DE68911484T2

DE68911484T2 - Ventilsteuerungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen.

Info

Publication number: DE68911484T2
Application number: DE68911484T
Authority: DE
Inventors: Hideo Kawamura
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1989-10-19
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2009-10-20
Also published as: DE68911484D1; US4976228A; EP0367448A1; JPH02123212A; EP0367448B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventilsteuerungssystem für die elektromagnetische Betätigung von Einlaß - und Auslaßventilen eines Verbrennungsmotors.
Ein Verbrennungsmotor benötigt im Leerlauf nur eine Mindestdrehkraft, die ausreicht, um den Motor am Laufen zu halten, und es ist nicht notwendig, in sämtlichen Zylindern des Motors Kraftstoff zu verbrennen. Um den Motor nur mit bestimmten eingeschalteten Zylindern zu betreiben, sollten die Einlaß- und Auslaßventile derjenigen Zylinder, die abgeschaltet sind, aussetzen, um den Pumparbeitsverlust der abgeschalteten Zylinder zu beseitigen.
Die Einlaß- und Auslaßventile eines Verbrennungsmotors werden im allgemeinen mittels eines Ventilbetätigungsmechanismus entsprechend einem Nockenprofil einer Nockenwelle, die sich synchron mit der Kurbelwelle des Motors dreht, geöffnet und geschlossen. Es sind verschiedene Anordnungen zum Unterbrechen der Tätigkeit einiger Einlaß- und Auslaßventile vorgeschlagen worden. Gemäß einer Konstruktion wird die Tätigkeit eines Einlaß- oder Auslaßventils dadurch unterbrochen, daß der Hebelpunkt eines Kipphebels, der die Bewegung einer Nocke auf das Ventil überträgt, verschoben wird. Gemäß einer anderen Methode wird die Tätigkeit eines Einlaß- oder Auslaßventils dadurch unterbrochen, daß hydrostatischer Druck von einem Hydraulik-Stößel weggenommen wird.
Die vorgeschlagenen Ventil-Abschalteinrichtungen weisen jedoch einen komplizierten Aufbau auf und sind nicht hinreichend betriebssicher, wenn das Ventil bei laufendem Motor abzuschalten ist.
Eine derartige mechanische Abschalteinrichtung ist beispielsweise in der US-A-4522179 gezeigt. Ein weiteres System ist in der FR-A-2601413 gezeigt, bei dem Kraftstoffeinspritzeinrichtungen für die Zylinder ausgewählt und abwechselnd abgeschaltet werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuerungssystem für die Steuerung der Einlaß- und Auslaßventile eines Verbrennungsmotors zu schaffen, welches Steuerungssystem eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung zur elektromagnetischen Betätigung der Einlaß- und Auslaßventile aufweist, wobei die Ausführung derart ist, daß einige Zylinder des Motors einfach dadurch abgeschaltet werden können, daß der elektromagnetiscnen Betätigungseinrichtung zugeführte Treibsignale abgeschnitten werden, während sich der Motor im Leerlauf befindet, ohne einen komplizierten Ventilbetätigungsmechanismus zu verwenden.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuerungssystem für die Steuerung der Einlaß- und Auslaßventile eines Verbrennungsmotors zu schaffen, welches Steuerungssystem dafür eingerichtet ist, zu verhindern, daß Schmieröl in den Zylindern zurückbleibt, indem die Zylinder jedesmal, wenn der Motor eine vorbestimmte Anzahl von Umdrehungen ausführt, aufeinanderfolgend abgeschaltet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerungssystem für die Steuerung von Einlaß- und Auslaßventilen eines Verbrennungsmotors geschaffen, welches System aufweist: eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung zum Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile; eine Steuereinrichtung zum Anlegen von Treibsignalen an die elektromagnetische Betätigungseinrichtung; einen Motordrehzahlmesser zum Ermitteln der Drehzahl des Verbrennungsmotors; und einen GasPedal-Bewegungsfühler zum Ermitteln des Werts der Niederdrückung eines Gaspedals, das eine Last am Verbrennungsmotor steuert; gekennzeichnet durch: eine Zylinder-Steuereinrichtung, mit der festgestellt wird, wann sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet, und Treibsignale an die elektromagnetische Betätigungseinrichtung für ausgewählte Zylinder des Verbrennungsmotors abgeschnitten werden, wenn die auf einem ermittelten Signal aus dem Motordrehzahlmesser beruhende Motordrehzahl niedriger als eine vorbestimmte Drehzahl ist und der auf einem ermittelten Signal aus dem Gaspedal- Bewegungsfühler beruhende Wert der Niederdrückung des Gaspedals kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und mit der Treibsignale an die elektromagnetische Betätigungseinrichtung für verschiedene ausgewählte Zylinder jedesmal, wenn der Verbrennungsmotor eine vorbestimmte Anzahl von Umdrehungen erreicht hat, abgeschnitten werden.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mittels eines Anschauungsbeispiels dargestellt ist. In den Zeichnungen sind:
