DE69805897T2

DE69805897T2 - Steuervorrichtung für elektromagnetisch betätigtes Ventil und entsprechendes Verfahren

Info

Publication number: DE69805897T2
Application number: DE69805897T
Authority: DE
Inventors: Ishii Mitsunori
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2018-03-28
Also published as: DE69805897D1; US6176209B1; US5964192A; EP0867602B1; EP0867602A1; JPH10274016A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Steuern elektromagnetisch betätigter Einlaß- und Auslaßventile eines Verbrennungsmotors, wie diese aus der EP-A-72 406 bekannt sind.

2. Stand der Technik

Ein elektromagnetisch betätigter Ventilmechanismus weist eine Ventilantriebstechnik auf, bei der ein Ventilkörper durch Erzeugen von Magnetkraft in einer Betätigungseinrichtung durch Zuführen von Strom zu dieser betätigt wird, wobei es in Verbindung mit diesem Mechanismus eine große Anzahl vorgeschlagener Techniken gibt.
Der elektromagnetisch betätigte Ventilmechanismus zeichnet sich dadurch aus, daß die Konstruktion des Ventilantriebsmechanismus aufgrund des Nichtvorhandenseins eines Steuerflächenmechanismus vereinfacht werden kann und ferner der Ventilöffnungszeitpunkt und der Ventilschließzeitpunkt der Eintritts- und Austrittsventile in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Motors selektiv vorgesehen werden können, wobei dies einen großen Auswahlbereich von Motorleistungseigenschaften ermöglicht und ferner zu einer Verbesserung bei der Kraftstoffersparnis führt.
Fig. 14 zeigt eine schematische Schnittansicht zur Erläuterung eines Beispiels eines elektromagnetisch betätigten Ventilmechanismus gemäß dem Stand der Technik. Bei dem dargestellten, elektromagnetisch betätigten Ventilmechanismus handelt es sich um ein Beispiel, das auf der Seite des Austrittsventils verwendet wird. Was die Seite des Eintrittsventils anbelangt, so ist eine ausführliche Beschreibung derselben aufgrund ihrer ähnlichen Konstruktion entbehrlich.
Wie in der Darstellung gezeigt ist, besitzt der elektromagnetisch betätigte Ventilmechanismus 110 im allgemeinen einen Ventilkörper 120, einen eine elektromagnetische Kraft erzeugenden Abschnitt 130, einen Vorspannabschnitt 140 und einen Anker 150. Weiterhin weist der Ventilkörper 120 ein Ventil 121 sowie einen Ventilschaft 122 auf, wobei er durch eine in einem Zylinderkopf 160 vorgesehene Schaftführung 161 hin- und herbeweglich abgestützt ist.
Das Ventil 121 ist derart ausgebildet, daß es in enge Berührung mit einem Ventilsitz 164 tritt, der um ein Austrittsöffnungsende 163 herum vorgesehen ist. Ferner ist der Ventilschaft 122 an seinem oberen Ende mit dem Anker 150 verbunden, der aus magnetischem Material hergestellt ist.
Der eine elektromagnetische Kraft erzeugende Abschnitt 130 ist gebildet aus einem Elektromagneten 131 zum Schließen eines Ventils (der im Folgenden als Ventilschließ-Elektromagnet bezeichnet wird), einem Elektromagneten 132 zum Öffnen eines Ventils (der im Folgenden als Ventilöffnungs-Elektromagnet bezeichnet wird), einem ersten Kern 133 für den Ventilschließ-Elektromagneten 131 sowie einem zweiten Kern 134 für den Ventilöffnungs-Elektromagneten 132. Der Anker 150 ist derart zwischen den ersten und den zweiten Kern 133, 134 eingeführt, daß er zwischen diesen vertikal beweglich ist.
Der Vorspannabschnitt 140 weist eine Feder 141 zum Öffnen eines Ventils (die im Folgenden als Ventilöffnungsfeder bezeichnet wird) sowie eine Feder 142 zum Schließen eines Ventils auf (die im Folgenden als Ventilschließfeder bezeichnet wird). Die Ventilöffnungsfeder 141 ist zwischen dem ersten Kern 133 und dem Ventilschaft 122 derart vorgesehen, daß der Ventilkörper 120 mit einer vorbestimmten Vorspannkraft in Öffnungsrichtung (in dieser Zeichnung in Richtung nach unten) vorgespannt wird.
Ferner ist die Ventilschließfeder 142 zwischen dem zweiten Kern 134 und dem Anker 150 derart vorgesehen, daß der Ventilkörper 120 mit einer vorgegebenen Vorspannkraft in Schließrichtung (in dieser Zeichnung in Richtung nach oben) vorgespannt wird.
Wenn der Ventilschließ-Elektromagnet 131 und der Ventilöffnungs-Elektromagnet 132 beide deaktiviert sind, weisen die Ventilöffnungsfeder 141 und die Ventilschließfeder 142 jeweils eine derartige Vorspannkraft auf, daß der Anker 150 in etwa in der Mitte zwischen dem ersten und dem zweiten Kern 133, 134 gehalten ist. Wenn einer dieser Elektromagneten 131, 132 aktiviert wird, kann der Anker 150 somit mit geringerer Anziehungskraft angezogen werden.
In kurzer Beschreibung der Arbeitsweise dieses Ventilmechanismus wird zuerst, wenn der Ventilschließ-Elektromagnet 131 aktiviert wird, eine elektromagnetische Kraft in dem Ventilschließ-Elektromagneten 131 erzeugt, um den Anker 150 in Richtung des Ventilschließ-Elektromagneten 131 entgegen der Vorspannkraft der Ventilöffnungsfeder 141 anzuziehen, und infolgedessen bewegt sich der Ventilkörper 120 in Schließrichtung (in dieser Zeichnung in Richtung nach oben), bis das Ventil 121 in enge Berührung mit dem Ventilsitz 164 tritt. Auf diese Weise ist die Brennkammer 165 gegenüber der Austrittsöffnung 162 dicht verschlossen.
Wenn der Ventilöffnungs-Elektromagnet 132 aktiviert wird, so wird der Anker 150 in Richtung auf den Ventilöffnungs-Elektromagneten 132 angezogen, um den Ventilkörper 120 in Öffnungsrichtung (in Richtung nach unten) zu bewegen, bis das Ventil 121 vollständig geöffnet ist.
Fig. 14 zeigt einen Zustand, in dem der eine elektromagnetische Kraft erzeugende Abschnitt 130 deaktiviert ist und der Anker 150 an dem Mittelpunkt zwischen dem ersten Kern 133 und dem zweiten Kern 134 positioniert ist.
Die JP-A-61-76713 offenbart ein elektromagnetisch betätigtes Ventilsteuersystem, bei dem die Ventilgeschwindigkeit unmittelbar vor dem Aufsetzen auf den Ventilsitz vermindert wird, um einen Aufprall beim Aufsetzen abzuschwächen. Ferner offenbart die JP-A-7-224624 eine elektromagnetisch betätigte Ventilzugvorrichtung, bei der das Hubausmaß durch einen Hubsensor festgestellt wird.
Bei Anwendung des vorstehend genannten elektromagnetisch betätigten Ventilzugsystems bei einem Motor mit mehreren Zylindern muß die Stromsteuerung für jeden der jeweiligen Elektromagneten durchgeführt werden, die an jedem Zylinder vorgesehen sind. Im Fall eines elektromagnetisch betätigten Ventilzugsystems, wie es in Fig. 14 dargestellt ist, werden zwei Elektromagneten verwendet, und zwar einer zum Öffnen des Ventils und der andere zum Schließen des Ventils. Im Fall eines Motors mit vier Zylindern und vier Ventilen zum Beispiel müssen somit zweiunddreißig (32) Elektromagneten in voneinander unabhängiger Weise gesteuert werden.
Zum Erzeugen von Signalen zum Ansteuern dieser Vielzahl von Elektromagneten in dem Mikrocomputer in rechtzeitiger Weise ist es erforderlich, die Anzahl von Kanälen zu erhöhen sowie die Rechenleistung des Mikrocomputers zu steigern. Bei der Ausführung einer solchen feinen Ventilöffnungs- und Ventilschließsteuerung, wie sie in der JP-A-61-76713 oder der JP-A-7-224624 vorgeschlagen wird, wird dem Mikrocomputer eine noch größere Belastung aufgebürdet.
Zur Ausführung der vorstehend genannten Ventilöffnungs- und Ventilschließsteuerung muß somit ein Hochleistungscomputer verwendet werden, wobei dies zu einer Kostensteigerung des Systems führt.

