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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilöffnungs- und -schließsteuerungsvorrichtung, die
ein Ventilöffnen
und -schließen
einer Brennkraftmaschine durch Verwendung eines Drehmoments eines durch
ein Motorantriebsgerät
angetriebenen Motors.
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Hintergrund
der Erfindung
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Eine
herkömmliche
Ventilöffnungs-
und -schließsteuerungsvorrichtung
zur Steuerung des Ventilzeitverlaufs einer Brennkraftmaschine unter Verwendung
eines Drehmoments eines Motors ist beispielsweise in der JP-UM-A-4-105906
(nachstehend als Patentdokument 1 bezeichnet) offenbart. Außerdem ist
eine Ventilöffnungs-
und -schließsteuerungsvorrichtung,
die eine maximale Ventilanhebung in einer Brennkraftmaschine, die
Verwendung von einem Drehmoment eines Motors macht, beispielsweise
in der JP-A-11-324625 (nachstehend als Patentdokument 2 bezeichnet)
offenbart.
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Diese
Steuerungsvorrichtungen benötigen einen
kleinen Motor, der an einer Brennkraftmaschine angebracht werden
kann, und erfordern, dass dem Motor elektrischer Strom von beispielsweise 20A
oder mehr, vorzugsweise 40A oder mehr, zur Erzeugung eines großen Drehmoments
zugeführt
wird. Eine Motorantriebsvorrichtung 1 für eine derartige Steuerungsvorrichtung
ist in den 15A bis 15D dargestellt.
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Die
Steuerungsvorrichtung 1 treibt einen Dreiphasenmotor an
und ist mit einer Brückenschaltung 2 mit
einem Motor als Last versehen. Die Brückenschaltung 2 weist
drei Reihen von Zweigen mit jeweils zwei Schaltelementen 3a und 3b,
die miteinander in Reihe geschaltet sind, und zwei Dioden 4a und 4b auf,
die parallel zu den entsprechenden Schaltelementen 3a und 3b geschaltet
sind. Die jeweiligen Zweige 5u, 5v und 5w sind
miteinander parallel mit einer elektrischen Energiequelle verbunden, und
jeweilige nicht angeschlossene Anschlüsse der Wicklungen 8u, 8v und 8w des
Motors, die miteinander im Stern geschaltet sind, sind mit Verbindungspunkten 7u, 7v und 7w der
Schaltelemente 3a und 3b an den jeweiligen Zweigen 5u, 5v und 5w verbunden.
Eine (nicht gezeigte) Steuerschaltung, die mit den Gate-Anschlüssen der
jeweiligen Schaltelemente 3a und 3b verbunden
ist, steuert das Ein- bzw. Ausschalten (Ein/Aus) der jeweiligen
Schaltelemente 3a und 3b, um den Wicklungen 8u, 8v und 8w des Motors
Strom zuzuführen.
Beispielsweise werden zur Zufuhr eines elektrischen Stroms zu den
Wicklungen 8u und 8v, wie es in 15A durch eine Linie mit abwechselnd
einem langen und zwei kurzen Strichen mit Pfeilen angegeben ist,
das Schaltelement 3a auf einer oberen Stufenseite des Zweigs 5u,
das mit der Wicklung 8u verbunden ist, und das Schaltelement 3b auf
der unteren Stufenseite des Zweigs 5v, das mit der Wicklung 8v verbunden
ist, in den eingeschalteten Zustand versetzt.
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In
der Motorantriebsvorrichtung 1 fließt, wenn beispielsweise ein
Schaltelement 3a der zwei Schaltelemente 3a und 3b des
Zweigs 5v in den eingeschalteten Zustand versetzt ist,
wie es in 15B gezeigt
ist, um den Wicklungen 8u und 8v elektrischen
Strom zuzuführen,
ein Kreisstrom, wie er mit Pfeilen in 15B durch
gestrichelte Linien mit abwechselnd einem langen und zwei kurzen
Strichen angegeben ist, durch einen Pfad, der die Diode 4a, die
parallel zu einem separaten Schaltelement 3a in demselben
Zweig 5v wie derjenige, an dem das Schaltelement 3b angebracht
ist, parallel geschaltet ist, das Schaltelement 3a auf
dem Zweig 5u in einem eingeschalteten Zustand und den Wicklungen 8u und 8v miteinander
verbindet. Wenn der Kreisstrom fließt, verringert sich die restliche
Spannung zwischen den nicht-angeschlossenen Anschlüssen der
Wicklungen 8u und 8v.
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Da
ein Spannungsabfall einer Diode im Allgemeinen in der Größenordnung
von 0,7 V beträgt, wird
ein Wärmeverlust
in einer Größe von 28
Watt verursacht, wenn ein Kreisstrom von beispielsweise 40A durch
die Diode fließt.
In der Motorantriebsvorrichtung 1 einer Ventilöffnungs-
und -schließsteuerungsvorrichtung
einer Bauart, die Verwendung von einem Motor macht, ist die Frequenz
des Ein-/Ausschaltens der Schaltelemente 3a und 3b hoch,
so dass der Kreisstrom bewirkt, dass die Dioden 4a und 4b sehr
viel Wärme
erzeugen. Die durch die Dioden 4a und 4b erzeugte übermäßige Wärme bringt
Fehler in Bestandteilen wie die Schaltelemente 3a und 3b usw.
der Motorantriebsvorrichtung 1 mit sich. Wenn jedoch die
Frequenz des Ein-/Ausschaltens der Schaltelemente 3a und 3b geringer
gemacht wird, um die durch die Dioden 4a und 4b erzeugte
Wärme zu
beschränken,
wird das Antriebsleistungsvermögen
des Motors und somit das Ventilöffnungs-
und -schließsteuerungsleistungsvermögen verschlechtert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilöffnungs-
und -schließsteuerungsvorrichtung
einer Bauart bereitzustellen, die Verwendung von einem Motor macht,
wobei in der Vorrichtung das Antriebsleistungsvermögen des
Motors verbessert wird und die durch Bestandelemente erzeugte Wärme beschränkt ist.
