DE60319495T2

DE60319495T2 - Elektrisches Ventilbetätigungssystem und -Vorrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60319495T2
Application number: DE60319495T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Asada; Shuichi Ezaki; Kimitoshi Tsuji; Yasushi Kusaka; Kenji Kataoka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2003-12-04
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2023-12-05
Also published as: EP1426568B1; EP1426568A1; EP1925787A2; KR100682775B1; CN1317495C; US20040107928A1; CN100577992C; CN1508415A; EP1925787A3; JP2004183612A; US20060112919A1; KR20040049251A; EP1925787B1; DE60331795D1; CN101113679A; US7111599B2; DE60319495D1; US7047922B2; JP4082197B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventilantriebssystem zum Antreiben von Einlass- oder Auslassventilen einer Brennkraftmaschine.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Ein Einlassventil oder ein Auslassventil einer bekannten Brennkraftmaschine wird durch Leistung geöffnet und geschlossen, die von einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine genommen wird. In zurückliegenden Jahren wurden jedoch Versuche unternommen, das Einlassventil oder das Auslassventil mittels eines Elektromotors anzutreiben. Zum Beispiel offenbart die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 8-177536 ein Ventilantriebsgerät, das eine Nockenwelle mit einem Motor antreibt, um das Einlassventil zu öffnen und zu schließen, und um ein EGR-Ventil anzutreiben, ist ebenfalls ein Ventilantriebsgerät bekannt, das eine Drehung eines Motors in eine geradlinige Öffnungs- und Schließbewegung eines Ventils umwandelt, indem es einen Schraubmechanismus einsetzt, der an einem Ventilstößel angeordnet ist (siehe JP-A Nr. 10-73178 ).
Da das Gerät, das eine Drehung eines Motors in eine Öffnungs- und Schließbewegung eines Ventils mittels des Schraubmechanismus umwandelt, derart ausgeführt ist, dass ein notwendiges Drehausmaß des Motors groß ist, und es somit ineffizient ist, ist es nicht als Antriebsgerät eines Einlassventils oder eines Auslassventils geeignet, bei denen es erforderlich ist, dass das Ventil mit hoher Geschwindigkeit und regelmäßig betätigt wird.
Wenn andererseits die Nockenwelle durch einen Motor gedreht wird, ist es möglich, das Einlassventil oder das Auslassventil wirkungsvoll anzutreiben. In einer Brennkraftmaschine, die eine Vielzahl von Zylindern aufweist und die allgemein als Leistungsquelle eines Fahrzeugs eingesetzt ist, wird eine Nockenwelle gemeinsam zwischen einer Vielzahl von Zylindern eingesetzt, die in einer einzelnen Linie angeordnet sind. Falls die gemeinsam verwendete Nockenwelle lediglich durch den Motor angetrieben wird, beeinträchtigt die Variation der Bewegung der Nockenwelle die Betriebscharakteristik von allen Einlassventilen und allen Auslassventilen, die durch die Nockenwelle angetrieben werden. Deswegen ist die Flexibilität der Betriebscharakteristik, die durch das Steuern des Motors erhalten wird, nicht so hoch.
Die Druckschrift US 5 873 335 offenbart eine Steuerung eines Elektromotors zum Verbessern eines Steuerbereichs von Maschinenventilen einer Brennkraftmaschine. Die Steuerung umfasst eine Vielzahl von Ventilantriebsgeräten, wobei jedes Ventilantriebsgerät einen Elektromotor als Antriebsquelle zum Erzeugen einer drehenden Bewegung und einen Leistungsübertragungsmechanismus, der mit einem Antriebsabschnitt bereitgestellt ist, zum Übertragen der drehenden Bewegung, die durch den Elektromotor erzeugt wurde, umfasst, und außerdem einen Umwandlungsabschnitt zum Umwandeln der drehenden Bewegung, die von dem Übertragungsabschnitt in eine Öffnungs- und Schließbewegung des anzutreibenden Ventils übertragen wurde. Die Elektromotoren werden gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine gesteuert. Die Elektromotoren ermöglichen unter bestimmten Umständen ein Umkehren und Drehen der Nockenwelle zurück zu ihrer normalen Position. Durch eine solche Drehung kann die Zeit des Öffnens und Schließens des Ventils gesteuert werden. Das Öffnen und Schließen des Ventilteils selbst soll durch die Konstruktion der Nocken gesteuert werden.
Die Druckschrift US 5 598 814 offenbart eine Steuerung für einen Elektromotor zum Steuern von Maschinenventilen einer Brennkraftmaschine unabhängig voneinander. Durch das Verwenden von Positionsübertragungseinrichtungen zum Erzeugen von Kurbelwellenposition- und Motorimpulsfolgen. Die Impulsfolgen werden verglichen, um einen Phasenunterschied zwischen Maschine und Motor zu erfassen. Tabellen werden erzeugt, um den gewünschten Phasenunterschied zu konstruieren, der für bestimmte Ventilkennzeichen erforderlich ist. Die Maschinensteuerung wählt eine dieser Tabellen gemäß den Maschinenzuständen, um den Motor entsprechend anzutreiben, um die gewünschten Phasenunterschiede zu erreichen.
Die Druckschrift FR 2 823 529 offenbart einen Elektromotor zum Steuern von Maschinenventilen einer Brennkraftmaschine unabhängig voneinander. Der Elektromotor wirkt über ein Stellglied, das unterschiedliche Hebel auf dem Ventilelement umfasst.
Die Druckschrift US 5 331 931 offenbart einen Elektromotor zum Steuern von Maschinenventilen einer Brennkraftmaschine. Ein Schrittmotor ist bereitgestellt, um den Nocken zu einer offenen oder geschlossenen Position zu drehen. Der Nocken dreht ungefähr 45 Grad im Uhrzeigersinn, um den Stößel hinunter zu drücken, der das Einlassventil in die offene Position bewegt. Der Nocken wird durch eine Lippe an dem Sitz des Stößel-Ventils in der offenen Position gehalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilantriebssystem bereitzustellen, das an einer Brennkraftmaschine angewendet wird, die eine Vielzahl von Zylindern aufweist, und das in der Lage ist, deren Einlassventile oder Auslassventile wirkungsvoll zu öffnen und zu schließen, und in der Lage ist, die Flexibilität bzgl. der Betriebscharakteristiken von jedem Ventil im Vergleich mit der bekannten Technologie zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruch 1 gelöst.
Gemäß diesem Ventilantriebssystem der Erfindung ist es möglich, geeignete Betriebscharakteristiken, die für den Betriebszustand der Brennkraftmaschine mit Bezug auf die Einlassventile oder die Auslassventile der Vielzahl der Zylinder geeignet sind, bereitzustellen, da eine Vielzahl von Ventilantriebsgeräten bereitgestellt sind. In dem Ventilantriebssystem der Erfindung können die Ventilantriebsgeräte zumindest jeweils eines der Ventile aus den Einlassventilen oder den Auslassventilen von verschiedenen Zylindern antreiben. Deswegen kann das Ventilantriebsgerät für jeden Zylinder unabhängig bereitgestellt sein, oder das Ventilantriebsgerät kann für das Einlassventil und das Auslassventil von jedem Zylinder unabhängig bereitgestellt sein. Ein Teil oder alle der Ventilantriebsgeräte können die Einlassventile oder die Auslassventile von zwei oder mehr unterschiedlichen Zylindern antreiben. In Zylindern, in denen sich die Zeiträume nicht überlappen, während denen die Einlassventile geöffnet sind oder die Auslassventile geöffnet sind, können die Betriebscharakteristiken der Einlassventile oder der Auslassventile geändert werden, ohne durch den Betrieb der Einlassventile oder der Auslassventile beeinflusst zu werden, die durch den gemeinsam verwendeten Elektromotor angetrieben werden, sogar, falls die Einlassventile oder die Auslassventile dieser Zylinder durch einen gemeinsamen Elektromotor angetrieben werden.
In dem Ventilantriebssystem der Erfindung kann die Motorsteuervorrichtung die Betätigung des Elektromotors gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine derart steuern, dass die Betriebscharakteristiken von zumindest einem Wert aus Betriebswinkel, Hubcharakteristiken und einem maximalen Hubausmaß des anzutreibenden Ventils geändert werden. In diesem Fall ist es möglich, den Betrieb des Einlassventils oder des Auslassventils im Vergleich mit dem bekannten Ventilantriebsgerät flexibler zu ändern, indem nur die Öffnungs- und Schließzeit geändert wird. Falls die Drehzahl des Elektromotors erhöht oder reduziert wird, während das Einlassventil oder das Auslassventil geöffnet ist, wird der Betriebswinkel geändert, und falls die Drehzahl, das heißt, die Beschleunigung geändert wird, werden die Hubcharakteristiken geändert. Die Hubcharakteristiken werden als Charakteristiken betreffend ein entsprechendes Verhältnis zwischen dem Hubausmaß und dem Kurbelwinkel des Einlassventils oder des Auslassventils erfasst. Betreffend das Hubausmaß ist es möglich, das Hubausmaß des Einlassventils oder des Auslassventils auf einen Wert zu begrenzen, der kleiner als das maximale Hubausmaß ist, indem es so gesteuert wird, dass die Drehrichtung des Nockens umgeschaltet wird, um den Nocken in einem Zustand umgekehrt zu drehen, der früher ist als ein Zustand, in dem die Hubposition die maximale Hubposition erreicht, in der das Hubausmaß des Einlassventils oder des Auslassventils maximal wird.
In dem Ventilantriebssystem der Erfindung kann der Umwandlungsabschnitt des Leistungsübertragungsmechanismus die Drehbewegung, die durch den Elektromotor erzeugt wurde, unter Verwendung eines Nockens oder eines Gelenks in die Öffnungs- und Schließbewegung des Einlassventils oder des Auslassventils umwandeln. Falls die Drehbewegung in die Öffnungs- und Schließbewegung des Einlassventils oder Auslassventils durch den Nocken oder das Gelenk umgewandelt wird, kann ein Verhältnis des Moments des Ventils zu dem Drehausmaß des Motors im Vergleich mit einem Fall erhöht werden, in dem ein Schraubmechanismus verwendet wird. In dem Fall des Schraubmechanismus kann das Ventil nämlich nicht ausreichend geöffnet und geschlossen werden, ohne dass die Schraube zumindest einige Male dreht, falls aber der Nocken oder das Gelenk verwendet wird, ist es möglich, das Einlassventil oder das Auslassventil nur durch das Drehen des Motors um ein vorbestimmtes Ausmaß zu öffnen und zu schließen, so dass eine Drehung in den Umwandlungsabschnitt eingegeben wird, da ein Schwungzeitraum durch eine Drehausgabe von dem Übertragungsabschnitt beendet ist. Somit ist es möglich, das Einlassventil oder das Auslassventil wirkungsvoll anzutreiben.
Das Ventilantriebssystem, das die durch den Elektromotor erzeugte Drehung in die Öffnungs- und Schließbewegung des Einlassventils oder des Auslassventils mittels dem Nocken umwandelt, kann die folgenden Betriebsarten haben.
Die Motorsteuerungsvorrichtung kann ein Steuerausmaß des Elektromotors einstellen, während die Variation des Reibungsmoments berücksichtigt wird, das auf die Drehung des Nockens wirkt. Wenn der Betrieb des Elektromotors gesteuert wird, ohne dass die Nockenreibung berücksichtigt wird, wird die Drehzahl des Motors von dem Sollwert der Steuerung wegen des Einflusses des Nockenreibungsmoments variiert. Deswegen weichen die Betriebscharakteristiken des Einlassventils oder des Auslassventils von dem Steuerziel ab, und der Betriebszustand der Brennkraftmaschine ist beeinträchtigt. Zum Beispiel besteht eine umgekehrte Möglichkeit, dass der Kraftstoffverbrauch, die Leistung, die Abgasemissionen oder ähnliches verschlechtert werden. Die Steuerung des Elektromotors kann instabil werden. Diese Unbequemlichkeiten können durch das Einstellen des Steuerausmaßes des Elektromotors gelöst werden, während die Momentenreibung berücksichtigt wird. Das Reibungsmoment in dieser Erfindung bedeutet einen Drehwiderstand, der auf die Antriebsquelle des Nockens ausgehend von einer mechanischen Konstruktion von dem Elektromotor auf das Einlassventil oder das Auslassventil angewendet wird. Eine in dem Mechanismus von der Antriebsquelle auf das Einlassventil oder Auslassventil erzeugte Reibungskraft erhöht das Reibungsmoment in der normalen Richtung. Eine Repulsionskraft der Federvorrichtung (Ventilfeder), die das Einlassventil und das Auslassventil in deren Schließrichtungen schiebt und zurückführt, erhöht das Reibungsmoment in eine negative Richtung. Wenn der Elektromotor gesteuert wird, ist es erforderlich, ein Moment auszugeben, das zum Drehen des Nockens gegen das Reibungsmoment erforderlich ist, und die Steuerung des Elektromotors wird durch das Erhöhen oder Reduzieren der Steuervariablen (Parameter) realisiert, die mit dem Ausgangsmoment des Elektromotors zusammenhängen. Das Einstellen und die Anpassung des Steuerausmaßes des Elektromotors dieser Erfindung bedeuten das Einstellen und das Anpassen einer solchen Steuervariablen.
