專(zhuān)利名稱(chēng)：電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種供內(nèi)燃機(jī)使用的電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及運(yùn)作該系統(tǒng)的相應(yīng)方法。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)中一種常見(jiàn)的電磁式氣門(mén)機(jī)構(gòu)包括多個(gè)電磁氣門(mén)，每個(gè)氣門(mén)的主要部件至少包括一個(gè)磁鐵和一對(duì)彈簧(見(jiàn)JP-A 59-213913)。典型地，彈簧的布置方式使得每個(gè)氣門(mén)處于默認(rèn)狀態(tài)，即處于氣門(mén)完全打開(kāi)的行程末端(在下文中將以“全開(kāi)位置”表示)與氣門(mén)完全關(guān)閉的行程末端(在下文中將以“全閉位置”表示)之間的中心位置上。將默認(rèn)氣門(mén)位置設(shè)置為這樣的一個(gè)中間位置上有利于用較小的功率來(lái)打開(kāi)、關(guān)閉和保持氣門(mén)。在這樣的布置方式下，如果向維持氣門(mén)在全開(kāi)位置或全閉位置的磁鐵停止作用電流，氣門(mén)將會(huì)因受到每個(gè)彈簧的約束力而開(kāi)始振蕩。在下文中，每個(gè)氣門(mén)的這種振蕩被稱(chēng)作為“自由振蕩”。
當(dāng)氣門(mén)振蕩的時(shí)候，會(huì)引起噪聲(將稱(chēng)作為“停止工作的氣門(mén)噪聲”)。這樣，上文所述的這種機(jī)構(gòu)存在這樣的問(wèn)題當(dāng)這種停止工作的氣門(mén)噪聲同時(shí)從具有多個(gè)氣缸的內(nèi)燃機(jī)的多個(gè)氣門(mén)中產(chǎn)生時(shí)就會(huì)變得十分嘈雜。
另外有一種電磁式氣門(mén)系統(tǒng)，其氣門(mén)的默認(rèn)狀態(tài)是位于全閉的位置上(見(jiàn)JP-A 2000-161032)。但是，這種系統(tǒng)特別需要一種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來(lái)使氣門(mén)維持在這樣的開(kāi)度位置上。因此，理想的情況是在普通電磁式氣門(mén)系統(tǒng)中達(dá)到減少停止工作的氣門(mén)噪聲的目的。
還有一種電磁驅(qū)動(dòng)氣門(mén)的控制裝置(見(jiàn)US6276317B1)，該裝置包括進(jìn)氣閥和排氣閥，一對(duì)可使每個(gè)氣門(mén)處于中間位置的彈簧，一對(duì)通電后可克服彈簧力來(lái)維持每個(gè)氣門(mén)處于全開(kāi)或全閉位置的電磁線圈，以及控制電磁線圈的ECU(電控單元)；當(dāng)內(nèi)燃機(jī)將要停止時(shí)，ECU分別在不同時(shí)刻停止向控制進(jìn)氣閥的一組磁鐵和控制進(jìn)氣閥的一組磁鐵提供電流。這樣，使多個(gè)氣門(mén)在不同時(shí)刻停止工作，可減少停止工作的氣門(mén)噪聲。但是，該裝置無(wú)法確定使各個(gè)氣門(mén)停止工作的不同時(shí)刻間的具體時(shí)間間隔，從而難以達(dá)到減少氣門(mén)噪聲的最佳效果。另外，應(yīng)用該裝置來(lái)抑制氣門(mén)的自由振蕩時(shí)，由于在內(nèi)燃機(jī)將要停止時(shí)從氣門(mén)處于全開(kāi)或全閉位置時(shí)就開(kāi)始通過(guò)控制磁鐵的作用電流來(lái)抑制氣門(mén)的自由振蕩，而此時(shí)從全開(kāi)或全閉位置開(kāi)始的振蕩強(qiáng)度比較大，因此即使通過(guò)抑制仍然有相對(duì)較大的噪聲，而且控制強(qiáng)度較大的自由振蕩需要相對(duì)高功率的大磁鐵。
此外，專(zhuān)利文獻(xiàn)US6343577B2中還公開(kāi)了一種內(nèi)燃機(jī)的電磁氣門(mén)位置控制裝置及方法，其中傳感器檢測(cè)氣門(mén)的位置，然后根據(jù)該氣門(mén)位置來(lái)進(jìn)行反饋控制。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述的情況，本發(fā)明提供了一種能夠減小在停止氣門(mén)工作時(shí)所產(chǎn)生的上述停止工作的氣門(mén)噪聲的電子電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以及運(yùn)作該系統(tǒng)的方法。
為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明的第一方面涉及了一種內(nèi)燃機(jī)電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括以下部件多個(gè)氣門(mén)；多個(gè)彈簧，每個(gè)彈簧迫使每個(gè)氣門(mén)處于全開(kāi)位置和全閉位置之間的中間位置；多個(gè)磁鐵，每個(gè)磁鐵作用電流后能產(chǎn)生電磁力，以克服每個(gè)彈簧的作用力來(lái)保持氣門(mén)處于全開(kāi)或全閉位置；以及一個(gè)控制器，在內(nèi)燃機(jī)將要停止時(shí)，適用于在第一個(gè)時(shí)刻停止向用于氣門(mén)中的第一個(gè)氣門(mén)或第一組氣門(mén)的至少一個(gè)磁鐵作用電流，在不同于第一個(gè)時(shí)刻的第二個(gè)時(shí)刻停止向用于氣門(mén)中的第二個(gè)氣門(mén)或第二組氣門(mén)的至少一個(gè)磁鐵作用電流。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)將要停止時(shí)，停止向第一個(gè)氣門(mén)或第一組氣門(mén)的磁鐵作用電流與停止向第二個(gè)氣門(mén)或第二組氣門(mén)的磁鐵作用電流將不在同一時(shí)刻，以致由于每個(gè)氣門(mén)或每組氣門(mén)的自由振蕩而產(chǎn)生的噪聲不同時(shí)發(fā)生，這就可以在停止它們工作時(shí)減小停止工作的氣門(mén)噪聲。
