowohl
der Batterie als auch des Generators genutzt wird. In solch
einem Fall kann es schwierig sein, das Öffnen und Schließen der
Einlaß- und Auslaßventile auf normale Weise zu steuern.
Wenn zum Beispiel der Betriebszustand des Verbrennungsmotors in
dem hohen Drehzahlbereich ist, ist die Anzahl der Öffnungs- und
Schließtakte der Einlaß- und Auslaßventile pro Zeiteinheit
erhöht. Daher ist die zum Antreiben des elektromagnetischen
Ventilantriebsmechanismus erforderliche Leistung je nach
Bedarf erhöht. Zusätzlich ist die Anzahl der Takte, in denen die
Zündkerze und das Kraftstoffeinspritzventil betätigt werden, pro
Zeiteinheit ebenfalls erhöht, was eine erhöhte Leistungsaufnahme
der Zündkerze und des Kraftstoffeinspritzventils mit sich
bringt. Infolgedessen ist die Energiemenge reduziert, die dem
elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus zugeführt werden
kann.
Insbesondere ist die Energiemenge weiter reduziert, die dem
elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus zugeführt werden
kann, falls die elektrischen Einrichtungen wie zum Beispiel die
Klimaanlage und das Vorderlicht in Betrieb sind, während der
Betriebszustand des Verbrennungsmotors in dem hohen
Drehzahlbereich ist. Es kann daher noch schwieriger sein, die
erforderliche Leistung für den elektromagnetischen
Ventilantriebsmechanismus zu gewährleisten.
Außerdem ist der elektromagnetische Ventilantriebsmechanismus
über ein Kabelbündel mit der Batterie, dem Generator und
dergleichen verbunden. Wenn der Betriebszustand des
Verbrennungsmotors in dem hohen Drehzahlbereich ist, kann daher
der durch das Kabelbündel pro Zeiteinheit fließende Strombetrag
ansteigen und eine Belastbarkeit des Kabelbündels überschreiten.
Bei diesem Beispiel ist es schwierig, dem elektromagnetischen
Ventilantriebsmechanismus einen gewünschten Strombetrag
zuzuführen, wodurch ein anormales Öffnen und Schließen der
Einlaß- und Auslaßventile hervorgerufen werden kann.
Um dieses Problem zu lösen, ist es möglich, die
Querschnittfläche des Kabelbündels zu erhöhen, um dadurch die
Strombelastbarkeit pro Zeiteinheit des Kabelbündels zu erhöhen.
Falls jedoch die Querschnittfläche des Kabelbündels übermäßig
erhöht wird, wird folglich der durch den elektromagnetischen
Ventilantriebsmechanismus einschließlich des Kabelbündels
eingenommene Raum vergrößert, wodurch es schwierig sein kann,
den elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus an das
Fahrzeug anzubringen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Zuverlässigkeit des
Öffnungs/Schließvorgangs eines Auslaßventils durch einen
elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus zu verbessern,
indem eine Technik vorgesehen ist, die die zum Antreiben des
elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus' erforderliche
Leistung bei einem Verbrennungsmotor mit einem
elektromagnetischen Ventil reduzieren kann.
Ein Verbrennungsmotor mit einem elektromagnetischen Ventil gemäß
der Erfindung ist mit einer Steuervorrichtung zum Ändern einer
Öffnungszeitgebung eines Auslaßventils versehen, um so eine
Leistungsaufnahme eines elektromagnetischen
Ventilantriebsmechanismus' in einem vorbestimmten Zeitraum zu
reduzieren. Der elektromagnetische Ventilantriebsmechanismus
steuert das Öffnen und Schließen des Auslaßventils des
Verbrennungsmotors durch Nutzung einer elektromagnetischen
Kraft, die als Reaktion auf eine Einspeisung eines
Magnetisierungsstroms erzeugt wird.
Demgemäß ändert bei einem Verbrennungsmotor mit dem
elektromagnetischen Ventil die Steuervorrichtung bei
vorbestimmten Bedingungen die Öffnungszeitgebung des
Auslaßventils, um so die Leistungsaufnahme des
elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus zu reduzieren.
In diesem Fall ist die Leistungsaufnahme des elektromagnetischen
Ventilantriebsmechanismus bei den vorbestimmten Bedingungen
reduziert. Anders gesagt steuert der elektromagnetische
Ventilantriebsmechanismus das Öffnen und Schließen des
Auslaßventils mit einer relativ geringen Leistungsaufnahme.
Infolgedessen ist die Zuverlässigkeit des Öffnungs- und
Schließvorgangs des Auslaßventils selbst dann verbessert, wenn
die Energiemenge reduziert wird, die dem elektromagnetischen
Ventilzug zugeführt werden kann.
Zum Beispiel kann die vorbestimmte Bedingung gemäß der Erfindung
einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors in einem hohen
Drehzahlbereich entsprechen.
Die Gründe hierzu sind folgendermaßen: Wenn der Betriebszustand
des Verbrennungsmotors in dem hohen Drehzahlbereich ist, ist die
Anzahl Takte für das Antreiben zum Öffnen und Schließen des
Auslaßventils pro Zeiteinheit erhöht, und somit ist die
Leistungsaufnahme des elektromagnetischen
Ventilantriebsmechanismus erhöht.
Alternativ kann die vorbestimmte Bedingung gemäß der Erfindung
einem zum Öffnen des Auslaßventils erforderlichen
Magnetisierungsstrom entsprechen, wenn dieser einen
vorbestimmten Referenzwert überschreitet, oder genauer gesagt,
wenn der in den elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus
einzuspeisende Betrag des Magnetisierungsstroms größer ist als
die Strombelastbarkeit des Kabelbündels zum Zuführen des
Magnetisierungsstroms zu dem elektromagnetischen
Ventilantriebsmechanismus.
Was das Verfahren zum Reduzieren der Leistungsaufnahme des
elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus' bei der
vorbestimmten Bedingung betrifft, kann die Öffnungszeitgebung
des Auslaßventils zur Nähe eines unteren Totpunktes eines
Auslaßhubs verzögert werden.
Während dieses Auslaßhubs hat der Zylinder einen hohen inneren
Druck infolge einer Verbrennung eines Gemisches. Dieser Druck
wirkt auf das Auslaßventil in einer Ventilschließrichtung. Somit
muss der elektromagnetische Ventilantriebsmechanismus das
Auslaßventil gegen diesen Druck öffnen, was eine größere zu
erzeugende elektromagnetische Kraft erfordert. Infolgedessen ist
die Leistungsaufnahme des elektromagnetischen
Ventilantriebsmechanismus erhöht.
Um die zum Öffnen des Auslaßventils erforderliche
Leistungsaufnahme zu reduzieren, muss die Öffnungszeitgebung
demnach nur so geändert werden, dass ein innerer Druck des
Zylinders niedriger ist als bei einer gegenwärtigen
Öffnungszeitgebung.
Zum Beispiel kann die Öffnungszeitgebung so verzögert werden,
dass sie in der Nähe des unteren Totpunktes des Auslaßhubs ist.
Der Grund hierfür ist folgendermaßen: Während des Auslaßhubs ist
der innere Druck des Zylinders infolge einer Abwärtsbewegung
eines Kolbens reduziert und erreicht den kleinsten Wert nahe des
unteren Totpunktes des Auslaßhubs. Daher wird angenommen, dass
der an dem Auslaßventil in der Ventilschließrichtung wirkende
Druck nahe dem unteren Totpunkt des Auslaßhubs am niedrigsten
ist.
Daher kann durch ein Verzögern der Öffnungszeitgebung des
Auslaßventils zur Nähe des unteren Totpunktes des Auslaßhubs die
zum Öffnen des Auslaßventils erforderliche elektromagnetische
Kraft reduziert werden. Infolgedessen kann die Leistungsaufnahme
des elektromagnetischen Ventilzugs reduziert werden.
Fig. 1 zeigt eine schematische Draufsicht eines
Verbrennungsmotors mit einem elektromagnetischen Ventil gemäß
einem Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine schematische Abbildung eines inneren Aufbaus
eines Verbrennungsmotors gemäß einem Ausführungsbeispiel dieser
Erfindung;
Fig. 3 zeigt eine Abbildung eines inneren Aufbaus eines
einlaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus;
Fig. 4 zeigt eine Blockabbildung eines inneren Aufbaus einer
elektronischen Steuereinheit (ECU), die bei einem
Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendet wird;
Fig. 5 zeigt eine Abbildung einer Beziehung zwischen einer
Öffnungszeitgebung eines Auslaßventils und eines inneren Drucks
eines Zylinders; und
Fig. 6 zeigt eine Flusskarte einer
Leistungsaufnahmereduzierungssteuerroutine, die bei einem
Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendet wird.
Nachfolgend werden bestimmte Ausführungsbeispiele eines
Verbrennungsmotors mit einem elektromagnetischen Ventil gemäß
dieser Erfindung beschrieben.
Die Fig. 1 und 2 zeigen Abbildungen des schematischen Aufbaus
eines Verbrennungsmotors und sein Einlaß- und Auslaßsystem gemäß
diesem Ausführungsbeispiel. Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte
Verbrennungsmotor 1 ist ein wassergekühlter Viertaktbenzinmotor,
der mit vier Zylindern 21 versehen ist.
Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Zylinderblock 1b und einem
Zylinderkopf 1a versehen. Die vier Zylinder 21 und ein
Kühlwasserkanal 1c sind in dem Zylinderblock 1b ausgebildet. Der
Zylinderkopf 1a ist an dem oberen Abschnitt des Zylinderblocks
1b befestigt.