Die Motorsteuerungsvorrichtung kann das Steuerausmaß des Elektromotors einstellen, während ein Steuerzustand berücksichtigt wird, der die Einlass- oder die Auslasscharakteristiken der Brennkraftmaschine berücksichtigt. Falls der Betrieb des Einlassventils oder des Auslassventils von dem Steuerziel abweicht, können die Einlasscharakteristiken oder die Auslasscharakteristiken der Brennkraftmaschine nicht gemäß dem Ziel gesteuert werden, und der Kraftstoffverbrauch, die Leistung, die Abgasemission oder ähnliches können verschlechtert werden. Wenn der Steuerzustand betreffend die Einlass- oder Auslasscharakteristiken berücksichtigt wird, und der Steuerzustand von dem Ziel abweicht, können solche Unbequemlichkeiten durch das Einstellen des Steuerausmaßes des Elektromotors derart gelöst werden, dass die Abweichung reduziert wird.
Als Einlass- oder Auslasscharakteristiken können verschiedene Zustände, die mit den Betriebscharakteristiken des Einlassventils oder des Auslassventils zusammenhängen, berücksichtigt werden. Zum Beispiel kann eine Einlassluftmenge in dem Zylinder, ein Druck in dem Zylinder, eine interne EGR-Menge, die Abgastemperatur, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis und ähnliche als Einlass- oder Auslasscharakteristiken berücksichtigt werden. Wenn der Steuerzustand des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses berücksichtigt wird, ist es erwünscht, dass die Motorsteuerungsvorrichtung das Steuerungsausmaß des Motors derart korrigiert, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen vorbestimmten Sollwert gesteuert wird. Falls eine derartige Steuerung ausgeführt wird, kann die Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch das Korrigieren der Betriebscharakteristiken des Einlassventils oder des Auslassventils beendet werden, und es ist möglich, den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, um die Ausgabe zu erhöhen, und die Abgasemissionen zu verbessern.
Das Ventilantriebssystem kann außerdem eine Abnormalitätsbeurteilungsvorrichtung umfassen, die beurteilt, ob das Ventilantriebssystem ausgehend von einem Korrekturausmaß mit Bezug auf das Steuerausmaß des Elektromotors abnormal ist. Das Korrekturausmaß wird durch das Berücksichtigen des Steuerungszustands betreffend die Einlass- oder Auslasscharakteristiken der Brennkraftmaschine bereitgestellt. Wenn in dem Ventilantriebssystem ein abnormaler Zustand vorliegt, wird ein Absolutwert der Steuermenge des Elektromotors übermäßig groß oder klein, oder eine Änderungsmenge der Steuerungsmenge wird übermäßig. Somit ist es möglich, falls die Korrekturmenge betreffend die Steuerungsmenge des Elektromotors überwacht wird, zu beurteilen, ob das Ventilantriebssystem abnormal ist, ohne einen Abnormalitätsfühler einzusetzen.
Die Motorsteuerungsvorrichtung kann die Variation der Drehzahl der Brennkraftmaschine ausgehend von der Variation des Betriebszustands der Brennkraftmaschine bestimmen, und kann ein Steuerausmaß des Elektromotors einstellen, während das Ergebnis der Bestimmung berücksichtigt wird. Wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine plötzlich variiert wird, falls die Steuermenge des Elektromotors erhöht wird oder reduziert wird, während die Variation berücksichtigt wird, kann in diesem Fall die Variation der Drehzahl der Brennkraftmaschine beschleunigt werden.
Wenn ein Reibungsmoment, das auf die Drehung des Nockens wirkt, einen negativen Wert annimmt, kann der Elektromotor in der Lage sein, durch die Drehbewegung des Nockens angetrieben zu werden, um Elektrizität zu erzeugen. In diesem Fall kann die Effizienz des Ventilantriebssystems verbessert werden, und die Kapazität der Batterie, die zum Antreiben des Nockens erforderlich ist, kann reduziert werden, und die Fähigkeit einer Lichtmaschine, die in dem Fahrzeug als Stromgenerator montiert ist, Elektrizität zu erzeugen, kann kleiner eingestellt sein.
Eine Motordrehpositionerfassungsvorrichtung, die eine Drehposition des Elektromotors erfasst, kann zu dem Elektromotor hinzugefügt sein, und die Motorsteuerungsvorrichtung kann eine Nockenpositionsspezifizierungsvorrichtung haben, die eine Drehposition des Nockens ausgehend von dem Erfassungsergebnis der Drehposition des Elektromotors spezifiziert. Durch das Bestimmen der Nockenposition aus der Drehposition des Motors wird es nicht notwendig, einen Fühler zum Erfassen der Nockenposition getrennt bereitzustellen.
Es ist wünschenswert, wenn ein Geschwindigkeitsreduktionsverhältnis zwischen dem Elektromotor und dem Nocken als N:M definiert ist (worin N > M, und N und M ganze Zahlen sind, die keine gemeinsamen Teiler außer 1 aufweisen), dass N auf 6 oder niedriger eingestellt ist. In diesem Fall ist es einfach, die Anfangsposition des Nockens zu erfassen, und der Erfassungsfehler kann unterdrückt werden.
Die Motorsteuerungsvorrichtung kann eine Initialisierungsvorrichtung haben, die dafür sorgt, dass der Elektromotor gemäß einem vorbestimmten Zustand dreht, wenn die Brennkraftmaschine sich in einem vorbestimmten Zustand befindet, und die eine Drehposition des Nockens ausgehend von einer Variation in dem Antriebszustand des Elektromotors erfasst, der in Zusammenhang mit der Variation des Reibungsmoments des Nockens erscheint, während dieser dreht. Allgemein wird das Reibungsmoment in der Nähe der Nockenposition umgekehrt, in der das Hubausmaß des Einlassventils oder des Auslassventils den maximalen Wert annimmt. Andererseits beeinträchtigt das Reibungsmoment den Antriebszustand des Elektromotors. Falls zum Beispiel das Ausgangsmoment des Elektromotors an einem konstanten Wert beibehalten wird, wird die Drehzahl des Motors gesenkt, wenn das Reibungsmoment erhöht wird, und die Drehzahl des Motors wird erhöht, wenn das Reibungsmoment reduziert wird. Falls die Drehzahl des Elektromotors auf einem konstanten Wert beibehalten wird, wird das Ausgangsmoment des Motors erhöht, wenn das Reibungsmoment erhöht wird, und das Ausgangsmoment des Motors wird reduziert, wenn das Reibungsmoment reduziert wird. Falls solche Korrelationen verwendet werden, kann die Nockenposition nur durch das Überwachen des Antriebszustands des Motors spezifiziert werden. Die Variationen der Drehzahl, wenn das Einlassventil oder das Auslassventil das Öffnen beginnt, oder das Schließen beendet, oder die Variation des Ausgangsmoments des Elektromotors nimmt einen vorbestimmten Zustand an. Die Nockenposition kann spezifiziert werden, wenn eine derartige Variation erzeugt wird. In diesem Fall kann der elektrische Antriebsstrom reduziert werden, der zum Spezifizieren der Nockenposition erforderlich ist. Wenn dies ausgeführt wird, wenn die Brennkraftmaschine angehalten ist, ist es möglich, den Zusammenstoß zwischen dem Kolben und dem Einlassventil oder dem Auslassventil zu vermeiden.
Die Initialisierungsvorrichtung kann den Elektromotor drehen, wenn die Brennkraftmaschine angehalten ist, um die Drehposition des Nockens zu erfassen, und kann dafür sorgen, dass eine Speichervorrichtung, die eine Information ebenfalls während einem Anhaltezeitraum der Brennkraftmaschine speichern kann, darin Informationen speichert, die die erfasste Drehposition des Nockens anzeigen. Die Motorsteuerungsvorrichtung kann die Drehposition des Nockens ausgehend von der Information spezifizieren, die in der Speichervorrichtung gespeichert ist, wenn die Brennkraftmaschine das nächste Mal angelassen wird, und kann das Steuern des Elektromotors beginnen. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, die Verarbeitung mittels der Initialisierungsvorrichtung auszuführen, um die Drehposition des Nockens zu erfassen, wenn die Brennkraftmaschine angefahren wird. Deswegen ist es möglich, die Brennkraftmaschine gleichmäßig anzufahren.
Die Motorsteuerungsvorrichtung kann eine Ventildrehungsausführungsvorrichtung haben, die den Elektromotor derart antreibt, dass das Ventil in einem vorbestimmten Zeitraum während des Anhaltens der Brennkraftmaschine um seine axiale Richtung dreht. In diesem Fall ist es möglich, einen Kohlenstoff abzukratzen, der sich an einem Ventil oder einem Sitz (Ventilsitz) angehaftet hat, in dem das Ventil gedreht wird. Eine Berührungsposition des Ventils mit einem Antriebsteil wie zum Beispiel einem Kipparm kann um eine Achse des Ventils bewegt werden, um einen abweichenden Verschleiß des Ventils zu verhindern.
Die Motorsteuerungsvorrichtung hat eine Hubausmaßsteuerungsvorrichtung, die den Elektromotor derart normal und umgekehrt antreibt, dass das Hubausmaß des Ventils auf einen vorbestimmten Wert begrenzt ist, der kleiner als das maximale Hubausmaß ist, das erhalten werden kann, wenn der Nocken um eine Drehung gedreht wird. Falls in diesem Fall der Nocken normal und umgekehrt gedreht wird, kann das Hubausmaß auf einen Wert begrenzt werden, der kleiner ist als das maximale Hubausmaß, das auf das Einlassventil oder das Auslassventil durch den Nocken zum Öffnen und Schließen des Einlassventils oder Auslassventils angewendet werden kann. Somit kann der Nocken sogar einen Betriebszustand einer niedrigen Drehung und unter der niedrigen Last überstehen, indem eine kleine Einlassluftmenge ausreichend ist, falls der Nocken geeignet für die Einlassluftmenge zu der Zeit der hohen Drehung unter hoher Last konstruiert ist. Ein Drehwinkel, wenn der Nocken normal und umgekehrt gedreht wird, kann gemäß dem Hubausmaß erhöht oder reduziert werden, das auf das Einlassventil oder auf das Auslassventil angewendet wird.
Die Motorsteuerungsvorrichtung kann eine Betriebsartschaltungsvorrichtung haben, die die Antriebsbetriebsarten des Elektromotors zwischen einer Betriebsart normaler Drehung, in der der Elektromotor nur in die normale Richtung angetrieben wird, und einer Betriebsart einer Normal-Umkehrdrehung umschaltet, in der der Elektromotor gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine normal oder umgekehrt gedreht wird. In diesem Fall können die Antriebszustände des Nockens geeignet ausgewählt werden. Zum Beispiel kann der Nocken normal und umgekehrt gedreht werden, um das Hubausmaß zu der Zeit der niedrigen Drehung unter niedriger Last zu begrenzen, und der Nocken kann normal zur Zeit der hohen Drehung unter hoher Last gedreht werden, um den Nocken mit einer hohen Drehzahl mit einem niedrigen Trägheitsmoment der Nockenwelle oder ähnlichem zu drehen.
Ein Ventilantriebsgerät der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Elektromotor als Antriebsquelle zum Erzeugen einer drehenden Bewegung; einen Leistungsübertragungsmechanismus, der mit einem Übertragungsabschnitt zum Übertragen der drehenden Bewegung, die durch den Elektromotor erzeugt wurde, und einen Umwandlungsabschnitt zum Umwandeln der drehenden Bewegung, die von dem Übertragungsabschnitt übertragen wurde, in eine Öffnungs- und Schließbewegung des anzutreibenden Ventils, bereitgestellt ist; und einer Motorsteuerungsvorrichtung, die den Betrieb des Elektromotors derart steuert, dass Betriebscharakteristiken von zumindest einem Wert aus einem Betriebswinkel, einer Hubcharakteristik und einem maximalen Hubausmaß des anzutreibenden Ventils gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine geändert wird. Mit dieser Konstruktion kann das obige Problem gelöst werden. Gemäß einem solchen Ventilantriebsgerät ist es möglich, zumindest einen der Werte aus Betriebswinkel, Hubcharakteristiken und dem maximalen Hubausmaß des Einlassventils oder des Auslassventils durch das Steuern des Betriebs des Elektromotors zu ändern. Deswegen ist es möglich, den Betrieb des Einlassventils oder des Auslassventils im Vergleich mit dem bekannten Ventilantriebsgerät flexibler zu ändern, in dem nur die Öffnungs- und Schließzeit geändert wird. Das Ventilantriebsgerät der Erfindung kann verschiedene bevorzugte Betriebsarten des Ventilantriebssystems unter Verwendung des oben beschriebenen Nockens haben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Hauptabschnitt eines Ventilantriebssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konstruktion eines Ventilantriebsgeräts zeigt, das entsprechend in einem Zylinder bereitgestellt ist.
3 ist eine perspektivische Ansicht des Ventilantriebsgeräts, das aus einer anderen Richtung betrachtet wird.
4 ist eine perspektivische Ansicht des Ventilantriebsgeräts, das aus einer abermals anderen Richtung betrachtet wird.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Mechanismus zum Einstellen von Ventilcharakteristiken.
