JP6846932B2 - Linear valve actuator system and how to control valve operation - Google Patents
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Description
関連出願の相互参照
本出願は、2011年11月7日に出願された米国特許出願第13/290,353号明細書の一部継続出願であり、その全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
Cross-reference to related applications This application is a partial continuation of US Patent Application No. 13 / 290,353 filed on November 7, 2011, which is incorporated herein by reference in its entirety. Is done.
本発明は、一般に弁駆動システムに関し、より詳細には、内燃機関及び他の用途向けのリニアモータ駆動弁機構、及びその制御システムに関する。 The present invention relates generally to valve drive systems, and more particularly to linear motor drive valve mechanisms for internal combustion engines and other applications, and control systems thereof.
化石燃料により、現代の内燃機関(ICE)の多くが現在給電されている。しかし石油及び他の資源に由来する炭化水素燃料は希少資源であり、自動車でこのような燃料を大量に使用することは、燃焼の副産物による望ましくない気候変動につながると多くの人に信じられている。したがって、現代の内燃機関の効率を上げるようにという非常に強い圧力が存在する。効率を上げることに対する要求は、燃料消費及びCO2排出に関する政府割り当て、命令、及び税金によっても高まっている。そしてこの要求は、自動車の安全性を高めるという要求の高まりと同時に起こっている。安全性を高めると、重量が増え、効率が損なわれることが多い。 Many modern internal combustion engines (ICEs) are currently powered by fossil fuels. However, hydrocarbon fuels derived from petroleum and other resources are scarce resources, and many believe that the use of large amounts of such fuels in automobiles leads to unwanted climate change due to combustion by-products. There is. Therefore, there is a very strong pressure to increase the efficiency of modern internal combustion engines. The demand for efficiency is also heightened by government allocations, orders, and taxes on fuel consumption and CO 2 emissions. And this demand is occurring at the same time as the demand for increasing the safety of automobiles. Increasing safety often increases weight and impairs efficiency.
ICEの効率を高めるために用いられる現在の工程は、コスト及び複雑性をかなり増加させる一方で、信頼性、パワー、及びドライバビリティを減少させてしまう恐れがある。例えば、ICEの動作サイクル中、吸気弁及び/又は排気弁の動作に対する調整性を高めるために、多数の試みがなされている。 Current processes used to increase the efficiency of ICE can significantly increase cost and complexity while reducing reliability, power, and drivability. For example, numerous attempts have been made to improve the controllability of the intake and / or exhaust valves for operation during the ICE operation cycle.
従来から、ICEの(ポペット弁とも呼ばれる)吸気弁及び排気弁は、半分のエンジン速度でICEのクランクシャフトにより機械的に動かされる、1つ以上のカムシャフトによって駆動されており、これにより、ICEの回転と同調し、互いに固定された相で弁を動作させる。ポペット弁を回転弁に置き換え、クランクシャフトによりまた、弁を機械的に駆動し、弁の動作をICEのクランクシャフトの回転と厳格に連動させることも知られている。 Traditionally, ICE intake and exhaust valves (also called poppet valves) have been driven by one or more camshafts that are mechanically driven by the ICE crankshaft at half the engine speed, thereby ICE. Synchronize with the rotation of the valve and operate the valves in phases fixed to each other. It is also known that the poppet valve is replaced with a rotary valve, the crankshaft also mechanically drives the valve, and the operation of the valve is strictly linked to the rotation of the crankshaft of the ICE.
カムシャフト外形が、弁の開/閉運動のタイミングを定める。カムシャフトの設計は、所与のカムシャフトの外形が、(毎分回転数(RPM)で測定される)クランクシャフト速度の非常に狭い範囲についてしか最適化できないため、釣り合いをとることである。したがって広範囲の速度で、容易に開始しかつ動作させやすくするためには、妥協がなされなければならない。そしてこれらの妥協により、ICEの全体的な効率が下がり、かなりの複雑性が必要になる。 The outer shape of the camshaft determines the timing of valve opening / closing motion. The camshaft design is balanced because the outer shape of a given camshaft can only be optimized for a very narrow range of crankshaft speeds (measured at revolutions per minute (RPM)). Therefore, compromises must be made to make it easy to get started and operate at a wide range of speeds. And these compromises reduce the overall efficiency of the ICE and require considerable complexity.
その上、機械的カムシャフトでは、弁の動き(リフト)、及び弁が開く時間(持続時間の程度)が固定されている。弁の開時間及び閉時間はまた、機械的駆動システム及びカムシャフトの外形により、厳格に固定されている。さらなるカムシャフト及び弁を追加することにより、1つのカムシャフト/弁システムを低速用に最適化し、他のカムシャフト/弁システムを高速用に最適化することが可能になるが、このことに関しては、容易な開始及び広範囲の動作速度を可能にするために、依然として妥協がなされなければならない。 Moreover, in the mechanical camshaft, the movement of the valve (lift) and the opening time (degree of duration) of the valve are fixed. The valve opening and closing times are also tightly fixed by the mechanical drive system and the outer shape of the camshaft. The addition of additional camshafts and valves allows one camshaft / valve system to be optimized for low speeds and another camshaft / valve system for high speeds. A compromise must still be made to allow an easy start and a wide range of operating speeds.
カムシャフト(単数及び複数)を、カムシャフトの駆動機構を油圧で双方向に回転させる等の様々な手段により、クランクシャフトの回転位置に対して、回転させながら速めるかつ/又は遅らせることができることがさらに知られている。このことは、カムの「フェージング」と呼ばれる。フェージングにより、様々な時間、温度、状況、負荷、及び高度で、ICEの動作が促進される。よく知られてもいるように、エンジンタイミングを調整するこの形態は、様々な方法で弁リフトを調整することにより、さらに向上する可能性がある。しかしながら、このようなシステムには、複雑性の高まりという欠点がある。例えば、多くの部品のすべてにおいて必要とされる製造精度が高くなり、このことにより、コスト及び故障箇所が増える。 The camshaft (s) can be accelerated and / or delayed with respect to the rotational position of the crankshaft by various means such as hydraulically rotating the camshaft drive mechanism in both directions. Further known. This is called cam "fading". Fading facilitates the operation of the ICE at various times, temperatures, conditions, loads, and altitudes. As is well known, this form of adjusting engine timing can be further improved by adjusting the valve lift in various ways. However, such systems have the drawback of increased complexity. For example, the manufacturing accuracy required for all of many parts is high, which increases costs and failure locations.
また、多くの部品を動作させるためには作動液の精密な粘度が必要とされるため、整備のコスト及び費用がさらに増加する。弁駆動システムには、動作用に必要とされる作動液のようなエンジンオイルを使用させることが望ましい。しかし、現在のAPI及びSAEの仕様を満たすオイルでさえ、これらの用途の要求を満たすためには、粘度が十分に精密でない可能性がある。このため、特殊な潤滑剤を使用することが必要となり、このことは、追加のオイルを入手して自身でオイル交換を実施する自動車運転者の能力を制限し、自動車整備のコストを増加させる。 In addition, the precise viscosity of the working fluid is required to operate many parts, which further increases maintenance costs and costs. It is desirable to have the valve drive system use engine oil, such as the hydraulic fluid required for operation. However, even oils that meet current API and SAE specifications may not be sufficiently precise in viscosity to meet the requirements of these applications. This requires the use of special lubricants, which limits the driver's ability to obtain additional oil and perform oil changes on their own, increasing the cost of vehicle maintenance.
上述のカムシャフトフェージング技術のさらなる問題は、弁のタイミング、弁の持続時間、及び弁のリフトが固定されていることである。これらのパラメータは、少ししか変更することができず、このような変更には、高価で複雑な技術が必要となる。 A further problem with the camshaft fading technique described above is that the valve timing, valve duration, and valve lift are fixed. These parameters can only be changed slightly, and such changes require expensive and complex techniques.