在上述的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，氣門(mén)是內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣門(mén)和/或排氣門(mén)。
同樣在上述的系統(tǒng)中，優(yōu)選地，第二個(gè)時(shí)刻是在第一個(gè)氣門(mén)或第一組氣門(mén)的自由振蕩衰減到一定程度之后。在這種情況下，停止向一個(gè)氣門(mén)的磁鐵作用電流是在另一個(gè)氣門(mén)的振蕩衰減到某一程度之后，這樣就可以更可靠地減小停止工作的氣門(mén)噪聲。
同樣，可以另外提供一個(gè)氣門(mén)位移檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)一個(gè)氣門(mén)由于其自由振蕩所產(chǎn)生的位移量，控制器就可以進(jìn)一步根據(jù)該氣門(mén)位移檢測(cè)裝置所檢測(cè)到的氣門(mén)位移量來(lái)判斷第一個(gè)氣門(mén)或第一組氣門(mén)的自由振蕩衰減到特定程度。在這種情況下，就可以在確認(rèn)另一個(gè)氣門(mén)或另一組氣門(mén)的自由振蕩已經(jīng)衰減到足夠的程度之后來(lái)決定停止向一個(gè)氣門(mén)或一組氣門(mén)的磁鐵作用電流的時(shí)刻。這樣，在上述方式中，可以在減小停止工作的氣門(mén)噪聲的同時(shí)立即停止氣門(mén)的工作。
本發(fā)明的第二方面涉及了一種內(nèi)燃機(jī)電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括以下部件一個(gè)氣門(mén)、彈簧、一個(gè)磁鐵以及一個(gè)控制器；其中該彈簧迫使該氣門(mén)位于全開(kāi)位置和全閉位置之間的中間位置上，該磁鐵通電后產(chǎn)生電磁力以克服每個(gè)彈簧的推力來(lái)維持氣門(mén)處于全開(kāi)位置或全閉位置上，并且該控制器通過(guò)對(duì)磁鐵作用電流來(lái)驅(qū)動(dòng)氣門(mén)，該電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于該控制器在內(nèi)燃機(jī)將要停止時(shí)適于以這樣的方式向磁鐵作用電流，即在切斷該磁鐵的作用電流從而停止內(nèi)燃機(jī)之前，該磁鐵產(chǎn)生電磁力使氣門(mén)回到中間位置或接近中間位置的位置上。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制磁鐵的作用電流，在抑制氣門(mén)的自由振蕩的同時(shí)使氣門(mén)回到中間位置上，這樣就可以減小由于氣門(mén)自由振蕩而引起噪聲的程度或可能性。
在根據(jù)本發(fā)明第二方面的電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，優(yōu)選地，氣門(mén)是內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣門(mén)和/或排氣門(mén)。
同樣，優(yōu)選地提供一種氣門(mén)升程檢測(cè)裝置，可以檢測(cè)氣門(mén)的升程，從而使控制器進(jìn)一步以此進(jìn)行反饋控制，使氣門(mén)的升程量收斂到隨時(shí)間而變化的規(guī)定的目標(biāo)量。這種反饋控制更可靠地降低氣門(mén)位移時(shí)產(chǎn)生的停止工作的氣門(mén)噪聲。
同樣，優(yōu)選地，控制器進(jìn)一步可以在預(yù)定時(shí)刻停止向磁鐵的作用電流，此時(shí)氣門(mén)應(yīng)已經(jīng)從全開(kāi)位置或全閉位置上運(yùn)動(dòng)到接近中間位置的規(guī)定位置上。
在這種情況下，氣門(mén)在到達(dá)指定位置前并不振蕩。也就是說(shuō)，氣門(mén)在同一位置上開(kāi)始振蕩，但是這種自由振蕩的強(qiáng)度小于氣門(mén)從全開(kāi)位置或全閉位置上就開(kāi)始振蕩的強(qiáng)度。除了降低停止工作的氣門(mén)噪聲之外，這種布置有另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是即使在使用一個(gè)相對(duì)低功耗的小磁鐵時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)噪聲的降低。
同樣，氣門(mén)可以設(shè)置為多個(gè)，上述的時(shí)刻也可以為每個(gè)氣門(mén)或每組氣門(mén)而不同設(shè)置。在這種情況下，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)降低停止工作的氣門(mén)噪聲。
本發(fā)明的第三方面涉及了一種驅(qū)動(dòng)安裝在內(nèi)燃機(jī)的多個(gè)氣門(mén)的方法。該內(nèi)燃機(jī)包括多個(gè)彈簧，該彈簧迫使每個(gè)氣門(mén)處于位于全開(kāi)位置和全閉位置之間的中間位置上；多個(gè)磁鐵，作用電流后產(chǎn)生電磁力以克服彈簧力來(lái)維持氣門(mén)處于全開(kāi)位置或全閉位置上。這種方法包括以下步驟在內(nèi)燃機(jī)將要停止時(shí)，在第一個(gè)時(shí)刻停止向第一個(gè)氣門(mén)或第一組氣門(mén)的至少一個(gè)磁鐵作用電流，在不同于第一個(gè)時(shí)刻的第二個(gè)時(shí)刻停止向第二個(gè)氣門(mén)或第二組氣門(mén)的至少一個(gè)磁鐵作用電流。
