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TECHNISCHER HINTERGRUND
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisch angesteuertes
Ventil und ein Verfahren zum Ansteuern eines elektromagnetisch angesteuerten
Ventils, und sie betrifft insbesondere ein elektromagnetisch angesteuertes
Ventil, das als Einlassventil oder Auslassventil eines Verbrennungsmotors verwendet
wird, sowie ein Verfahren zum Ansteuern eines solchen elektromagnetisch
angesteuerten Ventils.
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2. Beschreibung
der verwandten Technik
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Als
elektromagnetisch angesteuertes Ventil des Standes der Technik für einen
Verbrennungsmotor ist beispielsweise ein elektrisch angesteuertes Einspulenventil
in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 11-101110 beschrieben:
In dieser Schrift ist ein Ventil offenbart, in dem bewegliche Platten
zu beiden Seiten eines Elektromagneten vorgesehen sind, und diese
beweglichen Platten sind einstückig
mit einem Ventil ausgebildet. In diesem Beispiel ist entweder die
eine oder die andere Lücke zwischen
dem Elektromagneten und den beweglichen Platten zu dessen beiden
Seiten die schmälere. Im
Ausgangszustand, in dem kein elektrischer Strom in der Spule fließt, nimmt
das Ventil die Neutralstellung ein, während dann, wenn ein elektrischer
Strom durch die Spule fließt,
diejenige der beweglichen Platten, für die der Abstand zum Elektromagneten schmäler ist,
vom Elektromagneten angezogen wird. Und wenn der elektrische Strom
vorübergehend
unterbrochen wird, wird das Ventil von einer Ventilfeder in die
entgegengesetzte Richtung gedrängt
(beispielsweise von der vollkommen geschlossenen zur vollkommen
geöffneten
Lage), und aufgrund seiner Trägheit
bewegt es sich weiter bis über
seine Neutralstellung hinaus. Wenn zu dieser Zeit der elektrische Strom
wieder durch die Spule fließt,
wird die bewegliche Platte aufgrund der elektromagnetischen Kraft an
der gegenüber
liegenden Seite gehalten.
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Obwohl
es viele elektromagnetisch angesteuerte Ventile für Verbrennungsmotoren
gibt, in denen die erforderliche elektromagnetische Kraft durch Ansteuern
einer Spule mit einer Leistungsversorgungsspannung von beispielsweise
42 Volt erzeugt wird, werden seit kurzem Untersuchungen durchgeführt, um
die Kosten durch Vereinfachung der Konstruktion des Leistungsversorgungssystems
zu senken, weil heutzutage Leistungsversorgungsspannungen auf etwa
14 Vol gesenkt werden.
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Wenn
ein elektromagnetisch angesteuertes Ventil mit einer solchen reduzierten
Spannung angesteuert wird, ist es notwendig, die Ansprechempfindlichkeit
des Elektromagneten des elektromagnetisch angesteuerten Ventils
zu verbessern, da es aufgrund der Senkung der Stromanstiegsempfindlichkeit
nicht möglich
ist, den erforderlichen elektrischen Unterbrechungsstrom zu erhalten.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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8 ist
eine Figur, die ein Recherche-Beispiel eines elektromagnetischen
Stellglieds zeigt, das in einem solchen elektromagnetisch angesteuerten
Ventil verwendet wird, und 9 ist eine
Figur, die eine Region um eine Spule 182 von 8 in
vergrößerter Darstellung
zeigt.
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In
dem in 8 und 9 dargestellten Recherche-Beispiel
schließt
dieses elektromagnetische Stellglied 124 einen Elektromagneten
zum Öffnen des
Ventils ein, der an einem Gehäuse 162 festgelegt ist,
einen Elektromagneten zum Schließen des Ventils und eine Scheibe 174,
die zwischen diesen beiden Elektromagneten pendelt. Eine Seite dieser Scheibe 174 ist
so am Gehäuse 162 befestigt,
dass sie um einen Drehstab 168 als Achse schwingt.
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Der
Elektromagnet zum Schließen
des Ventils schließt
einen Kern 172 zum Schließen des Ventils ein, der am
Gehäuse 162 festgelegt
ist, und eine Spule 180, die mittels zweiter Rillen, die
in diesem Kern 172 zum Schließen des Ventils vorgesehen sind,
gewickelt ist.
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Ebenso
schließt
der Elektromagnet zum Öffnen
des Ventils einen Kern 178 zum Öffnen des Ventils ein, der
am Gehäuse 162 festgelegt
ist, und eine Spule 182, die mittels zweier Rillen, die
in diesem Kern 178 zum Öffnen
des Ventils vorgesehen sind, gewickelt ist.
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Die
Spule 180 und die Spule 182 sind miteinander verdrahtet,
wodurch sie eine Einspulenstruktur bilden. Es sei darauf hingewiesen,
dass es möglich wäre, die
elektrischen Ströme
in der Spule 180 und der Spule 182 individuell
zu steuern, d.h. ohne Verwendung einer solchen Einspulenstruktur.
