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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum Steuern eines Elektromagnetventils gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 bzw. 6. Darin spiegelt sich Stand der Technik wieder,
wie er in der EP-A-662 697 angegeben ist.
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Das
Ventilbetätigungssystem
liefert einen großen
Bereich von Ventilöffnungs-/Schließzeiten zum
Erzielen einer geeigneten Ventilöffnungs-/Schließsteuerung
in Abhängigkeit
von verschiedenen Motorbetriebsbedingungen. Andererseits entsteht
ein Geräusch,
wenn ein Anker in jedem Ventilmechanismus gegen eine elektromagnetische Spule
stößt, wenn
das Ventil durch eine elektromagnetische Spule oder eine Feder beschleunigt
wird. Dies führt
zu einer geringen Lebensdauer eines derartigen Ventils.
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Die
japanische Offenlegungsschrift Nr. 1996(8)-135416 offenbart ein
Steuersystem zum Verzögern
eines Elektromagnetventils, das zwei einander zugewandt gegenüberliegend
angeordnete Elektromagnete aufweist. Das Ventil wird verzögert, so daß der eine
der Elektromagneten, der bei geöffnetem
Ventil normalerweise aktiviert ist, vorübergehend aktiviert wird, während das
Ventil geschlossen ist, und der andere Elektromagnet, der bei geschlossenem
Ventil normalerweise aktiviert ist, vorübergehend aktiviert wird, während das
Ventil geöffnet
ist. Dieses System kann jedoch die Ventilöffnungs-/Schließgeschwindigkeiten
nicht steuern, da die Geschwindigkeiten nicht ermittelt werden.
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Die
Anmelderin der vorliegenden Erfindung hat die japanische Patentanmeldung
Nr. 1996(8)-230094 angemeldet, die eine Technik zum Abschwächen von
Stößen offenbart,
die beim Aufsetzen eines Ventils auf einen Ventilsitz oder beim
Auftreffen eines Ankers auf ein Joch in einem Ventilmechanismus
entstehen, und zwar durch Vermindern einer Geschwindigkeit für das vollständige Öffnen oder Schließen des
Ventils.
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Die
Verzögerung
erfolgt durch vorübergehendes
Deaktivieren einer elektromagnetischen Spule für das Öffnen oder Schließen eines
Ventils, wenn das Ventil eine vorbestimmte Position zum Öffnen oder
Schließen
erreicht, sowie durch erneutes Aktivieren der elektromagnetischen
Spule, wenn das Ventil eine weiter vorbestimmte Position unmittelbar vor
dem vollständigen
Schließen
oder Öffnen
des Ventils erreicht.
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Genauer
gesagt und wie in 1 gezeigt
ist, es lehrt die japanische Patentanmeldung Nr. 1996(8)-230094,
daß die
elektromagnetische Spule deaktiviert wird, wenn ein Ausgangssignal
eines Hubsensors zum Feststellen einer Position, auf die das Ventil
angehoben wird, einen Auslösepegel
VR2 erreicht, wobei die elektromagnetische Spule wieder aktiviert
wird, wenn das Sensorausgangssignal einen weiteren Auslösepegel
VR3 erreicht.
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Die
Ventilgeschwindigkeit nach der Aktivierung der elektromagnetischen
Spule ist nicht unbedingt konstant oder variiert gelegentlich in
einem Ventilbetätigungszyklus,
wie dies mit den Kurven "a" und "b" in 1 dargestellt
ist. Je niedriger die Ventilgeschwindigkeit ist, desto kürzer ist
die Periode der Zeit zum Anheben des Ventils bis zum Erreichen der dem
Auslösepegel
VR3 entsprechenden Position ausgehend von der dem Auslösepegel
VR2 entsprechenden Position. Die Ventilgeschwindigkeit läßt sich somit
nicht ausreichend verzögern,
um Stöße der vorstehend
beschriebenen Art abzuschwächen.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in
der Angabe einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Steuern eines
Elektromagnetventils, die bzw. das zum Erzielen einer angepaßten Ventilverzögerungsgeschwindigkeit
in Abhängigkeit
von der vorausgehenden Beschleunigungsgeschwindigkeit des Ventils
in der Lage ist.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch eine Vorrichtung, wie sie in Patentanspruch
1 angegeben ist, sowie durch ein Verfahren, wie es in Patentanspruch 6
angegeben ist. Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens
gemäß der Erfindung
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden ausführlichen Erläuterung
von verschiedenen Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine graphische Darstellung
zur Erläuterung
der Beziehung zwischen einem Hubsensor-Ausgangssignalen und Ventiltreibersignalen
für eine
herkömmliche
Vorrichtung zum Steuern eines Elektromagnetventils;
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2 eine Schnittdarstellung
eines Elektromagnetventils gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein Schaltbild einer Geschwindigkeitssteuerung
als erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Darstellung von Wellenformen von
Ventiltreibersignalen gemäß der vorliegenden Erfindung;
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5 ein Schaltbild von Zeitgebern,
die für die
Geschwindigkeitssteuerung der 3 verwendet werden;
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6 ein Zeitsteuerungsdiagramm
zur Erläuterung
der Zeitsteuerung für
verschiedene Signale, wie sie in 3 gezeigt
sind;
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7 eine graphische Darstellung
zur Erläuterung
der Beziehung zwischen Hubsensor-Ausgangssignalen
und Ventiltreibersignalen für
die Geschwindigkeitssteuerung gemäß 3;
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8 ein Schaltbild einer Geschwindigkeitssteuerung
als zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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9 ein Schaltbild einer Geschwindigkeitssteuerung
als drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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10 ein Zeitsteuerungsdiagramm
zur Erläuterung
der Zeitsteuerung für
verschiedene Signale, wie sie in 9 gezeigt
sind;
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11 eine graphische Darstellung
zur Erläuterung
der Beziehung zwischen Hubsensor-Ausgangssignalen
und Ventiltreibersignalen für
die Geschwindigkeitssteuerung gemäß 9; und
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12 ein Schaltbild einer
Geschwindigkeitssteuerung als viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen ausführlich beschrieben.
In 2 ist ein Elektromagnet ventil 1 dargestellt,
das in eine Einströmöffnung und eine
Ausströmöffnung jedes
Zylinders eines Motors eingebaut ist. Bei dem Elektromagnetventil 1 handelt es
sich um eines vom Doppelspulen-Typ,
das mit einer elektromagnetischen Spule 5 zum Öffnen des Ventils
und mit einer weiteren elektromagnetischen Spule 6 zum
Schließen
des Ventils versehen ist, die einander zugewandt gegenüberliegend
angeordnet sind, um ein Ventil 4 (ein Eintrittsventil oder
ein Austrittsventil) zu öffnen
oder zu schließen,
das verschiebbar in eine Ventilschaftführung 3 eines Zylinderkopfes 2 eingesetzt
ist.
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Die
elektromagnetische Spule 5 ist in ein auf der Seite des
Zylinderkopfes 2 vorgesehenes Joch 7 eingebaut
und über
eine Hubeinstelleinrichtung 8 mit einem weiteren Joch 9 verbunden,
in dem die elektromagnetische Spule 6 untergebracht ist.
Die Hubeinstelleinrichtung 8 stellt einen Hubbetrag des
Ventils 4 durch Ausgleichen von Größenschwankungen von Komponenten
ein, aus denen das Elektromagnetventil 1 gebildet ist.
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An
dem Joch 9 ist eine Führung
zum Bewegen eines Ankers 17 (der später beschrieben wird) in Axialrichtung
ausgebildet. Ferner ist an dem Joch 9 ein Gehäuse 11 befestigt,
an dem ein Wirbelstrom-Hubsensor 10 angebracht ist.
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Im
Inneren der elektromagnetischen Spule 5 ist eine Feder 13 zum
Schließen
des Ventils vorgesehen, die einen Ventilkopf 4a des Ventils 4 gegen
einen Ventilsitz 12 drückt.
Die Feder 13 ist zwischen einer Festhalteeinrichtung 15,
die über
einen Splint 14 an einem Bereich des Ventilschafts 4b befestigt
ist, und einem Halter vorgesehen, der um eine Ventilschaftführung 3 herum
auf der Seite des Zylinderkopfes 2 ausgebildet ist. Eine
Beilagscheibe 16 zum Einstellen von Freiräumen (wie
dies später
noch beschrieben wird) ist an einer Spitze des Ventilschafts 4b angebracht.
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Ein
flacher Anker 17 ist in einem von der Hubeinstelleinrichtung 8 umschlossenen
Raum vorgesehen. Der Anker 17 öffnet oder schließt das Ventil 4 über ein
Magnetfeld, das bei Aktivierung der elektromagnetischen Spule 5 oder 6 erzeugt
wird.
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Der
Anker 17 ist in seinem Zentrum auf der Seite der elektromagnetischen
Spule 6 mit einem Ankerschaft 17a ausgebildet.
