DE19736647B4

DE19736647B4 - Elektromagnetisch betätigtes Ventilantriebssystem

Info

Publication number: DE19736647B4
Application number: DE19736647A
Authority: DE
Inventors: Shinji Kamimaru
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2017-08-23
Also published as: US5782211A; DE19736647A1; JPH1073011A; GB2316711A; GB9718148D0; GB2316711B

Abstract

Elektromagnetisch betätigtes Ventilantriebssystem eines Motors mit einer Verbrennungskammer, mit einem Einlaß- oder Auslaßventil (3a bis 3h) mit einem Ventilkörper (7a) zum öffnen und Schließen der Verbrennungskammer, einem Ventilschaft (7γ) zum Haltern des Ventilkörpers (7a), einem Anker (10a), der mit dem Ventilschaft (7γ) verbunden ist, einem ersten Elektromagneten (9a bis 9h) zum Anziehen des Ankers (10a) und zum antriebsmäßigen Bewegen des Ventilkörpers (7a) zum öffnen der Verbrennungskammer sowie einem zweiten Elektromagneten (8a bis 8h) zum Anziehen des Ankers (10a) und zum antriebsmäßigen Bewegen des Ventilkörpers (7a) zum Schließen der Verbrennungskammer, und mit einer Steuervorrichtung (4) zum Aktivieren oder Deaktivieren des ersten und des zweiten Elektromagneten (8a bis 8h, 9a bis 9h), gekennzeichnet durch
wenigstens eine Feder (11a, 12a) zum Halten des Ventilkörpers (7a) im Gleichgewicht in einer vorbestimmten Stellung zwischen der vollständig geöffneten und der vollständig geschlossenen Stellung des Ventilkörpers (7a) sowie zum Ausüben einer Rückstellkraft auf den Ventilkörper...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisch betätigtes Ventilantriebssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und betrifft insbesondere ein elektromagnetisch betätigtes Ventilantriebssystem, das in der Lage ist, einen Aufprall bzw. Stoßbewegungen beim Aufsetzen eines Ventils auf einen Ventilsitz oder beim vollständigen öffnen des Ventils zu absorbieren bzw. auszugleichen.
Bei einem elektromagnetisch betätigten Ventilantriebssystem handelt es sich um einen Ventilantriebsmechanismus zum öffnen und Schließen von Ansaug- bzw. Einlaßventilen und Auslaßventilen mittels elektromagnetischer Kraft. Der größte Vorteil der Ventilantriebsvorrichtung gegenüber einem herkömmlichen Nockenwellen-Antriebsventilmechanismus besteht darin, daß es möglich ist, die zeitliche Öffnungs- und Schließsteuerung von Ventilen in beliebiger Weise vorzugeben, und daß die Ventilantriebsvorrichtung somit einen Betrieb eines Motors mit einer optimalen zeitlichen Ventilsteuerung nach Maßgabe der Motorbetriebsbedingungen ermöglicht.
Einer der Nachteile einer Ventilantriebsvorrichtung besteht jedoch in der Entstehung von Aufprall- bzw. ruckartigen Stoßbewegungen beim Aufsetzen von Ventilen auf ihre Ventilsitze oder beim vollständigen öffnen derselben. Diese Stoßbewegungen werden durch die Ventilbewegung verursacht, die durch die Magnetkraft von Elektromagneten oder die Rückprallkraft von Federn beschleunigt wird. Prallbewegungen führen generell zur Entstehung von Geräuschen und haben außerdem einen nachteiligen Einfluß auf die Lebensdauer von Ventilen.
Als ein Beispiel für Techniken zum Lösen dieses Problems sei die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift Toku-Kai-Sho Nr. 61-76713 erwähnt, deren elektromagnetisch betätigtes Ventilantriebssystem einen Elektromagneten zum Betätigen eines Ventils (einen Ventilöffnungs-Elektromagneten), einen Elektromagneten zum Schließen eines Ventils (einen Ventilschließ-Elektromagneten) sowie einen Anker aufweist, wobei eine Technik offenbart wird, bei der der Aufprall beim Aufsetzen dadurch abgeschwächt wird, daß die Aufsetzgeschwindigkeit des Ventils durch Aktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten unmittelbar vor dem Aufsetzen reduziert wird.