Kurzbeschreibung der Erfindung

In Anbetracht des vorstehend beschriebenen Problems besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Angabe eines elektromagnetisch betätigten Ventilsteuersystems, das in der Lage ist, eine präzisere und ausgefeiltere Ventilantriebssteuerung mit einer geringeren Belastung des Mikrocomputers auszuführen.
Zum Erreichen des vorstehend genannten Ziels weist das elektromagnetisch betätigte Ventilsteuersystem Folgendes auf: eine Steuerdaten-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Steuerdaten auf der Basis von Betriebszuständen des Motors; eine Ventilpositions-Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Referenzpositionen des Ventilkörpers; eine Ventilschließ-Beschleunigungseinrichtung zum Aktivieren eines Ventilschließ-Elektromagneten, wenn der Ventilkörper eine erste Referenzposition passiert, die von der vollständig geöffneten Position getrennt ist, und zum Deaktivieren eines Ventilschließ-Elektromagneten, wenn der Ventilkörper eine zweite Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geschlossenen Position ist als die erste Referenzposition; eine Ventilaufsetzgeschwindigkeits-Einstelleinrichtung zum Aktivieren des Ventilschließ-Elektromagneten, wenn der Ventilkörper eine dritte Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geschlossenen Position ist als die zweite Referenzposition, und zum Deaktivieren des Ventilschließ-Elektromagneten, wenn der Ventilkörper eine vierte Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geschlossenen Position ist als die dritte Referenzposition, um dadurch eine Aufsetzgeschwindigkeit des Ventilkörpers einzustellen; eine Ventilschließ-Halteeinrichtung zum wiederholten Aktivieren und Deaktivieren des Ventilschließ-Elektromagneten, wenn der Ventilkörper die vierte Referenzposition passiert, und zum Deaktivieren des Ventilschließ-Elektromagneten, wenn eine erste vorbestimmte Zeitdauer seit dem Passieren der vierten Referenzposition durch den Ventilkörper verstrichen ist; eine Ventilöffnungs-Beschleunigungseinrichtung zum Aktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten, wenn der Ventilkörper eine fünfte Referenzposition passiert, die von der vollständig geschlossenen Position getrennt ist, und zum Deaktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten, wenn der Ventilkörper eine sechste Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geöffneten Position ist als die fünfte Referenzposition; eine Ventilöffnungsgeschwindigkeits-Einstelleinrichtung zum Aktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten, wenn der Ventilkörper eine siebte Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geöffneten Position ist als die sechste Referenzposition, und zum Deaktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten, wenn der Ventilkörper eine achte Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geöffneten Position ist als die siebte Referenzposition, um dadurch die Öffnungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers einzustellen; sowie eine Ventilöffnungs-Halteeinrichtung zum wiederholten Aktivieren und Deaktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten, wenn der Ventilkörper die achte Referenzposition passiert, und zum Deaktivieren des Ventilschließ-Elektromagneten, wenn die zweite vorbestimmte Zeitdauer seit dem Passieren der achten Referenzposition durch den Ventilkörper verstrichen ist, um dadurch den Ventilkörper in der vollständig geöffneten Position zu halten.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Lediglich anhand eines Beispiels wird nun ein spezielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben; darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht zur Erläuterung eines elektromagnetisch betätigten Ventilsteuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Konstruktion einer in Fig. 1 gezeigten elektronischen Steuereinheit (ECU);
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Austrittsventils und einer Betätigungseinrichtung, die in Fig. 1 dargestellt sind;
Fig. 4 ein grundlegendes Funktionsblockdiagramm eines elektromagnetisch betätigten Ventilsteuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ein Blockdiagramm eines elektromagnetisch betätigten Ventilsteuersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung eines Einschalt- /Ausschalt-Vorgangs von verschiedenen Steuersignalen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 7 ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung eines Schließvorgangs und eines Öffnungsvorgangs eines Ventilkörpers in Verbindung mit der Einschalt-/Ausschalt-Zeitsteuerung der Ventilöffnungs- und Ventilschließ-Elektromagneten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 8 ein Blockdiagramm eines elektromagnetisch betätigten Ventilsteuersystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung eines Einschalt- /Ausschalt-Vorgangs von verschiedenen Steuersignalen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 10 ein Blockdiagramm eines elektromagnetisch betätigten Ventilsteuersystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung eines Einschalt- /Ausschalt-Vorgangs von verschiedenen Steuersignalen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
Fig. 12 ein Blockdiagramm eines elektromagnetisch betätigten Ventilsteuersystems gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 ein Zeitsteuerdiagramm zur Erläuterung eines Einschalt- /Ausschaltvorgangs von verschiedenen Steuersignalen gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel; und
Fig. 14 eine schematische Darstellung eines elektromagnetisch betätigten Ventilmechanismus gemäß dem Stand der Technik.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen horizontal angeordneten Motor, das Bezugszeichen 50 bezeichnet eine Luftansaugpassage, und das Bezugszeichen 60 bezeichnet eine Austrittspassage. Der Motor 10 weist mehrere Zylinder 11 auf und besitzt einen Zylinderblock 20 sowie einen Zylinderkopf 30.
Der Zylinderblock 20 weist in seinem zentralen Bereich eine Ölwanne 21 auf und besitzt auf seiner linken und seiner rechten Seite mehrere Zylinderbohrungen (nicht gezeigt), wobei mehrere Kolben 22 durch eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) und eine Pleuelstange (nicht gezeigt) in hin- und herbeweglicher Weise in die Zylinderbohrungen eingeführt sind.
Ferner sind in dem Zylinderblock 20 ein Kurbelwinkelsensor 23 zum Feststellen der Motordrehzahl Ne und des Kurbelwinkels, ein Kühlmittel-Temperatursensor 24 zum Feststellen der Kühlmitteltemperatur sowie ein Klopfsensor 25 zum Feststellen von Klopfen vorgesehen. Diese Sensoren dienen zum Feststellen von Betriebszuständen des Motors und werden zum Bestimmen des Ventilöffnungszeitpunkts und des Ventilschließzeitpunkts verwendet.