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Aufgrund
der elastischen Kraft des Drehstabs 168, bei dem es sich
um eine obere Feder handelt und der gegen die Kraft einer in der
Figur nicht dargestellten unteren Feder wirkt, übt die Scheibe 174 eine
Kraft auf einen Zwischenschaft 176 in Abwärtsrichtung
in der Figur aus, anders ausgedrückt, in Öffnungsrichtung
des Ventils. Eine Ventilstößelspitze
ist an das andere Ende der Scheibe 174 gepasst. Diese Ventilstößelspitze
berührt
einen Ventilstößelstift,
der am oberen Ende des Zwischenschafts 176 festgelegt ist,
und übt
dadurch eine Kraft auf den Zwischenschaft 176 in Abwärtsrichtung
in der Figur aus, anders ausgedrückt,
in Öffnungsrichtung
des Ventils.
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Dagegen
wird von der in der Figur nicht dargestellten unteren Feder, die
von unten gegen den Zwischenschaft 176 drückt, eine
Kraft in Aufwärtsrichtung
auf den Zwischenschaft 176 ausgeübt, mit anderen Worten in Schließungsrichtung
des Ventils.
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Wenn
ein elektrischer Strom in der Spule 182 fließt, wie
in 9 dargestellt, werden Magnetflusslinien 194 erzeugt,
und die Scheibe 174 wird angezogen. Da jedoch, wie vom
Abschnitt 196 dieser Figur dargestellt, die untere Ecke 197 der
Spulenrille 192, die im Kern 178 zum Öffnen des
Ventils vorgesehen ist, etwa rechtwinklig ist, werden die Abstände zwischen
den Magnetflusslinien an diesem Winkelabschnitt schmal, und es kommt
zu einer magnetischen Sättigung.
Aufgrund dessen entsteht das Problem, dass dadurch eine Abnahme
der elektromagnetischen Kraft sowie ein verschlechtertes Ansprechen auf
die elektromagnetische Kraft bewirkt wird.
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10 ist
eine Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für eine Untersuchung des Leitungsmusters
der Spule darstellt. In dieser Figur fließt zwischen den Zeitpunkten
t10 ~ t12 ein Haltestrom durch die Spule, und das Ventil wird in
der Ventilschließungslage
gehalten. Und wenn zum Zeitpunkt t12 der Haltestrom gesenkt wird,
beginnt das Ventil sich aus der Ventilschließungsposition in die Ventilöffnungsposition
zu bewegen. Dabei entsteht manchmal die Notwendigkeit, den Hubbetrag
der Ventilöffnungsposition
ab dem Zeitpunkt t14 zu ändern,
beispielsweise von einer aufgesetzten Position D0 zu einer schwebenden
Position D1 oder einer leicht angehobenen Position D2.
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Wenn
zum Zeitpunkt t12 die Anziehungskraft des Elektromagneten aufhört, wird
die Scheibe vom Drehstab 168 in Ventilöffnungsrichtung getrieben, aber
wenn die vom Drehstab 168 ausgeübte Energie zu groß ist, kann
sich das Ventil möglicherweise
weiter bewegen und jenseits seiner Zielanhalteposition zum Stehen
kommen, so dass die Genauigkeit der Positionssteuerung verschlechtert
ist. Somit wird ein Unterbrechungsstrom durch die Spule geschickt,
um eine Kraft (eine Unterbrechungskraft) in dem Elektromagneten
zu erzeugen, um die Kraft des Drehstabs 168 zu hemmen.
Wenn die Spannung der Leistungsversorgung der Ansteuerungseinheit,
die der Spule elektrischen Strom liefert, jedoch auf 14 Volt gesenkt wird,
wird das Stromanstiegs-Ansprechverhalten verschlechtert, und es
ist nicht mehr möglich,
den gewünschten
Unterbrechungsstrom zu erhalten, so dass sich das Problem ergibt,
dass es nicht mehr möglich
ist, eine Schwebehubsteuerung oder eine nur leichte Anhebungssteuerung
durchzuführen.
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Somit
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektromagnetisch
angesteuertes Ventil zu schaffen, dessen Ansprechempfindlichkeit
auf die elektromagnetische Kraft verbessert ist.
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein elektromagnetisch
angesteuertes Ventil, das folgendes einschließt: ein Ventil, das eine Ventilwelle
einschließt,
das sich in der Richtung, in der die Ventilwelle verläuft, hin
und her bewegt; ein magnetisches Element, das mit dem Ventil verbunden
ist und dieses ansteuert; einen ersten Elektromagneten, der eine
erste Spule einschließt,
der das magnetische Element anzieht und es in einer vorgegebenen
Position hält;
ein erstes elastisches Element, das eine Kraft zur Bewegung des
magnetischen Elements weg vom ersten Elektromagneten an das magnetische
Element anlegt; und eine Steuereinrichtung, die die elektromagnetische
Kraft des ersten Elektromagneten steuert; wobei die Steuereinrichtung
eine Steuerung des elektrischen Stroms durchführt, um, wenn die elektromagnetische
Kraft des ersten Elektromagneten schwächer wird und das magnetische
Element vom ersten Elektromagneten getrennt wird, den elektrischen
Strom, der in der ersten Spule fließt, auf null zu verringern,
nachdem sie ihn vorübergehend
von einem ersten Haltestrom auf einen zweiten Haltestrom erhöht hat,
der höher
ist als der erste Haltstrom, und dann, nachdem das magnetische Element
vom ersten Elektromagneten getrennt wurde, einen Unterbrechungsstrom
fließen
zu lassen, um die Geschwindigkeit des magnetischen Elements einzustellen.
