DE102016121622A1

DE102016121622A1 - Variables-ventil-vorrichtung

Info

Publication number: DE102016121622A1
Application number: DE102016121622.4A
Authority: DE
Inventors: Gisoo Hyun
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2016-11-11
Publication date: 2017-06-14
Also published as: US20170167411A1

Abstract

Eine Variables-Ventil-Vorrichtung kann aufweisen: einen Kurbelwellenpositionssensor 20, welcher eine Position einer Kurbelwelle 15 detektiert, eine Mehrzahl von Ventilen 110, 210, welche eine Brennkammer 11 in einem Zylinder 10 selektiv öffnen und/oder schließen, eine Hydraulikpumpenvorrichtung 30, welche einen Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss liefert, Servoventile 130, 230, welche den Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss steuern, der von der Hydraulikpumpenvorrichtung 30 geliefert wird entsprechend der Position der Kurbelwellenposition, die von dem Kurbelwellenpositionssensor 20 detektiert wird, Aktuatoren 120, 220, welche die Ventile betätigen durch den Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss, der von den Servoventile 130, 230 zugeführt wird, und ein Steuern, welches ein Steuersignal ausgibt, das einen Öffnungsbetrag und eine Öffnungszeitdauer der Servoventile 130, 230 entsprechend einer Position der Kurbelwelle 15 steuert.

Description

Verweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung mit der Nummer 10-2015-0176346 , welche am 10. Dezember 2015 eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hierin durch diese Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen ist.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Variables-Ventil-Vorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Variables-Ventil-Vorrichtung. Beschreibung der Verwandten Technik
Ein Verbrennungsmotor erzeugt Leistung durch Verbrennen eines Kraftstoffs in einem Luftmedium in einer Brennkammer, welches in die Kammer eingesaugt wird. Einlassventile werden durch eine Nockenwelle betätigt, um die Luft aufzunehmen, und die Luft wird in die Brennkammer eingesaugt während die Einlassventile geöffnet sind. Außerdem werden Auslassventile durch die Nockenwelle betätigt, und ein Verbrennungsgas strömt aus der Brennkammer während die Auslassventile offen sind.
Ein optimaler Betrieb der Einlassventile und der Auslassventile hängt von einer Drehzahl des Verbrennungsmotors ab. Das heißt, eine optimale Öffnungszeitsteuerung/Schließzeitsteuerung der Ventile oder ein optimaler Hub hängt von der Drehzahl des Verbrennungsmotors ab.
Um einen solchen optimalen Ventilbetrieb in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors zu erreichen, wurde Forschung an/zu einem optimalen Ventilbetrieb durchgeführt. Zum Beispiel wurden eine Variabler-Ventilhub-Vorrichtung (VVL-Vorrichtung), welche implementiert ist, um das Ventil mit unterschiedlichen Hüben entsprechend der RPM bzw. der Drehzahl zu betätigen, und eine Variable-Ventil-Zeitsteuerung-Vorrichtung (z. B. eine Variable-Ventil-Öffnungs-/Schließzeitpunkt-Vorrichtung, VVT-Vorrichtung), welche die Ventile mit geeigneter Zeitsteuerung entsprechend der RPM bzw. der Drehzahl öffnet/schließt, erforscht und entwickelt.
Eine solche VVL-Vorrichtung und/oder VVT-Vorrichtung wird typischerweise durch die Nockenwelle unter Verwendung eines Hydraulikdruckes, der von einer Hydraulikpumpe eines Verbrennungsmotors erzeugt wird, angetrieben. Eine Vorrichtung, die eine Öffnungs-/Schließzeitsteuerung (z. B. einen Öffnungs-/Schließzeitpunkt) des Ventils oder einen Ventilhub durch die Nockenwelle steuert, wird eine mechanische Variables-Ventil-Vorrichtung genannt.
Allerdings hat eine konventionelle mechanische Variables-Ventil-Vorrichtung eine komplizierte Gestaltung und ein großes Volumen, wodurch eine Gestaltungsfreiheit eines Verbrennungsmotorraums verschlechtert ist. Außerdem sind aufgrund der komplizierten Gestaltung der mechanischen Variables-Ventil-Vorrichtung Herstellungskosten eines Fahrzeugs erhöht, eine Antwortgeschwindigkeit (z. B. ein Ansprechverhalten) wird langsam und eine Öffnungs-/Schließzeitsteuerung (z. B. ein Öffnungs-/Schließzeitpunkt) des Ventils und Muster des Ventilhubs können nicht vielfältig implementiert werden.
Die Information, welche in diesem “Hintergrund der Erfindung“-Abschnitt offenbart ist, dient lediglich der Verbesserung des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollte daher nicht als Anerkennung verstanden werden oder irgendeine Form des Nahelegens, dass diese Information den Stand der Technik bildet, der dem Fachmann bereits bekannt ist.