Der Zylinderkopf 30 weist eine Brennkammer 31 für jeden Zylinder 11 auf, und eine Zündkerze 32 ragt in die Brennkammer 31 hinein. Die Zündkerze 32 dient zum Zünden des der Brennkammer 31 zugeführten Gasgemisches mit hoher Spannung, die durch eine Zündeinrichtung (nicht gezeigt) und eine Zündspule (nicht gezeigt) zu einem vorgegebenen Zündzeitpunkt angelegt wird.
Ferner besitzt der Zylinderkopf 30 eine Lufteintrittsöffnung 33, die mit der Lufteintrittspassage 50 kommuniziert, um der Brennkammer 31 ein Gasgemisch zuzuführen, sowie eine Austrittsöffnung 34, die mit der Austrittspassage 60 kommuniziert, um Abgase auszuleiten.
Weiterhin sind ein Eintrittsventil 40 zum Verbinden bzw. Öffnen oder Absperren der Passage zwischen der Lufteintrittsöffnung 33 und der Brennkammer 31 sowie ein Austrittsventil 41 zum Verbinden bzw. Öffnen oder Absperren der Passage zwischen der Austrittsöffnung 34 und der Brennkammer 31 vorgesehen.
Die Verbindung erfolgt durch Öffnen der Passage zwischen der Lufteintrittsöffnung 33 oder der Austrittsöffnung 34 und der Brennkammer 31 durch Bewegen des Eintrittsventils 40 oder des Austrittsventils 41 in Richtung der Brennkammer 31, und das Absperren erfolgt durch Schließen der Passage zwischen der Lufteintrittsöffnung 33 oder der Austrittsöffnung 34 und der Brennkammer 31 durch Zurückführen des Eintrittsventils 40 oder des Austrittsventils 41 in der entgegengesetzten Richtung.
Ferner weist der Zylinderkopf 30 eine Betätigungseinrichtung 44 zum Öffnen und Schließen des Eintrittsventils 40 bzw. des Austrittsventils auf. Die Betätigungseinrichtung 44 öffnet und schließt das Eintrittsventil 40 und das Austrittsventil 41 durch Durchlassen und Absperren von Strom, der von einer Betätigungseinrichtungs-Treiberschaltung 45 zugeführt wird.
Der Lufteintrittskanal 50 ist durch eine Eintrittspassage 51 und einen Eintrittsverteiler 52 gebildet. Die Eintrittspassage 51 weist in Anordnung nacheinander von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite eine Eintrittskammer 53 zum Reduzieren des Pulsierens von Eintrittsluft, eine Luftreinigungseinrichtung 58 zum Entfernen von Staub in der Luft sowie ein Drosselventil 55 zum Steuern der Eintrittsluftmenge Q in Abhängigkeit von dem Ausmaß des Niederdrückens eines Gaspedals (nicht gezeigt) auf.
Der Eintrittsverteiler 52 weist einen Druckausgleichbehälter 56 stromabwärts von dem Drosselventil 55 auf und zweigt an dem stromabwärtigen Bereich des Druckausgleichbehälters 56 in eine Vielzahl von Verteilern auseinander, die mit einer Eintrittsöffnung 33 für jeden Zylinder 11 kommunizieren. Ferner ist eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung 57 an dem stromabwärtigen Ende jedes Verteilers vorgesehen, um Kraftstoff in Richtung auf die Eintrittsöffnung 33 einzuspritzen.
Der Austrittskanal 60 ist durch einen Austrittsverteiler 61 und eine Austrittspassage 62 gebildet. Der Austrittsverteiler 61 besitzt eine derartige Konfiguration, daß er das Sammeln von Abgas von jedem Zylinder ermöglicht. Ferner ist eine EGR-Passage 63 vorgesehen, die eine geringere Passagenfläche als der Eintrittsverteiler 52 oder der Austrittsverteiler 61 aufweist, um eine Verbindung zwischen den beiden Abzweigpunkten des Eintrittsverteilers 52 und des Austrittsverteilers 61 herzustellen, wobei weiterhin auf dem Weg der EGR-Passage 63 ein EGR-Ventil 64 vorgesehen ist, das beispielsweise von einem Schrittmotor angesteuert wird.
Die Austrittspassage 62 ist stromaufwärts mit dem Austrittsverteiler 61 verbunden und stromabwärts mit einem Auspufftopf 65 verbunden, der an der Rückseite (nicht gezeigt) des Fahrzeugs vorgesehen ist. Ferner ist ein Drei-Wege-Katalysator 66 an dem stromaufwärtigen Bereich des Auspufftopfes 65 vorgesehen.
Weiterhin ist ein Sauerstoffsensor 67 an dem unmittelbar stromaufwärtigen Bereiche des Drei-Wege-Katalysators 66 vorgesehen, um das Luft-Brennstoff- Verhältnis durch Feststellen der Sauerstoffdichte in dem Abgas herauszufinden.
Zum Feststellen der Betriebszustände des Motors sind ein Luftströmungsmesser 58 zum Feststellen der Eintrittsluftmenge Q sowie ein Drosselöffnungswinkelsensor 59 zum Feststellen eines Drosselöffnungwinkels θ des Drosselventils 55 in dem Lufteintrittskanal 50 vorgesehen.
Weiterhin weist das Steuersystem eine elektronische Steuereinheit (die im Folgenden auch als ECU bezeichnet wird) 70 auf, in die Signale von den vorstehend beschriebenen Sensoren eingespeist werden und aus der Steuersignale an verschiedene Steuereinrichtungen abgegeben werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung der inneren Konstruktion der elektronischen Steuereinheit 70. Die elektronische Steuereinheit 70 ist in erster Linie gebildet aus einem Mikrocomputer 71, bei dem es sich um eine zentrale Verarbeitungs- und Recheneinrichtung handelt, wobei eine Gleichspannungsschaltung 72 zum Versorgen von verschiedenen Komponenten mit stabiler elektrischer Energie, eine Treiberschaltung 73 sowie ein A/D-Wandler 74 in die elektronische Steuereinheit bzw. ECU 70 integriert sind.
Der Mikrocomputer 71 weist eine Eingangs-/Ausgangs-Schnittstelle 71a zum Eingeben von erfaßten Signalen von verschiedenen Sensoren des Motors 10 sowie zum Abgeben von Steuersignalen an verschiedene Steuereinrichtungen, eine CPU 71c als Hauptrechenvorrichtung, einen ROM 71d, in dem das Steuerprogramm oder feststehende Daten gespeichert sind, einen RAM 71e, in dem verarbeitete Daten von Signalen von verschiedenen Sensoren und in der CPU 71c verarbeitete Daten gespeichert werden, ein Sicherungs-RAM 71f zum Aufnehmen von gelernten Daten und dergleichen, einen Zeitgeber 71g sowie eine Busleitung 71h zum Verbinden dieser Komponenten miteinander auf.
Fig. 3 zeigt eine schematische, erläuternde Darstellung des Austrittsventils 41 und der Betätigungseinrichtung 44, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind. Die Konstruktion und die Komponenten des in Fig. 1 gezeigten Ventilmechanismus, die mit der in Fig. 14 gezeigten Konstruktion nahezu identisch sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht im Detail beschrieben.
Wie gezeigt, ist an dem ersten Kern 133 ein Hubsensor 170 zum Erfassen des geöffneten und des geschlossenen Zustands des Ventilkörpers 120, d. h. des Hubbewegungsausmaßes des Ventilkörpers 120, sowie zum Ausgeben des Hubbewegungsausmaßes als Analogsignal "v" vorgesehen. Der Hubsensor 170 ist aus einem Hauptkörper 171 und einem Sensorschaft 172 gebildet.
Der Sensorschaft 172 ist an seinem unteren Ende mit dem oberen Ende 123 des Ventilkörpers 120 verbunden, wobei der Sensorschaft durch Kopplung mit der Öffnungs- und Schließbewegung des Ventilkörpers 120 vertikal beweglich ist. Der Hauptkörper 171 erfaßt das Bewegungsausmaß des Sensorschafts 172 als Hubbewegungsausmaß des Ventilkörpers 120 und gibt das Hubbewegungsausmaß als Analogsignal "v" aus.