上述の技術の欠点を克服し、独立した弁の動作時間及び持続時間を達成するために、特定の試みがなされている。例えば、米国特許第4,009,695号明細書は、内燃機関用のプログラムされた弁システムを開示している。この特許は、クランクシャフト位置から独立して弁を動作させるための手段を教示しているが、弁の油圧動作に固有の問題を抱えている。詳細には、弁の動作は、制御不能に、開いた状態から閉じた状態に弁を循環させることを含む。このような動作は、弁が閉じる際に、弁及び弁座を著しく損傷する。また、油圧の動きによるストロークの長さ(即ち弁リフト)を、この機構では変えることができない。 Specific attempts have been made to overcome the shortcomings of the techniques described above and to achieve independent valve operating time and duration. For example, US Pat. No. 4,009,695 discloses a programmed valve system for an internal combustion engine. Although this patent teaches means for operating the valve independently of the crankshaft position, it has problems inherent in the hydraulic operation of the valve. In particular, the operation of the valve involves uncontrollably circulating the valve from an open state to a closed state. Such an action significantly damages the valve and valve seat as the valve closes. Further, the length of the stroke due to the movement of the hydraulic pressure (that is, the valve lift) cannot be changed by this mechanism.
米国特許第6,736,092号明細書は、エンジンの吸入弁及び/又は排気弁を可変に駆動するための電子的に制御された油圧システムを備える内燃機関を開示している。詳細には、この特許は、ICEのクランクシャフトに機械的に連動している標準的なカムシャフトではあるが、カムシャフトと弁との間に電子的に制御された油圧リフタがさらに配置されたカムシャフトの使用を教示している。リフタ内及びリフタの外で作動液を電子的に制御することにより、弁の開閉時間及び弁のリフトを、ある程度制御することができる。しかしながら、この構成は、機械的に連動したカムシャフトの動作に限定されるものであり、例えば、長時間最大リフトで、又はカムシャフトのスケジュールされた開時間とは異なる時間で開くように、弁に指令を出すことはできない。 U.S. Pat. No. 6,736,092 discloses an internal combustion engine with an electronically controlled hydraulic system for variably driving the intake and / or exhaust valves of an engine. In particular, the patent is a standard camshaft that is mechanically interlocked with the ICE crankshaft, but with an additional electronically controlled hydraulic lifter between the camshaft and the valve. Teaches the use of camshafts. By electronically controlling the hydraulic fluid inside and outside the lifter, the valve opening / closing time and valve lift can be controlled to some extent. However, this configuration is limited to the operation of the mechanically interlocked camshaft, eg, the valve to open at maximum lift for extended periods of time or at a time different from the scheduled opening time of the camshaft. Cannot issue a command to.
電気的手段によって加えられた油圧で弁を開閉させることにより、クランクシャフト位置から独立してICEの弁を動作させるための試みがなされている。電気的指令が、制御ユニットによって送信される。制御ユニットは、エンジン及び関連するシステムセンサから入力を受信する。しかしながら、このようなシステムには依然として、以下に説明されるような重大な欠点がある。 Attempts have been made to operate the ICE valve independently of the crankshaft position by opening and closing the valve with hydraulic pressure applied by electrical means. Electrical commands are transmitted by the control unit. The control unit receives input from the engine and associated system sensors. However, such systems still have significant drawbacks as described below.
米国特許第5,572,961号明細書は、電気油圧式カムなし弁機構における弁運動の平衡化について開示している。この特許は、ICE弁のための油圧弁による制御と、油圧作動式ICE弁を使用したICEの動作との最小化について教示している。高油圧が、弁を1つの方向に押すために使用され、一方で釣り合いばねと組み合わされた低油圧が、ICE弁の動きを和らげかつ停止させるために使用される。しかしながら、ICE弁、釣り合いばね、及び複数の油圧毎に複数の油圧弁を制御することは、システムをかなり複雑にしてしまう。また、このシステムでICEの弁リフトの変動を制御することは難しい。 U.S. Pat. No. 5,572,961 discloses equilibration of valve motion in an electro-hydraulic camless valve mechanism. This patent teaches the minimization of control by hydraulic valves for ICE valves and the operation of ICEs using hydraulically actuated ICE valves. High oil pressure is used to push the valve in one direction, while low oil pressure combined with a counterbore spring is used to soften and stop the movement of the ICE valve. However, controlling a plurality of hydraulic valves for each of the ICE valve, the balancing spring, and the plurality of hydraulics complicates the system considerably. Moreover, it is difficult to control the fluctuation of the valve lift of the ICE with this system.
米国特許第6,729,279号明細書は、燃焼機関の少なくとも1つのエンジン弁を制御する装置を開示している。この特許は、制御システムによって制御されるような、ICEの油圧作動式弁を教示している。上側チャンバがICE弁を閉じるために流体で満たされ、下側チャンバは弁を持ち上げるために満たされることが教示されている。ICE弁を動かすこの様式の1つの欠点は、作動液が制御する弁を、開いた状態又は閉じた状態にしかできないことである。この特許は、ICE弁が開いた状態から閉じた状態及びその逆に動く際、ICE弁の全体的な動き(リフト)及び運動速度を調整するために、「絞り」弁を油圧ラインに配置することができることを教示している。この特許は、複雑な手段を利用することにより、油圧作動式ICE弁を減衰させる必要性にも対処する。この複雑な手段とは、このような減衰を達成することを試みるためのものである。 U.S. Pat. No. 6,729,279 discloses a device that controls at least one engine valve of a combustion engine. This patent teaches ICE hydraulically actuated valves as controlled by a control system. It is taught that the upper chamber is filled with fluid to close the ICE valve and the lower chamber is filled to lift the valve. One drawback of this mode of moving the ICE valve is that the hydraulically controlled valve can only be opened or closed. This patent places a "throttle" valve in the hydraulic line to adjust the overall movement (lift) and speed of the ICE valve as it moves from open to closed and vice versa. It teaches that it can be done. The patent also addresses the need to dampen hydraulically actuated ICE valves by utilizing complex means. This complex means is to attempt to achieve such attenuation.
空気圧手段によりICE弁を動作させることが試みられている。また、このような構成により、ICEのクランクシャフト位置から独立して弁を駆動することができる。例えば、米国特許出願公開第2013/0098337号明細書は、いわゆる自由弁システムを開示している。このシステムは、電気的に動作する制御弁を通るように向けられた空気を使用し、ICE弁を押して開閉させる。このようなシステムの大きな欠点は、ICE弁が、開く際に制限停止部に衝突し、かつまた閉じる際に弁座に衝突することである。このような衝突は、かなり速く、弁に機械的損傷を引き起こす。 Attempts have been made to operate the ICE valve by pneumatic means. Further, with such a configuration, the valve can be driven independently of the crankshaft position of the ICE. For example, U.S. Patent Application Publication No. 2013/0998337 discloses a so-called free valve system. The system uses air directed through an electrically operated control valve to push the ICE valve open and close. A major drawback of such a system is that the ICE valve collides with the limiting stop when opening and also with the valve seat when closing. Such collisions are fairly fast and cause mechanical damage to the valve.
カムシャフトによって動作する弁の欠陥を解決するためのさらに別の試みは、電子的な燃料の注入と同様のコンピュータ制御を使用して、弁を電気的に動作させることである。現在まで、これらのすべては、弁を駆動するための何らかの形態のソレノイドを含み、かつ減衰手段も含む。ソレノイドは、ソレノイドが作用する装置を十分に開きかつ十分に閉じることによって動作する。ソレノイドを、変動可能な速度で動くように、即ち開/閉の際、速度が変動するように制御することはできない。ソレノイド動作システムにおいて、開放、停止、閉鎖、又は移動距離(リフト)の比率を変動させる唯一の方法は、外付けの機械装置を用いることである。このことは、システムの全体的な複雑性を増加させる。ソレノイドの構成及び欠点は、この例を参照して理解することができる。 Yet another attempt to resolve a defect in the valve operated by the camshaft is to operate the valve electrically using computer control similar to electronic fuel injection. To date, all of these include some form of solenoid for driving the valve, and also include damping means. The solenoid operates by fully opening and sufficiently closing the device on which the solenoid operates. The solenoid cannot be controlled to move at a variable speed, i.e., to fluctuate when opened / closed. In a solenoid operating system, the only way to vary the ratio of open, stop, close, or distance traveled (lift) is to use an external mechanical device. This increases the overall complexity of the system. The configuration and drawbacks of the solenoid can be understood with reference to this example.
