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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Ventilantriebsvorrichtung,
die ein Einlass- oder Auslass-Tellerventil öffnet und schließt, und
ein Steuersystem hierfür
in einem Verbrennungsmotor.
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Ein Ventilantriebssystem in einem
gewöhnlichen
Motor umfasst hauptsächlich
eine Nockenwelle, einen Kipphebel (oder einen Stößel), eine Ventilfeder und
einen Federteller, und die Rotation der von einer Kurbelwelle angetriebenen
Nockenwelle wird über den
Kipphebel auf ein Tellerventil übertragen,
um die Öffnungs-/Schließbewegung
zu vollziehen.
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Die Ausgangsleistung und Kraftstoffeffizienz eines
Motors sind im allgemeinen von der Einlass- und Auslass-Effizienz
abhängig,
und je höher
diese sind, eine desto höhere
Motorleistung wird aufgrund des gut funktionierenden Gasaustauschs
in einem Zylinder erreicht.
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Ein Automotor verfügt jedoch über einen breiten
Rotationsbereich, weshalb es schwierig ist, die Motorleistung über den
gesamten Betriebsbereich zu verbessern. Wird die Hochgeschwindigkeitsleistung
gesteigert, geht die Leistung bei niedriger Geschwindigkeit zurück, und
wenn die Leistung bei niedriger Geschwindigkeit gesteigert wird,
geht die Hochgeschwindigkeitsleitung zurück.
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Zur Lösung des Problems gibt es die
Hochgeschwindigkeits-Ventileinstellung, bei der die Ventilhube der
Einlass- und Auslassventile größer werden, um
die Einlass-/Auslasseffizienz
bei größerem Überlappungsbereich
zu steigern, während
bei niedriger Geschwindigkeit, wenn die Verbrennung wahrscheinlich
instabil ist, eine Ventileinstellung mit kleinem Überlappungsbereich
mit kleineren Huben gegeben ist, die einen starken Wirbel bilden.
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Um diesen Anforderungen zu entsprechen, wird
zur Zeit ein Motor benützt,
der einen Ventilbetätigungsmechanismus
mit Niedrig- und Hochgeschwindigkeitsleistung aufweist, oder einen
variablen Ventileinsteil- und Hubmechanismus, der zwei Ventileinstellungen
und Hube für
niedrige und hohe Geschwindigkeiten aufweist.
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Der variable Ventileinstell- und
Hubmechanismus ist jedoch im wesentlichen gleich wie der mechanische
Ventilbetätigungsmechanismus,
der die oben genannte Nockenwelle als Antriebsquelle besitzt, und
es ist deshalb möglich,
Leistungsminderungsfaktoren zu entfernen, die ein solcher Ventilbetätigungsmechanismus
inhärent
aufweist, oder Leistungsminderungsfaktoren, die von mechanischem Verlust
und der Folgefähigkeit
eines Ventils nach einer Nocke verursacht werden.
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Die Ventileinstellung und der Hub
werden von der Phase und dem Profil eines Nockens bestimmt, und
es ist unmöglich,
diese über
den gesamten Arbeitsbereich des Motors zu variieren. Es gibt eigentlich
keine andere Wahl als die Festlegung von zwei Ventileinstellungen
und Huben für
eine niedrige und eine hohe Geschwindigkeit, wie oben erwähnt.
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Um das Problem zu lösen, wurde
vorgeschlagen, wie in der offengelegten Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 10-37726 und 10-141928 offenbart, eine elektromagnetische Ventilantriebsvorrichtung
zu schaffen, bei der ein Ventil anstelle eines mechanischen Ventilantriebssystems
mit einer Nockenwelle durch Magnetkraft geöffnet und geschlossen wird.
Doch in einer solchen elektromagnetischen Ventilantriebsvorrichtung
wird das Ventil nur durch die Anziehungskraft eines Elektromagneten
geöffnet und
geschlossen, wodurch sich die Dichtsitzstörung vergrößert und im Betrieb eine geringe
Ansprechfreudigkeit gegeben ist.
