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Steuervorrichtung und -verfahren für einen variablen Ventilmechanismus - Dokument DE102007000016A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102007000016A1 09.08.2007
Titel Steuervorrichtung und -verfahren für einen variablen Ventilmechanismus
Anmelder Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota, Aichi, JP
Erfinder Fuwa, Naohide, Toyota, Aichi, JP;
Yanagizawa, Takashi, Toyota, Aichi, JP
Vertreter TBK-Patent, 80336 München
DE-Anmeldedatum 16.01.2007
DE-Aktenzeichen 102007000016
Offenlegungstag 09.08.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.08.2007
IPC-Hauptklasse F01L 9/04(2006.01)A, F, I, 20070417, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F01L 1/34(2006.01)A, L, I, 20070417, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Steuervorrichtung für einen variablen Ventilmechanismus (126) vermeidet ein Überhitzen eines Aktuators (500), während ein Einfluss auf das Fahrverhalten eines Fahrzeugs reduziert wird. Der Aktuator (500) stellt den Hub (S2) eines Einlassventils (118) dadurch ein, dass ein Antriebselement (410) bewegt wird, und ein Sensor wird zum Bestimmen dessen verwendet, ob der Aktuator (500) überhitzt wird (S1). Eine Steuereinheit (200) stoppt das Antriebselement (410), falls der durch den Aktuator (500) eingestellte Hub gleich oder größer als ein erster vorbestimmter Wert (S3) ist, wenn die Steuereinheit (200) bestimmt, dass der Aktuator (500) überhitzt wird. Der Aktuator (500) kann ein elektrischer Aktuator sein. In diesem Fall hält der Aktuator (500) das Antriebselement (410) in einer fixierten Position, wenn die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator (500) unterbrochen wird. Die Steuereinheit (200) stoppt das Antriebselement (410), und sie unterbricht die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator (500).

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung und – verfahren für einen variablen Ventilmechanismus. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Steuervorrichtung für einen variablen Ventilmechanismus, der die Betriebscharakteristik von zumindest einem Einlassventil oder einem Auslassventil einer Brennkraftmaschine ändert.

Die japanische Patentoffenlegungsschrift JP-2004-183591 A beschreibt eine Steuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem variablen Ventilmechanismus. Wenn der Aktuator, der den variablen Ventilmechanismus der Brennkraftmaschine antreibt, überhitzt wird, dann fixiert die Steuervorrichtung den Ventilhub auf den maximalen Wert, und sie steuert die Lufteinlassmenge nur unter Verwendung eines Drosselventils, um das Überhitzen des Aktuators zu stoppen und zu unterdrücken. Nachdem sich die Temperatur des Aktuators verringert hat, wird die normale Steuerung wieder aufgenommen.

Falls jedoch der Ventilhub auf den maximalen Wert fixiert wird, unmittelbar nachdem bestimmt wurde, dass der Aktuator überhitzt ist, erhöht sich plötzlich die Lufteinlassmenge. Infolgedessen kann der Fahrer Schwingungen (Momentenstöße) aufgrund der Änderung des Kraftmaschinenmoments spüren. Falls außerdem der Ventilhub plötzlich auf einen optimalen Wert anstelle des maximalen Werts festgelegt wird, wenn die normale Steuerung wieder aufgenommen wird, kann der Fahrer einen Momentenstoß spüren.

Die vorstehend genannte Patentoffenlegungsschrift beschreibt keine Steuerung zum Verhindern des Momentenstoßes.

Die Erfindung sieht eine Steuervorrichtung und -verfahren für einen variablen Ventilmechanismus vor, die das Überhitzen eines Aktuators vermeiden, während nachteilige Wirkungen auf das Fahrvermögen eines Fahrzeugs reduziert werden.

Die Erfindung sieht eine Steuervorrichtung für einen variablen Ventilmechanismus vor. Die Steuervorrichtung hat ein Antriebselement, das bei dem variablen Ventilmechanismus vorgesehen ist, das einen Hub von zumindest einem Einlassventil oder einem Auslassventil bei einer Brennkraftmaschine bestimmt; einen Aktuator, der den Hub des zumindest einen Einlassventils oder Auslassventils durch Bewegen des Antriebselements bei einer variablen Ventilsteuerung einstellt; einen Sensor, der zum Bestimmen dessen verwendet wird, ob der Aktuator überhitzt wird; und eine Steuereinheit, die die variable Ventilsteuerung beendet und das Antriebselement stoppt, falls der durch den Aktuator eingestellte Hub gleich oder größer als ein erster vorbestimmter Wert ist, wenn die Steuereinheit bestimmt, dass der Aktuator überhitzt wird.

Der Aktuator kann ein elektrischer Aktuator sein. Der Aktuator kann das Antriebselement in einer fixierten Position halten, wenn die Zufuhr einer elektrischen Leistung zu dem Aktuator unterbrochen ist. Die Steuereinheit kann des Weiteren die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator unterbrechen.

Die Steuervorrichtung kann des Weiteren einen Sensor aufweisen, der bei dem variablen Ventilmechanismus vorgesehen ist, der Änderungen der Position des Antriebselements erfasst. Der Sensor kann Signale abgeben, die die Position des Antriebselements angeben. Die Steuereinheit kann die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator erneut starten, wenn die Position des Antriebselements von der fixierten Position zumindest um einen zweiten vorbestimmten Wert abweicht, nachdem die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator unterbrochen wurde.

Die Steuereinheit kann die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator erneut starten, wenn der variable Ventilmechanismus eine Bedingung zum erneuten Starten eines Betriebs des Aktuators erfüllt. Der Betrieb des Aktuators kann erneut gestartet werden, wenn die Temperatur des Aktuators auf eine Temperatur verringert wurde, die gleich oder kleiner als eine Schwellwerttemperatur ist, bei der der Betrieb des Aktuators gestoppt wird.

Die Steuereinheit kann eine Steuerung zum Fixieren der Position des Antriebselements ausführen, unmittelbar nachdem die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator erneut gestartet wurde.

Die Steuereinheit kann die Steuerung zum Fixieren der Position des Antriebselements ausführen, während die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator erneut gestartet wird. Die Steuereinheit kann die variable Ventilsteuerung zum Ändern der Position des Antriebselements unter Verwendung des Aktuators ausführen, wenn eine Anforderung bezüglich eines Betriebs einer Brennkraftmaschine eine Bedingung zum Wiederaufnehmen der variablen Ventilsteuerung erfüllt.

Die Bedingung zum Wiederaufnehmen der variablen Ventilsteuerung kann dann erfüllt sein, wenn zum Beispiel ein Fahrer eine Beschleunigung fordert. Zusätzlich kann die Bedingung zum Starten der variablen Ventilsteuerung dann erfüllt sein, wenn eine Differenz zwischen einer Position des Antriebselement, die unter der Annahme geschätzt wird, dass die variable Ventilsteuerung ausgeführt wird, und der fixierten Position des Antriebselements gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Betrag ist.

Der variable Ventilmechanismus kann den Hub und die Dauer vergrößern, die die Zeitperiode darstellt, in der das zumindest eine Einlassventil oder Auslassventil hinsichtlich des Kurbelwinkels geöffnet gehalten wird, indem das Antriebselement bewegt wird.

Somit sieht die Erfindung die Steuervorrichtung für den variablen Ventilmechanismus vor, der das Überhitzen eines Aktuators vermeidet, während nachteilige Wirkungen auf das Fahrvermögen eines Fahrzeugs reduziert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der exemplarischen Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei dieselben Bezugszeichen zum Darstellen von ähnlichen Elementen verwendet werden, und wobei:

1 zeigt eine Ansicht der Konfiguration einer Kraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

2 zeigt eine Ansicht der Beziehung zwischen einem Ventilhub und einem Kurbelwinkel bei einem variablen Ventilmechanismus;

3 zeigt eine Vorderansicht eines VVL-Mechanismus, der den Hub und die Dauer eines Einlassventils steuert;

4 zeigt eine aufgebrochene Ausschnittsansicht des VVL-Mechanismus;

5 zeigt eine Schnittansicht eines Aktuators, der die Antriebswelle des VVL-Mechanismus in einer axialen Richtung linear bewegt;

6 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Einzelheit des VI-Abschnitts des Aktuators gemäß der 5;

7 zeigt eine Wellenformansicht des Betriebs zum Vermeiden des Überhitzens des Aktuators;

8 zeigt ein Flussdiagramm der Steuerung des Aktuators, die durch eine Steuereinheit ausgeführt wird; und

9 zeigt ein Flussdiagramm eines abgewandelten Beispiels der Steuerung, die in dem Flussdiagramm in der 8 gezeigt ist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. In den Zeichnungen sind die gleichen oder entsprechenden Abschnitte durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und deren wiederholte Beschreibung wird weggelassen.