Unmittelbar vor dem Aufsetzen des Ventils ist es jedoch aufgrund der Tatsache, daß sich der Anker in seiner dem Ventilschließ-Elektromagneten am nähesten gelegenen Position sowie in seiner von dem Ventilöffnungs-Elektromagneten am weitesten entfernten Position befindet, durch das Vorhandensein eines schwachen Magnetfelds des Ventilöffnungs-Elektromagneten schwierig, die Aufsetzgeschwindigkeit des Ventils zu steuern.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung eines elektromagnetisch betätigten Ventilantriebssystems, das in der Lage ist, die Geschwindigkeit des Ventils unmittelbar vor dem vollständigen öffnen des Ventils oder dem vollständigen Aufsetzen bzw. Schließen des Ventils zu steuern, so daß sich eine Aufprall- oder Stoßbewegung beim Aufsetzen oder vollständigen öffnen verhindern oder zumindest abschwächen läßt.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt schafft die vorliegende Erfindung ein elektromagnetisch betätigtes Ventilantriebssystem eines Motors mit einer Verbrennungskammer, mit einem Einlaß- oder Auslaßventil mit einem Ventilkörper zum öffnen und Schließen der Verbrennungskammer, einem Ventilschaft zum Haltern des Ventilkörpers, einem Anker, der mit dem Ventilschaft verbunden ist, einem ersten Elektromagneten zum Anziehen des Ankers und zum antriebsmäßigen Bewegen des Ventilkörpers zum öffnen der Verbrennungskammer sowie einem zweiten Elektromagneten zum Anziehen des Ankers und zum antriebsmäßigen Bewegen des Ventilkörpers zum Schließen der Verbrennungskammer, und mit einer Steuervorrichtung zum Aktivieren oder Deaktivieren des ersten und des zweiten Elektromagneten, wobei sich das Ventilantriebssystem erfindungsgemäß auszeichnet durch wenigstens eine Feder zum Halten des Ventilkörpers im Gleichgewicht in einer vorbestimmten Stellung zwischen der vollständig geöffneten und der vollständig geschlossenen Stellung des Ventilkörpers sowie zum Ausüben einer Rückstellkraft auf den Ventilkörper;
und durch eine Ventilschließ-Steuereinrichtung, um die Aktivierung des zweiten Elektromagneten wenigstens einmal zu stoppen, unmittelbar bevor das Einlaß- oder Auslaßventil vollständig geschlossen wird, um dadurch die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers beim Aufsetzen desselben beim Schließen des Einlaß- oder Auslaßventils zu reduzieren.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt schafft die vorliegende Erfindung ein elektromagnetisch betätigtes Ventilantriebssystem eines Motors mit einer Verbrennungskammer, mit einem Einlaß- oder Auslaßventil mit einem Ventilkörper zum öffnen und Schließen der Verbrennungskammer, einem Ventilschaft zum Haltern des Ventilkörpers, einem Anker, der mit dem Ventilschaft verbunden ist, einem ersten Elektromagneten zum Anziehen des Ankers und zum antriebsmäßigen Bewegen des Ventilkörpers zum öffnen der Verbrennungskammer sowie einem zweiten Elektromagneten zum Anziehen des Ankers und zum antriebsmäßigen Bewegen des Ventilkörpers zum Schließen der Verbrennungskammer, und mit einer Steuervorrichtung zum Aktivieren oder Deaktivieren des ersten und des zweiten Elektromagneten, wobei sich das Ventilantriebssystem erfindungsgemäß auszeichnet durch wenigstens eine Feder zum Halten des Ventilkörpers im Gleichgewicht in einer vorbestimmten Stellung zwischen der vollständig geöffneten und der vollständig geschlossenen Stellung des Ventilkörpers sowie zum Ausüben einer Rückstellkraft auf den Ventilkörper;
und durch eine Ventilöffnungs-Steuereinrichtung, um die Aktivierung des ersten Elektromagneten wenigstens einmal zu stoppen, unmittelbar bevor das Einlaß- oder Auslaßventil vollständig geöffnet wird, um dadurch die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers beim vollstängigen Öffnen desselben beim öffnen des Einlaß- oder Auslaßventils zu reduzieren.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Flußdiagramm zur Erläuterung einer Hauptsteuerroutine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung einer Steuerroutine zum Steuern eines Stroms, der einem Ventilöffnungs-Elektromagneten zugeführt wird;
3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung einer Steuerroutine zum Steuern eines Ausschalt-Impulses;
4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung einer Steuerroutine zum Steuern eines Stroms, der einem Ventilschließ-Elektromagneten zugeführt wird;
5 eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines Motors, in den ein elektromagnetisch betätigtes Ventilantriebssystem integriert ist;
6 ein Schaltungsdiagramm eines elektromagnetisch betätigten Ventilantriebssystems;
7 eine schematische Darstellung eines elektromagnetisch betätigten Ventilantriebssystems; und
8 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der zeitlichen Einschalt- und Ausschalt-Steuerung eines Stroms, der einem Ventilöffnungs- und einem Ventilschließ-Elektromagneten zugeführt wird, sowie ein zeitliches Diagramm zur Erläuterung einer Bewegung eines Ventilhubs gegenüber der Zeit.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung ausführlich beschrieben.
Wie unter Bezugnahme auf 5 zu sehen ist, bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Vier-Zylinder-Verbrennungsmotor, in den ein elektromagnetisch betätigtes Ventilantriebssystem integriert ist. Eine Ansaugleitung 5 ist mit jedem Zylinder #1, #2, #3 und #4 des Motors 1 verbunden, und elektromagnetisch betätigte Einlaß- bzw. Ansaugventile 3a, 3b, 3c und 3d sind jeweils an dem Verbindungsbereich der Ansaugleitung 5 mit dem jeweiligen Zylinder angeordnet.
Ferner ist eine Auslaßleitung 6 mit den jeweiligen Zylindern #1, #2, #3 und #4 verbunden, und elektromagnetisch betätigte Auslaßventile 3e, 3f, 3g und 3h sind jeweils an dem Verbindungsbereich der Auslaßleitung 6 mit dem jeweiligen Zylinder angeordnet.