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Dieses
elektromagnetisch angesteuerte Ventil ist ein Ventil, das eine Gasleitung
zu einer Brennkammer eines Verbrennungsmotors öffnet und schließt, und
der Wert des zweiten Haltestroms kann entsprechend der Last des
Verbrennungsmotors bestimmt werden.
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Das
elektromagnetisch angesteuerte Ventil umfasst ferner eine Ansteuerungseinheit,
die bewirkt, dass ein elektrischer Strom in der ersten Spule fließt, und
eine Gleichstrom-Leistungsquelle, die Gleichstrom-Leistungsspannung
zur Ansteuerungs einheit liefert; und der Wert des zweiten Haltestroms
kann entsprechend der Leistungsversorgungsspannung bestimmt werden.
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Der
Wert des zweiten Haltestroms kann entsprechend der Temperatur der
Umgebung, in der das elektromagnetisch angesteuerte Ventil arbeitet,
bestimmt werden.
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Der
Wert des zweiten Haltestroms kann entsprechend einer Zielposition
für das
aufzuhaltende Ventil, nachdem das magnetische Element vom ersten
Elektromagneten getrennt wurde, bestimmt werden.
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Ferner
kann ein Kern aus magnetischem Material enthalten sein, in dem eine
Spulenrille vorgesehen ist, in der mindestens ein Teil der ersten
Spule untergebracht ist; und der Kern kann das magnetische Element
in Richtung auf einen offenseitigen Abschnitt der Spulenrille anziehen;
und die Spulenrille kann eine im Querschnitt etwa vierseitige Form
orthogonal zur Wicklungsrichtung der Spule aufweisen, und ihre Eckabschnitte,
am unteren Abschnitt des Vierecks an der Seite, die dessen offenseitigem
Abschnitt gegenüber
liegt, können
eine Radiusform aufweisen.
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Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein elektromagnetisch
angesteuertes Ventil, das folgendes einschließt: ein Ventil, das eine Ventilwelle
einschließt,
das sich in der Richtung, in der die Ventilwelle verläuft, hin
und her bewegt; ein magnetisches Element, das mit dem Ventil verbunden
ist und dieses ansteuert; einen ersten Elektromagneten, der eine
erste Spule einschließt,
die das magnetische Element anzieht und es in einer vorgegebenen
Position hält;
ein erstes elastisches Element, das ein Kraft an das das magnetische
Element anlegt, um das magnetische Element von dem ersten Elektromagneten
weg zu bewegen; und einen Kern aus magnetischem Material, in dem
eine Spulenrille vorgesehen ist, in der mindestens ein Teil der
ersten Spule untergebracht ist; und wobei der Kern das magnetische
Element in Richtung auf einen offenseitigen Abschnitt der Spulenrille
anzieht und die Kernrille orthogonal zur Wickelrichtung der Spule
eine im Wesentlichen vierseitige Querschnittsform aufweist und ihre
Eckabschnitte am untere Abschnitt der Seite des Vierecks, die dessen
offenseitigem Abschnitt gegenüber
liegt, eine Radiusform aufweisen.
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Das
magnetische Element kann ein pendelndes Element sein, dessen eines
Ende so gelagert ist, dass es frei auf einem Basiselement schwingt,
und das an seinem anderen Ende mit einem Arbeitsabschnitt verbunden
ist, der die Ventilwelle in der Richtung, in der die Welle verläuft, hin
und her bewegt.
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Die
vorgegebene Position kann eine Ventilschließungsposition sein, und es
kann weiter folgendes enthalten sein: ein zweiter Elektromagnet,
der das magnetische Element anzieht und es in einer Ventilöffnungsstellung
hält; und
ein zweites elastisches Element, das durch Ausüben einer elastischen Kraft
auf die Ventilwelle eine Kraft auf das magnetische Element ausübt, um das
magnetische Element vom zweiten Elektromagneten weg zu bewegen.
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Der
zweite Elektromagnet kann eine zweite Spule einschließen, die
mit der ersten Spule verdrahtet ist, und gleiche elektrische Ströme können in
der ersten Spule und der zweite Spule fließen.
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Die
Steuereinrichtung kann eine Steuerung durchführen, nachdem sie den elektrischen
Strom, der in den ersten und zweiten Spulen fließt, von einem vorgegebenen
Stromwert für
Haltestrom auf null gesenkt hat, um in der ersten und der zweiten
Spule einen Strom fließen
zu lassen, der das magnetische Element gegen den zweiten Elektromagneten
zieht.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Ansprechempfindlichkeit
auf die Steuerung des elektrischen Stroms auch bei niedrigen Spannungen
zu erhöhen,
so dass die Genauigkeit der Ventilstellungssteuerung verbessert
werden kann.
