DE60118826T2

DE60118826T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Positionsregelung eines elektromagnetischen Brennkraftmaschinen-Hubventils

Info

Publication number: DE60118826T2
Application number: DE60118826T
Authority: DE
Inventors: Masaki Yokohama-shi Toriumi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2021-01-19
Also published as: EP1136659B1; EP1136659A2; US20010027759A1; EP1136659A3; DE60118826D1; JP2001207876A; JP3873559B2; US6343577B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Position eines elektromagnetisch betätigten Motorventils für einen Verbrennungsmotor gemäß den Oberbegriffen von Anspruch 1 und 9 bzw. 16. Die Erfindung betrifft im Besonderen eine Steuervorrichtung sowie ein Verfahren, bei denen ein Ausgangswert eines Positionssensors zum Erfassen einer verschobenen Position eines Ankers in Bezug zu einem Paar Elektromagneten, welche das elektromagnetisch betätigte Motorventil bilden, abgerufen und während eines Motorstarts korrigiert wird, um einen Fehler bei einem Ausgangswert des Positionssensors zu beheben.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine Steuervorrichtung bzw. ein Verfahren dieser Art ist im Wesentlichen aus der WO-A-00/09972 oder der DE-A-19739840 bekannt.
In einer am 26. März 1999 veröffentlichten japanischen Patentanmeldung mit der Erstveröffentlichungsnummer Heisei 11-81940 wird ein früher vorgeschlagenes elektromagnetisch betätigtes Motorventil beispielhaft erläutert.
Bei einem solchen elektromagnetisch betätigten Motorventil, wie oben erläutert, wird durch eine Vorspannungskraft eines Paars Federn bewirkt, dass ein Ventilkörper eines Einlass- oder Auslassventils in einer halb offenen Position (auch neutrale Position genannt) gehalten wird. Dann wird ein mit dem Ventilkörper verbundener Anker mit einer elektromagnetischen Kraft beaufschlagt, so dass das Einlass- oder das Auslassventil entweder in eine maximal (oder vollständig) offene Richtung oder in eine Verschlussrichtung bewegt wird. Bei einem derartigen elektromagnetisch betätigten Motorventil, wie dieses oben beschrieben ist, wird eine Initialisierung, bei der das elektromagnetisch betätigte Motorventil in einer vollständig offenen Position oder in der Verschlussposition gehalten wird, durchgeführt, bevor der Motor gestartet wird. Anschließend wird eine Stromquelle zu einem Ventilschließ-Elektromagneten abgeschaltet, wenn das Ventil geöffnet werden soll. Die Vorspannungskraft des Paars Federn bewirkt, dass der Ventilkörper in die Ventilöffnungsrichtung bewegt wird. Wenn sich eine Ventilachse des Motorventils einem Ventilöffnungs-Elektromagneten in ausreichendem Maße annähert und die Stromquelle zu dem Ventilöffnungs-Elektromagneten angeschaltet wird, so wird der Anker an den Ventilöffnungs-Elektromagneten angezogen und dort in der vollständig offenen Position gehalten. Soll das Motorventil geschlossen werden, so wird die Stromquelle zu dem Ventilöffnungs-Elektromagneten abgeschaltet und die Ventilachse (Anker) wird mittels der Vorspannungskraft des Paars Federn in die Verschlussrichtung bewegt. Wenn der Ventilkörper in Ventilverschlussrichtung bewegt wird und sich dem Ventilschließ-Elektromagneten in ausreichendem Maße annähert, wird die Stromquelle zu dem Ventilschließ-Elektromagneten eingeschaltet, und der Ventilkörper (Anker) wird an den Ventilschließ-Elektromagneten angezogen und an diesem gehalten, so dass das Ventil in der Verschlussrichtung gehalten wird. Somit wird eine solche Ventilöffnungs- und -schließsteuerung für das Motorventil, wie oben erläutert, durchgeführt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Steuerung des An- und Abschaltens der Stromquelle für den Ventilöffnungs- und den Ventilschließ-Elektromagneten wird in einem Rückmeldungssteuermodus so durchgeführt, dass ein Positionssensor eine Position des Ankers erfasst, während eine Geschwindigkeit des Ankers im Wesentlichen gleich einer Zielgeschwindigkeit von diesem auf der Grundlage der Position des Ankers gesetzt wird.
Bei der Steuerung des An- und Abschaltens der Stromquelle wird eine Geschwindigkeit des Ankers und des Ventilkörpers zum Erreichen beider Elektromagneten sowie eines Ventilsitzes hinreichend gesenkt, so dass ein Aufprall gemindert wird. Des Weiteren ist es notwendig, dass die Steuerung des An- und Abschaltens der Stromquelle äußerst präzise ausgelegt ist, um eine Ansprecheigenschaft sicherzustellen. Um eine sehr präzise Steuerung der Ankerposition zu erzielen, muss eine Erfassungsgenauigkeit der Ankerposition durch den Positionssensor sichergestellt sein.
Da sich jedoch die Ankerposition mit der Zeit aufgrund von dessen Alterungserscheinungen, die durch den bei jedem Teil des elektromagnetisch betätigten Motorventils auftretenden Verschleiß hervorgerufen werden, verändert, wird die Erfassungsgenauigkeit der Ankerposition herabgesetzt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Position eines elektromagnetisch betätigten Motorventils anzugeben, bei dem ein Ausgangssignalwert des Positionssensors zum Erfassen der Position des Ankers, zu dem das Paar Elektromagnete zugeordnet ist, in entsprechender Weise korrigiert wird, so dass die Ankerposition stets mit einer hohen Präzision erfasst und eine äußerst präzise Steuerung der offenen Position und der Verschlussposition des elektromagnetisch betätigten Motorventils erzielt werden kann.
Um die obige Aufgabe zu erzielen, gibt die Erfindung die Steuervorrichtung nach Anspruch 1 und 9 sowie das entsprechende Steuerverfahren nach Anspruch 16 an.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor angegeben, welche umfasst: einen Anker, der mit einem Motorventil verbunden ist; eine Feder, die den Anker an eine neutrale Position spannt, an der er sich an einer Zwischenposition zwischen einer offenen Position des Motorventils und einer Verschlussposition desselben befindet; einen ersten Elektromagneten, der den Anker in Richtung der offenen Position anzieht; einen zweiten Elektromagneten, der den Anker in Richtung der Verschlussposition anzieht; einen Positionssensor, der eine Position des Ankers erfasst und ein Signal ausgibt, das die Position des Ankers anzeigt; und eine Steuereinrichtung, die den ersten und den zweiten Elektromagneten in Reaktion auf das Ausgangssignal des Positionssensors steuert, so dass das Motorventil zwischen der offenen Position und der Verschlussposition verschoben wird, und die das Ausgangssignal des Positionssensors auf Basis von zwei Ausgangssignalen des Positionssensors korrigiert, die zwei verschiedenen Positionen des Motorventils entsprechen, wobei eine der zwei verschiedenen Positionen die offene Position oder die Verschlussposition beim Abschluss einer Initialisierung vor einem Motorstart ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor angegeben, welcher umfasst: eine Feder, die ein Motorventil an eine neutrale Position spannt, die sich an einer Zwischenposition zwischen einer vollständig offenen Position des Motorventils und einer Verschlussposition desselben befindet; einen ersten Elektromagneten, der das Motorventil in Richtung der vollständig offenen Position anzieht und das Motorventil an derselben hält, wenn dieser erregt ist; einen zweiten Elektromagneten, der das Motorventil in Richtung der Verschlussposition anzieht und das Motorventil an derselben hält, wenn dieser erregt ist; und einen Positionssensor, der eine Position eines Ankers, der dem ersten und dem zweiten Elektromagneten zugeordnet und mit einem Ventilkörper des Motorventils verbunden ist, erfasst und ein Signal ausgibt, das die Position des Ankers anzeigt, wobei das Steuerverfahren umfasst: Ausführen einer Initialisierung vor einem Motorstart für das Motorventil; Korrigieren einer Beziehung eines Ausgangssignalwerts des Positionssensors auf einen erfassten Wert der Position des Ankers auf Basis von zwei Ausgangssignalwerten des Positionssensors, die zwei verschiedenen Positionen des Motorventils entsprechen, wobei eine der zwei verschiedenen Positionen die vollständig offene Position oder die Verschlussposition nach dem Ausführen der Initialisierung ist; und Ansprechen auf das Ausgangssignal des Positionssensors zum Steuern eines An- und Abschaltens einer Stromquelle zu dem ersten und dem zweiten Elektromagneten, so dass das Motorventil zwischen der vollständig offenen Position und der Verschlussposition verschoben wird.