Die 1 zeigt die Konfiguration einer Kraftmaschine 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie dies in der 1 gezeigt ist, ist eine Steuervorrichtung für einen variablen Ventilmechanismus gemäß dem Ausführungsbeispiel verwirklicht, wenn eine Steuereinheit 200 gemäß der 1 Programme ausführt.

Luft wird in die Kraftmaschine 100 durch eine Luftreinigungsvorrichtung 102 eingelassen. Ein Drosselventil 104 stellt die in die Kraftmaschine 100 eingelassene Luftmenge ein. Das Drosselventil 104 ist ein elektrisch gesteuertes Drosselventil, das durch einen Drosselmotor 312 angetrieben wird.

Luft wird mit Kraftstoff in einem Zylinder 106 (Brennkammer) gemischt. Eine Einspritzvorrichtung 108 spritzt Kraftstoff direkt in den Zylinder 106 ein. Das Einspritzloch der Einspritzvorrichtung 108 ist nämlich in dem Zylinder 106 positioniert. Kraftstoff wird von der Einlassseite des Zylinders 106 eingespritzt (d.h. die Seite, von der die Luft eingeführt wird).

Kraftstoff wird während eines Einlasshubs eingespritzt. Jedoch ist der Zeitpunkt, bei dem der Kraftstoff eingespritzt wird, nicht auf den Zeitpunkt während des Einlasshubs beschränkt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kraftmaschine 100 eine Direkteinspritz-Kraftmaschine, bei der das Einspritzloch der Einspritzvorrichtung 108 in dem Zylinder 106 positioniert ist. Zusätzlich zu der Einspritzvorrichtung 108, die Kraftstoff direkt in den Zylinder 106 einspritzt, kann jedoch eine andere Einspritzvorrichtung vorgesehen sein, die Kraftstoff in einen Einlassanschluss einspritzt. Alternativ kann nur jene Einspritzvorrichtung vorgesehen sein, die Kraftstoff in den Einlassanschluss einspritzt.

Das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 106 wird durch eine Zündkerze 110 gezündet und verbrannt. Nachdem das Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrannt wurde, wird das Abgas durch einen Drei-Wege-Katalysator 112 gereinigt. Dann wird das Abgas zur Außenseite eines Fahrzeugs ausgelassen. Durch Verbrennen des Luft/Kraftstoff-Gemischs wird ein Kolben 114 nach unten gedrückt, und eine Kurbelwelle 116 wird gedreht.

Ein paar Einlassventile 118 und ein paar Auslassventile 120 sind bei dem oberen Abschnitt des Zylinders 106 vorgesehen. Jedes Einlassventil 118 steuert die in den Zylinder 106 eingeführte Luftmenge und die Zeitgebung, mit der die Luft in den Zylinder 106 eingeführt wird. Jedes Auslassventil 120 steuert die aus dem Zylinder 106 ausgelassene Abgasmenge und die Zeitgebung, mit der das Abgas aus dem Zylinder 106 ausgelassen wird. Ein Nocken 122 treibt das Einlassventil 118 an. Ein Nocken 124 treibt das Auslassventil 120 an.

Ein variabler Ventilzeitgebungs- und Hubmechanismus (nachfolgend als „VVTL-Mechanismus" bezeichnet) 126 steuert die Öffnungs/Schließzeitgebungen, den Hub und die Dauer des Einlassventils 118. Ein variabler Ventilzeitgebungsmechanismus (nachfolgend als „VVT-Mechanismus" bezeichnet) 129 steuert die Öffnungs/Schließzeitgebungen des Auslassventils 120. Der Hub und die Dauer des Auslassventils 120 kann auch gesteuert werden.

Der VVTL-Mechanismus 126 ist dadurch gebildet, dass der VVT-Mechanismus mit dem VVL-Mechanismus kombiniert ist, der den Hub und die Dauer steuert. Der VVL-Mechanismus kann entweder den Hub oder die Dauer steuern.

Bei diesem Ausführungsbeispiel steuert der VVT-Mechanismus die Öffnungs/Schließzeitgebungen des Einlassventils 118 durch Drehen des Nockens 122. Das Verfahren zum Steuern der Öffnungs/Schließzeitgegungen ist nicht auf dieses Verfahren beschränkt. Hinsichtlich des VVT-Mechanismus wird ein bekannter, gewöhnlicher VVT-Mechanismus verwendet. Daher wird eine detaillierte Beschreibung des VVT-Mechanismus weggelassen. Der VVL-Mechanismus wird später beschrieben.

Die Steuereinheit 200 steuert einen Drosselventilöffnungsbetrag &thgr;th, eine Zündzeitgebung, eine Kraftstoffeinspritzeingebung, die einzuspritzende Kraftstoffmenge und den Betriebzustand des Einlassventils 118 (zum Beispiel die Öffnungs/Schließzeitgebungen, den Hub und die Dauer), um die Kraftmaschine 100 in einem gewünschten Zustand zu betreiben. Die Steuereinheit 200 nimmt Signale von einem Nockenwinkelsensor 300, einem Kurbelwinkelsensor 302, einem Klopfsensor 304, einem Drosselventilöffnungsbetragssensor 306, einem Zündschalter 308 und einem Beschleunigungspedalbetätigungsbetragssensor 314 auf.

Der Nockenwinkelsensor 300 gibt ein Signal ab, das die Position des Nockens angibt. Der Kurbelwinkelsensor 302 gibt Signale ab, die die Drehzahl der Kurbelwelle 116 (d.h. eine Kraftmaschinendrehzahl) und den Drehwinkel der Kurbelwelle 116 angeben. Der Klopfsensor 304 gibt ein Signal ab, das die Intensität von Schwingungen der Kraftmaschine 100 angibt. Der Drosselventilöffnungsbetragssensor 306 gibt ein Signal ab, das den Drosselventilöffnungsbetrag &thgr;th angibt. Wenn der Fahrer den Zündschalter 308 einschaltet, dann gibt der Zündschalter 308 das Signal ab, das angibt, dass der Zündschalter 308 eingeschaltet ist. Der Beschleunigungspedalbetätigungsbetragssensor 314 gibt ein Signal ab, das den Beschleunigungspedalbetätigungsbetrag Acc entsprechend jenem Betrag angibt, um den das Beschleunigungspedal niedergedrückt wird.

Die Steuereinheit 200 steuert die Kraftmaschine 100 auf der Grundlage der Signale von den Sensoren, und auf der Grundlage von Kennfeldern und Programmen, die in einem Speicher (nicht gezeigt) gespeichert sind.

Die 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Ventilhub und dem Kurbelwinkel bei dem variablen Ventilmechanismus.

Wie dies in der 2 gezeigt ist, wird das Auslassventil während des Auslasshubs geöffnet und geschlossen, und das Einlassventil wird während des Einlasshubs geöffnet und geschlossen. Wellenformen EX1, EX2 geben den Hub des Auslassventils an. Wellenformen IN1 bis IN3 und IN2a geben den Hub des Einlassventils an. Der VVT-Mechanismus 129 für das Auslassventil ändert die Öffnungs/Schließzeitgebungen des Auslassventils in dem Bereich von den Öffnungs/Schließzeitgebungen, die durch die Wellenform EX1 angegeben sind, bis zu den Öffnungs/Schließzeitgebungen, die durch die Wellenform EX2 angegeben sind. Der Pfeil RR gibt den Betrag an, um den die Öffnungs/Schließzeitgebungen des Auslassventils hinsichtlich den am stärksten vorgerückten Öffnungs/Schließzeitgebungen verzögert werden, die durch die Wellenform EX1 angegeben sind.