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Da des weiteren der Regelbereich
für die Ventileinstellung
und den Hub klein ist, lässt
sich eine optimale Ventileinstellung und Hub in Entsprechung zu
allen Arbeitsbedingungen eines Motors nur schwer erreichen, und
es wäre
unmöglich,
die Motorleistung über
den gesamten Arbeitsbereich hinweg zu verbessern.
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Im Ventil befindet sich ein beweglicher
Eisenkern bzw. ein Eisenstück,
so dass die träge
Masse während
des Öffnens
und Schließens
des Ventils erhöht
ist, wodurch die Ansprechbarkeit und Zuverlässigkeit bei der Steuerung
verringert wird.
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Um diese Nachteile in der beschriebenen elektromagnetischen
Ventilantriebsvorrichtung zu überwinden,
hat der Antragsteller eine elektrische Ventilantriebsvorrichtung
vorgeschlagen, bei der ein Ventil von einem elektromagnetischen
Steilantrieb mit der Bezeichnung Linearmotor angetrieben wird.
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Eine bewegliche Spule ist um einen
Ventilschaft gewickelt, und innerhalb oder außerhalb der beweglichen Spule
ist ein Magnet angebracht, so dass ein magnetischer Fluss in eine
Richtung im rechten Winkel zur Wickelung der beweglichen Spule generiert
werden kann. Wenn an die bewegliche Spule elektrischer Strom angelegt
wird, wird die Spule per axialer Kraft nach der Flemingschen Fingerregel
angetrieben.
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Die elektrische Ventilantriebsvorrichtung
bietet einen vorteilhaft großen
Regelbereich für
Ventileinstellung und Hub, aber es besteht das Problem, wie die
Ventileinstellung und der Hub unter optimalen Bedingungen in Entsprechung
zu allen Arbeitsbedingungen eines Motors gesteuert werden können.
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Um die elektrische Ventilantriebsvorrichtung je
nach Arbeitsbedingungen des Motors zu regeln, ist es des weiteren
unvermeidlich, Ventilstellungs-Detektionsmittel
bereit zu stellen, um die aktuelle Position des Ventils zu ermitteln.
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Es bestehen Schwierigkeiten bezüglich der Montageposition,
Erfassungspräzision
und Hitzebeständigkeit
eines solchen Mittels.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts der erwähnten Nachteile
der älteren
Technik ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Steuerung einer elektrischen Ventilantriebsvorrichtung zu schaffen,
bei dem die Ventileinstellung und der Hub in den Optimalbedingungen entsprechend
den Arbeitsbedingungen eines Motors gesteuert werden, wodurch die
Motorleistung über den
gesamten Arbeitsbereich verbessert wird.
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Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein Steuersystem einer elektrischen Ventilantriebsvorrichtung
in einem Verbrennungsmotor zu schaffen, um die Montageposition und
Erfassungsmethode des Mittels zur Erfassung der Ventilstellung in
den Optimalbedingungen einzustellen, um die Genauigkeit beim Erfassen
der aktuellen Stellung des Ventils zu erhöhen und die Haltbarkeit zu
verlängern.
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Um den oben genannten Nachteil der älteren Technik
zu überwinden,
wird nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zur Steuerung einer elektrischen Ventilantriebsvorrichtung geschaffen,
das eine bewegliche Spule auf einem Ventilschaft und einen an einem
stationären
Element befestigten Magneten aufweist, so dass ein Magnetfluss in
eine Richtung im rechten Winkel zu der Wicklung der beweglichen
Spule generiert werden kann, wobei das Verfahren folgende Schritte
umfasst:
Erfassen der Arbeitsbedingungen des Motors durch eine
Mehrzahl von Sensoren; Auswählen
der optimalen Ventileinstellung und des optimalen Ventilhubs in Entsprechung
zu den Arbeitsbedingungen aus vorher festgelegten Ventileinstellungs-
und Hubprofilen zur Generierung eines Signals für die optimale Ventilstellung;
Feststellen
der aktuellen Stellung des Ventils zur Generierung eines Signals
für die
aktuelle Ventilstellung;
Vergleichen des Signals für die aktuelle
Ventilstellung mit dem Signal für
die optimale Ventilstellung; und
Anlegen eines elektrischen
Signals an die sich bewegende Spule, um das Ventil auf und ab zu
bewegen, so dass es zwischen den beiden Signalen zu keiner Differenz
kommen kann.
