CN103835817A - 可变阀定时装置的相位控制装置以及相位控制方法 - Google Patents

可变阀定时装置的相位控制装置以及相位控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及可变阀定时装置的相位控制装置以及相位控制方法。本发明获得可变阀定时装置的相位控制装置等，在内燃机的旋转波动较大、内燃机反向旋转的低转速区域，对暂时无法正确运算的凸轮轴相位角的提前角量、延迟角量进行限制，此外，在若是进气侧，则凸轮固定于提前角侧，若是排气侧，则凸轮固定于延迟角侧的情况下，能正确地计算出提前角量、延迟角量。根据检测到的曲柄角度位置以及凸轮角度位置计算出用于对阀定时变更机构进行控制的凸轮轴相位角，根据内燃机的转速、并且当在进气阀侧的情况下，计算出的凸轮轴相位角出现在提前角侧，在排气阀侧的情况下，该凸轮轴相位角出现在延迟角侧时，对计算出的凸轮轴相位角进行更新限制。

Description

可变阀定时装置的相位控制装置以及相位控制方法
技术领域
本发明涉及阀定时调整装置的相位控制装置等，其用于根据发动机的运行状况来调整进气阀和排气阀的一方或者双方的开关定时。
背景技术
近年来，在装载在车辆上的内燃机中，为了达到提高燃料消耗效率、减少排气排放物等目的，通常采用进气阀、排气阀的阀定时可变的可变阀定时装置。目前，可变阀定时装置较多的是通过改变凸轮轴相位角(凸轮轴相对于曲柄轴的旋转相位)，来改变利用凸轮轴进行开关驱动的进气阀、排气阀的阀定时。
为了改变阀定时，需要检测出凸轮轴相位角(凸轮轴相对于曲柄轴的旋转相位)，作为检测方法具有如下方法：即，根据曲柄角信号输入与凸轮角信号输入之间的时间差、和最近的曲柄角信号输入周期，来进行曲柄角度换算，从而求得该凸轮轴相位角。对于凸轮轴相位角的检测而言，为了检测出致动器的固定等故障状态，需要在发动机转速的整个区域内进行检测。然而，发动机处于低转速区域时，旋转波动较大，并且在发动机即将停止前有可能会产生反向旋转，若根据所述的曲柄角信号与凸轮角信号来进行运算，则有可能检测到错误的凸轮轴相位角。
作为即使在所述的低转速区域也能检测出凸轮轴相位角的方法，提出了如下方案：即，在下述专利文献1所记载的内燃机的可变阀定时控制装置中，低转速区域时，减小用于进行凸轮轴相位角检测的区间(曲柄角度)来进行检测，从而实施凸轮轴相位角检测。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2006-112385号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，当发动机发生反向旋转时，即使使用上述专利文献1的方法、即减小用于进行上述的凸轮轴相位角检测的区间(曲柄角度)并进行检测，也无法正确地检测出曲柄间角度，因此会检测到错误的凸轮轴相位角。由于检测到错误的凸轮轴相位角，因此具有如下问题，即，基于凸轮轴相位角的控制无法如设计意图那样进行动作。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供可变阀定时装置的相位控制装置等，该可变阀定时装置的相位控制装置在内燃机的旋转波动较大、内燃机反向旋转的低转速区域，对暂时无法正确运算的凸轮轴相位角的提前角量、延迟角量进行限制，此外，在若是进气侧，则凸轮固定于提前角侧，若是排气侧，则凸轮固定于延迟角侧的情况下，能正确地计算出提前角量、延迟角量。