Der Anker 17 und der Ankerschaft 17a können voneinander
getrennt ausgebildet sein. Der Ankerschaft 17a ist derart
angebracht, daß er
auf dem Anker 17 steht. Der Ankerschaft 17a ist
in gleitend verschiebbarer Weise in eine Ankerschaftführung 18 eingesetzt,
die um einen Zylinderbereich des Gehäuses 11 herum vorgesehen ist.
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Der
Zylinderbereich ragt in die elektromagnetische Spule 6 hinein.
Eine Feder 19 zum Öffnen des
Ventils ist zwischen dem Anker 17 und einem Haltebereich
vorgesehen, der an der Basis des Zylinderbereichs des Gehäuses 11 ausgebildet
ist. Die Feder 19 zwingt den Ventilkopf 4a zum
Verlassen des Ventilsitzes 12.
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Wenn
beide elektromagnetischen Spulen 5 und 6 deaktiviert
sind, berührt
der Anker 17 die Beilagscheibe 16 und stoppt in
einer Position, in der die Kräfte
der Federn 13 und 19 miteinander im Gleichgewicht
stehen.
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Eine
nadelartige Targeteinrichtung 17c ist an der Spitze des
Ankerschafts 17a ausgebildet. Die Bewegung der Targeteinrichtung 17c wird
durch den Hubsensor 10 detektiert. Die Bewegung der Targeteinrichtung 17c in
Axialrichtung, die von dem Hubsensor 10 detektiert wird,
entspricht dem Betrag, um den das Ventil 4 angehoben wird
(Hubbetrag). Der Hubsensor 10 gibt Spannungen linear zu
dem Hubbetrag ab, wenn eine Ausgangsspannung in einer Position,
in der das Ventil 4 vollständig geöffnet ist, auf Null gesetzt
ist.
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Das
Elektromagnetventil 1 wird durch eine Geschwindigkeitssteuerung 30,
die mit den elektromagnetischen Spulen 5 und 6 verbunden
ist, sowie durch den Hubsensor 10 gesteuert. Die Geschwindigkeitssteuerung 30 (erstes
Ausführungsbeispiel)
ist in 3 dargestellt.
Ein Mikrocomputer oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 31 berechnet die Öffnungs-/Schließzeiten
für die
Eintritts- und Austrittsventile für jeden Zylinder auf der Basis
verschiedener Daten, wie zum Beispiel der Motordrehzahl, des Öffnungswinkels
der Beschleunigungsvorrichtung, des Kurbelwinkelimpulses, der Kühlmitteltemperatur
usw.
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Die
CPU 31 führt
abwechselnd eine Aktivierung der elektromagnetischen Spulen 5 und 6 zu
den Öffnungs-/Schließzeiten
aus, und zwar über
einen Treiber 36 zum Ansteuern der Spule 6 zum
Schließen des
Ventis bzw. einen weiteren Treiber 37 zum Ansteuern der
Spule 5 zum Öffnen
des Ventils, um auf diese Weise das Ventil 4 zu öffnen oder
zu schließen.
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Genauer
gesagt, es, wird die elektromagnetische Spule 6 zum Schließen des
Ventils deaktiviert, und anschließend wird die elektromagnetische
Spule 5 zum Öffnen
des Ventils aktiviert, um das Ventil 4 zur berechneten
Zeit zu öffnen.
Der Anker 17 wird von einer Position, in der die Kräfte der
Feder 13 für
das Ventilschließen
und der Feder 19 für
das Ventilöffnen miteinander
im Gleichgewicht stehen, in Richtung auf die Seite der elektromagnetischen
Spule 5 bewegt.
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Die
Bewegung des Ankers 17 erfolgt durch Anziehung, die an
der elektromagnetischen Spule 5 erzeugt wird. Der Anker 17 wird
dann durch die Spule 5 angezogen und in einer Position
gestoppt, in der das Ventil 4 die maximale Hubposition
erreicht hat (vollständige Öffnungsposition
des Ventils), um den Vorgang zum Öffnen des Ventils abzuschließen.
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Zum
Schließen
des Ventils 4 dagegen wird die elektromagnetische Spule 5 zum Öffnen des
Ventils deaktiviert, und die elektromagnetische Spule 6 zum
Schließen
des Ventils wird dann zu dem berechneten Zeitpunkt aktiviert. Der
Anker 17 geht aufgrund einer Kraft zum Zurückkehren
in die Position, in der die Kräfte
der Federn 13 und 19 miteinander im Gleichgewicht
stehen, sowie aufgrund einer an der elektromagnetischen Spule 6 erzeugten
Anziehungskraft zurück
auf die Seite der elektromagnetischen Spule 6.
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Der
Anker 17 wird dann von der Spule 6 angezogen und
in dieser Position gestoppt, so daß er die an der Spitze des
Ventilschafts 4b zum Einstellen des Freiraums angebrachte
Beilagscheibe 16 verläßt. Der
Ventilkopf 4a wird dann durch die Feder 13 zum
Ventilschließen
gegen den Ventilsitz 12 gedrückt und sitzt auf diesem auf
(vollständiges
Ventilschließen).
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Die
Wellenform von Treibersignalen für
das Elektromagnetventil 1 variiert in Abhängigkeit
von der Zeit, d. h. dem Moment, in dem das Ventil 4 eine
vorbestimmte Position (V1), die von dem
Hubsensor 10 detektiert wird, sowie einem weiteren Moment,
nach dem eine vorbestimmte Zeitdauer ab dem Erreichen der Position
(V1) durch das Ventil 4 verstrichen
ist. Die Wellenformen der Treibersignale variieren während der
vier Perioden "A", "B", "C" und "D" für
das Ventilschließen
sowie während
der weiteren vier Perioden "A'", "B'", "C'" und "D'" für das Ventilöffnen, wie dies
in 4 für das vorliegende
Ausführungsbeispiel
dargestellt ist.
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Genauer
gesagt, es wird der Anker 17 während der Periode "A" oder "A" beschleunigt,
während der
ein Treibersignal für
die elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen oder
die elektromagnetische Spule 5 für das Ventilöffnen "ein" bzw. aktiviert ist.
Der Anker 17 wird dann wählend der nächsten Periode "B" oder "B'" verlangsamt, während der
das Treibersignal für
die elektromagnetische Spule 6 oder 5 vorübergehend
aus bzw. deaktiviert ist, um einen Stoß beim Ventilaufsetzen abzuschwächen, der beim
vollständigen
Schließen
des Ventils 1 hervorgerufen wird, oder einen Aufprallstoß des Ankers 17 an dem
Joch 7 abzuschwächen,
der beim vollständigen Öffnen des
Ventils 1 hervorgerufen wird.
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Das
Treibersignal für
die Spule 5 oder die Spule 6 wird wieder eingeschaltet,
um die Geschwindigkeit des Ankers 17 während der Periode "C'" oder "C" einzustellen. Die Periode "C" für
die Spule 6 erfolgt unmittelbar vor dem vollständigen Ventilschließen sowie
nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer TM ab dem Abheben
des Ventils 4 in eine vorbestimmte Position, die einem
Auslösepegel
V3 entspricht.
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Die
Periode "C'" für
die Spule 5 liegt unmittelbar vor dem vollständigen Ventilöffnen und
nach einer weiteren vorbestimmten Zeitdauer TM', die seit dem Abheben des Ventils 4 in
eine weitere vorbestimmte Position, die einem Auslösepegel
V7 entspricht, verstrichen ist. Die Auslösepegel V3 und V7 werden später noch
erläutert.
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Während der
nachfolgenden Periode "D'" oder "D" unmittelbar
nach dem vollständigen
Schließen
oder Öffnen
des Ventils 4 erfolgt ein Zerhacken durch Impulsbreitenmodulation
(PWM), um einen durch die Spule 5 oder 6 fließenden Spulenstrom
als speziellen Spulenhaltestrom zu steuern.
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Die
Geschwindigkeit des Ankers 17 hängt davon ab, wie viel dieser
während
der Periode "A" oder "A'" beschleunigt
wird. Im allgemeinen wird die gesamte Treibersignal-Ein-/Aus-Zeitsteuerung
für die
Spule 5 oder 6 während der Perioden "A'" bis "D'" oder "A" bis "D" derart
festgelegt, daß diese
vorbestimmten Positionen entspricht, auf die das Ventil 4 angehoben
wird. Je höher
die Geschwindigkeit des Ankers 17 während der Periode "A" oder "A'", desto kürzer ist
jedoch die Periode "B" oder "B'" zum
Verzögern
des Ankers 17.
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Dies
bedeutet, daß das
Ventil 4 die Position für
das vollständige
Schließen
oder Öffnen
erreicht, ohne daß ausreichend
Zeit für
das Verlangsamen des Ankers vorhanden ist. Dies führt dazu,
daß die Stöße, die
beim vollständigen
Schließen
oder Öffnen des
Ventils 1 erzeugt werden, wie dies für die Periode "B" oder "B'" erläutert worden
ist, nicht abgeschwächt werden
können.