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Gemäß Ausgestaltungen
der Erfindung weist das Motorantriebsgerät eine Brückenschaltung mit einer Vielzahl
von Reihen von Zweigen auf, die jeweils zwei in Reihe geschaltete
Schaltelemente und zwei parallel zu den entsprechenden Schaltelementen
geschaltete Dioden aufweist. In der Brückenschaltung sind die jeweiligen
Zweige parallel zu der elektrischen Energiequelle geschaltet, und
Wicklungen des Motors sind mit Verbindungspunkten der zwei Schaltelemente
auf den jeweiligen Zweigen verbunden. Eine Steuerungseinrichtung
zur Steuerung des Ein-/Ausschaltens der Schaltelemente versetzt das
Schaltelement an einem der zwei Zweigreihen in einen eingeschalteten
Zustand, um den Wicklungen elektrischen Strom zuzuführen. Nach
Zufuhr des elektrischen Stroms bewirkt die Steuerungseinrichtung,
dass ein Stromzufuhrstoppelement, bei dem es sich um eines der zwei
Schaltelemente handelt, das in einen eingeschalteten Zustand versetzt
ist, in einen ausgeschalteten Zustand versetzt wird, und bewirkt,
dass das separate Schaltelement auf demselben Zweig wie derjenige,
auf dem das Stromzufuhrstoppelement angeordnet ist, in einen eingeschalteten
Zustand versetzt wird. Dadurch fließt ein Kreisstrom (zirkulierender
Strom) nicht durch die Dioden, sondern durch das separate Schaltelement
auf demselben Zweig wie derjenige, auf dem das Stromzufuhrstoppelement
angeordnet ist. Daher kann die Frequenz des Ein/Ausschaltens der
Schaltelemente erhöht
werden, da die Verwendung der Schaltelemente mit geringem Widerstand
ermöglicht,
die Wärmeerzeugung
der Schaltelemente aufgrund des zirkulierenden elektrischen Stroms
zu verhindern. Die Frequenz bzw. die Häufigkeit des Ein/Ausschaltens der
Schaltelemente wird erhöht,
wodurch das Antriebsleistungsvermögen des Motors und somit das Ventilöffnungs-
und - schließsteuerungsleistungsvermögen der
Ventilöffnungs- und -schließsteuerungsvorrichtung
verbessert wird.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung versetzt die Steuerungseinrichtung das
separate Schaltelement auf demselben Zweig wie der, auf dem das
Stromeinprägungsstoppelement
angeordnet ist, in einen eingeschalteten Zustand zu einem späteren Zeitverlauf
(Zeitpunkt) wie der, zu dem das in den eingeschalteten Zustand versetzte
Stromeinprägungsstoppelement
in den ausgeschalteten Zustand versetzt wird. Dadurch ist es möglich, das
Fließen
eines übermäßigen elektrischen
Stroms durch das Stromeinprägungsstoppelement
zu meiden, was andernfalls einen Fehler verursachen könnte.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung steuert die Steuerungseinrichtung,
nachdem die eine der zwei Zweigreihen in einen eingeschalteten Zustand
versetzt worden ist, um den Wicklungen elektrischen Strom zuzuführen, das
Ein-/Ausschalten des als Stromeinprägungsstoppelement ausgewählte Schaltelement
mittels des Impulsbreitenmodulationsverfahrens. Während das
Ein-/Ausschalten des ausgewählten
Stromeinprägungsstoppelements durch
das Impulsbreitenmodulationsverfahren wiederholt wird, fließt ein Kreisstrom
durch das separate Schaltelement auf demselben Zweig wie der, auf
dem das Stromeinprägungsstoppelemenmt
angeordnet ist, jedes Mal, wenn das Stromeinprägungsstoppelement in einen
ausgeschalteten Zustand versetzt wird. Daher wird eine Drehmoment
des Motors variabel gemacht, während
die von den Schaltelementen erzeugte Wärme beschränkt wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind erste Enden der jeweiligen
Zweige an einem ersten Verbindungspunkt miteinander verbunden, und
sind die anderen Enden der jeweiligen Zweige an einem zweiten Verbindungspunkt
miteinander verbunden. Weiterhin weisen die jeweilgen Zweige ein
Lastwiderstandselement zwischen dem sich direkt nahe an dem ersten
Verbindungspunkt befindlichen Schaltelement und dem Verbindungspunkt auf,
und eine Erfassungseinrichtung erfasst einen durch das Lastwiderstandselement
der jeweiligen Zweige fließenden
elektrischen Strom. Dadurch kann ein durch Brückenschaltung fließender Kreisstrom erfasst
werden. Dementsprechend kann die Wärmeleistung der Bestandelemente
beispielsweise auf der Grundlage von Ergebnissen der durch die Erfassungseinrichtung
durchgeführten
Erfassung des Kreisstroms geschätzt
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung, weist der erste Verbindungspunkt
ein höheres
elektrisches Potential als der zweite Verbindungspunkt auf, so dass
die Erfassungseinrichtung einen durch die Brückenschaltung fließenden übermäßigen Strom
in dem Fall erfassen kann, wenn die Zwischenverbindungspunkte der
Zweige geerdet sind. Dementsprechend kann die Zufuhr des elektrischen
Stroms zu dem Motor beispielsweise entsprechend der durch die Erfassungseinrichtung
durchgeführten
Erfassung des Kreisstroms gestoppt werden.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Erfindung ist nachstehend anhand der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
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1A bis 1B schematische Darstellungen, die den
Betrieb eines Motorantriebsgeräts
gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
veranschaulichen,
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2 eine Querschnittsdarstellung,
die schematisch eine Ventilzeitverlaufssteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
veranschaulicht,
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3 eine Querschnittsdarstellung,
die entlang der Linie III-III in 2 genommen
ist,
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4 eine Querschnittsdarstellung,
die entlang der Linie IV-IV in 2 genommen
ist,
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5 ein Blockschaltbild, das
schematisch das Motorantriebsgerät
gemäß dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
darstellt,
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6 ein Blockschaltbild, das
schematisch eine Modifikation des Motorantriebsgeräts gemäß dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
veranschaulicht,
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7A eine schematische Darstellung,
die Steuerungssignale, die von einer Steuerschaltung einer Brückenschaltung
zugeführt
werden, gemäß dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
darstellt, wobei 7B eine
vergrößerte Darstellung
eines wesentlichen Teils gemäß 7A zeigt,
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8 ein Blockschaltbild, das
schematisch ein Motorantriebsgerät
gemäß einem
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel
darstellt,
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9 eine perspektivische Teil-Querschnittsdarstellung
eines wesentlichen Teils einer Ventilabhebungssteuerungsvorrichtung
gemäß einem
dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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10 eine perspektivische
Darstellung eines wesentlichen Teils einer Betätigungsglieds gemäß dem dritten
bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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11 eine Seitenansicht, die
einen wesentlichen Teils des Betätigungsglieds
gemäß dem dritten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
darstellt,
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12 ein Blockschaltbild,
das schematisch ein Motorantriebsgerät gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel
darstellt,
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13 ein Blockschaltbild,
das schematisch ein Motorantriebsgerät gemäß einem vierten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
darstellt,
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14 ein Blockschaltbild,
das eine Modifikation des Motorantriebsgeräts gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
darstellt, und
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15A bis 15B schematische Darstellungen, die den
Betrieb eines herkömmlichen
Motorantriebsgeräts
veranschaulicht.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele Nachstehend
sind Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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2 bis 4 zeigen eine Ventilzeitverlaufssteuerungsvorrichtung
als "Ventilöffnungs-
und -schließsteuerungsvorrichtung" gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Ventilzeitverlaufssteuerungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
ist in einem Übertragungssystem
(Getriebesystem) vorgesehen, das ein Antriebsdrehmoment einer Kurbelwelle
einer Brennkraftmaschine auf eine Nockenwelle 11 der Brennkraftmaschine überträgt. Unter
Verwendung eines Drehmoments eines Motors 12, der durch
ein Motorantriebsgerät 100 angetrieben
wird, steuert die Ventilzeitverlaufssteuerungsvorrichtung 10 das Öffnen und Schließen von
Einlass- und/oder Auslassventilen (Ansaug- und/oder Abgasventilen) der Brennkraftmaschine,
um dadurch einen Ventilzeitverlauf der Brennkraftmaschine zu steuern
(Ventilsteuerung durchzuführen).
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Wie
es in den 2 und 3 gezeigt ist, weist der
Motor 12 der Ventilzeitverlaufssteuerungsvorrichtung 10 einen
bürstenlosen
Dreiphasen-Motor mit einer Rotationswelle 14, Lagern 16,
einem Rotationswinkelsensor 18, einem Stator 20 usw.
auf.
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Die
Rotationswelle 14 ist an zwei axialen Positionen durch
die zwei Lager 16 gestützt,
um eine Achse O drehen zu können.
Die Rotationswelle 14 bildet einen Rotorabschnitt 15 in
der Form einer kreisförmigen
Scheibe, die von einem Wellenkörper radial
nach außen
sich erstreckt, und eine Vielzahl von Magneten 15a sind in
einer äußeren Randwand des
Rotorabschnitts 15 eingebettet. Der Rotationswinkelsensor 18 ist
in der Nähe
des Rotorabschnitts 15 angeordnet, um einen Rotationswinkel
der Rotationswelle 14 durch Erfassung der Intensität des durch die
jeweiligen Magneten 15a erzeugten Magnetfeldes zu erfassen.
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Der
Stator 20 ist an der äußeren Umfangsseite
der Rotationswelle 14 angeordnet. Eine Vielzahl von Kernen 21 des
Stators 20 sind mit gleichen Intervallen um die Achse O
der Rotationswelle 14 ausgerichtet. Eine Wicklung 22 ist
um jeden Kern 21 gewickelt. Wie es in 5 gezeigt ist, sind die Wicklungen 22 gemäß dem Ausführungsbeispiel
in Sätzen
zu dreien im Stern geschaltet, wobei jeweilige nicht-angeschlossene
Anschlüsse
der drei Wicklungen 22u, 22v und 22w in
demselben Satz mit einer Brückenschaltung 110 des
Motorantriebsgeräts 100 über Anschlüsse 23u, 23v und 23w angeschlossen
sind. Wenn durch das Motorantriebsgerät 100 gesteuert, bilden
die jeweiligen Wicklungen 22 (22u, 22v, 22w) an
der äußeren Randseite
der Rotationswelle 14 ein im Uhrzeigersinn oder gegen den
Uhrzeigersinn rotierendes Magnetfeld, wie es in 3 gezeigt ist. Wenn das umlaufende Magnetfeld
im Uhrzeigersinn, wie es in 3 gezeigt
ist, gebildet wird, wird daraufhin auf die jeweiligen Magneten des
Rotorabschnitts 15 eine Anziehung und Abstoßung ausgeübt, so dass ein
Drehmoment im Uhrzeigersinn gemäß 3 auf die Rotationswelle 14 ausgeübt wird.
