DE69601235T2

DE69601235T2 - Eine eine elektromagnetische Spule gebrauchende Ventiltriebsvorrichtung zur Betätigung eines Ventilkörpers mit geringem Geräusch

Info

Publication number: DE69601235T2
Application number: DE69601235T
Authority: DE
Inventors: Tatuo C/O Toyota Jidosha K.K. Toyota-Shi Aichi-Ken Iida; Takashi C/O Toyota Jidosha K.K. Toyota-Shi Aichi-Ken Izuo; Iwao C/O Toyota Jidosha K.K. Toyota-Shi Aichi-Ken Maeda; Akihiro C/O Toyota Jidosha K.K. Toyota-Shi Aichi-Ken Yanai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-02-15
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2016-02-15
Also published as: EP0816644A2; US5915347A; JPH08284626A; US5775276A; EP0816644B1; DE69601235D1; DE69613112T2; EP0727566A2; JP3134724B2; EP0816644A3; DE69613112D1; EP0727566A3; EP0727566B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilantriebsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und im einzelnen auf eine Ventilantriebsvorrichtung zum Betätigen eines Einlaß- oder Auslaßventils unter Verwendung einer beim Zuführen einer vorbestimmten elektrischen Leistung zu einer elektromagnetischen Spule erzeugten elektromagnetischen Kraft.
Gemäß dem Stand der Technik ist eine Ventilantriebsvorrichtung bekannt, bei der ein Einlaßventil oder ein Auslaßventil eines Verbrennungsmotors unter Verwendung einer durch eine elektromagnetische Spule erzeugten elektromagnetischen Kraft betätigt wird. In der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2- 181006 ist ein Beispiel für eine solche Ventilantriebsvorrichtung offenbart. Durch eine solche Ventilantriebsvorrichtung wird eine Ventilantriebsmechanik wie beispielsweise eine Nockenmechanik vermieden. Darüber hinaus können die Ausgangsleistungscharakteristiken und der spezifische Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors verbessert werden, da eine ideale Zeitsteuerung des Öffnens und Schließens des Ventils auf einfache Weise basierend auf einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors bereitgestellt werden kann.
Bei der vorgenannten bekannten Ventilantriebsvorrichtung wird eine elektromagnetische Kraft durch Zuführen eines vorbestimmten Stroms zu einer elektromagnetischen Spule erzeugt. Ein Ventilkörper wird durch die elektromagnetische Kraft in Richtung einer offenen oder geschlossenen Position bewegt. Wird der Strom lediglich zum Zwecke einer Bewegung des Ventilkörpers zugeführt, so kann der Ventilkörper in kräftiger Weise in Richtung der offenen oder geschlossene Position bewegt werden. Dies kann zu einer Geräuscherzeugung und einer verringerten Lebensdauer des Ventilkörpers führen. Bei der bekannten Ventilantriebsvorrichtung wird jedoch der der elek tromagnetischen Spule zugeführte Strom ohne Berücksichtigung einer Sitzcharakteristik des Ventilkörpers gesteuert. Dementsprechend wird durch die bekannte Ventilantriebsvorrichtung nicht immer eine gewünschte Charakteristik hinsichtlich eines geräuscharmen Betriebs und einer langen Lebensdauer bereitgestellt.
Die Druckschrift Research Disclosure No. 352, 1. August 1993, Seite 518, XP 000 395246 "Electromagnetic engine valve actuator with low seating velocity" offenbart ein elektromagnetisches Motorventilstellglied mit geringer Aufsetzgeschwindigkeit, wobei ein Rückkopplungssteuerprinzip zum Steuern des dem elektromagnetischen Stellglied zugeführten Stroms offenbart ist. Das elektromagnetische Stellglied wird vorzugsweise zur präzisen Positionierung der Ventile eines Verbrennungsmotors und zur Anpassung der Ventilbetätigung an die Motordrehzahl und -last verwendet. Diesbezüglich wird ein wirksamer Algorithmus auf Grundlage der Gleitbetriebssteuertheorie (sliding mode control theory) definiert, wobei die Ventilposition, die Ventilgeschwindigkeit und der den elektromagnetischen Spulen zuzuführende Strom in den entsprechenden Funktionen zum Ausführen des Steuerprinzips gemessen bzw. bestimmt werden. Erreicht das Ventil während seiner Bewegung in Richtung der offenen oder geschlossenen Position eine Position in der Nähe der offenen oder geschlossenen Position, so wird der Algorithmus aktiviert, um eine geeignete Stromsteuerung zu erhalten, wenn sich das Ventil näher zu der offenen oder geschlossenen Position bewegt. Als Alternative wird ein anderer Algorithmus als modifizierte Version der bekannten Optimalwertsteuerung (feed forward control) verwendet. Die Ventilbewegung wird fortlaufend überwacht und danach wird eine Stromsteuerung auf Grundlage von Berechnungen anhand einer Bewegungsgleichung auf Grundlage eines Modells bereitgestellt.
Desweiteren ist in der Druckschrift DE 43 00 666 A1 ein Ventilstellglied für Verbrennungsmotoren offenbart, mit sowohl zwei axial angeordneten Elektromagneten mit ringförmigen Polen als auch einem auf dem Ventilschaft angeordneten elektromagnetischen Kern. Anhand von zwei getrennt bereitgestellten Steuereinheiten wird beiden gegenüberliegend angeordneten elektromagnetischen Spulen der ringförmigen Pole ein für das Erzielen einer gewünschten Bewegung des Ventils von einer völlig offenen Position zu einer völlig geschlossenen Position geeigneter Strom zugeführt. Bewegt sich das Ventil in Richtung einer der Endpositionen oder einer Zwischenposition, so wird die eine Kraft in der entgegengesetzten Richtung erzeugende elektromagnetische Spule angeregt, um das Ventil ohne unerwünschte Schwingungen in die Endposition zu verbringen. Darüber hinaus wird beiden Spulen zu Beginn der Bewegung des Ventils ein Strom zugeführt, wobei die eine Bremskraft erzeugende Spule zum Starten der Bewegung des Ventils abgeschaltet wird.
Eine allgemeine Aufgabe der Erfindung liegt im Bereitstellen einer verbesserten und brauchbaren Ventilantriebsvorrichtung, bei der die vorgenannten Probleme nicht auftreten.
Eine spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer Ventilantriebsvorrichtung, bei der eine darin erzeugte elektromagnetische Kraft schnell verringert wird, wenn sich ein Ventilkörper in eine Position in der Nähe eines seiner Hubenden bewegt, so daß ein durch den Ventilkörper beim Erreichen des Hubendes erzeugter Stoß verringert wird.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch eine Ventilantriebsvorrichtung gemäß den anliegenden Patentansprüchen.