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Ein
dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Ansteuern eines elektromagnetisch angesteuerten Ventils, das
folgendes einschließt:
ein Ventil, das eine Ventilwelle einschließt, das sich entlang einer
Richtung, in der die Ventilwelle verläuft, hin und her bewegt; ein
magnetisches Element, das mit dem Ventil verbunden ist und dieses ansteuert;
einen ersten Elektromagneten, der eine erste Spule einschließt, der
das magnetische Element anzieht und dieses in einer vorgegebenen
Stellung hält;
ein erstes elastisches Element, das eine Kraft an das magnetische
Element anlegt, um das magnetische Element von dem ersten Elektromagneten
weg zu bewegen.
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Dieses
Verfahren schließt
die folgenden Schritte ein: wenn die elektromagnetische Kraft des ersten
Elektromagneten schwächer
wird und das magnetische Element von dem ersten Elektromagneten getrennt
wird, wird der elektrische Strom von einem ersten Haltestrom auf
einen zweiten Haltestrom erhöht,
der größer ist
als der erste Haltestrom; der elektrische Strom, der in der ersten
Spule fließt,
wird auf null gesenkt, um die elektromagnetische Kraft des ersten
Elektromagneten zu schwächen
und somit das elektromagnetische Element vom ersten Elektromagneten
zu trennen; und, nachdem das magnetische Element sich vom ersten
Elektromagneten getrennt hat, lässt
man einen Unterbrechungsstrom zur Einstellung der Geschwindigkeit
des magnetischen Elements fließen.
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Entsprechend
diesem Verfahren ist es möglich,
die Ansprechempfindlichkeit auf die Steuerung des elektrischen Stroms
auch bei niedriger Spannung zu verbessern, so dass es möglich ist,
die Genauigkeit einer Ventilstellungssteuerung zu verbessern.
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KURZE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
mit Bezug auf die begleitende Zeichnung klarer, wobei ähnliche
Zahlen verwendet werden, um ähnliche
Elemente zu bezeichnen, und worin:
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1 eine
Figur ist, die schematisch den Aufbau eines elektromagnetisch angesteuerten
Ventils entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine
Schnittdarstellung der Struktur von 1 ist, in
einer Ebene, die von den Pfeilen II-II in 1 angegeben
ist;
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3 eine
vergrößerte Darstellung
eines Abschnitts S von 1 ist;
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4 eine
Figur ist, welche die Beziehung zwischen einer elektromagnetischen
Unterbrechungskraft Fb und einer Federkraft Fs erläutert;
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5 eine
Figur ist, die Parameter im Zusammenhang mit elektrischem Unterbrechungsstrom erläutert;
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6 ein
Wellenformdiagramm ist, das Änderungen
des elektrischen Stroms, der in einer Spule fließt, erläutert;
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7 eine
Figur ist, die ein Beispiel für
ein Kennfeld zeigt, das einen Anstiegsbetrag eines elektrischen
Haltestroms bestimmt;
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8 eine
Figur ist, die ein Recherche-Beispiel für einen elektromagnetischen
Aktor zeigt, der in diesem elektromagnetisch angesteuerten Ventil verwendet
wird;
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9 eine
Figur ist, die eine Region um eine Spule 182 von 8 in
vergrößerter Darstellung zeigt;
und
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10 ein
Wellenformdiagramm ist, das ein Recherche-Beispiel für das Leitermuster
einer Spule zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlich mit Bezug auf die Zeichnung
erklärt.
Es sei klargestellt, dass in den Figuren Abschnitte, die gleich
sind oder die einander entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen
benannt sind.
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1 ist
eine Figur, die schematisch den Aufbau eines elektromagnetisch angesteuerten
Ventils entsprechend einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Motor, bei dem es sich um
einen Verbrennungsmotor handelt, schließt einen Zylinderblock, einen
Zylinderkopf, Kolben, die sich in den Zylindern im Zylinderblock
nach oben und unten bewegen, elektromagnetisch angesteuerte Einlassventile,
die an den Einlassöffnungen
der einzelnen Zylinder vorgesehen sind, und elektromagnetisch angesteuerte
Auslassventile, die an den Auslassöffnungen der einzelnen Zylinder
vorgesehen sind, ein. Beispielsweise können jeweils ein Einlassventil
und ein Auslassventil für
jeden der Zylinder vorgesehen sein.
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In 1 ist
ein Beispiel für
diese elektromagnetisch angesteuerten Ventile dargestellt. Ein Drehwinkelsensor 6 sitzt
auf diesem Motorzylinderblock und erfasst die Drehzahl des Motors.