Der VVT-Mechanismus für das Einlassventil ändert die Öffnungs/Schließzeitgebungen des Einlassventils in dem Bereich von den Öffnungs/Schließzeitgebungen, die durch die Wellenform IN1 angegeben sind, bis zu den Öffnungs/Schließzeitgebungen, die durch die Wellenform IN3 angegeben sind. Der Pfeil FR gibt den Betrag an, um den die Öffnungs/Schließzeitgeungen des Einlassventils hinsichtlich den am stärksten verzögerten Öffnungs/Schließzeitgebungen vorgerückt werden, die durch die Wellenform IN3 angegeben sind. Der Pfeil FR gibt den Betrag an, mit dem die Öffnungs/Schließzeitgebungen des Einlassventils hinsichtlich den am stärksten verzögerten Öffnungs/Schließzeitgebungen vorgerückt werden, die durch die Wellenform IN3 angegeben sind.

Der obere Totpunkt wird als „TDC" bezeichnet. Der untere Totpunkt wird als „BDC" bezeichnet. Sowohl das Auslassventil als auch das Einlassventil werden geöffnet, wenn der Kolben nahe dem TDC ist. Die Zeitperiode, in der sowohl das Auslassventil als auch das Einlassventil geöffnet sind, wird als eine „Überlappungsperiode" bezeichnet. Die VVT-Mechanismen für das Einlassventil und das Auslassventil stellen die Überlappungsperiode ein. Falls sich die Überlappungsperiode vergrößert, wenn die Kraftmaschinendrehzahl hoch ist, dann wird eine große Luftmenge in den Zylinder eingelassen, um die Abgabe der Kraftmaschine zu verbessern. Falls die Überlappungsperiode vergrößert wird, wenn die Kraftmaschinendrehzahl niedrig ist, dann kehrt das Abgas in den Zylinder zurück, und die Verbrennung wird instabil.

Des Weiteren können der Hub und die Dauer des Einlassventils in einem vorgegebenen Bereich geändert werden.

Der Hub mit der Wellenform IN2 ist nämlich maximal, und der Hub mit der Wellenform IN2A ist minimal. Die Dauer stellt die Zeitperiode dar, in der das Einlassventil hinsichtlich des Kurbelwinkels geöffnet gehalten wird. Die Dauer mit der Wellenform IN2 ist am längsten, und die Dauer mit der Wellenform IN2A ist am kürzesten.

Die 3 zeigt eine Vorderansicht des VVL-Mechanismus 400, der den Hub und die Dauer des Einlassventils steuert.

Wie dies in der 3 gezeigt ist, hat der VVL-Mechanismus 400 eine Antriebswelle 410, ein Stützrohr 420, einen Eingabearm 430 und einen Schwingnocken 440. Die Antriebswelle 410 erstreckt sich in einer Richtung. Das Stützrohr 420 deckt die Außenfläche der Antriebswelle 410 ab. Der Eingabearm 430 und der Schwingnocken 440 sind um die Außenfläche des Stützrohrs 420 vorgesehen, und sie sind in der axialen Richtung der Antriebswelle 410 angeordnet. Der Aktuator, der die Antriebswelle 410 linear bewegt, ist an dem Ende der Antriebswelle 410 vorgesehen.

Bei dem VVL-Mechanismus 400 ist pro Zylinder ein Nocken 122 vorgesehen. Ein Eingabearm 430 entspricht dem einen Nocken 122. Ein Schwingnocken 440 ist an einer Seite des Eingabearms 430 vorgesehen, und ein anderer Schwingnocken 440 ist an der anderen Seite des Eingabearms 430 vorgesehen. Die beiden Schwingnocken 440 entsprechen dem paar Einlassventile 118, die pro Zylinder vorgesehen sind.

Das Stützrohr 420 hat eine hohle, zylindrische Form. Das Stützrohr 420 ist parallel zu der Nockenwelle 130 angeordnet. Das Stützrohr 420 ist an einem Zylinderkopf befestigt, um eine axiale Bewegung oder Drehung des Stützrohrs 420 zu verhindern.

Die Antriebswelle 410 ist in dem Stützrohr 420 so eingefügt, dass sich die Antriebswelle 410 in der axialen Richtung gleitbar bewegt. Der Eingabearm 430 und die beiden Schwingnocken 440 sind um die Außenfläche des Stützrohrs 420 vorgesehen. Der Eingabearm 430 und die beiden Schwingnocken schwingen um die Achse der Antriebswelle 410, aber sie bewegen sich nicht in der axialen Richtung.

Der Eingabearm 430 hat einen Armabschnitt 432 und einen Walzenabschnitt 434. Der Armabschnitt 432 steht von der Außenfläche des Stützrohrs 420 vor. Der Walzenabschnitt 434 ist mit dem Ende des Armabschnitts 432 so verbunden, dass sich der Walzenabschnitt 434 dreht. Der Eingabearm 430 ist so positioniert, dass der Walzenabschnitt 434 mit dem Nocken 122 in Kontakt ist.

Der Schwingnocken 440 hat einen Lappen 442, der eine im Wesentlichen dreieckige Form aufweist. Der Lappen 442 steht von der Außenfläche des Stützrohrs 420 vor. Der Lappen 442 hat eine Nockenfläche 440, die eine konkave Form aufweist. Eine Walze ist an einem Schwenkarm 128 so angebracht, dass sich die Walze dreht. Die Walze wird an die Nockenfläche 444 durch die Kraft einer Ventilfeder gedrückt, die bei dem Einlassventil 118 vorgesehen ist.

Der Eingabearm 430 und der Schwingnocken 440 schwingen einstückig um die Achse der Antriebswelle 410. Wenn sich die Nockenwelle 430 dreht, schwingt daher der Eingabearm 430, der mit dem Nocken 122 in Kontakt ist, und außerdem schwingt der Schwingnocken 440 aufgrund der Bewegung des Eingabearms 430. Die Bewegung der Schwingnocken 440 wird zu dem Einlassventil 118 über den Schwenkarm 128 übertragen. Somit wird das Einlassventil geöffnet und geschlossen.

Der VVL-Mechanismus 400 hat des Weiteren einen Mechanismus, der die Differenz zwischen den Phasen des Eingabearms 430 und des Schwingnockens 440 um die Achse des Stützrohrs 420 ändert. Dieser Mechanismus ändert in geeigneter Weise den Hub und die Dauer des Einlassventils 118.

Wenn sich die Phasendifferenz erhöht, erhöht sich nämlich der Schwingwinkel des Schwenkarms 128 hinsichtlich des Schwingwinkels des Eingabearms 430 und des Schwingnockens 440. Dies vergrößert den Hub und die Dauer des Einlassventils 118.

Wenn sich die Phasendifferenz verringert, verringert sich nämlich der Schwingwinkel des Schwenkarms 128 hinsichtlich des Schwingwinkels des Eingabearms 430 und des Schwingnockens 440. Dies verringert den Hub und die Dauer des Einlassventils 118.

Die 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des VVL-Mechanismus. In der 4 zeigt die ausgeschnittene Ansicht des VVL die innere Struktur des VVL-Mechanismus.

Wie dies in der 4 gezeigt ist, ist ein Schiebezahnrad 450 in dem Raum untergebracht, der durch den Eingabearm 430, die beiden Schwingnocken 440 und die Außenfläche des Stützrohrs 420 definiert ist. Das Schiebezahnrad 450 ist an dem Stützrohr 420 gestützt. Das Schiebezahnrad 450 dreht sich um das Stützrohr 420, und es wird an dem Stützrohr 420 in der axialen Richtung verschoben.

Ein Schrägzahnrad 452 ist an der Mitte des Schiebezahnrads 450 in der axialen Richtung vorgesehen. Die rechte Schrägverzahnung ist in dem Schrägzahnrad 452 ausgebildet. Schrägzahnräder 454 sind an den Seiten des Schrägzahnrads 452 vorgesehen. Die linke Schrägverzahnung ist jeweils in den Schrägzahnrädern 454 ausgebildet.

Schrägverzahnungen sind an den Innenflächen des Eingabearms 430 und der beiden Schwingnocken 440 ausgebildet. Die Schrägverzahnungen kämmen die Schrägzahnräder 452 und 454. Die rechte Schrägverzahnung ist nämlich an der Innenfläche des Eingabearms 430 ausgebildet. Die rechte Schrägverzahnung kämmt das Schrägzahnrad 452. Die linke Schrägverzahnung ist an der Innenfläche von jedem Schwingnocken 440 ausgebildet. Die linke Schrägverzahnung kämmt das Schrägzahnrad 454.