Figur 1 eine teilweise blockförmige Schema-Ansicht eines erfindungsgemäßen Ventilsteuerungssystems für einen Verbrennungsmotor;
Figur 2 eine Querschnitts-Ansicht einer Ventilbetätigungseinrichtung; und
Figur 3 ein Flußdiagramm eines Steuerungsablaufs des Steuerungsystems.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein erfindungsgemäßes Ventilsteuerungssystem für einen Verbrennungsmotor.
Wie in Figur 1 gezeigt, weist ein Verbrennungsmotor 1, der bei dieser Ausführungsform als Vierzylindermotor dargestellt ist, in jedem Zylinder ein Einlaßventil 8 und ein Auslaßventil 9 auf. Durch das Verbrennen von Kraftstoff in jedem der Zylinder erzeugte Ausdehnungskräfte werden von einem Kolben 3 über eine Pleuelstange 4 auf eine Kurbelwelle 2 übertragen, um die Kurbelwelle 2 um ihre eigene Achse zu drehen. Die auf die Kurbelwelle 2 übertragene Drehkraft wird über einen Kraftübertragungsmechanismus, etwa eine Kupplung 6, ein Getriebe 6 usw., auf Fahrbahnräder 7 übertragen, um ein Kraftfahrzeug, an dem der Motor 1 angebracht ist, anzutreiben. Der Wert, um den ein Gaspedal 11 niedergedrückt ist, wird mittels eines Gaspedal-Bewegungsfühlers 10 und die Drehzahl des Motors 1 mittels eines Motordrehzahlmessers 55 ermittelt. Die ermittelten Signale aus diesen Meßfühlern werden einer Steuereinheit 56 zugeführt. Die Steuereinheit 56 erzeugt ein Treibsignal, das auf den ermittelten Signalen aus den Meßfühlern 11, 55 beruht, und legt das erzeugte Treibsignal an eine Ventilbetätigungseinrichtung an, um die Einlaß- und Auslaßventile 8, 9 zu betätigen. Die Ventilbetätigungseinrichtung zur Betätigung des Einlaßventils 8 wird nachstehend mit Bezug auf Figur 2 beschrieben.
Das Einlaßventil 8 ist aus einem Keramikwerkstoff wie Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid hergestellt und gleitfähig in eine Ventilführung 51 eingepaßt, die in einem Zylinderkopf angebracht und aus einem Keramikwerkstoff wie Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid hergestellt ist. Ein verschiebbares Element 57 aus einem magnetischen Werkstoff ist fest auf dem oberen Ende des Schafts des Einlaßventils 8 montiert. Ein oberer Elektromagnet 52 ist oberhalb und ein unterer Elektromagnet 53 ist mit Abstand dazu und unterhalb des verschiebbaren Elements 57 angeordnet. Zwischen der Ventilführung 51 und dem verschiebbaren Element 57 ist eine Spiralfeder 58 angeordnet, die das Einlaßventil 8 normalerweise dazu treibt, die Einlaßöffnung zu verschließen, so daß verhindert wird, daß das Einlaßventil 8 offen ist, wenn der obere und der untere Elektromagnet 52, 53 aberregt sind.
Wenn das Ventil 8 geschlossen ist, ist die Spule des oberen Elektromagneten 52 fortlaufend erregt, um das verschiebbare Element 57 nach oben anzuziehen, wodurch das Ventil 8 geschlossen gehalten wird. Um das Ventil 8 zu öffnen, wird die Spule des oberen Elektromagneten 52 aberregt, um das verschiebbare Element 57 von der nach oben gerichteten Anziehungskraft zu befreien, und die Spule des unteren Elektromagneten 53 wird gleichzeitig erregt, um eine nach unten gerichtete Anziehungskraft zu erzeugen. Das verschiebbare Element 57 wird folglich vom unteren Elektromagnet 53 angezogen, um das Ventil 8 nach unten zu verschieben, 50 daß die Einlaßöffnung geöffnet wird. Um das Ventil aus dem offenen Zustand heraus zu schließen, wird die Spule des unteren Elektromagneten 53 aberregt, um das verschiebbare Element 57 von der nach unten gerichteten Anziehungskraft zu befreien, und die Spule des oberen Elektromagneten 52 wird erregt, um das verschiebbare Element 57 nach oben anzuziehen.
Nachfolgend wird das Ventilsteuerungssystem der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die Steuereinheit 56 stellt anhand der ermittelten Signale von dem Motordrehzahlmesser 55 und dem Gaspedal-Bewegungsfühler 10 fest, daß sich der Motor im Leerlauf befindet, und steuert die Motorzylinder, wenn die Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Drehzahl liegt und der Wert der Niederdrückung des Gaspedals 11 kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Normalerweise verbrennt der Viertakt-Vierzylindermotor jedesmal, wenn die Kurbelwelle 2 eine halbe Umdrehung ausführt, nacheinander in dieser Reihenfolge im ersten, zweiten, dritten und vierten Zylinder Kraftstoff. Das Ventilsteuerungssystem der vorliegenden Erfindung schaltet zuerst nur den ersten und den vierten Zylinder ein, und erst nachdem die Kurbelwelle 2 eine bestimmte Anzahl von Umdrehungen ausgeführt hat, schaltet es den zweiten und den dritten Zylinder ein. Solange sich der Motor im Leerlauf befindet, betreibt das Ventilsteuerungssystem den Motor im Kreislauf zwischen einem Modus, in dem nur der erste und der vierte Zylinder eingeschaltet sind, und einem Modus, in dem nur der zweite und der dritte Zylinder eingeschaltet sind. Die Zylinder werden auf diese Weise nacheinander eingeschaltet, um zu verhindern, daß Schmieröl in denjenigen Zylindern zurückbleibt, die abgeschaltet sind, und um außerdem die Abnutzung der Zylinder zu vereinheitlichen. Ein Motorzylinder wird abgeschaltet, indem die Betätigung der Einlaß- und Auslaßventile des Zylinders unterbrochen und die Kraftstoffzufuhr zu dem Zylinder abgeschnitten wird.