In der vorliegenden Zusammenfassung der Erfindung werden nicht notwendigerweise alle erforderlichen Merkmale beschrieben, so dass die Erfindung auch eine Unterkombination der erläuterten Merkmale sein kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Systemkonfigurationsansicht eines Verbrennungsmotors, bei dem eine Vorrichtung zum Steuern einer Position eines elektromagnetisch betätigten Motorventils in einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann;
1B ist eine grobe Systemkonfigurationsansicht einer Steuereinrichtung in dem in 1A gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
2 ist ein grobes Funktions-Blockschaltbild der Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils in dem ersten, in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
3A ist eine Querschnittansicht der elektromagnetisch betätigten Einlass- und Auslassventile des in 1A dargestellten Verbrennungsmotors zur Erläuterung einer Verschlussposition eines Motorventils;
3B ist eine Querschnittansicht der elektromagnetisch betätigten Einlass- und Auslassventile des in 1A dargestellten Motors zur Erläuterung einer neutralen Position (Ausgangsposition oder halb offene Position) des Motorventils;
3C ist eine Querschnittansicht der elektromagnetisch betätigten Einlass- und Auslassventile des in 1A dargestellten Motors zur Erläuterung einer vollständig offenen Position des Motorventils;
4 ist ein Ablaufdiagramm einer Resonanzinitialisierung des elektromagnetisch betätigten Motorventils zur Erläuterung der Resonanzinitialisierung, die auf das in 1A gezeigte erste bevorzugte Ausführungsbeispiel angewandt werden kann;
5 ist ein Ablaufdiagramm, das Verläufe von Ankerverschiebungen darstellt, wenn das Einlassventil und das Auslassventil mit einer Resonanz bei beiderseitig unterschiedlicher offener Position und Verschlussposition in dem in 1A gezeigten ersten Ausführungsbeispiel initialisiert werden;
6 ist ein Graph, der einen Verlauf einer Korrektur eines erfassten Werts eines Positionssensors der Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils in dem in 1A gezeigten ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ist ein Ablaufdiagramm, das den Verlauf der Ankerverschiebungen (Ventilverschiebungen) darstellt, wenn das Einlassventil und das Auslassventil für die jeweiligen Zylinder bei beiderseitig unterschiedlicher offener Position und Verschlussposition initialisiert werden, und das auf ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils angewandt werden kann;
8 ist ein Graph, der einen Verlauf der Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors in dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt;
9 ist ein Ablaufdiagramm, das die Verläufe der verschobenen Ankerposition (Ventilverschiebung) darstellt, wenn die Initialisierungen sowohl des Einlassventils und als auch des Auslassventils bei offenen Positionen und Verschlusspositionen durchgeführt werden, die sich von denjenigen vor der Initialisierung unterscheiden, und das auf ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann;
10 ist eine Kennlinie, die den Verlauf der Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors für das Einlassventil darstellt, welches in dem dritten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde;
11 ist eine Kennlinie, die den Verlauf der Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors für das Auslassventil darstellt, welches in dem dritten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde;
12 ist ein Ablaufdiagramm, das Verläufe von Ankerverschiebungen des Einlas- und des Auslassventils darstellt, wenn der Motor stoppt und wenn das Ein lass- und das Auslassventil bei den offenen und Verschlusspositionen initialisiert werden, die sich von denjenigen beim Stoppen des Motors unterscheiden, was auf ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetischen Ventils gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann;
13 ist eine Kennlinie, die den Verlauf der Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors für das Einlassventil darstellt, das in dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben wird;
14 ist eine Kennlinie, die den Verlauf der Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors für das Auslassventil darstellt, das in dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben wird;
15 ist eine Kennlinie, die den Verlauf der Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors für das Einlassventil darstellt, die in einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils durchgeführt wurde;
16 ist eine Kennlinie, die den Verlauf der Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors für das Auslassventil darstellt, die in dem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden Bezug auf die Zeichnungen genommen.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
1A zeigt einen Verbrennungsmotor, bei dem eine Vorrichtung zum Steuern einer Position eines elektromagnetisch betätigten Motorventils in einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann.
In 1A ist ein Verbrennungsmotor 1 mit einem Einlassventil 3 und einem Auslassventil 4 vorgesehen. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird das elektromagnetisch betätigte Motorventil sowohl bei dem Einlassventil 3 als auch bei dem Auslassventil 4 verwendet. Das Einlassventil 3 enthält eine elektromagnetisch variable Antriebseinheit 2', und das Auslassventil 4 enthält eine elektromagnetisch variable Antriebseinheit 2. Ein Kraftstoff-Einspritzventil 6 ist in einem Ansaugkanal 5 vorgesehen, und ein Brennraum 7 ist mit einer Zündkerze 8 und einer Zündspule 9 versehen. Ein Kurbelwinkelsensor 10 gibt ein Referenzsignal aus, wenn sich eine Motorkurbelwelle um einen Referenzwinkel für jeden Zylinder dreht, und gibt ein Einheitswinkelsignal aus, wenn sich die Motorkurbelwelle um einen Einheitswinkel gedreht hat. An dem Motor 1 ist ein Motorkühlmittel-Temperatursensor 11 angebracht, um eine Motorkühlmittel-Temperatur zu erfassen. Ein Luftdurchflussmesser 13 zum Erfassen einer Ansaugluftmenge ist in einem Ansaugluftkanal 12, der in einem stromaufwärts von dem Ansaugkanal 5 liegenden Bereich angeordnet ist, installiert. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 15 ist in einem Abgaskanal 14 installiert, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Erfassen einer Sauerstoffkonzentration im Abgas zu erfassen.
In 1A bezeichnet das Bezugszeichen 21 einen Zündschalter zum Erfassen, ob ein Zündschalter ein- oder ausgeschaltet ist, und das Bezugszeichen 22 bezeichnet einen Startschalter, welcher erfasst, ob ein Motorstartschalter ein- oder ausgeschaltet ist.
Eine Steuereinrichtung 16 empfängt von verschiedenen Sensoren Erfassungssignale. Die Steuereinrichtung 16 gibt ein Kraftstoffeinspritzimpulssignal an das Kraftstoffeinspritzventil 6 aus, so dass dessen entsprechender Zylinder die Kraftstoffeinspritzsteuerung (d.h. den Startzeitpunkt und die Kraftstoffeinspritzmenge) auf Basis der Erfassungssignale von den verschiedenen Sensoren durchführt, und gibt ein Zün dungssignal an jede Zündspule 9 aus, um eine Zündpunktsteuerung auf Basis der Erfassungssignale der verschiedenen Sensoren durchzuführen. Des Weiteren gibt die Steuereinrichtung 16 Ventiltreibersignale an die elektromagnetisch variablen Antriebseinheiten 2 und 2' aus, um eine Öffnungs- und Schließsteuerung für das Einlassventil 3 und das Auslassventil 4 auf Basis der Erfassungssignale der Sensoren durchzuführen.
1B zeigt eine grobe Konfigurationsansicht der Steuereinrichtung 16 und ihres peripheren, das elektromagnetisch betätigte Motorventil einschließenden Schaltkreises in dem ersten Ausführungsbeispiel.
2 zeigt ein Funktions-Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils gemäß der vorliegenden Erfindung in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel.
In 1B enthält die Steuereinrichtung 16 einen Motorsteuerblock 16A sowie Steuerblöcke für die elektromagnetisch betätigten Motorventile 16B und 16C.