Ein Langloch 456 ist in dem Schiebezahnrad 450 an der Position zwischen einem Schrägzahnrad 454 und dem Schrägzahnrad 452 ausgebildet. Das Langloch 456 erstreckt sich in der Umfangsrichtung. Ein Langloch (nicht gezeigt) ist in dem Stützrohr 420 ausgebildet. Das Langloch (nicht gezeigt) erstreckt sich in der axialen Richtung, und es überlappt sich teilweise mit dem Langloch 456. Ein Eingriffsstift 412 ist einstückig an der Antriebswelle 410 ausgebildet. Die Antriebswelle 410 ist in dem Stützrohr 420 eingefügt. Der Eingriffsstift 412 ragt durch jenen Bereich hindurch, in dem sich das Langloch 456 und das Langloch (nicht gezeigt) teilweise miteinander überlappen.

Wenn sich die Antriebswelle 410 in der axialen Richtung bewegt, drückt der Eingriffsstift 412 das Schiebezahnrad 450. Infolgedessen bewegen sich die Schrägzahnräder 452 und 454 gleichzeitig in der axialen Richtung der Antriebswelle 410. Jedoch bewegen sich der Eingabearm 430 und die Schwingnocken 440, die die Schrägzahnräder 452 und 454 durch die Verzahnungen kämmen, nicht in der axialen Richtung. Daher werden der Eingabearm 430 und die Schwingnocken 440 um die Antriebswelle 410 aufgrund der Kämmung mit den Schrägverzahnungen geschwenkt.

Die Torsionsrichtung der Schrägverzahnung, die an der Innenfläche des Eingabearms 430 ausgebildet ist, ist entgegengesetzt zu der Torsionsrichtung der Schrägverzahnung, die an der Innenfläche des Schwingnockens 440 ausgebildet ist. Daher werden der Eingabearm 430 und der Schwingnocken 440 in entgegengesetzten Richtungen geschwenkt. Somit kann die Differenz zwischen den Phasen des Eingabearms 430 und dem Schwingnocken 440 geändert werden. Dies ermöglicht es, dass der Hub und die Dauer des Einlassventils 118 in der vorstehend beschriebenen Art und Weise geändert werden. Jedoch ist die Konfiguration des VVL-Mechanismus nicht auf diese Konfiguration beschränkt.

Die 5 zeigt eine Schnittansicht eines Aktuators 500, der die Antriebswelle 410 des VVL-Mechanismus 400 linear bewegt.

Wie dies in der 5 gezeigt ist, hat der Aktuator 500 ein Gehäuse 510, ein Differenzialwalzenzahnrad 600 und einen Motor 700. Das Gehäuse 510 definiert einen Raum 512. Das Differenzialwalzenzahnrad 600 wandelt eine Drehbewegung zu einer linearen Bewegung um. Der Motor 700 gibt die Drehbewegung in das Differenzialwalzenzahnrad 600 ein. Eine Öffnung 514 ist in dem Gehäuse 510 ausgebildet. Die Öffnung 514 mündet zu dem Zylinderkopf, an dem der VVL-Mechanismus 400 vorgesehen ist.

Das Differenzialwalzenzahnrad 600 hat eine Sonnenwelle 610, eine Vielzahl Planetenwellen 620 und eine Mutter 630. Die Sonnenwelle 610 erstreckt sich entlang einer Achse 800. Die Planetenwellen 620 erstrecken sich an der Außenfläche der Sonnenwelle 610 parallel zu der Achse 800. Die Planetenwellen 620 sind um die Achse 800 in der Umfangsrichtung angeordnet. Die Mutter 630, die eine zylindrische Form aufweist, ist um die Achse 800 so ausgebildet, dass sie die Planetenwellen 620 umgibt.

Die Sonnenwelle 610, die sich entlang der Achse 800 erstreckt, ist an die Antriebswelle 410 ausgerichtet. Die Sonnenwelle 610 steht von dem Raum 512 zur Außenseite des Gehäuses 510 durch die Öffnung 514 vor. Die Sonnenwelle 610 ist mit der Antriebswelle 410 unter Verwendung einer Kopplung oder dergleichen (nicht gezeigt) verbunden.

Die Sonnenwelle 610 hat einen Verzahnungsabschnitt 614 und einen Gewindeabschnitt 616. Eine Verzahnung ist in dem Verzahnungsabschnitt 614 ausgebildet. Ein Außengewinde ist in dem Gewindeabschnitt 616 ausgebildet. Ein ringförmiges Sonnenrad 640 ist an dem Ende der Sonnenwelle 610 angebracht, das in dem Raum 512 positioniert ist. Ein Stirnrad ist an der Außenfläche des Sonnenrads 640 ausgebildet. An dem Stirnrad sind Zähne um die Achse 800 in der Umfangsrichtung angeordnet.

Ein Stopperkranz 516 ist an der Sonnenwelle 610 so befestigt, dass er den Verzahnungsabschnitt 614 umgibt. Eine Verzahnung ist an der Innenfläche des Stopperkranzes 516 ausgebildet. Durch einen Eingriff des Stopperkranzes 516 mit dem Verzahnungsabschnitt 614 wird die Drehbewegung der Sonnenwelle 610 um die Achse 800 begrenzt.

Halter 900 und 910 sind an den Enden der Planetenwellen 620 vorgesehen. Jeder Halter 900 und 910, der eine Ringform aufweist, ist um die Achse 800 vorgesehen. Die Enden der Planetenwellen 620 sind durch die Halter 900 und 910 so gestützt, dass sich die Planetenwellen 620 drehen. Die Halter 900 und 910 sind in einem vorbestimmten Intervall in der Richtung der Achse 800 positioniert. Die Halter 900 und 910 sind durch eine Stützsäule miteinander verbunden, die sich parallel zu den Planetenwellen 620 erstreckt.

Der Motor 700 hat einen Rotor 720 und einen Stator 730. Der Rotor 720 ist an der Außenfläche der Mutter 630 zum Beispiel durch eine Schrumpfpassung, eine Presspassung oder einem Klebemittel befestigt. Ein Stator 730 ist an dem Gehäuse 510 zum Beispiel durch eine Schrumpfpassung, eine Presspassung oder ein Klebemittel befestigt. Eine Spule 740 ist um den Stator 730 gewickelt.

Der Stator 730, der eine Ringform aufweist, ist um die Achse 800 so vorgesehen, dass er den Rotor 720 umgibt. Der Rotor 720 ist um die Achse 800 entlang der Umfangsrichtung so positioniert, dass ein vorbestimmter Raum zwischen dem Rotor 720 und dem Stator 730 ausgebildet ist. Dauermagnete 750 sind an dem Rotor 720 in Intervallen mit einem vorbestimmten Winkel um die Achse 800 so angeordnet, dass die Dauermagneten 750 dem Stator 730 zugewandt sind. Durch Zuführen einer elektrischen Leistung in die Spule 740 wird ein magnetisches Feld zwischen dem Rotor 720 und dem Stator 730 erzeugt. Somit werden der Rotor 720 und die Mutter 630 um die Achse 800 gedreht.

Jede Planetenwelle 620 hat einen Gewindeabschnitt 622 und Zahnradabschnitte 624 und 626, die an den Seiten des Gewindeabschnitts 622 ausgebildet sind.

Die 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Einzelheit des VI-Abschnitts des Aktuators 500 gemäß der 5.

Wie dies in der 5 und in der 6 gezeigt ist, ist ein Außengewinde bei dem Gewindeabschnitt 622 der jeweiligen Planetenwelle 620 ausgebildet. Das Außengewinde, das bei dem Gewindeabschnitt 622 ausgebildet ist, ist mit dem Außengewinde im Eingriff, das bei dem Gewindeabschnitt 616 der Sonnenwelle 610 ausgebildet ist, und mit dem Innengewinde, das an der Innenfläche der Mutter 630 ausgebildet ist. Die Torsionsrichtung des Außengewindes, das bei dem Gewindeabschnitt 622 der jeweiligen Planetenwelle 620 ausgebildet ist, ist entgegengesetzt zu der Torsionsrichtung des Außengewindes, das bei dem Gewindeabschnitt 616 der Sonnenwelle 610 ausgebildet ist, und sie ist gleich der Torsionsrichtung des Innengewindes, das an der Innenfläche der Mutter 630 ausgebildet ist.