6 ist eine teilweise weg geschnittene perspektivische Ansicht des Mechanismus zum Einstellen der Ventilcharakteristiken.
7 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitung einer Motorantriebssteuerungsroutine zeigt, die durch ein in 2 dargestelltes Steuergerät ausgeführt wird.
8 zeigt ein Beispiel eines Verhältnisses zwischen Kurbelwinkel, Ventilhub, Nockenreibungsmoment und Motorantriebsstrom.
9 zeigt ein Beispiel eines entsprechenden Verhältnisses zwischen dem maximalen Hubausmaß des Ventils, dem Kurbelwinkel und dem Nockenreibungsmoment.
10 zeigt ein Beispiel eines entsprechenden Verhältnisses zwischen einem Nockenwinkel und einem Motorwinkel.
11 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitung einer Nockenpositionsinitialisierungsroutine zeigt, die durch das in 2 dargestellte Steuergerät ausgeführt wird.
12A und 12B zeigen ein Beispiel einer Korrelation zwischen der Motordrehzahl, dem Nockenreibungsmoment und dem Motorabtriebsmoment.
13 zeigt ein Beispiel, in dem das Nockenreibungsmoment einen negativen Wert annimmt.
14 zeigt eine Konstruktion zum Erzeugen von Elektrizität auf eine regenerative Weise in einem Nocken getriebenen Motor.
15 ist ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems zum Bestimmen der Variation der Anzahl der Umdrehungen einer Brennkraftmaschine und zum Steuern des Abtriebsmoments des Motors in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 zeigt ein Beispiel der Steuerung, die durch das Steuersystem realisiert ist, das in 15 gezeigt ist.
17 zeigt ein anderes Beispiel der Steuerung, die durch das Steuerungssystem realisiert ist, das in 15 gezeigt ist.
18 zeigt einen Zustand zum Umschalten von Antriebsarten des Motors zwischen einer normal drehenden Betriebsart und einer normal-umgekehrt drehenden Betriebsart in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
19 zeigt ein entsprechendes Verhältnis zwischen dem Kurbelwinkel, dem Ventilhub und der Anzahl der Umdrehungen des Motors in der normal drehenden Betriebsart und der normal-umgekehrt drehenden Betriebsart.
20 zeigt eine Routine zum Beurteilen einer Antriebsbetriebsart, die durch das Steuerungsgerät zum Einstellen der Antriebsbetriebsart ausgeführt wird.
21 ist ein Flussdiagramm, das eine Bearbeitung einer Reinigungssteuerungsroutine zeigt, die durch das Steuerungsgerät zum Ausführen des Reinigungsvorgangs des Einlassventils oder des Auslassventils ausgeführt wird.
22 zeigt den Reinigungsvorgang, während das Einlassventil mit hoher Drehzahl betrieben wird.
23A und 23B zeigen einen Reibungsverschleißzustand eines oberen Endes eines Stößels im Vergleich, wobei 23A einen Fall zeigt, in dem der Reinigungsvorgang gesteuert wurde, und 23B einen Fall zeigt, in dem der Reinigungsvorgang nicht gesteuert wurde.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste Ausführungsform]
1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1, in die ein Ventilantriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaut ist. Die Brennkraftmaschine 1 ist eine Benzinmaschine mit vielen Zylindern in Reihe. In der Maschine ist eine Vielzahl von (in 1 vier) Zylindern 2 ... 2 in einer Richtung angeordnet und Kolben 3 sind in den entsprechenden Zylindern 2 derart montiert, dass die Kolben 3 sich vertikal bewegen können. Zwei Einlassventile 4 und zwei Auslassventile 5 sind oberhalb von jedem Zylinder 2 angeordnet. Diese Einlassventile 4 und diese Auslassventile 5 werden durch ein Ventilantriebssystem 10 in Zusammenhang mit der vertikalen Bewegung des Kolbens 3 geöffnet und geschlossen, und ziehen dabei Luft in den Zylinder 2 und geben Luft von dem Zylinder 2 ab.
Das Ventilantriebssystem 10 hat Ventilantriebsgeräte 11A ... 11A, die jeweils an einer Einlassseite jedes Zylinders 2 angeordnet sind, und Ventilantriebsgeräte 11B ... 11B, die jeweils an einer Auslassseite jedes Zylinders 2 angeordnet sind. Die Ventilantriebsgeräte 11A und 11B treiben das Einlassventil 4 und das Auslassventil 5 unter Verwendung eines Nockens an. Die Ventilantriebsgeräte 11A ... 11A weisen die gleichen Konstruktionen auf und die Ventilantriebsgeräte 11B ... 11B weisen ebenfalls die gleichen Konstruktionen auf. 2 zeigt Einlass- und Auslassventilantriebsgeräte 11A und 11B, die entsprechend in jedem Zylinder 2 angeordnet sind. Da die Ventilantriebsgeräte 11A und 11B ähnliche Konstruktionen aufweisen, wird zuerst das einlassseitige Ventilantriebsgerät 11A erläutert.
Das einlassseitige Ventilantriebsgerät 11A hat einen Elektromotor (der im Folgenden in manchen Fällen Motor genannt werden wird) 12 als Antriebsquelle, und einen Leistungsübertragungsmechanismus 13, der eine Drehbewegung des Motors 12 in eine gerade Öffnungs- und Schließbewegung umwandelt. Ein bürstenloser Gleichstrommotor oder ähnliches, das die Drehzahl steuern kann, wird als Motor 12 verwendet. Eine Vorrichtung 12a zum Erfassen der drehenden Position wie zum Beispiel ein Drehmelder, ein Dreh-Encoder oder ähnliches, das eine drehende Position des Motors 12 erfasst, ist in den Motor 12 aufgenommen.
Der Leistungsübertragungsmechanismus 13 hat eine einzelne Nockenwelle 14A, einen Getriebezug 15, der die Drehbewegung des Motors 12 zu der Nockenwelle 14A überträgt, einen Kipparm 16, der das Einlassventil 4 antreibt, und einen Mechanismus 17 zum Einstellen der Ventilcharakteristiken, der zwischen der Nockenwelle 14A und dem Kipparm 16 eingefügt ist. Die Nockenwelle 14A ist unabhängig für jeden Zylinder 2 angeordnet. Die Nockenwelle 14A ist nämlich für jeden Zylinder 2 angezweigt. Der Getriebezug 15 überträgt durch ein Zwischenzahnrad 19 die Drehung des Motorzahnrads 18, das aus einer Abtriebswelle (nicht dargestellt) des Motors 12 montiert ist, zu einem Nockenantriebsrad 20, das mit der Nockenwelle 14A einstückig ausgeführt ist, und dabei die Nockenwelle 14A in Synchronisation mit dem Motor 12 dreht. Deswegen dient der Getriebezug 15 mit den Zahnrädern 18, 19 und 20 als Übertragungsabschnitt 13a des Leistungsübertragungsmechanismus 13. Der Getriebezug 15 kann die Drehbewegung mit konstanter Geschwindigkeit von dem Motor 12 zu der Nockenwelle 14A übertragen, oder kann die Drehzahl ändern (reduzieren oder erhöhen), während die Drehbewegung übertragen wird.
Wie aus 3 und ebenfalls aus 4 ersichtlich ist, ist die Nockenwelle 14A drehbar mit einem einzelnen Nocken 21A angeordnet. Der Nocken 21A ist aus einer Art von Plattennocken ausgebildet, in dem ein Abschnitt eines Grundkreises anschwillt, der mit der Nockenwelle 14A koaxial liegt. Die Profile (Kontur des äußeren Umfangs) der Nocken 21A zwischen allen Ventilantriebsgeräten 11A sind gleich. Das Profil des Nockens 21A ist derart eingestellt, das eine negative Krönung während des gesamten Umfangs des Nockens 21A nicht erzeugt wird, das heißt, derart, dass das Profil eine vorspringende gekrümmte Oberfläche radial nach außen zieht.
Der Kipparm 16 kann um eine Spindel 22 schwingen. Das Einlassventil 4 ist durch die Ventilfeder 23 zu dem Kipparm 16 hin vorgespannt, die das Einlassventil 4 in nahen Kontakt mit einem Ventilsitz (nicht dargestellt) einer Einlassöffnung bringt, um die Einlassöffnung zu schließen. Das andere Ende des Kipparms 16 ist in Kontakt mit einer Einstelleinrichtung 24. Falls die Einstelleinrichtung 24 das andere Ende des Kipparms 16 hinauf schiebt, wird das eine Ende des Kipparms 16 mit einem oberen Ende des Einlassventils 4 in Kontakt gehalten. Deswegen wandeln die Teile, die von der Nockenwelle 14A (oder 14B) zu dem Kipparm 16 austreten, die Drehbewegung, die durch den Motor 12 erzeugt wurde, in die Öffnungs- und Schließbewegung des Einlassventils 4 (oder des Auslassventils 5) um, und dienen dabei als Umwandlungsabschnitt 13b des Leistungsübertragungsmechanismus 13.
Der Mechanismus 17 zum Einstellen der Ventilcharakteristiken wirkt als Zwischenvorrichtung, die die Drehbewegung des Nockens 21A als Schwingbewegung zu dem Kipparm 16 überträgt, und wirkt ebenfalls als Vorrichtung zum Ändern des Hubausmaßes und des Betriebswinkels, die das Hubausmaß und den Betriebswinkel des Einlassventils 4 durch das Ändern einer Korrelation zwischen der drehenden Bewegung des Nockens 21A und der Schwingbewegung des Kipparms 16 ändert.
Wie aus 5 ersichtlich ist, hat der Mechanismus 17 zum Einstellen der Ventilcharakteristiken eine Stützwelle 30, eine Betriebswelle 31, die durch eine Mitte der Stützwelle 30 durchtritt, einen ersten Ring 32, der an der Stützwelle 30 vorgesehen ist, und zwei zweite Ringe 33 und 33, die an gegenüberliegenden Seiten des ersten Rings 32 vorgesehen sind. Die Stützwelle 30 ist an einem Zylinderkopf oder ähnlichem der Brennkraftmaschine 1 befestigt. Die Betriebswelle 31 wird in einer axialen Richtung (in Richtungen R und F in 6) der Stützwelle 30 durch ein Stellglied (nicht dargestellt) hin- und herbewegt. Der erste Ring 32 und die zweiten Ringe 33 sind derart gestützt, dass sie um die Stützwelle 30 schwingen können und in deren axialer Richtung gleiten können. Ein Walzenfolger 34 ist drehbar an dem äußeren Umfang des ersten Rings 32 montiert, und Nasen 35 sind entsprechend an äußeren Umfängen der zweiten Ringe 33 ausgebildet.
Wie aus 6 ersichtlich ist, ist die Stützwelle 30 an ihrem äußeren Umfang mit einem Gleiter 36 bereitgestellt. Der Gleiter 36 hat ein verlängertes Loch 36c, das sich in seiner Umfangsrichtung erstreckt. Falls ein Bolzen 37, der an der Betriebswelle 31 montiert ist, mit dem verlängerten Loch 36c in Eingriff befindet, kann der Gleiter 36 einstückig mit der Betriebswelle 31 mit Bezug auf die Stützwelle 30 in der axialen Richtung gleiten. Die Stützwelle 30 ist mit einem Langloch (nicht gezeigt) in der axialen Richtung ausgebildet. Das Langloch ermöglicht es, dass der Bolzen 37 sich in der axialen Richtung bewegt. Der Gleiter 36 ist an seinem äußeren Umfang einstückig mit einer ersten schneckenförmigen Keilwelle 36a und zweiten schneckenförmigen Keilwellen 36b und 36b bereitgestellt, die derart angeordnet sind, dass sie die erste schneckenförmige Keilwelle 36a zwischen sich nehmen. Eine Verdrehrichtung der zweiten schneckenförmigen Keilwelle 36b ist gegenüber zu der der ersten schneckenförmigen Keilwelle 36a. Der erste Ring 32 ist an seinem inneren Umfang mit einer schneckenförmigen Keilwelle 32a ausgebildet, die mit der ersten schneckenförmigen Keilwelle 36a in Kämmeingriff ist. Der zweite Ring 33 ist an seinem inneren Umfang mit einer schneckenförmigen Keilwelle 33a ausgebildet, die mit der zweiten schneckenförmigen Keilwelle 36b in Kämmeingriff ist.
Wie aus 4 ersichtlich ist, ist der Mechanismus 17 zum Einstellen der Ventilcharakteristiken zu der Brennkraftmaschine 1 auf eine solche Weise hinzugefügt, dass deren Walzenfolger 34 dem Nocken 21A gegenüber liegt, während die Nasen 35 den Enden der Kipparme 16 entsprechend der entsprechenden Einlassventile 4 gegenüber liegen. Falls der Walzenfolger 34 in Kontakt mit dem Nasenabschnitt 21a gerät und nach unten geschoben wird, wenn der Nocken 21A dreht, dreht der erste Ring 32, der den Walzenfolger 34 stützt, an der Stützwelle 30, seine Drehbewegung wird zu dem zweiten Ring 33 durch den Gleiter 36 übertragen, und der zweite Ring 33 dreht in der gleichen Richtung wie der erste Ring 32. Durch die Drehung des zweiten Rings 32 schiebt die Nase 35 ein Ende des Kipparms 16 nach unten, das Einlassventil 4 wird gegen die Ventilfeder 23 nach unten verschoben, um die Einlassöffnung zu öffnen. Falls der Nasenabschnitt 21a über den Walzenfolger 34 gerät, wird das Einlassventil 4 durch eine Kraft der Ventilfeder 23 nach oben geschoben, um die Einlassöffnung zu schließen. Auf diese Weise wird die Drehbewegung der Nockenwelle 14A in die Öffnungs- und Schließbewegung des Einlassventils 4 umgewandelt.