米国特許第4,794,890号明細書は、例えば電磁弁アクチュエータを開示している。この特許は、ICEの弁を動かすために、双安定の電気機械変換器を使用することを教示している。この特許は、弁のいずれかの移行(開く又は閉じる)の終わりにおける、いくつかの形態での減衰の必要性を教示している。ダンパとしての機械的ばねと流体ショックアブソーバとの両方が、減衰手段として開示されている。この発明は、ICE弁の開放及び持続時間を制御するが、容易な開始、アイドリング、及び低速動作を促進するのに好ましい可変のリフトについては、何の設備も有さない。この発明によって提案される減衰技法はまた、複雑であり、信頼性の問題が持ち上がる。 U.S. Pat. No. 4,794,890 discloses, for example, solenoid valve actuators. This patent teaches the use of bistable electromechanical transducers to power the valves of the ICE. This patent teaches the need for some form of damping at the end of any transition (opening or closing) of the valve. Both mechanical springs as dampers and fluid shock absorbers are disclosed as damping means. The present invention controls the opening and duration of the ICE valve, but has no equipment for variable lifts that are preferred to facilitate easy start, idling, and slow operation. The damping technique proposed by the present invention is also complex and raises reliability issues.
米国特許第6,247,431号明細書は、内燃機関用の電磁弁駆動装置を開示している。この特許は、1つは弁を開くため、1つは弁を閉じるために、ICEの弁ステムに形成された2つのソレノイドを使用することを教示している。また、弁のばねが、通常は閉位置に弁を保持する。このばねは、弁の開放を最小限に和らげる役割を果たし、弁の閉鎖用の他の減衰手段又は緩衝手段は設けられていない。結果として、開示されたシステムの信頼性は疑わしい。また、弁のリフト調整を可変にするための設備は設けられていない。 U.S. Pat. No. 6,247,431 discloses a solenoid valve drive for an internal combustion engine. The patent teaches the use of two solenoids formed on the valve stem of an ICE, one to open the valve and one to close the valve. Also, the spring of the valve holds the valve in its normally closed position. This spring serves to minimize the opening of the valve and is not provided with any other damping or buffering means for closing the valve. As a result, the reliability of the disclosed system is questionable. In addition, there is no equipment for making the valve lift adjustment variable.
米国特許第7,225,770号明細書は、限定部間で駆動が本質的に減速する電磁アクチュエータを開示している。この特許は、さらに別の構成のソレノイドシステムと、ただしコイル、電機子、及び機械的ばねとも併せて、従来の弁駆動システムの欠点を解決しようとしている。コイル及び電機子の構成及び位置、ICEの弁位置感知の追加、及びコイルの電流の制御は、弁の破壊を防止する従来の試みに比べて進歩している。しかしながら、信頼性には懸念が残ったままであり、弁リフトを調整するための手段はまた、設けられていない。 U.S. Pat. No. 7,225,770 discloses an electromagnetic actuator whose drive is essentially decelerated between limitations. This patent seeks to solve the shortcomings of conventional valve drive systems, with yet another configuration of solenoid system, but with coils, armatures, and mechanical springs. The configuration and position of the coil and armature, the addition of valve position sensing in the ICE, and the control of the coil current are advances over conventional attempts to prevent valve failure. However, reliability remains a concern and no means are provided for adjusting the valve lift.
米国特許第5,983,847号明細書及び米国特許第6,293,303号明細書はそれぞれ、弁を駆動するために可動コイルを使用することを開示している。しかしながら、コイル及びコイルの重要な支持構造体、並びに取り付け金具が動くことにより、望ましくなく程大きなコイルの大きさと、強力な電気駆動システムとが必要となる。対応する質量、大きさ、過度の駆動力が必要となり、かつ駆動システムの複雑性は、このような構成を、現代のICE等の多くの用途のためには非実用的で、手が届かない程高価で、かつ信頼できないものにしてしまう。 U.S. Pat. Nos. 5,983,847 and U.S. Pat. No. 6,293,303 each disclose the use of a moving coil to drive a valve. However, the movement of the coil and the important support structure of the coil, as well as the mounting brackets, requires an undesirably large coil size and a powerful electrical drive system. Corresponding mass, size, excessive driving force is required, and the complexity of the drive system makes such a configuration impractical and inaccessible for many applications such as modern ICE. It makes it reasonably expensive and unreliable.
したがって、コスト、重量、及び複雑性を減少させる一方で、様々な弁駆動パラメータを独立して制御するICE用の弁駆動システム、方法、及び装置を提供する必要性が、依然として存在する。 Therefore, there is still a need to provide valve drive systems, methods, and devices for ICE that independently control various valve drive parameters while reducing cost, weight, and complexity.
本発明は、高度な正確さ及び速度で弁の動きを可変に制御するために、固定コイル及び平行移動する弁ステムを備えたリニアモータを使用して弁を駆動する装置、方法、及びシステムを提供することにより、上述の特定の欠陥に対処する。弁の速度と位置との両方は、必要に応じて、ストロークからストロークにかけて、及び単一のストローク中、絶えず変動し得る。装置及びシステムは、比較的小型の容器で実現され得る。その上、弁の動きは、電子弁制御装置(EVC)コンピュータによって制御され得る。複数のセンサが、コンピュータにフィードバックを提供し、コンピュータは、センサ入力と、コンピュータの非推移的なメモリにプログラムされた論理とに基づき、弁を駆動する。 The present invention provides devices, methods, and systems that drive a valve using a linear motor with a fixed coil and a translated valve stem to variably control valve movement with a high degree of accuracy and speed. By providing, the specific deficiencies mentioned above are addressed. Both the speed and position of the valve can fluctuate constantly from stroke to stroke and during a single stroke, as needed. The device and system can be realized in a relatively small container. Moreover, the movement of the valve can be controlled by a solenoid valve controller (EVC) computer. Multiple sensors provide feedback to the computer, which drives the valves based on the sensor inputs and the logic programmed into the computer's non-transitive memory.
本発明の一実施形態によるシステムは、強磁性のステムを有する弁を駆動するための固定コイルリニアモータを備える。リニアモータは、コンピュータによって管理された制御に応じて、弁を動かす。弁は、十分に開いた状態と十分に閉じた状態との間における位置の変形形態のすべてを含めて、選択可能な距離(「リフト」)に関する加速度と速度との両方における選択可能な比率で、閉位置と第2の選択可能な開位置との間で動くことができる。弁位置、速度、及び加速度は、弁のストローク中、及び1つのストロークから次のストロークにかけて変動し得る。 A system according to an embodiment of the present invention comprises a fixed coil linear motor for driving a valve having a ferromagnetic stem. The linear motor moves the valve according to the control controlled by the computer. The valve is at a selectable ratio in both acceleration and velocity with respect to a selectable distance (“lift”), including all deformations of position between fully open and fully closed. , Can move between the closed position and the second selectable open position. Valve position, velocity, and acceleration can vary during the valve stroke and from one stroke to the next.
以上の概要は、本発明の範囲を限定すること、又は本発明の実施形態、態様、実施態様、特徴、もしくは利点のそれぞれを説明することを意図するものではない。本発明に関する詳細な技術及び好ましい実施形態は、以下の段落で、添付の図面を用いて、当業者がクレームされた本発明の特徴をよく理解するように説明される。以上に述べられた特徴、及び以下に解説される特徴は、特定の組み合わせでのみではなく、他の組み合わせ及び用途で、又は単独で、本発明の範囲から逸脱することなく使用され得ることが理解される。 The above overview is not intended to limit the scope of the invention or to explain each of the embodiments, embodiments, embodiments, features, or advantages of the invention. Detailed techniques and preferred embodiments relating to the present invention will be described in the following paragraphs with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art will better understand the claimed features of the present invention. It is understood that the features described above, and the features described below, may be used not only in a particular combination, but also in other combinations and applications, or alone, without departing from the scope of the invention. Will be done.