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明是对内燃机的可变阀定时装置的阀定时变更机构进行控制，以对进气阀以及排气阀的至少一方的阀定时进行变更、从而变更阀重叠量的可变阀定时装置的相位控制装置，其特征在于，包括：曲柄角度位置检测部，该曲柄角度位置检测部检测出内燃机的曲柄角度位置；凸轮角度位置检测部，该凸轮角度位置检测部检测出内燃机的凸轮角度位置；内燃机转速计算部，该内燃机转速计算部根据所述曲柄角度位置检测部的检测结果，来计算出内燃机的转速；凸轮轴相位角计算部，该凸轮轴相位角计算部根据由所述曲柄角度位置检测部以及所述凸轮角度位置检测部所检测到的曲柄角度位置以及凸轮角度位置，来计算出用于对所述阀定时变更机构进行控制的凸轮轴相位角；以及凸轮轴相位角控制部，根据内燃机的转速、并且当在进气侧的情况下，由所述凸轮轴相位角计算部计算出的凸轮轴相位角出现在提前角侧，在排气侧的情况下，该凸轮轴相位角出现在延迟角侧时，该凸轮轴相位角控制部对计算出的凸轮轴相位角进行更新限制。
发明效果
本发明提供可变阀定时装置的相位控制装置等，在内燃机的旋转波动较大，内燃机反向旋转的低转速区域，对暂时无法正确运算的凸轮轴相位角的提前角量、延迟角量进行限制，此外，在若是进气侧，则凸轮固定于提前角侧，若是排气侧，则凸轮固定于延迟角侧的情况下，能正确地计算出提前角量、延迟角量。
附图说明
图1是设置有阀定时变更机构的内燃机的控制系统的简要结构图，该阀定时变更机构包括本发明的一个实施方式的可变阀定时装置的相位控制装置。
图2是用于说明本发明的可变阀定时装置的相位控制装置的控制动作的时序图。
图3是表示本发明的可变阀定时装置的相位控制装置中的处理步骤的一个示例的动作流程图。
图4是表示本发明的可变阀定时装置的相位控制装置中的处理步骤的其他示例的动作流程图。
图5是用于说明凸轮轴相位角(凸轮轴相对于曲柄轴的旋转相位)的计算方法的时序图。
具体实施方式
首先，利用图5对普通的凸轮轴相位角的计算方法进行简单说明。另外，图5是对进气侧的说明，但排气侧与进气侧相反、将提前角与延迟角替换来考虑即可，因此省略说明。θT表示相对于输入相位检测用凸轮信号后的最初的曲柄角信号[degCA]的基准角度的相位角(旋转角)。θA表示曲柄角信号[degCA]之间的相位角(旋转角)。T表示隔着相位检测用凸轮信号的曲柄角信号之间的时间。t表示相位检测用凸轮信号与输入相位检测用凸轮信号后的最初的曲柄角信号之间的时间。使用上述值，根据下式(1)检测出凸轮轴相位角。
凸轮轴相位角=θT-(θA×t/T)  (1)
如上式(1)所示，根据隔着相位检测用凸轮信号的曲柄角信号之间的时间T、以及相位检测用凸轮信号与输入相位检测用凸轮信号后的最初的曲柄角信号之间的时间t，来进行曲柄角度换算，从而检测出凸轮轴相位角。
然而，如上所述，当发动机发生反向旋转时，以往即使减小用于进行凸轮轴相位角检测的区间(曲柄角度)并进行检测，也无法正确地检测出曲柄间角度，因此会检测到错误的凸轮轴相位角。
本发明中，为了解决上述那样的问题，在发动机发生反向旋转的低转速区域，由于在进气侧无法确保向提前角侧(在排气侧的情况下是延迟角侧，以下相同)动作的液压，因此凸轮轴相位角不会向提前角侧动作。因此，在无法确保使液压致动器工作的液压的转速区域中，在凸轮轴相位角运算值更新为提前角侧的情况下，无法正确计算出凸轮轴相位角的可能性较高，因此通过使朝凸轮轴相位角的提前角侧的更新延迟，或者对朝提前角侧的更新设置上限，从而使该凸轮轴相位角运算值处于与实际的凸轮轴相位角接近的状态，消除上述问题。
下面，使用附图并按照各实施方式来对本发明的可变阀定时装置的相位控制装置等进行说明。另外，在各实施方式中，对相同或相当部分以相同标号进行表示，并省略重复说明。此外，为了便于说明，以下对进气侧的情况进行说明，但本发明适用于进气侧与排气侧双方，对于排气侧、通过将进气侧的说明中的提前角替换成延迟角即可实现。
实施方式1