In dem Mechanismus 17 zum Einstellen der Ventilcharakteristiken werden der erste Ring 32 und die zweiten Ringe 33 in der Umfangsrichtung in die gegenüber liegende Richtung gedreht, falls die Betriebswelle 31 in die axiale Richtung verschoben ist und es dem Gleiter 36 möglich ist, mit Bezug auf die Stützwelle 30 zu gleiten, wie aus 6 mit den Pfeilen R und F ersichtlich ist. Wenn der Gleiter 36 in die Richtung des Pfeils F bewegt wird, wird der erste Ring 32 in die Richtung des Pfeils P gedreht und die zweiten Ringe 33 werden in die Richtung des Pfeils Q gedreht, und ein Abstand zwischen dem Walzenfolger 34 und der Nase 35 in der Umfangsrichtung wird erhöht. Falls andererseits der Gleiter 36 in die Richtung des Pfeils R bewegt wird, wird der erste Ring 32 in die Richtung des Pfeils Q gedreht und die zweiten Ringe 33 werden in die Richtung des Pfeils P gedreht, und der Abstand zwischen dem Walzenfolger 34 und der Nase 35 in der Umfangsrichtung wird reduziert. Wenn der Abstand zwischen dem Walzenfolger 34 und der Nase 35 erhöht wird, wird das Ausmaß erhöht, um das der Kipparm 16 durch die Nase 35 hinunter gedrückt wird. Damit wird das Hubausmaß und der Betriebswinkel des Einlassventils 4 ebenfalls erhöht. Deswegen werden das Hubausmaß und der Betriebswinkel des Einlassventils 4 erhöht, wenn die Betriebswelle 31 in die Richtung des Pfeils F betätigt wird, wie aus 6 ersichtlich ist.
Gemäß dem Ventilantriebsgerät 11A, das konfiguriert ist, wie oben beschrieben wurde, kann das Einlassventil 4 in Synchronisation mit der Drehung der Kurbelwelle wie ein bekanntes mechanisches Ventilantriebsgerät, das das Ventil durch die Leistung von der Kurbelwelle antreibt, geöffnet und geschlossen werden, falls die Nockenwelle 14A kontinuierlich in eine Richtung mit halber Geschwindigkeit (im Folgenden Grundgeschwindigkeit genannt) der Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird. Außerdem können das Hubausmaß und der Betriebswinkel des Einlassventils 4 durch den Mechanismus 17 zum Einstellen der Ventilcharakteristiken geändert werden. Außerdem ist es gemäß dem Ventilantriebsgerät 11A durch das Ändern der Drehzahl der Nockenwelle 14A durch den Motor 12 von der Grundgeschwindigkeit möglich, die Korrelation zwischen der Phase der Kurbelwelle und der Phase der Nockenwelle 14A zu ändern, und die Betriebscharakteristiken (die Zeit, zu der das Ventil öffnet, die Zeit, zu der das Ventil schließt, die Hubcharakteristiken, den Betriebswinkel, das maximale Hubausmaß) des Einlassventils 4 verschieden zu ändern.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist in dem Ventilantriebsgerät 11B des Auslassventils 5, ungleich zu dem Ventilantriebsgerät 11A, die Nockenwelle 14B mit zwei Nocken 21B bereitgestellt, der Mechanismus 17 zum Einstellen der Ventilcharakteristiken ist weggelassen, und die zwei Nocken 21B treiben die Kipparme 16 entsprechend direkt an. Andere Abschnitte des Ventilantriebsgeräts 11B sind gleich wie die des Ventilantriebsgeräts 11A, und die Erläuterung der gleichen Abschnitte wird weggelassen. Wie der Nocken 21A umfasst der gesamte Umfang eines Profils des Nockens 21B eine vorspringende gekrümmte Oberfläche. Die Betriebscharakteristiken des Auslassventils 5 können durch das unterschiedliche Ändern der Antriebsdrehzahl der Nockenwelle 14B durch den Motor 12 des Ventilantriebsgeräts 11B verschieden geändert werden.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist das Ventilantriebssystem 10 mit einem Motorsteuerungsgerät 40 bereitgestellt, das die Betriebscharakteristiken des Motors 12 der Ventilantriebsgeräte 11A und 11B steuert. Das Motorsteuerungsgerät 40 ist ein Computer, der einen Mikroprozessor, ein RAM und ein ROM als Hauptspeichervorrichtungen aufweist, und das Motorsteuerungsgerät 40 steuert den Betrieb von jedem Elektromotor 12 gemäß einem Ventilsteuerungsprogramm, das in dem ROM gespeichert ist. Obwohl die Ventilantriebsgeräte 11A und 11B von einem Zylinder 2 in 2 gezeigt sind, wird das Motorsteuerungsgerät 40 gemeinsam für die Ventilantriebsgeräte 11A und 11B eines anderen Zylinders verwendet.
Als Eingabevorrichtung für Information, die zum Steuern des Elektromotors 12 erforderlich ist, ist mit dem Motorsteuerungsgerät 40 ein A/F-Fühler 41 verbunden, der ein Signal ausgibt, das einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases entspricht, mit einem Drosselöffnungsfühler 42, der ein Signal ausgibt, das einer Öffnung eines Drosselventils zum Einstellen einer Lufteinlassmenge entspricht, mit einem Beschleunigeröffnungsfühler 43, der ein Signal ausgibt, das einer Öffnung eines Beschleunigerpedals entspricht, mit einem Luftstrommesser 44, der ein Signal ausgibt, das einer Einlassluftmenge entspricht, und einem Kurbelwinkelfühler 45, der ein Signal ausgibt, das einem Winkel der Kurbelwelle entspricht. Ein Wert, der von einer vorherbestimmten Funktionsgleichung oder einem Kennfeld erhalten wurde, kann ebenfalls anstelle der tatsächlich gemessenen Werte verwendet werden, die durch diese Fühler erhalten wurden.
Eine Signalausgabe von einem Positionserfassungsfühler, der in den Motor 12 eingebaut ist, wird ebenfalls in das Motorsteuerungsgerät 40 eingegeben.
Als Nächstes wird die Steuerung des Motors 12 durch das Motorsteuerungsgerät 40 erläutert. In der folgenden Beschreibung wird die Steuerung des Motors 12 zum Antreiben des Einlassventils 4 von einem Zylinder 2 erläutert, aber ein Motor 12 oder das Antreiben eines Einlassventils 4 eines anderen Zylinders 2 können auf die gleiche Weise gesteuert werden. Ein Motor 12 zum Antreiben des Auslassventils 5 kann ebenfalls auf die gleiche Weise gesteuert werden.
7 zeigt eine Motorantriebssteuerungsroutine, die periodisch wiederholt durch das Motorsteuerungsgerät 40 ausgeführt wird, um das Abtriebsmoment des Motors 12 gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 zu ändern. Durch das Ausführen der Motorantriebssteuerungsroutine, die aus 7 ersichtlich ist, wirkt das Motorsteuerungsgerät 40 als Motorsteuerungsvorrichtung. In dieser Motorantriebssteuerungsroutine erfasst das Motorsteuerungsgerät 40 eine Drehposition des Nockens 21A ausgehend von zum Beispiel einem Positionserfassungsfühler des Motors 12 und einem Geschwindigkeitsreduktionsverhältnis des Getriebezugs 15 in Schritt S1. In diesem Schritt S1 wirkt das Motorsteuerungsgerät 40 als Vorrichtung zum Spezifizieren einer Nockenposition.
Als Nächstes wird in Schritt S2 der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 erfasst, der zum Bestimmen der Betriebsdetails des Einlassventils 4 erforderlich ist. Zum Beispiel werden die Anzahl der Umdrehungen (Drehzahl) der Brennkraftmaschine 1, ein Lastverhältnis und ähnliches ausgehend von Ausgangssignalen der oben beschriebenen Fühler 41 bis 45 erfasst. In dem nächsten Schritt S3 werden die Betriebseigenschaften des Einlassventils 4 ausgehend von dem Erfassungsergebnis des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 bestimmt. Zum Beispiel werden Parameter des Hubausmaßes, das auf das Einlassventil 4 anzuwenden ist, entsprechend mit dem tatsächlichen Betriebszustand, der Phase der Nockenwelle 14A, der Anzahl der Umdrehungen und ähnliches bestimmt.
In Schritt S4 wird ein bestimmter Wert TF des Nockenreibungsmoments unter Verwendung der folgenden Gleichung (1) erhalten. Hier wird ein Drehwiderstand, der auf den Motor 12 ausgehend von mechanischen Strukturen des Motorzahnrads 18 auf das Einlassventil 4 oder das Auslassventil 5 aufgebracht werden, ein Nockenreibungsmoment genannt. TF(θ + θ3) = Tf + f1(Tf1, θmax – θ1, θ + θ3) + f2(Tf2, θmax + θ2, θ + θ3) (1)
Hier stellt Tf ein Grundreibungsmoment dar, f1 stellt eine polynomiale Annäherungsfunktion dar, in der ein Variationsbestandteil des Nockenreibungsmoments, der durch einen Schub- und Rückkehreffekt des Nockens 21A durch die Ventilfeder 23 beschrieben wird, f2 stellt eine polynomiale Annäherungsfunktion dar, in der ein Variationsbestandteil des Nockenreibungsmoments, der durch den Effekt des Hinausschiebens des Nockens 21A durch die Ventilfeder 23 erzeugt wird, beschrieben ist, θ stellt einen Kurbelwinkel dar, wenn die Steuerung ausgeführt wird, und θ3 stellt eine Zeitkonstante dar, die gemäß dem Motor 12 bestimmt wird. Die Gleichung (1) wird mit Bezug auf 8 und 9 erläutert.
8 zeigt ein entsprechendes Verhältnis zwischen dem Kurbelwinkel θ, dem Ventilhub (Hubausmaß des Einlassventils 4), dem Nockenreibungsmoment TF (θ) und dem Antriebsstrom I (θ) des Motors 12. Eine normale Richtung des Nockenreibungsmoments TF, das heißt, eine Richtung des Widerstands gegen die Drehung des Nockens 21A ist in 8 nach unten gerichtet. 8 zeigt ebenfalls das Nockenreibungsmoment TF und den Antriebsstrom I des Motors 12, wenn das Ventilhubausmaß in zwei Stufen geändert wird, das heißt in einer großen Stufe und in einer kleinen Stufe. Ein Fall, in dem das Ventilhubausmaß groß ist, ist nämlich mit dicken Linien gezeigt, und ein Fall, in dem das Ventilhubausmaß klein ist, ist mit dünnen Linien gezeigt.
Wie aus 8 deutlich wird, wirkt ein Grundreibungsmoment Tf in dem ersten Begriff der Gleichung (1) in die normale Richtung, und sein Wert ist unabhängig von dem Kurbelwinkel θ konstant. Das Grundreibungsmoment Tθ zeigt einen Grunddrehungswiderstand, der an den Motor 12 angewendet ist, wenn der Nocken 21A gedreht wird. Als Nächstes wird eine geeignete Position an der seitlichen Achse in 8 als Bezugsposition definiert, und der Ventilhub weist eine maximale Position an einer Position auf (im Folgenden maximale Hubposition genannt), in der der Kurbelwinkel θ von der Bezugsposition um θmax voranschreitet, das Nockenreibungsmoment Tf (θ) wird in die normale Richtung mehr erhöht als das Grundreibungsmoment Tf während das Einlassventil 4 öffnet, bevor das Nockenreibungsmoment Tf (θ) die maximale Hubposition θmax erreicht, und eine Spitze zeigt, und das Nockenreibungsmoment TF (θ) in die negative Richtung kleiner als das Grundreibungsmoment Tf reduziert wird, während das Einlassventil 4 schließt. Dies ist deswegen, da eine Änderung in dem Reibungsmoment TF (θ) derart wirkt, dass die Reaktionskraft der Ventilfeder 23 den Nocken 21A in eine Richtung schiebt und zurück führt, die gegenüber von dessen Drehrichtung liegt, wenn der Nocken 21A das Einlassventil 4 gegen die Ventilfeder 23 öffnet, und nachdem die Reaktionskraft der Ventilfeder 23 die Spitze überschreitet, wirkt die Reaktionskraft der Ventilfeder 23 derart, dass sie den Nocken 21A in die Drehrichtung hinaus schiebt.
