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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilantriebsvorrichtung
für eine
Brennkraftmaschine zum Antreiben eines Auslaßventils unter Anwendung einer
elektromagnetischen Kraft gemäß den Ansprüchen 1,
5, 8 und 12 und ein Verfahren zum Antreiben des Auslaßventils
gemäß den Ansprüchen 13,
17, 18 und 19.
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Eine
Ventilantriebsvorrichtung, welche ein Auslaßventil unter Verwendung elektromagnetischer Kraft
antreibt, ist schon bekannt, wie in der
japanischen offengelegten Patentanmeldung
No. 10-18819 oder No.
10-18820 veröffentlicht.
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Ein
Anker ist mit einem elektromagnetischen Ventil (oder Auslaßventil
genannt) gekoppelt, welches in dieser Ventilantriebsvorrichtung
vorgesehen ist.
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An
der Oberseite des Ankers sind der erste Elektromagnet und eine obere
Feder angebracht und an der Unterseite des Ankers sind der zweite
Elektromagnet und eine untere Feder angebracht.
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Der
Anker wird in der neutralen Position in der Mitte zwischen dem ersten
und zweiten Elektromagneten durch Kräfte von der oberen und unteren Feder
gehalten. Das elektromagnetische Ventil ist voll geschlossen, wenn
der Anker den ersten Elektromagneten berührt; und das elektromagnetische
Ventil ist voll offen, wenn der Anker den zweiten Elektromagneten
berührt.
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In
der o. g. Ventilantriebsvorrichtung wird das Auslaßventil
in voll geschlossener Position dadurch gehalten, daß ein vorgegebener
Erregungsstrom dem ersten Elektromagneten zugeführt wird und der Anker durch
den ersten Elektromagneten angezogen wird.
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Wenn
die Versorgung mit Erregungsstrom zum ersten Elektromagneten unterbrochen
wird, wird der Anker durch die obere Feder gedrückt und das Auslaßventil
fängt an,
sich in öffnender
Richtung zu bewegen.
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Wenn
ein vorgegebener Erregungsstrom dem zweiten Elektromagneten zugeführt wird,
wenn das Auslaßventil
in einer vorbestimmten Position liegt, kommt eine Dämpfung der
Verschiebungs-Amplitude durch die Reibung des Auslaßventils
oder durch den Verbrennungsrestdruck hinzu und das Auslaßventil
erreicht wegen der auf den Anker wirkenden elektromagnetischen Kraft
in öffnender
Richtung die öffnende
Position.
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Wenn
sich das Auslaßventil
mit hoher Geschwindigkeit bewegt, wenn das Auslaßventil die voll offene Position
erreicht, daß heißt, wenn
der Anker den zweiten Elektromagneten berührt, stellen sich solche Probleme
wie die Zunahme von Betriebsgeräusche
des Auslaßventils
oder Rückschlagen
des Auslaßventils
ein.
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Deswegen
wird die Geschwindigkeit des Auslaßventils in der zuvorbezeichneten
Ventilantriebsvorrichtung eingeschränkt, wenn sich das Auslaßventil
der voll offenen Stellung annähert,
in der der Erregungsstrom zu dem zweiten Elektromagneten verringert
wird, wenn sich das Auslaßventil
nahe der voll offenen Position annähert.
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene spezielle Steuerungsverfahren
derartiger elektromagnetisch betätigter
Ventile bekannt.
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So
offenbart die
DE 197
14 518 A1 ein Stromsteuerverfahren für ein elektromagnetisch betätigtes Hubventil,
bei dem ein unsanftes Aufsetzens des Ventils und des Ankers vermieden
wird, indem ein Aufsetzstrom I
A, der geringer
ist als der Fangstrom I
F aber höher ist
als der Haltestrom I
H zu einem Zeitpunkt
zugeführt,
bei dem der Anker einen bestimmten Abstand von der Spule besitzt.
Das Niveau des Aufsetzstroms I
A wird dabei
vorzugsweise so gewählt,
dass es im Bereich zwischen dem Niveau des Haltestroms I
H und dem Doppelten davon liegt. Diese Steuerung
wird unabhängig
vom Betriebszustand des Motors durchgeführt.
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In
der
DE 195 26 681
A1 wird das Problem der unterschiedlichen Zeitpunkte für den Beginn
einer Ankerbewegung angegangen, welche die Ursache in der variierenden "Klebzeit" des Ankers am jeweiligen
Haltemagnet haben. Dazu wird eine bestimmte Zeit vor dem Erreichen
dieser Zeitvariation ein Stromimpuls mit umgekehrter Polarität angelegt, so
dass das Restmagnetfeld schneller und vor allem zeitlich kontrolliert
abgebaut werden kann und somit der Zeitpunkt des Ablösens des
Ankers genauer vorbestimmt werden kann.
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Die
EP 0 394 492 A1 beschreibt
eine Anpassung der Öffnungszeit
des Auslassventils an die jeweilige Drehzahl des Motors, jedoch
unabhängig vom
tatsächlichen
Lastzustand des Motors.
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In
der
EP 0 367 448 B1 wird
ein System zur Steuerung von elektrisch betätigten Einlass- und Auslassventilen
eines Verbrennungsmotors offenbart. Um den Kraftstoffverbrauch zu
reduzieren, werden dazu im Leerlauf ausgewählte Zylinder abgeschaltet
indem die Steuersignale der elektromagnetischen Aktuatoren für ausgewählte Zylinder
unterbrochen werden, wenn die Motordrehzahl geringer ist als eine
vorbestimmte Drehzahl und das Ausmaß des Niederdrückens des
Gaspedals geringer ist als ein vorbestimmtes Ausmaß.
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Wenn übrigens
das Gaspedal bei einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug beispielsweise
während
einer Hochgeschwindig keitsfahrt losgelassen wird, wird eine Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungsteuerung
zum Unterbrechen der Kraftstoffeinspritzung in den Motorverbrennungsraum
ausgeführt.
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Weil
durch Einsetzen der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungsteuerung
keine Verbrennung stattfindet, wird der Druck im Motorverbrennungsraum
negativ, wenn sich das Auslaßventil
sich zum Öffnungszeitpunkt
(opening timing) befindet; das heißt, daß sich ein Kolben des Motors
in der Nähe des
unteren Totpunktes befindet. Dieser negative Druck (oder Unterdruck)
zwingt das Auslaßventil
in die öffnende
Richtung. Demzufolge berührt
der Anker den zweiten Elektromagneten mit einer höheren Geschwindigkeit,
wenn derselbe Wert des Erregungsstroms dem zweiten Elektromagneten
in der Ausführung
der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungsteuerung zugeführt wird.
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Der
elektrische Energieverbrauch steigt an, weil es notwendig ist, wiederum
denselben Erregungsstrom zuzuführen,
um den Anker zurück
zu dem zweiten Elektromagneten zu ziehen, um zu verhindern, daß der Anker
zurückprallt.
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Weiterhin
findet ein starkes Störgeräusch durch
den Hochgeschwindigkeitsaufprall zwischen dem Anker und dem zweiten
Elektromagneten statt.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvorgenannten
Probleme zu lösen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Ventilantriebsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine
zur Verfügung,
um ein Auslaßventil
unter Verwendung elektromagnetischer Kraft anzusteuern oder anzutreiben.
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Das
Auslaßventil
ist zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position
beweglich.
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Die
Ventilantriebsvorrichtung weist einen mit dem Auslaßventil
gekoppelten Anker auf, eine elektromagnetische Spule zur Erzeugung
einer elektromagnetischen Kraft, die auf den Anker wirkt, eine Ventilfeder
zur Erzeugung einer Kraft, die auf das Auslaßventil wirkt und eine Steuereinrichtung.
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Die
Steuereinrichtung steuert die elektromagnetische auf den Anker wirkende
Kraft in der Richtung der geschlossenen Position des Auslaßventils, wenn
sich das Auslaßventil
bewegt, um sich zu öffnen,
für den
Fall, daß die
Verbrennung unterbrochen wird, wegen einer Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungsteuerung
der Brennkraftmaschine, wobei in diesem Fall die elektromagnetische
Kraft verschieden ist von einer elektromagnetischen Kraft im Falle einer
stattfindenden Verbrennung in der Brennkraftmaschine.