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Folglich kann das Ventil geöffnet und
geschlossen werden durch Auswahl der optimalen Ventileinstellung
und des optimalen Hubs für
die Arbeitsbedingungen aus einer festgelegten Gruppe geeigneter
Profile, wodurch der Steuerbereich erweitert und die Leistung sowie
der Kraftstoffverbrauch über den
gesamten Betriebsbereich des Motors verbessert werden.
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Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Steuersystem einer elektrischen Ventilantriebsvorrichtung
geschaffen, die ein Tellerventil mit einem Ventilschaft in einem
Verbrennungsmotor bewegt, wobei die Vorrichtung mit einer am Ventilschaft
befestigten, sich bewegenden Spule und einem an einem stationären Element
befestigten Magnet versehen ist, so dass magnetischer Fluss in einer
Richtung im rechten Winkel zu der Wicklung der beweglichen Spule
generiert werden kann, wobei das Steuersystem folgende Elemente
umfasst:
eine Mehrzahl von Sensoren zum Erfassen der Arbeitsbedingung
eines Motors; Mittel zur Unterscheidung der Arbeitsbedingungen des
Motors auf Basis eines Ausgangssignals von den Sensoren;
einen
Speicher für
Ventileinstellungs- und Hubprofile, der die optimalen Ventileinstellungen
und Hube in Entsprechung zu den Arbeitsbedingungen des Motors enthält, um ein
Signal für
die optimale Ventilstellung zu generieren; Mittel zur Erfassung
der Ventilstellung, um die aktuelle Ventilstellung bezüglich eines
stationären
Elements zur Generierung eines Signals für die aktuelle Ventilstellung
zu erfassen; und
Mittel zum Vergleichen des Signals für die aktuelle Ventilstellung
mit dem Signal für
die optimale Ventilstellung, um elektrischen Strom an die bewegliche Spule
anzulegen, damit das Ventil auf und ab bewegt wird, so dass es zu
keiner Differenz zwischen den beiden Signalen kommen kann.
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Auf diese Weise kann die bewegliche
Spule in Entsprechung zu den gesamten Betriebsbedingungen des Motors
gesteuert werden, wodurch das Ventil zuverlässig geöffnet und geschlossen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die voranstehenden und andere Merkmale und
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die in den angehängten Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele
besser schließbar:
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1 ist
ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem nach der vorliegenden Erfindung
darstellt, und eine zentrale Querschnitt-Vorderansicht einer damit
gesteuerten elektrischen Ventilantriebsvorrichtung;
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2 ist
eine vergrößerte vertikale
Querschnittansicht, die die elektrische Ventilantriebsvorrichtung
und eine darum gewickelte bewegte Spule darstellt;
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3 ist
ein Diagramm, in dem ein Beispiel eines Steuerprofils von Ventileinstellung
und Hub dargestellt ist;
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4 ist
eine vergrößerte, vertikale
Querschnittansicht einer Variation von Mitteln zur Erfassung eines
Ventilwegs;
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5 ist
ein Ausführungsbeispiel
von Mitteln für
die optische Erfassung eines Ventilwegs; und
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6 ist
ein Diagramm, das den Hub zu einem Kurbelwinkel des Ventils darstellt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In 1 sind
eine elektrische Ventilantriebsvorrichtung "A" und ein dafür bestimmtes Steuersystem "B" dargestellt.
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Zunächst wird die Ventilantriebsvorrichtung "A" detailliert beschrieben.