Kurze Darstellung der Erfindung
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung zielen darauf ab, eine Variables-Ventil-Vorrichtung bereitzustellen, die einen neuen Aufbau hat zum Implementieren einer einfachen Gestaltung, eines schnellen Ansprechens (z. B. schnellen Ansprechverhaltens), eine vielfältige/verschiedenartige Ventilzeitsteuerung (z. B. Ventil-Öffnungs-/Schließzeitpunkt), Ventilhub und Ventil(öffnungszeit)dauer.
Eine Variables-Ventil-Vorrichtung entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Kurbelwellenpositionssensor, welcher eine Position einer Kurbelwelle erkennt bzw. detektiert (kurz: detektiert), eine Mehrzahl von Ventilen, welche eine Brennkammer in einem Zylinder selektiv öffnet und/oder schließt, eine Hydraulikpumpe bzw. eine Hydraulikpumpenvorrichtung (kurz: Hydraulikpumpenvorrichtung), welche einen Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss liefert, Servoventile, welche den Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss, der von der Hydraulikpumpenvorrichtung geliefert wird, entsprechend der Position der Kurbelwellenposition, die von dem Kurbelwellenpositionssensor detektiert wird, steuern, Aktuatoren, welche die Ventile durch den Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss, der von den Servoventilen zugeführt wird, betätigen und eine Steuervorrichtung, welche ein Steuersignal ausgibt, das einen Öffnungsbetrag (z. B. eine Öffnungsweite bzw. eine Größe eines Ventilhubs) und eine Öffnungszeitdauer (z. B. auch Öffnungszeit) der Servoventile entsprechend einer Position der Kurbelwelle steuert.
Der Öffnungsbetrag und die Öffnungszeitdauer des Servoventils können entsprechend einer Intensität (z. B. einer Amplitude) und einer Wellenformbreite des Steuersignals, das von der Steuervorrichtung ausgegeben wird, gesteuert werden.
Die Aktuatoren können aufweisen: Aktuatorgehäuse, in welche der Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss durch die Servoventile eingeleitet wird, und Betätigungsstangen, welche in den Aktuatorgehäusen bereitgestellt sind, welche entsprechend dem in die Aktuatorgehäuse eingeleiteten Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss tätig sind und welche entsprechend mit der Mehrzahl von Ventilen verbunden sind.
Die Variables-Ventil-Vorrichtung kann ferner einen Positionssensor aufweisen, welcher Positionen der Betätigungsstangen der Aktuatoren detektiert.
Die Steuervorrichtung kann das Steuersignal (ausgehend) von (z. B. basierend auf) den Positionen der Betätigungsstangen, die von dem Positionssensor detektiert werden, korrigieren.
Die Steuervorrichtung kann einen Positionsfehler der Mehrzahl von Ventilen aus den Positionen der Aktuatoren, welche von dem Positionssensor detektiert werden, und der Position der Kurbelwelle, welche von dem Kurbelwellenpositionssensor detektiert wird, berechnen und sie kann das Steuersignal nach Beseitigen des Positionsfehlers (z.B. nachdem der Positionsfehler auf/nahe null gebracht wurde) ausgeben.
Die Mehrzahl von Ventilen kann aufweisen: ein Einlassventil, welches selektiv geöffnet/geschlossen wird zum Zuführen von Luft und Kraftstoff an die Brennkammer, und ein Auslassventil, welches selektiv geöffnet/geschlossen wird, um von der Brennkammer erzeugtes Abgas, abzuführen.
Die Hydraulikpumpenvorrichtung kann aufweisen: eine Hydraulikaufbewahrung (z. B. eine Hydraulikölaufbewahrung), welche Öl aufbewahrt, eine Pumpe, welche Öl pumpt, das in der Hydraulikaufbewahrung aufbewahrt ist, und einen Hydraulikmotor (z. B. einen Elektromotor), welcher die Pumpe betreibt.
Die Variables-Ventil-Vorrichtung entsprechend der oben genannten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann als eine elektrische Variables-Ventil-Vorrichtung umgesetzt werden, so dass eine einfache Gestaltung, eine schnelle Antwortgeschwindigkeit (z. B. ein schnelles Ansprechverhalten) und ein/e vielfältige/- verschiedenartige Ventilzeitsteuerung und Ventilhub verwirklicht werden kann.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, welche aus den beigefügten Figuren, die hierin aufgenommen sind, deutlich werden oder darin in größerem Detail dargelegt sind, und die zusammen mit der nachstehenden detaillierten Beschreibung dazu dienen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist eine schematische Ansicht einer Gestaltung einer Variables-Ventil-Vorrichtung entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Diagramm, welches ein Steuersignal entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 bis 7 sind Diagramme, welche einen Ventilhub der Variables-Ventil-Vorrichtung entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
Es ist zu verstehen, dass die beigefügten Figuren nicht zwangsläufig maßstabsgetreu sind, und eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener Eigenschaften präsentieren, welche die wesentlichen Grundlagen der Erfindung veranschaulichen. Die spezifischen, hierin offenbarten Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, einschließlich beispielsweise spezifischen Abmessungen, Ausrichtungen, Positionierungen und Formen, werden teilweise durch die besondere geplante Nutzung und Anwendungsumgebung bestimmt.