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Diese
Steuereinrichtung liefert die elektromagnetische Kraft an den mit
dem Auslaßventil
gekoppelten Anker in Richtung der geschlossenen Position, wenn das
Auslaßventil
sich im Falle, daß die Verbrennung
im Motor nicht stattfindet, zur offenen Position bewegt.
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Wenn
die Verbrennung im Motor unterbrochen ist, wird negativer Druck
im Verbrennungsraum des Motors erzeugt zur Zeit nahe des unteren
Totpunktes, welcher die Öffnungszeit
des Auslaßventils ist.
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Die
auf das Auslaßventil
durch den negativen Druck wirkende Kraft wird kompensiert durch
die elektromagnetische Kraft, die durch die Steuervorrichtung auf
den Anker in Richtung der geschlossenen Position angelegt wird.
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Folglich
wird die Kollision des Ankers mit dem Elektromagneten mit hoher
Geschwindigkeit verhindert.
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Daher
schlägt
der Anker nicht vom Elektromagneten zurück und das Betriebsgeräusch (activating
noise) des Auslaßventils
kann unterdrückt
werden.
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Wenn
die Verbrennung durch die Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungsteuerung
unterbrochen wird, tritt eine Motorbremse(motor brake) auf der Basis
des negativen Drucks des Verbrennungsraums ein.
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Somit
kann durch die vorliegende Erfindung eine sichere Motorbremse erhalten
werden.
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Der
o. g. Aufgabe wird bei der vorliegenden Erfindung durch eine andere
Ausführungsform
entsprochen.
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Diese
Ausführungsform
ist auch eine für
eine Brennkraftmaschine vorgesehene Ventilantriebsvorrichtung, um
ein Auslaßventil
unter Verwendung elektromagnetischer Kraft zu steuern.
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Das
Auslaßventil
ist zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position
in gleicher Weise, wie in der ersten Ausführungsform dargestellt, beweglich.
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Die
Ventilantriebsvorrichtung besteht aus einem Anker mit einem Auslaßventil,
einer elektromagnetischen Spule zur Erzeugung der elektromagnetischen
Kraft, die auf den Anker einwirkt, einer Ventilfeder zur Erzeugung
einer Kraft, die auf das Auslaßventil
wirkt und einer Ventilzeit-Änderungseinrichtung.
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Die
Ventilzeit-Änderungseinrichtung ändert die Öffnungszeit
(opening timing) des Auslaßventils, im
Falle, daß die
Verbrennung in der Brennkraftmaschine unterbrochen wird, wobei in
diesem Fall die Öffnungszeit
verschieden ist von einer Öffnungszeit im
Falle einer stattfindenden Verbrennung in der Brennkraftmaschine.
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Im
Allgemeinen ist der Verbrennungsraumdruck negativ nahe des unteren
Totpunktes, welche die Öffnungszeit
des Auslaßventils
ist, wenn die Verbrennung im Motor unterbrochen ist.
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Da
jedoch, soweit die Ventilzeit-Änderungseinrichtung
in dieser Ausführungsform
eine Öffnungszeit
(vorgeschoben oder verzögert)
des Auslaßventils
verändert,
wenn die Verbrennung im Motor unterbrochen wird, wird der Druck
im Verbrennungsraum niedrig negativ gehalten (d. h. nahe Null) oder wird
positiv.
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Folglich
kollidiert der Anker mit dem Elektromagneten nicht mit hoher Geschwindigkeit.
Daher wird der Anker abgehalten vom Elektromagneten zurückzuprallen
und das Betriebsgeräusch
des Auslaßventils
kann unterdrückt
werden.
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Da
eine zusätzliche
elektromagnetische Kraft am Anker nicht notwendig ist, kann elektrische Energie
eingespart werden.
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Die
obengenannte Aufgabe kann ebenso durch eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erfüllt
werden.
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Diese
Ausführungsform
ist auch eine für
eine Brennkraftmaschine vorgesehene Ventilantriebsvorrichtung, um
ein Auslaßventil
unter Verwendung elektromagnetischer Kraft zu steuern.
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Das
Auslaßventil
ist ebenso zwischen einer offenen und geschlossenen Position beweglich.
Die Ventilantriebsvorrichtung besitzt einen Anker, der mit dem Auslaßventil
gekoppelt ist; eine elektromagnetische Spule zur Erzeugung einer
elektromagnetischen Kraft, die auf den Anker einwirkt, einer Ventilfeder
zur Erzeugung einer Kraft, die auf das Auslaßventil wirkt, sowie eine Absenksteuereinrichtung.
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Die
Absenkungssteuereinrichtung steuert die elektromagnetische Kraft,
die an dem Anker angreift in Richtung der offenen Position des Auslaßventils
kleiner, wenn die Verbrennung im Motor unterbrochen ist, als wenn
die Verbrennung im Motor unterhalten wird.
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Da
die elektromagnetische Absenkungssteuereinrichtung die offene Position
des Auslaßventils
in Richtung von der offenen Position des Auslaßventils weniger steuert, wenn
die Verbrennung im Motor unterbrochen wird als wenn die Verbrennung
im Motor unterhalten wird, wird die elektromagnetische Kraft in Richtung
der offenen Position des Auslaßventils
vermindert.
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Folglich
kollidiert der Anker nicht mit dem Elektromagneten mit einer hohen
Geschwindigkeit. Daher prallt der Anker nicht vom Elektromagneten zurück und das
Betriebsgeräusch
des Auslaßventils kann
unterdrückt
werden.
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Da
zusätzliche
elektromagnetische Kraft zum Anker nicht notwendig ist, kann elektrische
Energie eingespart werden. Darüber
hinaus kann, da der Verbrennungsraumdruck negativ wird, deswegen die
Motorbremse sichergestellt werden.
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Weiterhin
ist die obengenannte Aufgabe bei der vorliegenden Erfindung auch
durch eine andere Ausführungsform
erfüllt.
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Diese
Ausführungsform
ist auch eine Ventilantriebsvorrichtung, welche für eine Brennkraftmaschine
vorgesehen ist, um ein Auslaßventil
anzusteuern unter Verwendung elektromagnetischer Kraft.
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Das
Auslaßventil
ist auch zwischen einer offenen und geschlossenen Stellung beweglich.
Die Ventilantriebsvorrichtung besitzt einen Anker, der mit dem Auslaßventil
gekoppelt ist, eine elektromagnetische Spule, um eine elektromagnetische
Kraft zu erzeugen, die auf den Anker einwirkt, eine Ventilfeder, um
eine Kraft zu erzeugen, die auf das Auslaßventil einwirkt und eine Unterbrechungseinrichtung.
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Die
Unterbrechungseinrichtung unterdrückt eine Bewegung des Auslaßventils,
wenn die Verbrennung im Motor unterbrochen wird.
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Da
die Unterbrechungseinrichtung eine Bewegung des Auslaßventils
unterdrückt,
wenn die Verbrennung im Motor unterbrochen ist, kollidiert der mit dem
Auslaßventil
gekoppelte Anker nicht mit dem Magneten mit hoher Geschwindigkeit.
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Weiterhin
kann der Erregungsstrom durch die elektromagnetische Spule zur Anziehung
des Ankers verringert werden, womit die Einsparung elektrischer
Energie erreicht werden kann.
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Weitere
Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die
Zeichnung.