本發(fā)明的第四方面涉及了一種驅(qū)動(dòng)安裝在內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)氣門(mén)的方法。該內(nèi)燃機(jī)包括彈簧和一個(gè)磁鐵，其中該彈簧迫使該氣門(mén)處于位于全開(kāi)位置和全閉位置之間的中間位置上，且該磁鐵作用電流后產(chǎn)生電磁力以克服每個(gè)彈簧的作用力來(lái)維持氣門(mén)處于全開(kāi)位置或全閉位置上，該方法包括以下步驟在內(nèi)燃機(jī)將要停止時(shí)以這樣的方式向磁鐵作用電流，即在切斷該磁鐵的作用電流從而停止內(nèi)燃機(jī)之前，該磁鐵產(chǎn)生電磁力使氣門(mén)回到中間位置或接近中間位置的位置上。
根據(jù)上述的方法，由于每個(gè)氣門(mén)的自由振蕩而產(chǎn)生的停止工作的氣門(mén)噪聲可以如本發(fā)明的電子電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所述的情形得到降低。


本發(fā)明的上述和/或進(jìn)一步的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將在以下的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖的說(shuō)明中更加清楚，圖中，相同的數(shù)字用來(lái)表示相同的部件。
圖1是一種裝有根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)典型實(shí)施例的電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的四缸內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是示意地表示了安裝在第一個(gè)典型實(shí)施例的電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的一種電磁驅(qū)動(dòng)氣門(mén)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖3是描述氣門(mén)升程與施加在每個(gè)線圈上的電流之間的一種典型關(guān)系的曲線圖。
圖4是說(shuō)明第一個(gè)典型實(shí)施例中停止氣門(mén)動(dòng)作的控制過(guò)程程序的流程圖。
圖5是表示在圖4所示程序執(zhí)行過(guò)程中每個(gè)氣門(mén)振蕩情況的曲線圖。
圖6是說(shuō)明第二個(gè)典型實(shí)施例中停止氣門(mén)動(dòng)作的控制過(guò)程程序的流程圖。
圖7圖解地表示了在第二個(gè)典型實(shí)施例中所采用的目標(biāo)升程量的變化。
圖8圖解地表示了在第二個(gè)典型實(shí)施例的一個(gè)修改例中目標(biāo)升程量的變化。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的典型實(shí)施例將在下文參照附圖進(jìn)行說(shuō)明。圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個(gè)典型實(shí)施例的一種裝有電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的四缸內(nèi)燃機(jī)10的結(jié)構(gòu)原理圖。該發(fā)動(dòng)機(jī)10安裝在一輛汽車(chē)上。該發(fā)動(dòng)機(jī)10包括一個(gè)氣缸體20和一個(gè)氣缸蓋40，它們共同形成了同一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)10上的四個(gè)氣缸(第一到第四氣缸)。每個(gè)氣缸中有一個(gè)活塞30，被燃料燃燒所產(chǎn)生的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣缸蓋40上有進(jìn)氣門(mén)60和排氣門(mén)70，在每個(gè)氣缸的氣缸蓋40和活塞30之間形成了燃燒室80。氣缸蓋40上有一個(gè)用于點(diǎn)燃燃燒室里的空氣燃料混合物的火花塞85。注意，為描述方便起見(jiàn)，在下文中該實(shí)施例的電磁式電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將針對(duì)四個(gè)氣缸中的其中一個(gè)進(jìn)行說(shuō)明。
在氣缸蓋40上設(shè)有電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100，110，該氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)造為使用電磁力來(lái)分別打開(kāi)/關(guān)閉進(jìn)氣門(mén)60和排氣門(mén)70。圖2為示意地表示了安裝在該電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中進(jìn)氣側(cè)電磁氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在這里，應(yīng)當(dāng)注意到，用于驅(qū)動(dòng)排氣門(mén)70的排氣側(cè)電磁氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)110基本上與進(jìn)氣側(cè)電磁氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100具有相同的結(jié)構(gòu)，因此在圖中沒(méi)有示意出來(lái)。