Diese elektromagnetisch betätigten Einlaß- und Auslaßventile 3a bis 3h sind mit einer Steuervorrichtung 4 verbunden, so daß ein elektromagnetisch betätigtes Ventilantriebssystem 2 gebildet ist. Diese Einlaß- und Auslaßventile werden durch das Antriebssignal von der Steuervorrichtung 4 derart betätigt, daß sie zeitlich individuell gesteuert öffnen und schließen.
Wie unter Bezugnahme auf die 5, 6 und 7 zu sehen ist, ist das elektromagnetisch betätigte Einlaßventil 3a gebildet aus einem Elektromagneten 9a zum öffnen des Ventils (der im folgenden als Ventilöffnungs-Elektromagnet bezeichnet wird), einem Elektromagneten 8a zum Schließen des Ventils (der im folgenden als Ventilschließ-Elektromagnet bezeichnet wird) sowie aus einem Ventilkörper 7a, der durch das mit diesen Elektromagneten erzeugte Magnetfeld betätigt wird.
In ähnlicher Weise weist das elektromagnetisch betätigte Einlaßventil 3b einen Ventilöffnungs-Elektromagneten 9b, einen Ventilschließ-Elektromagneten 8b und einen Ventilkörper 7b auf. Die Einlaß- und Auslaßventile 3c bis 3h sind gleichermaßen aus entsprechenden Elektromagneten und Ventilen gebildet.
Die Steuervorrichtung 4, die in 6 gezeigt ist, besitzt eine Eingangs-Schnittstelle 15, eine CPU 16 sowie eine Hochspannungs-Treiberschaltung bzw. eine mit hoher Spannung arbeitende Treiberschaltung 17.
Verschiedene Sensoren (nicht gezeigt) sind mit der Eingangs-Schnittstelle 15 verbunden, in die mittels der Sensoren verschiedene Daten eingegeben werden, wie zum Beispiel die Motordrehzahl, der Gaspedal-Öffnungswinkel, der Kurbelwellenwinkel, die Kühlmitteltemperatur und dergleichen.
Aufgrund dieser Eingabedaten berechnet die CPU 16 den Öffnungs- und Schließzeitpunkt der elektromagnetisch betätigten Einlaßventile 3a bis 3d sowie der elektromagnetisch betätigten Auslaßventile 3e bis 3h, und die Hochspannungs-Treiberschaltung 17 gibt dann zu dem berechneten Zeitpunkt ein Treibersi tung 17 gibt dann zu dem berechneten Zeitpunkt ein Treibersignal an die jeweiligen Ventilöffnungs-Elektromagneten 9a bis 9h und Ventilschließ-Elektromagneten 8a bis 8h ab.
7 zeigt eine Konstruktion des elektromagnetisch betätigten Einlaßventils 3a, das einen Ventilkörper 7a, einen Ventilschließ-Elektromagneten 8a zum Schließen des Ventilkörpers 7a, einen Ventilöffnungs-Elektromagneten 9a zum Öffnen des Ventilkörpers 7a, eine Ventilöffnungsfeder 11a und eine Ventilschließfeder 12a aufweist.
Der Ventilkörper 7a besitzt einen Ventilteller 7α an seinem einen Ende, und ein Federfesthalteglied 7β ist an dem anderen Ende des Ventilschafts 7γ angebracht. Ein Anker 10a ist in integraler Weise mit dem Federfesthaltglied 7b ausgebildet, um den Ventilkörper 7a durch Erregen des Ventilöffnungs-Elektromagneten 8a und des Ventilschließ-Elektromagneten 9a zu öffnen und zu schließen.
Der Ventilkörper 7a ist in dem Motor 1 derart angeordnet, daß sein Ventilteller 7α einen Ventilsitz 14a dicht verschließt, der an dem Verbindungsbereich des Zylinders #1 mit der Ansaugleitung 5 vorgesehen ist, wenn der Ventilkörper 7a in eine Schließstellung kommt.
Ferner sind die zylindrischen Ventilöffnungs- und Ventilschließ-Elektromagneten 9a und 8a auf einer gemeinsamen Achse mit dem Ventilschaft 7γ in einer vorbestimmten Beabstandung voneinander angeordnet, und der Anker 10a ist derart angeordnet, daß er zwischen den beiden Elektromagneten 9a und 8a in Richtung der Achse des Ventilschafts 7γ hin- und herbeweglich ist.
Die Beabstandung zwischen den beiden Elektromagneten ist derart gewählt, daß der Ventilkörper 7a vollständig geschlossen ist, wenn der Anker 10a mit dem Ventilschließ-Elektromagneten 8a in Berührung tritt, sowie vollständig geöffnet ist, wenn der Anker 10a mit dem Ventilöffnungs-Elektromagneten 9a in Berührung tritt.
Das Federfesthalteglied 7β ist zwischen der Ventilöffnungsfeder 11a, die in dem über dem Ventilschließ-Elektromagneten 8a vorhandenen zylindrischen Raum angeordnet ist, sowie der Ventilschließfeder 12a, die in dem zylindrischen Innenraum des Ventilöffnungs-Elektromagneten 9a auf derselben Achse wie der Ventilschaft 7γ angeordnet ist, in einer derartigen Weise vorgesehen, daß es im Gleichgewicht mit einer mittleren Position des Ventilschließ-Elektromagneten 8a und des Ventilöffnungs-Elektromagneten 9a angeordnet ist.