Genau kann ein Variationsausmaß des Nockenreibungsmoments TF entsprechend einem beliebigen Kurbelwinkel θ aus dem Grundreibungsmoment Tf in Bezug auf Mechanik oder einen Mechanismus von einer Konstruktion des Ventilantriebsgeräts 11A berechnet werden. Jedoch kann die Korrelation zwischen dem Kurbelwinkel θ und dem Variationsausmaß des Nockenreibungsmoments TF auf eine geeignete Weise durch Funktionen ausgedrückt werden, die als Variablen Spitzenwerte Tf1, Tf2 des Variationsausmaßes des Nockenreibungsmoments mit Bezug auf das Grundreibungsmoment Tf, und Abweichungsausmaße θ1, θ2 des Kurbelwinkels θ, die mit den Spitzenwerten Tf1, Tf2 von den maximalen Hubpositionen θmax bereitgestellt sind, verwenden. Die zweiten Begriffe f1, f2 in der Gleichung (1) sind angenäherte Funktionen, die unter einem solchen Gesichtspunkt erhalten wurden. Informationen zum Spezifizieren dieser angenäherten Funktionen sind in dem ROM des Motorsteuerungsgeräts 40 gespeichert.
Die maximale Hubposition θmax wird in der Verarbeitung in Schritt S3 in 7 bestimmt. Wie aus 9 ersichtlich ist, besteht eine Korrelation zwischen dem maximalen Hubausmaß des Einlassventils 4, dem Grundreibungsmoment Tf, den Spitzenwerten Tf1, Tf2 und den Kurbelwinkelabweichungsausmaßen θ1, θ2. Das Verhältnis ist vorangehend in dem ROM des Motorsteuerungsgeräts 40 in Form eines Kennfelds gespeichert. Deswegen erhält in der Verarbeitung des Schritts S4 das Motorsteuerungsgerät 40 zuerst das Grundreibungsmoment Tf, die Spitzenwerte Tf1, Tf2 und die Kurbelwinkelabweichungsausmaße θ1, θ2 entsprechend dem tatsächlichen maximalen Hubausmaß mit Bezug auf das Kennfeld in dem ROM, substituiert diese Werte und den tatsächlichen Kurbelwinkel θ, der ausgehend von dem Ausgang des Kurbelwinkelfühlers 45 in die Gleichung (1) spezifiziert wird, und erhält das Nockenreibungsmoment TF. Wenn diese Werte in Schritt S10 oder S11 korrigiert werden, wird die Korrektur reflektiert und das Nockenreibungsmoment TF wird erhalten.
Jedoch verzögert sich die Erwiderung des Motors 12, und wenn die Verzögerung der Erwiderung mit einer Zeitkonstanten 83 in Bezug auf den Kurbelwinkel θ angezeigt wird, ist es notwendig, zu der tatsächlichen Zeit das Nockenreibungsmoment TF zu erhalten, wenn der Kurbelwinkel θ von dem tatsächlichen Kurbelwinkel θ um die Zeitkonstante θ3 voranschreitet. Aus diesem Grund wird die Zeitkonstante θ3 in den zweiten und dritten Thermen in der Gleichung (1) zu dem Kurbelwinkel θ hinzu gezählt. Der Variationsbestandteil des Nockenreibungsmoments kann anstelle der polynomialen Annäherungsfunktion f1, f2 durch ein physikalisches Modell erhalten werden.
Die Erläuterung wird mit Rückbezug auf 7 fortgesetzt. Nachdem das Nockenreibungsmoment TF berechnet wurde, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S5 voran, wo das Nockenreibungsmoment TF (θ + θ3) mit einem vorbestimmten Wert α multipliziert wird, um den Antriebsstrom I (θ) des Motors 12 zu erhalten, der zu der tatsächlichen Zeit abzugeben ist. In Schritt S6 wird der Strom auf den Antriebsstrom I (θ) für den Motor 12 eingestellt, um den Motor 12 anzutreiben. Wie aus 8 deutlich wird, ist der Motorantriebsstrom I (θ), der in Schritt S6 gegeben ist, durch die Änderung des Nockenreibungsmoments TF (θ) reflektiert, das um die Motorzeitkonstante θ3 vorgezogen wird. Wenn das Nockenreibungsmoment TF (θ) größer als das Grundreibungsmoment Tf wird (wenn es in 8 zu der unteren Seite hin wechselt), wird deswegen das Abtriebsmoment des Motors 12 entsprechend erhöht, und wenn das Reibungsmoment TF (θ) kleiner als das Grundreibungsmoment Tf wird (wenn es in 8 auf die obere Seite wechselt), wird das Abtriebsmoment des Motors 12 entsprechend reduziert. Damit wird das Abtriebsmoment des Motors 12 auf den geeigneten Grad gesteuert.
Nachdem der Motor 12 angetrieben wurde, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S7 voran, wo beurteilt wird, ob ein Unterschied zwischen dem tatsächlichen Antriebsstrom I (θ) und einem Standardantriebsstrom I (θ) innerhalb eines vorbestimmten Schwellwerts λ liegt. Der Standardantriebsstrom I (θ) ist ein Antriebsstrom, der erreicht werden kann, ohne die in Schritt S10 oder S11 durchgeführte Korrektur zu berücksichtigen. Falls in Schritt S7 beurteilt wird, ob der Unterschied innerhalb des Schwellwerts λ liegt, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S8 voran, wo beurteilt wird, ob ein Wert, der durch das Abziehen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (gemessenes A/F), das durch den A/F-Fühler 41 erfasst wurde, durch ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Soll-A/F) gleich wie oder weniger als ein vorbestimmter Schwellwert β ist. Hier ist das Soll-A/F ein Sollwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 eingestellt wird. Da die Ventilbetriebscharakteristiken des Einlassventils 4 gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (siehe Schritt S3) geeignet eingestellt werden, entspricht das Soll-A/F im Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das erhalten werden würde, falls der Betriebszustand des Einlassventils 4 geeignet gesteuert wird.
Wenn das gemessene A/F mehr als das Soll-A/F ansteigt, und den Schwellwert β überschreitet, und der Zustand in Schritt S8 vernachlässigt wird, das heißt, wenn das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis stark von dem Schwellwert β zu der fetten Seite hin mit Bezug auf das Soll-Lust-Kraftstoff-Verhältnis abweicht, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S10 voran, zumindest einer der Parameter aus den Kurbelwinkelabweichungsausmaßen θ1, θ2 und den Spitzenwerten Tf1, Tf2 des Variationsausmaßes des Nockenreibungsmoments, die in die Gleichung (1) zu substituieren sind, wird von dem durch das Kennfeld in 9 spezifizierten Wert um ein Ausmaß reduziert, das einem Unterschied des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht. Um die Spitzenwerte Tf1, Tf2 zu reduzieren, sind diese Werte derart zu ändern, dass diese Werte näher an das Grundreibungsmoment Tf geraten. Durch das Ändern auf diese Weise wird das Einlassventil 4 in eine Richtung relativ zum Schließen des Ventils gesteuert, das heißt, in eine Richtung, in der das Hubausmaß reduziert wird. Deswegen wird in Schritt S10 das Hubausmaß des Einlassventils reduziert, um die Einlassluftmenge relativ zu reduzieren, und dabei zu versuchen, die Abweichung zwischen dem gemessenen A/F und dem Soll-A/F aufzuheben.
Wenn der Zustand in Schritt S8 erfüllt ist, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S9 voran, wo beurteilt wird, ob ein Wert, der durch das Abziehen des Soll-A/F durch das gemessene A/F gleich wie oder kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert γ ist. Falls der Zustand in Schritt S9 erfüllt ist, ist die Motorantriebssteuerungsroutine dieser Zeit vollendet. Wenn das gemessene A/F über den Schwellwert γ hinaus tiefer reduziert wird als das Soll-A/F, so dass der Zustand in Schritt S9 vernachlässigt wird, das heißt, wenn das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis stark von dem Schwellwert γ zu der mageren Seite hin mit Bezug auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweicht, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S11 voran, wo zumindest einer der Parameter aus den Kurbelwinkelabweichungsausmaßen θ1, θ2 und den Spitzenwerten Tf1, Tf2 der verschiedenen Ausmaße des Nockenreibungsmoments, das in die Gleichung (1) zu substituieren ist, um ein Ausmaß entsprechend einem Unterschied des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem durch das Kennfeld in 9 spezifizierten Wert erhöht wird. Um die Spitzenwerte Tf1, Tf2 zu erhöhen, sind diese Werte derart zu ändern, dass sie von dem Basisreibungsmoment Tf getrennt sind. Mit dieser Änderung wird das Einlassventil 4 in eine Richtung gesteuert, in die das Ventil relativ geöffnet wird, das heißt, in eine Richtung, in der das Hubausmaß erhöht wird. Deswegen wird in Schritt S11 das Hubausmaß des Einlassventils 4 erhöht, um die Einlassluftmenge relativ zu erhöhen, und dabei zu versuchen, die Abweichung zwischen dem gemessenen A/F und dem Soll-A/F aufzuheben.
Nachdem die Variable θ1, θ2, Tf1 oder Tf2 in Schritt S10 oder S11 korrigiert wurde, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S12 voran. In Schritt S12 wird beurteilt, ob ein Schwankungsausmaß des Parameters größer als ein Schwellwert ψ. Falls das Schwankungsausmaß des Parameters gleich oder kleiner als der Schwellwert ψ ist, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S4 zurück, wo das Nockenreibungsmoment TF berechnet wird. Zu dieser Zeit wird der korrigierte Wert verwendet, falls die Variable θ1, θ2, Tf1 oder Tf2 in Schritt S10 oder S11 korrigiert wird.
Falls in Schritt S12 beurteilt wird, dass das Schwankungsausmaß größer als der Schwellwert ψ ist, wird beurteilt, dass das Ventilantriebsgerät 11A abnormal ist, und die Verarbeitung schreitet zu Schritt S13 voran, wo ein vorbestimmter Alarm abgegeben wird, um einen Bediener über die Abnormalität des Ventilantriebsgeräts 11A zu informieren. Zum Beispiel leuchtet eine Alarmlampe an einem Instrumentenbrett eines Fahrzeugs auf oder blinkt. Dann schreitet die Verarbeitung zu Schritt S15 voran, wo ein vorbestimmter Rückzugslauf begonnen wird, und die Motorantriebssteuerungsroutine vollendet wird. Wenn der Unterschied in dem Antriebsstrom I (θ) den Schwellwert λ in Schritt S7 übersteigt, wird beurteilt, dass der Motor 12 abnormal ist, und die Verarbeitung schreitet zu Schritt S14 voran, wo ein vorbestimmter Alarm abgegeben wird, um einen Bediener über die Abnormalität des Motors 12 zu informieren. Zum Beispiel leuchtet eine Alarmlampe an einem Instrumentenbrett des Fahrzeugs auf oder blinkt. Dann schreitet die Verarbeitung zu Schritt S15 voran.
Gemäß der Ausführungsform ist es möglich, die Abweichung der Drehzahl der Nockenwelle 14A wegen des Einflusses der Schwankung des Nockenreibungsmoments zu unterdrücken, und die Betriebscharakteristiken des Nockens 21A mit Bezug auf den Sollwert genau zu steuern, da das Abtriebsmoment des Motors 12 in einem geeigneten Grad gemäß dem Ansteigen oder der Reduktion des Nockenreibungsmoments gesteuert wird. Deswegen sind der Kraftstoffverbrauch und der Leistungswirkungsgrad der Brennkraftmaschine 1 verbessert, und es wird verhindert, dass die Abgasemission verschlechtert wird.
Die Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist spezifiziert und das Abtriebsmoment des Motors 12 wird derart gesteuert, dass die Abweichung korrigiert wird. Deswegen ist es möglich, das Abtriebsmoment des Motors 12 gemäß einem tatsächlichen Zustand des Ventilantriebsgeräts 11A zu steuern, ohne nur von dem Sollwert der Steuerung alleine abhängig zu sein. Wenn zum Beispiel der Zustand des Ventilantriebsgeräts 11A unterschiedlich von dem Zustand zu der Zeit des Einstellens der angenäherten Funktionen f1, f2 ist, die aus 8 ersichtlich sind, und von dem Kennfeld, das in 9 ersichtlich ist, wegen physikalischer Unterschiede oder einer sekulären Änderung des Ventilantriebsgeräts 11A, erscheint der Unterschied als Variation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Falls der Antriebsstrom des Motors 12 derart gesteuert wird, dass die Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses korrigiert wird, können deswegen die Betriebscharakteristiken des Einlassventils 4 geeignet gesteuert werden, während der Zustand des Ventilantriebsgeräts 11A als Ergebnis geeignet reflektiert werden kann. Da der Antriebsstrom des Motors 12, der auf diese Weise korrigiert wird, das Hubausmaß und die Phase des Einlassventils 4 geeignet reflektiert, kann die Einlassluftmenge in den Zylinder 2 genau ausgehend von dem korrigierten Antriebsstrom des Motors 12 berechnet werden.