參照?qǐng)D2，進(jìn)氣側(cè)電磁氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)100包括一個(gè)上彈簧160，在一個(gè)方向上迫壓進(jìn)氣門(mén)60；一個(gè)下彈簧150，在另一個(gè)與上彈簧160迫壓進(jìn)氣門(mén)60的方向相反的方向上迫壓進(jìn)氣門(mén)60；一個(gè)與進(jìn)氣門(mén)60一端相連的電樞軸170，驅(qū)動(dòng)氣門(mén)沿著它的軸線方向前后運(yùn)動(dòng)；一個(gè)裝在電樞軸170上的電樞180；以及上和下磁鐵210，200，每個(gè)磁鐵通電后被吸引并緊靠電樞180，從而使進(jìn)氣門(mén)60處于全開(kāi)或全閉位置。
進(jìn)氣門(mén)60包括一個(gè)氣門(mén)閥體60a和一個(gè)氣門(mén)桿60b。進(jìn)氣門(mén)60打開(kāi)時(shí)，使燃燒室80與形成于氣缸蓋40上的進(jìn)氣口65相通，關(guān)閉時(shí)則切斷該連通。在進(jìn)氣口65的出口周邊處形成一個(gè)氣門(mén)座130，氣門(mén)關(guān)閉時(shí)氣門(mén)閥體60a便位于該氣門(mén)座上。另外，在氣缸蓋40上，沿著氣門(mén)桿60b的軸線方向形成一個(gè)內(nèi)壁嵌有柱形氣門(mén)導(dǎo)管140的軸環(huán)，這樣，當(dāng)氣門(mén)桿60b和氣門(mén)導(dǎo)管140緊緊密封時(shí)，氣門(mén)桿60b就被驅(qū)動(dòng)。
在氣門(mén)桿60b的上部有一個(gè)圓盤(pán)形的下保持架155。氣門(mén)桿60b的上端與電樞軸170的下端相連，從而使它們倆一起上下運(yùn)動(dòng)。在電樞軸頂端有一個(gè)上保持架165，電樞180位于電樞軸170的中部。
受上彈簧160和下彈簧150的作用力時(shí)，電樞軸170保持原來(lái)的位置不動(dòng)。上彈簧160壓縮地布置在上保持架165的上表面和固定于法蘭盤(pán)上的頂蓋190的內(nèi)表面之間，該法蘭盤(pán)在圖中沒(méi)有畫(huà)出。同時(shí)，下彈簧150壓縮地布置在下保持架155的下表面和氣缸蓋40的一個(gè)表面之間。這樣，上彈簧160產(chǎn)生一個(gè)使進(jìn)氣門(mén)60打開(kāi)的力，而下彈簧150則產(chǎn)生一個(gè)使進(jìn)氣門(mén)60關(guān)閉的力。受這些彈簧的作用力，電樞軸170基本上保持在默認(rèn)的狀態(tài)，即全開(kāi)位置和全閉位置之間的中心位置。
上磁鐵210位于電樞180的上面并固定在一個(gè)法蘭盤(pán)上，該法蘭盤(pán)在圖中沒(méi)有畫(huà)出，而下磁鐵200則位于電樞180的下面并固定在另一個(gè)法蘭盤(pán)上，該法蘭盤(pán)在圖中也沒(méi)有畫(huà)出。上磁鐵210包括一個(gè)上銜鐵217和一個(gè)上線圈215。將電流通到上線圈215就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，提供一個(gè)將電樞180吸引到氣門(mén)座130上的電磁力，從而使進(jìn)氣門(mén)60關(guān)閉。同樣，下磁鐵200包括一個(gè)下銜鐵207和一個(gè)下線圈205。將電流通到下線圈205上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，提供一個(gè)吸引電樞180的電磁力，從而使進(jìn)氣門(mén)60打開(kāi)。在下文中，氣門(mén)160處于完全打開(kāi)的位置被稱(chēng)作為“全開(kāi)位置”，氣門(mén)160處于完全關(guān)閉的位置被稱(chēng)作為“全閉位置”。上銜鐵217和下銜鐵207在各自的軸心上都形成一個(gè)軸環(huán)，電樞軸170插入在這些軸環(huán)里，使電樞軸170在受到上磁鐵210和下磁鐵200的電磁力驅(qū)動(dòng)時(shí)作上下運(yùn)動(dòng)。
一個(gè)升程傳感器250，用于檢測(cè)進(jìn)氣門(mén)60提升量(在下文中將在合適的地方稱(chēng)作“升程量”)，布置在頂蓋190的上方。更加明確地，升程傳感器250輸出的電壓V隨著安裝在電樞軸170軸線方向上的指針240的位置而變化。升程傳感器250與一個(gè)ECU(電子控制單元)120相連，該ECU控制打開(kāi)一關(guān)閉進(jìn)氣門(mén)60的操作，因此，在控制過(guò)程中升程傳感器250的讀數(shù)(如電壓V)輸入到ECU120中并被使用，以停止進(jìn)氣門(mén)60的動(dòng)作(在下文將稱(chēng)作“氣門(mén)停止控制”)。ECU120分別在預(yù)定的時(shí)刻向上磁鐵210和下磁鐵200作用驅(qū)動(dòng)電流。同樣，ECU120與EFI ECU90相連，這樣，一旦ECU120接收到來(lái)自EFI ECU90的相應(yīng)命令時(shí)就會(huì)開(kāi)始進(jìn)行氣門(mén)停止控制。
在車(chē)輛正常運(yùn)行的過(guò)程中，EFI ECU 90接收各種指示信號(hào)，如曲軸轉(zhuǎn)角CA，進(jìn)氣量Q，加速踏板下壓α等，并利用這些參數(shù)來(lái)判斷車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)該確定的運(yùn)行狀態(tài)，EFI ECU 90計(jì)算出打開(kāi)或關(guān)閉氣門(mén)的合適時(shí)刻，并將這些時(shí)刻信息輸出給ECU 120。獲得這些時(shí)刻信息后，ECU 120就相應(yīng)地向每個(gè)下磁鐵200和上磁鐵210作用電流，以打開(kāi)和關(guān)閉氣門(mén)160。