7 zeigt ein Beispiel des elektromagnetisch betätigten Ventils unter Verwendung eines Einlaßventils 3a, wobei jedoch die anderen Einlaßventile 3b bis 3d sowie die Auslaßventile 3e bis 3h in der gleichen Weise wie das Einlaßventil 3a ausgebildet sind.
Im folgenden wird eine Arbeitsweise des elektromagnetisch betätigten Ventilantriebssystems 2 unter Bezugnahme auf die Flußdiagramme der 1 bis 4 sowie ein Zeitdiagramm in 8 erläutert.
Die in diesen Flußdiagrammen veranschaulichten Steuerroutinen werden bei jedem spezifizierten Kurbelwellenwinkel Θ durchgeführt. Unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm der 1 wird bei Start der Hauptroutine zuerst in einem Schritt S1 ein Motorbetriebszustand festgestellt, d. h. es erfolgt die Feststellung einer Motordrehzahl, eines Gaspedal-Öffnungswinkels, eines Kurbelwellenwinkelsignals, einer Kühlmitteltemperatur und dergleichen. Diese erfaßten Daten werden der zentralen Verarbeitungseinheit CPU 16 der Steuervorrichtung 4 zugeführt, wo verschiedene Betätigungszeiten gemäß der nachfolgend erläuterten Verfahrensweise berechnet werden.
In einem Schritt S2 werden zuerst Öffnungs- und Schließzeiten der elektromagnetisch betätigten Einlaßventile 3a bis 3d sowie der Auslaßventile 3e bis 3h berechnet. In einem Schritt S3 werden dann jeweils die Aktivierungszeiten der Ventilöffnungs-Elektromagneten 8a bis 8h und der Ventilschließ-Elektromagneten 9a bis 9h berechnet, und in Schritt S4 erfolgt dann eine Berechnung von Deaktivierungsimpuls-Zeitpunkten. Bei dem Deaktivierungsimpuls (der im folgenden auch als "Ausschalt-" oder "Aus-Impuls" bezeichnet wird) handelt es sich um einen Impuls zum vorübergehenden Ausschalten der Stromzufuhr zu den Elektromagneten. In einem Schritt S5 erfolgt dann eine Aktivierungs-Steuerroutine, wonach das Programm zum Start zurückkehrt.
Die Aktivierungs-Steuerroutine ist in eine erste Aktivierungs-Steuerroutine zum Aktivieren oder Deaktivieren der jeweiligen Ventilöffnungs-Elektromagneten 9a bis 9h sowie in eine zweite Aktivierungs-Steuerroutine zum Aktivieren oder Deaktivieren der jeweiligen Ventilschließ-Elektromagneten 8a bis 8h unterteilt.
Unter Bezugnahme auf 2 wird nun die erste Aktivierungs-Steuerroutine erläutert. Bei Beginn der Routine erfolgt in einem Schritt S11 die Beurteilung, ob die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Abgeben eines Aus-Impulses übereinstimmt oder nicht. Bei der Feststellung, daß die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Abgeben eines Aus-Impulses übereingestimmt hat, fährt das Programm mit einem Schritt S12 fort, in dem eine Aus-Impuls-Bestätigungsroutine durchgeführt wird, wonach das Programm die erste Aktivierungs-Steuerroutine verläßt. Bei der Beurteilung, daß die Kurbelwellensteuerung keinen Zeitpunkt zum Abgeben des Aus-Impulses darstellt, fährt das Programm mit dem Schritt S13 fort.
In dem Schritt S13 erfolgt die Beurteilung, ob der Ventilöffnungs-Elektromagnet deaktiviert ist oder nicht, und wenn die ser deaktiviert ist, fährt das Programm mit einem Schritt S14 fort. Wenn dagegen der Ventilöffnungs-Elektromagnet aktiviert ist, fährt das Programm mit einem Schritt S16 fort.
In dem Schritt S14 erfolgt die Beurteilung, ob die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Aktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten übereinstimmt oder nicht. Bei der Beurteilung, daß die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Aktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten übereingestimmt hat, fährt das Programm mit einem Schritt S15 fort, in dem der Ventilöffnungs-Elektromagnet aktiviert wird, wonach das Programm die Routine verläßt. Erfolgt dagegen die Beurteilung, daß die Kurbelwellensteuerung keinen Zeitpunkt zum Aktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten darstellt, verläßt das Programm die Routine.
In dem Schritt S16 erfolgt die Beurteilung, ob die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Aktivieren des Ventilschließ-Elektromagneten übereinstimmt oder nicht. Bei der Beurteilung, daß die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Aktivieren des Ventilschließ-Elektromagneten übereingestimmt hat, fährt das Programm mit einem Schritt S17 fort, in dem der im aktivierten Zustand befindliche Ventilöffnungs-Elektromagnet deaktiviert wird, wonach das Programm die Routine verläßt. Erfolgt dagegen die Beurteilung, daß die Kurbelwellensteuerung keinen Zeitpunkt zum Aktivieren des Ventilschließ-Elektromagneten darstellt, verläßt das Programm die Routine.