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Die
Geschwindigkeitssteuerung 30 gemäß der vorliegenden Erfindung
macht die Periode "B" oder "B'" relativ
zu den anderen Perioden länger, wenn
die Geschwindigkeit des Ankers 17 hoch ist, so daß genug
Zeit für
die Verlangsamung des Ankers zur Verfügung steht. Wenn dagegen die
Geschwindigkeit des Ankers 17 niedrig ist, macht die Steuerung 30 die
Periode "B" oder "B'" relativ
zu den anderen Perioden kürzer,
um eine unnötig
längere
Ankerverzögerungszeit
zu vermeiden.
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Auf
diese Weise wird eine stabile Verzögerung bzw. Verlangsamung des
Ankers 17 selbst bei variierender Geschwindigkeit des Ankers 17 erreicht, so
daß sich
die Stöße abschwächen lassen,
die beim vollständigen
Schließen
oder Öffnen
des Ventils 1 erzeugt werden, wie dies vorstehend erläutert worden ist.
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Die
Geschwindigkeitssteuerung 30 wird nun ausführlich beschrieben.
Wie in 3 gezeigt ist, weist
die Geschwindigkeitssteuerung 30 folgende Komponenten auf
die CPU 31; einen Digital-Analog-(D/A-)Wandler (D/A) 32;
eine Steuerung 33 für die
elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen; eine
Steuerung 34 für
die elektromagnetische Spule 5 für das Ventilöffnen; sowie
eine Steuerung 35 für
den Spulenhaltestrom.
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Die
CPU 31 berechnet die Öffnungs-/Schließzeiten
für die
Eintritts- und Austrittsventile für jeden Zylinder auf der Basis
von verschiedenen Daten, wie zum Beispiel der Motordrehzahl, dem Öffnungswinkel
der Beschleunigungsvorrichtung, dem Kurbelwinkelimpuls, der Kühlmitteltemperatur
usw. Die CPU 31 gibt dann Auslösepegeldaten an den D/A-Wandler 32 ab,
um die Perioden "A" bis "D" oder "A'" bis "D'" zu
bestimmen, wie dies in 4 gezeigt
ist.
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Ferner
gibt die CPU 31 Ventilhaltezeitdaten sowie ein Impulsbreitenmodulationssignal
bzw. PWM-Signal
an die Steuerung 35 für
den Spulenhaltestrom ab. Die Ventilhaltezeitdaten werden dazu verwendet,
eine Zeitdauer für
das vollständige Öffnen oder
Schließen
des Ventils zu bestimmen, bei der es sich in 4 um die Periode "D'" oder "D" für die
Spulenstromsteuerung handelt.
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Das
in 3 dargestellte Schaltbild
dient zum Steuern von einem Elektromagnetventil 1. Bei Anwendung
der vorliegenden Erfindung bei einem Motor ist jedoch eine Vielzahl
von Schaltungen vorhanden, und die Anzahl der D/A-Wandler 32 sowie der
Steuerungen 33, 34 und 35 entspricht
der Anzahl von Eintritts- sowie Austrittsventilen des Motors, bei dem
die Erfindung zur Anwendung kommt.
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Der
D/A-Wandler 32 ist mit Anschlüssen von insgesamt acht Kanälen CH1
bis CH8 versehen. Der D/A-Wandler 32 wandelt die von der
CPU 31 zugeführten
Auslösepegeldaten
in Analogsignale um und gibt analoge Spannungen auf Kanälen ab,
die von ebenfalls von der CPU 31 zugeführten D/A-Kanaldaten bezeichnet
werden.
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Die
Kanäle
CH1 bis CH4 werden jeweils zum Abgeben von analogen Spannungen (Auslösepegeln)
V1 bis V4 an die Steuerung 33 für die elektromagnetische Spule 6 zum
Ventilschließen
verwendet. Die Kanäle
CH5 bis CH8 werden jeweils zum Abgeben von analogen Spannungen V5
bis V8 (Auslösepegeln)
an die Steuerung 34 für
die elektromagnetische Spule 5 für das Ventilöffnen verwendet.
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Genauer
gesagt, es entsprechen die Kanäle CH1
und CH5 den Auslösepegeln
V1 bzw. V5. Wie in 4 gezeigt
ist, bestimmen die Pegel V1 und V5 den Zeitpunkt für das Einschalten
der Treibersignale für
die Spulen 6 bzw. 5 oder für das Ansteigen derselben zum
Starten der Perioden "A" bzw. "A'".
Die Kanäle
CH2 und CH6 entsprechen den Auslösepegeln V2
bzw. V6. Die Pegel V2 und V6 bestimmen den Zeitpunkt für das Ausschalten
dieser Treibersignale oder für
das Abfallen derselben zum Beenden der Perioden "A" bzw. "A'".
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Die
Kanäle
CH3 und CH7 entsprechen den Auslösepegeln
V3 bzw. V7. Die Pegel V3 und V7 bestimmen den Zeitpunkt für das Einschalten
dieser Treibersignale oder für
das erneute Ansteigen derselben zum Beenden der Perioden "B" bzw. "B'" oder zum Starten
der Perioden "C" bzw. "C'".
Ferner entsprechen die Kanäle
CH4 und CH8 den Auslösepegeln
V4 bzw. V8. Die Pegel V4 und V8 bestimmen den Zeitpunkt zum Starten
der Perioden "D" bzw. "D'".
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Die
Steuerung 33 für
die elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen ist
mit Komparatoren 40, 41, 42 und 43,
einem Zeitgeber 44, UND-Gliedern 45, 46 und 47 sowie
ODER-Gliedern 48 und 49 versehen.
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Eine
Ausgangsspannung des Hubsensors 10 wird dem Komparator 40 an
seinem nicht invertierenden Eingangsanschluß, dem Komparator 41 an seinem
invertierenden Eingangsanschluß,
dem Komparator 42 an seinem nicht invertierenden Eingangsanschluß und dem
Komparator 43 an seinem invertierenden Eingangsanschluß zugeführt. Ferner
werden diesen Komparatoren die analogen Spannungen (Auslösepegel)
V1 bis V4 von dem D/A-Wandler 32 auf den jeweiligen Kanälen CH1
bis CH4 zugeführt.
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Genauer
gesagt, es wird die Spannung V1 dem Komparator 40 an dessen
invertierendem Eingangsanschluß zugeführt, die
Spannung V2 wird dem Komparator 41 an dessen nicht invertierendem Eingangsanschluß zugeführt, die
Spannung V3 wird dem Komparator 42 an dessen invertierendem
Eingangsanschluß zugeführt, und
die Spannung V4 wird dem Komparator 43 an dessen nicht
invertierendem Eingangsanschluß zugeführt.
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Ausgangssignale
S1 und S2 der Komparatoren 40 bzw. 41 werden dem
UND-Glied 45 zugeführt. Ein
Ausgangssignal S4 des Komparators 42 wird dem Zeitgeber 44 zugeführt. Ein
Ausgangssignal S4' des
Zeitgebers 44 und ein Ausgangssignal S5 des Komparators 43 werden
dem UND-Glied 46 zugeführt.
Ausgangssignale S3 und S6 der UND-Glieder 45 bzw. 46 werden
dem ODER-Glied 48 zugeführt. Ein
Ausgangssignal S7 des ODER-Glieds 48 und ein Ausgangssignal
der Steuerung 35 für
den Spulenhaltestrom werden dem UND-Glied 47 zugeführt.
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Ein
Ausgangssignal S10 des UND-Glieds 47 und ein Ausgangssignal
S13 der Steuerung 35 werden dem ODER-Glied 49 zugeführt. Ein
Ausgangssignal S14 des ODER-Glieds 49 wird dann dem Treiber 36 zugeführt und
in eine Leistungsvorrichtung eingespeist, um die Spule 6 zum
Schließen
des Ventils anzusteuern.
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Die
Steuerung 34 für
die elektromagnetische Spule 5 für das Öffnen des Ventils ist mit Komparatoren 50, 51, 52 und 53,
einem Zeitgeber 54, UND-Gliedern 55, 56 und 57,
ODER-Gliedern 58 und 59 sowie mit einem Inverter 60 versehen.
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Die
Ausgangsspannung des Hubsensors 10 wird ferner dem Komparator 50 an
dessen invertierendem Eingangsanschluß, dem Komparator 51 an dessen
nicht invertierendem Eingangsanschluß, dem Komparator 52 an
dessen invertierendem Eingangsanschluß sowie dem Komparator 53 an
dessen nicht invertierendem Eingangsanschluß zugeführt. Ferner werden diesen Komparatoren
die analogen Spannungen (Auslösepegel)
V5 bis V8 von dem D/A-Wandler 32 auf den jeweiligen Kanälen CH5
bis CH8 zugeführt.
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Genauer
gesagt, es wird die Spannung V5 dem Komparator 50 an dessen
nicht invertierendem Eingangsanschluß zugeführt, die Spannung V6 wird dem
Komparator 51 an dessen invertierendem Eingangsanschluß zugeführt, die
Spannung V7 wird dem Komparator 52 an dessen nicht invertierendem Eingangsanschluß zugeführt, und
die Spannung V8 wird dem Komparator 53 an dessen nicht
invertierendem Eingangsanschluß zugeführt.
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Ausgangssignale
S15 und S16 der Komparatoren 50 bzw. 51 werden
dem UND-Glied 55 zugeführt.