In den Figuren bezeichnen Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile der vorliegenden Erfindung durchgängig in den verschiedenen Figuren der Zeichnung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Nachstehend wird nun im Detail Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en), Beispiele davon sind in den beiliegenden Figuren dargestellt und im Folgenden beschrieben. Obwohl die Erfindung(en) in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist zu verstehen, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindung(en) auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist/sind die Erfindung(en) dazu gedacht, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen abzudecken, welche im Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist, enthalten sein können.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend genauer beschrieben mit Bezugnahme zu den beiliegenden Figuren, in welchen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Wie der Fachmann erkennen wird, können die beschriebenen Ausführungsformen auf viele verschiedene Arten geändert werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Dementsprechend sind die Figuren und die Beschreibung in ihrer Natur als erläuternd und nicht als beschränkend zu betrachten. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der Beschreibung durchgehend gleiche Elemente.
Da die Größe und Dicke von jeder Gestaltung/jedem Element, die/das in den Figuren gezeigt ist, beliebig in den Figuren gezeigt sind zum besseren Verständnis und einer Einfachheit der Beschreibung, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und die Dicken von Abschnitten und Bereichen sind zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt.
Nachstehend wird eine Variables-Ventil-Vorrichtung entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den beiliegenden Figuren im Detail beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht einer Gestaltung einer Variables-Ventil-Vorrichtung entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, weist eine Variables-Ventil-Vorrichtung entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf: einen Kurbelwellenpositionssensor 20, eine Mehrzahl von Ventilen 110 und 210, eine Hydraulikpumpenvorrichtung 30, Servoventile 130 und 230, Aktuatoren 120 und 220 und eine Steuervorrichtung 50.
Der Kurbelwellenpositionssensor 20 detektiert eine Position und die Drehzahl einer Kurbelwelle 15, und die detektierte Position und Drehzahl der Kurbelwelle 15 werden an die Steuervorrichtung 50 übermittelt.
Ein Kolben 13 ist durch eine Pleuelstange mit der Kurbelwelle 15 verbunden, und die Kurbelwelle 15 dreht sich, wenn sich der Kolben 13 in der Brennkammer 11 des Zylinders 10 hin- und herbewegt. Daher kann eine Position und Geschwindigkeit des Kolbens 13 aus der Position und Drehzahl der Kurbelwelle 15 berechnet werden.
Die Mehrzahl von Ventilen 110 und 210 weist auf: ein Einlassventil 110, welches die Brennkammer 11 selektiv öffnet und/oder schließt, um der Brennkammer 11 Luft und Kraftstoff (Diesel oder Benzin) zuzuführen, und ein Auslassventil 210, welches die Brennkammer 11 selektiv öffnet und/oder schließt, um von der Brennkammer erzeugtes Abgas nach Außen abzuführen.
Das Einlassventil 110 und das Auslassventil 210 sind entsprechend mit Ventilfedern 112 und 222 bereitgestellt, und die Ventilfedern 112 und 222 liefern eine Federkraft bzw. eine elastische Kraft in einer Richtung, in die die Brennkammer 11 des Zylinders 10 durch das Einlassventil 110 und das Auslassventil 210 geschlossen wird. Das heißt, in einem normalen Zustand halten das Einlassventil 110 und/oder das Auslassventil 210 die Brennkammer 11 des Zylinders 10 durch die Ventilfedern 112 und 222 in dem geschlossenen Zustand.
In der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Ventilfedern 112 und 222 beispielhaft als Spiralfedern beschrieben, aber dies ist nicht einschränkend. Außerdem sind in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beide, das Einlassventil 110 und das Auslassventil 210, einzeln bereitgestellt, aber dies ist nicht einschränkend.
Die Hydraulikpumpenvorrichtung 30 wird zum Antreiben der Aktuatoren 120 und 220 durch Zuführen eines Hydraulikdrucks und/oder Hydraulik-Flusses an die Servoventile 130 und 230 bereitgestellt und weist auf: eine Hydraulikaufbewahrung 31, einen Hydraulikmotor (z. B. Elektromotor) 33 und eine Pumpe 35.
Die Hydraulikaufbewahrung 31 bewahrt Öl auf, welches den Servoventilen 130 und 230 zugeführt wird.