Im folgenden wird die Aus-Impuls-Bestätigungsroutine in dem Schritt S12 unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Dabei erfolgt in einem Schritt S21 die Beurteilung, ob die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Unterbrechen der an den Ventilöffnungs-(oder Ventilschließ-)Elektromagneten angelegten Spannung übereinstimmt. Bei der Beurteilung, daß die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Unterbrechen dieser Spannung übereingestimmt hat, fährt das Programm mit einem Schritt S22 fort, in dem der Ventilöffnungs-(oder der Ventilschließ-)Elektromagnet deaktiviert wird, wonach das Programm zu einem Schritt S23 übergeht. Erfolgt dagegen die Beurteilung, daß die Kurbelwellensteuerung keinem Zeitpunkt zum Unterbrechen dieser Spannung enspricht oder wenn der Ventilöffnungs-(oder Ventilschließ-)Elektromagnet nicht aktiviert ist, springt das Programm weiter zu Schritt S23.
In Schritt S23 erfolgt die Beurteilung, ob die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Anlegen einer Spannung an den Ventilöffnungs-(oder Ventilschließ-)Elektromagneten übereinstimmt. Bei der Beurteilung, daß die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Anlegen einer Spannung an den Ventilöffnungs-(oder Ventilschließ-)Elektromagneten übereingestimmt hat, fährt das Programm mit einem Schritt S24 fort, in dem der Ventilöffnungs-(oder Ventilschließ-)Elektromagnet aktiviert wird, wonach das Programm die Aus-Impuls-Bestätigungsroutine verläßt. Wenn dagegen in Schritt S23 die Beurteilung erfolgt, daß die Kurbelwellensteuerung keinem Zeitpunkt zum Anlegen einer Spannung an den Ventilöffnungs-(oder Ventilschließ-)Elektromagneten entspricht oder wenn der Elektromagnet aktiviert ist, verläßt das Programm die Routine.
Unter Bezugnahme auf 4 wird nun die zweite Aktivierungs-Steuerroutine beschrieben. Beim Start der Routine erfolgt in einem Schritt S31 die Beurteilung, ob die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Abgeben eines Aus-Impulses übereinstimmt oder nicht. Bei der Beurteilung, daß die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Abgeben des Aus-Impulses übereingestimmt hat, fährt das Programm mit einem Schritt S32 fort, in dem die Aus-Impuls-Bestätigungsroutine durchgeführt wird, und danach verläßt das Programm die zweite Aktivierungs-Steuerroutine. Dabei wird die Aus-Impuls-Bestätigungsroutine in der gleichen Weise wie bei der ersten Aktivierungs-Steuerroutine durchgeführt. Erfolgt dagegen die Beurteilung, daß die Kurbelwellensteuerung keinem Zeitpunkt zum Abgeben des Aus-Impulses entspricht, fährt das Programm mit einem Schritt S33 fort.
In dem Schritt S33 erfolgt die Beurteilung, ob der Ventilschließ-Elektromagnet deaktiviert ist, und wenn dieser deaktiviert ist, fährt das Programm mit einem Schritt S34 fort. Wenn dagegen der Ventilschließ-Elektromagnet aktiviert ist, fährt das Programm mit einem Schritt S36 fort.
In dem Schritt S34 erfolgt die Beurteilung, ob die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Aktivieren des Ventilschließ-Elektromagneten übereinstimmt oder nicht. Bei der Beurteilung, daß die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Aktivieren des Ventilschließ-Elektromagneten übereingestimmt hat, fährt das Programm mit einem Schritt S35 fort, in dem der Ventilöffnungs-Elektromagnet aktiviert wird, wonach das Programm die Routine verläßt. Erfolgt dagegen die Beurteilung, daß die Kurbelwellensteuerung keinem Zeitpunkt zum Aktivieren des Ventilschließ-Elektromagneten entspricht, verläßt das Programm die Routine.
In dem Schritt S36 erfolgt die Beurteilung, ob die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Aktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten übereinstimmt oder nicht. Bei der Beurteilung, daß die Kurbelwellensteuerung mit einem Zeitpunkt zum Aktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten übereingestimmt hat, fährt das Programm mit einem Schritt S37 fort, in dem der in seinem aktivierten Zustand befindliche Ventilöffnungs-Elektromagnet deaktiviert wird, wonach das Programm die Routine verläßt. Erfolgt dagegen die Beurteilung, daß die Kurbelwellensteuerung keinem Zeitpunkt zum Aktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten entspricht, verläßt das Programm die Routine.
Im folgenden wird die Beziehung zwischen der Steuerspannung des elektromagnetisch betätigten Einlaßventils 3a und dem Betrieb des Ventilkörpers 7a unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
In 8 veranschaulicht ein Zeitdiagramm (a) eine an den Ventilöffnungs-Elektromagneten 9a angelegte Steuerspannung, und ein Zeitdiagramm (b) veranschaulicht eine an den Ventilschließ-Elektromagneten 8a angelegte Steuerspannung. Ferner veranschaulicht ein Zeitdiagramm (c) einen Ventilhub entsprechend den Diagrammen (a) und (b).