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1 ist
ein Teil einer Querschnittsansicht einer Brennkraftmaschine, die
durch eine Ventilantriebsvorrichtung entsprechend der vorliegenden
Erfindung betrieben wird;
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines elektromagnetischen Auslaßstellglieds, das
durch die Ventilantriebsvorrichtung betrieben wird;
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3 ist
eine graphische Darstellung, die die Kennlinie des Erregungsstroms
durch eine obere Spule und eine unter Spule zeigt und die Stellung
des elektromagnetischen Auslaßventils
entsprechend der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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4 ist
eine graphische Darstellung, der den Verbrennungsraumdruck und die
Ventilposition über
dem Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine angibt;
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5 ist
ein graphische Darstellung der die Kennlinie des Erregungsstroms
zu einer oberen Spule anzeigt, entsprechend der ersten Ausführungsform;
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6 ist
ein graphische Darstellung der die Kennlinie des Erregungsstroms
an einer oberen Spule entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform
der ersten Ausführungsform
darstellt;
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7 ist
eine graphische Darstellung, die die Kennlinie des Erregungsstroms
durch eine obere Spule entsprechend einer anderen abgewandelten Ausführungsform
der ersten Ausführungsform
darstellt;
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8 ist
eine graphische Darstellung, die den Druck der Verbrennungskammer
angibt, einen Erregungsstrom zu einer oberen Spule und einen Erregungsstrom
einer unteren Spule und eine Stellung eines elektromagnetischen
Ventils entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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9 ist
eine graphische Darstellung, die den Erregungsstrom durch eine obere
Spule und einem Erregungsstrom durch eine untere Spule zeigt und
eine Stellung eines elektromagnetischen Ventils entsprechend einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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10 ist
eine graphische Darstellung, die einen Erregungsstrom durch eine
obere Spule und einen Erregungsstrom durch eine untere Spule anzeigt
und eine Position eines elektromagnetischen Ventils entsprechend
einer abgewandelten Ausführungsform
der dritten Ausführungsform
darstellt.
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In
den folgenden und den begleitenden Zeichnungen, wird die vorliegende
Erfindung in bezug auf die Ausführungsformen
eingehender beschrieben.
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Anfänglich wird
der grundlegende Aufbau einer Steuervorrichtung betreffend diese
Erfindung erklärt.
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Diese
Ventilantriebsvorrichtung der gegenwärtigen Erfindung wird durch
eine ECU 10 (Engine Control Unit) gesteuert, wie in 1 dargestellt
ist.
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Ein
Zylinderblock 12 ist in einer Brennkraftmaschine vorgesehen
(hiernach nur Motor genannt), und ein Zylinder 14 und ein
Wassermantel 16 sind in dem Zylinderblock 12 gelegen.
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Der
Motor dieser Ausführungsform
ist eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine
welche eine Mehrzahl von Zylindern beinhaltet, trotzdem wird nur
ein Zylinder 14 in der 1 illustriert.
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Ein
Kolben 18 ist innerhalb des Zylinders 14. Der
Kolben 18 kann gleiten und sich hoch und herunter bewegen
wie in 1 dargestellt. Ein Zylinderkopf 20 ist
an den Zylinderblock an der Oberseite fixiert.
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In
jedem Zylinderkopf 20 sind ein Einlaßanschluß 22 und ein Auslaßanschluß 24 entsprechend geformt.
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Eine
Brennkammer 26 wird durch die untere Oberfläche des
Zylinderkopfs 20, die obere Oberfläche des Kolbens 18 und
die Seitenwand des Zylinders 14 geformt. Der obengenannte
Einlaßanschluß 22 und
der Auslaßanschluß 24 sind
entsprechend zur Brennkammer 26 verbunden. Ein Ventilsitz 28 ist
an der öffnenden
Kante des Einlaßanschlußes 22 in Richtung
der Brennkammer 26 geformt. Ein Ventilsitz 30 ist
ebenso an der öffnenden
Kante des Auslaßanschlußes 24 in
Richtung der Brennkammer 26 geformt. Die Spitze einer Zündkerze 32 erstreckt
sich in die Brennkammer 26.
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Die
elektromagnetischen Stellglieder 38, 40, die in
der Ventilantriebsvorrichtung befindlich sind, sind in dem Zylin derkopf 20 gelegen.
Genauer funktioniert das elektromagnetische Stellglied 38 zum Einlaß von Kraftstoff
und Luft zu der Brennkammer 26 und das Stellglied 40 funktioniert
für den
Auslaß von
Kraftstoff und Luft von der Brennkammer 26.
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Wie
in 1 dargestellt, hat das elektromagnetische Einlaßstellglied 38 ein
elektromagnetisches Einlaßventil 41 und
das elektromagnetisches Einlaßventil 41 ein
Einlaßventilkörper 42.
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Wenn
der Einlaßventilkörper 42 den
Ventilsitz 28 berührt
und auf diesem sitzt, wird der Einlaßanschluß 22 zur Brennkammer 26 geschlossen. Wenn
der Einlaßventilkörper 42 von
dem Ventilsitz 28 entfernt ist, ist der Einlaßanschluß 22 mit
der Brennkammer 26 verbunden.
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Ähnlich,
wie in 1 dargestellt, hat das elektromagnetische Stellglied 40 ein
Auslaßventilkörper 44 und
das elektromagnetische Auslaßventil 43 hat
einen Auslaßventilkörper 44.
Wenn der Auslaßventilkopf 44 den
Ventilsitz 30 berührt
und auf diesem sitzt, wird der Auslaßanschluß 24 zu der Brennkammer 26 geschlossen.
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Wenn
der Auslaßventilkörper von
dem Ventilsitz entfernt ist, ist das Auslaßventil 24 mit der Brennkammer 26 verbunden.
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2 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
des elektromagnetischen Auslaßstellgliedes 40.
Bezugnehmend auf 2. hat das elektromagnetische Auslaßstellglied 40 ein
elektromagnetisches Auslaßventil 43.
Ein unterer Teil des elektromagnetischen Auslaßventils 43 ist ein
Auslaßventilkörper 44,
der eine Form wie ein umgedreht plazierter Teller hat.
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Ein
oberer Teil des elektromagnetischen Auslaßventils 43 ist ein
Ventilschaft 62 und hat eine Form wie ein schlanker Stab.
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Der
Motor hat einen Einlaßkrümmer 46 wie
in 1 dargestellt. Der Einlaßkrümmer 46 besteht aus einer
Mehrzahl von Röhren
die mit einem Kompensationsbehälter 48 zu
jedem Einlaßanschluß 22 verbunden
sind. In jeder Röhre
ist ein Kraftstoffeinspritzventil 50 vorgesehen.
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Das
Kraftstoffeinspritzventil 50 spritzt Kraftstoff in das
Rohr auf der Grundlage eines Befehlssignals der ECU 10 ein.
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Ein
Einlaßrohr 52 schließt stromaufwärts an den
Kompensationstank 48 an. Eine Drosselklappe 54 ist
in dem Einlaßrohr 52 angelegt.
Folglich fließt außenseitige
Luft, die durch den Luftfilter gefiltert wurde, in das Einlaßrohr 52 hinein.
Ein Auslaßkrümmer 58 ist
mit jedem Auslaßanschluß 24 verbunden.
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Ein
Kurbelwellenwinkelsensor 60 ist im Motor vorgesehen. Die
ECU 10 wird mit einem Ausgangssignal von dem Kurbelwellenwinkelsensor 60 versorgt.
Die ECU 10 erkennt einen Kurbelwellenwinkel CA und eine Motorumdrehungsgeschwindigkeit NE
gemäß dem Ausgangssignal
des Kurbelwellenwinkelsensors 60.
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In
dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird die Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffeinspritzventil 50 gesteuert,
um in dem Fall unterbrochen zu werden, daß ein Gaspedal losgelassen
wird, wenn die Umdrehungszahl (revolution speed) NE höher als
ein vorgegebener Wert ist.
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Wenn
das Gaspedal losgelassen wird, d. h. die Drosselklappe 54 geschlossen
wird, entsteht in dem Kompensationstank 48, in dem Einlaßkrümmer 46 und
in dem Einlaßanschluß 22 (hiernach
das Einlaßsystem
als ganzes genannt) ein hoher Unterdruck stromabwärts von
dem Drosselventil 54.
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Übrigens
bedeutet (hier) ein hoher negativer Druck, daß die Differenz von dem atmosphärischen Druck
hoch ist und daß die
Differenz zum absoluten Druck gering ist.
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Wenn
die Kraftstoffeinspritzung unter der Bedingung unterbrochen wird,
wobei ein Absolutwert des negativen Druckwerts im Einlaßsystem
hoch ist, ist der Druck in der Brennkammer 26 negativ nahe des
unteren Totpunktes des Kurbelwellenwinkels CA, weil die Verbrennung
nicht in der Brennkammer 26 stattfindet.