Eine Kurbelwelle 23 dient als eine Motorabgabewelle und ist
durch den Zylinderblock 1b drehbar gestützt. Diese Kurbelwelle
23 ist über verschiedene Verbindungsstangen 19 mit Kolben 22
gekoppelt. Die Kolben 22 befinden sich gleitbar innerhalb der
verschiedenen Zylinder 21.
Eine Verbrennungskammer 24 ist über dem Kolben 22 des jeweiligen
Zylinders 21 durch die obere Fläche des entsprechenden Kolbens
22 und durch die Wandfläche des Zylinderkopfs 1a definiert.
Zündkerzen 25 sind so an dem Zylinderkopf 1a angebracht, dass
sie den Verbrennungskammern 24 der jeweiligen Zylinder 21
zugewandt sind. Eine Zündvorrichtung 25a zum Einspeisen eines
Antriebsstroms in die Zündkerzen 25 ist mit den Zündkerzen 25
verbunden.
Zwei offene Enden von Einlaßöffnungen 26 und zwei offene Enden
von Auslaßöffnungen 26 und zwei offene Enden von Auslaßöffnungen
27 sind in dem Zylinderkopf 1a an Positionen ausgebildet, die
der Verbrennungskammer 24 des jeweiligen Zylinders 21 zugewandt
ist. Einlaßventile 28 zum Öffnen und zum Schließen der
jeweiligen offenen Enden der Einlaßöffnungen 26 und
Auslaßventile 29 zum Öffnen und zum Schließen der jeweiligen
offenen Enden der Auslaßöffnungen 27 sind so an dem Zylinderkopf
1a vorgesehen, dass sie vor- und zurückgeschoben werden können.
Der Zylinderkopf 1a ist mit derselben Anzahl elektromagnetischer
Antriebsmechanismen wie jene der Einlaßventile 28 versehen
(nachfolgend als einlaßseitiger elektromagnetischer
Antriebsmechanismus 30 bezeichnet). Der einlaßseitige
elektromagnetische Antriebsmechanismus 30 schiebt die jeweiligen
Einlaßventile 28 mit einer elektromagnetischen Kraft vor und
zurück, die als Reaktion auf eine Einspeisung eines
Magnetisierungsstroms erzeugt wird. Eine Antriebsschaltung
(nachfolgend als eine einlaßseitige Antriebsschaltung 30a
bezeichnet) ist mit jedem einlaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 30 elektrisch verbunden. Die einlaßseitige
Antriebsschaltung 30a dient zum Einspeisen des
Magnetisierungsstroms in die einlaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismen 30.
Der Zylinderkopf 1a ist mit einer entsprechenden Anzahl
elektromagnetische Antriebsmechanismen wie jene der
Auslaßventile 29 versehen (nachfolgend als auslaßseitige
elektromagnetische Antriebsmechanismen 31 bezeichnet). Die
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismen 31
schieben die jeweiligen Auslaßventile 29 mit einer
elektromagnetischen Kraft vor und zurück, die als Reaktion auf
eine Einspeisung eines Magnetisierungsstroms erzeugt wird. Eine
Antriebsschaltung (nachfolgend als eine auslaßseitige
Antriebsschaltung 31a bezeichnet) ist mit jedem auslaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31 elektrisch verbunden.
Die auslaßseitige Antriebsschaltung 31 dient zum Einspeisen des
Magnetisierungsstroms in die auslaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismen 31.
Nachfolgend wird der spezifische Aufbau des einlaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 30 und des
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31
beschrieben. Es ist zu beachten, dass nur der einlaßseitige
elektromagnetische Antriebsmechanismus 30 beschrieben werden
braucht, da der einlaßseitige elektromagnetische
Antriebsmechanismus 30 und der auslaßseitige elektromagnetische
Antriebsmechanismus 31 denselben Aufbau haben.
Die Fig. 3 zeigt eine Querschnittansicht des Aufbaus des
einlaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 30. In
der Fig. 3 ist der Zylinderkopf 1a des Verbrennungsmotors 1 mit
einem unteren Kopf 10 und einem oberen Kopf 11 versehen. Der
untere Kopf 10 ist an der oberen Fläche des Zylinderblocks 1b
befestigt. Der obere Kopf 11 ist an dem oberen Abschnitt des
unteren Kopfes 10 vorgesehen.
Pro Zylinder 21 sind zwei Einlaßöffnungen 26 in dem unteren Kopf
10 ausgebildet, und ein Ventilsitz 12 zum Aufnehmen eines
Ventilkörpers 28a des Einlaßventils 28 ist darin an jenem
offenen Ende von jeder Einlaßöffnung 26 vorgesehen, das der
Verbrennungskammer 24 zugewandt ist.
Ein Durchgangsloch mit einem kreisförmigen Querschnitt ist in
dem unteren Kopf 10 so ausgebildet, dass es sich von der inneren
Wandfläche von jeder Einlaßöffnung 26 zu der oberen Fläche des
unteren Kopfes 10 erstreckt. Je eine zylindrische Ventilführung
13 ist in jedem Durchgangsloch eingefügt. Eine Ventilwelle 28b
des Einlaßventils 28 erstreckt sich durch ein Innenloch der
Ventilführung 13, wobei sie in der axialen Richtung vor- und
zurückschiebbar ist.
Ein Kernbefestigungsloch 14 mit einem kreisförmigen Querschnitt
ist in dem oberen Kopf 11 so ausgebildet, dass es die gleiche
Mittelachse wie die Ventilführung 13 hat. Ein erster und ein
zweiter Kern 301 und 302 sind in dem Kernbefestigungsloch 14
eingepasst. Der untere Abschnitt des Kernbefestigungslochs 14
hat einen größeren Durchmesser als dessen oberer Abschnitt.
Nachfolgend wird der untere Abschnitt des Kernbefestigungslochs
14 als ein Abschnitt 14b mit großem Durchmesser bezeichnet, und
der obere Abschnitt des Kernbefestigungslochs 14 wird als ein
Abschnitt 14a mit kleinem Durchmesser bezeichnet.
Der erste und der zweite Kern 301 und 302 sind in dem Abschnitt
14a mit kleinem Durchmesser mit einem dazwischenliegenden
vorbestimmten Spalt 303 axial in Reihe eingepasst. Der erste und
der zweite Kern 301 und 302 sind jeweils aus einem ringartigen
weichmagnetischen Körper ausgebildet. Ein Flansch 301a ist an
dem oberen Ende des ersten Kerns 301 ausgebildet. Der erste Kern
301 ist von oben in das Kernbefestigungsloch 14 eingepasst. Der
erste Kern 301 ist durch den Flansch 301a positioniert, der an
einem entsprechenden Kantenabschnitt des Kernbefestigungslochs
14 anliegt. Ein Flansch 302a ist an dem unteren Ende des zweiten
Kerns 302 ausgebildet. Der zweite Kern 302 ist von unten in das
Kernbefestigungsloch 14 eingepasst. Der zweite Kern 302 ist
durch den Flansch 302a positioniert, der an einem entsprechenden
Kantenabschnitt des Kernbefestigungslochs 14 anliegt. Dadurch
wird der vorbestimmte Spalt 303 zwischen dem ersten und dem
zweiten Kern 301 und 302 beibehalten.
Eine zylindrische obere Abdeckung 305 ist an dem ersten Kern 301
vorgesehen. Diese obere Abdeckung 305 ist an der oberen Fläche
des oberen Kopfes 11 mittels Schrauben 304 befestigt, die sich
durch einen an dem unteren Ende der oberen Abdeckung 305
ausgebildeten Flanschabschnitt 305a hindurch erstrecken. In
diesem Fall ist das untere Ende der oberen Abdeckung 305
einschließlich des Flanschabschnittes 305a an dem
Umfangskantenabschnitt der oberen Fläche des ersten Kerns 301
anliegend befestigt. Infolgedessen ist der erste Kern 301 an dem
oberen Kopf 11 befestigt.
Andererseits ist eine aus einem ringartigen Körper mit einem im
Wesentlichen gleichen Durchmesser wie der Durchmesser des
Abschnitts 14b mit großem Durchmesser des Kernbefestigungslochs
14 ausgebildete untere Abdeckung 307 unter dem zweiten Kern 302
vorgesehen. Schrauben 306 erstrecken sich durch die untere
Abdeckung 307 hindurch. Durch diese Schrauben 306 ist die untere
Abdeckung 307 bei der nach unten gerichteten Fläche des
gestuften Abschnitts zwischen dem Abschnitt 14a mit kleinem
Durchmesser und dem Abschnitt 14b mit großem Durchmesser
befestigt. In diesem Fall ist die untere Abdeckung 307 an dem
Umfangskantenabschnitt der unteren Fläche des zweiten Kerns 302
anliegend befestigt. Infolgedessen ist der zweite Kern 302 an
dem oberen Kopf 11 befestigt.
Eine erste elektromagnetische Spule 308 ist in einer Nut
gehalten, die an einer dem Spalt 303 zugewandten Fläche des
ersten Kerns 301 ausgebildet ist. Eine zweite elektromagnetische
Spule 309 ist in einer Nut gehalten, die an einer dem Spalt 303
zugewandten Fläche des zweiten Kerns 302 ausgebildet ist. Die
erste und die zweite elektromagnetische Spule 308 und 309 sind
so angeordnet, dass sie mit dem dazwischenliegenden Spalt 303
einander zugewandt sind. Die erste und die zweite
elektromagnetische Spule 308 und 309 sind mit der vorstehend
beschriebenen einlaßseitigen Antriebsschaltung 30a elektrisch
verbunden.