Wenn gleichermaßen
das rotierende Magnetfeld gegen den Uhrzeigersinn gemäß 3 gebildet wird, wird ein
Drehmoment gegen den Uhrzeigersinn gemäß 3 auf die Rotationswelle 14 ausgeübt.
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Wie
es in den 2 und 4 gezeigt ist, weist ein
Phasenänderungsmechanismus 30 der Ventilzeitverlaufssteuerungsvorrichtung 10 einen Zahnkranz 32,
ein Ringzahnrad 33, eine exzentrische Welle 34,
ein Planetenzahnrad (Planetengetriebe) 35, eine Ausgangswelle 36 usw.
auf.
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Der
Zahnkranz 32 ist koaxial an einer äußeren Umfangsseite der Ausgangswelle 36 angeordnet, damit
sie relativ zu der Ausgangswelle 36 um dieselbe Achse O
wie diejenige der Rotationswelle 14 rotieren kann. Wenn
ein Antriebsdrehmoment der Kurbelwelle über einen Kettenriemen auf
den Zahnkranz 32 ausgeübt
wird, dreht sich der Zahnkranz 32 um die Achse O gegen
den Uhrzeigersinn gemäß 4, wobei die Rotationsphase
relativ zu der Kurbelwelle beibehalten wird. Das Ringzahnrad 33 weist
ein inneres Zahnrad auf und ist fest koaxial an einer inneren Umfangswand
des Zahnkranz 32 befestigt, um zusammen mit dem Zahnkranz 32 sich
zu drehen.
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Die
exzentrische Welle 34 ist mit der Rotationswelle 14 verbunden
und befestigt, um dadurch relativ zu der Achse O exzentrische angeordnet
zu sein, wodurch sie sich zusammen mit der Rotationswelle 14 drehen
kann. Das Planetenzahnrad 35 weist ein äußeres Zahnrad auf und ist an
einer inneren Umfangsseite des Zahnrads 33 angeordnet,
um Planetenbewegungen derart durchzuführen, dass ein Teil einer Vielzahl
von dessen Zähnen
in eine Vielzahl von Zähnen
des Ringzahnrads 33 eingreifen. Das Planetenzahnrad 35,
das koaxial an einer äußeren Umfangswand
der exzentrischen Welle 34 gestützt ist, kann sich relativ
zu der exzentrischen Welle 34 um eine exzentrische Achse
P drehen. Die Ausgangswelle 36 ist koaxial an die Nockenwelle 11 mittels
Bolzen befestigt und dreht sich zusammen mit der Nockenwelle 11 um
dieselbe Achse O wie diejenige der Rotationswelle 14. An der
Ausgangswelle 36 ist ein Eingriff 37 in Form einer
kreisförmigen
Ringplatte zur Zentrierung um die Achse O gebildet. Eine Vielzahl
von Eingriffsöffnungen 38 sind
an dem Eingriff 37 derart geformt, dass sie mit regelmäßigen Intervallen
um die Achse O beabstandet sind. An dem Planetenzahnrad 35 sind
Eingriffsvorsprünge 39 vorgesehen,
die an Stellen angeordnet sind, die den jeweiligen Eingriffsöffnungen 38 gegenüberliegen. Eine
Vielzahl der Eingriffsvorsprünge 39 sind
mit regelmäßigen Intervallen
um die exzentrische Achse P angeordnet. Die Eingriffsvorsprünge 39 springen
zu der Ausgangswelle 36 vor, um in die entsprechenden Eingriffsöffnungen 38 einzudringen.
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Wenn
die Rotationswelle 14 sich nicht relativ zu dem Zahnkranz 32 dreht,
dreht sich das Planetenzahnrad 35 zusammen mit dem Zahnkranz 32 und der
exzentrischen Welle 34 in Uhrzeigersinn gemäß 4, wobei es in einer Position
gehalten wird, in der es in das Ringzahnrad 33 eingreift,
wenn die Kurbelwelle sich dreht. Dabei dreht sich die Ausgangswelle 36 im
Uhrzeigersinn gemäß 4, wobei die Rotationsphase
relativ zu dem Zahnrad 32 beibehalten wird, da die Eingriffsvorsprünge 39 innere
Umfangswände
der Eingriffsöffnungen 38 in
Rotationsrichtung drücken
(schieben). Dadurch wird die Nockenwelle in der Rotationsphase relativ
zu der Kurbelwelle beibehalten. Wenn demgegenüber ein Anstieg des Drehmoments
bewirkt, dass die Rotationswelle 14 sich relativ zu dem
Zahnkranz 32 gegen den Uhrzeigersinn gemäß 4 dreht, verursachen Planetenbewegungen,
dass das Planetenzahnrad sich 35 relativ zu der exzentrischen
Welle 34 im Uhrzeigersinn gemäß 4 dreht. Da dabei Kräfte, mit denen die Eingriffsvorsprünge 39 die
Eingriffsöffnungen 38 in
Rotationsrichtung drücken,
ansteigen, eilt die Ausgangswelle 36 im Winkel relativ
zu dem Zahnkranz 32 vor. Dadurch ändert sich die Rotationsphase
der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle auf die im Winkel voreilende
Seite. Wenn demgegenüber
ein Anstieg des Rotationsdrehmoments bewirkt, dass die Rotationswelle 14 sich
relativ zu dem Zahnkranz 32 im Uhrzeigersinn gemäß 4 dreht, verursachen Planetenbewegungen,
dass das Planetenzahnrad 35 sich relativ zu der exzentrischen
Welle 34 gegen den Uhrzeigersinn gemäß 4 dreht. Da dabei die Eingriffsvorsprünge 39 die
Eingriffsöffnungen 38 in
einer zu der Rotation entgegengesetzten Richtung drücken, eilt
die Ausgangswelle 36 im Winkel relativ zu dem Zahnkranz 32 nach.
Dadurch ändert
sich die Rotationsphase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle
auf die im Winkel nacheilende Seite.
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Nachstehend
ist das Motorantriebsgerät 100 ausführlich beschrieben.
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Das
Motorantriebsgerät 100 weist
die Brückenschaltung 110,
eine elektrische Energieversorgung 120, eine Steuerschaltung 130 usw.
auf. Obwohl die jeweiligen Elemente 110, 120 und 130 schematisch
in 2 derart dargestellt
sind, dass sie außerhalb
des Motors 12 angeordnet sind, können Stellen, an denen die
jeweiligen Elemente 110, 120 und 130 eingebaut
sind, geeignet gewählt
werden. Beispielsweise kann die Brückenschaltung 110 innerhalb
des Motors 12 eingebaut werden, und die elektrische Energieversorgung 120 sowie
die Steuerschaltung 130 können außerhalb des Motors 12 eingebaut
sein.
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Wie
es in 5 gezeigt ist,
weist die Brückenschaltung 110 drei
Reihen von Zweigen auf, die zwei Schaltelemente 111a und 111b,
die miteinander in Reihe geschaltet sind, und zwei Dioden 112a und 112b aufweisen,
die parallel zu den entsprechenden Schaltelementen 111a und 111b geschaltet
sind. Die Wicklungen 22u, 22v und 22w sind
jeweils über
Anschlüsse 23u, 23v und 23w mit
Punkten 114u, 114v und 114w der Verbindung
der Schaltelemente 111a, 111b in den jeweiligen
Zweigen 113u, 113v und 113w verbunden.
Die jeweiligen Zweige 113u, 113v und 113w sind
parallel miteinander mit der elektrischen Energieversorgung 120 verbunden,
die eine Gleichspannungsenergieversorgung aufweist. Genauer gesagt
sind die jeweiligen Zweige 113u, 113v und 113w an
einem Ende miteinander an einem ersten Verbindungspunkt 116 verbunden,
und eine positive Elektrode der elektrischen Energieversorgung 120 ist
mit dem ersten Verbindungspunkt 116 verbunden. Außerdem sind
die jeweiligen Zweige 113u, 113v und 113w an
jeweils dem anderen Ende zusammen an einem zweiten Verbindungspunkt 117 verbunden,
wobei eine negative Elektrode der elektrischen Energieversorgung 120 mit
dem zweiten Verbindungspunkt 117 über ein Lastwiderstandselement 118 verbunden ist.