圖3是描述氣門(mén)升程與施加在每個(gè)線圈上的電流之間的一種典型關(guān)系的曲線圖。參照?qǐng)D3，首先切斷使進(jìn)氣門(mén)60保持在全閉位置上的作用于上線圈215的電流，由此進(jìn)氣門(mén)60開(kāi)始向全開(kāi)位置運(yùn)動(dòng)。這種保持氣門(mén)在全開(kāi)位置或全閉位置上的作用電流，在下文中將稱(chēng)作為“保持電流”。經(jīng)過(guò)規(guī)定的一段時(shí)間后，便開(kāi)始向下線圈205作用電流，以吸引氣門(mén)60。當(dāng)氣門(mén)60在彈簧作用力下運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，該吸引力也作用于該氣門(mén)上，以保證氣門(mén)驅(qū)動(dòng)的快速響應(yīng)。這種吸引氣門(mén)(也就是電樞)的作用電流將在下文中稱(chēng)作為“吸引電流”。典型地，保持電流可以是克服每個(gè)彈簧作用力而保持電樞180在每個(gè)磁鐵上所需的最小電流。同時(shí)，吸引電流要求足夠大，在電樞180與每個(gè)磁鐵之間的空間外運(yùn)動(dòng)時(shí)足以吸引住該電樞180，因此，該吸引電流一般要比保持電流大。
如上所述，在圖3所述的情形下，作用在上線圈215上的保持電流被切斷，以消除對(duì)上磁鐵210的吸引力。在這個(gè)時(shí)候，電樞180(即氣門(mén)60)便開(kāi)始在上彈簧160的作用力下向中間位置運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)規(guī)定的一段時(shí)間后，電流開(kāi)始作用在下線圈205上，使下磁鐵200吸引電樞180接近。當(dāng)下磁鐵200和電樞180接近后，保持電流便開(kāi)始作用在下磁鐵200上，使進(jìn)氣門(mén)60保持在全開(kāi)位置上。之后，輪到作用在下磁鐵200上的保持電流被切斷，如上所述的方式，經(jīng)過(guò)規(guī)定的一段時(shí)間后，吸引電流開(kāi)始作用在上磁鐵210上。這樣，通過(guò)反復(fù)分別接通和切斷作用在上磁鐵210和下磁鐵200上的電流(即保持電流，吸引電流)來(lái)控制每個(gè)氣門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉。
下面，一個(gè)典型的停止氣門(mén)動(dòng)作的控制程序?qū)⒔Y(jié)合圖4進(jìn)行說(shuō)明。圖4顯示了由ECU 120執(zhí)行的同一個(gè)過(guò)程的程序。參照?qǐng)D4，ECU 120接收來(lái)自EFI ECU 90的停止氣門(mén)動(dòng)作的命令，然后執(zhí)行“氣門(mén)靜止過(guò)程”，一個(gè)將氣門(mén)置于它們的靜止位置(步驟S400)上的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)作用電流在下磁鐵200上來(lái)使排氣門(mén)70位于全開(kāi)位置，通過(guò)作用電流在上磁鐵210上來(lái)使進(jìn)氣門(mén)60位于全閉位置。這樣，氣門(mén)分別位于它們的全開(kāi)位置和全閉位置上。這種過(guò)程分別在每個(gè)氣缸上執(zhí)行。如果該車(chē)輛是在運(yùn)行操作的某種特定階段停止發(fā)動(dòng)機(jī)10的一種類(lèi)型(如混合動(dòng)力車(chē)，具有怠速停止模式的車(chē)輛)，氣門(mén)將會(huì)保持在這樣的靜止位置上，并在發(fā)動(dòng)機(jī)重新起動(dòng)后重新工作。在這種情況下，當(dāng)車(chē)輛停止運(yùn)行時(shí)ECU 120就執(zhí)行如圖4所示的程序。
然后，ECU 120切斷第一個(gè)氣缸的進(jìn)氣門(mén)60的保持電流Ai1和同一個(gè)氣缸上的排氣門(mén)70的保持電流Ae1(步驟S410)。這時(shí)，進(jìn)氣門(mén)60和排氣門(mén)70由于彈簧的作用力而開(kāi)始相對(duì)于它們的中間位置振蕩起來(lái)。每個(gè)氣門(mén)的這種振蕩會(huì)因摩擦力而衰減，最終會(huì)停下來(lái)。然后ECU120通過(guò)每個(gè)升程傳感器250對(duì)進(jìn)氣門(mén)60自由振蕩的振幅Fi1、排氣門(mén)70自由振蕩的振幅Fe1進(jìn)行讀數(shù)(步驟S420)。這些振幅的數(shù)值是根據(jù)每個(gè)升程傳感器250在規(guī)定時(shí)間內(nèi)所檢測(cè)到的電壓V的變化而確定的。然后ECU 120判斷振幅Fi1和Fe1是否已經(jīng)充分減小(步驟S425)。在這一步如果確定這些振幅值已經(jīng)減小到低于預(yù)定值α，ECU 120就開(kāi)始進(jìn)入對(duì)第二個(gè)氣缸的控制階段，ECU 120首先切斷對(duì)應(yīng)于第一個(gè)氣缸的保持電流Ai1，Ae1的保持電流Ai2和Ae2(步驟S430)。
然后，如第一個(gè)氣缸的情形，ECU 120讀入振幅Fi2，F(xiàn)e2(步驟S440)，然后判斷第二個(gè)氣缸每個(gè)氣門(mén)的自由振蕩是否已充分衰減(步驟S445)。如果是，ECU 120便開(kāi)始進(jìn)入對(duì)第三個(gè)氣缸的控制階段，首先切斷保持電流Ai3，Ae3(步驟S460)，并對(duì)每個(gè)氣門(mén)自由振蕩的振幅進(jìn)行同樣的判斷(步驟S475)。步驟S475中如果判斷結(jié)果為“是”，ECU 120便切斷第四個(gè)氣缸的氣門(mén)60，70的保持電流Ai4，Ae4。相反，如果ECU 120判斷出在步驟S475中的自由振蕩并沒(méi)充分衰減，ECU120便重復(fù)同樣的判斷，直到每個(gè)振幅減小到低于預(yù)定值α。