Die in 1 dargestellte Hauptroutine wird bei jedem spezifizierten Kurbelwellenwinkel Θ durchgeführt, das heißt die Berechnungen in den Schritten S2 bis S4 werden für jeden Kurbelwinkel Θ auf der Basis der erfaßten Motorbetriebsbedingungen wiederholt, und außerdem wird die Aktivierungs-Steuerroutine in dem Schritt S5 auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Berechnungen durchgeführt. Die Aktivierungs-Steuerroutine wird gemäß den in den 2, 3 und 4 veranschaulichten Steuerroutinen durchgeführt.
Wenn zum Beispiel das elektromagnetisch betätigte Einlaßventil 3a offen ist, wird die in 2 dargestellte erste Aktivierungs-Steuerroutine bei jedem spezifizierten Kurbelwellenwinkel Θ durchgeführt, und zwar unter Durchlaufung solcher Schritte wie Start → S11 → S13 → S16 → zurück zum Start. In diesem Zustand wird die Steuerspannung des Ventilöffnungs-Elektromagneten 9a (die im folgenden auch als "Ventilöffnungs-Steuerspannung" bezeichnet wird) weiterhin angelegt. Andererseits wird die zweite Aktivierungs-Steuerroutine, wie sie in 4 gezeigt ist, bei jedem spezifizierten Kurbelwinkel Θ wiederholt, und zwar unter Durchlaufung solcher Schritte wie Start → S31 → S33 → S34 → zurück zum Start, und die Steuerspannung des Ventilschließ-Elektromagneten 8a (die im folgen den auch als "Ventilschließ-Steuerspannung" bezeichnet wird) bleibt weiterhin ausgeschaltet.
Der Ventilöffnungs-Elektromagnet 9a wird durch die Ventilöffnungs-Steuerspannung aktiviert, und der Anker 10a wird durch das Magnetfeld des Ventilöffnungs-Elektromagneten in Richtung auf diesen Ventilöffnungs-Elektromagneten 9a angezogen, so daß der Ventilkörper 7a geöffnet wird.
Wenn der Kurbelwellenwinkel den Wert Θ₁ (der einem Zeitpunkt t₁ in 8 entspricht) erreicht, wie dies in 2 gezeigt ist, wird die erste Aktivierungsroutine bei jedem spezifizierten Kurbelwellenwinkel wiederholt, und zwar unter Durchlaufung solcher Schritte wie Start → S11 → S13 → S16 → S17 → zurück zum Start, wonach solche Schritte wie Start → S11 → S13 → 514 → zurück zum Start erfolgen, nachdem die Ventilöffnungs-Steuerspannung ausgeschaltet ist. Als Ergebnis hiervon bleibt die Ventilöffnungs-Steuerspannung weiterhin ausgeschaltet.
Wenn die Ventilöffnungs-Steuerspannung zu dem Zeitpunkt t₁ ausgeschaltet wird, wird durch die in Richtung auf die Gleichgewichtsstellung der Ventilöffnungsfeder 11 und der Ventilschließfeder 12 gerichtete Rückstellkraft der Ventilkörper 7a in Schließrichtung beaufschlagt, wobei sich eine Bewegung ergäbe, wie sie in unterbrochener Linie dargestellt ist, es sei denn, es wird eine Steuerspannung an den Ventilschließ-Elektromagneten 8a angelegt. Die tatsächliche Bewegung des Ventilkörpers 7a sieht jedoch folgendermaßen aus.
Wenn der Kurbelwellenwinkel einen Wert Θ₂ (entsprechend einem Zeitpunkt t₂ in 8) erreicht, führt die in 4 gezeigte, zweite Aktivierungs-Steuerroutine solche Schritte wie Start → S31 → S33 → S34 → S35 → zurück zum Start aus, und die Ventilschließ-Steuerspannung wird eingeschaltet. Danach werden solche Schritte wie Start → S31 → S33 → S36 → zurück zum Start bei jedem spezifizierten Kurbelwellenwinkel wiederholt, und die Ventilschließ-Steuerspannung bleibt weiterhin eingeschaltet.
Wenn die Ventilschließ-Steuerspannung zu einem Zeitpunkt t₂ an den Ventilschließ-Elektromagneten 8a angelegt wird, wird der Ventilschließ-Elektromagnet 8a aktiviert, um dadurch ein Magnetfeld zu erzeugen, und der Anker 10a wird wieder in Richtung auf den Ventilschließ-Elektromagneten 8a beschleunigt, und zwar entgegen der Rückstellkraft, die in Richtung auf die Gleichgewichtsposition der Ventilöffnungsfeder 11a und der Ventilschließfeder 12a wirkt.
Wenn der Kurbelwellenwinkel den Wert Θ₃ (entsprechend einem Zeitpunkt t₃ in 8) erreicht, führt die in 4 gezeigte Routine solche Schritte wie Start → S31 → S32 → zurück zum Start aus, und die gleichen Schritte werden wiederholt, bis der Kurbelwellenwinkel einen Wert Θ₄ (entsprechend einem Zeitpunkt t₄ in 8) erreicht.