Ein Stirnzahnrad ist bei dem Zahnradabschnitt 624 der jeweiligen Planetenwelle 620 ausgebildet. Das Stirnzahnrad, das bei dem Zahnradabschnitt 624 ausgebildet ist, kämmt das Stirnzahnrad, das an der Außenfläche des Sonnenrads 640 ausgebildet ist, und das Stirnzahnrad, das an der Innenfläche eines Hohlrads 650 ausgebildet ist. Das Stirnzahnrad ist zum Beispiel durch einen Walzprozess oder einen Schneidprozess ausgebildet, und zwar an dem Ende der Planetenwelle 620, bei dem ein Außengewinde an der gesamten Außenfläche ausgebildet ist. Ein Stirnzahnrad ist außerdem bei dem Zahnradabschnitt 626 der jeweiligen Planetenwelle 620 ausgebildet. Das Stirnzahnrad, das bei dem Zahnradabschnitt 626 ausgebildet ist, kämmt das Stirnzahnrad, das an der Innenfläche des Hohlrads 650 ausgebildet ist.

Die Mutter 630 ist durch ein Lager gestützt, das an dem Gehäuse 510 befestigt ist, so dass sich die Mutter 630 um die Achse 800 dreht. Ein Innengewinde ist an der Innenfläche der Mutter 630 ausgebildet. Die Torsionsrichtung des Innengewindes, das an der Innenfläche der Mutter 630 ausgebildet ist, ist entgegengesetzt zu der Torsionsrichtung des Außengewindes, das bei dem Gewindeabschnitt 616 der Sonnenwelle 610 ausgebildet ist.

Die Hohlräder 650 sind an der Mutter 630 so befestigt, dass die Hohlräder 650 an den Seiten der Innenfläche positioniert sind, an der das Innengewinde ausgebildet ist. Ein Stirnzahnrad ist an der Innenfläche des jeweiligen Hohlrads 650 ausgebildet. Bei dem Stirnzahnrad sind Zähne um die Achse 800 in der Umfangsrichtung angeordnet.

Das Außengewinde, das bei dem Gewindeabschnitt 616 der Sonnenwelle 610 ausgebildet ist, das Außengewinde, das bei dem Gewindeabschnitt 622 der jeweiligen Planetenwelle 620 ausgebildet ist, und das Innengewinde, das an der Innenfläche der Mutter 630 ausgebildet ist, sind mehrere Gewinde, die dieselbe Teilung haben. Da die Sonnenwelle 610 in der Richtung der Achse 800 während eines Hubs bei diesem Ausführungsbeispiel bewegt wird, wird die Anzahl der Helices bei jedem Gewinde zum Beispiel auf der Grundlage der Beziehung bestimmt, die durch die Gleichung dargestellt wird: Ns : Np : Nn = (Ds + 1) : Dp : Dn. In dieser Gleichung stellen Ds, Dp und Dn die Teilkreisdurchmesser des Außengewindes, das an der Sonnenwelle 610 ausgebildet ist, des Außengewindes, das an der jeweiligen Planetenwelle 620 ausgebildet ist, und des Innengewindes dar, das an der Mutter 630 ausgebildet ist. Ns, Np und Nn stellen die Anzahl der Helices bei dem Außengewinde, das an der Sonnenwelle 610 ausgebildet ist, des Außengewindes, das an der jeweiligen Planetenwelle 620 ausgebildet ist, und des Innengewindes dar, das an der Mutter 630 ausgebildet ist. Jedoch kann die Beziehung zwischen den Teilkreisdurchmessern und der Anzahlen der Starts durch andere Gleichungen dargestellt werden.

Wenn sich die Mutter 630 dreht, dann wird die Drehung der Mutter 630 zu jeder Planetenwelle 620 übertragen, da das Innengewinde, das an der Innenfläche der Mutter 630 ausgebildet ist, mit dem Außengewinde im Eingriff ist, das an der entsprechenden Planetenwelle 620 ausgebildet ist. Das Stirnzahnrad, das bei dem Zahnradabschnitt 624 der jeweiligen Planetenwelle 620ausgebildet ist, kämmt dann die Stirnzahnräder, die an der Außenfläche des Sonnenrads 640 und an der Innenfläche des Hohlrads 650 ausgebildet sind. Außerdem kämmt das Stirnzahnrad, das bei dem Zahnradabschnitt 626 der Planetenwelle 620 ausgebildet ist, das Stirnzahnrad, das an der Innenfläche des Hohlrads 650 ausgebildet ist.

Daher bewegt sich jede Planetenwelle 620 nicht in der Richtung der Achse 800. Jedoch bewegt sich jede Planetenwelle 620 um die Achse 800, während sie um ihre Achse gedreht wird. Gleichzeitig wird jede Planetenwelle 620 parallel zu der Achse 800 aufgrund der Kämmung der vorstehend beschriebenen Stirnzahnräder gehalten.

Da das Gewinde, das an jeder Planetenwelle 620 ausgebildet ist, mit dem Gewinde im Eingriff ist, das an der Sonnenwelle 610 ausgebildet ist, wird die Drehbewegung der jeweiligen Planetenwelle 620 zu der Sonnenwelle 610 übertragen. Die Drehbewegung der Sonnenwelle 610 wird durch den Stopperkranz 516 begrenzt. Daher bewegt sich die Sonnenwelle 610 entlang der Richtung der Achse 800. Infolgedessen bewegt sich die Antriebswelle 410 linear. Dies ändert den Hub und die Dauer des Einlassventils 118, wie dies vorstehend beschrieben ist.

Ein Sensor 1000 erfasst die Betriebsgröße (d.h. die Drehzahl oder den Drehwinkel) des Motors 700 (des Rotors 720). Das Signal, das das Ergebnis der Erfassung angibt, wird zu der Steuereinheit 200 übertragen. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfasst die Steuereinheit 200 indirekt den Hub und die Dauer des Einlassventils 118 auf der Grundlage der Betriebsgröße des Motors 700 unter Verwendung eines Kennfelds, das die Beziehung zwischen der Betriebsgröße des Motors 700 und dem Hub und der Dauer des Einlassventils 118 angibt.

Gemäß dem Pulsdauerverhältnis des Steuersignals, das von der Steuereinheit 200 übertragen wird, hält der Motor 700, der der Aktuator ist, die Antriebswelle 410 in einem neutralen Zustand, die das Antriebselement ist, oder er bewegt die Antriebswelle 410 zu der „maximalen Position", um den Hub und die Dauer zu vergrößern, oder zu der „minimalen Position", um den Hub und die Dauer zu verringern. Wenn die Antriebswelle 410 an der „maximalen Position" ist, dann ist der Hub maximal, und die Dauer ist am längsten. Wenn die Antriebswelle 410 an der „minimalen Position" ist, dann ist der Hub minimal, und die Dauer ist am kürzesten.

Wenn die Kraft durch die Antriebswelle 410 entlang der Richtung der Achse 800 aufgebracht wird, dann dreht sich der Motor 700 aus dem folgenden Grund nicht. Der Gewindeabschnitt 616 der Sonnenwelle 610 ist mit dem Gewindeabschnitt der jeweiligen Planetenwelle 620 im Eingriff, und der Gewindeabschnitt der jeweiligen Planetenwelle an der Seite entgegengesetzt zu der Sonnenwelle 620 ist mit dem Innengewinde im Eingriff, das bei dem Gewindeabschnitt 622 der Mutter 630 ausgebildet ist. Außerdem wird die Mutter 630 so zurückgehalten, dass sich die Mutter 630 nicht entlang der Richtung der Achse 800 bewegt.

Wenn die Kraft, die durch die Antriebswelle 410 entlang der Richtung der Achse 800 von der Gewindekante an der Sonnenwelle 610 zu der Gewindekante an der jeweiligen Planetenwelle 620 übertragen wird, dann nimmt die seitliche Fläche der Gewindekante an der jeweiligen Planetenwelle 620 die Kraft in der im Wesentlichen vertikalen Richtung auf. Dementsprechend wird kaum die Kraft zum Drehen der jeweiligen Planetenwelle 620 erzeugt. Wenn die Leistungsquelle für den Motor 700 zum Drehen der jeweiligen Planetenwelle 620 unter Verwendung des Stirnzahnrads bei dem Zahnradabschnitt 626 eingeschaltet wird, dann bewegt sich die Sonnenwelle 610 entlang der Richtung der Achse 800. Wenn jedoch zum Beispiel die Leistungsquelle für den Motor 700 ausgeschaltet wird, dann bewegt sich die Sonnenwelle 610 nicht, da die Position der jeweiligen Planetenwelle 620 aufgrund der Reibung fixiert ist, die bei dem Aktuator 500erzeugt wird. Infolgedessen bleibt die Antriebswelle 410 an derselben Position.