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Wenn
der Unterdruck in der Brennkammer 26 auftritt, wird eine
Motorbremse durch den Förderverlust
des Kolbens 18 als Antwort auf den Unterdruck erzeugt.
In diesen Arten und Weisen, wird, wenn die Einspritzungsunterbrechungssteuerung ausgeführt wird,
ein Unterdruck in der Brennkammer 26 nahe des unteren Totpunktes
erzeugt und dann wird die Motorbremse als Antwort zum absoluten Wert
des negativen Drucks erzeugt.
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Als
nächstes
wird der Aufbau und die Betriebsbewegung der elektromagnetischen
Stellglieder 38, 40 wie folgt erklärt. Da die
elektromagnetischen Stellglieder 38 und 40 den
gleichen Aufbau haben, wird stellvertretend nur das elektromagnetische Stellglied 40 erklärt.
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Unter
Bezugnahme auf 2 verbindet sich der Auslaßventilkörper 44 mit
dem Auslaßventilschaft 62.
Der Auslaßventilschaft 62 wird
durch eine in Richtung von seiner Achse hoch- und herunterbewegliche Ventilführung 64 unterstützt, welche
am Zylinderkopf 20 fixiert ist.
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Ein
Ankerschaft 66 ist mit dem Ventilschaft 62 am
oberen Ende gekoppelt. Der Ankerschaft 66 ist als Stange
geformt und aus nichtmagnetischen Materialien gefertigt. Am oberen
Ende des Ventilschafts 62 ist eine untere Halteplatte 68 zum
Ventilschaft 62 befestigt. Neben der unteren Halteplatte 68 ist
eine untere Feder 70 abgelegt.
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Das
untere Ende der Feder 70 berührt den Zylinderkopf 20.
Die untere Feder 70 bewirkt eine aufwärtsschiebende Kraft auf den
Ankerschaft 66 im Wege der unteren Haltplatte 68 und
dem Ventilschaft 62.
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Am
Ende des Ankerschaftes 66 ist eine obere Halteplatte 72 zum
Ankerschaft 66 befestigt. Über der oberen Halteplatte 72 ist
eine obere Feder 76 abgelegt.
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In
dem Umfang der oberen Feder 76 ist eine obere Zylinderkappe 77,
die die obere Feder 76 umschließt. Ein Einstellbolzen 78,
welcher mit der oberen Kappe durch eine Schraube verbunden ist,
berührt
das obere Ende der oberen Feder 76.
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Die
obere Feder 76 bewirkt eine abwärtsgerichtete Kraft auf die
obere Halteplatte 72 und den Ankerschaft 66, wie
in 2 dargestellt.
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Ein
Anker 74 ist mit dem Ankerschaft 66 in der Mitte
des Ankerschaftes 66 verbunden. Der Anker 74 ist
ringförmig
und aus weichmagnetischem Material gefertigt. Über dem Anker 74 ist
eine obere Spule 80 und ein oberer Kern 82 vorgesehen.
Weiterhin ist unter dem Anker 74 eine untere Spule 84 und ein
unterer Kern 86 vorgesehen. Die obere Spule 84 und
der obere Kern 86 sind aus magnetischen Materialien gefertigt.
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Der
Ankerschaft 66 wird in dem Mittelteil (center part) des
oberen Kerns 82 und dem unteren Kern 86, welcher
auf- und abwärts
beweglich ist, unterstützt.
Die obere Spule 80 und die untere Spule 84 sind
an eine nicht dargestellte Ansteuerschaltung angeschlossen.
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Die
Ansteuerschaltung versorgt die obere Spule und die untere Spule
in Antwort zu dem Steuersignal von der ECU 10 mit einem
Erregungsstrom.
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Im äußeren Umfang
des oberen Kerns 82 und des unteren Kerns 86 ist
ein äußerer Zylinder 88 vorgesehen.
Der äußere Zylinder
hält den
oberen Kern 82 und den unteren Kern 86 einen bestimmten Abstand
auseinander. Die zuvorgenannte obere Kappe 77 ist mit der
oberen Oberfläche
des oberen Kerns 82 befestigt. Der Einstellbolzen 78 stellt
den Anker 74 so ein, daß der Anker 74 in
der Mitte zwischen dem oberen Kern 82 und dem unteren Kern 86 positioniert ist.
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In
dem elektromagnetischen Auslaßstellglied 40 sitzt
das Auslaßventil 43 auf
dem Ventilsitz 30, wenn der Anker 74 den oberen
Kern 82 erreicht und berührt. Dieser Zustand wird durch
Versorgen der oberen Spule 80 mit einem vorgegebenen Erregungsstrom
aufrechterhalten. Hiernach wird der Zustand, wobei das Auslaßventil 43 auf
dem Ventilsitz 30 sitzt, als 'voll geschlossen' bezeichnet und die Stellung des Auslaßventils 43 wird 'voll geschlossene Position' genannt.
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Wenn
der Erregungsstrom durch die obere Spule 80 unterbrochen
wird, in dem Fall, wobei das Auslaßventil 43 voll geschlossen
ist, verschwindet die elektromagnetische Kraft, die auf den Anker 74 wirkt.
Wenn die elektromagnetische Kraft, die auf den Anker 74 wirkt,
verschwindet, bewegt sich der Anker 74 durch die Federkraft
der oberen Feder 76 nach unten. Wenn ein passender Erregungsstrom
der Spule 84 zugeführt
wird, wenn der Anker 74 eine vorbestimmte Position erreicht,
wird der Anker 74 zu dem unteren Kern 86 durch
elektromagnetische Kraft der unteren Spule 84 angezogen,
dann bewegt sich das Auslaßventil 43 in 2 abwärts.
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Wenn
die obengenannte Anziehungskraft auf den Anker 74 angewandt
wird, wird der Energieverlust durch den Gleitwiderstand und/oder
den Restdruck (remaining pressure) der Verbrennung durch die Anziehungskraft
kompensiert und der Anker 74 bewegt sich mit dem Ankerschaft 66,
dem Auslaßventilschaft
und dem Auslaßventilkörper abwärts.
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Das
Auslaßventil 43 bewegt
sich weiter bis der Anker 74 den unteren Kern 86 berührt. Hiernach wird
der Zustand, wobei der Anker 74 den unteren Kern berührt als 'voll offen' bezeichnet und die
Position des Auslaßventils 43 wird 'voll offene Stellung' genannt. Dieser
voll offener Zustand wird durch einen bestimmten Erregungsstrom
durch die untere Spule 84 aufrechterhalten.
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Wenn
der Erregungsstrom unterbrochen wird, der auf die untere Spule 84 wirkt,
in dem Zustand, wobei das Auslaßventil 43 bei
voll offener Position gehalten wird, verschwindet die elektromagnetische
auf den Anker 74 einwirkende Kraft. Wenn die elektromagnetische
Kraft auf den Anker 74 ausgelöscht wird, bewegt sich der
Anker 74 in 2 durch die Kraft der unteren
Feder 70 aufwärts.
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Wenn
ein entsprechender Erregungsstrom der oberen Spule 80 zugeführt wird,
während
der Anker 74 seine vorgesehene Position erreicht, wird
der Anker 74 an den oberen Kern 82 durch die elektromagnetische
Kraft der oberen Spule 80 angezogen. Dann bewegt sich das
Auslaßventil 43 in 2 aufwärts.
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Wenn
die obengenannte Anziehungskraft auf den Anker 74 wirkt,
wird Energieverlust durch Gleitwiderstand und/oder andere durch
die Anziehungskraft kompensiert und der Anker 74 bewegt sich
mit dem Auslaßventil 43 aufwärts. Das
Auslaßventil 43 bewegt
sich, bis der Anker 74 den oberen Kern 82 berührt, das
ist die voll geschlossene Stellung.