Ein Anker 311 ist in dem Spalt 303 vorgesehen. Der Anker 311 ist
ein ringartiger weichmagnetischer Körper mit einem äußeren
Durchmesser, der kleiner ist als der innere Durchmesser des
Spalts 303. Eine Ankerwelle 310 erstreckt sich vertikal entlang
der Mittelachse des Ankers 311 und ist in einem hohlen Abschnitt
des Ankers 311 befestigt. Diese Ankerwelle 310 erstreckt sich
durch einen hohlen Abschnitt des ersten Kerns 301 hindurch, so
dass das obere Ende der Ankerwelle 310 innerhalb der oberen
Abdeckung 305 angeordnet ist. Die Ankerwelle 310 erstreckt sich
außerdem durch einen hohlen Abschnitt des zweiten Kerns 302
hindurch, so dass das untere Ende der Ankerwelle 310 innerhalb
des Abschnitts 14b mit großem Durchmesser angeordnet ist. Die
Ankerwelle 310 ist somit durch den ersten und den zweiten Kern
301 und 302 derart gehalten, dass sie in der axialen Richtung
vor- und zurückschiebbar ist.
Ein scheibenförmiger oberer Halter 312 ist mit dem oberen
Endabschnitt der Ankerwelle 310 verbunden und befindet sich
innerhalb der oberen Abdeckung 305. Eine Einstellschraube 313
ist in eine obere Öffnung der oberen Abdeckung 305 geschraubt.
Eine obere Feder 314 ist zwischen dem oberen Halter 312 und der
Einstellschraube 313 angeordnet. Ein Federblech 315 mit einem im
Wesentlichen gleichen äußeren Durchmesser wie der innere
Durchmesser der oberen Abdeckung 305 ist zwischen
Anschlagflächen der Einstellschraube 313 und der oberen Feder
314 angeordnet.
Andererseits liegt das obere Ende der Ventilwelle 28b des
Einlaßventils 28 an dem unteren Ende der Ankerwelle 310 an, die
sich in den Abschnitt 14b mit großem Durchmesser erstreckt. Ein
scheibenförmiger unterer Halter 28c ist mit dem äußeren Umfang
des oberen Endabschnitts der Ventilwelle 28b verbunden. Eine
untere Feder 316 ist zwischen der unteren Fläche des unteren
Halters 28c und der oberen Fläche des unteren Kopfes 10
angeordnet.
Bei dem so aufgebauten einlaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 30 werden sowohl eine nach unten gerichtete
Vorspannkraft, das heißt in der Öffnungsrichtung des
Einlaßventils 28, von der oberen Feder 314 auf die Ankerwelle
310 als auch eine nach oben gerichtete Vorspannkraft, das heißt
in der Schließrichtung des Einlaßventils 28, von der unteren
Feder 316 auf das Einlaßventil 28 aufgebracht, wenn von der
einlaßseitigen Antriebsschaltung 30a kein Magnetisierungsstrom
in die erste und die zweite elektromagnetische Spule 308 und 309
eingespeist wird. Infolgedessen liegen die Ankerwelle 310 und
das Einlaßventil 28 aneinander an und werden somit an
vorbestimmten Positionen in einem elastisch gestützten Zustand,
das heißt in einem neutralen Zustand, gehalten.
Es ist zu beachten, dass die jeweiligen Vorspannkräfte der
oberen Feder 314 und der unteren Feder 316 so festgelegt sind,
dass die neutrale Position des Ankers 311 einer mittleren
Position in dem Spalt 303 zwischen dem ersten und dem zweiten
Kern 301 und 302 entspricht. Falls die neutrale Position des
Ankers 311 von der vorstehend beschriebenen mittleren Position
aufgrund einer Anfangstoleranz, Alterung, etc. dieser Bauteile
versetzt ist, dann kann die neutrale Position des Ankers 311
unter Verwendung der Einstellschraube 313 zu der mittleren
Position eingestellt werden.
Die jeweiligen axialen Längen der Ankerwelle 310 und der
Ventilwelle 28b sind so festgelegt, dass der Ventilkörper 28b an
einer mittleren Position zwischen einem Ende des vollständigen
Öffnungsversatzes und einem Ende des vollständigen
Schließversatzes (nachfolgend als eine halboffene Position
bezeichnet) gehalten ist, wenn sich der Anker 311 an der
mittleren Position hinsichtlich des Spalts 303 befindet.
Bei dem einlaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus
30 wird zwischen dem ersten Kern 301, das heißt der ersten
elektromagnetischen Spule 308 und dem Anker 311 eine
elektromagnetische Kraft erzeugt, wenn von der einlaßseitigen
Antriebsschaltung 30a ein Magnetisierungsstrom in die erste
elektromagnetische Spule 308 eingespeist wird, so dass sich der
Anker 311 zu dem ersten Kern 301 versetzt. Der Anker 311 wird
durch diese elektromagnetische Kraft zurückgeschoben.
Wenn der Anker 311 auf diese Art und Weise zurückgeschoben wird,
wird das Einlaßventil 28 durch die Vorspannkraft der unteren
Feder 316 geschlossen.
Bei dem einlaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus
30 wird zwischen dem zweiten Kern 302, das heißt der zweiten
elektromagnetischen Spule 309 und dem Anker 311 eine
elektromagnetische Kraft erzeugt, wenn von der einlaßseitigen
Antriebsschaltung 30a ein Magnetisierungsstrom in die zweite
elektromagnetische Spule 309 eingespeist wird, so dass der Anker
311 zu dem zweiten Kern 302 versetzt wird. Der Anker 311 wird
durch diese elektromagnetische Kraft vorgeschoben.
Somit wird der Anker 311 vorgeschoben, wobei die Ankerwelle 310
an der Ventilwelle 28b des Einlaßventils 28 anliegt.
Infolgedessen wird das Einlaßventil 28 gegen die Vorspannkraft
der unteren Feder 316 geöffnet.
Bei dem einlaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus
30 wird der Anker 311 durch den durch die einlaßseitige
Antriebsschaltung 30a abwechselnd in die erste und die zweite
elektromagnetische Spule 308 und 309 eingespeisten
Magnetisierungsstrom vorgeschoben und zurückgeschoben. Dadurch
wird sowohl das Vor- und Zurückschieben der Ventilwelle 28b als
auch das Öffnen und Schließen des Ventilkörpers 28a gesteuert.
Die Öffnungs- und Schließzeitgebung des Einlaßventils 28 kann
durch ein Ändern der Größe und der Einspeisungszeit des
Magnetisierungsstroms in der ersten elektromagnetischen Spule
308 und der zweiten elektromagnetischen Spule 309 eigenständig
gesteuert werden.
Außerdem ist ein Ventilhubsensor 317 zum Erfassen einer
Versetzung des Einlaßventils 28 an dem einlaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 30 angebracht. Dieser
Ventilhubsensor 317 hat eine scheibenförmige Zielvorrichtung
317a und einen Spaltsensor 317b. Die scheibenförmige
Zielvorrichtung 317a ist an der oberen Fläche des oberen Halters
312 angebracht. Der Spaltsensor 317b ist so an der
Einstellschraube 313 angebracht, dass er dem oberen Halter 312
zugewandt ist.
Die Zielvorrichtung 317a wird einstückig mit dem Anker 311 des
einlaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 30
versetzt. Der Spaltsensor 317b gibt ein elektrisches Signal
entsprechend dem Abstand zwischen dem Spaltsensor 317b und der
Zielvorrichtung 317a zu einer elektronischen Steuereinheit (ECU)
20 ab, die später beschrieben wird.
Ein dem neutralen Zustand des Ankers 311 entsprechender
Abgabesignalwert des Spaltsensors 317b wird in der ECU 20
vorgespeichert. Auf diese Weise kann eine Versetzung des Ankers
311 und des Einlaßventils 28 bestimmt werden, indem eine
Abweichung eines momentanen Abgabesignalwerts des Spaltsensors
317b von dem vorgespeicherten Abgabesignalwert berechnet wird.
Unter erneuter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ist ein aus
vier Zweigrohren ausgebildetes Einlaßzweigrohr 33 mit dem
Zylinderkopf 1a des Verbrennungsmotors 1 verbunden. Jedes
Zweigrohr des Einlaßzweigrohrs 33 ist mit den Einlaßöffnungen 26
des jeweiligen Zylinders 21 in Verbindung.
Kraftstoffeinspritzventile 32 sind an dem Zylinderkopf 1a nahe
an dem Verbindungsabschnitt mit dem Einlaßzweigrohr 33 so
angebracht, dass ihre Düsenseite dem Inneren der entsprechenden
Einlaßöffnungen 26 zugewandt ist.
Das Einlaßzweigrohr 33 ist mit einem Auffangbehälter 34 zum
Unterdrücken von Einlaßdrucksprüngen verbunden. Der
Auffangbehälter 34 ist mit einem Einlaßrohr 35 verbunden. Das
Einlaßrohr 35 ist mit einem Luftreinigerkasten 36 zum Entfernen
von Staub und Unreinheiten aus der Einlaßluft verbunden.
Eine Luftdurchsatzmessvorrichtung 44 zum Abgeben eines
elektrischen Signals entsprechend der durch das Einlaßrohr 35
hindurchströmenden Luftmasse, das heißt der Masse der
Einlaßluft, ist an dem Einlaßrohr 35 angebracht. Ein
Drosselventil 39 zum Einstellen der Durchsatzrate der durch das
Einlaßrohr 35 hindurchströmenden Einlaßluft ist stromabwärts von
der Luftdurchsatzmessvorrichtung 44 innerhalb des Einlaßrohrs 35
vorgesehen.