图1表示具有阀定时变更机构的内燃机的控制系统的简要结构，该阀定时变更机构包括本发明的一个实施方式的可变阀定时装置的相位控制装置。各个气缸100(仅图示了1个气缸)内，由在其内部往复运动的活塞101形成了燃烧室100a，在燃烧室100a上部的气缸盖上设置有火花塞102，其前端面向燃烧室100a内。各个气缸100与将进气导入到燃烧室100a的进气管103、以及用于从燃烧室100a排放燃烧气体的排气管104相连接。在进气管103向燃烧室100a开口的进气端口处设置有进气阀117，此外，在排气管104向燃烧室100a开口的排气端口处设置有排气阀118。
进气管103内设置有用于对提供给燃烧室100a的进气量进行控制的节流阀108，该节流阀108的开度由在其附近安装于进气管103上的节流开度检测传感器112来检测。此外，在进气管103内，在节流阀108的下游侧设置有用于向进气管103提供燃料的燃料喷射阀105、以及用于检测进气管103内的压力的压力传感器113。并且，气缸100安装有用于检测发动机冷却水的温度的水温传感器107，排气管104设置有检测排气中的氧浓度的氧传感器106。
此外，在进气阀117以及排气阀118的上方，配置有用于对各个阀进行开关驱动的进气凸轮轴115以及排气凸轮轴119，其中，该进气凸轮轴115设有凸轮115b，该排气凸轮轴119设有凸轮119b，在进气凸轮轴115以及排气凸轮轴119上安装有进气侧同步滑轮(timing pulley)120以及排气侧同步滑轮119a。进气侧同步滑轮120以及排气侧同步滑轮119a经由未图示的同步带(timing belt)与曲柄轴116工作连结，该曲柄轴116经由活塞杆116a与各个气缸100内的活塞101相连结，因此进气凸轮轴115以及排气凸轮轴119与曲柄轴116的旋转同步地被旋转驱动。
进气凸轮轴115的端面上连结有利用内燃机的润滑油来驱动的液压致动器(VVT ACT)114，液压致动器114变更进气阀117的阀开关定时。即，液压致动器114通过改变进气凸轮轴115相对于进气侧同步滑轮120的位移角度，从而连续地变更进气阀117的阀开关定时。凸轮角度位置检测传感器111对进气凸轮轴115的凸轮角度位置进行检测。
油控制阀(OCV)121在向液压致动器114提供工作油的同时调整工作油的油量，驱动液压致动器114以变更进气阀117的开关定时。另外，如上所述，图1示出了仅变更进气侧的阀定时的系统，但变更排气侧的阀定时的系统也具有相同结构。
曲柄轴116上固定有旋转板116b，该旋转板116b在外周设有凹凸，此外，利用接近该旋转板116b并与其外周部相对配置的曲柄角度位置检测传感器110检测出旋转板116b外周的凹凸，从而检测出曲柄轴116的旋转位置(曲柄角度位置)以及内燃机的转速(下面，称为发动机转速)。曲柄角度位置检测传感器110、节流开度检测传感器112、压力传感器113、进入空气量检测传感器(未图示)、氧传感器106、水温传感器107等各种传感器的输出信号被输入到发动机控制装置(下面，称为ECU)122，ECU122根据这些信息来检测出内燃机的运行状态，并根据所检测到的内燃机运行状态来对火花塞102、燃料喷射阀105、油控制阀121等进行控制。
图2表示用于说明本发明的可变阀定时装置的相位控制装置的控制动作的时序图。此处，图2是表示进气侧的图。排气侧仅是提前角与延迟角相反，因此省略说明。(a)的T201表示了发动机转速(内燃机转速)随时间的变化。(b)的T202表示根据T201所示的发动机转速、并按照凸轮轴相位角检测方法所计算得出的凸轮轴相位角随时间的变化。凸轮轴相位角的计算中，为了检测出液压致动器114的固定等，即便在转速处于低转速区域(在即将停止前也可能发生反向旋转)的情况下也持续计算。