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Betreffend
das elektromagnetischen Auslaßstellglied 40 wie
oben erwähnt,
kann nicht nur das Auslaßventil
in Richtung der voll geschlossenen Stellung durch einen vorgegebenen
Erregungsstrom, der der oberen Spule 80 zufließt, bewegt
werden, sondern das Auslaßventil 43 kann
ebenso in Richtung voll offener Stellung durch einen vorgegebenen
Erregungsstrom, der durch die untere Spule 84 fließt, bewegt
werden.
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Daher
kann das Auslaßventil 43 reziprok
zwischen der voll offenen und voll geschlossenen Positionen bewegt
werden, durch abwechselnde Versorgung der oberen und unteren Spule 80, 84 mit
dem Erregungsstrom.
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Das
elektromagnetische Einlaßstellglied 38 einschließlich dem
Einlaßventil 41,
verhält
sich auch in gleicher Weise wie das zuvorgenannte elektromagnetische
Auslaßstellglied 40.
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Folglich
kann entsprechend zu dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das Einlaßventil 41 und das
Auslaßventil 43 in
Richtung der voll offenen und voll geschlossen Position zu jeder
vorgegebenen Zeit (timing) gesteuert werden, indem das von der ECU 10 kommende
Steuersignal der Ansteuerschaltung so zugeführt wird, daß der Erregungsstrom
durch die obere Spule 80 und die untere Spule 84 abwechselnd
zum passenden Zeit in die elektromagnetischen Ventilstellglieder 38, 40 fließt. (cf.
Das elektromagnetische Einlaßstellglied 38 hat
die selbe Nummer für
einschließende
Teile wie das Stellglied 40 einzuschließen, außer 41, 42.)
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Jedenfalls
entsteht ein eher großes
Betriebsgeräusch
(aktivating noise), wenn der Anker 74 mit der unteren Spule 86 oder
dem oberen Kern, in dem Fall kollidiert, daß das Einlaßventil 41 und/oder
das Auslaßventil 43 sich
mit hoher Geschwindigkeit bewegen, wenn der Anker 74 den
unteren Kern 86 oder den oberen Kern 82 berührt.
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Weiterhin
schlägt
der Anker vom unteren Kern 86 oder vom oberen Kern 86 zurück, wenn
der Anker 74 mit dem unteren Kern 86 oder dem
oberen Kern 82 mit hoher Geschwindigkeit kollidiert.
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In
diesem Fall muß ein
zusätzlicher
Erregungsstrom zugeführt
werden, um den Anker 74 wieder zu dem unteren Kern 86 oder
oberen Kern 82 anziehen. Die aufgewendete Energie der elektromagnetischen
Stellglieder 38, 40 steigt dann unvermeidlich
an.
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Folglich
ist es wünschenswert,
daß der
durch die untere und obere Spulen 84, 80 fließende Erregungsstrom
so gesteuert ist, daß die
Einlaß-
und Auslaßventile 41, 43 sich
mit langsamer Geschwindigkeit bewegen, wenn sie die Positionen voll
offen und voll geschlossen erreichen.
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Von
dem obenerwähnten
Blickpunkt ist in der oberen graphischen Darstellung von 3 der
Erregungsstrom antwortend über
der vergangenen Zeit dargestellt, der der oberen Spule 80 zugeführt wird, um
die Ventile 41, 43 offen-geschlossen anzutreiben.
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Ebenso
ist der durch die untere Spule 84 fließende Erregungsstrom in der
mittleren graphischen Darstellung von 3 dargestellt.
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Weiterhin
ist im unteren Teil von 3 die Ventilposition des Einlaßventils 41 oder
des Auslaßventils 43 entsprechend
zu den Erregungsströmen der
oberen und unteren Spulen 80, 84 aufgetragen.
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Wie
im oberen Teil von 3 ersichtlich, wird der der
oberen Spule 80 zugeführte
Erregungsstrom konstant auf dem Wert IMAX (sog.
Anzugsstrom) während
eines vorbestimmten Intervalls A gehalten, wenn sich das Ventil 41 oder 43 von
voll offener Stellung zu voll geschlossener Stellung bewegt.
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Nach
dem Intervall A beginnt sich der Anzugsstrom IMAX zu
vermindern, wenn sich das Ventil 41 oder 43 nahezu
in die voll geschlossene Position bewegt und nimmt den Wert IH (sog. Haltestrom) während einem Übergangsintervall
(changing interval) B an.
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Nach
dem Übergangsintervall
B wird der Haltestrom IH, welcher niedriger
als der Anzugsstrom IMAX ist, während eines
vorgegebenen Intervalls C gehalten.
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Wenn
das Ventil 41 oder 43 als offen angezeigt ist,
wird ein negativer Wert des Erregungsstroms der Größe IR (sog. Kompensationsstrom), welcher dem
Anzugsstrom IH entgegengerichtet ist, für einen
gegebenen Intervall D gehalten.
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Übrigens
wird der Intervall D, in welchem der Kompensationsstrom IR fließt,
so gesetzt, daß das verbleibende
elektromagnetische auf den Anker 74 wirkende Feld kompensiert
werden kann.
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Ähnlich wie
im mittleren graphischen Darstellung von 3 dargestellt,
wird der der unteren Spule 84 zugeführte Erregungsstrom IMAX (ebenso Anzugsstrom genannt) für ein vorgegebenes
Intervall A auf einem konstanten Wert gehalten, wenn sich das Ventil 41 oder 43 von
voll geschlossener Stellung zu voll offener Stellung bewegt.
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Nach
dem Intervall A, beginnt der Anzugsstrom IMAX in
Richtung des Haltestroms IH während des Übergangsintervalls
B abzunehmen. Nach dem Übergangsintervall
B wird der Haltestrom IH für den Intervall
C gehalten. Wenn das Ventil 41 oder 43 als geschlossen
angezeigt ist, wird der Kompensationsstrom IR in
einem vorgegebenen Intervall D gehalten.
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Die
ECU 10 liefert den obengenannten Strom zu der oberen Spule 80 und
der unteren Spule 84 zur Synchronisierungszeit zum Kurbelwellenwinkel
CA auf der Grundlage des Ausgangssignals des Kurbelwellenwinkelsensors 60.
Folglich können
das Einlaßventil 41 und
das Auslaßventil 43 mit
dem entsprechenden Zeitverhalten offen und geschlossen angetrieben
werden, zum Betrieb des Motors synchronisierend.
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Wie
oben erwähnt,
wird die Kraftstoff-Unterbrechungsteuerung ausgeführt, wenn
das Gaspedal bei einer hohen Motorumdrehungsgeschwindigkeit (revolution
speed) losgelassen wird. Der negative Druck tritt dann in der Brennkammer 26 nahe
des unteren Totpunktes des Kurbelwellenwinkel CA auf. Die obere
graphische Darstellung in 4 zeigt
den Druck in der Brennkammer gegenüber den Kurbelwellenwinkel
CA.
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Die
durchgehende Linie zeigt den Druck in dem Fall, daß die Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung
nicht ausgeführt
wird, das ist in dem normalen Betrieb, und die gestrichelte Linie zeigt
den Druck im Fall des Eingreifens der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung.
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In
der unteren graphischen Darstellung von 4 zeigt
die durchgezogene Linie die Position des Auslaßventils 43, wenn
sich das Auslaßventil
im normalen Motorbetrieb von geschlossener Position in Richtung
voll offener Position bewegt; und die unterbrochene Linie stellt
im Fall, daß derselbe
Wert des Erregungsstroms wie unter normalen Antriebsbedingungen
(wobei Kraftstoff in die Brennkammer 26 eingespritzt wird)
zugeführt
wird, dar.
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Wie
durch die durchgehende Linie in der oberen graphischen Darstellung
von 4 dargestellt, wird der Brennkammerdruck durch
die Zündung
nahe des oberen Totpunktes sehr hoch, wenn der Betrieb des Motors
normal ist. Selbst am unteren Totpunkt, bleibt der Brennkammerdruck
positiv, weil der positive Druck in der Brennkammer 26 erhalten bleibt.
Wie durch die gestrichelte Linie in der oberen graphischen Darstellung
von Fig. dargestellt, ändert sich
der Brennkammerdruck nur durch Expansion und Kompression der Brennkammer 26;
der Brennkammerdruck verringert sich auf den negativen Druck nahe
des unteren Totpunktes.