Dadurch weist der erste Verbindungspunkt 116 ein höheres Potential
als der zweite Verbindungspunkt 117 auf. Zusätzlich ist
das Lastwiderstandselement 118 mit einer (nicht gezeigten)
Erfassungsschaltung verbunden, die den durch das Lastwiderstandselement
fließenden
Strom erfasst, und kann ebenfalls zwischen dem ersten Verbindungspunkt 116 und
der positiven Elektrode der elektrischen Energieversorgung 120 geschaltet
sein. Außerdem kann
als eine Modifikation gemäß 6 der erste Verbindungspunkt 116 mit
der positiven Elektrode der elektrischen Energieversorgung 120 verbunden sein,
und kann der zweite Verbindungspunkt 117 geerdet sein,
oder kann der zweite Verbindungspunkt 117 mit der positiven
Elektrode der elektrischen Energieversorgung 120 verbunden
sein, und kann der erste Verbindungspunkt 116 geerdet sein.
In beiden Fällen
kann der erste Verbindungspunkt 116 oder der zweite Verbindungspunkt 117 über das
Lastwiderstandselement 118 mit der elektrischen Energieversorgung 120 verbunden
sein oder kann geerdet sein.
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Feldeffekttransistoren
werden für
die jeweiligen Schaltelemente 111a, 111b verwendet,
wobei eine Steuerschaltung 130 mit den Gates der jeweiligen
Schaltelemente 111a und 111b verbunden ist. Die
jeweiligen Schaltelemente 111a und 111b werden
entsprechend aus der Steuerschaltung 130 zugeführten Steuerungssignalen
ein- bzw. ausgeschaltet, und wenn die Elemente eingeschaltet sind,
wird ein Fließen
eines elektrischen Stroms zu dem zweiten Verbindungspunkt 117 aus
dem ersten Verbindungspunkt 116 bewirkt. Wenn das Schaltelement 111a eines
Zweigs, das an einer Seite (d.h. auf der Seite der oberen Stufe
bzw. Hälfte)
des Zwischenverbindungspunkts zu dem ersten Verbindungspunkt 116 angeordnet
ist, und das Schaltelement 111b eines anderen Zweigs, das
diagonal zu dem ersteren Schaltelement angeordnet ist und auf der
Seite (d.h. auf der Seite der unteren Stufe bzw. Hälfte) des
Zwischenverbindungspunkts zu dem zweiten Verbindungspunkt 117 angeordnet
ist, zusammen eingeschaltet werden, fließt ein elektrischer Strom durch zwei
Wicklungen 22, die in Reihe mit den zwei Schaltelementen 111a und 111b verbunden
sind. Wenn beispielsweise das Schaltelement 111a des Zweigs 113u und
das Schaltelement 111b des Zweigs 113v eingeschaltet
werden, wird ein elektrischer Strom den Wicklungen 22u und 22v zugeführt, wie
es in 1 durch eine Linie
mit abwechselnd einem lang und zwei kurz Strichen mit Pfeilen angegeben
ist. Wie es in 5 gezeigt
ist, ermöglichen
die Dioden 112a und 112b, die parallel zu den
Schaltelementen 111a und 111b in den jeweiligen
Zweigen 113u, 113v und 113w geschaltet
sind, dass ein elektrischer Strom von dem zweiten Verbindungspunkt 117 zu dem
ersten Verbindungspunkt 116 fließt.
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Die
Steuerschaltung 130 weist eine elektrische Schaltung wie
einen Mikrocomputer usw. auf. Die Steuerschaltung 130 steuert
das Einprägen
eines elektrischen Stroms aus der Brückenschaltung 110 in
den Motor 12. Zusätzlich
kann die Steuerschaltung 130 gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Funktion
zur Steuerung von beispielsweise des Betriebs einer Brennkraftmaschine
als auch eine Funktion zur Steuerung des Einprägens eines elektrischen Stroms
zu dem Motor 12 aufweisen.
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Nachstehend
ist ein Verfahren zur Steuerung der Brückenschaltung 110 mit
Verwendung der Steuerschaltung 130 unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Zusätzlich sind
nachstehend die Zweige 113u, 113v und 113w jeweils
als Au, Av und Aw abgekürzt,
und sind die Schaltelemente 111a und 111b jeweils
in 7 als Sa und Sb abgekürzt.
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Die
Steuerschaltung 130 erzeugt ein Steuerungssignal, dessen
Spannungspegel zwischen einem hohen (H) und einem niedrigen (L)
Pegel geschaltet wird. Die Steuerschaltung 130 führt ein
Steuerungssignal auf hohem Pegel den Schaltelementen 111a und 111b zu,
um diese in den eingeschalteten Zustand zu versetzen, und führt den
Schaltelementen 111a und 111b ein Steuerungssignal
auf niedrigem Pegel zu, um diese in einen ausgeschalteten Zustand
zu versetzen. Die Steuerschaltung 130 schaltet ein Steuerungssignal,
das den jeweiligen Schaltelementen 111a und 111b zugeführt wird,
im Spannungspegel, wie es in 7 gezeigt
ist, und schaltet so aufeinanderfolgend die zwei Schaltelemente 111a und 111b ein.
Dadurch wird den jeweiligen Wicklungen 22u, 22v und 22w ein
elektrischer Strom zu vorbestimmten Zeitverläufen zugeführt, um ein Drehmoment auf
die Rotationswelle 14 auszuüben. Wenn das Schalten des
Spannungspegels des Steuerungssignals auf der Abszisse gemäß 7 von rechts nach links
fortschreitet, wird der Rotationswelle 14 ein Drehmoment
in Vorwärtsrichtung
beaufschlagt, und wenn das Schalten des Spannungspegels des Steuerungssignals
auf der Abszisse gemäß 7 von links nach rechts
fortschreitet, wird der Rotationswelle 14 ein Drehmoment
in Rückwärtsrichtung
beaufschlagt.
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Die
Steuerschaltung 130 gemäß dem Ausführungsbeispiel
gibt kontinuierlich ein Steuerungssignal, das einem Schaltelement 111a der
zwei Schaltelemente 111a und 111b, die in den
eingeschalteten Zustand versetzt sind, eingegeben wird, auf einen hohen
Spannungspegel aus, wenn elektrischer Strom einer vorbestimmten
Wicklung 22 zugeführt wird,
und schaltet ein Steuerungssignal, das dem anderen Schaltelement 111b zugeführt wird,
abwechselnd zwischen hohen und niedrigen Spannungspegeln. Dadurch
kann die Steuerschaltung 130 das Ein- bzw. Ausschalten
des anderen Schaltelementes 111b der zwei Schaltelemente 111a und 111b,
das zum Einprägen
eines elektrischen Stroms in die vorbestimmte Wicklung 22 ausgewählt ist,
mittels eines Impulsbreitenmodulationsverfahrens (PWM-Verfahrens)
steuern. Dabei wird der Zeitverlauf, mit dem das Schaltelement 111b (das
nachstehend als PWM-Steuerungsobjektelement
bezeichnet ist), das Objekt einer PWM-Steuerung ist, ein- bzw. ausgeschaltet
wird, d.h., der Zeitverlauf, zu dem ein Steuerungssignal, das den
PWM-Steuerungsobjektelement 111b zugeführt wird, im Spannungspegel
geschaltet wird, auf der Grundlage der Drehzahl bestimmt, die in
dem Motor 12 realisiert werden soll.
-
Weiterhin
schaltet die Steuerschaltung 130 ein Steuerungssignal,
das einem anderen (separaten) Schaltelement (das nachstehend als
Element desselben Zweigs bezeichnet ist) 111a desselben Zweigs
wie derjenige zugeführt
wird, auf dem das PWM-Steuerungsobjektelement 111b angeordnet
ist, zwischen hohen und niedrigen Spannungspegeln in umgekehrter
Reihenfolge zu dem Fall des PWM-Steuerungsobjektelementes 111b.
Dabei schaltet die Steuerschaltung 130 ein Steuerungssignal,
das dem Element auf demselben Zweig 111a zugeführt wird,
von einem niedrigen Spannungspegel auf einen hohen Spannungspegel
nach Schalten eines Steuerungssignals, das dem PWM-Steuerungsobjektelement 111b zugeführt wird,
von einem hohen Spannungspegel auf einen niedrigen Spannungspegel,
wie es in 7B gezeigt
ist. Dadurch verschiebt sich das Element auf demselben Zweig 111a zu
einem späteren
Zeitpunkt (Zeitverlauf) von einem eingeschalteten Zustand zu einem
ausgeschalteten Zustand wie derjenige, zu dem das PWM-Steuerungsobjektelement 111b sich
von dem eingeschalteten Zustand zu dem ausgeschalteten Zustand verschiebt.