Als der Sensor 1000 kann jener Sensor verwendet werden, der Pulse abgibt, wie zum Beispiel ein Drehencoder. Die Anzahl der Pulse wird gezählt. Die maximale Position und die minimale Position der Antriebswelle 410 werden jeweils als der Referenzwert gelernt, und zwar unmittelbar nachdem ein Zündschalter eingeschaltet wurde. Der Versetzungsbetrag, um den die Antriebswelle 410 von der maximalen Position oder der minimalen Position versetzt wird, wird dadurch erhalten, dass die gezählte Anzahl der Pulse zu dem Referenzwert addiert wird. Somit erhält die Steuereinheit 200 den Wert VC der Dauer entsprechend dem Versetzungsbetrag (nachfolgend wird dieser Wert als „sensors basierter Wert VC" bezeichnet).

Die 7 zeigt ein Wellenformdiagramm des Betriebs zum Vermeiden des Überhitzens des Aktuators 500.

Die 8 zeigt ein Flussdiagramm zum Beschreiben der Steuerung für den Aktuator, die durch die Steuereinheit 200 ausgeführt wird. Die durch das Flussdiagramm gezeigte Routine wird von einer vorbestimmten Hauptroutine aufgerufen und ausgeführt, und zwar jedes Mal dann, wenn eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, oder jedes Mal dann, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.

Unter Bezugnahme auf die 7 und 8 wird das Fahrzeug in einem „Optimaldauermodus" während der Zeitperiode nach dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1 betrieben. Bei dem Optimaldauermodus werden der Hub und die Dauer auf der Grundlage des Beschleunigungspedalbetätigungsbetrags und der Kraftmaschinendrehzahl geändert. Während der Zeitperiode nach dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1 wird bestimmt, dass die Temperatur T des Aktuators 500 einen Schwellwert T1 bei einem Schritt S1 nicht erreicht hat. Daher schreitet die Routine zu einem Schritt S8. Bei dem Schritt S8 wird bestimmt, dass kein Fehler bei dem Aktuator 500 aufgrund einer Überhitzung während der vorherigen Routine aufgetreten ist. Daher schreitet die Routine zu einem Schritt S14, und die Hauptroutine wird wieder aufgenommen.

Bei dem Schritt S1 kann die Temperatur des Aktuators 500 durch einen Temperatursensor gemessen werden, der nahe dem Aktuator 500 vorgesehen ist, wie zum Beispiel ein Thermistor. Alternativ kann auf der Grundlage der Zeitperiode, in der der Aktuator 500 kontinuierlich betrieben wird, oder auf der Grundlage der elektrischen Leistung, die durch den Aktuator 500 verbraucht wird, bestimmt werden, ob der Aktuator 500 überhitzt wird.

Falls bestimmt wird, dass der Aktuator 500 bei dem Schritt S1 zu dem Zeitpunkt t1 überhitzt wird, schreitet die Routine zu einen Schritt S2. Ein Überhitzungsmerker, der angibt, ob der Aktuator 500 überhitzt wird, wird eingeschaltet. Zusätzlich wird der Leistungsreduktionsmerker FP eingeschaltet, der angibt, dass die zu dem Aktuator 500 zugeführte elektrische Leistung reduziert werden muss. Jedoch ist der sensorbasierte Wert VC der Dauer kleiner als der fixierte Sollwert VC1 der Dauer bei einem „Langdauermodus", in dem die Kraftmaschine stabil arbeitet. Falls der Betriebsmodus plötzlich von dem Optimaldauermodus zu dem Langdauermodus geändert wird, kann ein Fahrer daher einen Momentenstoß spüren.

Der Aktuator 500 kann zum Beispiel dann überhitzt werden, wenn der Fahrer häufig das Beschleunigungspedal betätigt, um das Fahrzeug an einer kurvigen Bergfahrt wiederholt zu beschleunigen und zu verzögern. In einer derartigen Situation stellt der variable Ventilmechanismus die Dauer wiederholt ein. Auch wenn der sensorbasierte Wert VC der gegenwärtigen Dauer klein ist, wird daher erwartet, dass die Dauer bald vergrößert wird.

Somit schreitet die Routine zu einem Schritt S3. Bei dem Schritt S3 bestimmt die Steuereinheit 200, ob der sensorbasierte Wert VC der Dauer gleich oder größer als der fixierte Sollwert VC1 bei dem Langdauermodus ist. Da der sensorbasierte Wert VC kleiner als der Sollwert VC1 während der Zeitperiode nach dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 ist, wird der Überwachungsprozess bei dem Schritt 3 fortgesetzt.

Wenn der sensorbasierte Wert VC gleich oder größer als der fixierte Sollwert VC1 bei dem Zeitpunkt t2 ist, schreitet die Routine zu einem Schritt S4. Bei dem Schritt S4 wird eine fixierte Dauer vorübergehend aufrechterhalten, ohne dass die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator 500 unterbrochen wird.

Dann wird bei einem Schritt S5 bestimmt, ob der Absolutwert der Differenz zwischen dem sensorbasierten Wert VC und dem fixierten Sollwert VC1 kleiner als ein vorbestimmter Wert K ist.

Bei dem Beispiel in der 7 ist der sensorbasierte Wert VC auf den großen Wert fixiert, wie dies durch die Wellenform W1 bei dem Zeitpunkt t3 angegeben ist. Daher schreitet die Routine zu einem Schritt S6. Bei dem Schritt S6 wird zugelassen, dass die Leistungsquelle für den Motor 700 ausgeschaltet wird. Somit wird die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator 500 unterbrochen, während der sensorbasierte Wert VC auf den großen Wert fixiert wird.

In der Zeitperiode nach dem Zeitpunkt t3 bis zu dem Zeitpunkt t4 wird die Kraftmaschine bei dem Langdauermodus gesteuert. Bei diesem Langdauermodus wird die Lufteinlassmenge durch das Drosselventil eingestellt, während die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator 500 unterbrochen wird, und die Dauer wird fixiert, wie dies durch die Wellenform W1 angegeben ist.

Wenn die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator 500 unterbrochen wird, bleibt die Antriebswelle 410 an derselben Position aufgrund der Reibung, die in dem Aktuator 500 erzeugt wird, wie dies unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben ist. Dabei wird die elektrische Leistung weiterhin zu dem Sensor 1000 zugeführt, und der sensorbasierte Wert VC wird weiterhin berechnet, der die Position der Antriebswelle 410 angibt.

Falls der sensorbasierte Wert VC von dem fixierten Sollwert VC1 abweicht, falls nämlich der Absolutwert der Differenz zwischen dem sensorbasierten Wert VC und dem fixierten Sollwert VC1 gleich oder größer als der vorbestimmte Wert K aufgrund einer bestimmten Ursache ist, während die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator 500 unterbrochen wird, schreitet die Routine von dem Schritt S5 zu einem Schritt S7. Bei dem Schritt S7 wird die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator 500 erneut gestartet, und die Steuereinheit 200 steuert den Aktuator 500 derart, dass die Dauer gleich dem fixierten Sollwert wird.

Wenn der Schritt 6 oder der Schritt 7 beendet wird, schreitet die Routine zu einem Schritt S14, und die Hauptroutine wird wieder aufgenommen.

Wenn die Temperatur T des Aktuators 500 bei dem Zeitpunkt t4 verringert ist, dann wird bestimmt, dass die Temperatur T des Aktuators 500 gleich oder kleiner als der Schwellwert T1 bei dem Schritt S1 ist. Somit schreitet die Routine zu einem Schritt S8. Da die Steuereinheit 200 die Informationen speichert, dass ein Fehler bei dem Aktuator 500 bei dem Schritt S2 während der vorherigen Routine auftreten würde, schreitet die Routine von dem Schritt S8 zu dem Schritt S9.