本発明は、様々な修正形態及び代替形態に従うものであるが、その詳細は、例として図面に示され、詳細に説明される。しかしながら、説明される特定の例示的な実施形態に本発明を限定することを意図するものではないことを理解されたい。反対に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲内にある、すべての修正形態、均等形態、及び代替形態に及ぶ。 The present invention follows various modified and alternative forms, the details of which are illustrated and described in detail by way of example. However, it should be understood that it is not intended to limit the invention to the particular exemplary embodiments described. On the contrary, the present invention extends to all modified, equal and alternative forms within the scope of the invention as defined by the appended claims.
以下の記載では、本発明は、様々な例示的な実施形態を参照して説明される。ただし、これらの実施形態は、本発明を、本明細書に説明されるいかなる特定の例、環境、用途、又は特定の実施態様に限定することを意図するものではない。したがって、これらの例示的な実施形態の説明は、本発明を限定するためというよりむしろ、単に説明のために提供される。本発明のリニアモータ弁駆動組立体及びシステムは、いかなるピストンタイプの弁も動作させるように構成され得る。例えば、このような弁システムは、プロセスフロー制御用及び医療用、容器の自動流体充填並びに血液ポンピング等に用いることができる。別の特に有効な用途は、オットーサイクルエンジン及びディーゼルサイクルエンジン並びにこれらの変形形態(例えばミラーサイクル)を含む内燃機関(ICS)用の弁の駆動である。 In the following description, the present invention will be described with reference to various exemplary embodiments. However, these embodiments are not intended to limit the invention to any particular example, environment, use, or particular embodiment described herein. Therefore, the description of these exemplary embodiments is provided solely for illustration purposes, rather than for limiting the present invention. The linear motor valve drive assembly and system of the present invention may be configured to operate any piston type valve. For example, such valve systems can be used for process flow control and medical use, automatic fluid filling of containers, blood pumping and the like. Another particularly effective application is driving valves for Otto cycle engines and diesel cycle engines and internal combustion engines (ICS), including variants thereof (eg, the Miller cycle).
ICEの個々の弁におけるリフト、持続時間、及びタイミングは、クランクシャフトの回転速度から独立して調整することができ、かついかなる他の弁の駆動からも独立していることが可能である。したがって、例えば、各シリンダ用の二重吸気弁及び/又は二重排気弁を有するエンジンは、エンジンの動作速度範囲全体を通じて所望の燃焼特性及び排出特性を達成するために、一対の弁の各部材を、互いに異なるタイミング、持続時間、及びリフトで開閉させることができる。弁の開/閉動作はまた、信頼性を高めるために、制御可能に減衰させることができる。組立体及びシステムはまた、本明細書に説明されるような改良された弁駆動システムにおいては、従来の試みと比較して、比較的簡単、軽量、かつ低コストである。一実施形態では、空間的広がりのある外囲容器は、長さが約4インチ、直径が約1.5インチである。しかしながら、他の容器の大きさを、本発明の範囲から逸脱することなく用いることができる。 The lift, duration, and timing of the individual valves of the ICE can be adjusted independently of the rotational speed of the crankshaft and can be independent of the drive of any other valve. Thus, for example, an engine having a double intake valve and / or a double exhaust valve for each cylinder will have each member of the pair of valves to achieve the desired combustion and exhaust characteristics throughout the operating speed range of the engine. Can be opened and closed with different timings, durations, and lifts. The valve opening / closing operation can also be controlledly damped to increase reliability. Assemblies and systems are also relatively simple, lightweight, and low cost in improved valve drive systems as described herein as compared to conventional attempts. In one embodiment, the spatially expansive enclosure is about 4 inches long and about 1.5 inches in diameter. However, other container sizes can be used without departing from the scope of the invention.
弁の動作を制御するため、(ICEの用途における電子弁制御装置(EVC)等の)電子制御装置は、制御装置のメモリに内在する論理に基づき、弁のタイミング及び動きを制御する。以下に説明されるような入力変数が、ICEのデューティサイクルで起こる可能性がある状況等の、多種多様な状況に適した複雑な運動制御を提供するために、制御装置に提供され得る。 To control the operation of the valve, an electronic control device (such as a solenoid valve controller (EVC) in ICE applications) controls the timing and movement of the valve based on the logic inherent in the memory of the control device. Input variables as described below may be provided to the controller to provide complex motion control suitable for a wide variety of situations, such as situations that may occur in the duty cycle of the ICE.
本発明の特定の実施形態による、本明細書で以下に説明される作用、モジュール、論理、及び方法ステップは、プロセッサ及びメモリを備える制御装置と通信する、有形の機械可読媒体(又はメモリ)、又は非推移的な機械可読媒体(又はメモリ)に格納されるコンピュータプログラム又はソフトウェアコードの形態をとってもよい。制御装置が、説明される動作、機能、特徴、及び方法を実施するために、コードを実行する。これらの動作、構造的装置、作用、論理、方法ステップ、及びモジュールが、本明細書に添付された特許請求の範囲内で述べられるような、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、ソフトウェア、ファームウェア、専用デジタル論理、及びこれらのいかなる組み合わせにおいても実現され得ることを、当業者ならば認識するであろう。 According to a particular embodiment of the invention, the action, module, logic, and method steps described herein below are tangible machine-readable media (or memory) that communicate with a controller, including a processor and memory. Alternatively, it may take the form of a computer program or software code stored in a non-transitional machine-readable medium (or memory). The control unit executes the code to perform the actions, functions, features, and methods described. Software without deviating from the gist and scope of the present invention as these actions, structural devices, actions, logics, method steps, and modules are described within the scope of the claims attached herein. Those skilled in the art will recognize that it can be achieved with firmware, dedicated digital logic, and any combination thereof.
ここで図1を参照すると、図が、本発明の例示的な一実施形態による弁組立体100の部品を説明するために、提供されている。弁102は、ポペット様式の弁である。弁102は、弁頭部104と、この頭部から上向きに延びるステム106とを含む。これらの弁部分104及び弁部分106は、一般に単一の部品として合体しているが、合体している必要はない。ステム106は、中身が詰まっていてもよく、又は熱の伝達を高めるためにナトリウム等の別の材料で充填できるように、中空であってもよい。
With reference to FIG. 1, figures are provided to illustrate the parts of the
弁102は、少なくとも部分的に強磁性材料を含み、このため弁102を、磁気コイルの印加磁場に応じて、磁気的に駆動することができる。ICEの弁が直面する温度に適したキュリー温度を有する磁性合金が、開発されている。
The
弁ステムの長さ、弁頭部の直径、並びに磁気コイルの大きさ及び密度を含む他の弁機構の変数が、本発明の範囲から逸脱することなく、修正され得る。 Variables of other valve mechanisms, including valve stem length, valve head diameter, and magnetic coil size and density, can be modified without departing from the scope of the invention.