Der Motorsteuerblock 16A enthält einen Mikrocomputer mit einer CPU (Zentraleinheit) 160a, einem RAM (Direktzugriffsspeicher) 160b, einem ROM (Festspeicher) 160c; einem Eingabeanschluss 160d, einem Ausgabeanschluss 160e und einem gemeinsamen Bus.
Es wird angemerkt, dass obwohl die in 1B dargestellten Einlassventil- und Auslassventil-Steuerblöcke 16B und 16C in ihrer Funktion beschrieben werden, Teile jedes Blocks 16B und 16C durch den oben beschriebenen Mikrocomputer gebildet werden. Es wird ferner angemerkt, dass diese Blöcke 16B und 16C zwar für einen typischen Motorzylinder verwendet werden, aber dass dieselben Blöcke auf jeden der Motorzylinder angewandt werden.
Der Steuerblock des Auslassventils (Einlassventils) 16B (16C) enthält einen Positionssensor für ein bewegliches Element 55 (55') (im Folgenden einfach als Positionssensor bezeichnet), der ein Signal, das eine Position eines ein bewegliches Element des Auslassventils (Einlassventils) 4 (3) bildenden Ankers 42 (42') anzeigt, an einen Ventilverschiebungs-Vergleichs/Korrekturabschnitt 56 (62) ausgibt, um eine Beziehung zwischen einem Ausgangssignalwert des Positionssensors 55 (55') und einem erfassten Wert der Position des Ankers 42 (42') (tatsächlicher Positionswert des Ankers 42') zu korrigieren, wie im Folgenden erläutert wird. Das korrigierte Positionssignal wird an einen Geschwindigkeits-Zielwert-Generierungsabschnitt 57 (63) geleitet. Der Geschwindigkeits-Zielwert-Generierungsabschnitt 57 (63) generiert einen Zielwert einer Geschwindigkeit des Ventilkörpers (Ventilschaft 31 (31')) des Auslassventils (Einlassventils) 4 (3), d.h. die Ventilverschiebungsposition des Auslassventils (Einlassventils) 4 (3). Der Zielwert der Geschwindigkeit des Auslassventils (Einlassventils) 4 (3) wird an einen Stromzielwert-Generierungsabschnitt 58 (64) geleitet. Der Stromzielwert-Generierungsabschnitt 58 (64) generiert einen Zielwert eines elektrischen Stroms, der entweder durch einen Ventilöffnungs-Elektromagneten 43 (43') oder einen Ventilschließ-Elektromagneten 44 (44') in Reaktion auf einen Ventilöffnungsbefehl oder einen Ventilschließbefehl des Motorsteuerblocks 16A auf Basis des Zielwerts der Geschwindigkeit des Ventils an dem Geschwindigkeits-Zielwert-Generierungsabschnitt 57 (63) fließt. Ein Schaltabschnitt 59 (65) verbindet den Stromzielwert-Generierungsabschnitt 58 (64) entweder mit einem Stromsteuerabschnitt 60 (66) für den Ventilschließ-Elektromagneten oder mit einem Stromsteuerabschnitt 61 (67) für den Ventilöffnungs-Elektromagneten in Reaktion auf den Ventilschließbefehl oder den Ventilöffnungsbefehl. Der Stromsteuerabschnitt für den Ventilschließ-Elektromagneten oder den Ventilöffnungs-Elektromagneten 60 bzw. 61 (66 bzw. 67) ist entweder mit dem Ventilschließ-Elektromagneten 43 (43') oder dem Ventilöffnungs-Elektromagneten 44 (44') in Reaktion auf den aktiven Ventilschließbefehl oder den aktiven Ventilöffnungsbefehl verbunden.
Es wird angemerkt, dass in 2 der Stromsteuerabschnitt des Ventilschließ-Elektromagneten 60 und der Stromsteuerabschnitt des Ventilöffnungs-Elektromagneten 61 durch dieselben Abschnitte 66 und 67 bei dem Einlassventil 3 ersetzt werden, und dass ein Stromquellenabschnitt 70 eine Kraftfahrzeug-Batterie und eine Stromquellen-Verstärkung enthält.
3A, 3B und 3C zeigen Querschnittansichten der elektromagnetisch betätigten Einlass- und Auslassventile 3 und 4 zur Erläuterung einer Verschlussposition, einer neutralen Position (halb offene Position) und einer vollständig offenen Position des elektromagnetisch betätigten Motorventils, auf das die Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann.
In 3A ist ein Auslassventil (Einlassventil) 4 (3) auf herkömmliche Weise auf einem Zylinderkopf 18 befestigt. Der Ventilschaft 31 (31') des Auslassventils (Einlassventils 4 (3) ist verschiebbar entlang einer Ventilführung 19 (19') eingesetzt. Ein oberer Sitz 32 (32') ist über ein Ventilkegelstück an einem oberen Abschluss des Ventilschafts 31 (31') befestigt. Eine Ventilschließfeder 33 (33') (die um einen vorgegebenen Druckabstand aus einer freien Länge zusammengedrückt ist) ist zwischen dem oberen Sitz 32 (32') und dem an dem Zylinderkopf vorgesehenen unteren Sitz angeordnet, um das Auslassventil (Einlassventil) 4 (3) in eine Ventilschließrichtung vorzuspannen.
Wenn das Auslassventil (Einlassventil) 4 (3) nun geschlossen ist und der Anker 42 (42') magnetisch zu dem Ventilschließ-Elektromagneten 43 (43') hin angezogen wird, ist eine bewegliche Achse 40 (40') der Ventilantriebseinheit 2 (2') koaxial auf derselben Achse wie der Ventilschaft 31 (31') mit einem vorgegebenen Ventilspiel bzw. mit einer vorgegebenen Beabstandung von einem oberen Ende des Ventilschafts 31 (31') angeordnet.
Die Ventilantriebseinheit 2 (2') enthält: ein Gehäuse 41 (41'), das aus einem nichtelektromagnetischen Material hergestellt ist; einen Anker (Ankerplatte) 42 (42'), der einstückig an der beweglichen Achse 40 (40') befestigt und in dem Gehäuse 41 (41') verschiebbar angebracht ist; eine Ventilschließfeder 33 (33') zum Vorspannen des Auslassventils (Einlassventils) 4 (3) in die Ventilschließrichtung, die zwischen dem oberen Sitz 32 (32') und dem unteren Sitz an dem Zylinderkopf 18 angeordnet ist; einen Ventilschließ-Elektromagneten 43 (43'), der in dem Gehäuse 41 (41') an einer zu einer oberen Fläche des Ankers 42 (42') gerichteten Position befestigt ist, um eine magnetische Anziehung des Ankers 42 (42') zu ermöglichen; einen Ventilöffnungs-Elektromagneten 44 (44'), der in dem Gehäuse 41 (41') an einer zu einer unteren Fläche des Ankers 42 (42') gerichteten Position befestigt ist, um eine magnetische Anziehung des Ankers 42 (42') zu ermöglichen; und eine Ventilöffnungsfeder 45 (45'), die den Anker 42 (42') in der Ventilöftnungsrichtung des Auslassventils (Einlassventils) 4 (3) hin vorspannt.
Wenn, wie in 3B gezeigt, sowohl der Ventilschließ-Elektromagnet 43 als auch der Ventilöffnungs-Elektromagnet 44 enterregt sind, ist das Auslassventil 4 so strukturiert, dass es sich in der halb offenen Position (auch als neutrale Position bezeichnet) befindet, was ausschließlich durch die von dem Paar Federn 45 und 33 ausgeübte Federkraft bewirkt wird.
Wenn mit erneutem Bezug auf 3A die Stromquelle für den Ventilschließ-Elektromagneten 43 angeschaltet wird, um nur den Ventilschließ-Elektromagneten 43 zu erregen, wird der Anker 42 magnetisch zu dem Ventilschließ-Elektromagneten 43 in der Richtung, in der die Ventilöffnungsfeder 45 zusammengedrückt ist, angezogen.