Verschiedene Sensorausgaben, wie die Ausgabe dieses Kurbelwinkelsensors
usw., werden in eine elektronische Steuereinrichtung (ECU) 30 eingegeben,
und diese ECU 30 gibt neben Befehlen zur Steuerung des
Einspritzzeitpunkts und der Einspritzmenge eines Kraftstoff-Einspritzventils
sowie des Zündzeitpunkts
einer Zündkerze,
auch Befehle an eine elektromagnetische Ventilansteuerungseinheit
(EDU) 32 zur Steuerung des Ventilöffnungszeitpunkts für ein elektromagnetisches
Stellglied 24, das dieses Einlassventil oder Auslassventil
ansteuert, aus.
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Leistungsversorgungsspannung
wird der EDU 32 von einer Gleichstrom-Leistungsquelle 11 zugeführt. Als
Beispiele für
eine solche Gleichstrom-Leistungsquelle 11 können ein
Alternator, der eine 14 V-Leistungsversorgungsspannung ausgibt, oder
eine 12 V-Batterie oder dergleichen genannt werden.
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Dieses
elektromagnetisch angesteuerte Ventil schließt folgendes ein: ein Ventil 87,
das eine Ventilwelle einschließt,
das sich in der axialen Richtung, in der die Ventilwelle verläuft, hin
und her bewegt; eine Scheibe 74, bei der es sich um ein
magnetisches Element handelt, das mit dem Ventil 87 verbunden
ist und dieses ansteuert, einen ersten Elektromagneten, der eine
erste Spule 80 einschließt und der die Scheibe 74 anzieht,
um die geschlossene Ventilstellung beizubehalten; und einen Drehstab 68, bei
dem es sich um ein elastisches Element handelt, das eine Kraft auf
die Scheibe 74 ausübt,
um diese Scheibe 74 vom ersten Elektromagneten weg zu bewegen;
und eine ECU 30, die die elektromagnetische Kraft des ersten
Elektromagneten steuert.
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Wenn
die ECU 30 die elektromagnetische Kraft des ersten Elektromagneten
so schwächt,
dass die Scheibe 74 sich vom ersten Elektromagneten weg
bewegt, verringert sie den elektrischen Strom, der in der ersten
Spule fließt,
auf null, nachdem sie ihn vorübergehend
von einem ersten Haltestrom auf einen zweiten Haltestrom, der stärker ist
als der erste Haltestrom, erhöht
hat, und nachdem die Scheibe 74 sich vom ersten Elektromagneten
weg bewegt hat, führt
sie eine Stromsteuerung durch, um einen Unterbrechungsstrom fließen zu lassen,
um die Geschwindigkeit der Scheibe 74 einzustellen.
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Bei
der Scheibe 74 handelt es sich um ein pendelndes Element,
dessen eines Ende so in einem Gehäuse 62 gelagert ist,
dass es frei schwingen kann, während
es am anderen Ende mit einem Betätigungsabschnitt
versehen ist, der die Ventilwelle in der Richtung, in der die Ventilwelle
verläuft,
hin und her bewegt.
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Dieses
elektromagnetisch angesteuerte Ventil schließt ferner einen zweiten Elektromagneten ein,
der die Scheibe 74 anzieht und das Ventil in der offenen
Stellung hält,
und eine untere Feder 86, bei der es sich um ein zweites
elastisches Element handelt, das dadurch, dass es seine elastische
Kraft auf die Ventilwelle ausübt,
eine Kraft auf das magnetische Element ausübt, um die Scheibe 74 vom
zweiten Elektromagneten weg zu bewegen.
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Die
elektronische Steuereinheit (ECU) 30 schließt einen
Speicher 31 ein. Ein elektrisches Strommuster, das der
Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 6 entspricht, ist als Kennfeld
in diesem Speicher 31 hinterlegt.
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Durch
auf und ab Bewegen öffnet
und schließt
das Ventil 87 eine Einlassventilblende oder eine Auslassventilblende,
die im Zylinderkopf 10 vorgesehen ist. Ein Zwischenschaft 76 ist
an einem oberen Abschnitt der Ventilwelle 88 vorgesehen
und verläuft
vom Ventil 87 nach oben. Ein Ventilstößelstift 75 ist am
oberen Ende dieses Zwischenschafts 76 befestigt. Das Ventil 87 bewegt
sich in der Richtung, in der die Ventilwelle verläuft, hin
und her.
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Ein
Hubkugellager 89 ist zwischen der Ventilwelle 88 und
dem Zylinderkopf 10 vorgesehen, und dadurch wird die Ventilwelle 88 so
gelagert, dass sie in vertikaler Richtung beweglich ist. Eine Hülse 84 ist unter
dem Zwischenschaft 76 vorgesehen. Die untere Feder 86 ist
um die Ventilwelle 88 herum, zwischen der Hülse 84 und
dem Zylinderkopf 10, angeordnet.
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Das
elektromagnetische Stellglied 24 schließt den vorgenannten Elektromagneten
zur Öffnung
des Ventils und den vorgenannten Elektromagneten zur Schließung des
Ventils ein, die beide am Gehäuse 62 befestigt
sind. Der Elektromagnet zur Öffnung
des Ventils schließt
einen Kern 78 zur Öffnung
des Ventils und die Spule 82 ein. Und der Elektromagnet
zur Schließung
des Ventils schließt
einen Kern 72 zur Schließung des Ventils und die Spule 80 ein.