Ein Ausgangssignal S18 des Komparators 52 wird dem Zeitgeber 54 zugeführt. Ein
Ausgangssignal S8 des Komparators 53 wird dem Inverter 60 zugeführt. Ein
Ausgangssignal S18' des
Zeitgebers 54 und ein Ausgangssignal S19 des Inverters 60 werden dem
UND-Glied 56 zugeführt.
Ausgangssignale S17 und S20 der UND-Glieder 55 bzw. 56 werden
dem ODER-Glied 58 zugeführt.
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Ein
Ausgangssignal S21 des ODER-Glieds 58 und ein Ausgangssignal
S22 der Steuerung 35 für den
Spulenhaltestrom werden dem UND-Glied 57 zugeführt. Ein
Ausgangssignal S23 des UND-Glieds 57 und
ein Ausgangssignal S25 der Steuerung 35 werden dem ODER-Glied 59 zugeführt. Ein
Ausgangssignal S26 des ODER-Glieds 59 wird dann dem Treiber 37 zugeführt und
in eine Leistungsvorrichtung eingespeist, um die Spule 5 zum Öffnen des Ventils
anzusteuern.
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Die
Steuerung 35 für
den Spulenhaltestrom ist mit einem D-Flipflop 61, Invertern 62 und 63,
einem monostabilen Zweikanal-Impulsgenerator 64 sowie UND-Gliedern 65 und 66 versehen.
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Der
Ausgang des D-Flipflops 61 und dessen invertiertes Signal
werden zum Umschalten der Logikausgänge zwischen einer Logikschaltung,
die aus den UND-Gliedern 45 und 46 und dem ODER-Glied 48 gebildet
ist, sowie einer weiteren Logikschaltung verwendet, die aus den
UND-Gliedern 55 und 56 und aus
dem ODER-Glied 58 gebildet ist.
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Die
Steuerung 35 empfängt
das von der CPU 31 zugeführte PWM-Signal und gibt das
Signal auf einer Seite der beiden Kanäle, die von einem Kanalausgangssignal
des monostabilen Zweikanal-Impulsgenerators 64 bestimmt
wird, für
eine Zeitdauer ab, die durch die ebenfalls von der CPU 31 zugeführten Ventilhaltezeitdaten
bezeichnet wird.
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Genauer
gesagt, es arbeitet das D-Flipflop 61 folgendermaßen: Wenn
ein CLR-Anschluß-Spannungspegel hoch
ist, wird ein Signal an dem D-Anschluß in dem Moment zu dem Q-Anschluß übertragen,
in dem ein von dem CK-Anschluß zugeführtes Signal
ansteigt. Andererseits wird ein Q-Anschluß-Spannungspegel niedrig, wenn
der CLR-Anschluß-Spannungspegel
niedrig ist. Der D-Anschluß wird
stets auf einen Versorgungsspannungspegel Vcc nach oben gezogen.
Das Ausgangssignal S8 des Komparator 53 der Steuerung 34 für die elektromagnetische
Spule 5 für
das Ventilöffnen
wird dem CK-Anschluß zugeführt.
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Das
Ausgangssignal S5 des Komparators 43 der Steuerung 33 für die elektromagnetische
Spule 6 für
das Ventilschließen
wird dem CLR-Anschluß zugeführt. Das
Ausgangssignal S9 an dem Q-Anschluß wird dem UND-Glied 47 der
Steuerung 33 zugeführt. Das
Signal S9 wird durch den Inverter 62 weiter invertiert,
und dessen Ausgangssignal S22 wird dem UND-Glied 57 der
Steuerung 34 zugeführt.
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Der
monostabile Zweikanal-Impulsgenerator 64 gibt in dem Moment,
in dem ein Kanalauslösesignal
ansteigt, ein Signal mit hohem Pegel ab, wobei das Signal in kontinuierlicher
Weise für
die Zeitdauer, die von den von der CPU 31 zugeführten Impulshaltezeitdaten
bezeichnet wird, auf einem durch das Kanalauslösesignal bezeichneten Kanal
abgegeben wird.
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Als
Auslösesignal
für den
Kanal CH1 wird das Signal verwendet, in das das Ausgangssignal S5 des
Komparators 43 der Steuerung 33 für die elektromagnetische
Spule 6 für
das Ventilschließen
durch den Inverter 63 invertiert wird. Als Auslösesignal
für den
Kanal CH2 wird das Signal verwendet, in das das Ausgangssignal S8
des Komparators 53 der Steuerung 34 für die elektromagnetische
Spule 5 für
das Ventilöffnen
invertiert wird.
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Ein
CH1-Ausgangssignal S11 des monostabilen Zweikanal-Impulsgenerators 64 und
das PWM-Signal S12
von der CPU 31 werden einem UND-Glied 65 zugeführt. Ein
Ausgangssignal S13 des UND-Glieds 65 wird dann dem ODER-Glied 49 der
Steuerung 33 für
die elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen zugeführt. Andererseits
werden ein CH2-Ausgangssignal S24 des monostabilen Impulsgenerators 64 und
das PWM-Signal 12 einem UND-Glied 66 zugeführt. Ein
Ausgangssignal S25 des UND-Glieds 66 wird dann dem ODER-Glied 59 der
Steuerung 34 für
die elektromagnetische Spule 5 für das Ventilöffnen zugeführt.
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Als
Nächstes
ist in 5 das Schaltbild
der Zeitgeber 44 und 54 der Steuerungen 33 bzw. 34 dargestellt.
Bei jedem Zeitgeber handelt es sich um einen analogen Zeitgeber,
der mit einem Integrator versehen ist, der aus einem Widerstand
R und einem Kondensator C, einem Komparator 70 und einem UND-Glied 71 gebildet
ist.
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Es
folgt eine Beschreibung für
den Zeitgeber 44 der Steuerung 33 für die elektromagnetische
Spule 6 für
das Ventilschließen.
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Dem
Integrator wird das Ausgangssignal S4 des Komparators 42 zugeführt. Das
Ausgangssignal des Integrators wird dem Komparator 70 an
dessen nicht invertierendem Eingangsanschluß zugeführt und mit einer Referenzspannung
verglichen, die einer vorgegebenen Zeitkonstante entspricht. Das
Signal S4 und das Ausgangssignal des Komparators 70 werden
dem UND-Glied 71 zugeführt,
und das Signal S4 wird von diesem als Zeitgeber-Ausgangssignal S4' abgegeben.
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Gleichermaßen wie
der vorstehend beschriebene Zeitgeber 44 arbeitet auch
der Zeitgeber 54 der Steuerung 34 für die elektromagnetische
Spule 5 für
das Ventilöffnen
folgendermaßen:
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Das
Ausgangssignal S18 des Komparators 52 wird dem Integrator
zugeführt.
Das Ausgangssignal des Integrators wird dem Komparator 70 an
dessen nicht invertierendem Eingangsanschluß zugeführt. Das Ausgangssignal wird
mit einer Referenzspannung verglichen, die einer vorgegebenen Zeitkonstante
entspricht. Das Signal S18 und das Ausgangssignal des Komparators 70 werden
dem UND-Glied 71 zugeführt,
und das Signal S18 wird von diesem als Zeitgeber-Ausgangssignal
S18' abgegeben.
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Das
UND-Glied 71 ist vorgesehen, um zu verhindern, daß das Signal
S4 oder S18 über
den Integrator an die nachfolgende Stufe in dem Moment, in dem das
Signal S4 oder S18 auf einen hohen Pegel wechselt, als gefährliches
Signal abgegeben wird.
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Die
analogen Spannungen (Auslösepegel) V1
bis V4, die den Komparatoren 40 bis 43 jeweils von
dem in 3 gezeigten D/A-Wandler 32 zugeführt werden,
sind festgelegt als V1 < V3 < V2 < V4 entsprechend
dem Ausgangspegel des Hubsensors 10, d. h. im Bereich von
0 bis zu dem maximalen Pegel, wobei dies einer Position entspricht,
in der das Ventil 4 für
vollständiges
Ventilöffnen
abgehoben ist, bzw. sich in einer vollständig geschlossenen Position befindet.
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Die
Ausgangssignale der Komparatoren 40 bis 43 werden
in Abhängigkeit
von Schwankungen in dem Ausgangssignal des Hubsensors 10 aufgrund einer
Bewegung des Ventils 4 in Schließrichtung invertiert. Wie bereits
erwähnt,
werden dem UND-Glied 47 das logische Ausgangssignal (S7)
der aus den UND-Gliedern 45 und 46 und dem ODER-Glied 48 gebildeten
Logikschaltung sowie das Signal S9 (Ausgangssignal des D-Flipflops
an dem Q-Anschluß) von
der Steuerung 35 für
den Spulenhaltestrom zugeführt.
Das Ausgangssignal des UND-Glieds 47 wird dann dem ODER-Glied 49 zugeführt.