Gemäß der Ausführungsform wird beurteilt, dass der Motor 12 abnormal ist (Schritte S7 → S14), wenn der Antriebsstrom des Motors 12 übermäßig größer oder kleiner als der Standardantriebsstrom eingestellt ist, und wenn ein Parameterkorrekturausmaß (Schwankungsausmaß) entsprechend der Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses größer ist und eine erlaubbare Höhe überschreitet, wird beurteilt, dass das Ventilantriebsgerät abnormal ist (Schritte S12 → S13). Damit funktioniert das Motorsteuerungsgerät 40 als Vorrichtung zum Beurteilen einer Abnormalität. Falls der Antriebsstrom des Motors 12 übermäßig größer oder kleiner als der Standardantriebsstrom ist, ist die Möglichkeit hoch, dass der Motor 12 nicht normal betätigt ist. Wenn das Korrekturausmaß, das zum Aufheben der Abweichung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erforderlich ist, übermäßig groß in die normale oder in die negative Richtung ist, sogar falls der Antriebsstrom normal ist, ist die Möglichkeit hoch, dass eines der Ventilantriebsgeräte 11A abnormal ist, und das Einlassventil 4 nicht geeignet angetrieben wird. Deswegen ist es gemäß der Ausführungsform möglich, die Abnormalität des Ventilantriebssystems 10 geeignet zu beurteilen. Da die Abnormalität des Motors 12 und des Ventilantriebsgeräts 11A ausgehend von dem Korrekturausmaß des Antriebsstroms des Motors 12 beurteilt werden, ist es nicht notwendig, einen Fühler getrennt bereitzustellen, der den Betriebszustand des Ventilantriebsgeräts 11A überwacht, um Probleme zu lösen, und es kann verhindert werden, dass die Kosten ansteigen.
Die Korrektur des Abtriebsmoments des Motors in den Schritten S8 bis S11 und die Beurteilung, ob die Abnormalität in Schritt S7 oder S12 besteht, sind nicht inhärent in einer Vorwärtszufuhrsteuerung des Abtriebsmoments des Motors ausgehend von einer Bestimmung des Reibungsmoments, und sie können in Kombination mit Bezug auf verschiedene Steuerungen betreffend den Motor 12 ausgeführt werden. Zum Beispiel ist es möglich, die Abnormalität des Abtriebsmoments wie in dem Beispiel aus 7 für die Regelung des Abtriebsmoments des Motors 12 ausgehend von der Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle zu korrigieren oder beurteilen.
In dieser Ausführungsform ist das Schwankungsausmaß, das in Schritt S10 oder S11 erhalten wird, wünschenswert in der Speichervorrichtung in dem Motorsteuerungsgerät 40 als Korrekturausmaß des Reibungsmoments TF gespeichert. Die Speichervorrichtung ist in diesem Fall wünschenswert durch eine Fahrzeugbatterie geschütztes Sicherungs-RAM oder ein nicht volatiler Speicher wie zum Beispiel ein schreibbarer Speicher, der ein Flash-ROM hält, das keine Stromzufuhr benötigt, um die gemerkten Inhalte zu speichern. Falls eine derartige Speichervorrichtung eingesetzt wird, kann das Korrekturausmaß sogar gehalten werden, nachdem der Zündschalter ausgeschaltet wurde, und die Brennkraftmaschine 1 angehalten wurde, und wenn die Brennkraftmaschine 1 das nächste Mal angelassen wird, ist es möglich, das Nockenreibungsmoment TF mit Bezug auf den gespeicherten Korrekturwert geeignet zu berechnen. Die Vorwärtszufuhrsteuerung des Motorabtriebsmoments ausgehend von der Bestimmung des Nockenreibungsmoments kann zusammen mit einer anderen Steuerung betreffend das Motorabtriebsmoment ausgeführt werden, oder kann alleine ausgeführt werden. Zum Beispiel ist es möglich, die Regelung des Nockenwinkels ausgehend von dem durch den Kurbelwinkelfühler 45 erfassten Kurbelwinkel und die Vorwärtszufuhrsteuerung des Nockenreibungsmoments zusammen auszuführen.
Das Ventilantriebssystem 10 der Ausführungsform weist verschiedene Merkmale zusätzlich zu der oben beschriebenen Grundstruktur zum Steuern der Betriebe des Einlassventils 4 und des Auslassventils 5 gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 auf. Die Merkmale werden im Folgenden erläutert. Verschiedene Mechanismen und Konstruktionen des einlassseitigen Ventilantriebsgeräts 11A sind ebenfalls für das auslassseitige Ventilantriebsgerät 11B bereitgestellt, und stellen die gleiche Wirkung dar, wie die des Ventilantriebsgeräts 11A, solange sie nicht anders beschrieben sind.
(Erfassen der Position des Nockens)
In dem Ventilantriebssystem 10 dieser Ausführungsform wird die Position des Nockens 21A unter Verwendung von einer Vorrichtung zur Erfassung der drehenden Position des Motors 12 eingesetzt (siehe Schritt S1 in 7). Bevorzugt wird ein Paar von magnetischen Polfühlern als Vorrichtung zum Erfassen der drehenden Position eingesetzt. Die gleiche Anzahl von Südpolen und Nordpolen sind um eine Abtriebswelle des Magnetpolsensors herum angeordnet, und Drehsignale von 0° bis 360° werden ausgegeben, während die Abtriebswelle in der Reihenfolge Südpol → Nordpol → Südpol, oder Nordpol → Südpol → Nordpol gedreht wird. In einem normalen Motor ist die Anzahl der Magnetpole des Magnetpolsensors gleich wie die Anzahl der Magnetpole des Motors 12. Falls zum Beispiel der Motor 12 vier Paare Pole aufweist (ein Südpol und ein Nordpol bilden ein Paar) weist der Magnetpolsensor vier Paare Pole auf, und falls der Motor 12 acht Paare Pole aufweist, weist der Magnetpolsensor ebenfalls acht Paare Pole auf. Jedoch ist in dieser Ausführungsform ein Magnetpolsensor, der ein Paar Pole aufweist, als Positionserfassungssensor des Motors 12 unabhängig von der Anzahl der Pole des Motors 12 verwendet. Gemäß dieser Konstruktion besteht ein Verdienst, dass die drehende Position des Motors 12 einfach gefunden werden kann, da die drehende Position der Abtriebswelle des Motors 12 und das Ausgangssignal des Positionserfassungssensors einander in gleichwertiger Weise 1:1 entsprechen. Wenn ein Drehzahlverhältnis des Motors 12 und der Nockenwelle 14A 1:1 ist, ist die drehende Position des Motors 12 die drehende Position des Nockens 21A, was bequem ist, da die drehende Position des Motors 12 und die drehende Position des Nockens 21A einander auf gleiche Weise 1:1 entsprechen.
Wenn das Drehzahlreduktionsverhältnis von dem Motor 12 zu der Nockenwelle 14A nicht auf 1:1 aus einem Grund des Getriebezugs oder ähnlichem eingestellt werden kann, da nicht bestimmt werden kann, welcher drehende Position des Nockens 21A die drehende Position des Motors 12 entspricht, kann die drehende Position des Nockens 21A nicht gesteuert werden, solange nicht der Initialisierungsvorgang zum Spezifizieren des entsprechenden Verhältnis zwischen diesen ausgeführt wird. Der Initialisierungsvorgang kann durch das tatsächliche Antreiben des Nockens 21A ausgeführt werden, um zu erfassen, welche drehende Position des Motors 12 dem vorbestimmten Nockenwinkel entspricht. Wenn das Drehzahlreduktionsverhältnis des Motors 12 zu dem Nocken 21A N:M ist (wobei N > M, und N und M ganze Zahlen sind, die keinen gemeinsamen Teiler mit Ausnahme von 1 aufweisen), gibt es drehende Positionen (Motorwinkel) des Motors 12, die einem bestimmten Nockenwinkel von 0 bis 360° entsprechen, in N Positionen zwischen den Nockenwinkeln von 0 bis 360°, das heißt, existieren alle 360/N°. Wenn zum Beispiel das Drehzahlreduktionsverhältnis auf N:M = 5:3 eingestellt ist, wie aus 10 ersichtlich ist, entspricht eine von fünf Positionen (die mit schwarzen Kreisen in 10 gezeigt sind) während der Nocken 21A dreht, einmal dem Nockenwinkel von 0°, da der Nocken 21A dreimal dreht, während der Motor 12 fünfmal dreht. Somit kann die Nockenposition einfacher erfasst werden, da N kleiner ist. Falls ein Motorwinkel entsprechend einem bestimmten Nockenwinkel auf 60°/eine Umdrehung oder größer eingestellt ist, während ein Abstand zum Erfassen eines Fehlers berücksichtigt wird, ist ein bevorzugter Bereich von N 6 oder niedriger.
(Initialisierungsvorgang des Nockens)
Als Nächstes wird der Initialisierungsvorgang erläutert, der die Nockenposition betrifft. 11 zeigt eine Nockenpositionsinitialisierungsroutine, die durch das Motorsteuerungsgerät 40 ausgeführt wird, um die Nockenposition zu initialisieren. Durch das Ausführen der Nockenpositionsinitialisierungsroutine, das aus 11 ersichtlich ist, funktioniert das Motorsteuerungsgerät 40 als Initialisierungsvorrichtung. In dieser Routine startet das Motorsteuerungsgerät 40 in Schritt S21 zuerst den Motor 12, um den Nocken 21A zu drehen. Zu dieser Zeit wird die Drehzahl des Motors 12 unter Verwendung eines Positionssignals oder ähnlichem von dem Drehpositionsfühler zurück zugeführt, und das Abtriebsmoment des Motors 12 wird derart gesteuert, dass die Drehzahl konstant wird. Das Abtriebsmoment wird durch das Erhöhen oder Reduzieren des Antriebsstroms gesteuert. In Schritt S22 wird das Nockenreibungsmoment unter Verwendung des geregelten Antriebsstroms erfasst. In Schritt S23 wird beurteilt, ob der Motor 12 um ein Ausmaß entsprechend einer Umdrehung des Nockens 21A dreht. Falls das Ergebnis in Schritt S23 negativ ist, kehrt der Vorgang zu Schritt S22 zurück. Falls der Nocken 21A einmal dreht, wird der Nocken in Schritt S24 angehalten und der Vorgang schreitet zu Schritt S25 voran.
In Schritt S25 wird das entsprechende Verhältnis zwischen der Position des Nockens 21A und der drehenden Position des Motors 12 ausgehend von dem Erfassungsergebnis des Nockenreibungsmoments spezifiziert. Falls die Motordrehzahl konstant ist, wie aus 12A ersichtlich ist, besteht nämlich eine Korrelation zwischen dem Nockenreibungsmoment und dem Motorabtriebsmoment, und falls das Nockenreibungsmoment von einer Position Pa aus erhöht wird, in der der Nocken 21A beginnt, das Einlassventil 4 zu öffnen, wird das Abtriebsmoment ebenfalls erhöht, das Nockenreibungsmoment und das Motorabtriebsmoment werden an einer Position Pb umgekehrt, in der der Nasenabschnitt 21a des Nockens 21A eine Erstreckung des Einlassventils 4 erreicht, und das Nockenreibungsmoment und das Motorabtriebsmoment werden an einer Position Pc in ihre Grundwerte zusammengeführt, in dem das Einlassventil 4 vollständig geschlossen wird, und der Nocken 21A getrennt wird. In einem tatsächlichen Fall besteht ein Einfluss der Motorzeitkonstanten, wie aus 8 ersichtlich ist, aber in 12A und 12B ist die Zeitkonstante des Motors 12 ignoriert.
Falls solch ein Verhältnis zwischen dem Nockenreibungsmoment und dem Motorabtriebsmoment verwendet wird, ist es möglich, zumindest eine der Nockenpositionen Pa, Pb und Pc zu diskriminieren und das entsprechende Verhältnis zwischen der diskriminierten Position und der drehenden Position des Motors 12 zu erfassen. Die tatsächliche Nockenposition (Nockenwinkel) ist in Schritt S25 unter Verwendung des entsprechenden Verhältnisses spezifiziert, wie aus 11 ersichtlich ist. In Schritt S26 wird eine Information betreffend die Nockenposition, die durch den Initialisierungsvorgang spezifiziert wurde, gespeichert, und dann die Initialisierungsvorgangsroutine vollendet.
Gemäß dieser Verarbeitung besteht ein Vorteil, dass es nicht notwendig ist, getrennt einen Fühler zum Erfassen der Nockenposition bereitzustellen, da die Nockenposition von der Variation des Motorabtriebsmoments her spezifiziert werden kann. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Spezifizierungsvorgang der Nockenposition ausgehend von dem Motorabtriebsmoment begrenzt. Wie zum Beispiel aus 12B ersichtlich ist, wird die Drehzahl des Motors 12 gemäß dem Nockenreibungsmoment geändert, wenn das Motorabtriebsmoment in einer konstanten Höhe beibehalten wird und der Nocken 21A gedreht wird. Deswegen ist es möglich, die Motordrehzahl oder Beschleunigung unter Verwendung eines Signals von dem Drehpositionsfühler des Motors 12 zu erreichen, und die Nockenposition von der Änderung der Drehzahl oder der Beschleunigung zu spezifizieren. In jedem Fall kann die Nockenposition spezifiziert werden, falls die verschiedenen physikalischen Ausmaße, die die Korrelation mit Bezug auf die Variation des Nockenreibungsmoments aufweisen, überwacht werden.