然而，如T203所示，在发动机即将停止前可能发生反向旋转，在利用上述式(1)来运算凸轮轴相位角的情况下，无法正确进行运算，由此成为提前角侧的运算结果。此处，如T203所示，在低转速区域计算出向提前角侧(进气侧的情况下)的运算结果时，无法正确地运算的可能性较高，并且在低转速区域中凸轮轴相位角在提前角侧不进行动作，因此如图T204所示，设置了发动机的规定的阀值转速，在发动机转速在阀值转速T204以下的情况下，若凸轮轴相位角的检测是提前角侧，则通过在更新凸轮轴相位角时进行滤波处理来延迟更新(参照T205)。通过使提前角侧的更新延迟，能够限制凸轮轴相位角的更新量。此外，也可以通过对相位的更新量设置上限，来限制凸轮轴相位角的更新量。如上所述，通过限制凸轮轴相位角的更新量，能在与实际的相位角接近的角度下进行更新。
图3是本发明的可变阀定时装置的相位控制装置的动作流程图的一个示例。本控制动作利用ECU122来进行。图3是进气侧的说明，但排气侧通过将进气侧的说明中的提前角替换成延迟角即可实现。另外，本动作表示了每个规定的曲柄角度位置(例如，BTDC75°CA)的处理。
首先，步骤S301中，利用曲柄角度位置检测传感器110检测出曲柄角度位置检测信号SGT。即，输入来自曲柄角度位置检测传感器110的曲柄角度位置检测信号SGT，从而获得曲柄角度位置。
接着，在步骤S302中，利用凸轮角度位置检测传感器111检测出凸轮角度位置检测信号SGC。即，输入来自凸轮角度位置检测传感器111的凸轮角度位置检测信号SGC，从而获得凸轮角度位置。
接着，在步骤S303中，根据步骤S301中检测到的曲柄角度位置检测信号SGT来计算发动机转速Ne。
接着，在步骤S304中，根据检测到的曲柄角度位置以及凸轮角度位置、并按照上述式(1)，计算出用于对阀定时变更机构的油控制阀121进行控制的凸轮轴相位角。
接着，在步骤S305中，判定步骤S303中计算出的发动机转速Ne是否在判定值N1以下。判定值N1设为成为低转速区域的规定的发动机转速，该低转速区域中无法确保使液压致动器114工作的液压。若判定发动机转速Ne在判定值N1以下，则前进至步骤S306。
在步骤S306中，判定计算出的凸轮轴相位角是否出现在提前角侧。若凸轮轴相位角出现在提前角侧，则前进至步骤S307。
接着，在步骤S307中，利用下式(2)进行滤波处理。
(上一次)凸轮轴相位角×系数K+(本次)凸轮轴相位角×(1-系数K)  (2)
式(2)是具有系数K(0≤K≤1)的滤波运算式。是通过在0以上1以下的范围内变更系数K，从而确定将重点放在上一次的凸轮轴相位角或者本次的凸轮轴相位角的某一个来进行处理的普通的滤波运算式。在步骤S307中，由于本次检测到的凸轮轴相位角无法正确地运算的可能性较高，因此通过将系数K设定为接近1的值，从而来延迟本次检测到的凸轮轴相位角的反映。该系数K例如根据发动机转速(发动机转速越低，则越大)来进行变更。
另一方面，在步骤S306中，当凸轮轴相位角未出现在提前角侧时，则前进至步骤S308。
在步骤S308中，将上述式(2)的系数K设定为0。系数K设定为0是指不进行滤波处理，意味着在凸轮轴相位角的更新中不使用上一次的凸轮轴相位角的值。
此外，在步骤S305中，当判定为发动机转速大于判定值N1时，前进至步骤S309。
在步骤S309中，与步骤S308的说明相同，系数K设定为0。
于是，在步骤S310中，使用在步骤S307到步骤S309中设定的滤波系数，进行凸轮轴相位角的更新。并且，根据这些被更新的凸轮轴相位角，对油控制阀121进行控制。
图4是本发明的可变阀定时装置的相位控制装置的动作流程图的其他示例。本控制动作利用ECU122来进行。与图3相同，图4是进气侧的说明，但排气侧通过将进气侧的说明中的提前角替换成延迟角，也可实现排气侧。另外，本动作也表示了每个规定的曲柄角度位置(例如，BTDC75°CA)的处理。
从步骤S401到S405的处理与图3的从步骤S301到S305的处理相同，因此省略说明。
步骤S406中，判定计算出的凸轮轴相位角是否出现在提前角侧。若凸轮轴相位角出现在提前角侧，则前进至步骤S407。