頭部104は、ICEの頭部の弁座と合致するような形状にされており、このため頭部104は、対応するポートを密閉し、燃焼室内に入る。
The
ICEの頭部の弁ガイド108は、ステムと係合し、弁の動きを導きかつ抑制する。図に示される弁ガイドは、弁が嵌合するシリンダ頭部を有する。シリンダ頭部は、説明を明確にするために取り除かれている。
The
下部軸受110が、弁ガイドの上に開示されている。下部軸受110は、ステム106を囲み、ステム106の横方向の動きを妨げることにより、弁の動きをさらに導く。上部軸受112が、弁シャフトの上方でより遠位に配置されており、下部軸受と同じように構成され、かつ機能する。2つの軸受は協働して、弁が、図1の矢印によって示されるようにステムの長手方向軸線に沿って直線的に、制御可能に往復する際、事実上弁が横方向にどのようにも動かないようにし、必要に応じて回転運動を制限することができる。
The
曲がらない固定されたコイル組立体114が、下部軸受110と上部軸受112との間に配置されている。コイル組立体114は、弁のステム106を囲む、複数のワイヤ(例えば銅の)巻き線115を含む。コイル(例えばボイスコイル)が、外側の鋼鉄(又は他の適切な材料)のハウジング117によって包まれ、コイル114を付勢することによって生成された磁束を含む。コイルを占めるワイヤは、コイルを所望の形状に維持し、汚染及び酸化を防止するために、エポキシ樹脂に包まれている場合がある。エアギャップ119が、弁とコイル組立体114の内面との間に定められる。
A fixed
直流(DC)電圧をコイル114に加えることにより、弁ステム106が、加えられた電圧の極性に応じて、1つの方向又は他の方向に直線的に平行移動する。極性を反転させることにより、運動の方向が反転する。また、コイルに加えられる電流及び電圧の値は、変動させることができる。したがって、弁の位置、速度、及び加速度を、コイルへの電圧の入力、電流の入力、及び極性の入力を調整することにより、かなり変動させることができる。コンピュータは、弁におけるいかなる所望の運動特性をも達成するために、これらの入力を変動させることができる。
By applying a direct current (DC) voltage to the
弁は、閉位置と開位置との間で制御可能に動く。閉位置及び開位置が、弁のストロークを定める。ICEの用途では、閉位置は、弁頭部が下向きに延ばされ、頭部の吸気/排気ポートのそれぞれを据え付けて閉じる場合に定められる。開位置は、弁頭部が、頭部のポートから最も離れた移動距離の地点にある場合に定められる。これらの端部位置間のいかなる数の中間位置も、本明細書に開示されるようなコイル組立体の動作により、即座の精度で達成することができる。そしてコイル組立体は、選択された時間に、選択された距離、選択された速度、及び選択された加速度曲線で、弁を動かすために、選択可能に付勢され得る。これらのすべては、コイルの動作を制御するコンピュータによって決定される。 The valve moves in a controllable manner between the closed and open positions. The closed and open positions determine the stroke of the valve. In ICE applications, the closing position is defined when the valve head is extended downward and the intake / exhaust ports of the head are installed and closed respectively. The open position is determined when the valve head is at the point of travel distance farthest from the port on the head. Any number of intermediate positions between these end positions can be achieved with immediate accuracy by the operation of the coil assembly as disclosed herein. The coil assembly can then be selectively urged to move the valve at a selected time, at a selected distance, at a selected speed, and at a selected acceleration curve. All of these are determined by the computer that controls the operation of the coil.
本明細書に説明されるような弁組立体は、従来のカムによって動作する駆動機構の欠点が解消されているため有効である。例えば、重量、パッケージング、及び複雑性が減少する。摩耗部品がないため、信頼性が非常に高まる。弁の動作の制御性及び調整性が高まることにより、エンジンを、生じ得る駆動状況及びデューティサイクルの範囲全体を通じて、排出、アイドリング、トルク、及び馬力について同時に最適化することが可能になる。そして可動コイルによる弁の駆動と比較して、本発明は、エンジン速度の範囲全体を通じた動作を可能にし、現実的な駆動力で動作することができ、コイルの質量を往復質量に加えない。 Valve assemblies as described herein are effective because they eliminate the drawbacks of conventional cam-operated drive mechanisms. For example, weight, packaging, and complexity are reduced. Since there are no worn parts, reliability is greatly increased. Increased controllability and adjustability of valve operation allows the engine to be simultaneously optimized for emissions, idling, torque, and horsepower over the range of possible drive conditions and duty cycles. And compared to driving a valve with a moving coil, the present invention allows operation over a range of engine speeds, can operate with realistic driving force, and does not add the mass of the coil to the reciprocating mass.
本明細書に開示された弁駆動システムは、弁ストローク全体を通じて一定の力を提供する。ストロークを、非常に高速な応答時間(例えば1ミリ秒未満)で、小さくすることもできる。この弁駆動システムは、非常に高速に、コギング即ち力脈動なしで、永続的な旋回と共に動作する。このことにより、この設計全体が、他の可変カムのタイミングに関する試みから区別される。可変カムのタイミングは、タイミングのみを変化させ、ストロークは変化させない。本発明は、閉ループ動作に基づき、永続的な設定で、両方を達成する。閉ループ動作は、コンピュータに情報を提供するために、リニアモータドライブをフィードバックセンサに結合する。コンピュータは、コンピュータのメモリ内にプログラムされた規則に基づいた論理に基づき、弁駆動パラメータを調整する。しかしながら、閉ループモードの動作をすべての実施形態に適用する必要はない。 The valve drive system disclosed herein provides a constant force throughout the valve stroke. Strokes can also be reduced with very fast response times (eg less than 1 millisecond). This valve drive system operates at very high speeds, with no cogging or force pulsation, with permanent swivel. This distinguishes this entire design from other variable cam timing attempts. The timing of the variable cam changes only the timing, not the stroke. The present invention achieves both in a permanent setting based on closed loop operation. The closed-loop operation couples a linear motor drive to a feedback sensor to provide information to the computer. The computer adjusts the valve drive parameters based on the logic based on the rules programmed in the computer's memory. However, it is not necessary to apply the closed loop mode operation to all embodiments.
弁位置センサ116が、コイル組立体114と上部軸受112との間等に、弁のステム106に沿って配置されている。弁位置センサは、弁位置情報をコンピュータに提供する。コンピュータの論理によって求められた場合、位置データを弁の速度及び加速度を計算するために使用することができる。より詳細には、弁位置情報を、動作に関する以下のパラメータを計算するために使用することができる。即ち、1.閉位置から開位置へのインチ単位でのストローク、2.閉位置から開位置へのインチ毎秒単位での速度、3.閉位置から開位置へのインチ毎秒単位での加速度、4.弁を開いた状態に保持する秒単位での持続時間、5.開位置から閉位置への原点からのインチ単位でのストローク、6.開位置から閉位置へのインチ毎秒単位での速度、7.開位置から閉位置へのインチ毎秒単位での加速度、8.弁を閉じた状態及び開いた状態に保持する秒単位での持続時間である。他の動作パラメータ及び測定結果一式も、本発明の範囲から逸脱することなく計算することができる。
The
例示的な一実施形態では、弁の加速度は、約320ft/s2(98.1m/s2)であってもよい。弁の移動距離(ストローク)は、最大約0.5インチ(12.7mm)であってもよく、弁は、約300インチ毎秒(7.62m/s)であってもよい。結果として、1ストロークが完了するのにかかる時間は、約20ミリ秒〜約30ミリ秒である。もちろん、他の動作パラメータも、本発明の範囲から逸脱することなく、利用され得る。 In one exemplary embodiment, the valve acceleration may be about 320 ft / s 2 (98.1 m / s 2 ). The distance traveled (stroke) of the valve may be up to about 0.5 inches (12.7 mm) and the valve may be about 300 inches per second (7.62 m / s). As a result, the time it takes to complete one stroke is about 20 ms to about 30 ms. Of course, other operating parameters can also be utilized without departing from the scope of the present invention.