Bei dem Hubsensor 170 handelt es sich um eine Art von Verlagerungsmesser, der die Position des Ventilkörpers 120 durch Messen einer Bewegungsdistanz von dem Referenzpunkt erfaßt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Hubsensor 170 um einen Verlagerungsmesser des berührungslosen Typs, der mit Wirbelstrom arbeitet. Es können auch andere Arten von Verlagerungsmessern verwendet werden, die beispielsweise mit Laserenergie, Ultraschall, Infrarotstrahlung und dergleichen arbeiten.
Fig. 4 zeigt ein grundlegendes Funktionsblockdiagramm zur Erläuterung der Merkmale der vorliegenden Erfindung. Dabei berechnet der Mikrocomputer 71 verschiedene Daten des Motors und erzeugt Steuerdaten, wie zum Beispiel eine Ventilhalteperiode. Eine Betätigungseinrichtungs-Steuervorrichtung 210 dient zum Aktivieren und Deaktivieren der Betätigungseinrichtung 44 durch die Betätigungseinrichtungs-Treiberschaltung 45 auf der Basis der Steuerdaten von dem Mikrocomputer 71 und dem Analogsignal von dem Hubsensor 170.
Somit zeichnet sich das elektromagnetisch betätigte Ventilsteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch aus, daß sich die Ventilantriebssteuerung lediglich auf die Betätigungseinrichtungs-Steuervorrichtung 210 stützt bzw. verläßt, die getrennt von dem Mikrocomputer 71 vorgesehen ist.
Im Folgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf Fig. 5,
Fig. 6 und Fig. 7 beschrieben.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, sind in das elektromagnetisch betätigte Ventilsteuersystem der Mikrocomputer 71 und die Betätigungseinrichtungs-Steuervorrichtung 210 integriert. Die Betätigungseinrichtungs-Steuervorrichtung 210 weist eine Digital-Analog-Wandlerschaltung (die nachfolgend als D/A-Wandlerschaltung bezeichnet wird) 211, eine Vergleichsschaltung 212, eine Zeitsteuerschaltung 213 sowie einen Ventilsteuersignal-Ausgangsabschnitt 214 auf.
Ferner weist die Betätigungseinrichtungs-Treiberschaltung 45 eine Ventilschließ- Elektromagnettreiberschaltung 45a und eine Ventilöffnungs-Elektromagnettreiberschaltung 45b auf. Der Mikrocomputer 71 gibt ein digitales Datensignal und ein digitales Kanalsignal an die D/A-Wandlerschaltung 211 ab. Ferner gibt der Mikrocomputer 71 ein Ventilhaltezeit-Datensignal an die Zeitsteuerschaltung 213 bzw. ein Ventilhalte-Stromsteuersignal an den Ventilsteuersignal-Ausgangsabschnitt 214 ab.
Das digitale Datensignal und das digitale Kanalsignal werden zum Abgeben vorgegebener Referenz-Analogsignale v1 bis v8 an vorgegebene Kanäle verwendet. Bei dem Ventilhaltezeit-Datensignal handelt es sich um ein Signal zum Angeben einer Periode, während der das Ventil in der vollständig geöffneten Position oder in der vollständig geschlossenen Position gehalten wird.
Bei dem Ventilhalte-Stromsteuersignal handelt es sich um ein Signal zum Halten des Ventils in der vollständig geöffneten oder der vollständig geschlossenen Position.
Die D/A-Wandlerschaltung 211 gibt vorgegebene Referenz-Analogsignale v1 bis v8 an vorgegebene Kanäle auf der Basis des digitalen Datensignals und des digitalen Kanalsignals ab, die von dem Mikrocomputer 71 eingespeist werden. Diese Analogsignale v1 bis v8 werden mit einem Analogsignal "v" verglichen, das abgegeben wird, wenn sich der Ventilkörper 120 in einer vorgegebenen Hubposition befindet.
Die Vergleichsschaltung 212 vergleicht die von der D/A-Wandlerschaltung 211 abgegebenen Referenz-Analogsignale v1 bis v8 mit dem von dem Hubsensor 170 abgegebenen Analogsignal "v", um den geöffneten und den geschlossenen Zustand des Ventilkörpers 120 zu erfassen.
Wenn in der Vergleichsschaltung 212 ein Eingangssignal "+" größer ist als ein Eingangssignal "-", wird ein Signal mit hohem Niveau (das im Folgenden auch als Hi bezeichnet wird) abgegeben, während im Gegensatz dazu ein Signal mit niedrigem Niveau (das im Folgenden auch als Lo bezeichnet wird) abgegeben wird, wenn ein Eingangssignal "+" niedriger ist als ein Eingangssignal "-".
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sowie den nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsbeispielen werden die Referenz-Analogsignal v1 bis v8 in der D/A- Wandlerschaltung 211 erzeugt, jedoch können auch andere Erzeugungseinrichtungen, wie zum Beispiel ein Widerstands-Teiler und dergleichen verwendet werden.
Durch das Ergebnis des Vergleichs des Analogsignals "v" mit den Referenz-Analogsignalen v1 bis v8 läßt sich somit die derzeitige Position des Ventilkörpers 120 feststellen. Ferner läßt sich der Bewegungszustand des Ventilkörpers 120 durch Untersuchen seiner positionsmäßigen Veränderung feststellen. Der Bewegungszustand des Ventilkörpers 120 wird an die Zeitsteuerschaltung 213 bzw. den Ventilsteuersignal-Ausgangsabschnitt 214 ausgegeben.
Die Zeitsteuerschaltung 213 ist durch eine Einstufen-Impulserzeugungsschaltung mit zwei Kanälen gebildet. Wenn ein vorgegebenes Eingangssignal von der Vergleichsschaltung 212 eingespeist wird, wird ausgelöst durch eine Anstiegsflanke des Eingangssignals ein vorgegebenes Signal auf der Basis der von dem Mikrocomputer 71 eingegebenen Ventilhaltezeit für eine vorgegebene Periode an den Ventilsteuersignal-Ausgangsabschnitt 214 ausgegeben.
Bei dem Ventilsteuersignal-Ausgangsabschnitt 214 handelt es sich um eine Logikschaltung, die durch eine UND-Schaltung, eine ODER-Schaltung, eine Inverterschaltung und eine Flip-Flop-Schaltung gebildet ist, und der Ausgangsabschnitt 214 gibt ein Ventilschließsignal s14 sowie ein Ventilöffnungssignal s26 an die Ventilschließ-Elektromagnettreiberschaltung 45a bzw. die Ventilöffnungs-Elektromagnettreiberschaltung 45b in Abhängigkeit von der Position des Ventilkörpers 120 ab.
Ferner führen die Ventilschließ-Elektromagnettreiberschaltung 45a und die Ventilöffnungs-Elektromagnettreiberschaltung 45b Strom dem Ventilschließ-Elektromagneten 131 bzw. dem Ventilöffnungs-Elektromagneten 132 in der Betätigungseinrichtung 44 auf der Basis des Ventilschließsignals s14 bzw. des Ventilöffnungssignals s26 zu.
Als Nächstes werden ein Öffnungs- und ein Schließvorgang des Ventilkörpers 120 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Fig. 7 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der Bewegung des Ventilkörpers 120 und der zeitlichen Steuerung der Ventilantriebssignale. Bei dem dargestellten Hubsensorsignal handelt es sich um ein Signal "v", das durch einen Hubsensor 170 erfaßt wird, um mit dargestellten vorgegebenen Positionen v1, v2, v3 usw. verglichen zu werden.
Das Ventilschließ-Elektromagnettreibersignal stellt ein Signal s14 (in Fig. 6 dargestellt) für die Abgabe von dem Ventilsteuersignal-Ausgangsabschnitt 214 an die Ventilschließ-Elektromagnetschaltung 45a dar, und das Ventilöffnungs-Elektromagnettreibersignal stellt ein Signal s26 (in Fig. 6 dargestellt) für die Abgabe von dem Ventilsteuersignal-Ausgangsabschnitt 214 an die Ventilöffnungs-Elektromagnetschaltung 45b dar.