Die oben beschriebene Nockenpositionsinitialisierungsroutine kann ausgeführt werden, wenn die Brennkraftmaschine 1 angefahren wird oder angehalten wird. Noch genauer wird die Nockenpositionsinitialisierungsroutine vor dem Kurbelvorgang ausgeführt, wenn der Zündschalter EIN-geschaltet wird oder wenn der Zündschalter AUS-geschaltet wird, und das Anhalten der Brennkraftmaschine 1 bestätigt wird, wird die Nockenpositionsinitialisierungsroutine ausgeführt, bevor die Stromzufuhr zu dem Motorsteuerungsgerät 40 beendet wird. Wenn der Initialisierungsvorgang ausgeführt wird, wenn der Zündschalter EIN-geschaltet ist, kann die Information in verschiedenen Speichervorrichtungen gespeichert werden, falls das Motorsteuerungsgerät 40 auf die erhaltene Nockenpositionsinformation Bezug nehmen kann. Wenn andererseits der Initialisierungsvorgang ausgeführt wird, wenn der Zündschalter AUS-geschaltet ist, wird die erhaltene Nockenpositionsinformation in einem durch eine Fahrzeugbatterie geschützten Sicherungs-RAM gespeichert, oder in einem nicht volatilem Speicher, wie zum Beispiel einem schreibbaren Speicher, der ein Flash-ROM hält, das keine Elektrizitätszufuhr benötigt, um die gemerkten Inhalte zu speichern. Falls solch eine Speichervorrichtung eingesetzt wird, ist es nicht notwendig, die Initialisierung durchzuführen, wenn die Brennkraftmaschine 1 angefahren wird, und es ist möglich, die Steuerung des Nockens 21A unter Verwendung der gespeicherten Nockenposition sofort zu beginnen.
Die Ausführungszeit der Nockenpositionsinitialisierungsroutine ist nicht auf die Zeit direkt nach dem EIN-schalten oder AUS-schalten des Zündschalters begrenzt, und die Routine kann zu jeder Zeit ausgeführt werden, falls dies nur notwendig ist, falls der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 nicht beeinträchtigt ist. Zum Beispiel kann die Nockenpositionsinitialisierungsroutine während der Ausführung eines Anhaltens unter Leerlauf ausgeführt werden, und die Nockeninitialisierungsroutine kann für den Nocken 21A entsprechend dem angehaltenen Zylinder ausgeführt werden (Zylinder, in dem die Verbrennung angehalten ist), wenn die Verbrennung während einer Verzögerung oder ähnlichem in einem oder verschiedenen Zylindern angehalten ist, das heißt, während des Betriebs, in dem die Anzahl der Zylinder reduziert ist.
(Elektrizitätserzeugung unter Verwendung der Nockendrehung)
In 8 ist das Reibungsmoment Tf (θ) immer größer als 0, und Antriebsstrom wird durch eine Umdrehung des Nockens 21A zu dem Motor 12 zugeführt. Jedoch nimmt das Reibungsmoment TF einen negativen Wert an, wie aus 13 ersichtlich ist, und die Abtriebswelle des Motors 12 wird durch eine Reaktionskraft der Ventilfeder 23 abhängig von einem Größenordnungsverhältnis zwischen der Kraft der Ventilfeder 23 zum Hinausschieben des Nockens 21A und dem Grundreibungsmoment Tf gedreht. Falls solch ein Zustand erzeugt ist, kann die Elektrizität unter Verwendung des Motors 12 erzeugt werden (der in einigen Fällen Motorgenerator genannt wird), wie aus 14 ebenfalls ersichtlich ist, und der erhaltene elektrische Strom kann durch einen Wandlerschaltkreis 50 in eine Batterie 51 geladen werden, und dabei eine geeignete Last auf die Drehung des Nockens 21A aufbringen.
[Zweite Ausführungsform]
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird erläutert. In der ersten Ausführungsform wird das Nockenreibungsmoment bestimmt und das Abtriebsmoment des Motors 12 wird gesteuert. In der zweiten Ausführungsform wird die Variation in der Anzahl der Umdrehungen (Drehzahl) der Brennkraftmaschine 1 ausgehend von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 bestimmt, und das Abtriebsmoment des Motors 12 wird gemäß dem Ergebnis der Bestimmung gesteuert. Die mechanischen Strukturen des Ventilantriebsgeräts 11A und 11B sind die gleichen wie die in der ersten Ausführungsform.
15 ist ein Blockdiagramm eines Steuerungssystems, das in dem Motorsteuerungsgerät 40 der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung montiert ist. Diese Konstruktion kann durch eine Kombination zwischen einer CPU und einer Software oder durch einen Hardwareschaltkreis realisiert werden. In dieser Ausführungsform ist ein erforderlicher Nockenwinkel als Steuersollwert ausgehend von dem Kurbelwinkel berechnet, der durch den Kurbelwinkelsensor 45 erfasst wird, und eine Ventilzeit (erforderliche Ventilzeit), die gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 erforderlich ist. Eine Abweichung zwischen dem erforderlichen Nockenwinkel und dem tatsächlichen Nockenwinkel, der als Eingabeinformation bereitgestellt ist, wird erhalten, und das Abtriebsmoment des Motors 12 ist PIT-gesteuert ausgehend von der Abweichung.
Gemäß einem Steuersystem, das in 15 gezeigt ist, werden verschiedene Parameter überwacht, die die Änderung der Anzahl der Umdrehungen der Brennkraftmaschine 1 betreffen (hier sind die überwachten Parameter die Beschleunigeröffnung, die Einlassluftmenge, die Kraftstoffeinspritzmenge), und ein Korrekturausmaß des Abtriebsmoments entsprechend diesen Parametern wird unter Verwendung eines vorbestimmten Kennfelds erhalten. Wenn ein automatisches Getriebe in dem Fahrzeug bereitgestellt ist, kann die Schaltposition als der Parameter überwacht werden. Die Schaltposition kann durch das Bezugnehmen auf ein Schaltdiagramm des Getriebes erhalten werden. Ein entsprechendes Verhältnis zwischen jedem Parameter und dem Korrekturausmaß kann durch einen Anpassungsversuch oder eine Computersimulation erhalten werden.
Ein Wert, in dem das Korrekturausmaß des Abtriebsmoments, das ausgehend von dem Kennfeld erhalten wurde, zu einem Abtriebsmoment hinzu gezählt wird, das durch die PIT-Steuerung erhalten wird, wird als das erforderliche Moment ausgegeben. Das Motorsteuerungsmoment 40 steuert den Antriebsstrom des Motors 12 ausgehend von diesem erforderlichen Moment.
In dieser Ausführungsform ist die Änderung der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 indirekt durch die Beschleunigeröffnung oder ähnliches bestimmt, das Korrekturausmaß des Motorabtriebsmoments ist von dem Kennfeld gemäß dem Ergebnis der Bestimmung bereitgestellt, und das Abtriebsmoment des Motors 12 wird vorwärtszufuhrgesteuert. Deswegen kann die Erwiderung der Antriebsgeschwindigkeit des Nockens mit Bezug auf die Änderung der Anzahl der Umdrehungen der Brennkraftmaschine 1 beschleunigt werden.
16 zeigt ein Beispiel der Vorwärtszufuhrsteuerung des Nockenabtriebsmoments, wenn die Änderung der Anzahl der Umdrehungen ausgehend von der Beschleunigeröffnung bestimmt wird. In der Zeichnung bedeutet das Vorwärtszufuhrmoment ein Korrekturausmaß des Abtriebsmoments, das von dem Kennfeld in dem Steuerungssystem spezifiziert wurde, das aus 15 ersichtlich ist, und bedeutet nicht das erforderliche Moment selbst. In dem Beispiel, das aus 16 ersichtlich ist, ist das Vorwärtszufuhrmoment um ein vorbestimmtes Ausmaß während eines konstanten Zeitraums A in Erwiderung auf das plötzliche Ansteigen der Beschleunigeröffnung erhöht. Falls die Beschleunigeröffnung erhöht wird, wird die Anzahl der Umdrehungen der Brennkraftmaschine 1 erhöht, aber der tatsächliche Nockenwinkel verzögert sich, wie durch die Strich-Zweipunkt-Linie in der Zeichnung gezeigt ist, mit Bezug auf den erforderlichen Nockenwinkel, der mit der durchgehenden Linie in der Zeichnung gezeigt ist, falls das Vorwärtszufuhrmoment nicht bereitgestellt ist. Zum Beispiel besteht eine Möglichkeit, dass der Nockenwinkel sich nur durch die Regelung des Abtriebsmoments des Motors 12 ausgehend von der Anzahl der Umdrehungen der Brennkraftmaschine 1 verzögert. Falls jedoch das Vorwärtszufuhrmoment bereitgestellt ist, ist es möglich, den erforderlichen Nockenwinkel und den tatsächlichen Nockenwinkel im Wesentlichen in Übereinstimmung miteinander zu bringen, und die Erwiderung des Nockens kann beschleunigt werden.
17 zeigt ein Beispiel der Vorwärtszufuhrsteuerung des Nockenabtriebsmoments, wenn die Änderung der Anzahl der Umdrehungen ausgehend von der Schaltposition bestimmt wird. In diesem Beispiel wird das Vorwärtszufuhrmoment um ein vorbestimmtes Ausmaß nur für einen konstanten Zeitraum B in Erwiderung auf die Anforderung erhöht, wenn das Schalten nach unten ausgehend von dem Schaltdiagramm des Getriebes erforderlich ist. Falls das Schalten nach unten ausgeführt wird, wird die Anzahl der Umdrehungen der Brennkraftmaschine 1 erhöht, aber falls das Vorwärtszufuhrmoment nicht bereitgestellt ist, wird die Erwiderungsverzögerung in dem tatsächlichen Nockenwinkel erzeugt, wie mit der Strich-Zweipunkt-Linie in der Zeichnung gezeigt ist, mit Bezug auf den erforderlichen Nockenwinkel, der mit einer durchgehenden Linie in der Zeichnung gezeigt ist.
Falls das Vorwärtszufuhrmoment bereitgestellt ist, ist es möglich, den erforderlichen Nockenwinkel und den tatsächlichen Nockenwinkel im Wesentlichen in die Übereinstimmung miteinander zu bringen, sogar, wenn das Schalten nach unten ausgeführt wird, und die Erwiderung des Nockens kann beschleunigt werden.
Anders als die obigen Beispiele kann die Änderung der Anzahl der Umdrehungen durch das Bezugnehmen auf verschiedene Parameter bestimmt werden, die eine Korrelation mit Bezug auf die Änderung der Anzahl der Umdrehungen der Brennkraftmaschine 1 haben. Die Vorwärtszufuhrsteuerung des Motorabtriebsmoments ausgehend von der Bestimmung der Änderung der Anzahl der Umdrehungen kann parallel zur anderen Steuerung mit Bezug auf das Motorabtriebsmoment ausgeführt werden, oder kann alleine ausgeführt werden. Zum Beispiel können zumindest eine aus der Regelung des Nockenwinkels ausgehend von dem Kurbelwinkel, der durch den Kurbelwinkelfühler 45 erfasst wird, und einer Vorwärtssteuerung ausgehend von der Bestimmung des Nockenreibungsmoments in der ersten Ausführungsform zusammen mit der Vorwärtszufuhrsteuerung in der zweiten Ausführungsform ausgeführt werden.
[Dritte Ausführungsform]
Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. In dieser Ausführungsform werden die Antriebsbetriebsarten der Motoren 12 der Ventilantriebsgeräte 11A und 11B zwischen einer normal drehenden Betriebsart und einer normal-umgekehrt drehenden Betriebsart gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 umgeschaltet. Die normal drehende Betriebsart ist eine Betriebsart, in der der Motor 12 fortlaufend in einer konstanten Richtung (normale Richtung) gedreht wird, und die normal-umgekehrt drehende Betriebsart ist eine Betriebsart, in der die Drehrichtung des Motors 12 geeignet zwischen der normal drehenden Richtung und der umgekehrt drehenden Richtung umgeschaltet wird. Die mechanischen Strukturen der Ventilantriebsgeräte 11A und 11B sind die gleichen wie die in der ersten Ausführungsform.
18 zeigt ein Beispiel von Schaltzuständen betreffend die Antriebsbetriebsart des Motors 12. In diesem Beispiel wird die Motorantriebsbetriebsart ausgehend von der Anzahl der Umdrehungen und einer Last der Brennkraftmaschine 1 umgeschaltet. Die Antriebsbetriebsart wird zu der Zeit der hohen Drehung unter hoher Last zu der normal drehenden Betriebsart geschaltet, und die Antriebsbetriebsart wird zu der Zeit der niedrigen Drehung unter niedriger Last zu der normal-umgekehrt drehenden Betriebsart geschaltet. In der normal-umgekehrt drehenden Betriebsart ist die Drehrichtung des Motors 12 an einer beliebigen Position während das Einlassventil 4 geöffnet wird oder das Auslassventil 5 geöffnet wird umgeschaltet wird, und dabei das Einlassventil 4 oder das Auslassventil 5 geschlossen, bevor die Nocken 21A und 21B die maximale Hubposition erreichen, das heißt, bevor das Einlassventil 4 oder das Auslassventil 5 eine Position erreicht, in der das maximale Hubausmaß bereitgestellt ist.