Wenn hingegen, wie in 3C gezeigt, nur der Ventilöffnungs-Elektromagnet 44 erregt wird, während das Auslassventil 4 an der halb offenen Position gehalten wird, bewirkt der Anker 42, dass die Ventilschließfeder 33 zusammengedrückt und so der Anker magnetisch zu dem Ventilöffnungs-Elektromagneten 44 hin angezogen wird, so dass Auslassventil 4 in die vollständig offene Position verschoben wird.
Wenngleich die vollständig offene Position, die neutrale Position und die Verschlussposition des Auslassventils 4 mit Bezug auf 3A bis 3C erläutert wurden, können diese Positionen auch auf das Einlassventil 3 angewandt werden.
Wie in 3A bis 3C dargestellt, ist ein Positionssensor 55 (55') zum Erfassen einer Position des Ankers 42 (42') an einer oberen Gehäusewand der Ventilantriebseinheit 2 (2') befestigt. Der Positionssensor 55 (55') wird beispielsweise von einem Wirbelstromsensor oder einer Hall-Effekt-Vorrichtung gebildet. Während der Positionssensor 55 (55') die Position des Ankers 42 (42') erfasst, wird die Stromquellensteuerung zwischen dem Ventilschließ-Elektromagneten 43 (43') und dem Ventilöffnungs-Elektromagneten 44 (44') so ausgeführt, dass der Anker 42 (42') mit Kennwerten angetrieben wird, die jeweils den Zielwert der Geschwindigkeit für eine entsprechende Position des Ankers 42 (42') enthalten.
Hierdurch können die folgenden Vorteile bei der Rückmeldungssteuerung erzielt werden. Der Anker 42 (42') wird mit einer relativ hohen Geschwindigkeit ab einem Zeitpunkt, an dem der Anker 42 (42') von einem Elektromagneten getrennt ist und in Richtung des anderen Elektromagneten verschoben wird, angetrieben, um die Ansprecheigenschaft sicherzustellen.
Wenn sich der Anker 42 (42') dann dem anderen Elektromagneten nähert, setzt der Anker 42 (42') auf dem Elektromagneten mit einer hinreichend geringen Geschwindigkeit auf, um einen während des Aufsetzens des Ankers 42 (42') auf einem der Elektromagneten auftretenden Aufprall zu mindern. Der Aufprall kann ebenso verhindert werden, wenn der Anker 42 (42') an einer Position unmittelbar vor dem Aufsetzen auf dem anderen Elektromagneten stoppt.
Der Ventilöffnungs- und -schließvorgang wurde für das Auslassventil 4 erläutert. Derselbe Vorgang wie oben beschrieben ist auch auf das Einllassventil 3 anwendbar. Es wird angemerkt, dass 3A den Zustand des elektromagnetisch betätigten Motorventils in der Verschlussposition, 3B dessen Zustand in der neutralen Position und 3C dessen Zustand in der vollständig offenen Position zeigt. Es wird zudem angemerkt, dass Aussparungen 210 und 210' zum Sammeln von Drähten der Elektromagnete in den jeweiligen Gehäusen 41 und 41' vorgesehen sind, und dass die Bezugszeichen 200 und 200' Ventilsitze bezeichnen.
Vor dem Motorstart wird die Initialisierung so durchgeführt, dass das Einlassventil 3 oder das Auslassventil 4 aus der halb offenen Position in der vollständig offenen Position bzw. in der vollständigen Verschlussposition gehalten wird. Die Initialisierung ist die alternierende Stromzufuhr von dem Ventilöffnungs-Elektromagneten 44 (44') zu dem Ventilschließ-Elektromagneten 43 (43'), wobei die Wirkung des Paars Federn 33 (33') und 45 (45') dazu führt, dass die Resonanzerscheinung die Amplitude des zu den Elektromagneten geleiteten Stroms erhöht und dass anschließend das Einlassventil (Auslassventil) 3 (4) in der vollständig offenen Position oder der Verschlussposition gehalten wird (siehe 4).
Unmittelbar nach der Initialisierung führt die Steuereinrichtung 16 die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 (55') durch, d.h. der Ventilverschiebungs-Vergleichs/Korrekturabschnitt 56 (62) führt eine Korrektur einer Beziehung zwischen dem Ausgangssignalwert (Spannung) des Positionssensors 55 (55') für das Auslassventil (Einlassventil) 4 (3) und dem erfassten Wert der verschobenen Ankerposition (ein tatsächlicher Wert der verschobenen Position des Ankers 42 (42')) (im Folgenden einfach als Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 (55') bezeichnet) durch.
Nachstehend wird die in dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführte Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 (55') beschrieben.
Um in dem ersten Ausführungsbeispiel nach der Initialisierung ein Anlassen durchzuführen, sind die offene Position und die Verschlussposition des Einlassventils 3 nach der Initialisierung unterschiedlich zu denjenigen des Auslassventils 4 eingestellt, wobei die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 für das Auslassventil 4 auf Basis des Ausgangswerts des Positionssensors 55, der der Verschlussposition des Auslassventils 4 bei einem Abschluss der Initialisierung entspricht, und desjenigen des Positionssensors 55' für das Einlassventil 3, der der vollständig offenen Position des Einlassventils 3 beim Abschluss der Initialisierung entspricht, durchgeführt wird. Alternativ kann die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 für das Auslassventil 4 auf Basis des Ausgangswerts des Positionssensors 55, der der vollständig offenen Position des Auslassventils 4 beim Abschluss der Initialisierung entspricht, und dem Signalausgangswert des Positionssensors 55', der der Verschlussposition des Einlassventils 3 beim Abschluss der Initialisierung entspricht, durchgeführt werden. Des Weiteren wird die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55' auf Basis des Ausgangswerts des Positionssensors 55', der der vollständig offenen Position des Einlassventils 3 beim Abschluss der Initialisierung entspricht, und desjenigen des Positionssensors 55, der der vollständigen Verschlussposition des Auslassventils 4 beim Abschluss der Initialisierung entspricht, durchgeführt.
Somit besteht das Korrekturverfahren für das Auslassventil 4 aus zwei Kombinationen, und dasjenige für das Einlassventil 3 besteht ebenso aus zwei Kombinationen.
5 zeigt Verläufe der Initialisierungen für das Einlassventil 3 und das Auslassventil 4 in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Wie in 5 gezeigt, wird das Einlassventil 3 beim Abschluss der Initialisierung in der Ventilverschlussposition H_IC gehalten, wie durch die durchgezogene Linie in 5 verdeutlicht. Das Auslassventil 4 wird beim Abschluss der Initialisierung in der vollständig offenen Position H_EO gehalten, wie durch die durchgezogene Linie verdeutlicht. Es wird angemerkt, dass das Einlassventil 3 in der vollständig offenen Position und das Auslassventil 4 in der vollständigen Verschlussposition beim Abschluss der Initialisierung gehalten werden können, wie durch eine gestrichelte Linie in 4 dargestellt.
In beiden Fällen unterscheiden sich die Positionen des Einlassventils 3 und des Auslassventils 4 voneinander beim Abschluss der Initialisierung, wie oben mit Bezug auf 4 erläutert.
6 zeigt Verläufe der Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 (55') in dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 (55') für das Auslassventil (Einlassventil) 4 (3) ist als Kennlinie ausgeführt, die den Ausgangssignalwert V_IC des Positionssensors 55', der der Verschlussposition H_IC des Einlassventils 3 beim Abschluss der Initialisierung entspricht, mit dem Ausgangssignalwert V_EO des Positionssensors 55, der der vollständig offenen Position H_EO des Auslassventils 4 dabei entspricht, durch eine Gerade verbindet. Somit wird sowohl eine Korrektur der vollständig offenen Position als auch eine Korrektur der Verschlussposition für den Sensorausgang durchgeführt, wie in 6 durch die Pfeile gezeigt, bevor die durch eine gestrichelte Linie dargestellte Korrektur und die Ventilverschiebung (Anker) erfolgen. Eine zwischen liegende Öffnungsposition (zwischen der vollständig offenen Position und der Verschlussposition) wird dementsprechend korrigiert.