Ein Drosselaktuator 40 und ein Drosselstellungssensor 41 sind an
dem Drosselventil 39 angebracht.
Der Drosselaktuator 40 ist aus einem Schrittmotor oder
dergleichen ausgebildet und treibt das Drosselventil 39 so an,
dass es sich entsprechend dem Betrag der eingespeisten Leistung
öffnet und schließt. Der Drosselstellungssensor 41 gibt ein
elektrisches Signal entsprechend der Öffnungsgröße des
Drosselventils 39 ab.
Ein nicht gezeigter Beschleunigungshebel ist an dem
Drosselventil 39 angebracht. Dieser Beschleunigungshebel ist
unabhängig von dem Drosselventil 39 schwenkbar und schwenkt
gemäß der Betätigung eines Beschleunigungspedals 42. Ein
Beschleunigungsvorrichtungsstellungssensor 43 zum Abgeben eines
elektrischen Signals entsprechend dem Schwenkbetrag des
Beschleunigungshebels ist an dem Beschleunigungshebel
angebracht.
Ein Auslaßzweigrohr 45, das aus vier Zweigrohren ausgebildet ist
und in ein einziges Sammelrohr an einer Position unmittelbar
stromabwärts von dem Verbrennungsmotor 1 mündet, ist mit dem
Zylinderkopf 1a des Verbrennungsmotor 1 verbunden. Jedes
Zweigrohr des Auslaßzweigrohrs 45 ist mit den Auslaßöffnungen 27
der verschiedenen Zylinder 21 in Verbindung.
Das Auslaßzweigrohr 45 ist über einen Abgasreinigungskatalysator
46 mit einem Auslaßrohr 47 verbunden. Das stromabwärtige Ende
des Auslaßrohrs 47 ist mit einem nicht gezeigten Schalldämpfer
verbunden. Ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 48 ist an dem
Auslaßzweigrohr 45 angebracht. Der Luft/Kraftstoff-
Verhältnissensor 48 gibt ein elektrisches Signal entsprechend
dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des durch das Auslaßzweigrohr 45
hindurchströmenden Abgases ab, das heißt des in den
Abgasreinigungskatalysator 46 einströmenden Abgases.
Zum Beispiel kann der Abgasreinigungskatalysator 46 ein
beliebiger Drei-Wege-Katalysator, ein NOx-Katalysator einer
Okklusions-Reduktionsbauart, ein NOx-Katalysator einer
Selektions-Reduktionsbauart oder eine geeignete Kombination von
irgendwelchen dieser Katalysatoren sein.
Der Drei-Wege-Katalysator ist ein Katalysator zum Reinigen des
Abgases von Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxiden (CO) und
Stickoxiden (NOx), wenn das in den Abgasreinigungskatalysator 46
einströmende Abgas ein vorbestimmtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis
nahe an einem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis hat. Der
NOx-Katalysator der Okklusions-Reduktionsbauart ist ein
Katalysator zum Einschließen von Stickoxiden (NOx) des Abgases,
wenn das in den Abgasreinigungskatalysator 46 einströmende Abgas
ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis hat, und zum Reduzieren
und Reinigen der eingeschlossenen Stickoxide (NOx), während sie
ausgestoßen werden, wenn das in den Abgasreinigungskatalysator
46 einströmende Abgas ein theoretisches oder fettes
Luft/Kraftstoff-Verhältnis hat. Der NOx-Katalysator der
Selektions-Reduktionsbauart ist ein Katalysator zum Reduzieren
und Reinigen von Stickoxiden (NOx) des Abgases, wenn das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den Abgasreinigungskatalysator
46 einströmenden Abgases reich an Sauerstoff ist und wenn ein
vorbestimmtes Reduktionsmittel vorhanden ist.
Ein Wechselstromgenerator 61 zum Wandeln der Drehenergie der
Kurbelwelle 23 in elektrische Energie ist an dem
Verbrennungsmotor 1 angebracht. Der Wechselstromgenerator 61 ist
außerdem über einen nicht gezeigten Riemen mit der Kurbelwelle
23 gekoppelt.
Zusätzliche stromverbrauchende Einrichtungen 62 wie zum Beispiel
eine Fahrzeugklimaanlage, eine Heizung, Vorderlicht und
Scheibenwischer sind mit dem Wechselstromgenerator 61 verbunden.
Die durch den Wechselstromgenerator 61 erzeugte Leistung wird
diesen stromverbrauchenden Einrichtungen 62 zugeführt.
Die Zündvorrichtung 25a, die Kraftstoffeinspritzventile 32, die
einlaßseitige Antriebsschaltung 30a und die auslaßseitige
Antriebsschaltung 31a sind ebenfalls über ein Kabelbündel mit
dem Wechselstromgenerator 61 verbunden. Der
Wechselstromgenerator 61 versorgt die Zündvorrichtung 25a, die
Kraftstoffeinspritzventile 32, die einlaßseitigen
Antriebsschaltung 30a und die auslaßseitige Antriebsschaltung
31a mit individueller Antriebsleistung.
Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Kurbelwinkelsensor 51 und
einem Wassertemperatursensor 52 versehen. Der Kurbelwinkelsensor
51 besteht aus einem Zeitgebungsrotor 51a und einem
elektromagnetischen Aufnehmer 51b. Der Zeitgebungsrotor 51a ist
an dem Endabschnitt der Kurbelwelle 23 angebracht. Der
elektromagnetische Aufnehmer 51b ist an dem Zylinderblock 1b in
der Nähe des Zeitgebungsrotors 51a angebracht. Der
Wassertemperatursensor 52 ist an dem Zylinderblock 1b befestigt,
um die Temperatur des Kühlwassers zu erfassen, das durch den in
dem Verbrennungsmotor 1 ausgebildeten Kühlwasserkanal 1c
hindurchströmt.
Die ECU 20 zum Steuern des Betriebszustands des
Verbrennungsmotors 1 ist ebenfalls vorgesehen.
Verschiedene Sensoren wie zum Beispiel der
Drosselstellungssensor 41, der
Beschleunigungsvorrichtungsstellungssensor 43, die
Luftdurchsatzmessvorrichtung 44, der Luft/Kraftstoff-
Verhältnissensor 48, der Kurbelwinkelsensor 51, der
Wassertemperatursensor 52 und die Ventilhubsensoren 317 sind
über eine elektrische Verdrahtung mit der ECU 20 verbunden.
Abgabesignale von diesen Sensoren werden in die ECU 20
eingegeben.
Die Zündvorrichtung 25a, die einlaßseitige Antriebsschaltung
30a, die auslaßseitige Antriebsschaltung 31a, die
Kraftstoffeinspritzventile 32 und der Drosselaktuator 40 sind
über eine elektrische Verdrahtung mit der ECU 20 verbunden. Die
ECU 20 kann die Zündvorrichtung 25a, die einlaßseitige
Antriebsschaltung 30a, die auslaßseitige Antriebsschaltung 31a,
die Kraftstoffeinspritzventile 32 und den Drosselaktuator 40
unter Verwendung der Abgabesignalwerte der verschiedenen
Sensoren als Parameter steuern.
Wie dies in der Fig. 4 gezeigt ist, ist die ECU 20 mit einer CPU
401, einem ROM 402, einem RAM 403, einem Sicherungs-RAM 404,
einem Eingabeanschluss 405, einem Abgabeanschluss 406 und einem
A/D-Wandler (A/D) 407 versehen. Die CPU 401, der ROM 402, der
RAM 403, der Sicherungs-RAM 404, der Eingabeanschluss 405 und
der Abgabeanschluss 406 sind über einen bidirektionalen Bus 400
miteinander verbunden. Der A/D-Wandler (A/D) 407 ist mit dem
Eingabeanschluss 405 verbunden.
Jene Sensoren, die Signale in einem analogen Signalformat
abgeben, das heißt der Drosselstellungssensor 41, der
Beschleunigungsvorrichtungsstellungssensor 43, die
Luftdurchsatzmessvorrichtung 44, der Luft/Kraftstoff-
Verhältnissensor 48, der Wassertemperatursensor 52 und die
Ventilhubsensoren 317 sind über eine elektrische Verdrahtung mit
dem A/D-Wandler 407 verbunden. Der A/D-Wandler 407 wandelt die
Abgabesignale von den vorstehend genannten Sensoren von dem
analogen Signalformat zu einem digitalen Signalformat für eine
Übertragung zu dem Eingabeanschluss 405.
Der Eingabeanschluss 405 ist außerdem mit Sensoren verbunden,
die Signale in einem digitalen Signalformat abgeben, wie zum
Beispiel der Kurbelwinkelsensor 51.
Der Eingabeanschluss 405 empfängt die Abgabesignale der
verschiedenen Sensoren direkt oder über den A/D-Wandler 407. Der
Eingabeanschluss 405 überträgt dann die empfangenen
Abgabesignale der verschiedenen Sensoren zu der CPU 401 und dem
RAM 403 über den bidirektionalen Bus 400.
Der Abgabeanschluss 406 ist über eine elektrische Verdrahtung
mit der Zündvorrichtung 25a, der einlaßseitigen
Antriebsschaltung 30a, der auslaßseitigen Antriebsschaltung 31a,
den Kraftstoffeinspritzventilen 32 und dem Drosselaktuator 40
verbunden. Der Abgabeanschluss 406 empfängt ein Steuersignal von
der CPU 401 über den bidirektionalen Bus 400. Der
Abgabeanschluss 406 überträgt dann das Steuersignal zu der
Zündvorrichtung 25a, der einlaßseitigen Antriebsschaltung 30a,
der auslaßseitigen Antriebsschaltung 31a, den
Kraftstoffeinspritzventilen 32 oder dem Drosselaktuator 40.