Wenn das Ventilöffnungs-Elektromagnettreibersignal s26 zu einem Zeitpunkt "j" in Fig. 7 ausgeschaltet wird, dann wird als erstes der Ventilöffnungs-Elektromagnet 132 deaktiviert. Somit verliert der Anker 150 seine Anziehungskraft, und infolgedessen beginnt der Ventilkörper 120, sich aufgrund der Federkraft der Ventilschließfeder 142 in Richtung auf die Schließseite zu bewegen.
Wenn anschließend das Analogsignal "v" des Hubsensors 170 höher wird als ein Referenz-Analogsignal v1, wird das Ventilschließsignal s14 zu einem Zeitpunkt "a" in Fig. 7 eingeschaltet. Der Ventilschließ-Elektromagnet 131 wird somit aktiviert, der Anker 150 wird durch die Ventilschließwicklung 131 angezogen, und der Ventilkörper 120 setzt seine Bewegung in Richtung auf die Schließseite entgegen der Vorspannkraft der Ventilöffnungsfeder 141 fort.
Wenn dann das Analogsignal "v" des Hubsensors 170 höher wird als ein Referenz-Analogsignal v2, wird das Ventilschließsignal s14 zu einem Zeitpunkt "b" in Fig. 7 ausgeschaltet. Auf diese Weise ist ein Ventilschließ-Beschleunigungssignal "A", nämlich ein Signal zum Beschleunigen des Ankers 150 und zum Aufsetzen des Ventilkörpers 120 mit einer in etwa konstanten Geschwindigkeit, gebildet worden.
Wenn das Ventilschließ-Elektromagnettreibersignal s14 ausgeschaltet wird, wird der Ventilschließ-Elektromagnet 131 deaktiviert, und der Anker 150 verliert an Anziehungskraft. Infolgedessen wird die Anziehung des Ankers 150 gestoppt, jedoch gestattet die Trägheitskraft dem Ventilkörper 120 eine Fortsetzung seiner Bewegung in Richtung auf die Schließseite.
Wenn das Analogsignal "v" des Hubsensors 170 größer wird als ein Referenz- Analogsignal v3, wird ferner das Ventilschließ-Elektromagnettreibersignal s14 zu einem Zeitpunkt "c" in Fig. 7 eingeschaltet. Somit wird der Ventilschließ-Elektromagnet 131 aktiviert, und in dem Anker 150 wird Anziehungskraft erzeugt, um den Ventilkörper 120 wieder in Richtung auf die Schließseite zu beschleunigen.
Wenn das Analogsignal "v" des Hubsensors 170 größer wird als ein Referenz- Analogsignal v4, wird ferner das Ventilschließ-Elektromagnettreibersignal s14 zu einem Zeitpunkt "d" in Fig. 7 ausgeschaltet. Auf diese Weise ist ein Ventilaufsetzgeschwindigkeits-Einstellsignal "8", nämlich ein Signal zum Ausführen einer Feineinstellung der Ventilgeschwindigkeit, mit der der Ventilkörper 120 auf den Ventilsitz 164 aufgesetzt wird, zwischen dem Zeitpunkt "c" und dem Zeitpunkt "d" gebildet worden.
Wenn das Ventilschließ-Elektromagnettreibersignal s14 zu einem Zeitpunkt "d" ausgeschaltet wird, so wird ausgelöst durch ein Auslösesignal (Kanal-1-Signal) an einer Abfallsflanke des Signals ein aus einem Impulsbreiten-Modulationssignal gebildetes Ventilschließ-Haltesignal "C" während einer vorgegebenen Zeitdauer t5 zwischen dem Zeitpunkt "d" und dem Zeitpunkt "e" abgegeben.
Diese vorgegebene Zeitdauer t5 wird in dem Mikrocomputer 71 in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors festgelegt. Infolgedessen wird der Ventilkörper 120 bis zu dem Zeitpunkt "e" vollständig geschlossen gehalten.
Unter Beschreibung eines Öffnungsvorgangs des Ventilkörpers 120 wird beim Ausschalten des Ventilschließ-Elektromagnettreibersignals s14 zu einem Zeitpunkt "e" in Fig. 7 der Ventilschließ-Elektromagnet 131 deaktiviert, und der Ventilkörper 120 beginnt sich aufgrund der Ventilöffnungsfeder 141 in Richtung auf die Öffnungsseite zu bewegen.
Wenn das Analogsignal "v" des Hubsensors 170 niedriger wird als ein Referenz- Analogsignal v5, das von der Bewegung des Ventilkörpers 120 begleitet ist, wird das Ventilöffnungs-Elektromagnettreibersignal s26 zu einem Zeitpunkt "f" in Fig. 7 eingeschaltet.
Infolgedessen setzt der Ventilkörper 120 seine Bewegung in Richtung auf die Öffnungsseite durch die Anziehungskraft des Ventilöffnungs-Elektromagneten 132 fort. Wenn das Analogsignal "v" dann geringer wird als ein Referenz-Analogsignal v6, wird das Ventilöffnungs-Elektromagnettreibersignal s26 zu einem in Fig. 7 gezeigten Zeitpunkt "d" ausgeschaltet.
Somit ist ein Ventilöffnungs-Beschleunigungssignal "D", nämlich ein Signal zum Beschleunigen des Ventilkörpers 120 auf eine ungefähr konstante Geschwindigkeit zwischen "f" und "g" gebildet worden.
Da die Trägheitskraft in Öffnungsrichtung auf den Ventilkörper 120 aufgebracht wird, setzt der Ventilkörper 120 seine Bewegung zu der Öffnungsseite fort. Wenn dann das Analogsignal "v" kleiner wird als ein Referenz-Analogsignal v7, wird das Ventilöffnungs-Elektromagnettreibersignal s26 zu einem in Fig. 7 gezeigten Zeitpunkt "h" wieder eingeschaltet.
Dann wird eine Anziehungskraft in dem Ventilöffnungs-Elektromagneten 132 erzeugt, und der Ventilkörper 120 setzt seine Bewegung in Richtung auf die Öffnungsseite fort. Wenn das Analogsignal "v" niedriger wird als ein Referenz-Analogsignal v8, wird das Ventilöffnungs-Elektromagnettreibersignal s26 zu einem in Fig. 7 gezeigten Zeitpunkt "i" ausgeschaltet.
Somit ist ein Ventilöffnungsgeschwindigkeitseinstellsignal "E", nämlich ein Signal zum Vornehmen einer Feineinstellung der Ventilgeschwindigkeit, mit der der Ventilkörper 120 vollständig geöffnet wird, zwischen "h" und "i" gebildet worden.
Wenn das Ventilschließ-Elektromagnettreibersignal s26 zu dem Zeitpunkt "i" ausgeschaltet wird, dann wird ausgelöst durch ein Auslösesignal (Kanal-2-Signal) an einer Abfallsflanke des Signals ein aus einem Impulsbreiten-Modulationssignal gebildetes Ventilöffnungs-Haltesignal "F" während einer vorgegebenen Periode t10 abgegeben. Diese vorgegebene Periode t10 wird in derselben Weise wie t5 bestimmt. Somit wird der Ventilkörper 120 bis zu dem Zeitpunkt "j" vollständig geöffnet gehalten.
Da in der vorstehend beschriebenen Weise gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Breite des Ventilschließ-Beschleunigungssignals "A" und des Ventilaufsetzgeschwindigkeits-Einstellsignals "B" durch die Position des Ventilkörpers 120 bestimmt werden, wird bei einer Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers 120 aufgrund eines Spannungsabfalls der Batterie oder eines Widerstandsanstiegs der elektromagnetischen Wicklungen, wie dies beispielsweise durch einen Temperaturanstieg bedingt ist, die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilkörpers 120 durch eine verlängerte Beaufschlagungszeit des Treibersignals kompensiert.
Insbesondere beim Aufsetzen des Ventils kompensiert die verlängerte Beaufschlagungszeit des Treibersignals die Aufsetzgeschwindigkeit des Ventilkörpers 120, so daß unangemessene Aufsetzvorgänge oder ungültige Aufsetzvorgänge verhindert werden können.
Da ferner der Mikrocomputer 71 so kleine Funktionen hat, wie die Zuführung der digitalen Daten zu der D/A-Wandlerschaltung 212 bzw. der Ventilhaltezeitdaten zu der Zeitsteuerung 213 bei Bedarf und da sich die Ventilantriebssteuerung der Betätigungseinrichtungs-Steuervorrichtung 210, jedoch nicht des Mikrocomputers 71 bedient, ist es möglich, die Belastung des Mikrocomputers 71 wesentlich zu verringern.