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Bezugnehmend
auf die untere graphische Darstellung in 4, fängt das
Auslaßventil 43 an, sich
nahe dem unteren Totpunkt zu öffnen.
Entsprechend hierzu wird der Brennkammerdruck Pa an der Öffnungszeit
des Auslaßventils 43 positiv,
wie durch die durchgezogene Linie in der oberen graphischen Darstellung
von 4, in dem normalen Antriebszustand gezeigt, weswegen
die durch den Brennkammerdruck hergerufene anziehende Kraft nicht
auf das Auslaßventil 43 ausgeübt wird.
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Daher
wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Auslaßventils 43 niedrig
gehalten, wenn das Auslaßventil 43 die
voll offene Stellung erreicht, wie in der unteren graphischen Darstellung
von 4 dargestellt, und Probleme des Rückschlags
oder Betriebsgeräusch
des Ankers 74 können
vermieden werden.
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Andererseits
ist der Brennkammerdruck Pb während
der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung negativ, wenn
das Auslaßventil 43 in
der Öffnungszeit
ist, wie in der gestrichelten Linie im oberen graphischen Darstellung
von 4 dargestellt.
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Wenn
folglich das Auslaßventil 43 zur
gleichen Zeit wie in dem Normalbetrieb des Motors, wenn die Einspritzungs-Unterbrechungssteuerung ausgeführt wird,
wirkt die Kraft in Richtung das Auslaßventil 43 zu öffnen durch
den negativen Druck der Brennkammer 26.
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Daher
wird die durch den negativen Druck der Brennkammer 26 erzeugte
Kraft überschüssig, wenn
derselbe Wert des Erregungsstroms auf die niedere Spule 84 in
der mittleren graphischen Darstellung von 3 wie in
dem normalen Betriebszustand wirkt.
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Daher
bewegt sich der Anker 74 und berührt die untere Spule 86 mit
hoher Geschwindigkeit, wenn das Auslaßventil 43 die voll
offene Position mit hoher Geschwindigkeit erreicht und das Auslaßventil 43 von
der voll geöffneten
Position wie in der unteren graphischen Darstellung von 4 dargestellt,
zurückprallt.
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In
diesem Fall ist es nötig,
daß die
unteren Spule 84 mit dem überschüssigen Erregungsstrom versorgt
wird, um den Anker 74 wieder an den unteren Kern 86 anzuziehen;
daher steigt die verbrauchte Energie an und das Störgeräuschproblem
tritt auf, weil der Anker 74 mit der unteren Spule 86 mit
hoher Geschwindigkeit, wie oben erwähnt, kollidiert.
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Weiterhin,
wenn der Anker 74 mit der unteren Spule 86 bei
hoher Geschwindigkeit kollidiert, könnte ein Reibungsverschleiß beider
Teile und/oder anderer Teile eintreten, weil die Aufschlagskraft
an Teilen des elektromagnetischen Auslaßstellgliedes 40 angreift.
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In
dieser Ausführungsform,
können
die wie auch immer obengenannten Schwierigkeiten vermieden werden,
weil die elektromagnetische Kraft in der schließenden Richtung der geschlossenen
Stellung zu der auf den Anker 74 aufaddiert wird, wenn
sich das Auslaßventil 43 öffnet, während der
Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung.
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5 zeigt
die vergrößerte Ansicht
des Verlaufs (wave) des Intervalls D im oberen graphischen Darstellung
von 3, das ist der Kompensationsstrom IR , welcher der oberen Spule 90 des
elektromagnetischen Auslaßstellgliedes 40 zugeführt wird, wenn
das Auslaßventil 43 sich
von voll geschlossener Position in der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung
anfängt
zu öffnen.
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Der
Kompensationsstrom IR , in
dem normalen Antriebszustand wird in der strichpunktierten Linie
in 5 aufgetragen.
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Wie
in 5 dargestellt, ist das Interval T1 während welchem
der Kompensationsstrom IR in die Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung geliefert
wird, länger
als der Intervall T0 in dem normalen Betriebszustand.
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Wie
oben erwähnt,
ist das Interval D = T0 in dem normalen Antriebszustand so gesetzt,
daß der Restmagnetismus
auf dem Anker 74 gerade während des Intervalls T0 ausgelöscht werden
kann.
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Da
der Interval D zu T1 gesetzt ist, welcher länger als T0 in dieser Ausführungsform
ist, hält
der Kompensationsstrom IR an durch die oberen
Kern 82 zu fließen,
selbst nachdem der Restmagnetismus (remaining magnetism) auf dem
Anker 74 gelöscht ist.
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Die
elektromagnetische Kraft wirkt während der
Zeit zwischen (T1–T0)
weiterhin zwischen dem Anker 74 und der oberen Spule 82 durch
diesen Erregungsstrom IR Daher kann die
durch den negativen Druck in der Brennkammer 26 hervorgerufe öffnende Kraft
des Auslaßventils 43 kompensiert
werden. Entsprechend kann in der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung
der Zusammenstoß des
Ankers 74 mit der unteren Kern 86 bei hoher Geschwindigkeit
verhindert werden und das Zusammenstoßgeräusch, welches stattfindet,
wenn der Anker gegen den unteren Kern 86 läuft, kann
unterdrückt
werden.
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Außerdem kann
die verbrauchte Energie des elektromagnetischen Stellglieds 40 eingespart
werden, weil es nicht notwendig ist, daß der Anker 74 wieder
zum unteren Kern 86 angezogen wird, nachdem der Anker 74 von
dem unteren Kern 86 zurückprallt.
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Übrigens
wird der negative Druck in der Brennkammer 26 in der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung
sicherlich erhalten, weil die Öffnungszeit
des Auslaßventils 43 in
der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung wie bei einer in
dem normalen Antriebszustand in dieser Ausführungsform das Gleiche ist.
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Wie
oben erwähnt,
tritt die Motorbremse auf der Basis des negativen Drucks der Brennkammer 26 ein,
wenn die Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung ausgeführt wird.
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Folglicherweise
können
die zuvorgenannten Vorteile erreicht werden, wobei dennoch die Motorbremse
durch die Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung sichergestellt
ist.
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In
der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung ist der absolute
Wert des negativen Drucks in der Brennkammer 26 umso größer, je
größer die Öffnungskraft
auf das Auslaßventil 43 ist.
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Je
höher darüber hinaus
die Umdrehungsgeschwindigkeit NE des Motors ist, desto größer ist
der absolute Wert des negativen Drucks in der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung.
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Folglich
kann durch Abschätzen
des negativen Druckes der Brennkammer 26 auf der Basis
der Umdrehungsgeschwindigkeit NE und Verlängerung des Intervalls D (während D
wird der Erregungsstrom IR zugeführt) entsprechend
zu der Erhöhung
von dem absoluten Wert des negativen Drucks das Zusammenstoßgeräusch des
Ankers 74 vom Ansteigen abgehalten werden und der Verbrauch
elektrischer Energie, hervorgerufen durch das Rückschlagen des Ankers 74,
kann unterdrückt
werden.
-
Selbst
wenn zum Beispiel die Umdrehungsgeschwindigkeit NE hoch ist und
der absolute Wert des negativen Drucks groß ist, können die obengenannten Vorzüge durch
Setzen den längeren
Intervall D entsprechend zu dem Zustand der Umdrehungsgeschwindigkeit
NE und dem negativen Druck erreicht werden.
-
In
dieser Ausführungsform
wird übrigens
die Kraft auf das Auslaßventil 43 in
der Richtung der geschlossenen Stellung durch Verlängern des
Intervalls D derartig bewirkt, daß die Kraft zu dem Auslaßventil 43 in
der auf den negativen Druck antwortenden Richtung der offenen Position
ausgelöscht
wird.
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Der
in der graphischen Darstellung von 6 oder 7 dargestellte
Erregungsstrom kann auch hinzugenommen werden. 6 zeigt
den Erregungsstrom welcher, um allmählich abzunehmen, gesteuert
wird.