Der ROM 402 speichert eine
Leistungsaufnahmereduzierungssteuerroutine zusätzlich zu
Anwendungsprogrammen wie zum Beispiel eine
Kraftstoffeinspritzmengensteuerroutine, eine
Kraftstoffeinspritzzeitgebungssteuerroutine, eine Einlaßventil-
Öffnungs/Schließzeitgebungssteuerroutine, eine Auslaßventil-
Öffnungs/Schließzeitgebungssteuerroutine, eine einlaßseitige
Magnetisierungsstrombetragssteuerroutine, eine auslaßseitige
Magnetisierungsstrombetragssteuerroutine, eine
Zündzeitgebungssteuerroutine und eine
Drosselöffnungsgrößensteuerroutine.
Die Kraftstoffeinspritzmengensteuerroutine bestimmt die
Kraftstoffeinspritzmenge. Die
Kraftstoffeinspritzzeitgebungssteuerroutine bestimmt die
Kraftstoffeinspritzzeitgebung. Die Einlaßventil-
Öffnungs/Schließzeitgebungssteuerroutine bestimmt die Öffnungs-
und Schließzeitgebung des Einlaßventils 28. Die Auslaßventil-
Öffnungs/Schließzeitgebungssteuerroutine bestimmt die Öffnungs-
und Schließzeitgebung des Auslaßventils 29. Die einlaßseitige
Magnetisierungsstrombetragssteuerroutine bestimmt den in den
einlaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 30
einzuspeisenden Betrag des Magnetisierungsstroms. Die
auslaßseitige Magnetisierungsstrombetragssteuerroutine bestimmt
den in den auslaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 31 einzuspeisenden Betrag des
Magnetisierungsstroms. Die Zündzeitgebungssteuerroutine bestimmt
die Zündzeitgebung der Zündkerze 25 von jedem Zylinder 21. Die
Drosselöffnungsgrößensteuerroutine bestimmt die Öffnungsgröße
des Drosselventils 39. Die
Leistungsaufnahmereduzierungssteuerroutine reduziert die
Leistungsaufnahme des auslaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus' in einem vorbestimmten Zeitraum.
Der ROM 402 speichert verschiedene Steuerungsabbildungen
zusätzlich zu den vorstehend genannten Anwendungsprogrammen.
Beispiele von diesen Steuerungsabbildungen beinhalten eine
Kraftstoffeinspritzmengensteuerungsabbildung, eine
Kraftstoffeinspritzzeitgebungssteuerungsabbildung, eine
Einlaßventil-Öffnungs/Schließzeitgebungssteuerungsabbildung,
eine Auslaßventil-
Öffnungs/Schließzeitgebungssteuerungsabbildung, eine
einlaßseitige Magnetisierungsstrombetragssteuerungsabbildung,
eine auslaßseitige
Magnetisierungsstrombetragssteuerungsabbildung, eine
Zündzeitgebungssteuerungsabbildung und eine
Drosselöffnungsgrößensteuerungsabbildung.
Die Kraftstoffeinspritzmengensteuerungsabbildung zeigt die
Beziehung zwischen dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1
und der Kraftstoffeinspritzmenge. Die
Kraftstoffeinspritzzeitgebungssteuerungsabbildung zeigt die
Beziehung zwischen dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1
und der Kraftstoffeinspritzzeitgebung. Die Einlaßventil-
Öffnungs/Schließzeitgebungssteuerungsabbildung zeigt die
Beziehung zwischen dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1
und der Öffnungs- und Schließzeitgebung des Einlaßventils 28.
Die Auslaßventil-Öffnungs/Schließzeitgebungssteuerungsabbildung
zeigt die Beziehung zwischen dem Betriebszustand des
Verbrennungsmotors 1 und der Öffnungs- und Schließzeitgebung des
Auslaßventils 29. Die einlaßseitige
Magnetisierungsstrombetragssteuerungsabbildung zeigt die
Beziehung zwischen dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1
und dem in den einlaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 30 einzuspeisenden Betrag des
Magnetisierungsstroms. Die auslaßseitige
Magnetisierungsstrombetragssteuerungsabbildung zeigt die
Beziehung zwischen dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1
und dem in den auslaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 31 einzuspeisenden Betrag des
Magnetisierungsstroms. Die Zündzeitgebungssteuerungsabbildung
zeigt die Beziehung zwischen dem Betriebszustand des
Verbrennungsmotors 1 und der Zündzeitgebung von jeder Zündkerze
25. Die Drosselöffnungsgrößensteuerungsabbildung zeigt die
Beziehung zwischen dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1
und der Öffnungsgröße des Drosselventils 39.
Der RAM 403 speichert Abgabesignale von jedem Sensor,
Berechnungsergebnisse der CPU 401 und dergleichen. Zum Beispiel
können die Berechnungsergebnisse eine auf der Grundlage eines
Abgabesignals von dem Kurbelwinkelsensor 51 berechnete
Motordrehzahl sein. Verschiedene in dem RAM 403 gespeicherte
Daten werden jedes Mal mit den neuesten Daten aufgefrischt, wenn
der Kurbelwinkelsensor 51 ein Signal abgibt.
Der Sicherungs-RAM 404 ist ein nicht-flüchtiger Speicher, der
Daten sogar dann speichert, wenn der Verbrennungsmotor 1 seinen
Betrieb beendet hat. Der Sicherungs-RAM 404 speichert Lernwerte
bezüglich verschiedener Steuerungen, Informationen, die einen
defekten Abschnitt bestimmen, und dergleichen.
Die CPU 401 arbeitet gemäß den in dem ROM 402 gespeicherten
Anwendungsprogrammen. Die CPU 401 führt eine
Leistungsaufnahmereduzierungssteuerung zusätzlich zu Steuerungen
wie zum Beispiel eine Kraftstoffeinspritzsteuerung, eine
Zündsteuerung, eine Einlaßventil-Öffnungs/Schließsteuerung, eine
Auslaßventil-Öffnungs/Schließsteuerung, eine Drosselsteuerung
und dergleichen aus.
Bezüglich der Leistungsaufnahmereduzierungssteuerung ändert die
CPU 401 die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils 29, wenn die
Leistungsaufnahme des auslaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 31 einen vorbestimmten Wert
überschreitet, während der Verbrennungsmotor 1 zumindest in
einem Hochlastbereich oder in einem hohen Drehzahlbereich
arbeitet, um den Betrag des in den auslaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31 einzuspeisenden
Magnetisierungsstroms zu reduzieren. Alternativ ändert die CPU
401 die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils 29, wenn der Betrag
des in den auslaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 31 pro Zeiteinheit einzuspeisenden
Magnetisierungsstroms die Strombelastbarkeit des Kabelbündels
überschreitet, während der Verbrennungsmotor 1 zumindest in
einem Hochlastbereich oder in einem hohen Drehzahlbereich
arbeitet, um den Betrag des in den auslaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31 einzuspeisenden
Magnetisierungsstroms zu reduzieren.
Wenn der Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 in dem hohen
Drehzahlbereich ist, ist pro Zeiteinheit die Anzahl Takte
erhöht, in denen das Einlaßventil 28 und das Auslaßventil 29
geöffnet und geschlossen werden. Dies erhöht den Betrag des in
den einlaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 30
und in den auslaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 31 pro Zeiteinheit einzuspeisenden
Magnetisierungsstroms. Wenn der Verbrennungsmotor 1 in dem
Hochlastbereich arbeitet, dann ist ein innerer Druck des
Zylinders im Allgemeinen höher als wenn er in dem
Niedriglastbereich arbeitet. Wie dies vorstehend beschrieben
ist, hat der Zylinder einen hohen inneren Druck während des
Ausdehnungshubs aufgrund der Verbrennung des Gemisches. Demgemäß
kann davon ausgegangen werden, dass der Zylinder einen extrem
hohen inneren Druck während des Ausdehnungshubs hat, wenn er in
dem Hochlastbereich arbeitet. Diese Situation kann es
erschweren, die erforderliche Leistung zum normalen Steuern des
Einlaß- und Auslaßventils von den elektromagnetischen
Antriebsmechanismen 30, 31 zuzuführen. Infolgedessen ist die
Leistungsaufnahme des einlaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 30 und des auslaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31 erhöht, wenn der
Verbrennungsmotor 1 zumindest in dem Hochlastbereich oder in dem
hohen Drehzahlbereich arbeitet.
Wenn das Einlaßventil 28 bei dem Einlaßhub des jeweiligen
Zylinders 21 geöffnet wird, hat der Zylinder 21 jedoch einen
inneren Unterdruck infolge der Trägheitswirkung des Abgases und
der Abwärtsbewegung des Kolbens 22. Dieser Unterdruck wirkt an
dem Einlaßventil 28 in der Ventilöffnungsrichtung, was dem
einlaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 30 ein
Öffnen des Einlaßventils 28 mit einem relativ geringen Betrag
des Magnetisierungsstroms ermöglicht.
Demgemäß überschreitet der Betrag des in den einlaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 30 pro Zeiteinheit
einzuspeisenden Magnetisierungsstroms nicht die
Strombelastbarkeit des Kabelbündels. Es ist jedoch schwierig,
die Leistungsaufnahme sowohl des einlaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 30 als auch des
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31
wesentlich zu reduzieren, obwohl der Betrag des in den
einlaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 30
einzuspeisenden Magnetisierungsstroms reduziert ist.