Die Spule 80 und die Spule 82 sind miteinander verdrahtet,
so dass sie zusammenwirken, wodurch eine Einzelspulenstruktur gebildet
wird. Es sei klargestellt, dass es zulässig wäre, nicht diese Einzelspulenstruktur
zu bilden, sondern stattdessen die Ströme in der Spule 80 und
der Spule 82 unabhängig voneinander
mit der EDU 32 zu steuern.
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Die
Scheibe 74 wird von diesem Elektromagneten zur Öffnung des
Ventils und diesem Elektromagneten zur Schließung des Ventils angezogen. Die
Scheibe 74 ist ein pendelndes Element, dessen eines Ende
frei drehbar in dem Gehäuse 62 gelagert ist.
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Aufgrund
der elastischen Kraft des Drehstabs 68, bei dem es sich
um eine obere Feder handelt, die gegen die untere Feder 86 wirkt, übt die Scheibe 74 eine
Kraft auf den Zwischenschaft 76 in Abwärtsrichtung aus, anders ausgedrückt in Ventilöffnungsrichtung.
Die Spitze des Ventilstößels ist
an das andere Ende der Scheibe 74 gepasst. Und diese Ventilstößelspitze 73 berührt den
Ventilstößelstift 75, der
am oberen Ende des Zwischenschafts 76 befestigt ist, und übt dadurch
eine Kraft in Abwärtsrichtung auf
den Zwischenschaft 76 aus, anders ausgedrückt in Öffnungsrichtung
des Ventils.
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Dagegen übt die untere
Feder 86 durch Schieben gegen den Rückhalter 84 eine Kraft
in Aufwärtsrichtung
auf den Zwischenschaft 76 aus, anders ausgedrückt, in
Ventilschließungsrichtung.
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Als
resultierende Kraft des Drehstabs 68 und der unteren Feder 86 wird,
wenn das Ventil 87 völlig geschlossen
ist, eine Kraft in dessen Öffnungsrichtung
erzeugt, während
andererseits, wenn das Ventil 87 völlig offen ist, eine Kraft
in dessen Schließungsrichtung
erzeugt wird. Auch wenn der Abstand zwischen der Scheibe 74 und
der Spule des Elektromagneten, die diese anzieht, groß ist und
die elektromagnetische Kraft, die die Scheibe 74 anzieht,
schwach ist, kann durch Nutzung der elastischen Kraft des Drehstabs 68 und
der unteren Feder 86 die Größe des Elektromagneten relativ
klein gehalten werden.
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2 ist
eine Querschnittsdarstellung des Aufbaus von 1 in einer
Ebene, die von den Pfeilen II-II in 1 angezeigt
ist. In der in 2 dargestellten Ausführungsform
ist die Spule 82 auf den Kern 78 zur Öffnung des
Ventils gewickelt. Ein Loch ist in einem Abschnitt des Kerns 78 zur Öffnung des Ventils
ausgebildet, in dem der Zwischenschaft 76 und das Hubkugellager 83 gehalten
werden.
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3 ist
eine vergrößerte Darstellung
eines Abschnitts S von 1. In der in 3 dargestellten Ausführungsform
werden, wenn ein elektrischer Strom in der Spule 82 fließt, Magnetflusslinien 94 erzeugt,
und die Scheibe 74 wird angezogen.
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In
dem in 9 dargestellten Recherche-Beispiel werden, da
die untere Ecke 197 der Spulenrille 192, die im
Kern 178 zur Öffnung
des Ventils vorgesehen ist, ungefähr rechtwinklig ist, die Intervalle
zwischen den magnetischen Flusslinien in diesem Winkelbereich schmal,
wie vom Abschnitt 196 dargestellt, so dass eine magnetische
Sättigung auftritt.
Aufgrund dessen kommt es zu einer problematischen Schwächung der elektromagnetischen Kraft
und einem verschlechterten Ansprechen auf die elektromagnetische
Kraft.
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Da
in dem in 3 dargestellten Beispiel dagegen
eine Radiusform an der unteren Ecke 97 der Spulenrille 92,
die in dem Kern 78 zur Ventilöffnung vorgesehen ist, geschaffen
ist, wird demgemäß die Erzeugung
einer magnetischen Sättigung
gemildert, da, wie vom Abschnitt 96 dargestellt, die Verschmälerung der
Lücke zwischen
den magnetischen Flusslinien gemäßigt ist,
auch in diesem Eckabschnitt. Aufgrund dessen werden die Probleme
der Abnahme der elektromagnetischen Kraft und des verschlechterten
Ansprechens auf die elektromagnetische Kraft gemildert.
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4 ist
eine Figur, die die Beziehung zwischen der elektromagnetischen Unterbrechungskraft Fb
und der Federkraft Fs erläutert.