弁組立体100の部品は、一実施形態では、ハウジングブラケット118に固定されている。ハウジングブラケットはまた、弁組立体をICEの頭部に固定するための(図2〜図11に示されるような)取り付けフランジ120を含む。取り付けブラケットは、必要に応じて、弁システムを、所望の位置及び向きで固く取り付けることを可能にするように構成され得る。代替的な、実施形態では、取り付けブラケットが全くなくてもよい。さらなる代替形態では、取り付けフランジ又は取り付け手段が、ハウジング117の外面に配置されていてもよい。
The parts of the
ここで図2〜図6を参照すると、弁組立体100の様々な図が、単一の弁を備えるICEの弁組立体について示されている。上部軸受112の上で突出する弁ステム106を見ることができる。弁ガイド108の下で延びる弁頭部104も見ることができる。弁ガイド108の上に下部軸受110を見ることができる。コイル組立体114が、軸受110と軸受112との間に配置されている様子が示されている。位置センサ116が、上部軸受112の下に配置されており、このため位置センサ116は、弁のステム106を「見る」ことができる。
Here, with reference to FIGS. 2-6, various views of the
ハウジングブラケット118は、上部軸受112とコイル組立体114との間、詳細には位置センサ116とコイル組立体との間に配置された水平部122を含む。水平部122は、一般に中央に配置された開口を有し、弁ステム106が、この開口を通ることができる。ブラケット118は、コイル組立体の大体の長さに及ぶ垂直部124をさらに含む。外向きに延びる取り付けフランジ120が、垂直部124の下端に配置されている。フランジ120は、弁組立体をICEの頭部に固定しやすくするために、開口126をさらに含む。様々な弁組立体の部品が、直接的にか間接的にかのいずれかで、ブラケット118に固定されている。
The
本発明のさらなる実施形態による弁組立体は、1つより多い個々の弁を備える可能性がある。2つ、3つ、4つ、又はそれより多い弁を接合し、単一の組立体にしてもよい。例えば、二重弁組立体が、図7〜図11に示されている。部品は、以上に説明され、かつ図に表示されたものと同じである。しかしながら、ここでは単一のブラケット118が、弁部品を併せて固定している。弁のそれぞれは、それぞれの弁独自のコイルを有し続ける。したがって、コンピュータによる独立した駆動及び制御が可能になる。弁のそれぞれはまた、それぞれの弁独自の対応する位置センサ116を有する。取り付けフランジ120は、組立体をICEの頭部に確実に取り付けるための複数の締結開口126を有する。
A valve assembly according to a further embodiment of the invention may include more than one individual valve. Two, three, four or more valves may be joined into a single assembly. For example, a double valve assembly is shown in FIGS. 7-11. The parts are the same as those described above and shown in the figure. However, here a
ここで図12を参照すると、図が、弁組立体100の代替的な例の部品を説明するために提供されている。弁ステム106は、頭部104の反対側の端部に配置された水平部材107を含むように、一般にT字状である。固定された即ち静止した端部コイル113が、水平部材107に隣接して配置されている。T字状のステム107に作用する端部コイル113と(上述の実施形態と同様の)側部コイル114との組み合わせにより、より多くの力が必要とされるより多くの用途のために、より大きな力が提供される。軸受(不図示)がまた、以上の図に示されたように含まれる場合がある。
With reference to FIG. 12, figures are provided to illustrate alternative example parts of the
ここで図13を参照すると、弁駆動システムの様々な部品が示されている。(LVA位置センサと記される)位置センサ116の出力部が、入力/出力モジュール128に接続されている。入力/出力モジュールは、USB形式からシリアル形式への双方向の信号調節変換器である。入力/出力モジュール128は、位置センサの情報を信号に変換する。信号は、コンピュータ130に提供され、コンピュータ130で、弁に関する制御動作を評価するために使用される。
Here, with reference to FIG. 13, various components of the valve drive system are shown. The output section of the position sensor 116 (denoted as the LVA position sensor) is connected to the input /
コンピュータ130は、プロセッサ、及び非推移的な有形のメモリを含む。コンピュータは、位置センサ116とコイル組立体114との両方に、電気的に接続されている。位置センサ116に接続されていることにより、センサが給電される。コンピュータはまた、コンピュータのメモリに内在する規則に基づいたソフトウェアコードに従って、コイル114に選択的に給電する。上述のように、コンピュータは、コイル組立体114を選択的に付勢し、弁102を、特定の時間に、特定の速度及び加速度で、特定の位置に動かす。これらのパラメータのそれぞれを、各弁について独立して制御することができ、単一のストローク中、及び1つのストロークから次のストロークにかけて変更することもできる。
例えば、弁を、弁座に到達する直前に、制御可能に減速させる(速度を落とす)ことができ、このため、弁は、大きな力でシートに衝突することがない。大きな力は、非効率的であり、弁を損傷する恐れがある。この緩衝機能により、弁の動きを減衰させない従来の弁組立体と比較して、エンジンの寿命が延びる。また、弁を減衰させるためのさらなるばね又は他の手段を必要とすることなく、減衰を行うことができる。このことにより、弁機構の重量、複雑性、及び全体的なコストが減少する。 For example, the valve can be controlledly decelerated (slowed down) just before reaching the valve seat, so that the valve does not collide with the seat with great force. Large forces are inefficient and can damage the valve. This buffering function extends the life of the engine compared to conventional valve assemblies that do not dampen valve movement. Also, damping can be done without the need for additional springs or other means to dampen the valve. This reduces the weight, complexity, and overall cost of the valve mechanism.
図13に記された「アプリケーション」とは、ICEのことである。弁組立体の数は、本発明の範囲から逸脱することなく、エンジンに存在するシリンダの数、及び用いられるシリンダ毎の弁の数に応じて変動し得る。通常、シリンダ毎に、少なくとも1つの吸気弁及び少なくとも1つの排気弁が存在する。そして、最も現代的なエンジンは、シリンダ毎に、2つの吸気弁及び2つの排気弁を有する。 The "application" shown in FIG. 13 is an ICE. The number of valve assemblies can vary depending on the number of cylinders present in the engine and the number of valves per cylinder used, without departing from the scope of the present invention. Usually, there is at least one intake valve and at least one exhaust valve for each cylinder. And the most modern engines have two intake valves and two exhaust valves per cylinder.
図14は、コンピュータによるエンジンパラメータの総合的な制御を説明するために、図13のブロック図にさらなる詳細を追加している。ここでは、吸気弁及び排気弁のそれぞれが、本明細書に説明されるようなリニアモータによって制御される。弁102のそれぞれはまた、それぞれの弁独自の弁位置センサ116を含む。センサ116及び弁アクチュエータは、上述のコンピュータ130にそれぞれ接続されている。コンピュータ130はまた、燃料噴射器132及びスパークプラグ点火システム134に、動作可能に接続されている。したがって、コンピュータは、シリンダのそれぞれにおける燃焼事象(例えば、吸気、燃料の噴射、点火、及び排気)全体を、効果的に制御することができる。
FIG. 14 adds further details to the block diagram of FIG. 13 to illustrate the overall control of engine parameters by a computer. Here, each of the intake valve and the exhaust valve is controlled by a linear motor as described herein. Each of the
弁位置情報はまた、入力インタフェースモジュール128によって収集される。このモジュールはまた、ICEの全体を通して配置された、(集合的に136とする)さらなるセンサから、例えばクランクシャフトTDC、排気ガスの温度、酸素の比、質量空気流量、絞りの位置、気圧、周囲温度、燃料噴射器の体積及びタイミング、並びに点火を含む情報を受信することができる。この情報は、上述の様々なセンサによって収集された情報から判定された所与の組み合わせの状況向けに、効率及び電力出力等の特定の目的を達成する目的で、弁の動き、点火、及び燃料の噴射に関する特性を制御するために、コンピュータ130に内在する規則に基づいた制御ロジックによって利用される。この規則に基づいた手法は、従来のICEのパラメータを調整するための、表に基づいたより従来の手法よりはるかにカスタマイズ可能であり、融通が利く。結果として得られる出力も、計算が実際のパラメータを使用してリアルタイムで実施されるため、所定のルックアップテーブル値による場合よりはるかに正確である。
Valve position information is also collected by the
図15は、特定の例示的な実施形態による、リニア弁アクチュエータシステム用のソフトウェアプログラム論理のフローチャートである。これは、最初の設計及びプログラミング中、制御システムと動作可能に通信しているグラフィカルユーザインタフェースにより、車両動作パラメータを変更するために製造業者によって使用され得る。診断アプリケーションが、まず開始される(200)。このアプリケーションは、ユーザが相互作用するグラフィカルユーザインタフェース上に表示される(202)。このアプリケーションは、スタート、絞り調整、及びエンジンのRPM等のキー動作パラメータのデジタル読み出しを含む、複数のボタン及びゲージをユーザに提示する(204)。データベースの初期化、及びセンサ受信機の更新の実施を含む複数のバックグラウンド処理も、診断アプリケーションの開始時に始まる(206)。 FIG. 15 is a flow chart of software program logic for a linear valve actuator system according to a particular exemplary embodiment. It can be used by the manufacturer to change vehicle operating parameters through a graphical user interface that is operably communicating with the control system during initial design and programming. The diagnostic application is first started (200). The application is displayed on a graphical user interface with which the user interacts (202). The application presents the user with multiple buttons and gauges, including digital readout of key operating parameters such as start, aperture adjustment, and engine RPM (204). Multiple background processes, including database initialization and sensor receiver updates, also begin at the start of the diagnostic application (206).