Nachstehend wird mit Bezug auf Figur 3 ein mittels der Steuereinheit 56 ausgeführter Steuerungsablauf beschrieben.
Die Steuereinheit 56 liest in einem Schritt 1 eine mittels des Motordrehzahlmessers 55 ermittelte Motordrehzahl N, und in einem Schritt 2 liest sie einen mittels des Gaspedal- Bewegungsfühlers 10 ermittelten Wert der Niederdrückung L des Gaspedals 11. Anschließend vergleicht die Steuereinheit 56 in einem Schritt 3 die Motordrehzahl N mit einer voreingestellten Drehzahl Na. Falls die Motordrehzahl N kleiner als die voreingestellte Drehzahl Na ist, vergleicht die Steuereinheit 56 sodann in einem Schritt 4 den Wert der Niederdrückung L mit einem voreingestellten Wert der Niederdrückung La. Falls der Wert der Niederdrückung L kleiner als der voreingestellte Wert der Niederdrückung La ist, stellt die Steuereinheit 56 dann fest, daß sich der Motor im Leerlauf befindet, und die Steuerung geht zu einem Schritt 6 für die Zylindersteuerung über. Falls die Motordrehzahl N höher als die voreingestellte Drehzahl Na im Schritt 3 ist, oder falls der Wert der Niederdrückung L des Gaspedals 11 nicht kleiner als der voreingestellte Wert der Niederdrückung La im Schritt 4 ist, stellt das Steuersystem 56 dann fest, daß sich der Motor nicht im Leerlauf befindet, und die Steuerung geht zu einem Schritt 5 über, in dem der Motor normal betrieben wird.
Im Schritt 6 werden lediglich der erste und der vierte Zylinder des Motors eingeschaltet, indem Treibsignale, die an die unteren Elektromagnete 53 der Ventilbetätigungseinrichtung für den zweiten und den dritten Zylinder angelegt sind, abgeschnitten werden. Die Anzahl n der aufgelaufenen Umdrehungen des Motors wird in einem Schritt 7 gezählt, dem ein Schritt 8 folgt welcher feststellt, ob die Anzahl n der aufgelaufenen Motorumdrehungen eine voreingestellte Zahl nl erreicht hat oder nicht. Falls die Anzahl n der aufgelaufenen Motorumdrehungen kleiner als die voreingestellte Zahl n1 ist, bleiben der erste und der vierte Zylinder eingeschaltet, bis die Anzahl n der aufgelaufenen Motorumdrehungen die voreingestellte Zahl nl erreicht hat. Wenn die Anzahl n der aufgelaufenen Motorumdrehungen die voreingestellte Zahl n1 erreicht hat, schreitet die Steuerung zu einem Schritt 9 fort, in dem der Zähler zum Zählen der Anzahl der aufgelaufenen Motorumdrehungen zurückgesetzt wird. Anschließend geht die Steuerung zu einem Schritt 10 über, in dem nur der zweite und der dritte Zylinder eingeschaltet werden. Und zwar werden die an die unteren Elektromagnete 53 der Ventilbetätigungseinrichtung für den ersten und den vierten Zylinder angelegten Treibsignale abgeschnitten, und es werden Treibsignale an die oberen und die unteren Elektromagnete 52, 53 der Ventilbetätigungseinrichtung für den zweiten und den dritten Zylinder angelegt. Der zweite und der dritte Zylinder bleiben eingeschaltet, bis die Anzahl n der aufgelaufenen Motorumdrehungen die voreingestellte Zahl n1 erreicht (siehe Schritte 10 und 11). Nachdem die Anzahl n der aufgelaufenen Motorumdrehungen die voreingestellte Zahl n1 erreicht hat (siehe einen Schritt 12), wird der Zähler in einem Schritt 13 zurückgesetzt, und der Vorgang wird vom Schritt 1 aus wiederholt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden, wie oben beschrieben, während des Motorleerlaufs Treibsignale, die an die elektromagnetische Betätigungseinrichtung zur elektromagnetischen Betätigung der Einlaß- und Auslaßventile des Motors angelegt sind, abgeschnitten. Auf diese Weise können ausgewählte Zylinder des Motors leicht abgeschaltet werden, ohne einen komplizierten Ventilbetätigungsmechanismus zu verwenden welcher bisher in Verbindung mit Motoren verwendet wurde. Solange sich der Motor im Leerlauf befindet, wird der Motor zyklisch zwischen dem Modus, in dem nur der erste und der vierte Zylinder eingeschaltet sind, und dem Modus, in dem nur der zweite und der dritte Zylinder eingeschaltet sind, betrieben. Daher wird verhindert, daß in den abgeschalteten Zylindern Schmieröl zurückbleibt, und die Abnutzung der Zylinder wird vereinheitlicht. Da überdies die Einlaß- und Auslaßventile aus einem Keramikwerkstoff hergestellt sind, sind sie leichter als Metallventile und unterliegen während des Betriebs geringeren Trägheitskräften. Demgemäß arbeiten die Einlaß- und Auslaßventile ruhig, und die Kräfte, die von der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Ventile benötigt werden, können vermindert werden.