Gleichermaßen
schaltet die Steuerschaltung 130 ein Steuerungssignal,
das dem PWM-Steuerungsobjektelement 111b zugeführt wird,
von einem niedrigen Spannungspegel zu einem hohen Spannungspegel
nach Schalten eines Steuerungssignals, das dem Element auf demselben
Zweig 111a zugeführt
wird, von einem hohen Spannungspegel auf einen niedrigen Spannungspegel,
wie es in 7B gezeigt
ist. Dadurch verschiebt sich das PWM-Steuerungsobjektelement 111b von
einem ausgeschalteten Zustand zu einem eingeschalteten Zustand zu
einem späteren
Zeitpunkt (Zeitverlauf) wie derjenige, zu dem das Element auf demselben
Zweig 111a sich von einem eingeschalteten Zustand zu einem
ausgeschalteten Zustand verschiebt. Auf diese Weise wird verhindert,
dass die Schaltelemente 111a und 111b, die denselben
Zweig bilden, gleichzeitig eingeschaltet werden, wodurch es möglich ist,
eine Situation zu verhindern, dass ein übermäßiger elektrischer Strom durch
das PWM-Steuerungsobjektelement 111b derart fließt, dass
ein Fehler verursacht wird. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
entspricht das Schaltelement 111b der jeweiligen Zweige 113u, 113v und 113w,
die aufeinanderfolgend durch Schalten des Spannungspegels eines
Steuerungssignals als PWM-Steuerungsobjektelemente
ausgewählt
werden, einem "elektrischen
Einprägungsstoppelement", und entspricht
die Steuerschaltung 130 einer "Steuerungseinrichtung". Zusätzlich ist
es möglich,
aufeinanderfolgend jeweils das Schaltelement 111a der jeweiligen
Zweige 113u, 113v und 113w als das PWM-Steuerungsobjektelement
auszuwählen.
-
Ein
elektrischer Strom, der durch die Brückenschaltung 110 fließt, ist
nachstehend beispielsweise für
den Fall beschrieben, wenn das vorstehend beschriebene Steuerungsverfahren
zum Leiten eines elektrischen Stroms zu den Wicklungen 22u und 22v verwendet
wird. Zunächst
fließt,
wenn das Schaltelement 111a des Zweigs 113u und
das Schaltelement 111b des Zweigs 113v, bei dem
es sich um ein PWM-Steuerungsobjektelement handelt, eingeschaltet
werden und das Schaltelement 111a des Zweigs 113v,
das ein Element auf demselben Zweig ist, ausgeschaltet wird, ein
PWM-gesteuerter elektrischer Strom durch einen Pfad, der das Schaltelement 111a des
Zweigs 113u, die Wicklungen 22u und 22v sowie das
Schaltelement 111b des Zweigs 113v miteinander
verbindet, wie es durch die gestrichelten Linien mit abwechselnden
langen und zwei kurzen Linien mit Pfeilen in 1A angegeben ist.
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Danach
wird, während
das Schaltelement 111a des Zweigs 113u in einem
eingeschalteten Zustand gehalten wird, das Schaltelement 111b des Zweigs 113v,
das ein PWM-Steuerungsobjektelement
ist, ausgeschaltet und wird das Schaltelement 111a des
Zweigs 113v, das ein Element auf demselben Zweig ist, eingeschaltet.
Dadurch fließt,
wie es durch die gestrichelten Linien mit abwechselnden langen und
zwei kurzen Linien in 1B angegeben ist,
ein Kreisstrom durch einen Pfad, der das Schaltelement 111a des
Zweigs 113u, die Wicklungen 22u und 22v sowie
das Schaltelement 111a des Zweigs 113v miteinander
verbindet. Dabei fließt
durch die Diode 112a des Zweigs 113v im Wesentlichen
kein Kreisstrom.
-
Gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel kann
die durch die Schaltelemente 111a und 111b erzeugte
Wärme durch
die Verwendung von Elementen mit relativ geringem Widerstand wie
die Schaltelemente 111a und 111b unterdrückt werden,
da der Kreisstrom durch zwei vorbestimmte Schaltelemente 111a und 111b fließt. Wenn
beispielsweise Elemente mit 0,005Ω für die Schaltelemente 111a und 111b verwendet
werden, beträgt
der Wärmeverlust,
der bei Erzeugung eines Kreisstroms von 40A verursacht wird, 8 Watt.
Der Wärmeverlust
nimmt einen beträchtlich
geringen Wert im Vergleich zu dem Fall an, wenn ein Kreisstrom durch
eine Diode gemäß dem Stand
der Technik fließt.
Dementsprechend wird, selbst wenn die Frequenz des Ein/Ausschaltens
der Schaltelemente 111a und 111b erhöht wird,
das Motorantriebsgerät 100 kaum
aufgrund der durch die Schaltelemente 111a und 111b beeinträchtigt.
Dadurch kann eine sehr genaue PWM-Steuerung verwirklicht werden,
um frei ein Drehmoment des Motors 12 zu ändern, so
dass das Ventilzeitverlaufssteuerungsleistungsvermögen (Ventilsteuerungsverhalten)
durch die Ventilzeitverlaufssteuerungsvorrichtung 10 verbessert
wird.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist eine Modifikation der Ventilzeitverlaufssteuerungsvorrichtung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
auf, wobei ein Motorantriebsgerät
gemäß der Modifikation
in 8 gezeigt ist. Ein
Motorantriebsgerät 200 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
weist eine Antriebsschaltung 210, eine Steuerschaltung 220 usw.
auf.
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Die
Antriebsschaltung 210 weist eine elektrische Schaltung
auf, die eine Brückenschaltung 212 und
eine elektrische Energieversorgungseinheit 213 aufweist,
die ähnlich
zu der Brückenschaltung 110 und
der elektrischen Energieversorgung 120 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
sind, und weist eine Steuerschaltung 214 mit derselben
Funktion wie die Steuerschaltung 130 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
auf. Dabei erzeugt die Steuerschaltung 214 ein Steuerungssignal,
das ähnlich
zu dem gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
ist, auf der Grundlage eines aus einer damit verbundenen Steuerschaltung 220 empfangenen
Befehlssignals. Die Steuerschaltung 220, die eine elektrische
Schaltung wie einen Mikrocomputer usw. aufweist, kann eine Funktion
zur Steuerung von beispielsweise des Betriebs einer Brennkraftmaschine
wie auch die Funktion zur Erzeugung eines Signals zur Verwirklichung einer
für den
Motor 12 gewünschten
Drehzahl, eines Signals zur Verwirklichung einer für den Motor 12 gewünschten
Drehrichtung usw. aufweisen.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel,
das auf diese Weise aufgebaut ist, erzeugt eine ähnliche Wirkung wie gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
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In
dem zweiten Ausführungsbeispiel
entspricht die Brückeneinheit 212 der "Brückenschaltung", entspricht die
elektrische Energieversorgungseinheit 213 der "elektrischen Energieversorgung", und entspricht
zumindest die Steuereinheit 214 der Steuereinheit 214 und
der Steuerschaltung 220 der "Steuerungseinrichtung".
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Drittes Ausführungsbeispiel
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9 bis 12 zeigen einen wesentlichen Teil einer
Ventilabhebungssteuerungsvorrichtung als eine "Ventilöffnungs- und -schließsteuerungsvorrichtung" gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Eine Ventilanhebungssteuerungsvorrichtung 300 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel verwendet
ein Drehmoment eines Motors 320, der durch ein Motorantriebsgerät 370 angetrieben
wird, zur Steuerung des Öffnens
und Schließens
eines Einlassventils einer Brennkraftmaschine, wodurch eine maximale
Ventilanhebung des Einlassventils gesteuert wird.
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Konkret
weist die Ventilanhebungssteuerungsvorrichtung 300 ein
Betätigungsglied 310,
das eine Steuerungswelle 330 linear in axialer Richtung antreibt,
und eine (nicht gezeigte) Anhebungssteuerungseinrichtung auf, die
eine maximale Ventilanhebung des Einlassventils auf der Grundlage
der Position der Steuerungswelle 330 in axialer Richtung steuert
bzw. regelt.
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Wie
es in 9 gezeigt ist,
weist das Betätigungsglied 310 einen
Motor 320, die Steuerungswelle 330, eine Übertragungseinheit
(Getriebeeinheit) 340, eine Antriebsnocke 350 (vgl. 11), einen Winkelsensor 360 und
das Motorantriebsgerät 370 auf.