In dem Schritt S32 der in 4 gezeigten Routine wird die Aus-Impuls-Bestätigungsroutine durchgeführt, wie es in 3 gezeigt ist. Bei dieser Aus-Impuls-Bestätigungsroutine erfolgen solche Schritte wie Start → S21 → S22 → S23 → zurück zum Start bei dem Kurbelwellenwinkel Θ₃, und die Ventilschließ-Steuerspannung wird vorübergehend ausgeschaltet. Danach werden die Schritte Start → S21 → S23 → zurück zum Start wiederholt, und die Ventilschließ-Steuerspannung bleibt weiterhin ausgeschaltet.
Wenn die Ventilschließ-Steuerspannung zu dem Zeitpunkt t₃ ausgeschaltet wird, bewegen sich der Ventilkörper 7a und der Anker 10a weiterhin in Schließrichtung des Ventilkörpers 7a, wobei jedoch die Geschwindigkeit derselben durch die Rückstellkraft vermindert wird, die in Richtung auf die Gleichgewichtsstellung der Ventilöffnungsfeder 11a und der Ventilschließfeder 12a wirkt. Als Ergebnis hiervon wird der Ventilkörper 7a mit einer verlangsamten Geschwindigkeit auf den Ventilsitz aufgesetzt, und die Hubbewegungskurve hat in der in 8 mit durchgezogener Line dargestellten Weise einen sanften Verlauf.
Wenn der Kurbelwellenwinkel den Wert Θ₄ (entsprechend einem Zeitpunkt t₄ in 8 sowie einem Zeitpunkt unmittelbar vor dem Aufsetzen des Ventils) erreicht, führt die in 3 dargestellte Aus-Impuls-Bestätigungsroutine solche Schritte wie Start → S21 → S23 → S24 → zurück zum Start aus, um die Ventilschließ-Steuerspannung einzuschalten. Danach wiederholt die in 4 gezeigte, zweite Aktivierungs-Steuerroutine die Schritte Start → S31 → S33 → S36 zurück zu Start, um die Ventilschließ-Steuerspannung weiterhin einzuschalten.
Somit wird zum Zeitpunkt t₄ wieder die Ventilschließ-Steuerspannung an den Ventilschließ-Elektromagneten 8a angelegt, und der Anker 10a wird in Richtung auf den Ventilschließ-Elektromagneten 8a angezogen. Als Ergebnis hiervon wird der Ventilkörper 7a vollständig geschlossen (d. h. auf den Ventilsitz aufgesetzt).
Beim Öffnen des Ventils wird der Ventilöffnungsvorgang zu den jeweiligen Zeitpunkten t₅, t₆, t₇ und t₈ durchgeführt, wobei das Ventil die vollständig geöffnete Stellung erreicht, während es verlangsamt wird.
Das heißt, beim Ausschalten der Ventilschließ-Steuerspannung zum Zeitpunkt t₅ beginnt der Ventilkörper 7a, sich in Richtung auf den Ventilöffnungs-Elektromagneten 9a zu bewegen. Zu einem Zeitpunkt t₆ wird die Ventilöffnungs-Steuerspannung eingeschaltet, und der Ventilkörper 7a wird in Ventilöffnungsrichtung beschleunigt.
Danach wird die Ventilöffnungs-Steuerspannung zwischen den Zeitpunkten t₇ und t₈ durch einen Aus-Impuls vorübergehend ausgeschaltet und zum Zeitpunkt t₈ wieder eingeschaltet. Beim Ausschalten der Ventilöffnungs-Steuerspannung zwischen t₇ und t₈ wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers 7a durch die Rückstellkraft reduziert, die in Richtung auf die Gleichgewichtsposition der Ventilöffnungsfeder 11a und der Ventilschließfeder 12a wirkt. Ferner wird beim Einschalten der Ventilöffnungs-Steuerspannung zum Zeitpunkt t₈ sowie beim Aktivieren der Ventilöffnungsspule bzw. des Ventilöffnungs-Elektromagneten 9a der Anker 10a in Richtung auf den Ventilöffnungs-Elektromagneten 9a angezogen, und der Ventilkörper 7a wird vollständig geöffnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung läßt sich somit die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers 7a unmittelbar vor dem Aufsetzen des Ventilkörpers 7a oder dem vollständigen Öffnen desselben dadurch steuern, daß der Ventilschließ-Elektromagnet 8a oder der Ventilöffnungs-Elektromagnet 9a vorübergehend aktiviert wird. Die Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers 7a ermöglicht eine Abschwächung des Aufpralls bzw. der Stoßbewegung des Ventilkörpers 7a beim Aufsetzen oder vollständigen Öffnen desselben, so daß nicht nur Geräusche aufgrund der Ventilöffnungs- und Ventilschließ-Vorgänge reduziert werden können, sondern auch die Lebensdauer des eigentlichen Ventilkörpers 7a beträchtlich gesteigert werden kann.
Da die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers 7a durch den nahe bei dem Anker 10a angeordneten Elektromagneten gesteuert wird, läßt sich ferner noch eine ausgezeichnetere Steuerbarkeit des Ventilkörpers 7a erzielen.