Der Hydraulikmotor 33 wird mit einer vorbestimmten Drehzahl (U/min) angetrieben entsprechend einem Steuersignal, das von der Steuervorrichtung 50 angewendet wird, um die Pumpe 35, die mit der Drehwelle verbunden ist, zu betreiben, so dass die Ölmenge, welche von der Pumpe 35 abgeführt wird, gesteuert wird.
In der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss den Servoventilen 130 und 230 von einer elektrischen Hydraulikpumpenvorrichtung 30 zugeführt, aber dies ist nicht einschränkend.
Die Servoventile 130 und 230 betätigen die Aktuatoren 120 und 220 durch Steuern des Hydraulikdrucks und/oder Hydraulik-Flusses, der von der Hydraulikpumpenvorrichtung 30 zugeführt wird.
Die Aktuatoren 120 und 220 sind entsprechend mit dem Einlassventil 110 und dem Auslassventil 210 verbunden und werden durch den Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss, der durch die Servoventile 130 und 230 zugeführt wird, betrieben, um das Einlassventil 110 und das Auslassventil 210 zu betätigen.
Das heißt, die Aktuatoren 120 und 220 sind mit Aktuatorgehäusen 122 und 222 und Betätigungsstangen 124 und 224, die in den Aktuatorgehäusen 122 und 222 bereitgestellt sind, ausgebildet. Die Betätigungsstangen 124 und 224 sind entsprechend mit dem Einlassventil 110 und dem Auslassventil 210 verbunden.
Die Betätigungsstangen 124 und 224 führen vertikale Bewegungen aus entsprechend dem Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss, der in die Aktuatorgehäuse 122 und 222 eingeleitet wird, und das Einlassventil 110 und das Auslassventil 210 öffnen und/oder schließen das Innere der Brennkammer 11 selektiv, während sie sich vertikal bewegen entsprechend der Bewegung der Betätigungsstangen 124 und 224. Wenn das Einlassventil 110 geöffnet ist, werden Luft und Kraftstoff in die Brennkammer 11 eingeleitet, und wenn das Auslassventil 210 geöffnet ist, wird von der Brennkammer 11 erzeugtes Abgas nach außerhalb der Brennkammer 11 abgeleitet.
In diesem Fall wird der Betrag einer Bewegung(sdistanz) der Betätigungsstangen 124 und 224 entsprechend der Menge eines Hydraulikdrucks und/oder Hydraulik-Flusses, der in die Aktuatorgehäuse 122 und 222 eingebracht wird, gesteuert. Zum Beispiel kann, wenn die Menge des Hydraulikdrucks und/oder Hydraulik-Flusses, der in die Aktuatorgehäuse 122 und 222 eingebracht wird, erhöht wird, der Betrag der Bewegung(sdistanz) der Betätigungsstangen 124 und 224 erhöht sein.
Die Steuervorrichtung 50 gibt ein Steuersignal aus zum Steuern eines Öffnungsbetrags und einer Öffnungszeitdauer (z. B. auch Öffnungszeit) der Servoventile 130 und 230 entsprechend einer Position der Kurbelwelle 15, die durch den Kurbelwellenpositionssensor 20 detektiert wird. Das Steuersignal kann ein Spannungswert oder ein Stromwert sein, der an die Servoventile 130 und 230 übermittelt wird.
Die Steuervorrichtung 50 kann als mindestens ein Prozessor bereitgestellt sein, der von einem vorbestimmten Programm betrieben wird, und das vorbestimmte Programm kann programmiert sein, um jeden Schritt eines Verfahrens zum Steuern der Variables-Ventil-Vorrichtung entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
Das Steuersignal, das von der Steuervorrichtung 50 erzeugt und ausgegeben wird, kann eine spezifische Wellenform haben, so dass es den Öffnungsbetrag und die Öffnungszeitdauer der Servoventile 130 und 230 steuert. Zum Beispiel kann, wie in 2 gezeigt, das Steuersignal in der Form einer Sinus-Wellenform (z. B. einer sinusförmigen Funktion) erzeugt und dann ausgegeben werden. Alternativ kann das Steuersignal, wenn nötig, in der Form einer Puls-Wellenform (z. B. einer pulsförmigen Funktion) erzeugt werden.
Die Variables-Ventil-Vorrichtung kann ferner einen Servoverstärker aufweisen, welcher das Steuersignal, das von der Steuervorrichtung 50 ausgegeben wird, verstärkt. Der Servoverstärker verstärkt einen Spannungswert oder einen Stromwert, der von der Steuervorrichtung 50 ausgegeben wird, und übermittelt den verstärkten Wert an die Servoventile 130 und 230.
Der Öffnungsbetrag der Servoventile 130 und 230 kann entsprechend der Intensität des Steuersignals (d.h. des Stromwerts oder Spannungswerts) gesteuert werden.