Andererseits hat der Zylinder 21 einen hohen inneren Druck
aufgrund der Verbrennung des Gemisches, wenn das Auslaßventil 29
bei dem Auslaßhub des jeweiligen Zylinders 21 geöffnet wird. Da
dieser Druck auf das Auslaßventil 29 in der
Ventilschließrichtung wirkt, muss der auslaßseitige
elektromagnetische Antriebsmechanismus 31 das Auslaßventil 29
gegen diesen Druck öffnen. Anders gesagt verbraucht der
auslaßseitige elektromagnetische Antriebsmechanismus 31 einen
relativ großen Betrag des Magnetisierungsstroms, um das
Auslaßventil 29 zu öffnen.
Es ist daher wahrscheinlich, dass der auslaßseitige
elektromagnetische Antriebsmechanismus 31 einen großen
Leistungsbetrag verbraucht und dass der Betrag des in den
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31 pro
Zeiteinheit einzuspeisenden Magnetisierungsstroms die
Strombelastbarkeit des Kabelbündels erreicht.
Demgemäß führt die Reduzierung des Betrags des in den
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31
einzuspeisenden Magnetisierungsstroms zu einer wesentlichen
Reduzierung der Leistungsaufnahme sowohl des einlaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 30 als auch des
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31.
Wenn der Verbrennungsmotor 1 zumindest in dem Hochlastbereich
oder in dem hohen Drehzahlbereich arbeitet, wird die
Öffnungszeitgebung des Auslaßventils 29 normalerweise während
des Ausdehnungshubs vor dem unteren Totpunkt des Auslaßhubs
festgelegt, um die Auslaß- und Einlaßwirkung zu verbessern.
Zum Beispiel beim Betrieb im hohen Drehzahlbereich, bei dem der
Verbrennungsmotor 1 die maximale Abgabe erzeugt, erreicht die
Motorabgabe den höchsten Wert, wenn die Öffnungszeitgebung des
Auslaßventils 29 auf die mittlere Stufe des Ausdehnungshubs vor
dem unteren Totpunkt des Auslaßhubs festgelegt wird, wie dies in
der Fig. 5 gezeigt ist, das heißt nahe 100°CA (Kurbelwinkel) vor
dem unteren Totpunkt des Auslaßhubs oder 100°CA BBDC.
Der Grund für dieses Ergebnis ist, dass der durch die
Verbrennung des Gemisches erzeugte Druck, das heißt der
Verbrennungsdruck, nicht ausreichend zu den Kolben 22 übertragen
wird, falls die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils 29 zu der
Anfangsperiode des Ausdehnungshubs vorgeschoben wird. Falls
andererseits die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils 29 zu der
späteren Periode des Ausdehnungshubs verzögert wird, das heißt
zur Nähe des unteren Totpunkts des Ausdehnungshubs, kann die
Trägheitswirkung des Abgases nicht ausreichend erzielt werden
und die in dem Zylinder 21 verbleibende Gasmenge ist erhöht. Das
Ergebnis ist eine Reduzierung der Ladungswirkung von frischer
Luft bei dem folgenden Einlaßhub.
Falls jedoch die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils 29 auf die
mittlere Stufe des Ausdehnungshubs festgelegt wird, um so die
höchste Motorabgabe zu erhalten, ist die zum Antreiben für das
Öffnen und Schließen des Auslaßventils 29 erforderliche
Leistungsaufnahme infolge des erhöhten inneren Drucks des
Zylinders 21, das heißt des Zylinderinnendrucks, erhöht. Es ist
zu beachten, dass die in der Fig. 5 gezeigte Leistungsaufnahme
eine integrierte Leistungsaufnahme vom Öffnen bis zum Schließen
des Auslaßventils 29 ist.
Falls die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils 29 direkt vor dem
unteren Totpunkt des Auslaßhubs nahe 20°CA bis 40°CA BBDC
festgelegt wird, ist andererseits die Leistungsaufnahme
verglichen mit derjenigen bei der mittleren Stufe des
Ausdehnungshubs, das heißt nahe 100°CA BBDC, reduziert. Der
innere Druck des Zylinders nahe 20°CA bis 40°CA BBDC ist
außerdem kleiner als derjenige bei der mittleren Stufe des
Ausdehnungshubs. Daher erreicht die Leistungsaufnahme vom Öffnen
bis zum Schließen des Auslaßventils 29 den minimalen Wert nahe
20°CA bis 40°CA BBDC.
Demgemäß ist durch das Verzögern der Öffnungszeitgebung des
Auslaßventils 29 zur Nähe des unteren Totpunkts des Auslaßhubs,
wenn der Verbrennungsmotor 1 zumindest in dem Hochlastbereich
oder in dem hohen Drehzahlbereich arbeitet, die
Leistungsaufnahme des auslaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 31 wesentlich reduziert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel verzögert die CPU 401 die
Öffnungszeitgebung des Auslaßventils 29 zur Nähe des unteren
Totpunkts des Auslaßhubs, falls eine der nachfolgend
beschriebenen zwei Bedingungen erfüllt ist, während der
Verbrennungsmotor 1 zumindest in dem Hochlastbereich oder in dem
hohen Drehzahlbereich arbeitet. Diese zwei Bedingungen sind,
dass die Leistungsaufnahme des auslaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31 einen
vorbestimmten Wert überschreitet und dass der Betrag des in den
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31 pro
Zeiteinheit einzuspeisenden Magnetisierungsstroms die
Strombelastbarkeit des Kabelbündels überschreitet.
Nachfolgend wird die Leistungsaufnahmereduzierungssteuerung
gemäß diesem Ausführungsbeispiel speziell beschrieben. Die CPU
401 führt die in der Fig. 6 gezeigte
Leistungsaufnahmereduzierungssteuerroutine aus. Diese
Leistungsaufnahmereduzierungssteuerroutine ist in dem ROM 402
vorgespeichert und wird durch die CPU 401 bei vorbestimmten
Zeitintervallen wiederholt ausgeführt, zum Beispiel jedes Mal
wenn der Kurbelwinkelsensor 51 ein Pulssignal abgibt.
Bei der Leistungsaufnahmereduzierungssteuerroutine bestimmt die
CPU 401 zunächst die Motordrehzahl und den Abgabesignalwert, das
heißt den Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsbetrag des
Beschleunigungsvorrichtungsstellungssensors 43 aus dem RAM 403
bei S601.
Bei S602 bestimmt die CPU 401 des weiteren auf der Grundlage der
bei S601 bestimmten Motordrehzahl und des bei S601 bestimmten
Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsbetrags, ob der
Verbrennungsmotor 1 zumindest in dem Hochlastbereich oder in dem
hohen Drehzahlbereich arbeitet.
Falls bei S602 bestimmt wird, dass der Verbrennungsmotor 1 nicht
in dem Hochlastbereich oder dem hohen Drehzahlbereich arbeitet,
schreitet die CPU 401 zu S607 weiter. Bei S607 steuert die CPU
401 die auslaßseitige Antriebsschaltung 31a, um die
Öffnungszeitgebung des Auslaßventils 29 auf eine normale
Einstellung festzulegen, und dann endet die Routine.
Falls bei S602 andererseits bestimmt wird, dass der
Verbrennungsmotor 1 zumindest in dem Hochlastbereich oder in dem
hohen Drehzahlbereich arbeitet, schreitet die CPU 401 zu S603
weiter. Bei S603 berechnet die CPU 401 die Leistungsaufnahme des
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31 auf
der Grundlage des Betrags des in den auslaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31 einzuspeisenden
Magnetisierungsstroms. Dieser Betrag wird gemäß der
auslaßseitigen Magnetisierungsstrombetragssteuerroutine getrennt
berechnet.
Bei S604 bestimmt die CPU 401, ob die bei S603 berechnete
Leistungsaufnahme des auslaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 31 größer ist als eine vorbestimmte
maximale Leistungsaufnahme. Diese maximale Leistungsaufnahme
wird durch ein Subtrahieren der Leistungsaufnahme von beliebigen
Stromverbrauchseinrichtungen außer dem auslaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31 von der
Generatorkapazität des Wechselstromgenerators 61 erhalten. Diese
Berechnung gibt die maximal mögliche Leistung an, die für den
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31
verfügbar ist.
Bei S605 bestimmt die CPU 401, ob der bei S603 berechnete Betrag
des Magnetisierungsstroms des auslaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 31 die Strombelastbarkeit des
Kabelbündels überschreitet.
Falls bei S604 bestimmt wird, dass die Leistungsaufnahme des
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31
gleich wie oder kleiner als die vorbestimmte maximale
Leistungsaufnahme ist, und falls bei S605 bestimmt wird, dass
der Betrag des Magnetisierungsstroms des auslaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31 gleich wie oder
kleiner als die Strombelastbarkeit des Kabelbündels ist,
schreitet die CPU 401 zu S607 weiter. Bei S607 steuert die CPU
401 die auslaßseitige Antriebsschaltung 31a, um die
Öffnungszeitgebung des Auslaßventils 29 auf die normale
Einstellung festzulegen, und dann endet die Routine.
Falls jedoch bei S604 bestimmt wird, dass die Leistungsaufnahme
des auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31
größer ist als die vorbestimmte maximale Leistungsaufnahme, oder
falls bei S605 bestimmt wird, dass der Betrag des
Magnetisierungsstroms des auslaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 31 die Strombelastbarkeit des
Kabelbündels überschreitet, schreitet die CPU 401 zu S606
weiter.