センサハードウェアインタフェース装置208が設けられている。センサハードウェアインタフェース装置208は、センサデータを収集し(210)、プログラム論理を実行する際、プロセッサが使用できるように、センサデータを適切なフォーマットに変換する。
A sensor
開始ボタンを押すと(212)、燃焼シーケンスプログラムが開始され(214)、診断アプリケーションの表示の更新が繰り返される(216)。センサからの信号は、ネットワークインタフェースにおいて、又はシリアルバスを介して受信される(218)。その上、信号は、仕事一式を行うために、実行中のプログラムから受信される(220)。 When the start button is pressed (212), the combustion sequence program is started (214) and the diagnostic application display is repeatedly updated (216). The signal from the sensor is received at the network interface or over the serial bus (218). Moreover, the signal is received from the running program to perform the set of work (220).
処理ステップ214、216、218、220のそれぞれは、プロセッサキュー215、217、219、221のそれぞれに、個別に入れられる。
Each of the processing steps 214, 216, 218 and 220 is individually placed in the
燃焼シーケンス論理214は、動作システム論理222によって処理される場合、プロセッサにおいてキュー215を介して実行される。動作システム論理はまた、必要に応じてデータベース224と相互作用する。弁コネクタハードウェア226は、燃焼シーケンスデータ222を受信し、その後弁制御信号を、本明細書に説明される弁駆動手段等の弁駆動手段に中継することができる。
診断アプリケーション表示更新ループ論理が、動作システムによって処理される場合、プロセッサにおいて、キュー217を介して実行される(228)。ステップ230では、センサの更新が、データテーブルの値を更新するために、例えばSQL文としてデータベース224に伝えられる。また、特別なユーティリティ及び生成された工程が処理される(232)。
When the diagnostic application display update loop logic is processed by the operating system, it is executed in the processor via queue 217 (228). In
診断アプリケーションを利用することにより、コンピュータのメモリに記憶される最終的な生産アルゴリズム、及びルックアップテーブルの発展につながる。診断アプリケーションは、開発システム用に使用される。生産システムは、診断アプリケーションを非表示にし、自動的に動作する。診断アプリケーションは、互換性のあるスキャンツールを有するサービス技術者に提供される可能性があり、又はサービス技術者ならばアクセス可能にすることができる。 The use of diagnostic applications will lead to the development of final production algorithms and look-up tables stored in computer memory. Diagnostic applications are used for development systems. The production system hides the diagnostic application and operates automatically. The diagnostic application may be provided to a service technician who has a compatible scanning tool, or may be made accessible by the service technician.
ここで図16を参照すると、単一の弁用の弁開/閉シーケンスの論理が示されている。この論理は、マルチ弁の実施態様における弁のそれぞれのために複製され、このため弁のそれぞれを、個別に制御することができる。弁タイミングシーケンスデータが、読み込まれ(300)、閉制御ループに入力される(302)。制御ループは、所定の長さ又は高さに弁を開く指令304と、弁を閉じる指令306とを含む。開弁指令304が弁アクチュエータに付与された場合、開シーケンス308が、アクチュエータによって後に続く。閉弁指令306が弁アクチュエータに付与された場合、閉シーケンス310が、アクチュエータによって後に続く。
Here, with reference to FIG. 16, the logic of the valve open / close sequence for a single valve is shown. This logic is replicated for each of the valves in the multi-valve embodiment so that each of the valves can be controlled individually. The valve timing sequence data is read (300) and input to the closed control loop (302). The control loop includes a
開シーケンス308では、制御装置が、制御された第1の電圧でコイルを付勢し、弁の電機子(ステム106)を弁座から離れた方向に動かす(312)。したがって、弁は、最初の比率で加速する(314)。移動距離の所定の地点で、コンピュータ又は制御装置が、逆極性を有する電圧でコイルを付勢し、弁が所定の開位置(ストローク深さ)で停止するまで、弁を減速させる(316)。その後、制御装置又はコンピュータが、コイルを付勢し、閉信号を受信するまで弁を適切な位置に保持する(318)。
In the
閉シーケンス310では、制御装置が、第1の制御された電圧でコイルを付勢し、弁を、閉位置に向かって加速度の第1の比率で加速させる(320)。移動距離の所定の地点で、制御装置は、逆極性を有する第2の電圧でコイルを付勢し、弁を、弁座の直ぐ上の位置でゼロに減速させる(322)。その後、制御装置は、第3の電圧でコイルを付勢し、弁を弁座にそっと据え付け、弁を据え付け位置に保持する(324)。或いは、そっと据え付けるステップ324は省かれてもよく、減速ステップ322が、弁を十分に据え付けるために使用されてもよい。この際、電圧極性が、開指令が受信されるまで、弁を閉位置に保持するように切り替えられる。
In the
図17は、コンピュータの弁タイミングシーケンスプログラム、コイルアクチュエータ、センサ、メモリ、及び(コンピュータのメモリに記憶されるソフトウェアである場合がある)エンジン効率モジュールを含む、ICE処理システムにおけるいくつかの部品の観点からの、弁駆動プロセスフローの一部の図を提供している。タイミングシーケンスプログラムは、タイミングシーケンスデータを読み込むステップ300と、閉ループシーケンスに入るステップ302と、弁が開くように指令を出すステップ304と、弁が閉じるように指令を出すステップ306との上述のステップを含む。コイルアクチュエータ論理動作は、開シーケンス308のステップと、弁を開いた状態に保持するステップ318と、閉シーケンス310のステップと、弁を閉じた状態に保持するステップ324との上述のステップを含む。
FIG. 17 shows the perspective of some components in an ICE processing system, including a computer valve timing sequence program, coil actuators, sensors, memory, and an engine efficiency module (which may be software stored in computer memory). A partial diagram of the valve drive process flow from is provided. The timing sequence program performs the above-mentioned steps of
ICEが動作する場合、複数のセンサ326は、(絞り位置、絞りエアバイパス、エンジン冷却液温度、排気ガス酸素レベル、風量計、ノックセンサ、気圧センサ、点火ピックアップ、点火モジュール、排気ガス再循環(EGR)シャットオフ、燃料噴射器、クラッチ、車両負荷等を含めて)それぞれのデータを、コンピュータのメモリモジュール330におけるセンサメモリ領域328に送信する。燃焼シーケンスデータ332も、メモリ330に記憶される。
When the ICE operates, the plurality of sensors 326 (throttle position, throttle air bypass, engine coolant temperature, exhaust gas oxygen level, air flow meter, knock sensor, pressure sensor, ignition pickup, ignition module, exhaust gas recirculation ( EGR) Each data (including shut-off, fuel injector, clutch, vehicle load, etc.) is transmitted to the
エンジン効率モジュール334又は論理も、コンピュータに含まれるか、又はスタンドアロンモジュールの一部として含まれる。このモジュールは、コンピュータに含まれるプロセッサによって読み込まれ、かつ実行され得る非推移的なメモリにプログラムされた、実行可能なソフトウェアコードとして形成される場合がある。エンジン効率モジュール334は、センサデータ及び燃焼シーケンスデータのいくつか又はすべてを、メモリから読み込む(336)ステップを含む。検索されたデータ内のパターンが識別され、燃焼シーケンスデータが、データ検索及びパターン照合ステップ336に従って、メモリ領域332内で更新される。その後、モジュール334は、周期的にウェイクアップされる(342)まで、終了する(340)。周期的なウェイクアップ信号が、設定された時間(例えば1秒毎に数回)に応答して、又はクランクシャフトの数回の回転毎もしくはコンピュータのプロセッサにおける数回のクロックサイクル毎に、タイマによって提供される場合がある。上述のシステム及び論理により、多種多様な動作状況及び変数に基づき、弁のタイミング及び動きを動的に調整する制御装置が提供される。
The
このシステム論理を使用すると、弁の位置、速度、及び加速度が、電子弁制御コンピュータの非推移的なメモリにプログラムされた論理によって制御される場合、弁ストローク中と、1つのストロークから次のストロークにかけてとの両方の場合に変動し得る。 Using this system logic, when the valve position, velocity, and acceleration are controlled by logic programmed into the non-transitive memory of the electronic valve control computer, during the valve stroke and from one stroke to the next. It can fluctuate in both cases.