Zum Beispiel, wenn der Stromwert oder der Spannungswert hoch ist, ist der Öffnungsbetrag der Servoventile 130 und 230 erhöht, und dann ist der Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss, der an die Aktuatoren 120 und 220 durch die Servoventile 130 und 230 zugeführt wird, erhöht, so dass der Öffnungsbetrag des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210 erhöht ist.
Wenn im Gegensatz dazu der Stromwert oder Spannungswert niedrig ist, ist der Öffnungsbetrag der Servoventile 130 und 230 vermindert und daher ist der Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss, der den Aktuatoren 120 und 220 durch die Servoventile 130 und 230 zugeführt wird, vermindert, so dass der Öffnungsbetrag des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210 vermindert ist.
Außerdem können die Öffnungszeitdauer des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210 entsprechend einer Wellenformbreite des Steuersignals gesteuert werden. Zum Beispiel ist, wenn die Wellenformbreite des Steuersignals breit/groß ist, die Öffnungszeitdauer der Servoventile 130 und 230 verlängert und daher ist eine Zeit zum Zuführen des Hydraulikdrucks und/oder Hydraulik-Flusses an die Aktuatoren 120 und 220 durch die Servoventile 130 und 230 auch verlängert, so dass die Öffnungszeitdauer des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210 verlängert ist.
Wenn im Gegensatz dazu die Wellenformbreite des Steuersignals eng ist, ist die Öffnungszeitdauer der Servoventile 130 und 230 verkürzt und daher ist eine Zeit zum Zuführen des Hydraulikdrucks und/oder Hydraulik-Flusses an die Aktuatoren 120 und 220 verkürzt, so dass die Öffnungszeitdauer des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210 verkürzt ist.
Des Weiteren kann die Variables-Ventil-Vorrichtung entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner Positionssensoren 140 und 240 aufweisen, welche die Positionen der Aktuatoren 120 und 220 detektieren, insbesondere die Positionen der Betätigungsstangen 124 und 224. Die Positionssensoren 140 und 240 können Differentialtransformer-Sensoren (DTF) sein. Allerdings ist dies nicht beschränkend, und die Positionssensoren 140 und 240 können als andere Sensoren bereitgestellt sein, welche die Positionen der Betätigungsstangen 124 und 224 detektieren können.
Die Positionssensoren 140 und 240 detektieren Positionen der Betätigungsstangen 124 und 224 der Aktuatoren 120 und 220, die mit dem Einlassventil 110 und dem Auslassventil 210 verbunden sind, und übermitteln die detektierten Positionen der Betätigungsstangen 124 und 224 der Aktuatoren 120 und 220 an die Steuervorrichtung 50 mittels der Konverter 150 und 250.
Die Steuervorrichtung 50 berechnet einen Positionsfehler des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210 aus den Positionen der Betätigungsstangen 124 und 224, welche durch die Positionssensoren 140 und 240 detektiert werden, und aus den Positionen der Kurbelwelle 15, welche durch den Kurbelwellenpositionssensor 20 detektiert werden, und kompensiert bzw. korrigiert (kurz: korrigiert) das Steuersignal, um den Positionsfehler zu beseitigen, und gibt das korrigierte Steuersignal aus.
Das heißt, die Steuervorrichtung 50 ermittelt eine Position des Kolbens 13 aus der Drehposition der Kurbelwelle 15, welche von dem Kurbelwellenpositionssensor 20 detektiert wird. Zusätzlich erzeugt die Steuervorrichtung 50 ein Steuersignal, das einen Öffnungsbetrag und eine Öffnungszeitdauer der Servoventile 130 und 230 steuert, so dass das Einlassventil 110 und das Auslassventil 210 entsprechend der Drehposition der Kurbelwelle 15 geöffnet und/oder geschlossen wird.
Allerdings kann ein Fehler im Betrieb der Servoventile 130 und 230 auftreten, welche durch das Steuersignal betätigt werden, und dementsprechend kann es sein, dass die Position (z. B. die Öffnungsweite) des Einlassventils 110 und die Position (z. B. die Öffnungsweite) des Auslassventils 210 nicht genau die Positionen entsprechend dem Steuersignal verfolgen (z. B. nicht genau mit den Positionen entsprechend dem Steuersignal übereinstimmen).
Daher detektiert die Steuervorrichtung 50 Positionen der Betätigungsstangen 124 und 224 von den/mittels der Positionssensoren 140 und 240, und ermittelt eine Position des Einlassventils 110 und eine Position des Auslassventils 210 aus den Positionen der Betätigungsstangen 124 und 224. Außerdem vergleicht die Steuervorrichtung 50 Orte (z. B. Positionen) entsprechend dem Steuersignal mit wesentlichen (z. B. tatsächlichen) Positionen der Betätigungsstangen 124 und 224, um einen Positionsfehler des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210 zu berechnen, und korrigiert das Steuersignal, um den Positionsfehler zu beseitigen, und gibt das korrigierte Steuersignal aus.