圖5是表示上述程序執(zhí)行過(guò)程中每個(gè)氣門(mén)振蕩情況的曲線圖。參照?qǐng)D5，在每個(gè)氣缸內(nèi)，每個(gè)氣門(mén)的保持電流是在另一個(gè)氣門(mén)自由振蕩的振幅減小到低于預(yù)定值α后才被切斷(時(shí)刻t2，t3，t4)，以致每個(gè)氣門(mén)在不同的時(shí)刻開(kāi)始振蕩。
這樣，根據(jù)第一個(gè)典型實(shí)施例，供給每個(gè)氣門(mén)的保持電流是在氣門(mén)自由振蕩得到充分的衰減之后才被切斷，從而使這種自由振蕩帶來(lái)的噪聲不在同一時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生。也就是說(shuō)，由于噪聲不同時(shí)產(chǎn)生，氣門(mén)所發(fā)出的噪聲的總量級(jí)得到了減小。另外，每個(gè)氣門(mén)的自由振蕩都經(jīng)過(guò)測(cè)量，在檢測(cè)到所測(cè)量的振蕩(即振幅)已經(jīng)得到充分衰減，另一個(gè)氣缸的氣門(mén)的保持電流便立即被切斷。在這種方式下，就可以快速地停止所有氣門(mén)的動(dòng)作。而且，在第一個(gè)實(shí)施例中，在通過(guò)每個(gè)升程傳感器250監(jiān)測(cè)每個(gè)氣門(mén)自由振蕩的振幅來(lái)決定切斷每個(gè)氣門(mén)的保持電流的時(shí)刻的同時(shí)，供給每個(gè)氣門(mén)的同一電流可以順序地在規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)被切斷，該規(guī)定時(shí)間間隔應(yīng)該足夠長(zhǎng)以使氣門(mén)的振蕩可以衰減到目標(biāo)程度。同樣，雖然在第一個(gè)實(shí)施例中進(jìn)氣門(mén)60和排氣門(mén)70的保持電流是同時(shí)被切斷的，它們也可以在每個(gè)氣缸中在不同的時(shí)刻被切斷。而且，在兩個(gè)或更多個(gè)組氣門(mén)中，保持電流的切斷時(shí)刻可以不同，也就是說(shuō)，由第一個(gè)氣缸和第二個(gè)氣缸的氣門(mén)組成的一組氣門(mén)，和由第三個(gè)氣缸以及第四個(gè)氣缸的氣門(mén)組成的一組氣門(mén)。在這種情況下也可以取得同樣的優(yōu)勢(shì)和效果。
根據(jù)本發(fā)明第二個(gè)典型實(shí)施例的一種電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將在下面進(jìn)行說(shuō)明。該系統(tǒng)基本上具有與第一個(gè)典型實(shí)施例的電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)同樣的結(jié)構(gòu)，不同的只是ECU 120執(zhí)行不同的氣門(mén)停止控制，因此，在下面的說(shuō)明中仍然用相同的數(shù)字來(lái)表示相同的部件。圖6是在第二個(gè)典型實(shí)施例中氣門(mén)停止控制的程序流程圖。雖然為了說(shuō)明的方便，該流程圖只代表一個(gè)氣缸的過(guò)程，但應(yīng)該注意到該過(guò)程同樣在其他氣缸內(nèi)進(jìn)行。參照?qǐng)D6，ECU 120首先如第一個(gè)實(shí)施例所述的那樣執(zhí)行同樣的氣門(mén)靜止過(guò)程，將每個(gè)氣門(mén)置于全閉或全開(kāi)的位置上(步驟S500)。該控制的以下步驟在下文中將針對(duì)排氣門(mén)70進(jìn)行說(shuō)明。
首先，ECU 120切斷排氣門(mén)70的保持電流Ih，并開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)間t(步驟S510)。然后，ECU 120通過(guò)讀入升程傳感器250的電壓V來(lái)決定當(dāng)前的實(shí)際升程量L(t0)(步驟S520)。然后，ECU 120從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中讀入一個(gè)目標(biāo)升程量Lm(t0)，該存儲(chǔ)器沒(méi)有在圖中畫(huà)出(步驟S530)。
圖7是一個(gè)曲線圖，描述了一個(gè)隨時(shí)間變化的目標(biāo)升程量Lm(t)的例子。在該圖中，雙虛線表示在保持電流被切斷時(shí)氣門(mén)的自由振蕩，如在上文第一個(gè)實(shí)施例中說(shuō)明的那樣。同時(shí)，圖中的實(shí)線表示將排氣門(mén)70線性地從全開(kāi)位置移動(dòng)到中間位置上的目標(biāo)升程量。該目標(biāo)升程量是時(shí)間的函數(shù)，存儲(chǔ)在如圖6方框所示的圖表中，目標(biāo)升程量Lm則是在規(guī)定的時(shí)間間隔下根據(jù)該圖表而確定。利用該圖表，更明確地，ECU 120對(duì)前一循環(huán)的目標(biāo)升程量Lm(i)和下一循環(huán)的目標(biāo)升程量Lm(i+1)進(jìn)行插值計(jì)算對(duì)應(yīng)時(shí)刻ts的目標(biāo)升程量Lm。另外，該目標(biāo)升程量也可以利用隨時(shí)間線性變化的預(yù)定函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，以致該目標(biāo)升程量可以根據(jù)每個(gè)時(shí)刻進(jìn)行設(shè)定。在這里，應(yīng)該注意的是，只要?dú)忾T(mén)在向中間位置移動(dòng)的過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生過(guò)度的振蕩，該目標(biāo)升程量就不一定是令氣門(mén)“線性地”移動(dòng)的一個(gè)量。