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In
diesem Fall ist die elektromagnetische Anziehungskraft zwischen
dem Anker und der oberen Spule 82 größer als die Kraft in dem Fall,
wobei sich der Erregungsstrom schrittweise verringert, weil die elektromagnetische
Kraft zwischen dem Anker 74 und dem oberen Kern 82 allmählich abnimmt.
-
Daher
kann die durch den negativen Druck in der Brennkammer 26 verursachte
auf das Auslaßventil 43 wirkende Öffnungskraft
durch den Anstieg der auf das Auslaßventil 43 wirkenden
Schließkraft kompensiert
werden.
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7 zeigt
den Erregungsstromverlauf (wave of the exciting current), welche
zu der oberen Spule 80 durch den positiven Strom IP, nachdem mit dem negativen Strom IR versorgt zu sein, zugeführt wird.
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Die
elektromagnetische Anziehungskraft wirkt in diesem Fall zwischen
dem Anker 74 und dem oberen Kern 82 durch den
positiven Strom IP.
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Die
schließende
Kraft, die auf den Anker 74 wirkt, erhöht sich durch den Wert der
obengenannten elektromagnetischen Kraft. Entsprechend wird die auf
das Auslaßventil 43 wirkende,
durch den negativen Druck in der Brennkammer 26 hervorgerufene Öffnungskraft
kompensiert.
-
In
dieser Ausführungsform
versorgt die ECU 10 die obere Spule 80 mit dem
Kompensationsstrom IR wie in 5, 6 oder 7 dargestellt.
Dies bedeutet, daß eine
Steuereinrichtung zur Steuerung der elektromagnetischen auf den
Anker wirkenden Kraft realisiert ist.
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In
dieser Ausführungsform
ist übrigens
die Stromflußrichtung
des Kompensationsstroms IR entgegengesetzt
zu der Flußrichtung
des Anziehungsstromes IMAX, jedenfalls es
nicht notwendigerweise auf diesen Fall beschränkt ist, kann der Kompensationsstrom
IR auch den Wert Null haben.
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In
diesem Fall ist die Welle des Kompensationsstroms IR =
0 in 6 oder 7 der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung
der Erregungsstromwelle gegeben, wenn der Anker 74 von der
oberen Spule 82 weggenommen wird.
-
Als
nächstes
wird die zweite Ausführungsform
erklärt.
In der zweiten Ausführungsform
wird die Öffnungsventilzeit
des Auslaßventils 43 in
der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung von dem Zustand
der normalen Antriebssteuerung im gleichen System in 1 und 2 verändert.
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Die
obere graphische Darstellung in 8 zeigt
in gleicher Weise wie die oberhalbgenannte obere graphische Darstellung
in 4 den Druck in der Brennkammer 26 gegenüber den
Kurbelwellenwinkel CA des Motors in der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung.
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Der
Kennlinienverlauf (charakteristics) sind, jedenfalls in der oberen
graphischen Darstellung von 8 unter
der Annahme illustriert, daß das
Auslaßventil 43 in
voll geschlossener Position gehalten wird.
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Die
zweiten und dritten graphischen Darstellungen von oben in 8 zeigen
den Erregungsstrom zu der oberen Spule 80 und der unteren
Spule 84 des elektromagnetischen Auslaßstellglieds 40.
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In
diesen zwei graphischen Darstellungen werden die Erregungsstrommuster
X und Y, entsprechend durch die durchgehende und die gestrichelte Linie
gezeigt, sowie den Erregungsstrom, der durch die obere und untere
Spulen 80,84 in dem normalen Antriebszustand fließt, wird
durch die gepunktete Linie gezeigt.
-
In
der unteren graphischen Darstellung von 8 zeigt
die durchgezogene Linie die Position des Auslaßventils 43, die durch
den Erregungsstrom des Musters X gegeben ist; und die gestrichelte
Linie zeigt die durch das Muster Y gegebene Position in dem normalen
Antriebszustand.
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In
der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung, wie in 8 dargestellt
ist die Öffnungszeit
des Auslaßventils
betreffend die Zeit mehr vorgezogen (das Muster X) oder mehr verzögert (das Muster
Y) als in dem normalen Antriebszustand.
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Folglich
wird das Auslaßventil
vom Öffnen
in dem Zustand, worin sich der negative Druck in der Brennkammer 26 einstellt,
gehindert. Unter Bezugnahme auf die obere graphische Darstellung
von 8 ist in der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung
der Brennkammerdruck nahe dem unteren Totpunkt negativ und andererseits
ist der Druck im anderen Bereich positiv.
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In
dieser Ausführungsform
wird der Erregungsstrom IR der oberen Spule 80 zugeführt, um das
Auslaßventil 43 (wie
in dem zweiten graphischen Darstellung von 8 dargestellt)
in dem Zustand zu öffnen,
bei dem der Brennkammerdruck positiv ist oder geringfügig negativ
ist, so daß der
Anker 74 nicht gegen den unteren Kern 86 zurückprallen
kann.
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Entsprechend
kann das Auslaßventil
daran gehindert werden, durch den negativen Druck der Brennkammer 26 gezwungen zu
sein, sich zu öffnen. Daraus
kann es vermieden werden, das das Betriebsgeräusch des elektromagnetischen
Auslaßventils 40 ansteigt
und der Anker 74 von der unteren Spule 86 zurückprallt.
-
Übrigens
werden in dieser zuvorgenannten Ausführungsform die Vorteile durch
Verändern
des Öffnungszeitverhaltens
des Auslaßventils 43 gewonnen.
Das heißt,
daß dies
der elektromagnetischen Kraft auf den Anker 74 nicht bedarf,
um die durch den negativen Druck der Brennkammer 26 hervorgerufene
Kraft zu kompensieren. Daher kann die verbrauchte elektrische Energie
des elektromagnetischen Stellglieds 40 eingegrenzt werden.
-
In
der zweiten Ausführungsform
liefert die ECU 10 den Erregungsstrom, wie in den Mustern
X und Y in der 8 dargestellt, an die obere
Spule 80 und an die untere Spule 84 in der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung,
weswegen eine Ventilzeitveränderungseinrichtung
realisiert ist.
-
Als
nächstes
wird die dritte Ausführungsform erklärt. In der
dritten Ausführungsform
der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung wird die Kraft
auf das Auslaßventil 43 in
der öffnenden
Richtung, welche durch den negativen Druck in der Brennkammer 26 verursacht
wird, durch eine Einrichtung zum Begrenzen oder Vernichten der elektromagnetischen
Kraft in der öffnenden
Richtung zu dem Anker 74 kompensiert, wenn das Auslaßventil 43 sich zu öffnen beginnt,
in dem gleichen System wie in 1 und 2 gezeigt.
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Der
Erregungsstrom, der der oberen Spule 80 des elektromagnetischen
Auslaßstellgliedes 40 zugeführt wird,
wird in der oberen graphischen Darstellung von 9 gezeigt.
Der Erregungsstrom zu der unteren Spule 84 wird in der
mittleren graphischen Darstellung zeigt und die Position des Auslaßventils 43 wird
in der unteren graphischen Darstellung gezeigt.
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Die
durchgezogene Linie zeigt das Verhalten der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung
und die gepunktete Linie zeigt das Verhalten der normalen Antriebsteuerung.
-
Mit
Bezugnahme auf die mittlere graphische Darstellung von 9 betreffend
die Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung wird die Zuführungszeit
(supplying timing) des Anzugsstromes IMAX zu
der unteren Spule 84 in dem Öffnungsvorgang des Auslaßventils 43 verzögert, vergleichend
mit der Zeit in der normalen Antriebsteuerung.
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Weiterhin
ist der Anzugsstrom IMAX begrenzt niedriger
zu sein. In dieser Ausführungsform
wird der Kompensationsstrom augenblicklich geliefert ohne den Haltestrom
IH zu liefern, und durch Vorauseilen der
Startzeit der Lieferung des Anzugsstroms IMAX an die
obere Spule 80 wird das Auslaßventil 43 gezwungen,
sich in Richtung der geschlossenen Position zu bewegen, ohne in
der voll offenen Position gehalten zu sein.