In einer Ventilführung 2, bei
der es sich um einen Presssitz in einem Zylinderkopf handelt, ist
auf gleitbare Weise ein Ventilschaft 3a eines Einlass-
oder Auslass-Tellerventils 3 aus hitzebeständigem Stahl
eingeführt,
und ein Ventilteller 3b am unteren Ende ist mit einem Ventilsitz 4 verbunden,
der ein Presssitz im Öffnungs-Ende
einer Einlass- oder Auslassöffnung 1a ist,
um die Öffnung 1a abzudichten.
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Auf der oberen Seite des Zylinderkopfes 1 ist das
untere Ende einer koaxial mit dem Ventil 3 angeordneten
zylindrischen Einfassung 2 mit einer Schraube 6 befestigt,
und ein magnetisches Aufsatzelement 7 aus Stahl ist mittels
mehrerer Schrauben 6 im oberen Ende der Halterung 5 befestigt.
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Das Aufsatzelement 7 weist
eine mittlere, vertikale Luftzufuhrbohrung 8 und einen
ringförmigen Hohlraum 9 auf,
der konzentrisch mit dem Ventil 3 ist und sich an der Unterseite öffnet. An
der peripheren inneren Umlauffläche
des ringförmigen
Hohlraums 9 ist ein zylindrischer Dauermagnet 10,
der einen äußeren N-Pol
und einen inneren S-Pol (oder umgekehrt) aufweist, befestigt, um
eine bestimmte Lücke im
ringförmigen
Hohlraum 9 zu schaffen.
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Um einen Abschnitt mit kleinerem
Durchmesser am oberen Ende des Ventilschafts 3a des Tellerventils 3 in
der Halterung 5 ist eine Bodenplatte 11a einer
zylindrischen Halterung 11 der beweglichen Spule mittels
einer Mutter 12 befestigt, die mit einem männlichen
Gewinde am oberen Ende des Abschnitts 3c mit kleinerem
Durchmesser verbunden ist.
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Wie in 2 dargestellt,
ist eine bewegliche Spule 13 vom unteren Ende in axialer
Richtung um die äußere Umfangsfläche eines
dünneren
zylindrischen Kerns 11b der Halterung 11 gewickelt,
um eine gerade Zahl von Schichten zu bilden, wie etwa zwei Schichten
in diesem Ausführungsbeispiel.
Der Grund für
die gerade Zahl von Schichten liegt darin, dass der Anfang wie das
Ende der Spule 13 zu dem unteren Ende des Spulenkerns 11b gelangen,
um den Anschluss an ein Terminal wie unten beschrieben zu ermöglichen.
Der Spulenkern 11b und die bewegliche Spule 13 sind
mit einem kleinen Zwischenraum zwischen dem Dauermagneten 10 und
dem Aufsatzelement 7 in dem ringförmigen Hohlraum 9 untergebracht.
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Wie in 2 dargestellt,
ist die bewegliche Spule 13 mit einer Glas- oder Kohlenstofffaser 14 bedeckt
und dann mit wärmehärtbarem
Harz, wie etwa Epoxidharz, mit hoher Hitzebeständigkeit und mechanischer Beständigkeit
imprägniert,
so dass die auf diese Weise beschichtete Spule 13 gehärtet und einstöckig mit
dem Kern verbunden wird.
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Um die träge Masse während dem Öffnen und Schließen des
Ventils 3 zu verringern, kann die Halterung 11 vorzugsweise
aus Leichtmetall, wie etwa einer Al-Legierung, oder aus steifem
synthetischem Harz gemacht sein.
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Der Dauermagnet 10 und die
bewegliche Spule 13 konstituieren einen elektromagnetischen Stellantrieb
mit der Bezeichnung "Linearmotor". In einer Lücke, in
der der Kern 11b, um den die bewegliche Spule 13 gewickelt
ist, untergebracht ist, wird ein magnetsicher Fluss in einer Richtung
im rechten Winkel zur Wicklung der bewegliche Spule 13 generiert. Wenn
folglich der elektrische Strom an die bewegliche Spule 13 angelegt
wird, wird nach der Flemingschen Fingerregel eine Kraft erzeugt
und die Halterung 11 axial bewegt. Folglich kann durch
Regelung eines elektrischen Stroms, der durch die bewegliche Spule 13 fließt, das
Ventil 3 optional in vertikale Richtung bewegt werden.