Claims

1. Steuerungssystem für die Steuerung von Einlaß- und Auslaßventilen eines Verbrennungsmotors, welches System aufweist:

eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung (52, 53) zum Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaßventile (8);

eine Steuereinrichtung (56) zum Anlegen von Treibsignalen an die elektromagnetische Betätigungseinrichtung;

einen Motordrehzahlmesser (55) zum Ermitteln der Drehzahl des Verbrennungsmotors; und

einen Gaspedal-Bewegungsfühler (10) zum Ermitteln des Werts der Niederdrückung eines Gaspedals (11), das eine Last am Verbrennungsmotor steuert; gekennzeichnet durch:

eine Zylinder-Steuereinrichtung (56) mit der festgestellt wird, wann sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet, und Treibsignale an die elektromagnetische Betätigungseinrichtung für ausgewählte Zylinder des Verbrennungsmotors unterbrochen werden, wenn die auf einem ermittelten Signal aus dem Motordrehzahlmesser beruhende Motordrehzahl niedriger als eine vorbestimmte Drehzahl ist und der auf einem ermittelten Signal aus dem Gaspedal-Bewegungsfühler beruhende Wert der Niederdrückung des Gaspedals kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, und mit der Treibsignale an die elektromagnetische Betätigungseinrichtung für verschiedene ausgewählte Zylinder jedesmal, wenn der Verbrennungsmotor eine vorbestimmte Anzahl von Umdrehungen erreicht hat, unterbrochen werden.

2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Einlaß- und Auslaßventile aus einem Keramikwerkstoff hergestellt sind.

3. Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die elektromagnetische Betätigungseinrichtung für jedes der Einlaß- und Auslaßventile ein verschiebbares Element (57) aus einem magnetischen Werkstoff, das an einem oberen Ende des Schafts des Ventils (8) befestigt ist, und einen oberen (52) und einen unteren (53) Elektromagnet, die mit Abstand zueinander oberhalb und unterhalb des verschiebbaren Elements angeordnet sind, umfaßt.