Bei S606 steuert die CPU 401 die auslaßseitige Antriebsschaltung
31a, um die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils 29 zur Nähe des
unteren Totpunkts des Auslaßhubs zu verzögern, und dann endet
die Routine.
In diesem Zeitraum kann die Auslaßventilöffnungszeitgebung
entweder durch einen voreingestellten festen Betrag oder durch
einen variablen Betrag verzögert werden, der unter
Berücksichtigung der Motordrehzahl und der maximalen
Leistungsaufnahme als Parameter bestimmt wird.
In dem Fall, bei dem die Auslaßventilöffnungszeitgebung durch
den variablen Betrag verzögert wird, der unter Berücksichtigung
der Motordrehzahl und der maximalen Leistungsaufnahme als
Parameter bestimmt wird, kann eine Regelung ausgeführt werden.
Genauer gesagt kann der Verzögerungsbetrag auf der Grundlage der
Leistungsaufnahme oder des Betrags des Magnetisierungsstroms
nach der Verzögerung der Auslaßventilöffnungszeitgebung
korrigiert werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Steuervorrichtung gemäß
der Erfindung durch die CPU 401 verwirklicht, die die
Leistungsaufnahmereduzierungssteuerroutine als solches ausführt.
Somit ermöglicht der Verbrennungsmotor mit einem
elektromagnetischen Ventil gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine
Verbesserung der Zuverlässigkeit der Steuerbarkeit zum Öffnen
und zum Schließen des Auslaßventils 29, während er die
Leistungsaufnahme und den Betrag des Magnetisierungsstroms des
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31
reduziert, wenn die Leistungsaufnahme oder der Betrag des
Magnetisierungsstroms des auslaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus 31 die Kapazität bzw. die Belastbarkeit
überschreiten, während der Verbrennungsmotor 1 zumindest in dem
Hochlastbereich oder in dem hohen Drehzahlbereich arbeitet.
Durch die Reduzierung der Leistungsaufnahme des auslaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31 ist die maximal
mögliche Leistungsaufnahme des einlaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 30 erhöht. Daher
tritt kein fehlerhafter Öffnungs- und Schließvorgang des
Einlaßventils 28 infolge des Leistungsmangels des einlaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus 30 auf.
Außerdem ermöglicht die reduzierte Leistungsaufnahme des
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31
auch eine Reduzierung der Querschnittfläche des Kabelbündels.
Dies ermöglicht eine Reduzierung des Raums zum Anbringen des
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus 31 und
des Kabelbündels.
Außerdem ist die Abgastemperatur beim Öffnen des Auslaßventils
reduziert, wenn die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils 29
verzögert ist, während der Verbrennungsmotor 1 zumindest in dem
Hochlastbereich oder in dem hohen Drehzahlbereich arbeitet, was
eine Unterdrückung von Hitzeschäden der Abgassystembauteile wie
zum Beispiel der Abgasreinigungskatalysator 46 ermöglicht.
Es ist zu beachten, dass bei diesem Ausführungsbeispiel der
auslaßseitige elektromagnetische Antriebsmechanismus 31 dem
elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus der Erfindung
entspricht. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient die
Steuervorrichtung als die Steuervorrichtung der Erfindung.
Bei der Erfindung schließt der Betrag, das heißt die Leistung
oder der Strom, die dem elektromagnetischen Antriebsmechanismus
zugeführt werden können, zum Beispiel den Wert ein, der durch
das Subtrahieren der Leistungsaufnahme von irgendeiner
Stromverbrauchseinrichtung des Fahrzeugs außer dem
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus von der
Generatorkapazität des Generators erhalten wird, sowie die
Strombelastbarkeit der elektrischen Verdrahtung, das heißt des
Kabelbündels zum elektrischen Verbinden des elektromagnetischen
Ventilantriebsmechanismus' mit dem Generator. Jedoch ist der
Betrag, der dem elektromagnetischen Antriebsmechanismus
zugeführt werden kann, nicht auf diese Werte beschränkt, sondern
er schließt all die Werte ein, die im Zusammenhang mit dem
Betrag der Leistung und/oder des Stroms stehen, die dem
elektromagnetischen Antriebsmechanismus zugeführt werden können.
Bei der Erfindung ist ein Beispiel für den Fall, bei dem der
Verbrennungsmotor so arbeitet, dass zumindest die zum Antreiben
für das Öffnen und Schließen des Auslaßventils erforderliche
Leistung und/oder der Strombetrag den Betrag überschreitet, der
dem elektromagnetischen Ventilzug zugeführt werden kann,
derjenige Fall, bei dem der Verbrennungsmotor in dem hohen
Drehzahlbereich und/oder in dem Hochlastbereich arbeitet. Der
Grund dafür ist, dass in dem hohen Drehzahlbereich die Anzahl
der Ventilöffnungstakte pro Zeiteinheit erhöht ist und somit die
Leistungsaufnahme dementsprechend erhöht ist. Außerdem ist in
dem Hochlastbereich der innere Druck des Zylinders im
Allgemeinen höher als in dem Niedriglastbereich, wodurch die für
jedes Öffnen des Ventils erforderliche Leistungsaufnahme erhöht
ist.
Die anderen Ausführungsbeispiele der Erfindung werden
nachfolgend beschrieben.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird
bestimmt, ob die auf der Grundlage des Betrags des in den
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus
einzuspeisenden Magnetisierungsstroms berechnete
Leistungsaufnahme größer ist als der Wert, der durch das
Subtrahieren der durch irgendeiner Stromverbrauchseinrichtung
außer dem auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus
von der Generatorkapazität des Generators, das heißt dem
Wechselstromgenerator, erhalten wird. Es kann jedoch alternativ
bestimmt werden, ob die Leistungsaufnahme von irgendeiner
Stromverbrauchseinrichtung einschließlich des auslaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus größer ist als die
Generatorkapazität des Generators. In diesem Fall wird die
Öffnungszeitgebung des Auslaßventils so geändert, dass sie die
Leistungsaufnahme des auslaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus reduziert, falls die Leistungsaufnahme
der Stromverbrauchseinrichtung einschließlich des auslaßseitigen
elektromagnetischen Antriebsmechanismus größer ist als die
Generatorkapazität des Generators.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, die
Öffnungszeitgebung des Auslaßventils so zu ändern, dass die
Leistungsaufnahme des auslaßseitigen elektromagnetischen
Antriebsmechanismus reduziert ist, falls irgendeine der
nachfolgend beschriebenen Bedingungen erfüllt ist, und zwar bei
einer vorbestimmten Zeitgebung. Diese Bedingungen schließen
Folgendes ein: Wenn der Verbrennungsmotor 1 in dem
Hochlastbereich arbeitet; wenn der Verbrennungsmotor in dem
hohen Drehzahlbereich arbeitet; wenn der zum Öffnen des
Auslaßventils erforderliche Betrag des Magnetisierungsstroms
einen vorbestimmten Referenzwert überschreitet; wenn die zum
Öffnen des Auslaßventils erforderliche Leistungsaufnahme einen
vorbestimmten Referenzwert überschreitet; und wenn die
Leistungsaufnahme von irgendeiner der vorstehend beschriebenen
Stromverbrauchseinrichtungen die Generatorkapazität des
Generators überschreitet. Alternativ kann die Öffnungszeitgebung
des Auslaßventils so geändert werden, dass die Leistungsaufnahme
des auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus'
reduziert ist, falls irgendeine Kombination der vorstehend
genannten Bedingungen erfüllt ist.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die
Öffnungszeitgebung des Auslaßventils zur Nähe des unteren
Totpunkts des Auslaßhubs verzögert. Jedoch kann alternativ die
Öffnungszeitgebung des Auslaßventils direkt zu dem unteren
Totpunkt des Auslaßhubs verzögert werden, anstatt sie zur Nähe
des unteren Totpunkts des Auslaßhubs zu verzögern. Es ist zu
beachten, dass die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils
vorzugsweise nicht hinter dem unteren Totpunkt des Auslaßhubs
verzögert wird. Der Grund für diese bevorzugte Vorgehensweise
ist, dass sich der Kolben hinter dem unteren Totpunkt des
Auslaßhubs in dem Zylinder nach oben bewegt. Infolgedessen wird
das in dem Zylinder verbrannte Gas komprimiert, wodurch der an
dem Auslaßventil in der Ventilschließrichtung wirkende Druck
erhöht ist.
Es ist nur erforderlich, dass die Leistungsaufnahme des
auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus nach
dem Ändern der Öffnungszeitgebung geringer ist als vorher. Daher
kann zum Beispiel die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils zur
minimalen Leistungsaufnahme geändert werden, das heißt zur
reduzierten Leistungsaufnahme, oder sie kann so geändert werden,
dass der innere Druck des Zylinders niedriger ist als bei der
gegenwärtigen Öffnungszeitgebung.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die
Steuervorrichtungen mit universellen Prozessoren implementiert.