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Die
analogen Spannungen (Auslösepegel) V5
bis V8, die den Komparatoren 50 bis 53 jeweils von
dem D/A-Wandler 32 zugeführt werden, sind festgelegt
als VS > V7 > V6 > V8 entsprechend dem Ausgangspegel
des Hubsensors 10, d. h. im Bereich von dem maximalen Pegel
bis Null, wobei dies einer für
ein vollständiges
Ventilschließen
abgehobenen Position des Ventils 4 bis zu einem vollständigen Ventilöffnen entspricht.
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Die
Ausgangssignale der Komparatoren 50 bis 53 werden
in Abhängigkeit
von Schwankungen in dem Ausgangssignal des Hubsensors 10 aufgrund einer
Bewegung des Ventils 4 in Öffnungsrichtung invertiert.
Wie bereits erwähnt
wurde, werden dem UND-Glied 57 das logische Ausgangssignal
(S21) der aus den UND-Gliedern 55 und 56 und dem ODER-Glied 58 gebildeten
Logikschaltung sowie das Signal S22 (das invertierte Signal aus
dem Signal S9 des Ausgangs des D-Flipflops an dem Q-Anschluß) von der
Steuerung 35 für
den Spulenhaltestrom zugeführt.
Das Ausgangssignal des UND-Glieds 57 wird dann dem ODER-Glied 59 zugeführt.
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Das
Ausgangssignal (S9) des D-Flipflops 61 an dem Q-Anschluß variiert
in Abhängigkeit
von dein Signal S5, das dem CLR-Anschluß von dem Komparator 43 der
Steuerung 33 für
die elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen zugeführt wird,
sowie auch von dem Signal S8, das dem CK-Anschluß von dem Komparator 53 der
Steuerung 34 für
die elektromagnetische Spule 5 für das Ventilöffnen zugeführt wird.
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Wie
in 6 gezeigt, ist das
Ausgangssignal S5 des Komparators 43 während einer Periode niedrig,
in der das dem Komparator 43 zugeführte Ausgangssignal des Hubsensors 10 größer ist
als der diesem ebenfalls zugeführte
Auslösepegel
V4. Dieses Vergleichsergebnis stellt sich nur dann ein, wenn das
Ventil 4 der vollständig
geschlossenen Ventilposition nahe kommt oder diese erreicht.
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Andererseits
ist das Ausgangssignal S8 des Komparators 53 während einer
Periode hoch, in der das dem Komparator 53 zugeführte Ausgangssignal des
Hubsensors 10 geringer ist als der diesem ebenfalls zugeführte Auslösepegel
V8. Dieses Vergleichsergebnis stellt sich nur dann ein, wenn das
Ventil 4 der vollständig
geöffneten
Ventilposition nahe kommt oder diese erreicht.
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Dies
führt dazu,
daß das
Ausgangssignal S9 des D-Flipflops 61 an dem Q-Anschluß während der Perioden
von dem Moment unmittelbar vor dem vollständigen Ventilschließen, durch
die gesamte vollständig
geschlossene Periode des Ventils sowie die allmähliche Ventilöffnungsperiode
bis zu dem Moment unmittelbar vor dem vollständigen Ventilöffnen niedrig
ist.
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Während des
Ventilschließvorgangs,
während
dessen das Signal S9 hoch ist, kann somit das logische Ausgangssignal
(S7) der aus den UND-Gliedern 45 und 46 und dem
ODER-Glied 48 gebildeten Logikschaltung von dem UND-Glied 47 als
Signal S10 abgegeben werden; andererseits ist eine Abgabe des logischen
Ausgangssignals (S21) der aus den UND-Gliedern 55 und 56 und
dem ODER-Glied 58 gebildeten Logikschaltung von dem UND-Glied 57 mit
Ausnahme während
der vollständig
geöffneten Periode
des Ventils unterbunden.
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Andererseits
wird während
des Ventilöffnungsvorgangs,
während
dessen das Signal S9 niedrig ist, eine Abgabe des logischen Ausgangssignals
(S7) der aus den UND-Gliedern 45 und 46 und dem
ODER-Glied 48 gebildeten Logikschaltung von dem UND-Glied 47 unterbunden;
andererseits kann das logische Ausgangssignal (S21) der aus den UND-Gliedern 55 und 56 und
dem ODER- Glied 58 gebildeten
Logikschaltung von dem UND-Glied 57 als Signal S23 mit
Ausnahme während
der vollständig
geschlossenen Periode des Ventils abgegeben werden.
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Die
Arbeitsweisen während
der vollständig geöffneten
Periode des Ventils, in der das Signal S9 hoch ist, und auch während der
vollständig
geschlossenen Periode des Ventils, in der das Signal S9 niedrig
ist, werden später
noch erläutert.
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Als
Nächstes
erfolgt eine Beschreibung in erster Linie für die Steuerung 33 für die elektromagnetische
Spule 6 für
das Ventilschließen.
Der Grund hierfür
besteht darin, daß die
Steuerung 33 und die Steuerung 34 für die elektromagnetische
Spule 5 für das
Ventilöffnen
nahezu in der gleichen Weise arbeiten.
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Es
sei angenommen, daß das
Elektromagnetventil 1 vollständig geöffnet ist und die durch die Ventilhaltezeitdaten
von der CPU 31 bezeichnete Zeitdauer verstrichen ist, um
die Periode zum Steuern des Spulenhaltestroms mittels des PWM-Signals zu
beenden.
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Die
elektromagnetische Spule 5 für das Ventilöffnen wird
dann deaktiviert, um das Ventil 4 aus der vollständig geöffneten
Ventilposition in Ventilschließpositionen
zu bewegen. Im Anfangszustand dieser Ventilbewegung, in der das
Ausgangssignal des Hubsensors 10 geringer ist als der Auslösepegel V1,
sind die Ausgangssignale S1 (Komparator 40), S2 (Komparator 41),
S4 (Komparator 42) und S5 (Komparator 43) auf
einem niedrigen, hohen, niedrigen bzw. hohen Pegel.
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Somit
sind das Ausgangssignal S3 des UND-Glieds 45, dem die Signale
S1 und S2 zugeführt
werden, und auch das Ausgangssignal S6 des UND-Glieds 46,
dem die Signale S4' (von
dem Zeitgeber 44) und S5 zugeführt werden, beide auf einem niedrigen
Pegel. Das Ausgangssignal S7 des ODER-Glieds 48, dem die Signale
S3 und S6 zugeführt
werden, weist einen niedrigen Pegel auf. Das Ausgangssignal S10
des UND-Glieds 47, dem das Signal S7 zugeführt wird,
weist ebenfalls einen niedrigen Pegel auf.
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Das
Signal S10 auf dem niedrigen Pegel und das Ausgangssignal S13 des
UND-Glieds 65 der Steuerung 35 für den Spulenhaltestrom
werden durch das ODER-Glied 49 einer ODER-Verknüpfung unterzogen,
um dadurch das Signal S14 an den Treiber 36 zum Ansteuern
der Spule 6 für
den Ventilschließvorgang
abzugeben. Das Signal S13 ist das Ausgangssignal des UND-Glieds 65,
dem das CH1-Ausgangssignal S11 des monostabilen Impulsgenerators 64 und
das PWM-Signal von der CPU 31 zugeführt werden.
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Das
Signal S13 befindet sich auf einem niedrigen Pegel bis unmittelbar
vor dem vollständigen Ventilschließen, da
das CH1-Ausgangssignal S11 zu einem hohen Pegel wird, wenn das Ausgangssignal des
Hubsensors 10 den Auslösepegel
V4 unmittelbar vor dem vollständigen
Ventilschließen übersteigt, und
bleibt für
die Zeitdauer, die von den Ventilhaltezeitdaten von der CPU 31 bezeichnet
sind, auf dem hohen Pegel.
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Das
Signal S14, das von dem ODER-Glied 49 dem Treiber 46 für die elektromagnetische
Spule 6 für
das Ventilschließen
zugeführt
wird, befindet sich auf einem niedrigen Pegel, wenn das Ausgangssignal
des Hubsensors 10 geringer ist als der Auslösepegel
V1 im Anfangszustand des Ventilschließvorgangs. Die Spule 6 wird
somit nicht aktiviert, d. h. beide Spulen 5 und 6 sind
deaktiviert, und das Ventil 4 wird aus der Position für das vollständige Ventilöffnen in
eine andere Position (in Richtung Ventilschließen) bewegt, in der die Kräfte der
Spulen 13 und 19 für das vollständige Ventilschließen bzw.
das vollständige Ventilöffnen miteinander
im Gleichgewicht stehen.
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Diese
Bewegung des Ventils 14 in Richtung Ventilschleßen macht
das Ausgangssignal des Hubsensors 10 größer als den Auslösepegel
V1, die beide dem Komparator 40 zugeführt werden. Das Ausgangssignal
S1 des Komparators 40 wechselt somit von einem niedrigen
Pegel auf den hohen Pegel. Zu diesem Zeitpunkt ist das Ausgangssignal
des Hubsensors 10 niedriger als der Auslösepegel
V2, die beide dem Komparator 41 zugeführt werden.