Als Nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Besondere des zweiten Ausführungsbeispiels besteht in der Bestimmung eines Zeitpunkts zum Ausschalten des Ventilaufsetzgeschwindigkeits-Einstellsignals "B" auf der Basis einer verstrichenen Zeit ab dem Einschalten des Ventilaufsetzgeschwindigkeits-Einstellsignals "B", jedoch nicht auf der Basis einer Position des Ventilkörpers 120, wobei ein Ziel des zweiten Ausführungsbeispiels in der Reduzierung der Aufsetzgeschwindigkeit des Ventilkörpers 120 besteht.
Im Fall der Bestimmung des Abschaltzeitpunkts des Ventilaufsetzgeschwindigkeits-Einstellsignals "B" durch den Hubbewegungswert besteht bei einer längeren Dauer des Ventilaufsetzgeschwindigkeits-Einstellsignals "B" aufgrund einer unzulänglichen Beschleunigung des Ankers 150 durch das Ventilöffnungs-Beschleunigungssignal "A" die Wahrscheinlichkeit, daß die Aufsetzgeschwindigkeit aufgrund der weiteren Beschleunigung des Ventilaufsetzgeschwindigkeits-Einstellsignals "B" ziemlich hoch wird.
In diesem Fall muß das Ventilschließ-Beschleunigungssignal "A" derart eingestellt werden, daß der Ventilkörper 120 eine größere Bewegungsgeschwindigkeit als ein bestimmter Wert aufweist.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Steuerung zum Reduzieren der Aufsetzgeschwindigkeit durch die Betätigungseinrichtungs-Steuervorrichtung 210 vorgenommen. Die Konstruktion und Arbeitsweise derselben werden unter Bezugnahme auf Fig. 8 und Fig. 9 erläutert.
Fig. 8 zeigt ein Blockdiagramm des Systems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, und Fig. 9 zeigt ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung des Einschalt- /Ausschaltvorgangs von Signalen s1 bis s24 bei dem in Fig. 8 dargestellten Ventilsteuersignal-Ausgangsabschnitt 214. Die Komponenten des in Fig. 8 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels, die mit denen des in Fig. 5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels identisch sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht ausführlich erläutert.
Bei einem Signal s14 handelt es sich um ein Ventilschließ-Elektromagnettreibersignal, das an die Ventilschließ-Elektromagnettreiberschaltung 45a abzugeben ist, und bei einem Signal s24 handelt es sich um ein Ventilöffnungs-Elektromagnettreibersignal, das an die Ventilöffnungs-Elektromagnettreiberschaltung 45b auszugeben ist. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, wird bei der Beurteilung, ob das Analogsignal "v" ein Referenz-Analogsignal v3 übersteigt, ein Auslösesignal (Kanal 3) an die Zeitsteuerschaltung 213 abgegeben.
Die Zeitsteuerschaltung 213 gibt dann ein Signal s9 für eine vorgegebene Zeitdauer t4 ab. Das Ventilaufsetzgeschwindigkeits-Einstellsignal "B" wird somit zu einem Zeitpunkt "c" eingeschaltet und nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitdauer t4 ausgeschaltet.
In ähnlicher Weise wird das Ventilöffnungsgeschwindigkeits-Einstellsignal "E" zu einem Zeitpunkt "h" eingeschaltet und nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitdauer t9 ausgeschaltet. Diese vorgegebenen Zeitdauern t4 und t9 sind in dem Mikrocomputer 71 auf der Basis von Betriebszuständen des Motors festgelegt.
Somit wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Ventilaufsetzgeschwindigkeits-Einstellsignal "B" nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitdauer t4 ab dem Zeitpunkt "c" ausgeschaltet, und zwar im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem das Ventilaufsetzgeschwindigkeits-Einstellsignal "B" zu dem Zeitpunkt "d" ausgeschaltet wird und gleichzeitig das Ventilschließ-Haltesignal "C" eingeschaltet wird und nur das Ventilschließ-Haltesignal "C" zu dem Zeitpunkt "d" eingeschaltet ist.
Ferner wird das Ventilöffnungsgeschwindigkeits-Einstellsignal "E" nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitdauer t9 ab dem Zeitpunkt "h" ausgeschaltet, und nur das Ventilöffnungs-Haltesignal "F" wird zu dem Zeitpunkt "i" eingeschaltet.
Eine Zeitdauer, während der das Ventilaufsetzgeschwindigkeits-Einstellsignal "B" eingeschaltet wird, läßt sich somit verkürzen, und die Aufsetzgeschwindigkeit des Ventilkörpers 120 läßt sich beträchtlich reduzieren. Ferner läßt sich auch die Ventilöffnungsgeschwindigkeit stark vermindern.
Unmittelbar vor dem Ausschalten des Aufsetzgeschwindigkeits-Einstellsignals "B" ist die Änderungsrate des Analogsignals "v" des Hubsensors 170 gering, da sich die zeitliche Steuerung beim Ausschalten des Ventilaufsetzgeschwindigkeits-Einstellsignals "B" in einem Bereich unmittelbar vor dem Aufsetzen des Ventilkörpers 120 befindet.
In dem Fall, in dem das Geräuschniveau des Analogsignals "v" relativ groß ist, hat somit die Impulsbreite eine Tendenz zum Variieren oder es kommt leicht zu einem Vibrationsphänomen. Da jedoch gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel der Ausschaltzeitpunkt des Ventilaufsetzgeschwindigkeits-Einstellsignals "B" in Abhängigkeit von der Zeit gesteuert wird, lassen sich solche Mängel eliminieren.
Bei der nachfolgenden Beschreibung eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung besteht ein Merkmal des dritten Ausführungsbeispiels in der Bestimmung des Einschaltzeitpunkts des Ventilschließ-Beschleunigungssignals "A" aufgrund einer verstrichenen Zeitdauer ab dem Ausschaltzeitpunkt des Ventilöffnungs-Haltesignals "F", wobei ein Ziel dieses Ausführungsbeispiels in der Stabilisierung des Einschaltzeitpunkts des Ventilschließ-Beschleunigungssignals "A" sowie auch des Ventilöffnungs-Beschleunigungssignals "D" besteht.
Da die elektromagnetische Erzeugungseinrichtung 130 im allgemeinen einen Elektromagneten mit einem Magnetkern aufweist, verschwindet selbst bei Deaktivierung des Elektromagneten die elektromagnetische Kraft aufgrund der Hystereseeigenschaften des Magnetkerns nicht sofort.
Das heißt, wenn das Ventilschließ-Haltesignal "C" ausgeschaltet wird und dann das Ventilöffnungs-Beschleunigungssignal "D" eingeschaltet wird, wird die Geschwindigkeit des Ventilkörpers 120 aufgrund der restlichen Anziehungskraft der Ventilschließwicklung 131 reduziert.
In ähnlicher Weise wird die Geschwindigkeit des Ventilkörpers 120 aufgrund der restlichen Anziehungskraft des Ventilöffnungs-Elektromagneten 132 reduziert. Somit wird der Gradient des Analogsignals "v" so gering, wie dies bei "a" und "f" dargestellt ist.
Aufgrund dieser Tatsache zeigt in Fällen, in denen das Rauschniveau des Analogsignals "v" relativ hoch ist, der Einschaltzeitpunkt des Ventilschließ-Beschleunigungssignals "A" Schwankungen bzw. werden Vibrationen hervorgerufen.
Fig. 10 zeigt ein Blockdiagramm des dritten Ausführungsbeispiels, und Fig. 11 zeigt ein Zeitsteuerungsdiagramm von Signalen s1 bis s26 bei dem in Fig. 10 gezeigten Ventilsteuersignal-Ausgangsabschnitt 214. In Fig. 11 handelt es sich bei dem Signal s14 um ein Ventilschließ-Elektromagnettreibersignal für die Abgabe an die Ventilschließ-Elektromagnettreiberschaltung 45a, und bei dem Signal 26 handelt es sich um ein Ventilöffnungs-Elektromagnettreibersignal für die Abgabe an die Ventilöffnungs-Elektromagnettreiberschaltung 45b.