Das Steuersignal wird, wie oben beschrieben, mittels der Positionssensoren 140 und 240 korrigiert, wodurch eine genaue Positionssteuerung (z. B. Steuerung der Öffnungsweite) des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210 ermöglicht wird.
Nachstehend wird ein Betrieb der Variables-Ventil-Vorrichtung entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
Erstens, detektiert der Kurbelwellenpositionssensor 20 eine Position und Drehzahl der Kurbelwelle 15, und die detektierte Position und Drehzahl der Kurbelwelle 15 werden an die Steuervorrichtung 50 übermittelt.
Die Steuervorrichtung 50 erzeugt ein Steuersignal (Stromwert oder Spannungswert) entsprechend der Position und der Drehzahl der Kurbelwelle 15 und gibt das erzeugte Steuersignal an die Servoventile 130 und 230 aus.
Die Servoventile 130 und 230 arbeiten entsprechend dem Steuersignal, so dass die Menge des Hydraulikdrucks und/oder Hydraulik-Flusses und einer Zeit zum Zuführen des Hydraulikdrucks und/oder Hydraulik-Flusses an die Aktuatorgehäuse 122 und 222 gesteuert werden kann.
Der Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss, welcher von der Hydraulikpumpenvorrichtung 30 durch die Servoventile 130 und 230 geliefert wird, wird in die Aktuatorgehäuse 112 und 222 zugeführt, und die Betätigungsstangen 124 und 224, die in den Aktuatorgehäusen 122 und 222 bereitgestellt sind, bewegen sich vertikal entsprechend dem Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss, der den Aktuatorgehäusen 122 und 222 zugeführt wird.
Das heißt, wenn kein Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss an die Aktuatorgehäuse 122 und 222 durch die Servoventile 130 und 230 von der Hydraulikpumpenvorrichtung 30 geliefert wird, arbeiten die Betätigungsstangen 124 und 224 nicht und sind in einem normalen Zustand positioniert (d.h. die Betätigungsstangen 124 und 224 sind an einer oberen Seite positioniert). Außerdem halten das Einlassventil 110 und/oder das Auslassventil 210, welche mit den Betätigungsstangen 124 und 224 verbunden sind, die Brennkammer 11 durch die Ventilfeder(n) in einem geschlossenen Zustand.
Allerdings bewegen sich, wenn der Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss an die Aktuatorgehäuse 122 und 222 von der Hydraulikpumpenvorrichtung 30 durch die Servoventile 130 und 230 geliefert wird, die Betätigungsstangen 124 und 224 nach unten, und das Einlassventil 110 und/oder das Auslassventil 210, welche entsprechend mit den Betätigungsstangen 124 und 224 verbunden sind, bewegen sich nach unten, so dass die Brennkammer 11 geöffnet wird.
In diesem Fall wird die Öffnungszeitdauer der Servoventile 130 und 230 entsprechend einer Wellenformbreite des Steuersignals gesteuert, und ein Öffnungsbetrag der Servoventile 130 und 230 wird entsprechend der Intensität des Steuersignals gesteuert. Entsprechend dem Öffnungsbetrag und der Öffnungszeitdauer der Servoventile 130 und 230, werden eine Zuführmenge und eine Zuführzeit des Hydraulikdrucks und/oder Hydraulik-Flusses, der an die Aktuatorgehäuse 122 und 222 geliefert wird, gesteuert.
Außerdem werden Bewegungsdistanzen und eine Bewegungszeit der Betätigungsstangen 124 und 224 gesteuert entsprechend der Zuführmenge und der Zuführzeit des Hydraulikdrucks und/oder Hydraulik-Flusses, der den Aktuatorgehäusen 122 und 222 zugeführt wird, und dementsprechend wird ein Bewegungsabstand und eine Bewegungszeit des Einlassventils 110 und/oder des Auslassventils 210, welche mit den Betätigungsstangen 124 und 224 verbunden sind, gesteuert.
Das heißt, ein Hub des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210 wird entsprechend einer Intensität des Steuersignal gesteuert, eine Öffnungszeitdauer des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210 wird entsprechend der Wellenformbreite des Steuersignals gesteuert, und ein Öffnungs-/Schließzeitpunkt des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210 wird entsprechend einem Startpunkt des Steuersignals gesteuert. Außerdem kann eine Überlappung (z. B. eine Überlappung von Ventilöffnungszeitspannen) des Einlassventils und des Auslassventils gesteuert werden durch geeignetes Steuern des Startpunkts und der Wellenformbreite des Steuersignals.
Zum Beispiel, wenn die Wellenformbreite des Steuersignals breit/groß ist, ist eine Öffnungszeitdauer der Servoventile 130 und 230 verlängert, und dementsprechend ist eine Öffnungszeitdauer des Einlassventils 110 und/oder des Auslassventils 210 verlängert. Das heißt, da die Öffnungszeitdauer der Servoventile 130 und 230 verlängert ist, ist die Öffnungszeitdauer des Einlassventils 110 und/oder des Auslassventils 210 verlängert. Das heißt, eine Öffnungszeitdauer des Einlassventils 110 und/oder des Auslassventils 210 ist verlängert.