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Da
der Zeitverlauf (timing) der Lieferung des Anzugsstroms IMAX an die untere Spule 84 verzögert ist
und der Wert Anzugsstroms IMAX ist begrenzt
niedriger zu sein, verringert sich die kinetische Energie des Auslaßventils 43.
-
Durch
die Verringerung der kinetischen Energie kann das Hochgeschwindigkeits-Kollisionsstörgeräusch zwischen
dem Anker 74 und dem unteren Kern 86 vermindert
werden und es kann vermieden werden, daß der Anker 74 von
dem unteren Kern 86 zurückprallt.
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Als
nächstes
wird das abgewandelte Beispiel der dritten Ausführungsform erklärt. Die
obere graphische Darstellung der 10 zeigt
den Erregungsstrom durch die obere Windung 80 des elektromagnetischen
Auslaßstellgliedes 40,
wenn das Auslaßventil 43 sich
zu öffnen
beginnt, betreffend die Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung.
-
Die
mittlere graphische Darstellung beschreibt den Erregungsstrom, der
der untere Spule 84 zugeführt wird und die untere graphische
Darstellung zeigt die Position des Auslaßventils 43.
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In
diesen graphischen Darstellungen zeigen die festen Linien die Wellenformen
(waves) in der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung und die gepunkteten
Linien bedeuten die Wellenformen (waves) in der normalen Antriebssteuerung.
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In
diesem Fall, da die Zeit des Zuführens
des Anzugsstroms IMAX an die untere Spule 84 verzögert ist
und der Wert Anzugsstroms IMAX begrenzt,
um in gleicher Weise wie in der zuvorgenannten dritten Ausführungsform
niedrig zu sein, wird die auf das Auslaßventil 43 wirkende
durch den negativen Druck in der Brennkammer 26 verursachte
Kraft in der öffnenden
Richtung kompensiert.
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Da
darüber
hinaus der Halte-Erregungsstrom IH zu der
unteren Spule 84 dem Versorgung des Anzugsstroms folgend
zugeführt
wird, kann das Auslaßventil 43 in
voll geöffneter
Position gehalten werden.
-
In
dieser dritten und abgewandelten Ausführungsform ist in der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung
die Startzeit des Zuführens
des Anzugstroms IMAX an die untere Spule 84 verzögert und der
Wert Anzugsstroms IMAX niedrig gehalten
und demzufolge wird die kinetische Energie, die zu dem Anker 74 gegeben
wird, vermindert.
-
Diese
Erfindung jedenfalls ist nicht auf die obenerwähnten Ausführungsformen begrenzt. Als Beispiel
können
das Verfahren von ausschließlichem Verzögern des
Versorgungszeitverhaltens des Anzugsstroms IMAX oder
das Verfahren von ausschließlichem
Begrenzen des Anzugsstroms IMAX auf einen niedrigen
Wert hinzugezogen werden.
-
Wenn
außerdem
der absolute Wert des negativen Drucks der Brennkammer 26 groß ist, kann das
Verfahren, das den Anzugsstroms IMAX zu
der unteren Spule 84 liefert, zu Null verfügbar sein;
in diesem Fall ist das Auslaßventil 43 durch
die Kraft geöffnet,
die durch den negativen Druck der Brennkammer 26 verursacht
wird.
-
Wenn übrigens
der absolute negative Druck in der Brennkammer 26 groß wird und
der Anker 74 sich in Richtung des unteren Kerns 86 mit
hoher Geschwindigkeit bewegt, selbst wenn der Anzugsstrom IMAX nicht der unteren Spule 84 zugeführt wird,
kann das Problem des Zusammenstoßgeräusches zwischen dem Anker 74 und
dem unteren Kern 86 und das Zurückprallen des Ankers 74 nicht
vollständig vermindert
werden.
-
Von
diesem Blickpunkt aus sind die in der dritten und abgewandelten
Ausführungsform
erklärten
Verfahren wirksam, wenn der Absolutwert des negativen Drucks in
der Brennkammer ziemlich niedrig ist.
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In
der obengenannten dritten und deren abgewandelten Ausführungsform
wird, da der zu der unteren Spule 84 in der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung
gelieferte Erregungsstrom, wie in der mittleren graphischen Darstellung
von 9 oder in der mittleren graphischen Darstellung von 10 gezeigt,
ein Veringerungssteuereinrichtung für Steuerung der elektromagnetische
auf den Anker 74 wirkenden Kraft verwirklicht.
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Als
nächstes
wird die vierte Ausführungsform
erklärt.
In dieser Ausführungsform,
erhält
die ECU die Versorgung des Haltestroms IH auf
die obere Spule 80 des elektromagnetischen Auslaßstellgliedes 40 in
der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung aufrecht, so
daß das
Auslaßventil 43 in
der voll geschlossenen Stellung gehalten wird.
-
Entsprechend
bewegt sich das Auslaßventil 43 nicht
in Richtung der öffnenden
Seite in dem Einspritzungs-Unterbrechungszustand. Daher werden die
vorgenannten Probleme, die durch die Kollision zwischen dem Anker 74 und
dem unteren Kern 86 verursacht werden, vermieden.
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Weiterhin
ist es nicht nötig,
den Anzugserregungsstrom IMAX der unteren
Spule 84 zuzuführen, weil
es genügt,
den Haltestrom IH der oberen Spule 80 des
elektromagnetischen Auslaßstellgliedes 40 zuzuführen, um
das Auslaßventil 43 in
voll geschlossener Stellung zu halten.
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Übrigens
wird in diesem Fall die Motorbremse durch den Fakt, daß das Auslaßventil 43 in
der voll geschlossener Position gehalten wird, ziemlich niedrig.
Folglich kann in dieser Ausführungsform
mehr Einsparung von elektrischer Energie für das elektromagnetische Auslaßstellglied 40 erreicht
werden als in der dritten oder deren abgewandelten Ausführungsform.
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Das
Auslaßventil
wird in der vierten Ausführungsform
in voll geschlossener Position gehalten; jedenfalls ist diese nicht
begrenzt auf dieses Verfahren. Das heißt, es ist auch verfügbar, daß das Auslaßventil 43 in
voll offener Stellung durch Lieferung den Haltestrom IH zu
der unteren Spule 84 gehalten wird.
-
Außerdem ist
es auch verfügbar,
daß das Auslaßventil 43 in
der neutralen Position durch Lieferung des Erregungsstrom weder
zu der oberen Spule 80 noch zur unteren Spule 84,
gehalten wird, wenn die Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung
durchgeführt
wird. In diesem Fall kann höhere elektrische
Energieeinsparung erreicht werden.
-
Eine
Unterdrückungseinrichtung
zum Unterdrücken
einer Bewegung des Auslaßventils 43 ist durch
die Tatsache verwirklicht, daß das
ECU 10 die Versorgung des Haltestroms IH zu
der oberen Spule 80 oder der unteren Spule 84 aufrechterhält oder
die Versorgung des Erregerstroms auf beiden Spulen 80 und 84 der
Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungssteuerung unterbricht.
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Zusammenfassend
wurde eine Ventilantriebsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine beschrieben.
Die Ventilantriebsvorrichtung treibt ein Auslaßventil unter Verwendung elektromagnetischer Kraft
an. Das Auslaßventil
ist zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position beweglich.
-
Die
Ventilantriebsvorrichtung besteht aus einen Anker, der mit dem Auslaßventil
gekoppelt ist, einer elektromagnetischen Spule, um eine elektromagnetische
Kraft zu erzeugen, die auf das Auslaßventil wirkt, und einer Steuervorrichtung,
um die elektromagnetische Kraft zu steuern, die auf den Anker in
Richtung der geschlossenen Position des Auslaßventils wirkt, wenn sich das
Auslaßventil
in eine offene Stellung in der Kraftstoffeinspritzungs-Unterbrechungsteuerung
bewegt, d. h. die Verbrennung das Auslaßventil in der Brennkraftmaschine
unterbrochen ist.
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Die
voranstehende Beschreibung ist als rein illustrativ und exemplarisch
zu verstehen; dem Fachmann auf diesem Gebiet ergeben sich eine Vielzahl von
Modifikationen und Abwandlungen, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen,
wie in den nachfolgenden Ansprüchen
definiert ist.