Wenn der Haltestrom ausgehend vom Ventilschließungszustand vorübergehend
auf null gebracht wird, dann wirkt die Federkraft Fs, wie durch
die Resultante der Kräfte, die
von dem Drehstab 68 und der unteren Feder 86 ausgeübt werden,
in Ventilöffnungsrichtung
auf das Ventil 87. Dagegen wird eine elektromagnetische
Unterbrechungskraft Fb erzeugt, wenn erneut ein Unterbrechungsstrom
in der Spule fließt,
so dass die Trägheit
des Ventils nicht zu einem Überschießen führen sollte.
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Zusätzlich zu
den oben genannten Kräften auf
dem Ventil 87 wirkt auch die Motorlast Fe, die ihren Ursprung
in einer Druckerhöhung
infolge von Explosion und Kompression in den Zylindern des Motors
hat, in die Richtung, in der die Ventilöffnung gehemmt wird.
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5 ist
eine Figur zur Erläuterung
von Parametern im Zusammenhang mit dem elektrischen Unterbrechungsstrom.
Die Unterbrechungskraft, die an das Ventil angelegt wird, ist die
Resultante der elektromagnetischen Unterbrechungskraft Fb und der
Motorlast Fe, wie in 4 dargestellt. Daher kann, um
die gewünschte
Unterbrechungskraft zu erhalten, wenn die Motorlast Fe klein ist,
die Unterbrechungskraft, die Resultante der elektromagnetischen Unterbrechungskraft
Fb und der Motorlast Fe, ungefähr
konstant gehalten werden, indem man den Unterbrechungsstrom und
somit die elektromagnetische Unterbrechungskraft Fb erhöht. Dagegen
kann der Unterbrechungsstrom verringert werden, wenn die Motorlast
Fe hoch ist.
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Was
die Spulenspannung betrifft, so kann, um die gewünschte Unterbrechungskraft
zu erhalten, der Unterbrechungsstrom erhöht werden, wenn die Spulenspannung
niedrig ist; und umgekehrt kann der Unterbrechungsstrom gesenkt
werden, wenn die Spulenspannung hoch ist.
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Was
die Umgebungstemperatur betrifft, so kann, um die gewünschte Unterbrechungskraft
zu erhalten, der Unterbrechungsstrom bis zu einem gewissen Maß erhöht werden,
wenn die Temperatur hoch ist, da die Reibung des Ventils bei hoher
Temperatur abnimmt. Wenn die Temperatur niedrig ist, kann andererseits
der Unterbrechungsstrom bis zu einem gewissen Maß gesenkt werden, da die Reibung
des Ventils bei niedriger Temperatur zunimmt. Beispielsweise entspricht
die Umgebungstemperatur der Temperatur des Hubkugellagers, der Ventilwelle usw.
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Wenn
das Ventil in einer anderen Schwebehaltestellung angehalten wird,
kann der Unterbrechungsstrom geändert
werden, um die gewünschte Unterbrechungskraft
zu erhalten. Das heißt,
wenn das Ventil bereits vor seiner Standardstellung angehalten wird,
muss die Unterbrechungskraft verstärkt werden, dementsprechend
muss der Unterbrechungsstrom verstärkt werden. Wenn das Ventil
dagegen erst nach seiner Standardposition angehalten wird, muss
die Unterbrechungskraft verringert werden, demgemäß muss der
Unterbrechungsstrom verringert werden.
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Auf
diese Weise kann der Unterbrechungsstrom entsprechend der Motorlast,
der Spulenspannung, der Temperatur und der Ziel-Schwebeanhaltestellung
bestimmt werden.
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6 ist
ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung
der Änderungen
des elektrischen Stroms, der in der Spule fließt. Die Tatsache, dass es aufgrund der
in den letzten Jahren aufgekommenen Forderungen nach einer Verringerung
der Leistungsversorgungsspannung zum Ansteuern der Spule schwierig ist,
den gewünschten
Unterbrechungsstrom zu erhalten, da die Stromanstiegs-Ansprechempfindlichkeit abnimmt,
wurde bereits mit Bezug auf 10 erläutert.
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Mit
dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im Gegensatz dazu ein Stromanstiegsintervall
zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 in 6 geschaffen,
anders ausgedrückt
im letzten Abschnitt des Zeitraums, in dem ein Haltestrom fließt, um das
Ventil unverändert
in der geschlossenen Position zu halten.
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Zwischen
den Zeitpunkten t0 ~ t2 lässt
man den notwendigen Haltestrom zum Anziehen und Halten der Scheibe 74 auf
stabile Weise fließen.
Um den Verbrauch an elektrischer Leistung zu verringern, anders
ausgedrückt,
um den Kraftstoffverbrauch zu senken, sollte dieser Haltestrom so
klein wie möglich sein.
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In
dem Stromanstiegsintervall zwischen den Zeitpunkten t1 ~ t2 wird
der Strom dann erhöht,
um einen Unterbrechungsstrom fließen zu lassen, zusätzlich zum
minimalen Pegel des Haltestroms. Zum Zeitpunkt t2 wird dann der
Strom so verringert, dass er unter dem Haltestrom liegt.