Es ist für einen Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass die
Steuervorrichtungen unter Verwendung einer einzigen integrierten
Spezialschaltung (zum Beispiel ASIC) mit einem Haupt- oder
Zentralprozessorabschnitt für die gesamte Systemsteuerung und
separaten Abschnitten implementiert sein können, die zum
Ausführen verschiedener bestimmter Berechnungen, Funktionen und
anderen Prozessen unter Steuerung des Zentralprozessorabschnitts
dediziert sind. Die Steuervorrichtungen können eine Vielzahl
getrennt dedizierte oder programmierbare integrierte oder andere
elektronische Schaltungen oder Vorrichtungen sein (zum Beispiel
festverdrahtete elektronische oder Logikschaltungen wie zum
Beispiel eine Schaltung mit diskreten Elementen oder
programmierbare Logikvorrichtungen wie zum Beispiel PLD's,
PLA's, PAL's oder dergleichen). Die Steuervorrichtungen können
für die Anwendung mit einem universellen Computer geeignet
programmiert werden, zum Beispiel ein Mikroprozessor,
Mikrokontroller oder eine andere Prozessoreinrichtung (CPU oder
MPU), entweder allein oder in Verbindung mit einem oder mehreren
peripheren (zum Beispiel aus integrierten Schaltungen
bestehenden) Daten- und Signalverarbeitungseinrichtungen. Im
Allgemeinen kann jede beliebige Vorrichtung oder Baugruppe von
Vorrichtungen als die Steuerungsvorrichtungen verwendet werden,
sofern ein endlicher Automat die hierin beschriebenen Prozeduren
implementieren kann. Eine verteilte Verarbeitungsarchitektur
kann für eine maximale Daten/Signal-Verarbeitungsfähigkeit und
Geschwindigkeit verwendet werden.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten
Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, sollte klar sein, dass
die Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele
oder Aufbauten beschränkt ist. Im Gegenteil, die Erfindung soll
verschiedene Abwandlungen und äquivalente Aufbauten abdecken.
Während die verschiedenen Bauteile der bevorzugten
Ausführungsbeispiele anhand von Beispielen in verschiedenen
Kombinationen und Aufbauten gezeigt sind, sind zusätzlich andere
Kombinationen und Aufbauten einschließlich mehrerer, weniger
oder eines einzigen Bauteils ebenfalls innerhalb des Umfangs der
Erfindung.
Ein Verbrennungsmotor und ein Verfahren können eine zum Öffnen
eines auslaßseitigen elektromagnetischen Ventils (28)
erforderliche Leistungsaufnahme bei einer vorbestimmten
Bedingung reduzieren. Dieser Verbrennungsmotor hat einen
elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus (31), der ein
Öffnen und Schließen eines Auslaßventils (28) des
Verbrennungsmotors steuert, wobei eine als Reaktion auf eine
Einspeisung eines Magnetisierungsstroms erzeugte
elektromagnetische Kraft genutzt wird, und eine
Steuervorrichtung (20) zum Steuern einer Öffnungszeitgebung des
Auslaßventils (28) bei einer vorbestimmten Bedingung, um so die
Leistungsaufnahme des elektromagnetischen
Ventilantriebsmechanismus (31) zu reduzieren. Auf diese Weise
kann durch das Steuern der Öffnungszeitgebung des Auslaßventils
(28) bei der vorbestimmten Bedingung die zum Antreiben für das
Öffnen des Auslaßventils (28) erforderliche Leistungsaufnahme
reduziert werden.
Claims (12)
1. Verbrennungsmotor, der mit einem elektromagnetischen
Ventilantriebsmechanismus (31) für eine Steuerung zum Öffnen und
Schließen eines Auslaßventils (28) des Verbrennungsmotors
versehen ist, wobei eine durch Einspeisung eines
Magnetisierungsstroms erzeugte elektromagnetische Kraft genutzt
wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verbrennungsmotor eine Steuervorrichtung (20) zum Steuern
einer Öffnungszeitgebung des Auslaßventils (28) bei einer
vorbestimmten Bedingung aufweist, um eine Leistungsaufnahme des
elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus (31) zu
reduzieren.
2. Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuervorrichtung (20) die Öffnungszeitgebung des
Auslaßventils (28) so steuert, dass die Leistungsaufnahme
reduziert ist, wenn ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors
zumindest in einem hohen Drehzahlbereich oder in einem
Hochlastbereich ist.
3. Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuervorrichtung (20) die Öffnungszeitgebung des
Auslaßventils (28) so steuert, dass die Leistungsaufnahme
reduziert ist, wenn zumindest eine der folgenden Bedingungen
erfüllt ist:
die zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderliche Leistungsaufnahme überschreitet einen ersten Referenzwert,
die Leistungsaufnahme einer Stromverbrauchseinrichtung eines Fahrzeugs überschreitet einen zweiten Referenzwert; und
ein zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderlicher Betrag des Magnetisierungsstroms überschreitet einen dritten Referenzwert.
die zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderliche Leistungsaufnahme überschreitet einen ersten Referenzwert,
die Leistungsaufnahme einer Stromverbrauchseinrichtung eines Fahrzeugs überschreitet einen zweiten Referenzwert; und
ein zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderlicher Betrag des Magnetisierungsstroms überschreitet einen dritten Referenzwert.
4. Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuervorrichtung (20) die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils (28) so steuert, dass die Leistungsaufnahme reduziert ist, wenn ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors zumindest in einem hohen Drehzahlbereich oder in einem Hochlastbereich ist, und wenn zumindest eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
eine zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderliche Leistungsaufnahme überschreitet einen ersten Referenzwert;
eine Leistungsaufnahme einer elektrischen Last eines Fahrzeugs überschreitet einen zweiten Referenzwert; und
ein zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderlicher Betrag des Magnetisierungsstroms überschreitet einen dritten Referenzwert.
die Steuervorrichtung (20) die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils (28) so steuert, dass die Leistungsaufnahme reduziert ist, wenn ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors zumindest in einem hohen Drehzahlbereich oder in einem Hochlastbereich ist, und wenn zumindest eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
eine zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderliche Leistungsaufnahme überschreitet einen ersten Referenzwert;
eine Leistungsaufnahme einer elektrischen Last eines Fahrzeugs überschreitet einen zweiten Referenzwert; und
ein zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderlicher Betrag des Magnetisierungsstroms überschreitet einen dritten Referenzwert.
5. Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuervorrichtung (20) bestimmt, ob die zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderliche Leistungsaufnahme einen ersten Referenzwert überschreitet, ob die Leistungsaufnahme einer Stromverbrauchseinrichtung eines Fahrzeugs einen zweiten Referenzwert überschreitet, und ob ein zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderlicher Betrag des Magnetisierungsstroms einen dritten Referenzwert überschreitet oder nicht, und dass
die Steuervorrichtung (20) die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils (28) so steuert, dass die Leistungsaufnahme reduziert ist, wenn zumindest eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: Die zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderliche Leistungsaufnahme überschreitet den ersten Referenzwert; die Leistungsaufnahme der Stromverbrauchseinrichtung des Fahrzeugs überschreitet den zweiten Referenzwert; und der zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderliche Betrag des Magnetisierungsstroms überschreitet den dritten Referenzwert.
die Steuervorrichtung (20) bestimmt, ob die zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderliche Leistungsaufnahme einen ersten Referenzwert überschreitet, ob die Leistungsaufnahme einer Stromverbrauchseinrichtung eines Fahrzeugs einen zweiten Referenzwert überschreitet, und ob ein zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderlicher Betrag des Magnetisierungsstroms einen dritten Referenzwert überschreitet oder nicht, und dass
die Steuervorrichtung (20) die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils (28) so steuert, dass die Leistungsaufnahme reduziert ist, wenn zumindest eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: Die zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderliche Leistungsaufnahme überschreitet den ersten Referenzwert; die Leistungsaufnahme der Stromverbrauchseinrichtung des Fahrzeugs überschreitet den zweiten Referenzwert; und der zum Öffnen des Auslaßventils (28) erforderliche Betrag des Magnetisierungsstroms überschreitet den dritten Referenzwert.
6. Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5,
wobei der erste Referenzwert durch ein Subtrahieren einer
Leistungsaufnahme der Stromverbrauchseinrichtung des Fahrzeugs
außer dem auslaßseitigen elektromagnetischen Antriebsmechanismus
(31) von einer Generatorkapazität eines Generators (61) erhalten
wird.
7. Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5,
wobei der zweite Referenzwert eine Generatorkapazität eines
Generators (61) ist.
8. Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5,
wobei der dritte Referenzwert eine Strombelastbarkeit einer
elektrischen Verdrahtung ist, die den elektromagnetischen
Ventilantriebsmechanismus (31) mit einem Generator (61)
elektrisch verbindet.
9. Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei die Steuervorrichtung (20) bei einer vorbestimmten
Bedingung die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils (28) so
steuert, dass ein Zylinderinnendruck niedriger ist als bei einer
Öffnungszeitgebung in dem gegenwärtigen Zustand.
10. Verbrennungsmotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei die Steuervorrichtung (20) bei den vorbestimmten
Bedingungen die Öffnungszeitgebung des Auslaßventils (28) zur
Nähe eines unteren Totpunkts eines Auslaßhubs verzögert.
11. Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 10,
wobei die Steuervorrichtung (20) die Öffnungszeitgebung des
Auslaßventils (28) zu dem Punkt vor dem unteren Totpunkt des
Auslaßhubs verzögert.
12. Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors,
gekennzeichnet durch
die folgenden Schritte:
ein Bestimmen, ob vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind; und
ein Steuern einer Öffnungszeitgebung eines Auslaßventils (28), wenn die vorbestimmten Bedingungen erfüllt sind, um eine Leistungsaufnahme eines elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus (31) zu reduzieren, der ein Auslaßventil öffnet.
ein Bestimmen, ob vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind; und
ein Steuern einer Öffnungszeitgebung eines Auslaßventils (28), wenn die vorbestimmten Bedingungen erfüllt sind, um eine Leistungsaufnahme eines elektromagnetischen Ventilantriebsmechanismus (31) zu reduzieren, der ein Auslaßventil öffnet.
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