Erfindungsgemäß stößt der Ventilkörper nicht fest an einen Ventilsitz an seinem Hubende an. Somit wird eine Verbesserung des geräuscharmen Betriebs erzielt. Darüber hinaus ist die Lebensdauer des Ventilkörpers verbessert.
Im einzelnen umfaßt die Stromverringerungseinrichtung:
eine Schwungradschaltung zum Zurückführen eines in der elektromagnetischen Spule fließenden Stroms;
eine Widerstandsänderungsschaltung zum Erhöhen eines Widerstands der Schwungradschaltung, wenn der Ventilkörper zumindest eine der ersten Position und der zweiten Position erreicht.
Bei diesem Ausführungsbeispiel fließt ein in der elektromagnetischen Spule aufgrund einer umgekehrten elektromotorischen Kraft erzeugter Strom zu der Schwungradschaltung. Der in der Schwungradschaltung fließende Strom wird schnell verringert, da der Strom durch den erhöhten Widerstand der Schwungradschaltung in Wärme umgewandelt wird. Somit wird der in der elektromagnetischen Spule fließende Strom beim Erreichen des Hubendes durch den Ventilkörper schnell verringert.
Die erfindungsgemäße Ventilantriebsvorrichtung kann eine Stromerfassungseinrichtung aufweisen zum Erfassen des der elektromagnetischen Spule zugeführten Stroms, um ein Stromerfassungssignal zu erzeugen. Die Widerstandsänderungsschaltung verändert den Widerstand der Schwungradschaltung in Übereinstimmung mit dem Unterschied zwischen einem Wert eines durch eine Motorsteuereinheit zugeführten Strombestimmungssignals und eines Werts eines durch die Stromsteuereinrichtung zugeführten Stromerfassungssignals. Das Strombestimmungssignal wird durch eine Motorsteuereinheit zum Steuern des der elektromagnetischen Spule zugeführten Stroms zugeführt.
Erreicht der Ventilkörper das Hubende, so wird der Wert des Strombestimmungssignals verringert. Dabei weicht ein in der elektromagnetischen Spule fließender aktueller Strom von dem durch das Strombestimmungssignal bestimmten Strom ab. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch der der elektrischen Spule zugeführte Strom schnell verringert, da der Widerstand der Schwungradschaltung in Übereinstimmung mit einem Unterschied zwischen dem durch das Strombestimmungssignal bestimmten Strom und dem in der elektromagnetischen Spule fließenden aktuellen Strom erhöht wird.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden näheren Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
Fig. 1 zeigt einen Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilantriebsvorrichtung;
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines durch die erfindungsgemäße Ventilantriebsvorrichtung betriebenen elektromagnetischen Stellglieds;
Fig. 3 zeigt einen Kurvenverlauf einer Charakteristik des in Fig. 2 gezeigten elektromagnetischen Stellglieds;
Fig. 4 zeigt ein Zeitdiagramm zum Erläutern einer Funktionsweise der in Fig. 1 gezeigten Antriebsschaltung;
Fig. 5 zeigt einen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilantriebsvorrichtung;
Fig. 6 zeigt einen Schaltplan eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ventilantriebsvorrichtung;
Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer in dem dritten Ausführungsbeispiel verwendeten Bestimmungsschaltung.
Es folgt eine Beschreibung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 1. Fig. 1 zeigt eine Antriebsschaltung einer Ventilantriebsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines durch die in Fig. 1 gezeigte Antriebsschaltung betätigten elektromagnetischen Stellglieds 10.
Das in Fig. 2 gezeigte elektromagnetische Stellglied 10 treibt einen Ventilkörper 12 an. Der Ventilkörper 12 führt eine reziproke Bewegung durch, um eine Einlaß- oder Auslaßöffnung 14 (nachfolgend kurz als Öffnung 14 bezeichnet) durch Aufsitzen auf einem Ventilsitz 16 oder Trennen von dem Ventilsitz 16 zu öffnen oder zu schließen.
Ein Ventilschaft 18 erstreckt sich von dem Ventilkörper 12. Der Ventilschaft 18 ist durch eine Ventilführung 20 in axialer Richtung verschiebbar gelagert. Ein Plunger 22 ist an einem Ende des Ventilschafts 18 befestigt. Der Plunger besteht aus einem weichmagnetischen Material und weist eine Scheibenform auf. Eine erste elektromagnetische Spule 24 ist oberhalb des Plungers 22 in einem vorbestimmten Abstand von dem Plunger 22 angeordnet. Die erste elektromagnetische Spule 24 wird durch einen ersten Kern 28 gehalten. Eine zweite elektromagnetische Spule 26 ist unterhalb des Plungers 22 in einem vorbestimmten Abstand von dem Plunger 22 angeordnet. Die zweite elektromagnetische Spule 26 wird durch einen zweiten Kern 30 gehalten. Der erste und zweite Kern 28 und 30 sind aus einem weichmagnetischen Material hergestellt. Der erste und zweite Kern 28 und 30 sind in einem aus einem nichtmagnetischen Material hergestellten Gehäuse 32 angeordnet. Sowohl der erste als auch der zweite Kern 28, 30 weisen eine Ringform mit einer mittleren Öffnung auf, in der Federn 34 bzw. 36 untergebracht sind.
In dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau wird der Plunger 22 durch die Federn 34 und 36 von beiden Seiten elastisch gehalten, so daß sich der Plunger 22 zwischen den elektromagnetischen Spulen 24 und 26 elastisch bewegen kann. Greift eine Kraft an dem Plunger 22 an, so befindet sich der Plunger 22 zwischen dem ersten Kern 28 und dem zweiten Kern 30, da sich die durch die Federn 34 und 36 erzeugten Druckkräfte ausgleichen. Diese Ausgleichsposition des Plungers 22 wird nachfolgend als Neutralposition bezeichnet. Wenn sich der Plunger 22 in der Neutralposition befindet, so befindet sich der Ventilkörper 12 in einer Zwischenposition zwischen der offenen und der geschlossenen Position. Die Zwischenposition des Ventilkörpers 12 wird nachfolgend als halboffene Position bezeichnet.
In dem elektromagnetischen Stellglied 10 gemäß dem vorgenannten Aufbau bilden der erste Kern 28, der Plunger 22 und ein zwischen dem ersten Kern 28 und dem Plunger 22 gebildeter Luftspalt einen magnetischen Kreis, der die erste elektromagnetische Spule 24 umgibt. Dementsprechend wird in dem Plunger 22 eine elektromagnetische Kraft erzeugt, so daß sich der Plunger 22 in Richtung des ersten Kerns 28 bewegt, wenn der ersten elektromagnetischen Spule 24 ein Strom zugeführt wird. Darüber hinaus bilden der zweite Kern 30, der Plunger 22 und ein zwischen dem zweiten Kern 30 und dem Plunger 22 gebildeter Luftspalt einen magnetischer Kreis, der die zweite eletromagnetische Spule umgibt. Dementsprechend wird eine elektromagnetische Kraft in dem Plunger 22 erzeugt, so daß sich der Plunger 22 in Richtung des zweiten Kerns 30 bewegt, wenn der zweiten elektromagnetischen Spule 26 ein Strom zugeführt wird.