Wenn im Gegensatz dazu die Wellenformbreite des Steuersignals eng ist, ist die Öffnungszeitdauer der Servoventile 130 und 230 verkürzt und dementsprechend ist die Öffnungszeitdauer des Einlassventils 110 und/oder des Auslassventils 210 verkürzt. Das heißt, da die Öffnungszeitdauer der Servoventile 130 und 230 verkürzt ist, ist die Öffnungszeitdauer des Einlassventils 110 und/oder des Auslassventils 210 verkürzt. Das heißt, die Öffnungszeitdauer des Einlassventils 110 und/oder des Auslassventils 210 ist verkürzt.
Außerdem, wenn die Wellenformbreite des Steuersignals breit/groß ist, ist der Öffnungsbetrag der Servoventile 130 und 230 erhöht, und daher ist der Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss, welcher an das Einlassventil 110 und/oder das Auslassventil 210 durch die Servoventile 130 und 230 geliefert wird, erhöht und Bewegungsdistanzen der Betätigungsstangen 124 und 224 der Aktuatoren 120 und 220 sind vergrößert, so dass der Öffnungsbetrag des Einlassventils 110 und/oder des Auslassventils 210 erhöht ist. Das heißt, ein Hub des Einlassventils 110 und/oder des Auslassventils 210 ist erhöht.
Wenn im Gegensatz dazu die Intensität des Steuersignals niedrig ist, ist der Öffnungsbetrag der Servoventile 130 und 230 vermindert, und daher ist der Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss, der an das Einlassventil 110 und/oder das Auslassventil 210 durch die Servoventile 130 und 230 geliefert wird, reduziert, und die Bewegungsdistanzen der Betätigungsstangen 124 und 224 der Aktuatoren 120 und 220 sind verkürzt, so dass der Öffnungsbetrag des Einlassventils 110 und/oder des Auslassventils 210 vermindert ist. Das heißt, ein Hub des Einlassventils 110 und/oder des Auslassventils 210 ist reduziert.
Des Weiteren ermittelt die Steuervorrichtung 50 tatsächliche Positionen des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210 aus Positionen der Betätigungsstangen 124 und 224, welche durch die Positionssensoren 140 und 240 detektiert werden, und berechnet (zusammen) mit den Positionen entsprechend dem Steuersignal einen Positionsfehler. Die Steuervorrichtung 50 korrigiert das Steuersignal, um den Positionsfehler zu beseitigen, und gibt das korrigierte Steuersignal aus, so dass eine genaue Positionssteuerung des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210 ausgeführt wird.
Wie oben beschrieben und in den 3 bis 7 gezeigt, kann die Variables-Ventil-Vorrichtung entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Öffnungs-/Schließzeitpunkt, einen Hub, eine Überlappung und eine Öffnungszeitdauer des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210 entsprechend des Steuersignals, das von der Steuervorrichtung 50 ausgegeben wird, steuern.
Da außerdem die Ventile bzw. der Öffnungs-/Schließzeitpunkt, der Hub und die Öffnungszeitdauer der Ventile nicht durch eine mechanische Vorrichtung (d.h. eine mechanische Variables-Ventil-Vorrichtung), die eine Nockenwelle aufweist, gesteuert werden, kann die Gestaltung der Variables-Ventil-Vorrichtung entsprechend der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vereinfacht werden, und eine Antwortgeschwindigkeit (z. B. ein Ansprech(verhalt)en) wird schnell.
Ferner, da der Öffnungs-/Schließzeitpunkt, der Hub und die Öffnungszeitdauer der Ventile durch das Steuersignal, das von der Steuervorrichtung 50 ausgegeben wird, gesteuert werden, können der Öffnungs-/Schließzeitpunkt, der Hub und die Öffnungszeitdauer der Ventile und eine Überlappung des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210 verschiedenartig implementiert werden, ohne eine zusätzliche Gestaltungsmodifikation, und Herstellungskosten können gespart werden.
Außerdem wird ein Positionsfehler zwischen tatsächlichen Positionen der Ventile und den Positionen entsprechend dem Steuersignal berechnet durch Messen der tatsächlichen Positionen des Einlassventils 110 und des Auslassventils 210, und das Steuersignal wird korrigiert, um den Positionsfehler zu beseitigen, so dass das Einlassventil 110 und das Auslassventil 210 genau gesteuert werden können.