Zwischen einer Unterlegscheibe 15 auf dem Zylinderkopf 1 und
einem harten Federaufnehmer 16, der auf der Unterseite
einer Bodenplatte 11a der Halterung 11 angebracht
ist, ist eine Druckfeder 17 vorgesehen, so dass das Ventil 3 immer
aufwärts
gezwungen wird. Das obere Ende der Druckfeder 17 wird durch
einen umlaufenden Vorsprung 11c der Bodenplatte 11a an
einer horizontalen Versetzung gehindert.
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Wenn kein elektrischer Strom angelegt
ist, hindert die Druckfeder 17 das Ventil 3 an
der Abwärtsbewegung
infolge des Eigengewichts des Ventils 3 und der Masse der
Halterung 11 und der um diese gewickelten beweglichen Spule 13,
um das Ventil 3 in geschlossener Stellung zu halten. Folglich
kann ihre Federkonstante kleiner sein als die einer Ventilfeder,
wie sie in einem Ventilbetätigungsmechanismus
eines normalen Motors verwendet wird.
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Am unteren Ende der Luftzuführungsbohrung 8 des
Aufsatzelements 7 ist eine Elektrode 18 zur Ermittlung
der Ventilstellung befestigt. In der Elektrode 18 ist ein
Sensorschaft oder Eisenkern 3d mit kleinerem Durchmesser,
der am oberen Ende des Ventilschafts 3a des Ventils 3 vorsteht,
ohne Kontakt zu der inneren Umlauffläche der Elektrode 18 untergebracht.
Die Elektrode 18 und der Sensorschaft 3d bilden
Ventilstellungs-Detektionsmittel per elektrostatischer Kapazität, mit denen
die relative Stellung des Aufsatzelements 7 und des Sensorschafts 3d festgestellt
wird, um den vertikalen Weg des Ventils 3 zu ermitteln.
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Wie in 2 dargestellt,
sind die Terminals 13a, 13a der bewegliche Spule 13 in
einem Führungsabschnitt 19 untergebracht,
der an der Außenumfangsfläche der Halterung 11 nach
unten vorspringt, und mit einem Paar Anschlussstiften 20 verbunden.
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Der Anschlussstift 20 ist
mit einem Anschlussstift 22 eines Eingangsterminals 21 verbunden,
das über
eine U-förmige,
flexible Metallleitung 23 aus Phosphorbronze an der Halterung 5 befestigt ist.
Die Metallleitung 23 ist wie rollend verformt zwischen
dem Führungsabschnitt 19 und
einem Führungsabschnitt 21a des
Eingangsterminals 21.
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In die Luftzuführungsbohrung 8 des
Aufsatzelements 7 wird durch ein Anschlusselement 24,
das in der Bohrung 8 fixiert ist, und ein damit verbundenes
Luftrohr 25 Kühldruckluft
zugeführt.
Die Druckluft, die in die Bohrung 8 fließt, strömt über eine
Lücke zwischen
dem Spulenkern 11b und dem Aufsatzelement 7 und
eine Lücke
zwischen der Außenumlauffläche der
bewegliche Spule 13 und dem Dauermagnet 10 in
die Halterung 5 und wird durch eine Mehrzahl von Löchern 26 der
Halterung 5 nach außen
abgegeben. Durch diese Luftströme
werden die Elektrode 18 und die bewegliche Spule 13 gekühlt, und
damit eine Überhitzung
verhindert.
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Druckluft kann von einer Luftpumpe
zugeführt
werden, die von einem Motor oder einem Lufttank betrieben wird.