Dementsprechend kann der Plunger 22 eine reziproke Bewegung zwischen dem ersten Kern 28 und dem zweiten Kern 20 ausführen, wenn der ersten elektromagnetischen Spule 24 und der zweiten elektromagnetischen Spule 26 abwechselnd ein Strom zugeführt wird. D. h., der Ventilkörper 12 kann zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position bewegt werden.
Fig. 3 zeigt einen Kurvenverlauf einer Beziehung zwischen einer Verschiebung des Ventilkörpers 12 und der in dem Plunger 22 erzeugten elektromagnetischen Kraft und einer Beziehung zwischen der Verscheibung des Ventilkörpers 12 und einer durch die Federn 34 und 36 auf den Plunger 22 ausgeübten Druckkraft. In Fig. 3 stellt jede einer Vielzahl von schräg angeordneten gestrichelten Linien eine Beziehung zwischen einer Verschiebung des Ventilkörpers 12 von der geschlossenen Position zu der halboffenen Position und einer durch die Federn 34 und 36 auf den Plunger 22 ausgeübten Druckkraft bezüglich verschiedener Hubwerte dar. Die Nullposition auf der horizontalen Achse entspricht der geschlossenen Position des Ventilkörpers 12. Gemäß Fig. 3 ist die durch die Federn 34 und 36 auf den Plunger ausgeübte Druckkraft umgekehrt proportional zur Wegstrecke des Ventilkörpers 12.
In Fig. 3 kennzeichnet jede einer Vielzahl von durchgehenden Kurvenlinien eine Beziehung zwischen der Wegstrecke des Ventilkörpers 12 und einer in dem Plunger 22 erzeugten elektromagnetischen Kraft, wenn der ersten elektromagnetischen Spule 24 ein konstanter Strom zugeführt wird, bezüglich verschiedenen Werten des konstanten Stroms. Gemäß der Figur steigt die in dem Plunger 22 erzeugte elektromagnetische Kraft stark an, wenn sich der Ventilkörper 12 dem Ende seines Hubs, d. h. der geschlossenen Position, nähert.
Dementsprechend ist in dem elektromagnetischen Stellglied 10 ein Anstieg der in dem Plunger 22 erzeugten elektromagnetischen Kraft beim Annähern der geschlossenen Position durch den Ventilkörper 12 wesentlich größer als ein Anstieg der auf den Plunger 22 ausgeübten Druckkraft, wenn eine der ersten elektromagnetischen Spule 24 zugeführte Stromhöhe konstant ist. Unter dieser Bedingung wird der Ventilkörper 12 mit ho her Geschwindigkeit an dem Ventilsitz 16 anstoßen. Dies kann zu einer Geräuschbildung aufgrund des Anstoßens führen und die Lebensdauer des Ventilkörpers 12 verringern, wie bereits erwähnt.
Obwohl Fig. 3 die Charakteristik des Stellglieds 10 bei einer Bewegung des Ventilkörpers 12 zwischen der halboffenen Position und der geschlossenen Position zeigt, kann eine ähnliche Charakteristik auch beobachtet werden, wenn sich der Ventilkörper 12 zwischen der halboffenen Position und der offenen Position bewegt.
Wird dagegen der der ersten elektromagnetischen Spule 24 und der zweiten magnetischen Spule 26 zugeführte Strom stark verringert, wenn der Plunger 22 in eine in der Nähe der geschlossenen Position oder der offenen Position befindliche Position bewegt wird, so kann der Ventilkörper in sanfter Weise zu der geschlossenen Position oder der offenen Position bewegt werden. Da jedoch die erste elektromagnetische Spule 24 und die zweite elektromagnetische Spule 26 eine Induktivität aufweisen, wird eine unerwünschte elektromotorische Kraft in den Spulen erzeugt, wenn der durch die Spulen fließende Strom lediglich durch eine Schaltoperation unterbrochen wird. Die elektromotorische Kraft erzeugt eine Hochspannung, die eine hohe dielektrische Widerstandsfähigkeit der Antriebsschaltung erfordert.
Darüber hinaus wird die auf den Plunger 22 ausgeübte elektromagnetische Kraft gemäß Fig. 3 mit abnehmendem der ersten elektromagnetischen Spule 24 zugeführten Strom geringer. Wenn sich der Ventilkörper 12 jedoch extrem nahe an der geschlossenen Position befindet, wird eine hohe elektromagnetische Kraft auf den Plunger ausgeübt, selbst wenn der der elektromagnetischen Spule zugeführte Strom gering ist. Dementsprechend muß der der elekromagnetischen Spule 24 zugeführte Strom schnell und stark verringert werden, bevor der Ventilkörper 12 das Ende seines Hubs erreicht.
Die in Fig. 1 gezeigte Antriebsschaltung dient zum schnellen und starken Verringern des der ersten elektromagnetischen Spule 24 und der zweiten elektromagnetischen Spule 26 zugeführten Stroms. Der aufgrund der elektromotorischen Kraft in den Spulen erzeugte Strom wird durch einen Widerstand verbraucht. Als Resultat wird der Ventilkörper 12 sanft auf den Ventilsitz 16 aufgesetzt. Somit wird die Geräuscherzeugung vermieden und eine lange Lebensdauer des Ventilkörpers 12 kann erzielt werden.
Die in Fig. 1 gezeigte Antriebsschaltung ist für die erste elektromagnetische Spule 24 vorgesehen. Eine ähnliche Antriebsschaltung kann für die zweite elektromagnetische Spule 26 vorgesehen sein. Aus Einfachheitsgründen wird lediglich die Antriebsschaltung für die erste elektromagnetische Spule 24 beschrieben.
In Fig. 1 ist ein Zuflußanschluß 24a der ersten elektromagnetischen Spule 24 mit einem Anschluß 40a einer Stromversorgung 40 verbunden. Ein Abflußanschluß 24b der ersten elektromagnetischen Spule 24 ist mit einem Kollektoranschluß 42c eines Hauptschaltelements 42 verbunden. Das Hauptschaltelement 42 weist einen NPN-Transistor auf. Ein Emitteranschluß 42e des Hauptschaltelements 42 ist mit einem Masseanschluß der Stromversorgung 40 verbunden. Dementsprechend wird eine Stromversorgungsspannung Vb zwischen dem Zuflußanschluß 24a und dem Abflußanschluß 24b der ersten elektromagnetischen Spule 24 angelegt, wenn das Hauptschaltelement 42 eingeschaltet ist. Ist das Hauptschaltelement 42 ausgeschaltet, so liegt keine Stromversorgungsspannung Vb an der ersten elektromagnetischen Spule 24 an.
Darüber hinaus ist die elektromagnetische Spule 24 mit einer Schwungradschaltung verbunden, die ein sekundäres Schaltelement 44, einen Widerstand 46 und eine Schwungraddiode 47 umfaßt. Das sekundäre Schaltelement 44 weist einen NPN- Transistor auf. Der Widerstand 46 ist parallel zu dem sekundären Schaltelement 44 geschaltet. Der Abflußanschluß 24b ist mit einem Anodenanschluß 47a der Schwungraddiode 47 verbunden. Ein Katodenanschluß 47b der Schwungraddiode 47 ist mit einem Kollektoranschluß 44c des sekundären Schaltelements 44 und einem Ende des Widerstands 46 verbunden. Der Zuflußanschluß 24a der ersten elektromagnetischen Spule 24 ist mit einem Emitteranschluß 44e des sekundären Schaltelements 44 und dem anderen Ende des Widerstands 46 verbunden.