Es wird angemerkt, dass die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 (55') für das Auslassventil (Einlassventil) 4 (3) als Kennlinie ausgeführt sein kann, die den Ausgangssignalwert V_EC des Positionssensors 55, der der Verschlussposition des Auslassventils 4 beim Abschluss der Initialisierung entspricht, mit dem Ausgangssignalwert V_IO des Positionssensors 55', der der vollständig offenen Position H_IO des Einlassventils 3 dabei entspricht, durch eine Gerade verbindet.
Des Weiteren wird angemerkt, dass die Korrektur für den erfassten Wert der Positionssensoren 55 und 55' für das Auslass- und das Einlassventil 4 und 3 gleichzeitig oder aufeinander folgend beim Abschluss der Initialisierung vor dem Motorstart durchgeführt wird.
In dem ersten Ausführungsbeispiel kann bei einer solchen regulären Initialisierungseinstellung, bei der die offene Position und die Verschlussposition des Einlassventils 3 unterschiedlich zu denjenigen des Auslassventils 4 eingestellt sind, eine einfache Korrektur auf Basis der direkt gemessenen Ausgangswerte der Positionssensoren 55 und 55' für das Auslass- und das Einlassventil 4 und 3 durchgeführt werden. Hinsichtlich der Genauigkeit besteht jedoch Verbesserungsbedarf, da eine gemeinsame Korrektur unter Verwendung der Ausgangswerte der verschiedenen Positionssensoren 55 und 55' für die verschiedenartigen Motorventile, d.h. die Auslass- und die Einlassventile 4 und 3, durchgeführt wird.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
7 zeigt ein Beispiel der Verläufe der Initialisierungen, die in einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Positionssteuerung für ein elektromagnetisch betätigtes Motorventil gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Der weitere Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen derselbe wie derjenige des ersten Ausführungsbeispiels.
Im zweiten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich die offene Position und die Verschlussposition des Einlassventils 3 beim Abschluss der Initialisierung von denjenigen des Auslassventils 4 dabei für jeden Zylinder, obwohl das Korrekturverfahren im Hinblick auf die Steuerprozedur kompliziert wird.
So wird beispielsweise für einen ersten Zylinder #1 das Einlassventil 3 in der vollständig offenen Position #1H_IO und das Auslassventil 4 in der Verschlussposition #1H_EC gehalten.
Bei einem zweiten Zylinder #2 wird das Einlassventil 3 in der Verschlussposition #2H_IC und das Auslassventil 4 in der vollständig offenen Position #2H_EO gehalten.
Anschließend wird die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55' für das Einlassventil 3 auf dieselbe Weise durchgeführt, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 6 beschrieben, und zwar auf Basis des Ausgangssignalwerts #1V_IO des Positionssensors 55', der der vollständig offenen Position #1H_IO des Einlassventils 3 des ersten Zylinders #1 entspricht, sowie des Ausgangssignalwerts #2V_IC des Positionssensors 55', der der Verschlussposition #2H_IC des Einlassventils 3 des zweiten Zylinders #2 entspricht, wobei das Diagramm von 8 verwendet wird.
Des Weiteren wird die Korrektur des Positionssensors 55 für das Auslassventil 4 auf dieselbe Weise durchgeführt, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 6 beschrieben, und zwar auf Basis des Ausgangssignalwerts #1V_EC des Positionssensors 55, der der Verschlussposition #1H_EC des Auslassventils 4 des ersten Zylinders #1 entspricht, sowie des Ausgangssignalwerts #2V_EO des Positionssensors 55, der der vollständig offenen Position #2H_EO des Auslassventils 4 des zweiten Zylinders #2 entspricht. Diese Korrekturen gelten gleichermaßen für alle anderen Zylinder des Verbrennungsmotors 1.
8 stellt den Korrektur-Verlauf für den Positionssensor 55 (55') in dem zweiten Ausführungsbeispiel dar, wie oben beschrieben.
Da im zweiten Ausführungsbeispiel die Korrekturen der erfassten Werte der Positionssensoren 55 (55') für die jeweiligen Zylinder auf Basis der Ausgangswerte der Positionssensoren 55 (55') für dieselbe Art von Motorventil, d.h. Einlassventile und Auslassventile 3 und 4 in den jeweiligen Zylindern, ausgeführt werden, kann die Genauigkeit der Korrektur verbessert werden.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Als nächstes wird die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 (55') beschrieben, die in einem dritten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
Das dritte Ausführungsbeispiel fällt nicht in den Schutzbereich der Patentansprüche.
In dem dritten Ausführungsbeispiel wird die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 (55') für das Auslass- und das Einlassventil 4 und 3 auf Basis des Ausgangswerts des Positionssensors 55 (55') in der halb offenen Position (neutrale Position) des entsprechenden Motorventils vor der Initialisierung (auch als Vor-Initialisierung bezeichnet) sowie des Ausgangswerts des Positionssensors 55 (55') entweder in der vollständig offenen Position dabei oder der Verschlussposition dabei beim Abschluss der Initialisierung (auch als Nach-Initialisierung bezeichnet) durchgeführt.
Der weitere Aufbau der Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils im dritten Ausführungsbeispiel ist im Allgemeinen derselbe wie in dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert.
9 zeigt Verläufe der Initialisierung für das Einlassventil 3 und das Auslassventil 4, die auf das dritte Ausführungsbeispiel, bei dem das Einlassventil 3 beim Abschluss der Initialisierung in der Verschlussposition H_IC und das Auslassventil 4 in der vollständig offenen Position H_EO dabei gehalten werden, angewandt werden können.
Für das Einlassventil 3 wird die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55' auf Basis des Ausgangswerts V_IM, des Positionssensors 55' in der neutralen Position (auch als Ausgangsposition bezeichnet) H_IM vor der Initialisierung sowie des Ausgangswerts V_IC desselben in der Verschlussposition H_IC des Ventils beim Abschluss der Initialisierung durchgeführt, wie in 10 erkennbar.
Die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 für das Auslassventil 4 wird auf Basis des Ausgangswerts V_EM des Positionssensors 55 in der neutralen Po sition des Auslassventils 4 vor der Initialisierung sowie des Ausgangswerts V_EO des Positionssensors 55 in der vollständig offenen Position H_EO des Auslassventils 4 beim Abschluss der Initialisierung durchgeführt, wie in 11 dargestellt.
Insbesondere wird eine solche Korrektur durch Verbinden des Ausgangswerts V_IM, des Positionssensors 55' in der neutralen Position (Ausgangsposition) H_IM des Einlassventils 3 mit dem Ausgangswert V_IC des Positionssensors 55' in der Verschlussposition des Einlassventils 3 durch die Gerade unter Anwendung einer linearen Interpolation ausgeführt, bei der angenommen wird, dass der Ausgangswert, der 2(H_IM – H_IC) entspricht, gleich der vollständig offenen Position [V_IC + 2(V_IM – V_IC)] ist.
Auf die gleiche Weise wird eine solche Korrektur durch Verbinden des Ausgangswerts V_IM des Positionssensors 55' in der neutralen Position H_IM des Einlassventils 3 mit dem Ausgangswert V_IC des Positionssensors 55' in der Verschlussposition des Einlassventils 3 durch die Gerade unter Anwendung einer linearen Interpolation ausgeführt, bei der angenommen wird, dass der Ausgangswert 2[(H_IM – H_IC)] entspricht (siehe 10).
Andererseits wird auf die gleiche Weise, wie oben beschrieben, eine solche Korrektur durch Verbinden des Ausgangswerts V_EM des Positionssensors 55 in der neutralen Position H_EM des Auslassventils 4 mit dem Ausgangswert V_EO der vollständig offenen Position H_EO durch die Gerade so ausgeführt, dass der Ausgangswert, der H_EO – 2(H_EO – H_IM) entspricht und gleich der Verschlussposition ist, als [V_EO – 2(H_EO – H_IM)] angenommen wird (siehe 11).