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Als nächstes wird unter Bezugnahme
auf das Blockdiagramm in 1 das
Steuersystem "B" für die Ventilantriebsvorrichtung "A" beschrieben, und wie
die Steuerung durch "B" erfolgt.
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Die Arbeitsbedingung des Motors wird
durch eine Mehrzahl von Sensoren erfasst, einschließlich eines
Kurbelwinkelsensors 27, der am Motor oder Fahrzeug montiert
ist, und einschließlich
eines Sensors für
die Kurbelwinkelgrundstellung und eines Zylinderidentifizierungssensors,
eines Motordrehzahlsensors 28, eines Drosselwegsensors 29,
eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 30 und eines Beschleunigungs-/Verzögerungssensors 31 sowie
anderer (nicht dargestellter) Sensoren. Ein auf diese Weise gewonnenes
elektrisches Signal für
die optimale Ventilstellung wird in einen Abschnitt 33 zur
Unterscheidung der Arbeitsbedingungen in der CPU 32 eines
Mikrocomputers eingegeben.
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Wie in 3 dargestellt,
hat die CPU 32 einen Speicher 34 für Ventileinstellungs- und Hubprofile,
in dem vorhergehend optimale Ventileinstellungs- und Hubprofile
in Entsprechung zu einer Arbeitsbedingung des Motors zwischen (1)
und (n) in der Karte eingestellt und im ROM gespeichert werden,
und einen Abschnitt 35 für die Ventileinstellungs- und
Hubprofilauswahl zur Auswahl der optimalen Ventileinstellung und
des optimalen Hubs, wie sie auf der Grundlage des Abschnitts 33 zur
Unterscheidung der Arbeitsbedingungen aus dem Speicher 34 ermittelt wurden.
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Das aus dem Speicher 34 für Ventileinstellungs-
und Hubprofile ausgewählte
elektrische Signal für
die optimale Ventilstellung wird in einen Komparator 36 eingegeben,
um eine Optimalstellung des Ventils 3 anzuzeigen. Das aktuelle
elektrische Signal für die
Ventilstellung, das aus der Elektrode 18 ausgegeben wird,
wird durch einen Ventilstellungsdetektor 37 in ein elektrisches
Signal in Entsprechung zu einer exakten Ventilstellung gewandelt
und in den Komparator 36 eingegeben.
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Im Komparator 36 werden
das vom Speicher 34 für
Ventileinstellungs- und Hubprofile ausgegebene optimale Ventilstellungssignal
und das Signal für die
aktuelle Ventilstellung von der Elektrode 18 verglichen
und so berechnet, dass das Ventil 3 so betrieben wird,
dass keine Differenz zwischen den beiden Positionssignalen besteht.
Das heißt,
um die beiden Positionssignale aufeinander abzustimmen, werden die
Stärke
und Richtung eines elektrischen Stroms, der durch die bewegliche
Spule strömt,
mit Rückkopplung
durch den mit dem Eingangsanschluss 21 verbundenen Verstärker 38 geregelt,
und die bewegliche Spule 13 und die Halterung 11 werden
auf und ab bewegt, so dass das Ventil 3 mit optimaler Einstellung
und Hub angetrieben wird, wie sie aus dem Speicher 34 für Ventileinstellungs-
und Hubprofile ausgewählt
werden.
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Der Ventilstellungsdetektor 37 enthält Korrekturmittel
für die
vollständig
geschlossene Stellung, um die obere Limitstellung zu erfassen und
für eine Rücksetzung
zum Anzeigen der geschlossenen Stellung, jedes Mal wenn das Ventil
von der vollständig geschlossenen
Stellung des Ventils 3 zum exakten Hub geschlossen wird,
wodurch ein Fehler der aktuellen Stellung infolge Wärmeausdehnung
des Ventils 3 und ein Verschleiß auf einer Ventiloberfläche verhindert
werden.
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Vom Ventilstellungsdetektor 37 wird
eine vollständig
geschlossene Stellung des Ventils 3 an einer Stellung(a)
unmittelbar vor dem Öffnen
des Ventils 3 oder an der untersten Hubstellung(b)
während dem Öffnen und
nächsten Öffnen des
Ventils 3 ermittelt, wie in 6 dargestellt.