Dementsprechend wird die Spannung an dem Abflußanschluß 24b höher als die Spannung an dem Zuflußanschluß 24a, wenn eine elektromotorische Kraft beim Verringern des in der ersten elektromagnetischen Spule 24 fließenden Stroms erzeugt wird. In diesem Fall fließt ein Strom über die Schwungradschaltung in einer Richtung von dem Abflußanschluß 24b zu dem Zuflußanschluß 24a.
Ein Basisanschluß des Hauptschaltelements 42 ist mit einem Ausgangsanschluß einer Hauptschaltelementansteuerschaltung 48 verbunden. Darüber hinaus ist ein Eingangsanschluß der Hauptschaltelementansteuerschaltung 48 mit einer Motorsteuereinheit (ECU) 50 verbunden. Die Motorsteuereinheit 50 berechnet einen Wert des der ersten elektromagnetischen Spule 24 zuzuführenden Stroms. Die Motorsteuereinheit 50 führt der Hauptschaltelementansteuerschaltung 48 ein Strombestimmungssignal Ic zu, das dem berechneten Wert des der ersten elektromagnetischen Spule 24 zuzuführenden Stroms entspricht.
Die Hauptschaltelementansteuerschaltung 48 umfaßt eine Dreieckwellenerzeugungsschaltung und eine Vergleichsschaltung. Die Dreieckwellenerzeugungsschaltung erzeugt eine Dreieckwel le mit einer vorbestimmten Frequenz. Die Vergleichsschaltung vergleicht das Strombestimmungssignal Ic mit der Dreieckwelle. Die Hauptschaltelementansteuerschaltung 48 gibt ein PWM- Impulssignal mit einem Tastverhältnis aus, das einem Wert des Strombestimmungssignals Ic entspricht. D. h., dem Basisanschluß 42b des Hauptschaltelements 42 wird das PWM- Impulssignal mit einem dem Wert des von der Motorsteuereinheit 50 ausgegebenen Strombestimmungssignals entsprechenden Tastverhältnis zugeführt. Dementsprechend wird die Einschaltdauer des Hauptschaltelements 42 mit zunehmendem Wert des Strombestimmungssignals Ic erhöht.
Ist das Hauptschaltelement 42 eingeschaltet, so wird die Stromversorgungsspannung Vb zwischen dem Zuflußanschluß 24a und dem Abflußanschluß 24b der ersten elektromagnetischen Spule 24 angelegt. In diesem Fall fließt ein durch eine Impedanz der ersten elektromagnetischen Spule 24 und die Stromversorgungsspannung Vb bestimmter Strom durch die erste elektromagnetische Spule 24. Wird dagegen das Hauptschaltelement 42 abgeschaltet, so wird eine elektromotorische Kraft in der ersten elektromagnetischen Spule 24 erzeugt, so daß ein Strom in einer gegenüber dem bisher in der ersten elektromagnetischen Spule 24 fließenden Strom umgekehrten Richtung fließt. Somit fließt ein Strom durch die erste elektromagnetische Spule 24, dessen Wert durch eine Grösse der elektromotorischen Kraft und den Widerstand der Schwungradschaltung bestimmt wird.
In diesem Fall wird ein Mittelwert des durch die erste elektromagnetische Spule 24 fließenden Stroms zusätzlich zu dem Tastverhältnis des PWM-Impulssignals auch durch den Widerstand der Schwungradschaltung bestimmt. D. h., mit zunehmendem Tastverhältnis des PWM-Impulssignals oder mit geringer werdendem Widerstand der Schwungradschaltung fließt ein höherer Strom durch die erste elektromagnetische Spule 24. Dementsprechend ist es bevorzugt, einen geringeren Widerstand der Schwungradschaltung einzustellen, um die Schwungradschaltung 10 so anzusteuern, daß eine elekromagnetische Kraft auf den Plunger 22 ausgeübt wird.
Wird dagegen der Widerstand der Schwungradschaltung erhöht, so wird der unmittelbar nach dem Abschalten des Hauptschaltelementes 42 in der elektromagnetischen Spule 24 fließende Strom stark verringert. Dementsprechend ist es bevorzugt, einen höheren Widerstand der Schwungradschaltung einzustellen, um die Schwungradschaltung 10 so anzusteuern, daß die durch die elektromagnetische Spule 24 erzeugte elektromagnetische Kraft schnell verringert wird.
In der in Fig. 1 gezeigten Antriebsschaltung ist ein Ausgangsanschluß einer Sekundärschaltelementansteuerschaltung 52 mit dem Basisanschluß 44b des sekundären Schaltelements 44 verbunden. Darüber hinaus ist ein Eingangsanschluß der Sekundärschaltelementansteuerschaltung 52 mit der Motorsteuereinheit 50 verbunden, so daß ein Sekundärschaltelementsteuersignal Vc in den Eingangsanschluß der Sekundärschaltelementansteuerschaltung 52 eingegeben wird. Das Sekundärschaltelementsteuersignal Vc sinkt bei einem vorbestimmten Kurbelwinkel des zugehörigen Motors, bei dem sich der Ventilkörper 12 nahe der geschlossenen Position befindet. Die Sekundärschaltelementansteuerschaltung 52 binärisiert das Signal Vc und gibt es an das Sekundärschaltelement 44 aus. Dementsprechend wird dem Basisanschluß 44b des Sekundärschaltelements 44 ein Ausgangssignal mit hohem Pegel zugeführt, bis sich der Ventilkörper 12 zu der Position in der Nähe der geschlossenen Position bewegt. Danach wird dem Basisanschluß 44b des Sekundärschaltelements 44 ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel zugeführt.
Dementsprechend wird der Widerstand der Schwungradschaltung bei der Antriebsschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auf einem niedrigen Wert beibehalten, bis sich der Ventilkörper 12 nahe zu der geschlossenen Position bewegt hat, da das Sekundärschaltelement 44 eingeschaltet ist. Nachdem sich der Ventilkörper in die Nähe der geschlossenen Position bewegt hat, wird dagegen der Widerstand der Schwungradschaltung erhöht, da das Sekundärschaltelement abgeschaltet wird. Dadurch wird die vorgenannte bevorzugte Widerstandseigenschaft der Schwungradschaltung erfüllt.
Es folgt eine Beschreibung einer Funktionsweise der Ventilantriebsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Fig. 4. Es ist zu beachten, daß die durch gestrichelte Linien in Fig. 4-(A), 4-(B) und 4-(C) dargestellten charakteristischen Kurvenverläufe erhalten werden, wenn das Sekundärschaltelement 44 eingeschaltet ist, d. h. wenn der Widerstand der Schwungradschaltung auf einem kleinen Wert beibehalten wird. Fig. 4-(A) gibt einen Hub (nachfolgend als Ventilhub bezeichnet) des Ventilkörpers 12 an. Fig. 4-(B) zeigt das Strombestimmungssignal für die erste elektromagnetische Spule 24 und einen aktuellen in der ersten elektromagnetischen Spule 24 fließenden Strom. Fig. 4-(C) zeigt das Strombestimmungssignal für die zweite elekromagnetische Spule 26 und einen in der zweiten elektromagnetischen Spule 26 fließenden aktuellen Strom. Fig. 4-(D) zeigt das Steuersignal für das mit der ersten elektromagnetischen Spule 24 verbundende Sekundärschaltelement 44. Fig. 4(E) zeigt das Steuersignal für das mit der zweiten elekromagnetischen Spule 26 verbundene Sekundärschaltelement 44.