Auf die gleiche Weise wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, kann eine einfache Verbindung unter Verwendung des Ausgangswerts des Positionssensors 55 in der normalen Initialisierungseinstellung hergestellt werden. Die einfache Korrektur wird durch Verwendung des Ausgangswerts des Positionssensors 55 in der normalen Initialisierungseinstellung auf dieselbe Art und Weise durchgeführt, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert. Die Genauigkeit der Korrektur kann verbessert werden, indem zwei Ausgangswerte derselben Positionssensoren 55 und 55' in demselben Ventil verwendet werden. Da jedoch für den Ausgangswert des Positionssensors 55 (55'), bei dem sich die offene Position und die Verschlussposition von derjenigen beim Abschluss der Initialisierung unterscheidet, ein geschätzter Wert verwendet wird, kann die Korrekturgenauigkeit leicht beeinträchtigt sein.
Es wird angemerkt, dass dieselbe Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 (55') auf Basis der offenen Position und der Verschlussposition des Einlassventils 3 und des Auslassventils 4, die umgekehrt wie oben beschrieben sein können,. ausgeführt werden kann.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Nachstehend wird die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 (55') beschrieben, die in einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Positionsteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
In dem vierten Ausführungsbeispiel für das Einlassventil 3 und das Auslassventil 4 wird das Motorventil temporär in der offenen Position oder der Verschlussposition gehalten, die sich von derjenigen beim Abschluss der Initialisierung unterscheidet, und der Ausgangswert des Positionssensors 55 (55') wird in einem Speicher wie beispielsweise dem RAM gespeichert. Anschließend wird die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 (55') auf Basis des Ausgangswerts des Positionssensors 55 (55') beim Abschluss der vor dem Motorstart ausgeführten Initialisierung, und des Ausgangswerts desselben, der während des vorherigen Motorstopps gespeichert wurde, durchgeführt.
12 zeigt den Verlauf der Initialisierungen für das Einlassventil 3 und das Auslassventil 4, die während des Motorstopps temporär gehalten wurden, was auf das vierte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils angewandt wurde.
Der weitere Aufbau der Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils in dem vierten Ausführungsbeispiel ist im Allgemeinen derselbe wie in dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert.
Das heißt, dass das Einlassventil 3 während des Motorstopps temporär in der vollständig offenen Position H_IOS gehalten wird. Beim Abschluss der Initialisierung wird das Einlassventil 3 in der Verschlussposition H_ICS und das Auslassventil 4 in der vollständig offenen Position H_EOS gehalten.
Für das Einlassventil 3 wird die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55' auf Basis des Ausgangswerts V_IOE der temporär gehaltenen vollständig offenen Position H_IOE während des Motorstopps und des Ausgangswerts V_ECE der Verschlussposition H_ECE beim Abschluss der Initialisierung durchgeführt, wie in 13 gezeigt.
Für das Auslassventil 4 wird die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 auf Basis des Ausgangswerts V_ECE des Positionssensors 55 in der temporär gehaltenen Verschlussposition H_ECE des Auslassventils 4 während des Motorstopps und des Ausgangswerts V_EOS der vollständig offenen Position beim Abschluss der Initialisierung durchgeführt, wie in 14 gezeigt.
Die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 (55') mit hoher Genauigkeit kann dadurch erzielt werden, dass die Ausgangswerte desselben Positionssensors 55 (55') verwendet werden, die dem Wert entsprechen, wenn dasselbe Motorventil in die vollständig offene Position verschoben wurde, und dem Wert, wenn dasselbe Motorventil in die Verschlussposition verschoben wurde.
Es wird angemerkt, dass dieselbe Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 (55') auch durchgeführt werden kann, wenn die offene Position oder die Verschlussposition desselben Motorventils nach der Initialisierung umgekehrt zu derjenigen während des Motorstopps und umgekehrt sein kann.
Das bedeutet, dass in einem Fall, in dem das Einlassventil 3 während des Motorstopps temporär in der Verschlussposition und beim Abschluss der Initialisierung in der vollständig offenen Position gehalten wird, und das Auslassventil 4 während Motorstopps temporär in der vollständig offenen Position und beim Abschluss der Initialisierung in der Verschlussposition gehalten wird, die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55' für das Einlassventil 3 ausgetauscht wird, wie durch den Inhalt der jeweiligen, in 13 gezeigten Klammern gezeigt (V_IOE → V_IOS, V_ICS → V_ICE, H_ICS → H_ICE und H_IOE → H_IOS).
Die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 für das Auslassventil 4 wird ersetzt, wie durch den Inhalt der jeweiligen, in 14 gezeigten Klammern gezeigt (V_EOS → V_EOE, V_ECE → V_ECS, H_EOE → H_EOS).
Im Allgemeinen tritt jedoch während des Motorstopps und während des Starts eine Temperaturdifferenz auf. Beim Auftreten der Temperaturdifferenz verändert sich der Ausgangswert des Positionssensors 55 (55').
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
In einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Positionssteuerung eines elektromagnetisch betätigten Motorventils wird die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors 55 (55') auf Basis der Temperaturdifferenz zwischen dem Motorstopp und dem Motorstart sowie auf Basis der in dem vierten Ausführungsbeispiel beschriebenen Ausgangwerte durchgeführt. Der weitere Aufbau des elektromagnetisch betätigten Motorventils ist im Allgemeinen derselbe wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
In dem fünften Ausführungsbeispiel wird auf dieselbe Weise wie in dem vierten Ausführungsbeispiel erläutert, das Einlassventil 3 temporär in der vollständig offenen Position H_IOE während des Motorstopps gehalten, und das Auslassventil 4 wird in der Verschlussposition H_ECS während des Motorstopps gehalten. Beim Abschluss der Initialisierung wird das Einlassventil 3 in der Verschlussposition H_ICS und das Auslassventil 4 in der vollständig offenen Position H_EOS gehalten.
Die mittels eines Kühlmittel-Temperatursensors 11 während des Motorstopps erfasste Kühlmitteltemperatur TwE wird in dem Speicher gespeichert, so dass die Temperaturdifferenz ΔTw (= TwS – TwE) zwischen der während des Motorstarts erfassten Kühlmitteltemperatur TwS und dem in dem Speicher gespeicherten Wert TwE berechnet wird.
Der Ausgangswert V_IOE des Positionssensors 55', der der vollständig offenen Position H_IOE des Einlassventils 3 während des Motorstopps entspricht, wird durch einen Korrekturkoeffizienten ΔV_IOS, der der Temperaturdifferenz ΔTw entspricht, korrigiert. Die Korrektur des Ausgangswerts V_ECE, der der Verschlussposition H_ECE des Auslassventils 4 während des Motorstopps entspricht, wird durch einen Korrekturkoeffizienten ΔV_ECS, der der Temperaturdifferenz ΔTw entspricht, korrigiert, so dass der Ausgangswert V_ECE des Positionssensors 55 auf Basis des korrigierten Ausgangswerts von (V_ECS – ΔV_ECS) und der vollständig offenen Position H_EOS des Auslassventils 4 beim Abschluss der Initialisierung während des Motorstarts korrigiert wird, wie in 16 gezeigt.
Wie oben beschrieben, wird zudem die Beziehung zwischen dem Ausgangssignalwert des Positionssensors 55 (55') und dem erfassten Wert der Ankerposition 42 (42') korrigiert, nachdem die der Temperaturdifferenz entsprechende Korrektur des Ausgangswerts durchgeführt wurde. Somit kann eine sehr präzise Korrektur des erfassten Werts des Ankers erzielt werden.
Es wird angemerkt, dass die Inhalte der in 13 und 14 abgebildeten Klammern für den umgekehrten Fall zu 12, der in dem vierten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, gleichermaßen auf diejenigen, die in 15 und 16 gezeigt und in dem fünften Ausführungsbeispiel beschrieben sind, angewendet werden können.