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Der
Motor 320 ist ein Gleichstrom-Bürstenmotor, der einen Rotor 322,
um den Wicklungen gewickelt sind, und einen Permanentmagneten 324 aufweist,
der einen äußeren Rand
des Rotors 322 abdeckt. Ein Motorzahnrad 328 ist
an einem Ende der Rotationswelle 326 befestigt, das zusammen
mit dem Rotor 322 in dem Motor 320 sich dreht,
um einstückig
damit gedreht zu werden.
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Die
Steuerungswelle 330 ist an einem Ende davon mit einem Stützrahmen 341 der Übertragungseinheit 340 verbunden,
und das andere Ende davon ist mit der Anhebungssteuerungseinrichtung
verbunden. Eine axiale Richtung der Steuerungswelle 330 ist
auf eine Richtung eingestellt, die senkrecht zu der Rotationswelle 326 des
Motors 320 verläuft.
Wie es in den 10 und 11 gezeigt ist, überlappt
ein Verbindungsabschnitt 332, der ein Ende der Steuerungswelle 330 ist,
einen Verbindungsabschnitt 342 des Stützrahmens 341 in einer
zu der Steuerungswelle 330 senkrechten Richtung und ist
auf diesen gepasst. Durch eine Klammer 346 wird verhindert, dass
die Verbindungsabschnitte 332 und 342 sich voneinander
lösen.
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Die Übertragungseinheit 340 weist
den kastenförmigen
Stützrahmen 341 und
eine Walze 344 auf, die durch den Stützrahmen 341 an einer
Seite gestützt
wird, die zu der Steuerungswelle 330 gegenüberliegt,
um umgekehrt drehbar zu sein.
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Eine
Nockenwelle 352 eines Antriebsnockens 350 ist
innerhalb des Stützrahmens 341 derart eingefügt, dass
er parallel zu der Rotationswelle 326 des Motors 320 wird
und umgekehrt drehbar ist. Eine Nockenoberfläche 353 ist an einer äußeren Umfangsoberfläche der
Antriebsnocke 350 derart geformt, dass sie in einen Schleifkontakt
mit der Walze 344 gerät.
Wie es in 9 gezeigt
ist, sind Nockenzahnräder 354 und 356 jeweils
an beiden Enden der Nockenwelle 352 befestigt, damit sie
sich damit drehen können.
Das Motorzahnrad 328 und das Nockenzahnrad 354 greifen
ineinander ein, so dass sie eine Reduktionseinrichtung (Reduziereinrichtung) bilden.
Zwei (nicht gezeigte) Vorsprünge,
die jeweils an dem Nockenzahnrad 354 vorgesehen sind, sind an
Verriegelungsteile 358 und 359 verriegelt, wodurch
der Rotationswinkelbereich des Nockenzahnrads 354 beschränkt ist.
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Der
Winkelsensor 360 weist ein Sensorzahnrad 362 auf,
das in das Nockenzahnrad 356 eingreift. Der Winkelsensor 360 erfasst
durch ein Roll-Element usw. einen Rotationswinkel eines (nicht gezeigten) Sensorrotationsteils,
das zusammen mit dem Sensor 362 sich dreht. Der Winkelsensor 360 ist
mit dem Motorantriebsgerät 370 verbunden,
um ein Erfassungssignal eines Rotationswinkels zu dem Motorantriebsgerät 370 zu
senden.
-
Das
Motorantriebsgerät 370 weist
eine Steuerschaltung 372, eine Antriebsschaltung 380 usw. auf.
Die Steuerschaltung 372 empfängt verschiedene Erfassungssignale
der Maschinendrehzahl eines Fahrpedal-(Beschleunigungspedal-) Öffnungsausmaß usw. sowie
ein Erfassungssignal eines Winkelsensors 360 und erzeugt
ein Befehlssignal auf der Grundlage der empfangenen Erfassungssignale.
Außerdem
kann die Steuerschaltung 372 eine Funktion zur Steuerung
von beispielsweise des Betriebs einer Brennkraftmaschine neben der
Funktion der Erzeugung eines Befehlssignals aufweisen. Die Antriebsschaltung 380 empfängt ein
von der Steuerschaltung 372 erzeugtes Befehlssignal und
führt in
antreibender Weise einen elektrischen Strom zu dem Motor 320 auf
der Grundlage des empfangenen Befehlssignals zu.
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Nachstehend
ist ein Betrieb der Ventilanhebungssteuerungsvorrichtung 300 beschrieben.
Wenn die Antriebsschaltung 380 elektrischen Strom dem Motor 320 zuführt, um
diesen in Drehung zu versetzen, wird ein Drehmoment des Motors 320 auf
die Antriebsnocke 350 über
das Motorzahnrad 328 und das Nockenzahnrad 354 übertragen.
Wenn die Antriebsnocke 350 sich derart dreht, dass sie
in Gleitkontakt mit der Walze 344 gelangt, bewegt sich
der Stützrahmen 341,
der die Walze 344 stützt,
linear zusammen mit der Steuerungswelle 330 in der axialen Richtung
der Steuerungswelle 330 hin und her. Dabei steuert die
Anhebungssteuerungseinrichtung eine maximale Ventilanhebung des
Einlassventils entsprechend einer Position der Steuerungswelle 330 in axialer
Richtung, wobei die Steuerungswelle sich einem Nockenprofil der
Nockenoberfläche 353 der
Antriebsnocke 350 nachfolgend bewegt.
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Wenn
der Motor 320 stoppt, bewirkt eine durch die Anhebungssteuerungseinrichtung
ausgeübte
Vorspannkraft, dass die Steuerungswelle 330 in einer Position
entsprechend einer Anhebung des Einlassventils zum Zeitpunkts des
Startens der Brennkraftmaschine gehalten wird.
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Nachstehend
sind Einzelheiten des Motorantriebsgeräts 370 beschrieben.
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Die
Steuerschaltung 372 des Motorantriebsgeräts 370 gemäß 12 weist eine elektrische Schaltung
wie einen Mikrocomputer usw. auf. Die Steuerschaltung 372 erzeugt
als ein Befehlssignal ein Signal zur Verwirklichung einer für den Motor 320 gewünschten
Drehzahl, ein Signal, das eine Drehzahl angibt, die für den Motor 320 gewünscht ist,
usw.
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Die
Antriebsschaltung 380 des Motorantriebsgeräts 370 weist
eine elektrische Schaltung auf, die eine Brückenschaltung 382,
eine elektrische Energieversorgungseinheit 383, eine Erfassungseinheit 384 und
eine Steuerschaltung 385 aufweist. Die Brückeneinheit 382 weist
eine Schaltung auf, die dadurch erhalten wird, indem der Zweig 113w aus
der Brückenschaltung 310 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
ausgelassen wird, d.h., sie weist eine H-Brückenschaltung mit zwei Reihen
von Zweigen 113u und 113v auf. In der Brückeneinheit 382 ist
ein erster Verbindungspunkt 116 mit einer positiven Elektrode
einer elektrischen Energieversorgungseinheit 383 verbunden,
die eine elektrische Gleichspannungsversorgung aufweist, und ein
zweiter Verbindungspunkt 117 ist geerdet, wobei der erste
Verbindungspunkt 116 und der zweite Verbindungspunkt 117 jeweils
mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode der
elektrischen Energieversorgungseinheit 383 wie bei der
Brückenschaltung 110 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
verbunden sein können.
Weiterhin sind Lastwiderstandselemente 390u und 390v an
den jeweiligen Zweigen 113u und 113v zwischen
den sich direkt nahe an dem ersten Verbindungspunkt 116 befindlichen
Schaltelementen 111a und dem ersten Verbindungspunkt 116 angeordnet.
Die Erfassungseinheit 384 ist an beiden Enden der jeweiligen
Lastwiderstandselemente 390u und 390v zur Erfassung
eines durch die jeweiligen Lastwiderstandselemente 390u und 390v fließenden elektrischen
Stroms angeschlossen. Die Erfassungseinheit 384 ist mit
der Steuerschaltung 372 verbunden und überträgt Überwachungssignale, die Erfassungsergebnisse
eines durch die jeweiligen Lastwiderstandselemente 390u und 390v fließenden elektrischen
Stroms wiedergeben. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
entspricht die Brückeneinheit 382 einer "Brückenschaltung", entspricht die
elektrische Energieversorgungseinheit 383 einer "elektrischen Energieversorgung", und entspricht
die Erfassungseinheit 384 einer "Erfassungseinrichtung".