Die Komponenten des in Fig. 10 gezeigten dritten Ausführungsbeispiels, die mit denen des in Fig. 5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels identisch sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht ausführlich beschrieben.
Wenn in Fig. 10 in der Vergleichsschaltung 212 das Urteil getroffen wird, daß das Analogsignal "v" des Hubsensors 170 größer wird als das Referenz-Analogsignal v4, werden Auslösesignale des Kanals 1 (ch1) bzw. des Kanals 3 (ch3) in die Zeitsteuerschaltung 213 eingespeist.
Wie in Fig. 11 gezeigt, gibt die Zeitsteuerschaltung 213 dann ein Kanal-1-Ausgangssignal s11 für eine vorgegebene Zeitdauer t5 ab und gibt gleichzeitig ein umgekehrtes Kanal-3-Ausgangssignal s15 für eine vorgegebene Zeitdauer t5 + t6 ab.
Das Ventilöffnungs-Beschleunigungssignal "D" wird somit nach Verstreichen einer vorgegebenen Periode t6 ab dem Ausschalten (Zeitpunkt "e") des Ventilschließ- Haltesignals "C" eingeschaltet (Zeitpunkt "f").
In ähnlicher Weise wird das Ventilschließ-Beschleunigungssignal "A" nach Verstreichen einer vorgegebenen Zeitdauer t11 ab dem Ausschalten (Zeitpunkt "j") des Ventilöffnungshaltesignals "F" eingeschaltet (Zeitpunkt "a"). Diese vorgegebenen Zeitdauern t6 und t11 sind in dem Mikrocomputer 71 in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors festgelegt.
Somit läßt sich der Einschaltzeitpunkt des Ventilschließ-Beschleunigungssignals "A" auf der Basis der verstrichenen Zeit ab dem Ausschalten des Ventilöffnungs- Haltesignals "F" bestimmen. In ähnlicher Weise läßt sich der Einschaltzeitpunkt des Ventilöffnungs-Beschleunigungssignals "D" in Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit ab dem Ausschalten des Ventilschließ-Haltesignals "C" bestimmen.
Somit lassen sich der Einschaltzeitpunkt des Ventilschließ-Beschleunigungssignals "A" und der Einschaltzeitpunkt des Ventilöffnungs-Beschleunigungssignals "D" stabilisieren, wobei dies dazu führt, daß sich Schwankungen des Einschaltzeitpunkts des Ventilschließ-Beschleunigungssignals "A" und des Ventilöffnungs- Beschleunigungssignals "D" verhindern lassen oder sich Vibrationen des Ventilkörpers 120 eliminieren lassen.
Als Nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei sich das vierte Ausführungsbeispiel dadurch auszeichnet, daß der Ausschaltzeitpunkt des Ventilschließ-Beschleunigungssignals "A" sowie des Ventilöffnungs-Beschleunigungssignals "D" durch eine verstrichene Zeitdauer ab dem Einschalten des Ventilschließ-Beschleunigungssignals "A" und des Ventilöffnungs-Beschleunigungssignals "D" bestimmt wird, jedoch nicht aufgrund der Position des Ventilkörpers 120, wobei ein Ziel dieses Ausführungsbeispiels darin besteht, ein Verbrennen des Elektromagneten aufgrund unzulänglicher Aufsetzvorgänge zu verhindern.
Im Fall der Bestimmung des Ausschaltzeitpunkts des Ventilschließ-Beschleunigungssignals "A" oder des Ventilöffnungs-Beschleunigungssignals "D" auf der Basis der Position des Ventilkörpers 120 besteht eine Möglichkeit, daß die Periode, während der das Ventilschließ-Beschleunigungssignal "A" oder das Ventilöffnungs-Beschleunigungssignal "D" eingeschaltet ist, länger wird, wenn der Ventilkörper 120 unzulänglich aufsitzt oder offen ist.
Ein Ziel dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, ein Verbrennen des Elektromagneten bei einem unzulänglichen Aufsitzen des Ventilkörpers zu verhindern, indem in der Einschaltperiode ein Schwellenwert vorgesehen wird.
Fig. 12 zeigt ein Blockdiagramm des Ventilsteuersystems gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, und Fig. 13 zeigt ein Zeitsteuerungsdiagramm von Signalen s1 bis s24 in dem in Fig. 12 gezeigten Ventilsteuersignal-Ausgangsabschnitt 214.
Bei dem Signal s13 in Fig. 13 handelt es sich um ein Ventilschließ-Elektromagnettreibersignal zur Abgabe an die Ventilschließ-Elektromagnettreiberschaltung 45a, und bei dem Signal s24 handelt es sich um ein Ventilöffnungs-Elektromagnettreibersignal für die Abgabe an die Ventilöffnungs-Elektromagnettreiberschaltung 45b.
Die Komponenten des in Fig. 12 gezeigten vierten Ausführungsbeispiels, die mit denen des in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiels identisch sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht ausführlich beschrieben.
Wenn unter Bezugnahme auf Fig. 12 in der Vergleichsschaltung 212 das Urteil getroffen wird, daß das Analogsignal "v" des Hubsensors 170 höher wird als das Referenz-Analogsignal "v", wird ein Kanal-3-Auslösesignal in die Zeitsteuerschaltung 213 eingespeist, wonach in der in Fig. 13 gezeigten Weise die Zeitsteuerschaltung 213 ein Kanal-3-Ausgangssignal s2 für eine vorgegebene Zeitdauer d2 abgibt.
Das Ventilschließ-Beschleunigungssignal "A" wird somit nach Verstreichen einer vorgegebenen Periode t2 ab seinem Einschalten (Zeitpunkt "a") ausgeschaltet. In ähnlicher Weise wird das Ventilöffnungs-Beschleunigungssignal "D" nach Verstreichen einer vorgegebenen Periode t7 seit seinem Einschalten (Zeitpunkt "f") ausgeschaltet. Diese Zeitdauern t2 und t7 sind in dem Mikrocomputer 71 in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors festgelegt.
Genauer gesagt, es läßt sich der Ausschaltzeitpunkt des Ventilschließ-Beschleunigungssignals "A" durch eine verstrichene Zeitdauer ab dem Einschalten des Ventilschließ-Beschleunigungssignals "A" bestimmen, und auch der Ausschaltzeitpunkt des Ventilöffnungs-Beschleunigungssignals "D" kann durch eine verstrichene Zeit ab dem Einschalten des Ventilöffnungs-Beschleunigungssignals "D" bestimmt werden. Somit ist es möglich, ein Verbrennen des Elektromagneten zu verhindern, indem der den Ventilschließ-Elektromagneten 131 oder den Ventilöffnungs-Elektromagneten 132 durchfließende Strom im Fall eines unzulänglichen Aufsetzens des Ventilkörpers begrenzt wird.
Zusammengefaßt läßt sich sagen, daß das elektromagnetisch betätigte Ventilsteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung eine Belastung des Mikrocomputers (zentrale Rechen- und Verarbeitungseinrichtung) abschwächen kann sowie eine ausgefeiltere Steuerung von zahlreichen Elektromagnetventilen ausführen kann.
Auf diese Weise ist es möglich, die Größe des Mikrocomputers zu reduzieren und auch die Kosten desselben zu vermindern. Ferner kann die Aufsetzsteuerung des Ventilkörpers, bei der es sich um eine der Merkmale dieses Ventilsteuersystems handelt, die Lebensdauer sowie die Ruhe des Systems verbessern.
Die derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind zwar vorliegend dargestellt und beschrieben worden, jedoch versteht es sich, daß diese Offenbarungen zum Zweck der Erläuterung dienen und daß verschiedene Änderungen und Modifikationen im Umfang der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen ausgeführt ist, vorgenommen werden können.