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Das
Ausgangssignal S2 des Komparators 41 befindet sich auf
dem hohen Pegel. Das Ausgangssignal S3 des UND-Glieds 45,
dem die Signale S1 und S2 auf dem hohen Pegel zugeführt werden,
befindet sich ebenfalls auf einem hohen Pegel. Ein Signal S7 mit
hohem Pegel wird dann von dem ODER-Glied 48 abgegeben und
dem UND-Glied 47 zugeführt.
Ferner wird dem UND-Glied 47 das Signal S9 von dem D-Flipflop 61 an
dem Q-Anschluß zugeführt.
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Wie
bereits beschrieben, bleibt das Signal S9 auf dem hohen Pegel unmittelbar
vor dem vollständigen
Ventilschließen,
wenn das Ausgangssignal des Hubsensors 10 den Auslösepegel
V4 von dem Komparator 43 übersteigt. Das Ausgangssignal
S10 des UND-Glieds 47 auf einem hohen Pegel wird dem ODER-Glied 49 zugeführt, das
dann ein Signal S14 mit hohem Pegel an den Treiber 36 für die elektromagnetische
Spule 6 für
das Ventilschließen
abgibt.
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Die
Spule 6 für
das Ventilschließen
wird dann aktiviert (Periode "A" in 4). Der Anker 17 wird beschleunigt
und in Richtung Ventilschließen
durch Anziehung von der Spule 6 bewegt. Diese Bewegung des
Ankers 17 in Richtung Ventilschließen macht das Ausgangssignal
des Hubsensors 10 größer als
den Auslösepegel
V3, die beide dem Komparator 42 zugeführt werden.
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Das
Ausgangssignal S4 des Komparators 42 geht von dem niedrigen
Pegel zu einem hohen Pegel, um den Zeitgeber 44 zu aktivieren.
Der Kondensator C des Zeitgebers 44 wird über den
Widerstand R mit dem Signal S4 mit hohem Pegel beaufschlagt, wie dies
in 5 gezeigt ist. Der
Zeitgeber 44 startet als analoger Zeitgeber.
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Das
Ausgangssignal des Komparators 17 bleibt auf einem niedrigen
Pegel, bis die diesem an dem nicht invertierenden Eingangsanschluß zugeführte Spannung
die Referenzspannung übersteigt, die
diesem an dem invertierenden Eingangsanschluß zugeführt wird. Das Ausgangssignal
S4' des UND-Glieds 71 oder
das dem ODER-Glied 48 über das
UND-Glied 46 als Signal S6 zugeführte Zeitgeber-Ausgangssignal
bleibt auf dem niedrigen Pegel.
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Das
Ausgangssignal der Steuerung 33 für die elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen bleibt
weiterhin auf dem hohen Pegel in dem Moment, in dem das Ausgangssignal
des Hubsensors 10 den Auslösepegel V3 übersteigt und der Zeitgeber 44 startet.
Der Anker 17 wird weiter in Richtung Ventilschließen bewegt.
Das Ausgangssignal S2 des Komparators 41 wird dann zu einem
niedrigen Pegel, wenn das Ausgangssignal des Hubsensors 10 den Auslösepegel
V2 übersteigt.
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Das
Signal S2 mit niedrigem Pegel erzwingt ein Wechseln des Ausgangssignals
S3 des UND-Glieds 45 auf einen niedrigen Pegel. Das Signal S4' mit niedrigem Pegel
erzwingt ebenfalls ein Wechseln des Ausgangssignals S6 des UND-Glieds 46 in einen
niedrigen Pegel. Das ODER-Glied 48 gibt somit ein Signal
S7 mit niedrigem Pegel an das UND-Glied 47 ab.
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Das
Signal S7 mit niedrigem Pegel wird dem ODER-Glied 49 zusammen
mit dem Signal S13 mit niedrigem Pegel von dem UND-Glied 65 der
Steuerung 35 für
den Spulenhaltestrom zugeführt.
Das Ausgangssignal S14 des ODER-Glieds 49 wird in einen
niedrigen Pegel umgewandelt, um die elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen zu deaktivieren.
Der Anker 17 wird somit während der Periode "B" verlangsamt, wie dies in 4 gezeigt ist.
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Die
Spule 6, die für
die Anker-Verzögerung deaktiviert
ist, wird wieder aktiviert, wenn der Zeitgeber 44 stoppt.
Nach dem Starten des Zeitgebers 44 wird der Kondensator
C der 5 allmählich ausreichend
aufgeladen, damit die Spannung an dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 70 die
Referenzspannung übersteigt,
die der vorgegebenen Zeitkonstante entspricht. Wenn eine für den Zeitgeber 44 vorgegebene
Zeitdauer TM (4) verstrichen
ist, gelangt das Ausgangssignal des Komparators 70 auf
einen hohen Pegel, um dadurch das Ausgangssignal S4' des UND-Glieds 71 auf
einen hohen Pegel zu bringen.
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Die
Zeitkonstante für
den Zeitgeber 44 wird in Erwartung von Ventilgeschwindigkeitsschwankungen
derart gesetzt, daß der
Zeitgeber 44 in einer Position stoppt, in die das Ventil 4 angehoben
ist, unmittelbar bevor es in die Position angehoben wird, in der das
Ventil 1 vollständig
geschlossen ist (oder für
den Zeitgeber 54 vollständig
geöffnet
ist), selbst wenn das Ventil 4 mit maximaler Geschwindigkeit
angehoben wird.
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Das
Zeitgeber-Ausgangssignal S4' mit
hohem Pegel erzwingt ein Umwechseln des Ausgangssignals S6 des UND-Glieds 46 auf
einen hohen Pegel. Das Signal S6 mit hohem Pegel wird dem ODER-Glied 48 zugeführt. Das
Ausgangssignal S7 wechselt auf einen hohen Pegel, selbst wenn das
andere Eingangssignal S3 zu dem ODER-Glied 48 auf dem niedrigen
Pegel ist.
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Das
Signal S7 mit hohem Pegel wird von dem ODER-Glied 48 abgegeben
und über
das UND-Glied 47 dem
ODER-Glied 49 zugeführt.
Das Signal S14 mit hohem Pegel wird wiederum von dem ODER-Glied 49 an
den Treiber 36 für
die elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen abgegeben,
um die Geschwindigkeit des Ankers 17 einzustellen (Periode "C" in 4).
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Wie
in 7 gezeigt, wird bei
einer hohen Ventilgeschwindigkeit, wie sie durch eine Kurve "a" dargestellt ist, die elektromagnetische
Spule 6 für
das Ventilschließen
früher
deaktiviert als für
eine niedrige Ventilgeschwindigkeit, wie diese durch eine Kurve "b" dargestellt ist. In einer Position,
in der das Ventil 4 angehoben ist und entsprechend dem
Auslösepegel
V3 ist eine Differenz in der Ventilgeschwindigkeit bei den Kurven "a" und "b" immer
noch gering, so daß eine Differenz
in dem Zeitpunkt zum erneuten Aktivieren der Spule 6 nach
dem Stoppen des Zeitgebers 44 an den Kurven ebenfalls gering
ist.
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Die
Zeitdauer für
die Deaktivierung der Spule 6 für die Verlangsamung des Ankers 17 ist
für hohe Geschwindigkeit
relativ lang, während
sie für
niedrige Ventilgeschwindigkeiten kurz ist. Das Gleiche gilt für den Zeitpunkt
zum vorübergehenden
Deaktivieren der elektromagnetischen Spule 5 für das Ventilöffnen.
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Somit
wird eine stabile Verzögerungszeit
für den
Anker 17 selbst bei einer variierenden Geschwindigkeit
des Ankers erzielt. Ferner kann eine Belastung der CPU 31 durch
einen Betrieb mit hoher Geschwindigkeit mit dem analogen Zeitgeber 44 vermindert
werden und auch ein Stoß beim
Aufsetzen des Ventils vermindert werden, wie dieser hervorgerufen
wird, wenn das Ventil 1 vollständig geschlossen wird, oder
der erzeugt wird, wenn der Anker 17 beim vollständigen Öffnen des
Ventils 1 auf das Joch 7 auftrifft.
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Wenn
der Ventilkopf 4a wiederum durch die Feder 13 für das Ventilschließen gegen
den Ventilsitz 12 gedrückt
wird und dort sitzt oder dieser Position nahe kommt, übersteigt
das Ausgangssignal des Hubsensors 10 den Auslösepegel
V4. Das Ausgangssignal S5 des Komparators 43 wird dann
von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel gesetzt, um dadurch
das Ausgangssignal S6 des UND-Glieds 46 auf einen niedrigen
Pegel zu bringen.
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Das
Ausgangssignal S7 des ODER-Glieds 48 wird ebenfalls in
einen niedrigen Pegel umgewandelt, um das Ausgangssignal S10 des
UND-Glieds 47 zum Wechseln auf den niedrigen Pegel zu veranlassen.
Das Signal S10 mit niedrigem Pegel wird dann dem ODER-Glied 49 zugeführt.