Wie aus 19 ersichtlich ist, ist es nämlich möglich, wenn das maximale Hubausmaß La ist, wenn der Motor 12 in der normal drehenden Betriebsart gedreht wird, falls der Motor 12 einmal angehalten wird, bevor die Nocken 21A und 21B die maximale Hubposition θmax in der normal-umgekehrt drehenden Betriebsart erreichen, und dann der Motor 12 umgekehrt gedreht wird, das maximale Hubausmaß des Einlassventils 4 und des Auslassventils 5 auf ein kleineres Ausmaß Lb zu begrenzen. Damit ist es möglich, zu verhindern, dass die Einlassluftmenge übermäßig ansteigt. Es ist ebenfalls möglich, die normal-umgekehrt drehende Betriebsart zu der Zeit des Anlassens der Brennkraftmaschine 1 zu wählen, um eine Dekompressionsfunktion (Funktion zum Senken des Verdichtungsdrucks durch das Öffnen des Einlassventils 4 oder des Auslassventils 5) zu realisieren, die eine hervorragende Erwiderung aufweist. Falls andererseits die normal drehende Betriebsart zu der Zeit der hohen Drehung unter hoher Last angewendet wird, ist es möglich, die Nocken 21A und 21B mit hoher Drehzahl mit einem relativ kleinen Moment unter Verwendung der Trägheit der Nocken 21A und 21B, des Getriebezugs 15 und ähnlichem zu drehen.
Das Hubausmaß Lb in der normal-umgekehrt drehenden Betriebsart kann geeignet gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 geändert werden. Um das Hubausmaß Lb zu ändern, kann der Drehwinkel des Nockens 21A gemäß dem Hubausmaß Lb mittels des Motorsteuerungsgeräts 40 erhöht oder gesenkt werden.
20 zeigt eine Routine zum Beurteilen einer Antriebsbetriebsart, die wiederholt periodisch während des Antreibens der Brennkraftmaschine 1 ausgeführt wird, um die Antriebsbetriebsart des Motors 12 mittels des Motorsteuerungsgeräts 40 umzuschalten. Falls das Motorsteuerungsgerät 40 die Routine zum Beurteilen der Antriebsbetriebsart ausführt, funktioniert das Motorsteuerungsgerät 40 als Vorrichtung zum Steuern des Hubausmaßes und Vorrichtung zum Umschalten der Betriebsart.
In der Routine zum Beurteilen der Antriebsbetriebsart, die aus 20 ersichtlich ist, erhält das Motorsteuerungsgerät 40 die Anzahl der Umdrehungen und eine Last der Brennkraftmaschine 1 in Schritt S31. In Schritt S32 beurteilt das Motorsteuerungsgerät 40, ob der vorliegende Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 sich in einem Bereich befindet, in dem die normal drehende Betriebsart gemäß den Zuständen gewählt werden soll, die aus 18 ersichtlich sind. Die normal drehende Betriebsart oder die normal-umgekehrt drehende Betriebsart wird gemäß dem Ergebnis der Beurteilung (Schritt S33 oder S34) ausgewählt, und dann ist die Routine zum Beurteilen der Antriebsbetriebsart vollendet.
In dem Beurteilen der Antriebsbetriebsart sind Parameter zum Beurteilen der Antriebsbetriebsart nicht auf die Anzahl der Umdrehungen und die Last der Brennkraftmaschine 1 begrenzt, sondern verschiedene Parameter, die eine Korrelation mit dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 aufweisen, können in Bezug genommen werden. Die Schaltzustände zwischen der normal drehenden Betriebsart und der normal-umgekehrt drehenden Betriebsart sind nicht auf die in 18 gezeigten begrenzt, und der Zustand kann geeignet geändert werden. Die Vorwärtszufuhrsteuerung in den ersten und zweiten Ausführungsformen kann zum Steuern des Abtriebsmoments des Motors 12 in der normal drehenden Betriebsart eingesetzt werden.
[Vierte Ausführungsform]
Als Nächstes wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. In dieser Ausführungsform führt das Motorsteuerungsgerät 40 eine Reinigungssteuerungsroutine aus, die aus 21 ersichtlich ist, während eines vorbestimmten Zeitraums, in dem die Brennkraftmaschine 1 angehalten ist, so dass das Motorsteuerungsgerät 40 als Vorrichtung zum Ausführen einer Ventildrehung funktioniert. Die mechanischen Strukturen der Ventilantriebsgeräte 11A und 11B sind die gleichen wie die in der ersten Ausführungsform.
In der Reinigungssteuerungsroutine der 21 beginnt das Motorsteuerungsgerät 40 das Drehen des Motors 12 mit hoher Geschwindigkeit in Schritt S41 und beurteilt, ob eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, nachdem der Motor 12 in Schritt S42 das Drehen begonnen hat. Falls die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, schreitet der Vorgang zu Schritt S43 voran, wo der Motor 12 angehalten wird.
Falls der Motor 12 auf diese Weise mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird, während die Brennkraftmaschine 1 angehalten ist, wird das Einlassventil 4 mit hoher Geschwindigkeit geöffnet und geschlossen, wie aus 22 ersichtlich ist, eine Last der Ventilfeder 23 gegen das Einlassventil 4 wird durch ein Ansaugphänomen der Ventilfeder 23 reduziert, und das Einlassventil 4 dreht um eine Achse eines Stößels 4a. Damit wird Kohlenstoff entfernt, der zwischen dem Einlassventil 4 und einem Ventilsitz 60 angehaftet ist. Da das Einlassventil 4 dreht, weicht ein Kontaktabschnitt des oberen Endes 4b des Stößels mit Bezug auf den Kipparm 16 in der Umfangsrichtung ab. Deswegen wird das obere Ende 4b des Stößels im Wesentlichen gleichförmig in der Umfangsrichtung verschlissen, wie durch einen schraffierten Abschnitt in 23A ersichtlich ist. Falls der Stößel 4a nicht gedreht wird, gerät nur der spezifische Abschnitt des oberen Endes 4b des Stößels in Kontakt mit dem Kipparm 16, und ein abweichender Verschleiß wird in dem oberen Abschnitt 4b erzeugt, wie durch einen schraffierten Abschnitt in 23B ersichtlich ist. Obwohl die Reinigungssteuerungsroutine für das Einlassventil 4 oben erläutert ist, wird die gleiche Reinigungssteuerungsroutine ebenfalls für das Auslassventil 5 ausgeführt, die in 21 gezeigt ist.
Die Reinigungssteuerungsroutine in 21 wird bevorzugt ausgeführt, wenn ein Zündschlüssel herausgezogen wird und es erwartet wird, dass die Brennkraftmaschine 1 für einen langen Zeitraum angehalten ist. Es ist nicht erforderlich, die Reinigungssteuerungsroutine, die in 21 gezeigt ist, auszuführen, wann immer die Brennkraftmaschine 1 angehalten wird, und die Ausführungszeit der Routine kann gemäß einem Zustand des an dem Einlassventil 4 und dem Auslassventil 5 oder einem voranschreitenden Zustand des Verschleißes des Stößels des Einlassventils 4 oder des Auslassventils 5 bestimmt werden.
Wie oben erläutert wurde, ist es gemäß dem Ventilantriebssystem der vorliegenden Erfindung möglich, die Einlassventile oder Auslassventile der Vielzahl von Zylindern mit geeigneten Betriebscharakteristiken gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine bereitzustellen, da die Vielzahl der Ventilantriebsgeräte bereitgestellt ist. Insbesondere wenn zumindest einer der Werte aus Betriebswinkel, Hubcharakteristiken und dem maximalen Hubausmaß des Einlassventils oder des Auslassventils durch das Steuern des Betriebs des Elektromotors geändert wird, ist es möglich, den Betrieb des Einlassventils oder des Auslassventils im Vergleich mit dem bekannten Ventilantriebsgerät flexibler zu ändern, in dem nur die Öffnungs- und Schließzeit geändert wird.

Claims

Ventilantriebssystem, das an einer eine Vielzahl von Zylindern aufweisenden Brennkraftmaschine einzusetzen ist, um ein in jedem Zylinder bereitgestelltes Einlass- und Auslassventil anzutreiben, mit: einer Vielzahl von Ventilantriebsgeräten (11A, 11B), die jeweils für zumindest jedes von dem Einlassventil (4) und dem Auslassventil (5) bereitgestellt sind, wobei jedes Ventilantriebsgerät einen Elektromotor (12) als eine Antriebsquelle zum Erzeugen einer Drehbewegung und einen Kraftübertragungsmechanismus (13) aufweist, der mit einem Übertragungsabschnitt (13c) zum Umwandeln der von dem Übertragungsabschnitt übertragenen Drehbewegung in eine Öffnungs- und Schließbewegung des anzutreibenden Ventils versehen ist; und einer Motorsteuereinrichtung (40), die den Betrieb der Elektromotoren der jeweiligen Ventilantriebsgeräte gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Umwandlungsabschnitt des Kraftübertragungsmechanismus die durch den Elektromotor erzeugte Drehbewegung unter Verwendung eines Nockens (21A, 21B) in die Öffnungs- und Schließbewegung umwandelt, und die Motorsteuereinrichtung eine Hubbetrag-Steuereinrichtung (40) hat, die den Elektromotor normal und umgekehrt derart antreibt, dass der Hubbetrag des Ventils auf einen vorbestimmten Wert begrenzt ist, der kleiner als ein maximaler Hubbetrag ist, der erhalten werden kann, wenn der Nocken um eine Umdrehung gedreht wird.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Motorsteuereinrichtung den Betrieb des Elektromotors gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine derart steuert, um die Betriebscharakteristik von zumindest einem Parameter aus den Parametern Betriebswinkel, Hubcharakteristik und maximaler Hubbetrag des anzutreibenden Ventils geändert werden.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Motorsteuereinrichtung einen Steuerbetrag des Elektromotors einstellt, während die Änderung eines Reibungsmoments berücksichtigt wird, das auf eine Drehung des Nockens wirkt.
Ventilantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Motorsteuereinrichtung einen Steuerbetrag des Elektromotors einstellt, während ein Steuerzustand betreffend eine Einlass- oder Auslasscharakteristik der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 4, wobei die Motorsteuereinrichtung den Steuerbetrag des Motors derart einstellt, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen vorbestimmten Sollwert gesteuert wird, während ein Steuerzustand betreffend das Luft-Kraftstoff-Verhältnis als die Charakteristik der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 4 oder 5, außerdem mit einer Abnormalitätsbeurteilungseinrichtung (440), die auf Basis eines Korrekturbetrags bezüglich des Steuerbetrags des Elektromotors beurteilt, ob das Ventilantriebssystem abnormal ist, wobei der Korrekturbetrag durch das Berücksichtigen des Steuerzustands betreffend die Einlass- oder Auslasscharakteristik der Brennkraftmaschine bereitgestellt wird.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Motorsteuereinrichtung eine Änderung der Drehzahl der Brennkraftmaschine auf Basis einer Änderung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine schätzt, und einen Steuerbetrag des Elektromotors einstellt, während das Ergebnis der Schätzung berücksichtigt wird.
Ventilantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Elektromotor in der Lage ist, durch eine Drehbewegung des Nockens angetrieben zu werden, um Elektrizität zu erzeugen, wenn ein auf die Drehung des Nockens wirkendes Reibungsmoment einen negativen Wert annimmt.
Ventilantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Motordrehpositionserfassungseinrichtung (12a), die eine Drehposition des Elektromotors erfasst, zu dem Elektromotor hinzugefügt ist, und die Motorsteuereinrichtung eine Nockenpositionsfestlegungseinrichtung (40) hat, die eine Drehposition des Nockens auf Basis des Erfassungsergebnisses der Drehposition des Elektromotors festlegt.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 9, wobei, wenn eine Untersetzung zwischen dem Elektromotor und dem Nocken als N:M definiert ist (wobei N > M ist, und N und M ganze Zahlen sind, die mit Ausnahme von 1 keinen gemeinsamen Teiler haben), N auf 6 oder niedriger eingestellt ist.
Ventilantriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Motorsteuereinrichtung eine Initialisierungseinrichtung (40) hat, die dafür sorgt, dass der Elektromotor gemäß einer vorbestimmten Bedingung dreht, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem vorbestimmten Zustand befindet, und die eine Drehposition des Nockens auf Basis einer Änderung des Antriebszustands des Elektromotors erfasst, die in Verbindung mit einer Änderung eines Reibungsmoments des Nockens während der Drehung auftritt.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 11, wobei die Initialisierungseinrichtung den Elektromotor dreht, wenn die Brennkraftmaschine angehalten ist, um die Drehposition des Nockens zu erfassen, und dafür sorgt, dass eine Speichereinrichtung, die eine Information auch während einer Anhaltezeitspanne der Brennkraftmaschine speichern kann, in sich eine Information speichert, die die erfasste Drehposition des Nockens anzeigt, und die Motorsteuereinrichtung die Drehposition des Nockens auf Basis der Information festlegt, die in der Speichereinrichtung gespeichert ist, wenn die Brennkraftmaschine das nächste Mal gestartet wird, und ein Steuern des Elektromotors beginnt.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Motorsteuereinrichtung eine Ventildrehungsausführungseinrichtung (40) hat, die den Elektromotor derart antreibt, dass das Ventil in einer vorbestimmten Zeitspanne, während die Brennkraftmaschine angehalten ist, um eine Axialrichtung von sich dreht.
Ventilantriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Motorsteuereinrichtung eine Betriebsartschalteinrichtung (40) hat, die Antriebsbetriebsarten des Elektromotors zwischen einer normal drehenden Betriebsart, in der der Elektromotor nur in der normalen Richtung angetrieben wird, und einer normal-umgekehrt drehenden Betriebsart umschaltet, in der der Elektromotor gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine normal oder umgekehrt gedreht wird.