Es wird ebenso angemerkt, dass, wie durch eine gestrichelte Linie in 1A dargestellt, ein Schmieröl-Temperatursensor 17 in dem Gehäuse 41' der Einlassventil-Antriebseinheit 2' angeordnet sein kann, so dass die auf der Temperaturdifferenz basierende Korrektur, die in dem fünften Ausführungsbeispiel beschrieben ist, unter Verwendung der durch den Schmieröl-Temperatursensor 17 in der Nähe des Ventilkörper-Gleitabschnitts des Einlass- und des Auslassventils erfassten Schmieröltemperatur durchgeführt werden kann. Hierdurch kann eine sehr präzise Korrektur auf Basis der Temperaturdifferenz durchgeführt werden.
Des Weiteren wird angemerkt, dass die Korrektur des erfassten Werts des Positionssensors (55 (55')) für das Motorventil unmittelbar nach der Durchführung der Initialisierung für das Motorventil durchgeführt wird.
Obwohl die Erfindung oben mit Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die obigen Beispiele beschränkt. Vor dem Hintergrund der obigen Lehren ergeben sich für den Fachmann Modifikationen und Abänderungen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele. Der Schutzumfang der Erfindung ist unter Bezugnahme auf die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit wenigstens zwei Motorventilen (3,4), wobei jedes Ventil (3, 4) umfasst: einen Anker (42, 42'), der mit dem Motorventil (3, 4) verbunden ist; eine Feder (33, 33'; 45, 45'), die den Anker an eine neutrale Position spannt, an der er sich an einer Zwischenposition zwischen einer offenen Position des Motorventils (3, 4) und einer Verschlussposition desselben befindet; einen ersten Elektromagneten (43, 43'), der den Anker (42, 42') in Richtung der offenen Position anzieht; einen zweiten Elektromagneten (44, 44'), der den Anker (42, 42') in Richtung der Verschlussposition anzieht; einen Positionssensor (55, 55'), der eine Position des Ankers (42, 42') erfasst und ein Signal ausgibt, das die Position des Ankers (42, 42') anzeigt; wobei die Steuervorrichtung des Weiteren umfasst: eine Steuereinrichtung (16), die den ersten und den zweiten Elektromagneten (43, 43', 44, 44') jedes Ventils in Reaktion auf das Ausgangssignal des entsprechenden Positionssensors (55, 55') steuert, so dass das Motorventil (3, 4) zwischen der offenen Position (H_IO, H_EO) und der Verschlussposition (H_IC, H_EC) verschoben wird, und die das Ausgangssignal des Positionssensors (55, 55') korrigiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (16) das Ausgangssignal des Positionssensors (55, 55') auf Basis von zwei Ausgangssignalen (V_IO, V_IC; V_EO, V_EC) zweier verschiedener Positionssensoren (55, 55') korrigiert, die zwei verschiedenen Positionen (H_IO, H_IC; H_EO, H_EC) von zwei verschiedenen Motorventilen entsprechen, wobei eine der zwei verschiedenen Positionen die offene Position (H_IO, H_EO) oder die Verschlussposition (H_IC, H_EC) beim Abschluss einer Initialisierung vor einem Motorstart ist.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Motor ein Einlassventil (3) und ein Auslassventil (4) umfasst, der Positionssensor (55, 55') an dem Einlass- (3) sowie dem Auslassventil (4) angeordnet ist und die Steuereinrichtung (16) das Einlassventil (3) in der offenen Position (H_IO) oder der Verschlussposition (H_IC) hält, die sich von einer der Positionen (H_EC, H_EO) unterscheidet, in der das Auslassventil (4) bei einem Abschluss der Initialisierung gehalten wird, und das Ausgangssignal des Positionssensors (55, 55') auf den erfassten Wert des Positionssensors (55, 55') auf Basis der zwei Ausgangssignale (V_IO, V_EC) des Positionssensors (55, 55') korrigiert, die der offenen Position (H_IO) des Einlassventils (3) bei Abschluss der Initialisierung entsprechen und der Verschlussposition (H_EC) des Auslassventils (4) dabei entsprechen.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Motor ein Einlassventil (3) und ein Auslassventil (4) umfasst und der Positionssensor an dem Einass- (3) sowie dem Auslassventil (4) angeordnet ist und die Steuereinrichtung (16) das Einlassventil (3) in der offenen Position (H_IO) oder der Verschlussposition (H_IC) hält, die sich von der einen der Positionen (H_EC, H_EO) unterscheidet, in der das Auslassventil (4) bei einem Abschluss der Initialisierung gehalten wird, und das Ausgangssignal des Positionssensors (55, 55') auf Basis der zwei Ausgangssignale (V_EO, V_IC) des Positionssensors (55, 55') korrigiert, die der offenen Position (H_EO) des Auslassventils (4) beim Abschluss der Initialisierung entsprechen und der Verschlussposition (H_IC) des Einlassventils (3) dabei entsprechen.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Motor ein Einlassventil (3) und ein Auslassventil (4) umfasst und der Positionssensor (55, 55') an dem Einlass- (3) sowie dem Auslassventil (4) angeordnet ist und die Steuereinrichtung (16) das Einlassventil (3) in der offenen Position (H_IO) oder der Verschlussposition (H_IC) hält, die sich von einer der Positionen (H_EC, H_EO) unterscheidet, an der das Auslassventil (4) bei einem Abschluss der Initialisierung gehalten wird, das Ausgangssignal des Positionssensors (55, 55') für das Einlassventil (3) auf Basis der zwei Ausgangssignale (V_IO, V_EC) des Positionssensors (55, 55') korrigiert, die der offenen Position (H_IO) des Einlassventils (3) beim Abschluss der Initialisierung entsprechen und der Verschlussposition (H_EC) des Auslassventils (4) dabei entsprechen, und das Ausgangssignal (V_EO, V_EC) des Positionssensors (55, 55') für das Auslassventil (4) auf Basis der zwei Ausgangssignale (V_IO, V_EC) des Positionssensors (55, 55') korrigiert, die der offenen Position (H_IO) des Einlassventils (3) beim Abschluss der Initialisierung entsprechen und der Verschlussposition (H_EC) des Auslassventils (4) dabei entsprechen.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Motor ein Einlassventil (3) und ein Auslassventil (4) umfasst, der Positionssensor (55, 55') an dem Einlass- (3) sowie dem Auslassventil (4) angeordnet ist und die Steuereinrichtung (16) das Einlassventil (3) in der offenen Position (H_IO) oder der Verschlussposition (H_IC) hält, die sich von einer der Positionen (H_EC, H_EO) unterscheidet, an der das Auslassventil (4) bei einem Abschluss der Initialisierung gehalten wird, das Ausgangssignal (V_IO, V_IC) des Positionssensors (55, 55') für das Einlassventil (3) auf Basis der zwei Ausgangssignale (V_EO, V_IC) des Positionssensors (55, 55') korrigiert, die der offenen Position (H_EO) des Auslassventils (4) beim Abschluss der Initialisierung entsprechen und der Verschlussposition (H_IC) des Einlassventils (3) dabei entsprechen, und das Ausgangssignal (V_EO, V_EC) des Positionssensors (55, 55') für das Auslassventil (4) auf Basis der zwei Ausgangssignale (V_EO, V_IC) des Positionssensors (55, 55') korrigiert, die der offenen Position (H_EO) des Auslassventils (4) beim Abschluss der Initialisierung ent sprechen und der Verschlussposition (H_IC) des Einlassventils (3) dabei entsprechen.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Motor ein Einlassventil (3) umfasst, der Positionssensor (55, 55') an dem Einlassventil (3) für jeden Zylinder (#1, #2) des Motors angeordnet ist und die Steuereinrichtung (10) das Einlassventil (3) für einen der Zylinder (#1, #2) in der offenen Position (#1H_IO, #1H_EO; #2H_IO, #2H_EO) oder der Verschlussposition (#1H_IC, #1H_EC; #2H_IC, #2H_EO) hält, die sich von einer der Positionen unterscheidet, in der das Einlassventil (3) für einen anderen der Zylinder (#1, #2) bei einem Abschluss der Initialisierung gehalten wird, und das Ausgangssignal des Positionssensors (55') auf Basis der zwei Ausgangssignale (#1V_IO, #2V_IO; #2V_IO, #1V_IC) des Positionssensors (55') korrigiert, die der offenen Position (#1H_IO, #2H_IO) des Einlassventils (3) des einen Zylinders (#1, #2) beim Abschluss der Initialisierung entsprechen und der Verschlussposition (#1H_IC, #2H_IC) des Einlassventils (3) des anderen Zylinders (#2, #1) dabei entsprechen.