Claims

1. Elektromagnetisch betätigtes Ventilsteuersystem für einen Motor (10) mit einer Brennkammer (31), einem Ventilkörper (120), der sich zwischen einer vollständig geschlossenen Position und einer vollständig geöffneten Position hin- und herbewegt, um die Brennkammer (31) zu öffnen und zu schließen, und mit einer Betätigungseinrichtung (44), die mit dem Ventilkörper (120) verbunden ist, um den Ventilkörper durch Aktivieren und Deaktivieren eines Ventilschließ-Elektromagneten (131) und eines Ventilöffnungs-Elektromagneten (132) antriebsmäßig zu bewegen, wobei das Ventilsteuersystem folgendes aufweist:

- eine Ventilpositions-Erfassungseinrichtung (170) zum Erfassen von Positionen des Ventilkörpers; und

- eine Steuerung (70), die auf die erfaßten Positionen des Ventilkörpers (120) anspricht und dazu ausgebildet ist, den Schließvorgang des Ventilkörpers (120) in einer Abfolge zu steuern mit einer Aktivierung des Ventilschließ-Elektromagneten (131), wenn der Ventilkörper (120) eine erste Referenzposition passiert, die von der vollständig geöffneten Position getrennt vorgesehen ist, sowie mit einer Deaktivierung des Ventilschließ- Elektromagneten (131), wenn der Ventilkörper (120) eine zweite Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geschlossenen Position ist als die erste Referenzposition,

mit einer Aktivierung des Ventilschließ-Elektromagneten (131), wenn der Ventilkörper (120) eine dritte Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geschlossenen Position ist als die zweite Referenzposition,

mit einer abwechselden Aktivierung und Deaktivierung des Ventilschließ- Elektromagneten (131), wenn der Ventilkörper (120) eine vierte Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geschlossenen Position ist als die dritte Referenzposition, und mit einer Deaktivierung des Ventilschließ-Elektromagneten (131), wenn eine erste vorgegebene Periode seit dem Passieren der vierten Referenzposition durch den Ventilkörper (120) verstrichen ist.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (70) ferner den Öffnungsvorgang des Ventilkörpers (120) steuert in einer Abfolge mit einer Aktivierung des Ventilöffnungs- Elektromagneten (132), wenn der Ventilkörper (120) eine fünfte Referenzposition passiert, die von der vollständig geschlossenen Position getrennt ist,

mit einer Deaktivierung des Ventilöffnungs-Elektromagneten (132), wenn der Ventilkörper (120) eine sechste Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geöffneten Position ist als die fünfte Referenzposition, mit einer Aktivierung des Ventilöffnungs-Elektromagneten (132), wenn der Ventilkörper (120) eine siebte Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geöffneten Position ist als die sechste Referenzposition, mit einer abwechselnden Aktivierung und Deaktivierung des Ventilöffnungs- Elektromagneten (132), wenn der Ventilkörper (120) eine achte Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geöffneten Position ist als die siebte Referenzposition, und

mit einer Deaktivierung des Ventilöffnungs-Elektromagneten (131), wenn eine zweite vorgegebene Periode seit dem Passieren der achten Referenzposition durch den Ventilkörper (120) verstrichen ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vierte Referenzposition als Position definiert ist, bei der eine dritte vorgegebene Periode seit dem Passieren der dritten Referenzposition durch den Ventilkörper (120) verstrichen ist.

4. System nach Anspruch 2 oder 3, wobei die achte Referenzposition als Position definiert ist, bei der eine vierte vorgegebene Periode seit dem Passieren der siebten Referenzposition durch den Ventilkörper (120) verstrichen ist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Referenzposition als Position definiert ist, bei der eine fünfte vorgegebene Periode seit der Deaktivierung des Ventilöffnungs-Elektromagneten (132) verstrichen ist.

6. System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die fünfte Referenzposition als Position definiert ist, bei der eine sechste vorgegebene Periode seit der Deaktivierung des Ventilschließ-Elektromagneten (131) verstrichen ist.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite Referenzposition als Position definiert ist, bei der eine siebte vorgegebene Periode seit dem Passieren der ersten Referenzposition durch den Ventilkörper (120) verstrichen ist.

8. System nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die sechste Referenzposition als Position definiert ist, bei der eine achte vorgegebene Periode seit dem Passieren der fünften Referenzposition durch den Ventilkörper (120) verstrichen ist.

9. Elektromagnetisch betätigtes Ventilsteuersystem für einen Motor (10) mit einer Brennkammer (31), einem Ventilkörper (120), der sich zwischen einer vollständig geschlossenen Position und einer vollständig geöffneten Position hin- und herbewegt, um die Brennkammer (31) zu öffnen und zu schließen, und mit einer Betätigungseinrichtung (44), die mit dem Ventilkörper (120) verbunden ist, um den Ventilkörper durch Aktivieren und Deaktivieren eines Ventilschließ-Elektromagneten (131) und eines Ventilöffnungs-Elektromagneten antriebsmäßig zu bewegen, wobei das Ventilsteuersystem folgendes aufweist:

- einen Computer (71) zum Erzeugen von Steuerdaten auf der Basis von Betriebszuständen des Motors (10); und

- eine Betätigungseinrichtungs-Steuervorrichtung (210), die von dem Computer (71) getrennt vorgesehen ist, um die Betätigungseinrichtung zu steuern, wobei die Betätigungseinrichtungs-Steuervorrichtung (210) folgendes aufweist:

- einen Hubsensor (170) zum Ausgeben der Position des Ventilkörpers (120) in Form eines analogen Signals,

- eine Digital-Analog-Wandlerschaltung (211) zum Umwandeln eines digitalen Signals von dem Computer (71) in ein Referenz-Analogsignal, das der Position des Ventilkörpers (120) entspricht,

- eine Vergleichsschaltung (212) zum Vergleichen des Referenz-Analogsignals mit dem von dem Hubsensor (170) abgegebenen analogen Signal,

- eine Ausgangslogikschaltung (214) zum Abgeben eines Steuersignals, um die Betätigungseinrichtung (44) zu betreiben, und

- eine Zeitsteuerschaltung (213) zum Bestimmen eines Abgabezeitpunkts des Steuersignals auf der Basis der Position des Ventilkörpers.

10. Verfahren zum Steuern eines elektromagnetisch betätigten Ventils für einen Motor (10) mit einer Brennkammer (31), einem Ventilkörper (120), der sich zwischen einer vollständig geschlossenen Position und einer vollständig geöffneten Position hin- und herbewegt, um die Brennkammer (31) zu öffnen und zu schließen, und mit einer Betätigungseinrichtung (44), die mit dem Ventilkörper (120) verbunden ist, um den Ventilkörper (120) durch Aktivieren und Deaktivieren eines Ventilschließ-Elektromagneten (131) und eines Ventilöffnungs-Elektromagneten antriebsmäßig zu bewegen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

- Aktivieren des Ventilschließ-Elektromagneten (131), wenn der Ventilkörper (120) eine erste Referenzposition passiert, die von der vollständig geöffneten Position getrennt ist, und Deaktivieren des Ventilschließ- Elektromagneten (131), wenn der Ventilkörper (120) eine zweite Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geschlossenen Position ist als die erste Referenzposition;

- Aktivieren des Ventilschließ-Elektromagneten (131), wenn der Ventilkörper (120) eine dritte Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geöffneten Position ist als die zweite Referenzposition, sowie abwechselndes Aktivieren und Deaktivieren des Ventilschließ-Elektromagneten (131), wenn der Ventilkörper (120) eine vierte Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geschlossenen Position ist als die dritte Referenzposition; und

- Deaktivieren des Ventilschließ-Elektromagneten (131), wenn eine erste vorbestimmte Zeitdauer seit dem Passieren der vierten Referenzposition durch den Ventilkörper (120) verstrichen ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner mit folgenden Schritten:

- Aktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten (132), wenn der Ventilkörper (120) eine fünfte Referenzposition passiert, die von der vollständig geschlossenen Position getrennt ist, und Deaktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten (132), wenn der Ventilkörper (120) eine sechste Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geöffneten Position ist als die fünfte Referenzposition;

- Aktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten (132), wenn der Ventilkörper (120) eine siebte Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geöffneten Position ist, sowie abwechselndes Aktivieren und Deaktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten (132), wenn der Ventilkörper (120) eine achte Referenzposition passiert, die näher bei der vollständig geöffneten Position ist als die siebte Referenzposition; und

- Deaktivieren des Ventilöffnungs-Elektromagneten (132), wenn eine zweite vorbestimmte Zeitdauer seit dem Passieren der achten Referenzposition durch den Ventilkörper (120) verstrichen ist.