Bei dem Schritt S9 wird elektrische Leistung zu dem Aktuator 500 zugeführt. Die Routine schreitet zu einem Schritt S10. Bei dem Schritt S10 wird die Kraftmaschine in dem Langdauermodus gesteuert, so dass die Dauer unter Verwendung des Aktuators 500 fixiert wird. Somit wird die Kraftmaschine in der Zeitperiode nach dem Zeitpunkt t4 bis zu dem Zeitpunkt t5 in der 7 in diesem Langdauermodus gesteuert. Falls der Betriebsmodus zu dem Optimaldauermodus bei dem Zeitpunkt t4 geändert wird, kann der Fahrer einen Momentenstoß aufgrund einer plötzlichen Änderung der Lufteinlassmenge spüren. Daher wird der Betriebsmodus nicht zu dem Optimaldauermodus bei dem Zeitpunkt t4 geändert.

In der Zeitperiode nach dem Zeitpunkt t4 bis zu dem Zeitpunkt t5 wird bestimmt, ob der Fahrer eine Beschleunigung bei dem Schritt S11 fordert. Falls der Fahrer keine Beschleunigung fordert, werden die Schritte S10 und S11 wiederholt durchgeführt. Falls der Fahrer eine Beschleunigung fordert, zum Beispiel durch Niederdrücken des Beschleunigungspedals bei dem Zeitpunkt t5, schreitet die Routine von dem Schritt S11 zu einem Schritt S12.

Bei dem Schritt S12 wird der Betriebsmodus zu dem Optimaldauermodus geändert, bei dem die Dauer geändert wird. Da der Betriebsmodus geändert wird, wenn der Fahrer eine Beschleunigung fordert, zum Beispiel durch Niederdrücken des Beschleunigungspedals, wird der Optimaldauermodus wieder aufgenommen, ohne dass eine Unannehmlichkeit für den Fahrer verursacht wird. Bei einem Schritt S13 werden die Informationen gelöscht, dass der Fehler bei dem Aktuator 500 aufgrund des Überhitzens auftreten würde, die bei dem Schritt S2 gespeichert wurden. Nachdem der Schritt S13 beendet ist, schreitet die Routine zu dem Schritt S14, und die Hauptroutine wird wieder aufgenommen.

Die 9 zeigt ein Flussdiagramm des abgewandelten Beispiels der Steuerung, die durch das Flussdiagramm in der 8 gezeigt ist. Bei dem Flussdiagramm in der 8 wird bei dem Schritt S11 bestimmt, ob der Betriebsmodus von dem Langdauermodus zu dem Optimaldauermodus geändert werden soll, und zwar auf der Grundlage dessen, ob der Fahrer eine Beschleunigung fordert, zum Beispiel durch Betätigen des Beschleunigungspedals. Das Flussdiagramm in der 9 hat einen Schritt S11A anstelle des Schritts S11. Die anderen Schritte in dem Flussdiagramm in der 9 sind gleich wie in dem Flussdiagramm in der 8, das vorstehend beschrieben wurde. Daher wird die Beschreibung der anderen Schritte in dem Flussdiagramm in der 9 weggelassen.

Bei diesem abgewandelten Beispiel wird der Sollwert der Dauer bei dem Optimaldauermodus so berechnet, wie dies durch die Wellenform W2 angegeben ist, während die Kraftmaschine in dem Langdauermodus so gesteuert wird, dass die Dauer während der Zeitperiode nach dem Zeitpunkt t2 bis zu dem Zeitpunkt t4 in der 7 fixiert wird.

Bei dem Schritt S11A wird bestimmt, ob der berechnete Sollwert der Dauer bei dem Optimaldauermodus mit dem fixierten Wert der Dauer bei dem Langdauermodus übereinstimmt, oder ob die Differenz zwischen dem berechneten Sollwert bei dem Optimaldauermodus und dem fixierten Wert bei dem Langdauermodus gleich oder kleiner als ein bestimmter Schwellwert ist.

Wenn die Routine auf der Grundlage des Flussdiagramms in der 9 ausgeführt wird, wird die Kraftmaschine in dem Langdauermodus in der Zeitperiode nach dem Zeitpunkt t5 bis zu dem Zeitpunkt t6 gesteuert, wie dies durch gestrichelte Linien in dem Bereich für den sensorbasierten Wert VC und dem Bereich für den Betriebsmodus in der 7 angegeben ist. Dann schreitet die Routine bei einem Zeitpunkt t6 von dem Schritt S11A zu dem Schritt S12, und der Betriebsmodus wird von dem Langdauermodus zu dem Optimaldauermodus geändert. Bei diesem abgewandelten Beispiel wird die Dauer nicht plötzlich geändert, wenn der Betriebsmodus von dem Langdauermodus zu dem Optimaldauermodus geändert wird. Daher wird der Optimaldauermodus wieder aufgenommen, ohne dass eine Unannehmlichkeit für den Fahrer verursacht wird.

Die Zusammenfassung des Ausführungsbeispiels wird unter Bezugnahme auf die 1 und die 5 beschrieben. Der VVTL-Mechanismus 126 hat den Aktuator 500, der den Hub des Einlassventils 118 durch Bewegen der Antriebswelle 410 bei der variablen Ventilsteuerung einstellt, und den Sensor, der zum Bestimmen dessen verwendet wird, ob der Aktuator 500 überhitzt wird, wie zum Beispiel ein Temperatursensor, ein elektrischer Stromsensor oder ein elektrischer Spannungssensor. Wenn die Steuereinheit 200 bestimmt, dass der Aktuator 500 überhitzt wird, beendet die Steuereinheit 200 die variable Ventilsteuerung, und sie stoppt die Antriebswelle 410, falls der durch den Aktuator 500 eingestellte Hub gleich oder größer als der erste vorbestimmte Wert VC1 ist, der in der 7 gezeigt ist.

Der Aktuator 500 kann ein elektrischer Aktuator sein. Wenn die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator 500 unterbrochen wird, kann der Aktuator 500 die Antriebswelle 410 in einer fixierten Position aufrechterhalten. Die Steuereinheit 200 kann die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator 500 unterbrechen.

Der VVTL-Mechanismus 126 kann des Weiteren den Sensor 1000 aufweisen, der die Änderungen der Position der Antriebswelle 410 erfasst. Der Sensor 1000 kann Signale abgeben, die die Position des Antriebselements angeben. Wenn die Position der Antriebswelle 410 von der fixierten Position zumindest um einen zweiten vorbestimmten Wert abweicht, während die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator 500 unterbrochen ist, kann die Steuereinheit 200 die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator 500 erneut starten.

Die Steuereinheit 200 kann die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator 500 erneut starten, wenn der VVTL-Mechanismus 126 eine Bedingung zum Neustartbetrieb des Aktuators 500 erfüllt. Der Betrieb des Aktuators 500 kann erneut gestartet werden, wenn die Temperatur des Aktuators 500 auf jene Temperatur verringert wurde, die gleich oder kleiner als eine Schwellwerttemperatur ist, bei der der Betrieb des Aktuators 500 gestoppt wird.

Die Steuereinheit 200 kann eine Steuerung zum fixieren der Position der Antriebswelle 410 ausführen, und zwar unmittelbar nachdem die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator 500 erneut gestartet wurde.

Die Steuereinheit 200 kann die Steuerung zum Fixieren der Position der Antriebswelle 410 ausführen, und zwar nachdem die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator 500 erneut gestartet wurde. Die Steuereinheit 200 kann die variable Ventilsteuerung zum Ändern der Position des Antriebselements unter Verwendung des Aktuators 500 ausführen, wenn eine Forderung bezüglich des Betriebs einer Brennkraftmaschine eine Bedingung zum Wiederaufnehmen der variablen Ventilsteuerung erfüllt.

Die Bedingung zum Wiederaufnehmen der variablen Ventilsteuerung kann zum Beispiel dann erfüllt sein, wenn ein Fahrer eine Beschleunigung fordert. Zusätzlich kann die Bedingung zum Wiederaufnehmen der variablen Ventilsteuerung zum Beispiel auch dann erfüllt sein, wenn eine Position der Antriebswelle 410, die unter der Annahme geschätzt wird, dass die variable Ventilsteuerung ausgeführt wird, mit der fixierten Position der Antriebswelle 410 übereinstimmt, oder wenn die Differenz zwischen der geschätzten Position und der fixierten Position gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Betrag ist.