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Das
Signal S5 mit niedrigem Pegel wird ebenfalls dem D-Flipflop 61 an
dem CLR-Anschluß (des
Treibers 35 für
den Spulenhaltestrom) zugeführt und
wird weiter dem monostabilen Impulsgenerator 64 über den
Inverter 63 als CH1-Auslösesignal mit hohem Pegel zugeführt.
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Das
Ausgangssignal S9 an dem Q-Anschluß des D-Flipflops 61 wird
auf den niedrigen Pegel umgesetzt. Das Signal S9 mit niedrigem Pegel
wird dem UND-Glied 47 der Steuerung 33 für die elektromagnetische
Spule 6 für
das Ventilschließen
zugeführt, um
zu unterbinden, daß das
logische Ausgangssignal (S7) der aus den UND-Gliedern 45 und 46 und dem
ODER-Glied 48 der Steuerung 33 gebildeten Logikschaltung
von dem UND-Glied 47 als Signal S10 abgegeben wird.
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Andererseits
wird das Signal S9 mit niedrigem Pegel von dem Inverter 62 invertiert,
und anschliessend wird das Signal S9 mit hohem Pegel, d. h. das
Signal S22 mit hohem Pegel, dem UND-Glied 57 der Steuerung 34 für die elektromagnetische
Spule 5 für
das Ventilöffnen
zugeführt.
Das Signal S22 mit hohem Pegel ermöglicht es, daß das logische Ausgangssignal
(S21) der aus den UND-Gliedern 55 und 56 und dem
ODER-Glied 58 der Steuerung 34 gebildeten Logikschaltung
von dem UND-Glied 57 als Signal S23 für den nächsten Ventilöffnungsvorgang
abgegeben wird.
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Der
monostabile Impulsgenerator 64 gibt einen monostabilen
Impuls mit einer Breite, die den von der CPU 31 zugeführten Ventil
Haltedaten entspricht, in dem Moment ab, in dem das CH1-Auslösesignal
ansteigt. Der abgegebene monostabile Impuls wird dem UND-Glied 65 als
CH1-Ausgangssignal zugeführt.
Das CH1-Ausgangssignal ermöglicht
ein Zuführen
des PWM-Signals von der CPU 31 über das UND-Glied 65 zu
dem ODER-Glied 69 der Steuerung 33 für die elektromagnetische
Spule 6 für
das Ventilschließen.
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Das
PWM-Signal allein wird dann von dem ODER-Glied 49 der Steuerung 36 für die elektromagnetische
Spule 6 für
das Ventilschließen
zugeführt, um
weiterhin einen Spulenstrom durch die Spule 6 als spezifischen
Haltestrom fließen
zu lassen (Periode "D" in 4).
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Während die
Steuerung 33 für
die elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen in der
vorstehend beschriebenen Weise arbeitet, arbeitet die Steuerung 34 für die elektromagnetische
Spule 5 für das
Ventilöffnen
folgendermaßen:
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Während der
Periode, in der das Ausgangssignal des Hubsensors 10 größer ist
als der Auslösepegel
V5, befinden sich die Ausgangssignale S15, S18 und S8 der Komparatoren 50, 52 bzw. 53 alle
auf einem niedrigen Pegel, während
das Ausgangssignal S16 des Komparators 51 auf einem hohen Pegel
ist. Das Ausgangssignal S8 mit hohem Pegel des Komparators 53 wird
durch den Inverter 60 invertiert, und ein Signal S19 mit
niedrigem Pegel wird dem UND-Glied 56 zugeführt.
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Das
logische Ausgangssignal (S21) der aus den UND-Gliedern 55 und 56 und
dem ODER-Glied 58 gebildeten Logikschaltung befindet sich
auf einem niedrigen Pegel. Dieser logische Zustand ist der gleiche
wie der für
die Steuerung 33 für
die elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen im Anfangszustand
des Ventilschließvorgangs.
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Das
UND-Glied 57, dem das Signal S21 mit niedrigem Pegel von
dem ODER-Glied 58 zugeführt wird,
gibt somit ein Signal S23 mit niedrigem Pegel ab. Da das CH2-Ausgangssignal
von dem monostabilen Impulsgenerator 64 auf einem niedrigen
Pegel ist, gibt das UND-Glied 66 ein Signal S25 mit niedrigem
Pegel ab. Das ODER-Glied 59, dem die Signale S23 und S25
mit niedrigem Pegel zugeführt
werden, gibt ein Signal S26 mit niedrigem Pegel ab. Die elektromagnetische
Spule 5 für
das Ventilöffnen
bleibt somit durch den Treiber 37 deaktiviert.
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Wenn
eine Zeitdauer verstrichen ist, die durch die von der CPU 31 abgegebenen
Ventilhaltezeitdaten bestimmt ist, wird das CH1-Ausgangssignal von
dem monostabilen Impulsgenerator 64 in einen niedrigen
Pegel geändert.
Das CH1-Ausgangssignal mit niedrigem Pegel veranlaßt das Ausgangssignal
S13 des UND-Glieds 65 zu einem Wechseln in einen niedrigen
Pegel. Das Ausgangssignal S14 des ODER-Glieds 49 der Steuerung 33 für die elektromagnetische
Spule 6 für
das Ventilschließen
wird dann in den niedrigen Pegel umgesetzt. Die Spulenstromsteuerung
für die
Spule 6 in der vollständig
geschlossenen Ventilposition endet somit und schaltet um auf den
Ventilöffnungsvorgang.
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Der Öffnungsvorgang
beginnt, wenn das Ventil 4 von der vollständig geschlossenen
Ventilposition in Ventilöffnungsrichtung
bewegt wird, in der die Kräfte
der Federn 13 und 19 für das Ventilschließen bzw.
das Ventilöffnen
miteinander im Gleichgewicht stehen.
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Das
logische Ausgangssignal (S21) der aus den UND-Gliedern 55 und 56 und
dem ODER-Glied 58 gebildeten Logikschaltung variiert in
Abhängigkeit von
den Vergleichsergebnissen zwischen dem Ausgangssignal des Hubsensors 10 und
den Auslösepegeln
V5, V7, V6 und V8 (V5 > V7 > V6 > V8). Das ODER-Glied 58 erzeugt
Treiberimpulse mit den gleichen Wellenformen (4) wie denen für den bereits beschriebenen
Ventilschließvorgang.
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Als
Nächstes
wird eine Geschwindigkeitssteuerung 30A als zweites bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnalme auf 8 beschrieben.
Elemente in diesem Ausführungsbeispiel,
die mit Elementen des ersten Ausführungsbeispiels identisch sind
oder analog zu diesem sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet und werden nicht ausführlich
erläutert.
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Die
in 3 gezeigte Geschwindigkeitssteuerung 30 ist
mit analogen Zeitgebern 44 und 54 ausgestattet.
Dagegen ist die in 8 gezeigte
Geschwindigkeitssteuerung 30A mit einem digitalen Zeitgeber 31a ausgestattet,
der unter Verwendung interner Taktsignale in eine CPU 31A integriert
ist.
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Wie
in 8 gezeigt ist, werden
dem digitalen Zeitgeber 31a als Auslösesignale das Ausgangssignal
S4 des in einer Steuerung 33A für die elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen vorgesehenen
Komparators 42 sowie das Ausgangssignal S18 des in einer
Steuerung 34A für
die elektromagnetische Spule 5 für das Ventilöffnen vorgesehenen Komparators 52 zugeführt. Der
digitale Zeitgeber 31a gibt dann ein Zeitgeber-Ausgangssignal
S4' an das UND-Glied 46 der
Steuerung 33A ab und ein weiteres Zeitgeber-Ausgangssignal
S18' an das UND-Glied 56 der
Steuerung 34A ab.
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Die
Geschwindigkeitssteuerung 30A arbeitet in der gleichen
Weise wie die bereits beschriebene Geschwindigkeitssteuerung 30.
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Eine
Geschwindigkeitssteuerung 30B als drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 beschrieben.
Elemente in diesem Ausführungsbeispiel,
die mit Elementen des ersten Ausführungsbeispiels identisch sind
oder diesen entsprechen, sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet und werden nicht ausführlich
erläutert.
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Der
Unterschied zwischen dem ersten und dem dritten Ausführungsbeispiel
besteht in den Auslösezeiten
für die
Zeitgeber. Genauer gesagt, es ist die in 3 dargestellte Geschwindigkeitssteuerung 30 mit
den Komparatoren 42 und 52 zum Abgeben von Signalen
an die Zeitgeber 44 bzw. 54 versehen. Die Geschwindigkeitssteuerung 30B dagegen
ist nicht mit solchen Komparatoren ausgestattet. Statt dessen geben
die Komparatoren 40 und 50 die Ausgangssignale
S1 und S15 an Zeitgeber 44b bzw. 54b ab.
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Die
Arbeitsweise der Geschwindigkeitssteuerung 30B wird nun
lediglich für
einen Treiber 33B für die
elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen beschrieben.
Die Arbeitsweise für
einen Treiber 34B für
die elektromagnetische Spule 5 für das Ventilöffnen wird
nicht beschrieben, da es sich im Grunde um die gleiche handelt (mit
Ausnahme des Unterschieds hinsichtlich des Auslösezeitpunkts für die Zeitgeber),
wie die für
den in 3 dargestellten
und bereits beschriebenen Treiber 34.