Im Hinblick auf die übrigen Einlaßventile 3b bis 3d sowie die Auslaßventile 3e bis 3h ist zu erwähnen, daß die gleiche Arbeitsweise wie bei dem Einlaßventil 3a mit der gleichen Steuerung der Ventilöffnungs- und Ventilschließ-Elektromagneten erfolgt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Aus-Impuls einmal pro Öffnungsvorgang oder Schließvorgang des Ventils abgegeben, jedoch kann der Aus-Impuls auch mehr als einmal innerhalb eines Ventilöffnungs- oder Ventilschließvorgangs abgegeben werden, wobei dies abhängig ist von der Ventilgeschwindigkeit, der zeitlichen Abgabesteuerung des Impulses, der Größe des Magnetfeldes der Elektromagneten und dergleichen.
Da gemäß der vorliegenden Erfindung beim öffnen des Ventils die Energiezufuhr zu dem Ventilöffnungs-Elektromagneten vorübergehend unterbrochen wird und beim Schließen des Ventils die Energiezufuhr zu dem Ventilschließ-Elektromagneten vorübergehend unterbrochen wird, läßt sich somit die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventils unmittelbar vor dem Aufsitzen bzw. Schließen oder dem vollständigen öffnen desselben vermindern, so daß der Aufprall des Ventilkörpers beim Aufsetzen desselben auf seinen Ventilsitz oder beim Bewegen desselben in seine vollständig geöffnete Position reduziert wird. Diese Reduzierung des Aufpralls bzw. der Stoßbewegung führt zu einer Reduzierung von Geräuschen sowie einer verbesserten Lebensdauer des Ventilkörpers.

Claims

Elektromagnetisch betätigtes Ventilantriebssystem eines Motors mit einer Verbrennungskammer, mit einem Einlaß- oder Auslaßventil (3a bis 3h) mit einem Ventilkörper (7a) zum öffnen und Schließen der Verbrennungskammer, einem Ventilschaft (7γ) zum Haltern des Ventilkörpers (7a), einem Anker (10a), der mit dem Ventilschaft (7γ) verbunden ist, einem ersten Elektromagneten (9a bis 9h) zum Anziehen des Ankers (10a) und zum antriebsmäßigen Bewegen des Ventilkörpers (7a) zum öffnen der Verbrennungskammer sowie einem zweiten Elektromagneten (8a bis 8h) zum Anziehen des Ankers (10a) und zum antriebsmäßigen Bewegen des Ventilkörpers (7a) zum Schließen der Verbrennungskammer, und mit einer Steuervorrichtung (4) zum Aktivieren oder Deaktivieren des ersten und des zweiten Elektromagneten (8a bis 8h, 9a bis 9h), gekennzeichnet durch wenigstens eine Feder (11a, 12a) zum Halten des Ventilkörpers (7a) im Gleichgewicht in einer vorbestimmten Stellung zwischen der vollständig geöffneten und der vollständig geschlossenen Stellung des Ventilkörpers (7a) sowie zum Ausüben einer Rückstellkraft auf den Ventilkörper (7a); und durch eine Ventilschließ-Steuereinrichtung, um die Aktivierung des zweiten Elektromagneten (8a bis 8h) wenig stens einmal zu stoppen, unmittelbar bevor das Einlaß- oder Auslaßventil (3a bis 3h) vollständig geschlossen wird, um dadurch die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers (7a) beim Aufsetzen desselben beim Schließen des Einlaß- oder Auslaßventils zu reduzieren.
Elektromagnetisch betätigtes Ventilantriebssystem eines Motors mit einer Verbrennungskammer, mit einem Einlaß- oder Auslaßventil (3a bis 3h) mit einem Ventilkörper (7a) zum öffnen und Schließen der Verbrennungskammer, einem Ventilschaft (7γ) zum Haltern des Ventilkörpers (7a), einem Anker (10a), der mit dem Ventilschaft (7γ) verbunden ist, einem ersten Elektromagneten (9a bis 9h) zum Anziehen des Ankers (10a) und zum antriebsmäßigen Bewegen des Ventilkörpers (7a) zum öffnen der Verbrennungskammer sowie einem zweiten Elektromagneten (8a bis 8h) zum Anziehen des Ankers (10a) und zum antriebsmäßigen Bewegen des Ventilkörpers (7a) zum Schließen der Verbrennungskammer, und mit einer Steuervorrichtung (4) zum Aktivieren oder Deaktivieren des ersten und des zweiten Elektromagneten (8a bis 8h, 9a bis 9h), gekennzeichnet durch wenigstens eine Feder (11a, 12a) zum Halten des Ventilkörpers (7a) im Gleichgewicht in einer vorbestimmten Stellung zwischen der vollständig geöffneten und der vollständig geschlossenen Stellung des Ventilkörpers (7a) sowie zum Ausüben einer Rückstellkraft auf den Ventilkörper (7a); und durch eine Ventilöffnungs-Steuereinrichtung, um die Aktivierung des ersten Elektromagneten (9a bis 9h) wenigstens einmal zu stoppen, unmittelbar bevor das Einlaß- oder Auslaßventil (3a bis 3h) vollständig geöffnet wird, um dadurch die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers (7a) beim vollstängigen öffnen desselben beim öffnen des Einlaß- oder Auslaßventils zu reduzieren.