Für eine Vereinfachung der Erklärung und eine genaue Definition in den angehängten Ansprüchen werden die Begriffe „obere”, „untere”, „innere”, „äußere”, „oben”, „unten“, „obere”, „untere”, „nach oben”, „nach unten”, „vorne”, „hinten”, „rückseitig”, „innen”, „außen”, „nach innen”, „nach außen”, „innen(seitig)”, „außen(seitig)”, „innere”, „äußere”, „nach vorne”, und „zurück” verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug zu den Positionen solcher Merkmale, wie sie in den Figuren dargestellt sind, zu beschreiben.
Die vorangehenden Beschreibungen spezifischer beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden zu Zwecken der Illustration und Beschreibung präsentiert. Sie sind nicht dazu beabsichtigt, vollständig zu sein oder die Erfindung auf genau diese offenbarten Ausführungsformen zu beschränken, und offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen im Licht der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erklären, um dadurch den Fachmann in die Lage zu versetzten, verschiedenartige beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung herzustellen und zu verwenden, sowie vielfältige Alternativen und Modifikationen davon. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die Ansprüche, welche hier angehängt sind, und ihre Äquivalente definiert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2015-0176346 [0001]

Claims

Eine Variables-Ventil-Vorrichtung aufweisend: einen Kurbelwellenpositionssensor (20), welcher eine Position einer Kurbelwelle (15) detektiert, eine Mehrzahl von Ventilen (110, 210), welche eine Brennkammer (11) in einem Zylinder (10) selektiv öffnen und/oder schließen, eine Hydraulikpumpenvorrichtung (30), welche einen Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss liefert, Servoventile (130, 230), welche mit der Hydraulikpumpenvorrichtung (30) fluidverbunden sind und den Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss, der von der Hydraulikpumpenvorrichtung (30) geliefert wird, steuern entsprechend der Position der Kurbelwelle, die durch den Kurbelwellenpositionssensor (20) detektiert wird, Aktuatoren (120, 220), welche mit den Servoventilen (130, 230) fluidverbunden sind und die Ventile (110, 210) durch den Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss, der von den Servoventilen (130, 230) zugeführt wird, betätigen, und eine Steuervorrichtung (50), welche ein Steuersignal ausgibt, das einen Öffnungsbetrag und eine Öffnungszeitdauer der Servoventile (130, 230) entsprechend der Position der Kurbelwelle (15) steuert.
Die Variables-Ventil-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Öffnungsbetrag und die Öffnungszeitdauer der Servoventile (130, 230) jeweils gemäß einer Intensität und einer Wellenformbreite des Steuersignals, das von der Steuervorrichtung (50) ausgegeben wird, gesteuert werden.
Die Variables-Ventil-Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Aktuatoren (120, 220) aufweisen: Aktuatorgehäuse (122, 222), in welche der Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss durch die Servoventile (130, 230) eingeleitet wird, und Betätigungsstangen (124, 224), welche verschiebbar in den Aktuatorgehäusen (122, 222) bereitgestellt sind, welche entsprechend dem Hydraulikdruck und/oder Hydraulik-Fluss, der in die Aktuatorgehäuse (122, 222) eingeleitet wird, tätig sind und welche entsprechend mit der Mehrzahl von Ventilen (110, 210) verbunden sind.
Die Variables-Ventil-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner einen Positionssensor (140, 240) aufweisend, welcher Positionen der Betätigungsstangen (124, 224) der Aktuatoren (120, 220) detektiert.
Die Variables-Ventil-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuervorrichtung (50) das Steuersignal basierend auf den Positionen der Betätigungsstangen (124, 224), die von dem Positionssensor (140, 240) detektiert werden, korrigiert.
Die Variables-Ventil-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuervorrichtung (50) einen Positionsfehler der Mehrzahl von Ventilen (110, 210) aus den Positionen der Aktuatoren (120, 220), welche von dem Positionssensor (140, 240) detektiert werden, und der Position der Kurbelwelle (15), welche von dem Kurbelwellenpositionssensor (20) detektiert wird, ermittelt und das Steuersignal nach Beseitigen des Positionsfehlers ausgibt.
Die Variables-Ventil-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Mehrzahl von Ventilen (110, 210) aufweist: ein Einlassventil (110), welches selektiv geöffnet und/oder geschlossen wird zum Zuführen von Luft und Kraftstoff an die Brennkammer (11), und ein Auslassventil (210), welches selektiv geöffnet und/oder geschlossen wird, um Abgas, das von der Brennkammer (11) erzeugt wird, abzuführen.
Die Variables-Ventil-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Hydraulikpumpenvorrichtung (30) aufweist: eine Hydraulikaufbewahrung (31), welche Öl aufbewahrt, eine Pumpe (35), welche fluidmäßig mit der Hydraulikaufbewahrung (31) und den Servoventilen (130, 230) verbunden ist und welche Öl pumpt, das in der Hydraulikaufbewahrung (31) aufbewahrt ist, und einen Hydraulikmotor (33), welcher mit der Pumpe (35) verbunden ist und die Pumpe (35) betreibt.