Gemäß Fig. 4-(A) wird der Ventilkörper vor dem Zeitpunkt t0 in der geschlossenen Position gehalten. Da eine geringe elektromagnetische Kraft ausreichend ist, um das Ventil 12 in der geschlossenen Position zu halten, wird der ersten elektromagnetischen Spule 24 ein Strombestimmungssignal mit relativ geringem Pegel zugeführt, wie in Fig. 4-(B) gezeigt ist. In diesem Zustand stimmt der aktuelle Strom im wesentlichen mit dem Strombestimmungssignal überein. Wie vorstehend erwähnt, wird der Widerstand der Schwungradschaltung vorzugsweise so gering wie möglich eingestellt. Somit wird dem Sekundärschaltelement 44 der ersten elektromagnetischen Spule 24 das Signal mit hohem Pegel zugeführt, wie in Fig. 4-(D) gezeigt ist. Dementsprechend wird der Ventilkörper 12 bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit geringem Energieverbrauch in der geschlossenen Position gehalten.
Es ist zu beachten, daß das Steuersignal mit hohem Pegel auch dem mit der zweiten elektromagnetischen Spule 26 verbundenem Sekundärschaltelement 44 zum Zeitpunkt t0 zugeführt wird, wie in Fig. 4-(E) gezeigt ist, um die Aktivierung der zweiten elektromagnetischen Spule 26 vorzubereiten.
Zum Zeitpunkt t0 erreicht der Kurbelwinkel des zugehörigen Motors den Kurbelwinkel, bei dem die Öffnungsoperation des Ventilelements 12 gestartet werden sollte. Somit wird das Strombestimmungssignal gemäß Fig. 4-(B) auf Null geändert, um den Ventilkörper 12 von der geschlossenen Position zu lösen. Gleichzeitig wird gemäß Fig. 4-(D) das dem mit der ersten elektromagnetischen Spule 24 verbundenen Sekundärschaltelement 44 zugeführte Steuersignal von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel umgeschaltet.
Dementsprechend wird der in der ersten elektromagnetischen Spule 24 fließende aktuelle Strom gemäß Fig. 4-(B) schneller als der bei fortlaufend eingeschaltetem Sekundärschaltelement 44 vorliegende aktuelle Strom verringert (wie durch den gestrichelten Kurvenverlauf in der Figur angegeben ist). Als Resultat wird die den Plunger 22 in Richtung der geschlossenen Position bewegende elektromagnetische Kraft nach dem Zeitpunkt t0 schnell verringert, somit beginnt der Ventilkörper 12 gemäß Fig. 4-(A) die Bewegung in Richtung der offenen Position mit schnellem Ansprechen nach dem Zeitpunkt t0. Wie vorstehend erwähnt, wird die elektromagnetische Kraft in der umgekehrten Richtung schnell verringert, wenn der Ventilkörper 12 die Bewegung einleitet. Somit kann der Ventilkörper 12 mit einer geringeren Kraft bewegt werden, im Vergleich zu dem Zustand, in dem die elektromagnetische Kraft in der umgekehrten Richtung nicht verringert wird. Dies führt zu einem geringeren Energieverbrauch bei der Einleitung der Bewegung des Ventilkörpers.
Wie in Fig. 4-(C) gezeigt ist, wird das Strombestimmungssignal für die zweite elektromagnetische Spule 26 nach dem Zeitpunkt t0 zum Zeitpunkt t1 mit einer vorbestimmten Rate angehoben. Danach wird das Strombestimmungssignal mit einem vorbestimmten Verlauf bis zum Zeitpunkt t3 der zweiten elektromagnetischen Spule 26 zugeführt. Während der Periode von t0 bis t1 wird der zweiten elektromagnetischen Spule 26 kein Strom zugeführt, so daß während dieser Periode keine zum Anziehen des Plungers 22 in Richtung der offenen Position ausreichende elektromagnetische Kraft wirksam erzeugt wird. Der Verlauf des Strombestimmungssignals während der Periode von t1 bis t2 wird unter Berücksichtigung einer Schwankung des aktuellen Stroms bezüglich des Strombestimmungssignals und einer dem aktellen Strom entsprechenden Bewegungscharakteristik des Ventilkörpers 12 bestimmt. Dementsprechend wird der Ventilkörper 12 gleichmäßig von der geschlossenen Position zu einer Position in der Nähe der offenen Position bewegt, wenn das Strombestimmungssignal für die zweite elektromagnetische Spule 26 in vorgenannter Weise gesteuert wird, wie in Fig. 4- (A) dargestellt ist.
Hat sich der Ventilkörper 12 zum Zeitpunkt t2 in die Nähe der offenen Position bewegt, so wird das Strombestimmungssignal schnell verringert, wie in Fig. 4-(C) gezeigt ist. Gleichzeitig wird das dem mit der zweiten elektromagnetischen Spule 26 verbundenen Sekundärschaltelement 44 zugeführte Steuersignal von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel umgeschaltet. Somit wird der in der zweiten elektromagnetischen Spule 26 fließende aktuelle Strom gemäß Fig. 4-(C) schneller verringert, als der bei fortlaufend eingeschaltetem Sekundärschalt element 44 vorliegende aktuelle Strom. Als Resultat wird die den Plunger 22 in Richtung der offenen Position bewegende elektromagnetische Kraft nach dem Zeitpunkt t2 schnell verringert. Somit bewegt sich der Ventilkörper 12 sanft in Richtung der offenen Position, wie in Fig. 4-(A) gezeigt ist.
Danach wird das Strombestimmungssignal für die zweite elektromagnetische Spule 26 gemäß Fig. 4(C) allmählich auf den zum Halten des Ventilkörpers in der offenen Position ausreichenden Pegel erhöht. Gleichzeitig wird das Strombestimmungssignal für das mit der zweiten elektromagnetischen Spule 26 verbundene Sekundärschaltelement 44 von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel umgeschaltet, wie in Fig. 4-(E) gezeigt ist. Somit wird der sanft in die offene Position bewegte Ventilkörper 12 in der offenen Position gehalten, wie in Fig. 4- (A) gezeigt ist.
Es ist zu beachten, daß das dem mit der ersten elektromagnetischen Spule 24 verbundenen Sekundärschaltelement 44 zugeführte Steuersignal zum Zeitpunkt t3 ebenfalls von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel umgeschaltet wird, wie in Fig. 4-(D) dargestellt ist, um die Aktivierung der ersten elektromagnetischen Spule 24 vorzubereiten.