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Obwohl
zwischen den Zeitpunkten t2 ~ t3 ein Unterbrechungsstrom fließt, kann
der Strom aufgrund des Einflusses der Spuleninduktanz nicht sofort
stärker
werden. Demgemäß kann durch
Einstellen eines Stromanstiegs, der diesem notwendigen Unterbrechungsstrom
zwischen den Zeitpunkten t1 ~ t2 entspricht, der notwendige Unterbrechungsstrom zwischen
den Zeitpunkten t1 ~ t2 fließen.
Dadurch, dass dieser Unterbrechungsstrom fließt, können die Geschwindigkeit der
Scheibe und deren kinetische Energie zu dem Zeitpunkt, zu dem die
Scheibe die neutrale Stellung der Feder erreicht, eingestellt werden.
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Dadurch,
dass der elektrische Attraktionsstrom zum Zeitpunkt t3, zu dem die
Scheibe die neutrale Stellung der Feder durchläuft, in der Spule fließt, kann
die Ventil öffnungsstellung,
die zwischen den Zeitpunkten t4 ~ t5 bestimmt wird, in die Schwebestellung
D1 oder in die leicht angehobene Stellung D2 gebracht werden. Nach
dem Zeitpunkt t5 fließt
der notwendige Haltestrom zur Aufrechterhaltung dieser Ventilöffnungsstellung
auf stabile Weise.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die vorteilhafte Wirkung, dass der
Unterbrechungsstrom schnell steigen kann, auch durch Erhöhung des
elektrischen Stroms während
des Intervalls vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 erhalten werden
könnte, aber
in dieser Ausführungsform
ist die Energieeffizienz erhöht,
da der Haltestrom gesenkt wird und der Zeitraum unmittelbar bevor
sich die Scheibe 74 vom Kern 72 zum Schließen des
Ventils trennt, als Stromerhöhungsintervall
kurz gehalten wird.
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In 5 wurde
ein Verfahren zum Erhalten der gewünschten Unterbrechungskraft
durch Variieren des Unterbrechungsstroms entsprechend verschiedenen
Parametern erläutert.
In 6 wurde ein Verfahren zur Erhöhung des Haltestroms zwischen den
Zeitpunkten t1 ~ t2, um den benötigten
Unterbrechungsstrom fließen
zu lassen, erläutert.
Somit besteht auch eine Beziehung zwischen dem Erhöhungsbetrag
des Haltestroms und den verschiedenen Parametern von 5.
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Wenn
somit vorab festgestellt wird, auf welche Weise dieser Unterbrechungsstrom-Erhöhungsbetrag
entsprechend diesen Parameter bestimmt wird, und diese An der Beziehung
in einem Kennfeld registriert wird, dann kann der Spulenstromwert
für die
Zeit zwischen t1 ~ t2 direkt unter Bezugnahme auf dieses Kennfeld,
das verschiedene Parameter als Argumente verwendet, ermittelt werden.
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7 ist
eine Figur, die ein Beispiel eines Kennfelds zeigt, das die den
Erhöhungsbetrag
des Haltestroms bestimmt. Wie in 5 und 7 zu
sehen, wird das Kennfeld so erstellt, dass, wenn die Motorlast P
(MPa) steigt, der Erhöhungsbetrag
des Unterbrechungsstroms abnimmt; dies ist als Grafik für jede Ziel-Schwebeanhalteposition
dargestellt.
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Ferner
verschiebt sich in 7, wenn die Ziel-Anhalteposition
früher
ist, die Grafik zu der Seite, wo der Unterbrechungsstrom-Erhöhungsbetrag
größer ist;
während
dann, wenn die Ziel-Anhalteposition später ist, die Grafik zu der
Seite verschoben wird, wo der Unterbrechungsstrom-Anhaltebetrag
kleiner ist.
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Obwohl
ein Kennfeld für
die Motorlast und die Ziel-Schwebeanhalteposition als Beispiel in 7 dargestellt
ist, kann ein Kennfeld erzeugt werden, indem beliebige der in 5 dargestellten
Parameter ausgewählt
werden.
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Wie
oben erläutert,
kann in dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dadurch, dass vorübergehend ein elektrischer
Strom fließen
gelassen wird, der stärker
ist als der Haltestrom, wenn der Haltestrom sinkt, das Stromsteuerungs-Ansprechverhalten
auch bei niedriger Spannung und damit die Zuverlässigkeit der Steuerung verbessert
werden. Im Vergleich zu dem Fall, dass die Rillenform des Kerns, der
die Spule hält,
winkelförmig
ist, sind die Intervalle zwischen den magnetischen Flusslinien außerdem gleichmäßiger, so
dass es möglich
ist, eine magnetische Sättigung
zu vermeiden.
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Die
oben beschriebene Ausführungsform sollte
nicht als beschränkend
aufgefasst werden, da alle ihre Merkmale nur als Beispiele offenbart
wurden. Der Bereich der vorliegenden Erfindung soll in den befügten Ansprüchen spezifiziert
werden und nicht durch eine der Einzelheiten in der oben Erläuterung;
es sind verschiedene Änderungen
jeder Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung denkbar, vorausgesetzt, dass ihre Bedeutung
dem Gedanken der Erfindung entsprechen und dass sie in deren Bereich
liegen.