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Die
Steuereinheit 385 ist mit Gates der jeweiligen Schaltelemente 111a und 111b verbunden
und erzeugt Steuerungssignale, die die jeweiligen Schaltelemente 111a und 111b in
den ein- bzw. ausgeschalteten Zustand versetzen. Die Steuereinheit 385 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
führt Steuerungssignale
auf einem hohen Pegel dem Schaltelement 111a des Zweigs 113u und
dem Schaltelement 111b des Zweigs 113v zu, das
diagonal zu dem ersteren Schaltelement angeordnet ist, um dadurch
die Schaltelemente 111a und 111b in den eingeschalteten
Zustand zu versetzen, um auf die Rotationswelle 326 ein
Drehmoment in Vorwärtsrichtung
auszuüben. Demgegenüber führt die
Steuereinheit 385 Steuerungssignale auf hohem Pegel dem
Schaltelement 111a des Zweigs 113v und dem Schaltelement 111b des
Zweigs 113u, das diagonal zu dem ersteren Schaltelement
angeordnet ist, zu, um dadurch die Schaltelemente 111a und 111b in
den eingeschalteten Zustand zu versetzen, um auf die Rotationswelle 326 ein
Drehmoment in Rückwärtsrichtung
auszuüben.
Die Steuereinheit 385, die mit der Steuerschaltung 372 verbunden
ist, bestimmt auf der Grundlage eines aus der Steuerschaltung 372 empfangenen Befehlssignals,
ob ein Drehmoment entweder in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung auf die Rotationswelle 326 ausgeübt werden
sollte.
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Außerdem schaltet
in dem Fall, in dem ein Drehmoment in entweder der Vorwärts- oder
der Rückwärtsrichtung
auf die Rotationswelle 326 auszuüben ist, die Steuereinheit 385 Steuerungssignale, die
den zwei einzuschaltenden Schaltelementen 111a und 111b zugeführt werden,
im Spannungspegel in derselben Weise wie die Steuereinheit 130 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
Dabei wird der Zeitverlauf, zu dem ein Steuerungssignal, das dem Schaltelement 111b ls
ein PWM-Steuerungsobjekt zugeführt
wird, im Spannungspegel geschaltet wird, auf der Grundlage eines
aus der Steuerschaltung 372 empfangenen Befehlssignals
bestimmt. Weiterhin schaltet in dem Fall, in dem ein Drehmoment
in entweder Vorwärts-
oder Rückwärtsrichtung
auf die Rotationswelle 326 ausgeübt wird, die Steuereinheit 385 ein
Steuerungssignal, das dem Schaltelement 111a auf demselben
Zweig zugeführt
wird, auf dem das Schaltelement 111b angeordnet ist, das
ein PWM-Steuerungsobjektelement ist, im Spannungspegel in derselben
Weise wie die Steuereinheit 130 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Dementsprechend entsprechen gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
die Schaltelemente 111b der jeweiligen Zweige 113u und 113v einem "Stromeinprägungsstoppelement", und entspricht
zumindest die Steuereinheit 385 der Steuereinheit 385 und
der Steuerschaltung 372 der "Steuerungseinrichtung".
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Nachstehend
ist ein durch die Brückenschaltung 382 fließender elektrischer
Strom in Bezug auf beispielsweise den Fall beschrieben, bei dem
die Rotationswelle 326 in Vorwärtsrichtung gedreht wird. Wenn
zunächst
das Schaltelement 111a des Zweigs 113u und das
Schaltelement 111b des Zweigs 113v, bei dem es
sich um ein PWM- Steuerungsobjektelement
handelt, in den eingeschalteten Zustand versetzt werden, und das
Schaltelement 111a des Zweigs 113v, das ein Element
auf demselben Zweig ist, in den ausgeschalteten Zustand versetzt
wird, fließt
ein PWM-gesteuerter elektrischer Strom durch einen Pfad, der das
Schaltelement 111a des Zweigs 113u, die Wicklungen
des Motors 320, und das Schaltelement 111b des
Zweigs 113v miteinander verbindet. Wenn danach das Schaltelement 111a des Zweigs 113u und
das Schaltelement 111a des Zweigs 113v, das ein
Element auf demselben Zweig ist, eingeschaltet werden, und das Schaltelement 111b des
Zweigs 113v, das ein PWM-Steuerungsobjektelement ist, ausgeschaltet
wird, fließt
ein Kreisstrom durch einen Pfad, der das Schaltelement 111a des
Zweigs 113u, die Wicklungen des Motors 320 und
das Schaltelement 111a des Zweigs 113v miteinander
verbindet. Da der Kreisstrom im Wesentlichen nicht durch die Diode 112a des
Zweigs 113v fließt, kann
die durch die Schaltelemente 111a und 111b erzeugte
Wärme durch
die Verwendung der Elemente mit relativ geringem Widerstandswert
wie die Schaltelemente 111a und 111b unterdrückt werden.
Da außerdem
ein Kreisstrom durch die Lastwiderstandselemente 390u und 390v der
jeweiligen Zweige 113v und 113u fließt, kann
dies durch die Erfassungseinheit 384 erfasst werden. Dementsprechend
kann die Steuerschaltung 372 bei Empfang eines Überwachungssignals,
das Erfassungsergebnisse des Kreisstroms wiedergibt, durch den Kreisstrom
erzeugte Wärmeleistung
der Schaltelemente 111a und 111b schätzen, um
ein Befehlssignal zu erzeugen, um beispielsweise die Wärmeleistung
zu begrenzen.
-
Gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel kann
eine sehr genaue PWM-Steuerung zur freien Änderung eines Drehmoments des
Motors 320 verwirklicht werden, da ein Fehler des Motorantriebsgeräts 320 aufgrund
der durch die Schaltelemente 111a und 111b erzeugten
Wärme selten
auftritt. Dementsprechend wird die Ventilanhebungssteuerungsvorrichtung 300 im
Hinblick auf die Funktion der Steuerung einer maximalen Ventilanhebung
des Einlassventils verbessert.
-
Weiterhin
fließt
gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel,
wenn die Zwischenverbindungspunkte 114u und 114v der
Zweige 113v und 113u in einem Zustand geerdet
werden, in dem die Schaltelemente 111a und 111b der
Zweige 113v und 113u im eingeschalteten Zustand
sich befinden, ein übermäßiger elektrischer
Strom durch die Schaltelemente 111a der Zweige 113v und 113u.
Da die Lastwiderstandselemente 390u und 390v in
den Zweigen 113u und 113v zwischen dem ersten
Verbindungspunkt 116, der ein höheres elektrisches Potential
als der zweite Verbindungspunkt 117 aufweist, und dem ersten
Verbindungspunkt 116 geschaltet sind, kann jedoch ein derartiger übermäßiger elektrischer
Strom durch die Erfassungseinheit 384 erfasst werden. Dementsprechend
erzeugt die Steuerschaltung 372 bei Empfang eines Überwachungssignals,
das Erfassungsergebnisse des übermäßigen elektrischen
Strom angibt, ein Befehlssignal, um beispielsweise die Einprägung eines
elektrischen Stroms in den Motor 320 zu stoppen, wodurch
ermöglicht
wird, die Erzeugung von Wärme
aus dem Schaltelement 111a und somit einen Fehler davon
zu vermeiden.
-
Viertes Ausführungsbeispiel
-
Ein
viertes Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist eine Modifikation der Ventilanhebungssteuerungsvorrichtung
gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
auf, wobei ein Motorantriebsgerät
gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
in 13 gezeigt ist. Eine
Brückeneinheit 411 einer Antriebsschaltung 410 in
einem Motorantriebsgerät 400 gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
weist eine H-Brückenschaltung
auf, bei der der zweite Verbindungspunkt 117 der Brückeneinheit 382 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
ein höheres
Potential als der erste Verbindungspunkt 116 aufweist.
Das heißt, dass
in der Antriebsschaltung 410 der erste Verbindungspunkt 116 der
Brückeneinheit 411 geerdet
ist, und der zweite Verbindungspunkt 117 in der Brückeneinheit 411 mit
einer positiven Elektrode einer elektrischen Energieversorgungseinheit 412 verbunden
ist. Jedoch sind Dioden 112a und 112b gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
in einer Weise angeordnet, die ermöglicht, dass ein elektrischer
Strom von dem ersten Verbindungspunkt 116 zu dem zweiten
Verbindungspunkt 117 fließt. Eine Erfassungseinheit 413 der
Antriebsschaltung 410 ist mit jeweils der Seite auf hohem
elektrischen Potential der jeweiligen Lastwiderstandselemente 390u und 390v verbunden und
ist geerdet. Dadurch kann die Erfassungseinheit 413 einen
durch die jeweiligen Lastwiderstandselemente 390u und 390v fließenden elektrischen
Strom erfassen, deren Seiten auf niedrigem elektrischen Potential über den
ersten Verbindungspunkt 116 geerdet sind.