Danach werden die Strombestimmungssignale und die Steuersignale in gleicher Weise geeignet gesteuert. Somit kann der Ventilkörper 12 vorteilhaft und sanft von der offenen Position in die geschlossene Position bewegt werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stößt der Ventilkörper 12 nicht fest an den Ventilsitz 16 an. Darüber hinaus stößt der Plunger 22 nicht fest an den ersten Kern 28 und den zweiten Kern 30 an. Somit kann eine Verbesserung des geräuscharmen Betriebs des Motors erzielt werden. Darüber hinaus ist auch die Lebensdauer des Ventilkörpers 12 und des Plungers 22 verbessert.
Falls beabsichtigt ist, lediglich ein starkes Anstoßen am Hubende des Ventilkörpers 12 zu vermeiden, so kann ein Dämpfungsmechanismus zum Absorbieren der Bewegungsenergie des Ventilkörpers 12 an Positionen in der Nähe der geschlossenen Position oder der offenen Position vorgesehen werden. Bei einem solchen Aufbau wird jedoch ein Teil der dem Ventilkörper 12 zugeführten Energie durch den Dämpfungsmechanismus verbraucht. Dies dient nicht der Energieeinsparung und kann zu einem komplexen Aufbau der Ventilantriebsvorrichtung führen.
In der Ventilantriebsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die meiste dem Ventilkörper 12 durch die erste und zweite elektromagnetische Spule 24 und 26 zugeführte Energie zum Bewegen und Festhalten des Ventilkörpers 12 verwendet. Somit wird durch die Ventilantriebsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine ideale Energieeinsparung erreicht, während die vorgenannten Verbesserungen erzielt werden.
Fig. 5 zeigt einen Schaltplan einer Antriebsschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 weisen die Komponenten, die mit den in Fig. 1 gezeigten Komponenten übereinstimmen, dieselben Bezugszeichen auf, und es wird auf deren Beschreibung verzichtet.
Die in Fig. 5 gezeigte Antriebsschaltung umfaßt eine Stromerfassungsschaltung 54 zum Erfassen eines durch die erste elektromagnetische Spule 24 fließenden aktuellen Stroms Im. Eine Subtrahierschaltung berechnet eine Differenz (Tc Im) zwischen dem aktuellen Strom Im und dem Strombestimmungssignal Ic. Die Differenz (Ic - Im) wird einer Hauptschaltelementansteuerschaltung 58 zugeführt. Die Hauptschaltelementansteuerschaltung 58 gibt das PWM-Impulssignal mit einem durch die Differenz (Ic - Im) gesteuerten Tastverhältnis an das Hauptschaltelement 42 aus.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Tastverhältnis des von der Hauptschaltelementansteuerschaltung 58 ausgegebenen PWM-Impulssignals so gesteuert, daß der aktuelle Strom Im mit dem Strombestimmungssignal Ic in Übereinstimmung gebracht wird. In diesem Fall wird der durch die erste elektromagnetische Spule 24 fließende aktuelle Strom Im durch eine Rückkopplungssteuerung eingestellt. Somit kann ein gegenüber Schwankungen der Stromversorgungsspannung Vb und der Schaltungseigenschaften stabiler Strom in einem weiten Betriebsbereich erzielt werden.
Fig. 6 zeigt einen Schaltplan einer Antriebsschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 6 weisen die Komponenten, die mit den in den Fig. 1 und 5 gezeigten Komponenten übereinstimmen, dieselben Bezugszeichen auf, und es wird auf deren Beschreibung verzichtet.
In der in Fig. 6 gezeigten Antriebsschaltung wird der Subtrahierschaltung 56 das Strombestimmungssignal Ic von einer Motorsteuereinheit 60 zugeführt. Die Subtrahierschaltung 56 berechnet die Differenz (Ic - Im) zwischen dem Strombestimmungssignal und dem durch die Stromerfassungsschaltung 54 erfaßten aktuellen Strom Im. Der berechnete Wert (Ic - Im) wird der Hauptschaltelementansteuerschaltung 58 und einer Bestimmungsschaltung 62 zugeführt.
Die Bestimmungsschaltung 62 umfaßt gemäß Fig. 7 eine Dreieckwellenoszillatorschaltung 62a und eine Vergleichsschaltung 62b. Die Dreieckwellenoszillatorschaltung 62a erzeugt ein Dreieckwellensignal mit einem Minimalwert -V2 und einem Maximalwert -V1. Die Vergleichsschaltung 62b vergleicht den durch die Subtrahierschaltung 56 zugeführten Wert (Ic - Im) (nachfolgend als Wert A bezeichnet) mit einem Wert B des Dreieckwellensignals. Ist A - B ≥ 0, so führt die Bestim mungsschaltung 62 der Sekundärschaltelementansteuerschaltung 52 das Steuersignal Vc mit hohem Pegel zu. Ist A - B < 0, so führt die Bestimmungsschaltung der Sekundärschaltelementansteuerschaltung 52 das Steuersignal Vc mit niedrigem Pegel zu.
Dementsprechend wird dem Sekundärschaltelement 44 durch die Sekundärschaltelementansteuerschaltung 52 das PWM- Impulssignal mit größerem Tastverhältnis zugeführt, wenn der Wert A (Ic - Im) erhöht ist, d. h. wenn der aktuelle Strom Im kleiner ist als das Strombestimmungssignal Ic. Ist dagegen der Wert A (Ic - Im) verringert, d. h. wenn der aktuelle Strom Im größer ist als das Strombestimmungssignal Ic, so wird dem Sekundärschaltelement 44 durch die Sekundärschaltelementansteuerschaltung 52 das PWM-Impulssignal mit kleinerem Tastverhältnis zugeführt. Im einzelnen wird dem Sekundärschaltelement 44 ein PWM-Impulssignal mit einem Tastverhältnis von 100% zugeführt, wenn Ic - Im ≥ -V1. Im Gegensatz dazu wird dem Sekundärschaltelement 44 ein PWM-Impulssignal mit einem Tastverhältnis von 0% zugeführt, wenn Ic - Im < -V2. D. h., das Sekundärschaltelement 44 wird einer Tastverhältnissteuerung unterzogen, so daß eine Einschaltdauer des Sekundärschaltelements 44 pro Zeiteinheit länger wird, wenn der aktuelle Strom Im zu dessen Angleichen an das Strombestimmungssignal Ic erhöht werden muß. Die Einstelldauer des Sekundärschaltelements 44 pro Zeiteinheit wird verkürzt, wenn der aktuelle Strom Im verringert werden muß. In diesem Fall wird der Widerstand der Schwungradschaltung verringert, wenn der aktuelle Strom Im erhöht werden muß. Der Widerstand wird erhöht, wenn der aktuelle Strom Im verringert werden muß.
Wie in Fig. 4-(B) und 4-(C) gezeigt ist, steigt das Strombestimmungssignal Ic zum Zeitpunkt t1 in Fig. 4-(C), bei dem die Bewegung des Ventilkörpers 12 von der offenen Position oder geschlossenen Position eingeleitet werden muß. Das Strombestimmungssignal sinkt schnell, wenn der Ventilkörper 12 in die Nähe des anderen Endes bewegt wird (Zeitpunkt t2 in Fig. 4-(C)).
In diesem Zustand ist der in der ersten elektromagnetischen Spule 24 und der zweiten elektromagnetischen Spule 26 fließende aktuelle Strom Im auf Grund der Impedanz der ersten elektromagnetischen Spule 24 und der zweiten elektromagnetischen Spule 26 gegenüber dem Strombestimmungssignal verzögert. Dementsprechend ist das Strombestimmungssignal Ic größer als der aktuelle Strom Im, wenn das Strombestimmungssignal Ic ansteigt, und kleiner als der aktuelle Strom Im, wenn das Strombestimmungssignal Ic abfällt.