Der VVTL-Mechanismus 126 kann den Hub und die Dauer vergrößern, die die Zeitperiode darstellt, in der das Einlassventil 118 hinsichtlich des Kurbelwinkels geöffnet gehalten wird, und zwar durch Bewegen der Antriebswelle 410.

Wie dies bei diesem Ausführungsbeispiel vorstehend beschrieben ist, wird der Betriebsmodus nicht zu dem Langdauermodus geändert, unmittelbar nachdem bestimmt wurde, dass der Aktuator überhitzt wird. Stattdessen wird die Kraftmaschine weiterhin in dem Optimaldauermodus für eine Weile gesteuert. Wenn die Dauer den großen Wert erreicht, wird die Dauer fixiert. Dies verhindert einen Momentenstoß, wenn eine Steuerung zum Vermeiden einer Überhitzung gestartet wird.

Außerdem wird beim Unterbrechen der Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator die durch den Aktuator verbrauchte elektrische Leistungsmenge auf Null reduziert. Dies verringert schnell die Temperatur des Aktuators.

Des Weiteren wird die Kraftmaschinensteuerung von der Steuerung zum Vermeiden der Überhitzung zu einer normalen Steuerung geändert, während ein Momentenstoß unterdrückt wird, der eine Unannehmlichkeit für den Fahrer verursachen könnte. Außerdem wird der Betriebsmodus von dem Langdauermodus zu dem Optimaldauermodus geändert, wenn bestimmt wird, dass die Dauer lang sein wird, auch wenn der Optimaldauermodus ausgewählt ist. Dies reduziert den Einfluss zum Erzeugen eines Momentenstoßes. Der Betriebsmodus wird nämlich zu dem Optimaldauermodus geändert, während ein Momentenstoß unterdrückt wird.

Somit ist das Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in der Beschreibung offenbart wurde, in allen Aspekten als darstellend und nicht als einschränkend zu betrachten. Der technische Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert, und alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalenz der Ansprüche fallen, sollen daher hierbei mit umfasst sein.

Eine Steuervorrichtung für einen variablen Ventilmechanismus (126) vermeidet ein Überhitzen eines Aktuators (500), während ein Einfluss auf das Fahrverhalten eines Fahrzeugs reduziert wird. Der Aktuator (500) stellt den Hub (S2) eines Einlassventils (118) dadurch ein, dass ein Antriebselement (410) bewegt wird, und ein Sensor wird zum Bestimmen dessen verwendet, ob der Aktuator (500) überhitzt wird (S1). Eine Steuereinheit (200) stoppt das Antriebselement (410), falls der durch den Aktuator (500) eingestellte Hub gleich oder größer als ein erster vorbestimmter Wert (S3) ist, wenn die Steuereinheit (200) bestimmt, dass der Aktuator (500) überhitzt wird. Der Aktuator (500) kann ein elektrischer Aktuator sein. In diesem Fall hält der Aktuator (500) das Antriebselement (410) in einer fixierten Position, wenn die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator (500) unterbrochen wird. Die Steuereinheit (200) stoppt das Antriebselement (410), und sie unterbricht die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator (500).


Anspruch[de]
Steuervorrichtung für einen variablen Ventilmechanismus, gekennzeichnet durch:

ein Antriebselement (410), das bei dem variablen Ventilmechanismus vorgesehen ist, das einen Hub zumindest eines Einlassventils (118) oder eines Auslassventils (120) einer Brennkraftmaschine bestimmt;

einen Aktuator (500), der den Hub des zumindest einen Einlassventils (118) oder Auslassventils (120) durch Bewegen des Antriebselements (410) bei einer variablen Ventilsteuerung einstellt; und

einen Sensor, der zum Bestimmen dessen verwendet wird, ob der Aktuator (500) überhitzt wird;

eine Steuereinheit (200), die die variable Ventilsteuerung beendet und das Antriebselement (410) stoppt, falls der durch den Aktuator (500) eingestellte Hub gleich oder größer als ein erster vorbestimmter Wert ist, wenn die Steuereinheit (200) bestimmt, dass der Aktuator (500) überhitzt wird.
Steuervorrichtung für den variablen Ventilmechanismus gemäß Anspruch 1, wobei

der Aktuator (500) ein elektrischer Aktuator ist;

der Aktuator (500) das Antriebselement (410) in einer fixierten Position hält, wenn eine Zufuhr einer elektrischen Leistung zu dem Aktuator (500) unterbrochen wird; und

die Steuereinheit (200) die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator (500) unterbricht.
Steuervorrichtung für den variablen Ventilmechanismus gemäß Anspruch 2, des Weiteren mit:

einem Sensor, der bei dem variablen Ventilmechanismus vorgesehen ist, der Änderungen der Position des Antriebselements (410) erfasst; und

wobei der Sensor Signale abgibt, die die Position des Antriebselements (410) angeben, und die Steuereinheit (200) die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator (500) erneut startet, wenn die Position des Antriebselements (410) von der fixierten Position zumindest um einen zweiten vorbestimmten Wert abweicht, während die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator (500) unterbrochen ist.
Steuervorrichtung für den variablen Ventilmechanismus gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (200) die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator (500) erneut startet, wenn der variable Ventilmechanismus eine Bedingung zum erneuten Starten eines Betriebs des Aktuators (500) erfüllt; wobei ein Betrieb des Aktuators (500) erneut gestartet wird, wenn sich die Temperatur des Aktuators (500) auf eine Temperatur verringert hat, die gleich oder kleiner als eine Schwellwerttemperatur ist, bei der der Betrieb des Aktuators (500) gestoppt wird. Steuervorrichtung für den variablen Ventilmechanismus gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (200) eine Steuerung zum Fixieren der Position des Antriebselements (410) ausführt, und zwar unmittelbar nach dem erneuten Starten der Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator (500). Steuervorrichtung für den variablen Ventilmechanismus gemäß Anspruch 5, wobei

die Steuereinheit (200) die Steuerung zum Fixieren der Position des Antriebselements (410) ausführt, während die Zufuhr der elektrischen Leistung zu dem Aktuator (500) erneut gestartet wird, und

die Steuereinheit (200) die variable Ventilsteuerung ausführt, um die Position des Antriebselements (410) unter Verwendung des Aktuators (500) zu ändern, wenn eine Forderung bezüglich eines Betriebs einer Brennkraftmaschine eine Bedingung zum Wiederaufnehmen der variablen Ventilsteuerung erfüllt.
Steuervorrichtung für den variablen Ventilmechanismus gemäß Anspruch 6, wobei die Bedingung zum Wiederaufnehmen der variablen Ventilsteuerung dann erfüllt ist, wenn ein Fahrer eine Beschleunigung fordert. Steuervorrichtung für den variablen Ventilmechanismus gemäß Anspruch 6, wobei die Bedingung zum Wiederaufnehmen der variablen Ventilssteuerung dann erfüllt ist, wenn eine Differenz zwischen einer Position des Antriebselements (410), die unter der Annahme geschätzt wird, dass die variable Ventilsteuerung ausgeführt wird, und der fixierten Position des Antriebselements (410) gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Betrag ist. Steuervorrichtung für den variablen Ventilmechanismus gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der variable Ventilmechanismus den Hub und eine Dauer vergrößert, die eine Zeitperiode darstellt, in der das zumindest eine Einlassventil (118) oder Auslassventil (120) hinsichtlich eines Kurbelwinkels geöffnet gehalten wird, indem das Antriebselement (410) bewegt wird. Verfahren zum Steuern eines variablen Ventilmechanismus, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Bestimmen, ob ein Hub zumindest eines Einlassventils (118) oder eines Auslassventils (120) in einer Brennkraftmaschine, der durch ein Antriebselement (410) bestimmt wird, das bei dem variablen Ventilmechanismus vorgesehen ist, gleich oder größer als ein erster vorbestimmter Wert ist;

Überwachen der Temperatur eines Aktuators (500), der den Hub des zumindest einen Einlassventils (118) oder Auslassventils (120) durch Bewegen des Antriebselements (410) einstellt; und

Stoppen des Antriebselements (410), falls die Temperatur des Aktuators (500) angibt, dass der Aktuator (500) überhitzt wird, und der durch den Aktuator (500) eingestellte Hub gleich oder größer als der erste vorbestimmte Wert ist.






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