-
Gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel wird
das Ein- bzw. Ausschalten der jeweiligen Schaltelemente 111a und 111b der
jeweiligen Zweige 113u und 113v in derselben Weise
wie gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
gesteuert. Dementsprechend wird die Funktion der Steuerung einer
maximalen Ventilanhebung des Einlassventils verbessert, da die Erzeugung
von Wärme
aus den Schaltelementen 111a und 111b gemäß demselben
Prinzip wie gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
unterdrückt
wird und ein Fehler des Motorantriebsgeräts 400 selten auftritt.
-
Gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel entspricht
die Brückeneinheit 411 der "Brückenschaltung", entspricht die
elektrische Energieversorgungseinheit 412 der "elektrischen Energieversorgung", und entspricht
die Erfassungseinheit 413 der "Erfassungseinrichtung".
-
Obwohl
verschiedene Ausführungsbeispiele der
Erfindung vorstehend beschrieben worden sind, sollten diese nicht
so interpretiert werden, dass die Erfindung darauf beschränkt ist.
-
Beispielsweise
können,
obwohl Feldeffekttransistoren für
die Schaltelemente gemäß dem ersten
bis vierten Ausführungsbeispiel
verwendet werden, Bipolartransistoren usw. für die Schaltelemente verwendet
werden.
-
Außerdem wurde
das erste Ausführungsbeispiel
und das zweite Ausführungsbeispiel
in Bezug auf ein Beispiel beschrieben, bei dem die Erfindung auf
eine Ventilzeitverlaufssteuerungsvorrichtung angewandt wird, die
mit einem einen Dreiphasenmotor antreibendes Motorantriebsgerät versehen
ist. Im Gegensatz dazu kann die Erfindung auf eine Ventilzeitverlaufssteuerungsvorrichtung
angewandt werden, die mit einem Motorantriebsgerät versehen ist, das ein Mehrphasenmotor
oder einen Gleichstrom-Bürstenmotor
statt des Dreiphasenmotors antreibt. Zusätzlich ist in dem Fall, in
dem die Erfindung bei einer Ventilzeitverlaufssteuerungsvorrichtung
angewandt wird, die mit einem einen Mehrphasenmotor antreibendes
Motorantriebsgerät
versehen ist, eine Brückenschaltung
(Brückeneinheit)
des Motorantriebsgeräts
derart aufgebaut, dass sie Zweige in Reihen aufweist, deren Anzahl
der Anzahl der Phasen des Motors entspricht, wobei das Ein- bzw.
Ausschalten der Schaltelemente der jeweiligen Zweige in derselben
Weise wie gemäß im ersten
Ausführungsbeispiel
gesteuert wird. In dem Fall, dass die Erfindung auf eine Ventilzeitverlaufssteuerungsvorrichtung
angewandt wird, die mit einem einen Gleichstrombürstenmotor antreibenden Motorantriebsgerät versehen ist,
ist eine Brückenschaltung
(Brückeneinheit)
des Motorantriebsgeräts
derart aufgebaut, dass sie zwei Reihen von Zweigen wie bei der Modifikation
des ersten Ausführungsbeispiels
gemäß 14 aufweist, wobei das Ein-
bzw. Ausschalten der Schaltelemente der jeweiligen Zweige in derselben
Weise wie gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
gesteuert wird. Alternativ kann in dem Fall, in dem die Erfindung
auf eine Ventilzeitverlaufssteuerungsvorrichtung angewandt wird,
die mit einem einen Gleichstrom-Bürstenmotor-antreibenden
Motorantriebsgerät
versehen ist, das Motorantriebsgerät in derselben Weise wie gemäß dem dritten
oder dem vierten Ausführungsbeispiel
aufgebaut sein.
-
Weiterhin
wurde das dritte Ausführungsbeispiel
und das vierte Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf ein Beispiel beschrieben, bei dem die Erfindung
auf eine Ventilanhebungssteuerungsvorrichtung angewandt wird, die
mit einem einen Gleichstrommotor antreibenden Motorantriebsgerät versehen
ist. Im Gegensatz dazu kann die Erfindung auf eine Ventilzeitverlaufssteuerungsvorrichtung
angewandt werden, die mit einem Motorantriebsgerät versehen ist, das einen Mehrphasenmotor
antreibt. Zusätzlich
ist in dem Fall, in dem die Erfindung auf eine Ventilanhebungssteuerungsvorrichtung
angewandt wird, die mit einem Motorantriebsgerät versehen ist, das einen Mehrphasenmotor
antreibt, eine Brückenschaltung (Brückeneinheit)
des Motorantriebsgeräts derart
aufgebaut, dass sie Zweige in Reihen aufweist, deren Anzahl der
Anzahl der Phasen des Motors entspricht, wobei das Ein- bzw. Ausschalten
des Schaltelemente der jeweiligen Zweige in der Weise wie gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
gesteuert wird.
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Weiterhin
sind gemäß dem dritten
und dem vierten Ausführungsbeispiel
die Lastwiderstandselemente zwischen dem ersten Verbindungspunkt,
der die jeweiligen Zweige miteinander verbindet, und den sich direkt
nahe an dem ersten Verbindungspunkt befindlichen Schaltelementen
vorgesehen. Im Gegensatz dazu können,
wie es gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
beschrieben ist, das dritte Ausführungsbeispiel
und das vierte Ausführungsbeispiel derart
modifiziert werden, dass der erste oder der zweite Verbindungspunkt,
der die jeweiligen Zweige miteinander verbindet, mit einer elektrischen
Energieversorgungseinheit über
ein Lastwiderstandselement verbunden ist, oder das dritte Ausführungsbeispiel
und das vierte Ausführungsbeispiel
kann derart modifiziert werden, dass der erste oder der zweite Verbindungspunkt über ein
Lastwiderstandselement geerdet wird. Das dritte und das vierte Ausführungsbeispiel
wurden unter Bezug auf ein Beispiel beschrieben, bei dem die Erfindung
auf eine Ventilanhebungssteuerungsvorrichtung angewandt wird, die eine
maximale Ventilanhebung des Einlassventils steuert. Im Gegensatz
dazu kann die Erfindung ebenfalls auf eine Ventilanhebungssteuerungsvorrichtung angewandt
werden, die eine maximale Ventilanhebung eines Auslassventils steuert.
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Die
Beschreibung der Erfindung dient lediglich als Beispiel, weshalb
Variationen, die nicht von der erfinderischen Idee abweichen, innerhalb
des Umfangs der Erfindung betrachtet werden sollen. Derartige Variationen
sollen nicht als abweichend vom Umfang der Erfindung betrachtet
werden.
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Es
wird eine Ventilöffnungs-
und – schließsteuerungsvorrichtung 10, 110, 210, 300, 410 einer Bauart
vorgeschlagen, die einen Motor 12, 320 verwendet,
wobei in der Vorrichtung das Antriebsleistungsverhalten des Motors
verbessert wird und die durch die Bestandselemente erzeugte Wärme beschränkt wird.
Eine Brückenschaltung 110, 212, 382, 411 einer
Motorantriebsschaltung weist drei Reihen von Zweigen 113u, 113v, 113w mit
zwei in Reihe geschalteten Schaltelementen 111a, 111b und
zwei parallel zu den entsprechenden Schaltelementen geschalteten
Dioden 112a, 112b auf. Die jeweiligen Zweige sind
parallel zu einer elektrischen Energieversorgung 120, 213, 383, 412 geschaltet,
und Motorwicklungen 22u, 22v, 22w sind
an Zwischenverbindungspunkten der Schaltelemente der jeweiligen Zweige
angeschlossen. Nach Versetzen der jeweiligen Schaltelemente der
Zweige in den eingeschalteten Zustand, um den Wicklungen Strom zuzuführen, bewirkt
eine Steuerschaltung 130, 214, 385, dass das
Schaltelement in einem eingeschalteten Zustand als ein Stromeinprägungsstoppelement 111b in
einen ausgeschalteten Zustand versetzt wird, und bewirkt, dass das
Schaltelement desselben Zweigs wie derjenige, an dem das Stromeinprägungsstoppelement angeordnet
ist, in einen ausgeschalteten Zustand versetzt wird.