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Auch wenn das Ventil 3 zurückprellen
und unmittelbar nach dem Schließen
geöffnet
würde,
wird das Prellen beendet und das Ventil 3 an der Position(a)
unmittelbar vor dem Öffnen
vollständig
geschlossen, und auch wenn das Prellen fortgesetzt wird, wird das
Ventil 3 an der untersten Stellung(b) auf dem
Prellweg vollständig
geschlossen, wodurch alle Prelleffekte vermieden werden. Deshalb
können Ventilstellung
und Hub auf Basis der vollständig
geschlossenen Stellung des Ventils 3 exakt ermittelt werden.
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In einem Mehrzylindermotor ist das
Steuersystem "B" in jedem Einlass-
und Auslassventil jedes Zylinders vorgesehen, um das Einlass- oder
Auslassventil 3 getrennt anzutreiben.
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Wie oben erwähnt, bewegt die elektrische Ventilantriebsvorrichtung "A" der vorliegenden
Erfindung die am axialen Ende des Ventils 3 befestigte, bewegliche
Spule 13 in axialer Richtung, um das Ventil 3 anzutreiben,
wodurch die Notwendigkeit eines schweren Eisenkerns auf dem bewegten
Ventil 3 entfällt,
wie bei einer konventionellen Ventilantriebsvorrichtung, für die die
Anziehungskraft eines Elektromagneten verwendet wird. Folglich ist
die träge Masse
während
dem Öffnen
und Schließen
des Ventils verringert, um die Dichtsitzstörung des Ventils zu verringern
und die Ansprechbarkeit und Zuverlässigkeit zu erhöhen.
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Durch die Regelung von Stärke und
Richtung des elektrischen Stroms in der bewegliche Spule 13 können Ventilstellung
und Hub optional geregelt werden, wodurch sich der Regelbereich
im Vergleich mit einer herkömmlichen
elektromagnetischen Vorrichtung erheblich erweitert.
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Die elektrische Ventilantriebsvorrichtung "A" enthält eine
Druckfeder 17, die das Ventil stets in eine geschlossene
Stellung zwingt und damit einen Kontakt des Ventils 3 mit
dem Kolben verhindert, wenn infolge einer Trägheitsrotation nach einem Anhalten des
Motors per Ausschalter oder nach einem Stromausfall kein elektrischer
Strom an der beweglichen Spule 13 anliegt.
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Die Luftzufuhrbohrung 8 ist
in der Mitte des Aufsatzelements 7 gebildet, und die in
die Bohrung 8 eingeführte
Druckluft wird über
die Löcher 26 der
Halterung 5 durch eine Lücke zwischen dem Dauermagneten 10 und
der beweglichen Spule 13 nach außen abgeführt, so dass die bewegliche
Spule 13 direkt von Luft gekühlt und damit ein Temperaturanstieg verhindert
wird.
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Die bewegliche Spule 13 umfasst
eine gerade Anzahl von Schichten, so dass der Anfang wie das Ende
der Spule 13 am selben Ort platziert sind, um den Anschluss
an einen Anschlussstift 20 oder den Eingangsanschluss 21 zu
ermöglichen.
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Die bewegliche Spule 13 ist
mit einer Glas- oder Kohlenstofffaser 14 bedeckt und dann
mit härtbarem
Epoxidharz imprägniert,
wodurch nicht nur die Hitzebeständigkeit
erhöht
wird, sondern auch die Zug-, Biege- und Vibrationsfestigkeit gesteigert
werden.
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Der Anschlussstift 20 der
bewegliche Spule 13 ist über eine flexible, elastische
Metallleitung 23 mit einem Anschlussstift 22 des
Eingangsterminals 21 verbunden, so dass eine rollende Verformung
entsteht, wenn die Halterung 11 sich auf und ab bewegt, wodurch
eine Unterbrechung des elektrischen Stroms zur beweglichen Spule 13 infolge
eines Bruchs der Metallleitung 23 verhindert wird.