Dementsprechend ist der Wert (Ic - Im) in dem vorgenannten Zustand immer größer oder gleich -V1 (IC - Im ≥ -V1), wenn sich der Ventilkörper 12 bewegt, aber eine in der Nähe eines seiner Hubenden befindlichen Position noch nicht erreicht hat. Der Wert (Ic - Im) ist unmittelbar nach dem Erreichen der in der Nähe eines seiner Hubenden befindlichen Position durch den Ventilkörper 12 kleiner als -V2. Danach wird vorübergehend ein Zustand -V2 ≤ Ic - Im < V1 hergestellt, während einem Vorgang, in dem der Ventilkörper 12 in einen stabilen Zustand versetzt wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Sekundärschaltelement 44 beim Vorliegen des Zustands Ic - Im ≥ -V1 im eingeschalteten Zustand gehalten, da das Sekundärschaltelement 44 durch das PWM-Impulssignal mit dem Tastverhältnis von 100% betätigt wird. Liegt der Zustand Ic - Im < -V2 vor, so wird das Sekundärschaltelement 44 im ausgeschalteten Zustand gehalten, da das Sekundärschaltelement 44 durch das PWM- Impulssignal mit dem Tastverhältnis von 0% betätigt wird. Darüber hinaus wird das Sekundärschaltelement 44 beim Vorliegen des Zustands -V2 ≤ Ic - Im < -V1 durch das PWM- Impulssignal mit einem dem Wert (Ic - Im) entsprechenden geeigneten Tastverhältnis betätigt.
Dementsprechend wird der Widerstand der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bereitgestellten Schwungradschaltung auf einem Minimalwert beibehalten, nachdem die Bewegung des Ventilkörpers 12 begonnen hat und bis der Ventilkörper 12 in die Nähe des anderen Endes seines Hubs bewegt wurde. Unmittelbar nachdem der Ventilkörper 12 eine in der Nähe des anderen Endes des Hubs befindliche Position erreicht hat, nimmt der Widerstand den Maximalwert ein. Danach wird der Widerstand mit weiterem Annähern des Ventilkörpers 12 an das Hubende allmählich auf seinen Minimalwert verringert.
In dem vorgenannten Zustand wird der Widerstand der Schwungradschaltung auf dem Minimalwert beibehalten, wenn der Ventilkörper 12 in Richtung eines Endes des Hubs bewegt wird, und wenn der Ventilkörper 12 an einem der Hubenden gehalten wird. Somit kann der ersten elektromagnetischen Spule 24 und der zweiten elektromagnetischen Spule 26 wirksam ein gewünschter Strom zugeführt werden. Darüber hinaus wird der Widerstand der Schwungradschaltung auf den Maximalwert erhöht, wenn der Ventilkörper 12 die Position in der Nähe eines der Hubenden erreicht hat. Somit wird der durch die erste elektromagnetische Spule 24 oder die zweite elektromagnetische Spule 26 fließende Strom schnell verringert. Dadurch wird ein festes Anstoßen des Ventilkörpers 12 an den Ventilsitz 16 oder ein festes Anstoßen des Plungers 22 an den ersten Kern 28 oder den zweiten Kern 30 vermieden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel muß das Steuersignal Vc von der Motorsteuereinheit 60 nicht der Sekundärschaltelementansteuerschaltung 52 zugeführt werden.
Darüber hinaus kann eine Feineinstellung des zu der ersten elektromagnetischen Spule 24 oder der zweiten elektromagnetischen Spule 26 fließenden Stroms erzielt werden, da der Widerstand der Schwungradschaltung verändert wird. Dies führt zu einer Feinsteuerung einer Bewegungscharakteristik des Ventilkörpers 12.
In der in Fig. 6 gezeigten Antriebsschaltung wird der Antriebsverlauf des Sekundärschaltelements 44 entsprechend der Charakteristik des elektromagnetischen Stellglieds 10 bestimmt. Der Antriebsverlauf ist jedoch nicht auf den vorgenannten Verlauf beschränkt. D. h., der der ersten elektromagnetischen Spule 24 oder der zweiten elektromagnetischen Spule 26 zugeführte Strom kann in der Antriebsschaltung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ohne Änderung eines Werts eines in der Schwungradschaltung vorliegenden Widerstands geändert werden. Dies bedeutet, daß die Antriebsschaltung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit verschiedene unterschiedliche Stromcharakteristiken erfordernden Stellgliedern verwendet werden kann, ohne den Hardwareaufbau zu ändern.
Es ist zu beachten, daß das Hauptschaltelement 42 und die Hauptschaltelementansteuerschaltung 48 oder 58 bei den in den Fig. 1, 5 und 6 gezeigten Antriebsschaltungen gemeinsam eine Stromsteuereinrichtung bilden. Der Widerstand 46, das Sekundärschaltelement 44 und die Sekundärschaltelementansteuerschaltung 52 bilden eine Widerstandsänderungsschaltung.
Obwohl in den vorgenannten Ausführungsbeispielen ein Transistor als das Hauptschaltelement 42 verwendet wird, kann auch ein anderes Schaltelement wie beispielsweise ein Hochgeschwindigkeitsrelaisschalter verwendet werden. Darüber hinaus kann der der ersten elektromagnetischen Spule 24 oder der zweiten elektromagnetischen Spule 26 zugeführte Strom trotz dessen Einstellung durch Steuern des Hauptschaltelements 42 mittels eines PWM-Steuerverfahrens auch unter Verwendung eines anderen Steuerverfahrens wie beispielsweise eines Verfahrens unter Verwendung eines linearen Bereichs des Hauptschaltelements 42 eingestellt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die speziell offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, und es können Änderungen und Abwandlungen durchgeführt werden, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Erfindung gemäß den beiliegenden Patentansprüchen abzuweichen.
Eine in einer Ventilantriebsvorrichtung erzeugte elektromagnetische Kraft wird schnell verringert, wenn sich ein Ventilkörper 12 in eine Position in der Nähe des Endes seines Hubs bewegt, so daß ein bei Erreichen des Hubendes durch den Ventilkörper 12 erzeugter Stoß verringert wird. Der Ventilkörper 12 ist zwischen seinen gegenüberliegenden Hubenden bewegbar, um ein in einem Verbrennungsmotor bereitgestelltes Ventil zu öffnen und zu schließen. Eine elektromagnetische Spule 24, 26 erzeugt eine auf den Ventilkörper 12 einwirkende elektromagnetische Kraft. Ein der elektromagnetischen Spule 24, 26 zugeführter Strom wird in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors gesteuert. Der in der elektromagnetischen Spule 24, 26 fließende Strom wird schnell verringert, wenn sich der Ventilkörper 12 dem Ende seines Hubs nähert.