最も実践的で好ましい例示的な実施形態であると現在見なされているものと関連させて本発明を説明してきたが、本発明が、開示された例示的な実施形態に限定されるものではないことは、当業者には明らかであろう。多くの修正形態及び均等な構成が、本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、ここから生み出される可能性があり、このような範囲は、すべての均等な構造体及び製品を包含するために、添付の特許請求の範囲における最も広い範囲と一致させるべきであることが、当業者には容易に明らかになるであろう。 Although the present invention has been described in the context of what is currently considered to be the most practical and preferred exemplary embodiment, the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. That will be clear to those skilled in the art. Many modifications and equivalent configurations may arise from this without departing from the spirit and scope of the present disclosure, such scope to include all equivalent structures and products. It will be readily apparent to those skilled in the art that it should be consistent with the broadest scope of the appended claims.
本発明の特許請求の範囲を解釈するために、「〜のための手段」又は「〜のためのステップ」という特定の用語が、特許請求の範囲内で述べられていない限り、米国特許法第112条第6段落の規定が行使されるべきではないことが、明示的に意図されている。
To interpret the claims of the invention, unless the specific term "means for" or "steps for" is stated within the claims, U.S. Pat. No. It is expressly intended that the provisions of
Claims (14)
ステム及び内燃機関の吸気又は排気を制御するための遠位頭部を含むポペット弁部材であって、少なくとも前記ステムが強磁性材料を含むポペット弁部材と、
前記ポペット弁部材の前記ステムの長さの少なくとも一部を囲み、ワイヤ巻き線と前記ステムの少なくとも一部の周囲との間にエアギャップを形成する、複数の前記ワイヤ巻き線を含む固定コイルと、
前記固定コイルと動作可能に通信している電源入力部であって、前記電源入力部は、少なくとも第1の電流及び第2の電流を前記固定コイルに選択的に加え、それに対応して前記ステムを駆動し、前記ステムを、前記ハウジングの前記移動開口に沿って、前記選択的に加えた第1の電流により定められる第1の位置から前記選択的に加えた第2の電流により定められる第2の位置までの所定の距離を移動させる、電源入力部と、
前記電源入力部と動作可能に通信している電子弁制御コンピュータであって、前記電子弁制御コンピュータは非推移的なメモリを備え、前記メモリにはソフトウェアプログラムが記憶されており、前記ソフトウェアプログラムは、第1の電流と第2の電流を選択的に加えるように前記電源入力部を制御することにより、弁ストローク中に前記ポペット弁部材の位置、速度、及び加速度をクランクシャフトの回転速度から独立して変化させるように構成されるコードを含む、電子弁制御コンピュータと
を含むハウジングを備えるリニア駆動電磁弁組立体。 The housing comprising a moving opening defined in the housing along the longitudinal axis.
A poppet valve member comprising a stem and a distal head for controlling intake or exhaust of an internal combustion engine , wherein at least the stem is a poppet valve member containing a ferromagnetic material.
A fixed coil comprising a plurality of the wire windings that surrounds at least a portion of the length of the stem of the poppet valve member and forms an air gap between the wire winding and at least a portion of the circumference of the stem. ,
A power input unit that is operably communicating with the fixed coil, the power input unit selectively applying at least a first current and a second current to the fixed coil, and correspondingly the stem. The stem is defined by the second current selectively applied from the first position defined by the first current selectively applied along the moving opening of the housing. A power input unit that moves a predetermined distance to position 2 and
An electronic valve control computer that is operably communicating with the power input unit, the electronic valve control computer includes a non-transitional memory, and a software program is stored in the memory. By controlling the power input unit so as to selectively apply the first current and the second current, the position, speed, and acceleration of the poppet valve member are independent of the rotational speed of the crank shaft during the valve stroke. A linear drive solenoid valve assembly comprising a housing including an electronic valve control computer and a cord that is configured to vary.
前記弁のステムの一部の近位に、前記弁の頭部の少なくとも開位置に関するバルブ位置情報を感知し供給するために感知部材を配置することと、
開方向に第1の開加速度で前記弁を加速させるために、第1の極性で固定コイルに第1の電圧を加えることと、
前記弁が所定の開位置に到達するまで前記弁を減速させるために、前記第1の電圧とは逆の極性を有する第2の電圧を、前記固定コイルに加えることと、
前記弁を前記開位置で保持するために開保持電圧を加えることであって、前記第1の電圧、前記第2の電圧、及び前記開保持電圧を加えることにより、前記ステムが、閉位置から、加えられた前記第1の電圧、前記第2の電圧、及び前記開保持電圧により定められる開位置までの所定の距離を直線的に平行移動する、開保持電圧を加えることと、
閉方向に第1の閉加速度で前記弁を加速させるために、第3の電圧を、前記第1の極性とは逆の極性で、前記固定コイルに加えることと、
前記弁が弁座に隣接する所定の閉位置に到達するまで、前記弁を減速させるために、前記バルブ位置情報にしたがって、前記第3の電圧極性とは逆の極性を有する第4の電圧を、前記固定コイルに加えることと、
前記弁をそっと据え付けるために、前記バルブ位置情報にしたがって、閉保持電圧を、前記第1の極性とは逆の極性で前記固定コイルに加えることであって、前記第3の電圧、前記第4の電圧、及び前記閉保持電圧を加えることにより、前記ステムが、開位置から、加えられた前記第3の電圧、前記第4の電圧、及び前記閉保持電圧により定められる閉位置までの所定の距離を直線的に平行移動する、閉保持電圧を加えることと
を含む方法。 A control method for valves
Proximal to a portion of the stem of the valve, a sensing member is placed to sense and supply valve position information regarding at least the open position of the valve head.
In order to accelerate the valve with the first opening acceleration in the opening direction, a first voltage is applied to the fixed coil with the first polarity, and
In order to decelerate the valve until the valve reaches a predetermined open position, a second voltage having a polarity opposite to that of the first voltage is applied to the fixed coil.
By applying an open holding voltage to hold the valve in the open position, and by applying the first voltage, the second voltage, and the open holding voltage, the stem is moved from the closed position. To apply an open holding voltage that linearly translates a predetermined distance to an open position determined by the applied first voltage, the second voltage, and the open holding voltage.
In order to accelerate the valve with the first closing acceleration in the closing direction, a third voltage is applied to the fixed coil with a polarity opposite to that of the first polarity.
In order to decelerate the valve until the valve reaches a predetermined closed position adjacent to the valve seat, a fourth voltage having a polarity opposite to that of the third voltage polarity is applied according to the valve position information. , Adding to the fixed coil
To install the valve gently, according to the valve position information, a closed holding voltage, wherein the first polarity the method comprising adding to said stationary coil at opposite polarity, before Symbol third voltage, the third By applying the voltage of 4 and the closed holding voltage, the stem is determined from the open position to the closed position determined by the applied third voltage, the fourth voltage, and the closed holding voltage. A method that involves applying a closed holding voltage, moving linearly in parallel over the distance.
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