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Die Ventilantriebsvorrichtung "A" wird vom Steuersystem "B" in den vorangehenden
Ausführungsbeispielen
so gesteuert, dass das Ventil 3 mit optimalen Ventilstellungs-
und Hubprofilen geöffnet und
geschlossen wird, wie sie vorangehend unter Berücksichtung aller Arbeitsbedingungen
des Motors eingestellt wurden, wodurch sich der Regelbereich beträchtlich
erweitert und die Ausgangsleistung, die Kraftstoffeffizienz und
die Abgasleistung über
den gesamten Motorbereich zunehmen.
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Wie in 3 dargestellt,
ist das Hubprofil während
dem Schließen
des Ventils 3 auf eine sanfte Neigung eingestellt, wodurch
Dichtsitzstörungen
infolge eines Puffereffekts beim Einsetzen des Ventils 3 verringert
werden.
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Das Einlassventil 3 selbst
kann die Einlassmenge eines Mischgases regeln und damit eine Drosselklappe
entbehrlich machen.
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Die Steuerung des Hubs des Auslassventils 3 auf
ein Minimum während
der Verzögerung
erhöht die
Bremseffizienz einer Motorbremse.
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In der elektrischen Ventilantriebsvorrichtung "A" kann der Dauermagnet 10 in
der bewegliche Spule 13 vorgesehen sein.
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Nachdem ein Schlüsselschalter des Motors ausgeschaltet
hat, kann eine Reserve-Energiequelle vorhanden
sein, um die Spule 13 in Schließrichtung des Ventils 3 zu
bewegen.
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Die Druckfeder 17 kann im
Fall eines Boxermotors weggelassen werden.
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Im vorangehenden Ausführungsbeispiel
wird ein elektrostatischer Kapazitäts-Sensor, der die Elektrode 18 und
den Sensorschaft 3d umfasst, als Mittel zur Erfassung der
Ventilstellung verwendet, das keinen magnetischen Effekten unterliegt,
es kann aber auch ein Wirbelstromsensor verwendet werden.
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In dem Ausführungsbeispiel wird der Weg des
axialen Endes des Ventils 3 erfasst, doch ist, wie in 4 dargestellt, ein Detektions-Metallstück 39 an der
Unterseite der Halterung 11 befestigt, und der vertikale
Weg kann mit einem Magnetsensor 40 erfasst werden, um den
Weg des Ventils 3 indirekt zu bestimmen.
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Anstelle der voranstehend beschriebenen Detektionsmittel
kann – wie
in 5 dargestellt – der Weg des Ventils 3 mit
einem optischen Sensor erfasst werden, der einen lichtemittierenden
Teil 41, wie etwa einen Laser, und einen lichtempfangenden
Teil 42 aufweist. Eine Ultraschallwelle kann zu dem axialen
Ende übertragen
werden, um den Weg des Ventils 3 direkt zu erfassen (nicht
dargestellt).
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Anstelle des Dauermagneten 10,
der einen elektromagnetischen Steilantrieb bildet, kann ein Elektromagnet
verwendet werden.
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Die Luftzufuhrbohrung 8 zum
Kühlen
der beweglichen Spule 13 wird nicht in der Mitte des Aufsatzelements 7 gebildet,
sondern statt dessen kann eine Mehrzahl von Luftzufuhrbohrungen
im Aufsatzelement 7 oberhalb der beweglichen Spule 13 gebildet sein,
oder eine Luftzufuhr- oder Abgabebohrung kann in der Halterung zur
Ableitung der Wärme
der Halterung 5 gebildet sein.
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Die voranstehende Beschreibung betrifft
nur Ausführungsbeispiele
der Erfindung. Fachpersonen können
unterschiedliche Modifikationen und Änderungen vornehmen, ohne vom
Geltungsbereich der Patentansprüche
abzuweichen.