Claims

1. Ventilantriebsvorrichtung zum Betätigen eines in einem Verbrennungsmotor bereitgestellten Ventils, wobei das Ventil einen zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbaren Ventilkörper (12) zum Öffnen und Schließen des Ventils aufweist, wobei die Ventilantriebsvorrichtung umfaßt:

eine elektromagnetische Spule (24, 26) zum Erzeugen einer auf den Ventilkörper (12) wirkenden elektromagnetischen Kraft und eine Stromsteuereinrichtung zum Steuern eines der elektromagnetischen Spule (24, 26) zugeführten Stroms in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors;

dadurch gekennzeichnet, daß

eine Stromverringerungseinrichtung vorgesehen ist zum Verringern des Stroms, wenn sich der Ventilkörper (12) der ersten Position oder der zweiten Position nähert, und wobei die Stromverringerungseinrichtung umfaßt:

eine Schwungradschaltung zum Zurückführen eines in der elektromagnetischen Spule (24, 26) fließenden Stroms; und

eine Widerstandsänderungsschaltung (44, 52) zum Erhöhen des Widerstands der Schwungradschaltung, wenn sich der Ventilkörper (12) zumindest einer der ersten Position und der zweiten Position nähert.

2. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsteuereinrichtung umfaßt: ein Hauptschaltelement (42) zum Ändern des in der elektromagnetischen Spule (24, 26) bereitgestellten Stroms und eine Hauptschaltelementansteuerschaltung (48) zum Ansteuern des Hauptschaltelements (42) durch Zuführen eines ersten Steuersignals zu dem Hauptschaltelement (42), wobei das erste Steuersignal in Übereinstimmung mit einem durch eine in dem Verbrennungsmotor bereitgestellte Motorsteuereinheit (50) zugeführten Strombestimmungssignal erzeugt wird, wobei das Hauptschaltelement (42) den der elektromagnetischen Spule (24, 26) zugeführten Strom in Übereinstimmung mit dem durch die Hauptschaltelementansteuerschaltung (48) zugeführten ersten Steuersignal verändert.

3. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Steuersignal ein gepulstes Spannungssignal aufweist und das Hauptschaltelement (48) den der elektromagnetischen Spule (24, 26) zugeführten Strom durch eine Pulsbreitenmodulation verändert.

4. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß desweiteren eine Stromerfassungseinrichtung (54) vorgesehen ist, zum Erfassen des der elektromagnetischen Spule (24, 26) zugeführten Stroms, um ein Stromerfassungssignal zu erzeugen, wobei die Widerstandsänderungsschaltung (44, 52) den Widerstand der Schwungradschaltung in Übereinstimmung mit einem Unterschied zwischen einem Wert des durch die Motorsteuereinheit (50) zugeführten Strombestimmungssignals und einem Wert des durch die Stromerfassungseinrichtung zugeführten Stromerfassungssignals verändert.

5. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsänderungsschaltung ein sekundäres Schaltelement (44) und eine Sekundärschaltelementansteuerschaltung (52) aufweist, wobei das sekundäre Schaltelement (44) den Widerstand der Widerstandsänderungsschaltung wesentlich verändert, wobei die Sekundärschaltelementansteuerschaltung (52) das sekundäre Schaltelement (44) ansteuert.

6. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß desweiteren eine Bestimmungsschaltung (62) vorgesehen ist zum Feststellen einer Differenz, die größer ist als ein erster vorbestimmter Wert, oder einer Differenz, die kleiner ist als ein zweiter vorbestimmter Wert, der kleiner ist als der erste vorbestimmmte Wert oder die Differenz zwischen dem ersten vorbestimmten Wert und dem zweiten vorbestimmten Wert, wobei die Bestimmungsschaltung (62) ein zweites Steuersignal an die Sekundärschaltelementansteuerschaltung (52) ausgibt, dessen Wert in Übereinstimmung mit einer Bestimmung der Bestimmungsschaltung (62) verändert ist.

7. Ventilantriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungsschaltung (62) eine Dreieckwellenoszillatorschaltung (62a) aufweist, zum Erzeugen eines Dreieckwellensignals mit einem dem ersten vorbestimmten Wert entsprechenden Maximalwert und einem dem zweiten vorbestimmten Wert entsprechenden Minimalwert, wobei die Bestimmung der Bestimmungsschaltung (62) durch Vergleichen der Differenz mit einem Wert des Dreieckwellensignals durchgeführt wird.