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Motor ein Auslassventil (4) umfasst, der Positionssensor (55) an dem Auslassventil (4) für jeden Zylinder (#1, #2) des Motors angeordnet ist und die Steuereinrichtung das Auslassventil (4) für einen der Zylinder in der vollständig offenen Position (#1H_EO, #2H_EO) oder der Verschlussposition (#1H_EO, #2H_EC) hält, die sich von einer der Positionen unterscheidet, in der das Auslassventil (4) für einen anderen der Zylinder (#2, #1) bei einem Abschluss der Initialisierung gehalten wird, und das Ausgangssignal des Positionssensors (55) auf Basis der zwei Ausgangssignale (#1V_EO, #2V_EO; #2V_EO, #1V_EC) des Positionssensors (55) korrigiert, die der offenen Position (#1H_EO, #2H_EO) des Auslassventils (4) des einen Zylinders beim Abschluss der Initialisierung entsprechen und der Verschlussposition (#1H_EC, #1H_EC) des Auslassventils (4) des anderen Zylinders (#2, #1) dabei entsprechen.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Motor ein Einlassventil (3) oder ein Auslassventil (4) umfasst.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der umfasst: einen Anker (42, 42'), der mit einem Motorventil (4, 3) verbunden ist; eine Feder (33, 33', 45, 45'), die den Anker an eine neutrale Position spannt, die sich an einer Zwischenposition zwischen einer offenen Position des Motorventils und einer Verschlussposition desselben befindet; einen ersten Elektromagneten (43, 43'), der den Anker (42, 42') in Richtung der offenen Position anzieht; einen zweiten Elektromagneten (44, 44'), der den Anker (42, 42') in Richtung der Verschlussposition anzieht; einen Positionssensor (55, 55'), der eine Position des Ankers (42, 42') erfasst und ein Signal ausgibt, das die Position des Ankers (42, 42') anzeigt; und eine Steuereinrichtung (16), die den ersten und den zweiten Elektromagneten (43, 43', 44, 44') in Reaktion auf das Ausgangssignal des Positionssensors (55, 55') so steuert, dass das Motorventil (4, 3) zwischen der offenen Position und der Verschlussposition verschoben wird, und die das Ausgangssignal des Positionssensors (55, 55') auf Basis von zwei Ausgangssignalen des Positionssensors (55, 55') korrigiert, die zwei verschiedenen Positionen des Motorventils entsprechen, wobei eine der zwei verschiedenen Positionen die offene Position oder die Verschlussposition bei Abschluss einer Initialisierung vor einem Motorstart ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (16), wenn der Motor (E) stoppt, das Motorventil (3, 4) temporär in der offenen Position (H_IOE, H_EOE) oder der Verschlussposition (H_ICE, H_ECE) hält, die sich von einer der Positionen (H_IOS, H_EOS; H_ICS, H_ECS) unterscheidet, in der das Motorventil (3, 4) bei einem Abschluss der Initialisierung (S) gehalten wird, das Ausgangssignal (V_IOE, V_EOE; V_ICE, V_ECE) des Positionssensors, wenn die Steuereinrichtung das Motorventil (3, 4) temporär in der einen Position (H_IOE, H_ECE; H_ICE, H_ECE) hält, in einem Speicher speichert und das Ausgangssignal des Po sitionssensors (55, 55') auf Basis des gespeicherten Ausgangssignalwertes (V_IOE, V_EOE; V_ICE, V_ECE) des Positionssensors (55, 55') und des Ausgangssignalwertes (V_IOS, V_EOS; V_ICS, V_IES) des Positionssensors (55, 55') beim Abschluss der Initialisierung korrigiert.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, wobei sie des Weiteren einen Temperatursensor (11, 17) umfasst, der eine Temperatur (Tw) um den Positionssensor (55, 55') herum umfasst, und die Steuereinrichtung (16) das Ausgangssignal des Positionssensors (55, 55') entsprechend einer Temperaturdifferenz (ΔTw) zwischen erfassten Werten des Temperatursensors (11, 17), beim Stoppen des Motors (T_WE) und beim Starten des Motors (T_WS) korrigiert und anschließend das Ausgangssignal des Positionssensors (55, 55') korrigiert.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 10, wobei der Temperatursensor einen Motorkühlmittel-Temperatursensor (11) umfasst.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 10, wobei der Temperatursensor einen Motorschmieröl-Temperatursensor (17) umfasst, der sich in der Nähe des Ankers (42, 42') befindet.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Steuereinrichtung (16) das Ausgangssignal des Positionssensors (55, 55') durch eine lineare Interpolation für eine Tabelle, die die Beziehung des Ausgangssignals des Positionssensors (55, 55') zu einer Ventilverschiebung des Motorventils (3, 4) zwischen der Verschlussposition und der offenen Position darstellt, unter Verwendung der zwei Ausgangssignale des Positionssensors (55, 55') korrigiert.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 9, wobei die Steuereinrichtung (16) die Initialisierung vor dem Motorstart durchführt, um das An- und Abschalten der Stromquelle (70) zu dem ersten und dem zweiten Elektromagneten (43, 43', 44, 44') abwechselnd mit einer vorgegebenen Frequenz zu wiederholen und so eine Resonanz in dem Motorventil (3, 4) zusammen mit einer Wirkung der Feder (33, 33', 45, 45') zu erzeugen und das Motorventil (3, 4) bei einem Abschluss der Initialisierung in der offenen Position oder der Verschlussposition zu halten.
Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 9, wobei der Positionssensor (55, 55') an einem Ventilgehäuse (3, 4) des Motorventils so angebracht ist, dass er dem Anker (42, 42') über die Feder (33, 33') zugewandt ist, um magnetisch die Position des Ankers (42, 42') zu erfassen, der Anker (42, 42') in die Lage versetzt wird, sich mit dem Motorventilgehäuse zwischen dem ersten und dem zweiten Elektromagneten (43, 43', 44, 44') zu bewegen, so dass das Motorventil (3, 4) zwischen der offenen Position und der Verschlussposition verschoben wird, wobei die offene Position einer der zwei Positionen des Ankers (42, 42') entspricht, der in Richtung des ersten Elektromagneten (43, 43') angezogen und an einer Position desselben gehalten wird, wenn er erregt ist, und der zweite Elektromagnet (44, 44') enterregt ist, und die Verschlussposition der anderen Position des Ankers (42, 42') entspricht, der in Richtung des zweiten Elektromagneten (44, 44') angezogen und an einer Position desselben gehalten wird, wenn er erregt ist, und der erste Elektromagnet (43, 43') enterregt ist.
Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor, wobei für das Steuerverfahren eine Steuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche verwendet wird, und es umfasst: Ausführen einer Initialisierung vor einem Motorstart für das Motorventil (3, 4); Korrigieren einer Beziehung eines Ausgangssignalwertes des Positionssensors (55, 55') auf einen erfassten Wert der Position des Ankers (42, 42') auf Basis von zwei Ausgangssignalwerten des Positionssensors (55, 55'), die zwei verschiedenen Positionen des Motorventils (3, 4) entsprechen, wobei eine der zwei verschiedenen Positionen die vollständig offene Position oder die Verschlussposition nach dem Ausführen der Initialisierung ist; und Ansprechen auf das Ausgangssignal des Positionssensors (55, 55') zum Steuern eines An- und Abschaltens einer Stromquelle zu dem ersten und dem zweiten E lektromagneten (43, 43', 44, 44'), so dass das Motorventil (3, 4) zwischen der vollständig offenen Position und der Verschlussposition verschoben wird.