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Wie
in den 9 und 10 gezeigt ist, wird dann,
wenn das Ausgangssignal des Hubsensors 10 den Auslösepegel
V1 im Anfangsstadium des Ventilschließvorgangs übersteigt, das Ausgangssignal
S1 des Komparators 40 von einem niedrigen Pegel in einen
hohen Pegel umgesetzt. Die elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen wird
dann zuerst in der gleichen Weise aktiviert, wie dies für das erste Ausführungsbeispiel
beschrieben worden ist. Gleichzeitig wird das Signal S1 mit hohem
Pegel dem Zeitgeber 44b zugeführt, der dann mit dem Zählen beginnt.
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Wenn
dann das Ausgangssignal des Hubsensors 10 den Auslösepegel
V2 übersteigt,
wird als nächstes
das Ausgangssignal S2 des Komparators 41 von einem hohen
Pegel in einen niedrigen Pegel umgesetzt. Die elektromagnetische
Spule 6 für
das Ventilschließen
wird dann ebenfalls in der gleichen Weise, wie dies für das erste
Ausführungsbeispiel beschrieben
worden ist, deaktiviert. Die Spule 6 wird wieder aktiviert,
wenn der Zeitgeber 44b stoppt, so daß ein Zeitgeber-Ausgangssignal
einen hohen Pegel erhält.
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Wie
in 10 gezeigt ist, wird
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
die elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen zuerst
in einer Position aktiviert, auf die das Ventil 4 angehoben
ist und die dem Auslösepegel
V1 entspricht, sowie in einer anderen Position deaktiviert, auf
die das Ventil 4 angehoben ist und die dem Auslösepegel
V2 entspricht.
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Der
Zeitgeber-Startzeitpunkt für
den Zeitgeber 44 des ersten Ausführungsbeispiels entspricht dein
Auslösepegel
V3 zwischen V1 und V2. Andererseits entspricht der Zeitgeber-Startzeitpunkt
für den Zeitgeber 44b des
dritten Ausführungsbeispiels
dem Auslösepegel
V1, an dem die elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen erstmals
aktiviert wird.
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Der
Zeitpunkt für
die erneute Aktivierung der Spule 6 ist unabhängig von
einer Geschwindigkeit des Ventils 4 nach Aktivierung der
Spule 6 nahezu konstant. Dieser Zeitpunkt wird nur durch
eine Geschwindigkeit beeinflußt,
bei der das Ventil 4 aus einer vollständig geöffneten Position in der Richtung bewegt
wird, in der die Kräfte
der Federn 13 und 19 für das Ventilschließen bzw.
Ventilöffnen
miteinander im Gleichgewicht stehen, während die elektromagnetischen
Spulen 5 und 6 für das Ventilöffnen bzw.
Ventilschließen
deaktiviert sind.
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Wenn
das Ventil 4 eine Position unmittelbar vor der vollständigen Ventilschließposition
erreicht und das Ausgangssignal des Hubsensors 10 den Auslösepegel
V4 übersteigt, ändert sich
das Ausgangssignal S5 des Komparators 43 von einem hohen
Pegel in einen niedrigen Pegel. Das Signal S5 mit niedrigem Pegel
wird durch den Inverter 63 invertiert und dem monostabilen
Impulsgenerator 64 als CH1-Auslösesignal zugeführt.
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Der
Impulsgenerator 64 erzeugt ein CH1-Ausgangssignal mit hohem
Pegel, und dies veranlaßt
ein Zuführen
des PWM-Signals von der CPU 31 zu dem Treiber 36 für die elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen, um
einen durch die Spule 6 fließenden Spulenstrom als speziellen
Haltestrom zu steuern.
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Die
Zeitdauern für
das Deaktivieren der elektromagnetischen Spulen 5 und 6 für das Ventilöffnen bzw.
Ventilschließen
sind für
eine hohe Ventilgeschwindigkeit relativ lang, während sie für eine niedrige Ventilgeschwindigkeit
relativ kurz sind, wie dies auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel
der Fall ist.
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Eine
stabile Ventilverzögerungszeit
läßt sich somit
selbst dann erzielen, wenn eine Geschwindigkeit des Ankers 17 variiert,
um auf diese Weise einen Stoß beim
Ventilaufsetzen abzuschwächen,
wie dieser beim vollständigen
Schließen
des Ventils 1 hervorgerufen wird oder der erzeugt wird,
wenn der Anker 17 beim vollständigen Öffnen des Ventils 1 auf das
Joch 7 aufschlägt.
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Ferner
sind bei dem dritten Ausführungsbeispiel
keinerlei Komparatoren, wie die in 3 gezeigten
Komparatoren 42 und 52, für die Zeitgeber-Auslösung erforderlich,
so daß sich
eine einfache Schaltungskonfiguration bei verminderten Kosten erzielen
läßt. Ferner
startet der Zeitgeber 44b oder 54b des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
dann, wenn die elektromagnetische Spule 6 oder 5 für das Ventilöffnen bzw.
Ventilschließen
aktiviert wird.
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Dieser
Zeitgeber-Startvorgang sorgt für
einen nahezu konstanten Zeitpunkt zum erneuten Aktivieren der Spule 5 oder 6 unabhängig von
der Ventilgeschwindigkeit nach dem Starten des Zeitgebers 44b oder 54b,
so daß sich
eine exakte Zeitkonstanten-Einstellung für die Zeitgeber erzielen läßt und dadurch
wiederum ein exakter Spulendeaktivierungszeitpunkt für eine bessere
Steuerbarkeit erzielt werden kann.
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Eine
Geschwindigkeitssteuerung 30C als viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. Elemente
bei diesem Ausführungsbeispiel,
die mit denen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels identisch sind
oder diesen entsprechen, sind ebenfalls mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet und werden nicht ausführlich
erläutert.
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Eine
Geschwindigkeitssteuerung 30C, wie sie in 12 gezeigt ist, ist mit dem digitalen
Zeitgeber 31a ausgestattet, der wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
unter Verwendung interner Taktsignale in die CPU 31A integriert
ist.
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Dieses
Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich jedoch von dem zweiten Ausführungsbeispiel darin, daß dem digitalen
Zeitgeber 31a als Auslösesignale
das Ausgangssignal S1 des Komparators 40, der in einer
Steuerung 33C für
die elektromagnetische Spule 6 für das Ventilschließen vorgesehen
ist, sowie das Ausgangssignal S15 des Komparators 50, der
in einer Steuerung 34C für die elektromagnetische Spule 5 für das Ventilöffnen vorgesehen
ist, zugeführt
werden. Der digitale Zeitgeber 31a gibt dann ein Zeitgeber-Ausgangssignal
S4' an das UND-Glied 46 der
Steuerung 33C sowie ein weiteres Zeitgeber-Ausgangssignal
S18' an das UND-Glied 56 der Steuerung 34C ab.
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Die
Geschwindigkeitssteuerung 30C arbeitet im Großen und
Ganzen in der gleichen Weise wie die Geschwindigkeitssteuerung 30B (drittes
Ausführungsbeispiel).
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Wie
vorstehend beschrieben, beginnt nach der Aktivierung einer elektromagnetischen
Spule für das
Ventilöffnen
oder Ventilschließen
eine Messung der Zeit in einem Moment, bevor das Ventil in eine Position
bewegt wird, in der die elektromagnetische Spule zum Verlangsamen
der Ventilgeschwindigkeit vorübergehend
deaktiviert wird. Die vorübergehend deaktivierte
elektromagnetische Spule wird dann wieder aktiviert, nachdem eine
vorbestimmte Zeitdauer ab dem ersten Moment verstrichen ist.
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Somit
wird eine stabile Verzögerung
bzw. Verlangsamung des Ventils (oder Ankers) selbst dann erzielt,
wenn die Geschwindigkeit variiert, um dadurch einen Stoß des Ventilaufsetzens
abzuschwächen,
wenn das Ventil vollständig
geschlossen wird, oder der dann erzeugt wird, wenn der Anker beim
vollständigen Öffnen des
Ventils auf das Joch trifft.
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Ferner
entspricht der Moment, in dem die Zeitmessung beginnt, einer Position
des Ventils, in der die elektromagnetische Spule anfangs aktiviert wird.
Ein Auslöseimpuls
wird somit von der elektromagnetischen Spulenaktivierung und dem
Zeitgeberstarten gemeinsam genutzt. Auf diese Weise wird eine einfache
Schaltungskonfiguration bei verminderten Kosten erzielt.
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Ferner
sorgt der analoge Zeitgeber für
einen Betrieb mit hoher Geschwindigkeit, so daß eine Belastung für die CPU
zum Festlegen der verschiedenen Zeitpunkte reduziert wird.
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Weiterhin
kann die CPU den Zeitpunkt zum Aktivieren oder Deaktivieren von
elektromagnetischen Spulen variieren, wenn sie einen digitalen Zeitgeber
beinhaltet, so daß eine
höhere
Zeitgebergenauigkeit erzielt wird.