接著，ECU 120檢測(cè)出在t0時(shí)刻下目標(biāo)升程量Lm(t0)與實(shí)際升程量L(t0)之間的差值e，并通過(guò)將測(cè)得的e乘以一個(gè)增益K來(lái)設(shè)定控制電流If(步驟S540)。然后，ECU 120判斷是否已經(jīng)到達(dá)控制結(jié)束時(shí)間β(步驟S550)。由于目前時(shí)刻t＝t0，也就是說(shuō)，尚未到達(dá)控制結(jié)束時(shí)間β，因此ECU 120把在步驟S540設(shè)定的控制電流If作用在下線圈205上，并返回到步驟S520。供有控制電流If的下線圈205就產(chǎn)生電磁力，吸引即將運(yùn)動(dòng)或剛開(kāi)始從全閉位置移動(dòng)到中間位置的排氣門(mén)70。這樣，排氣門(mén)70每次運(yùn)動(dòng)到一個(gè)位置，在該位置上下線圈205產(chǎn)生的電磁力與下彈簧150的作用力相互平衡。這時(shí)(ta＝t0≤ta＜β)，ECU 120再次檢測(cè)出步驟S520中讀入的實(shí)際升程量L(ta)與步驟S530中決定的目標(biāo)升程量Lm(ta)之間的差值e，并將e乘以一個(gè)增益K來(lái)設(shè)定控制電流If(步驟S540)。由于還沒(méi)到達(dá)控制結(jié)束時(shí)間β，ECU120將設(shè)定的控制電流作用在下線圈205上。通過(guò)這種方式，ECU 120重復(fù)步驟S520，S530和S540，使實(shí)際升程量L接近目標(biāo)升程量Lm。也就是說(shuō)，進(jìn)行一個(gè)反饋控制來(lái)使差值e變?yōu)榱?。這樣，重復(fù)對(duì)下線圈205作用電流，直到到達(dá)控制結(jié)束時(shí)間β結(jié)束控制程序而取得目標(biāo)量。
如上所述，排氣門(mén)70是在控制其升程量接近每次確定的目標(biāo)升程量的過(guò)程中從全閉位置移動(dòng)到中間位置上。這種方式減少了排氣門(mén)70振蕩的機(jī)會(huì)或程度，從而有效地消除或減小由于排氣門(mén)70的振蕩而產(chǎn)生的噪聲。同樣，雖然在第二個(gè)典型實(shí)施例中保持電流Ih被切斷，但該電流并不一定要切斷，可以只減小到某一程度，使下磁鐵200產(chǎn)生的電磁力比每個(gè)彈簧的作用力小就行。同樣，雖然在上述典型實(shí)施例中反饋控制用的是一個(gè)簡(jiǎn)單的比例計(jì)算方法，但也可以用所謂的PID計(jì)算方法，該P(yáng)ID計(jì)算方法采用與目標(biāo)量偏差的微分和積分?？蛇x地，下磁鐵200的控制電流可以如圖7所示的實(shí)曲線JL來(lái)預(yù)先設(shè)置，同時(shí)可以通過(guò)隨時(shí)間變化而改變控制電流，進(jìn)行合適的前饋控制。
此外，在第一個(gè)和第二個(gè)典型實(shí)施例中采用的氣門(mén)停止控制程序可以結(jié)合起來(lái)進(jìn)行。圖8示意了這樣的一個(gè)例子。參照?qǐng)D8，當(dāng)排氣門(mén)70的升程在受到如圖6所示的反饋控制時(shí)，排氣門(mén)70從全開(kāi)位置移動(dòng)到位置X處，該反饋控制使用一個(gè)使排氣門(mén)70線性地從全開(kāi)位置移向位置X的目標(biāo)升程量。然后，排氣門(mén)70達(dá)到位置X后，經(jīng)過(guò)規(guī)定的一段時(shí)間，下磁鐵200的控制電流被切斷，排氣門(mén)70便由此從位置X開(kāi)始在中間位置附近振蕩。不過(guò)，在這種情況下，振蕩的幅度相對(duì)很小，因此振蕩的強(qiáng)度和噪聲也相對(duì)很小。在第二個(gè)實(shí)施例中，如果每個(gè)氣門(mén)是在另一個(gè)氣門(mén)的自由振蕩充分衰減之后才停止動(dòng)作，那么這種停止工作的氣門(mén)噪聲將會(huì)進(jìn)一步減小。此外在這種情況下，磁鐵消耗的功率也可以使得比所有氣門(mén)同時(shí)向中間位置運(yùn)動(dòng)的這種情況小。
雖然本發(fā)明是結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明的，但應(yīng)該知道本發(fā)明并不局限于所述的優(yōu)選實(shí)施例或所述的結(jié)構(gòu)。相反，本發(fā)明意在覆蓋不同的修改或等價(jià)的結(jié)構(gòu)布置，比如一個(gè)包含不同數(shù)目的氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)。此外，雖然優(yōu)選實(shí)施例中的各種部件是用典型的各種組合或結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，但其他包括更多、更少或單個(gè)部件的組合和結(jié)構(gòu)，也包括在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括一個(gè)氣門(mén)(60，70)、彈簧(150，160)、一個(gè)磁鐵(200，210)以及一個(gè)控制器(120)；其中該彈簧(150，160)迫使該氣門(mén)位于全開(kāi)位置和全閉位置之間的中間位置上，該磁鐵(200，210)通電后產(chǎn)生電磁力以克服每個(gè)彈簧的推力來(lái)維持氣門(mén)處于全開(kāi)位置或全閉位置上，并且該控制器(120)通過(guò)對(duì)磁鐵作用電流來(lái)驅(qū)動(dòng)氣門(mén)，該電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于該控制器在內(nèi)燃機(jī)將要停止時(shí)適于以這樣的方式向磁鐵作用電流，即在切斷該磁鐵的作用電流從而停止內(nèi)燃機(jī)之前，該磁鐵產(chǎn)生電磁力使氣門(mén)回到中間位置或接近中間位置的位置上。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中該氣門(mén)是內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣門(mén)和/或排氣門(mén)。
3.如權(quán)利要求1所述的電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)一步包括氣門(mén)升程檢測(cè)裝置(250)，用于檢測(cè)氣門(mén)的提升量，其中該控制器還適于進(jìn)行反饋控制，使所檢測(cè)到的氣門(mén)升程量隨時(shí)間的變化收斂到規(guī)定的目標(biāo)量。
4.如權(quán)利要求1或3的任一項(xiàng)所述的電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中當(dāng)氣門(mén)已經(jīng)從全開(kāi)或全閉位置上移動(dòng)到靠近中間位置的規(guī)定位置上時(shí)，該控制器還適于在預(yù)定時(shí)刻停止向磁鐵作用電流。
5.如權(quán)利要求4所述的電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中該氣門(mén)設(shè)置為多個(gè)，并且預(yù)定時(shí)刻是為該氣門(mén)中的每一個(gè)或每一組而進(jìn)行設(shè)置的。
6.一種驅(qū)動(dòng)安裝在內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)氣門(mén)(60，70)的方法，該內(nèi)燃機(jī)包括彈簧(150，160)和一個(gè)磁鐵(200，210)，其中該彈簧(150，160)迫使該氣門(mén)處于位于全開(kāi)位置和全閉位置之間的中間位置上，且該磁鐵(200，210)作用電流后產(chǎn)生電磁力以克服每個(gè)彈簧的作用力來(lái)維持氣門(mén)處于全開(kāi)位置或全閉位置上，該方法包括以下步驟在內(nèi)燃機(jī)將要停止時(shí)以這樣的方式向磁鐵作用電流，即在切斷該磁鐵的作用電流從而停止內(nèi)燃機(jī)之前，該磁鐵產(chǎn)生電磁力使氣門(mén)回到中間位置或接近中間位置的位置上。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該氣門(mén)是內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣門(mén)或排氣門(mén)。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟檢測(cè)氣門(mén)的提升量；和進(jìn)行一個(gè)反饋控制，使所檢測(cè)到的氣門(mén)升程量隨時(shí)間的變化收斂到規(guī)定的目標(biāo)量。
9.如權(quán)利要求6至8中的任一項(xiàng)所述的方法，其中當(dāng)氣門(mén)已經(jīng)從全開(kāi)或全閉位置上移動(dòng)到靠近中間位置的規(guī)定位置上時(shí)，在預(yù)定的時(shí)刻停止向磁鐵作用電流。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中該氣門(mén)設(shè)置為多個(gè)，并且預(yù)定時(shí)刻是為該氣門(mén)中的每一個(gè)或每一組而進(jìn)行設(shè)置的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能減小停止氣門(mén)工作時(shí)產(chǎn)生的氣門(mén)噪聲的電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及運(yùn)作該系統(tǒng)的方法。本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括一個(gè)氣門(mén)、彈簧、一個(gè)磁鐵以及一個(gè)控制器。該電磁式氣門(mén)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特征在于該控制器在內(nèi)燃機(jī)將要停止時(shí)適于以這樣的方式向磁鐵作用電流，即在切斷該磁鐵的作用電流從而停止內(nèi)燃機(jī)之前，該磁鐵產(chǎn)生電磁力使氣門(mén)回到中間位置或接近中間位置的位置上。本發(fā)明還提供一種驅(qū)動(dòng)安裝在內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)氣門(mén)的方法。根據(jù)這種本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法，通過(guò)控制磁鐵的作用電流，在抑制氣門(mén)的自由振蕩的同時(shí)使氣門(mén)回到中間位置上，就可減小由于氣門(mén)自由振蕩而引起噪聲的程度或可能性。
文檔編號(hào)F01L9/04GK1971004SQ200610162809
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2004年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月5日
發(fā)明者山田智海, 四重田啟二 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社