在步骤S407中，将计算出的凸轮轴相位角与预先设定的上限值K1进行比较，将较小的一方作为本次的凸轮轴相位角。另外，上限值K1设定为接近实际的凸轮轴相位角的角度。
另一方面，在步骤S406中，当凸轮轴相位角未出现在提前角侧时，将检测到的值设为本次的凸轮轴相位角。
并且，在步骤S405中，当判定发动机转速大于判定值N1时，也将检测到的值设为本次的凸轮轴相位角。
并且，根据这些被更新的凸轮轴相位角，对油控制阀121进行控制。
另外，液压致动器114、进气凸轮轴115、凸轮115b、进气阀117、排气阀118、排气凸轮轴119、排气侧同步滑轮119a、凸轮119b、进气侧同步滑轮120、油控制阀121构成可变阀定时装置，
液压致动器114、油控制阀121构成阀定时变更机构(114、121)，
ECU122、曲柄角度位置检测传感器110、凸轮角度位置检测传感器111等构成相位控制装置，
曲柄角度位置检测传感器110、ECU122中的步骤S301、S401构成曲柄角度位置检测部，
凸轮角度位置检测传感器111、ECU122中的步骤S302、S402构成凸轮角度位置检测部，
ECU122中的步骤S303、S403构成内燃机转速计算部，ECU122中的步骤S304、S404构成凸轮轴相位角计算部，ECU122中的步骤S305-S310、S405-S407构成凸轮轴相位角控制部。
根据以上详细说明的本实施方式，能获得可变阀定时装置的相位控制装置等，该可变阀定时装置的相位控制装置在凸轮轴相位角检测中，在发动机可能反向旋转的低转速区域，若是暂时无法正确运算的凸轮轴相位角的进气侧，则限制提前角量，若是排气侧，则限制延迟角量，此外，在凸轮固定于提前角侧(延迟角侧)的情况下，能正确地检测到提前角量(延迟角量)。
标号说明
100 气缸、100a 燃烧室、101 活塞、102 火花塞、103 进气管、104 排气管、105 燃料喷射阀、106 氧传感器、107 水温传感器、108 节流阀、110 曲柄角度位置检测传感器、111 凸轮角度位置检测传感器、112节流开度检测传感器、113 压力传感器、114 液压致动器、115 进气凸轮轴、115b 凸轮、116 曲柄轴、116a 活塞杆、116b 旋转板、117 进气阀、118 排气阀、119 排气凸轮轴、119a 排气侧同步滑轮、119b 凸轮、120 进气侧同步滑轮、121 油控制阀、122 ECU。

Claims (4)

1.一种可变阀定时装置的相位控制装置，对内燃机的可变阀定时装置的阀定时变更机构进行控制，以对进气阀以及排气阀的至少一方的阀定时进行变更、从而变更阀重叠量，其特征在于，包括：
曲柄角度位置检测部，该曲柄角度位置检测部检测出内燃机的曲柄角度位置；
凸轮角度位置检测部，该凸轮角度位置检测部检测出内燃机的凸轮角度位置；
内燃机转速计算部，该内燃机转速计算部根据所述曲柄角度位置检测部的检测结果，来计算出内燃机的转速；
凸轮轴相位角计算部，该凸轮轴相位角计算部根据由所述曲柄角度位置检测部以及所述凸轮角度位置检测部所检测到的曲柄角度位置以及凸轮角度位置，来计算出用于对所述阀定时变更机构进行控制的凸轮轴相位角；以及
凸轮轴相位角控制部，根据内燃机的转速、并且当在进气侧的情况下，由所述凸轮轴相位角计算部计算出的凸轮轴相位角出现在提前角侧，在排气侧的情况下，该凸轮轴相位角出现在延迟角侧时，该凸轮轴相位角控制部对计算出的凸轮轴相位角进行更新限制。
2.如权利要求1所述的可变阀定时装置的相位控制装置，其特征在于，
所述凸轮轴相位角控制部对由所述凸轮轴相位角计算部所计算出的凸轮轴相位角进行一阶延迟滤波处理，并更新凸轮轴相位角，该一阶延迟滤波处理使用根据内燃机转速而变更的滤波系数。
3.如权利要求1所述的可变阀定时装置的相位控制装置，其特征在于，
所述凸轮轴相位角控制部对根据内燃机转速、由所述凸轮轴相位角计算部所计算出的凸轮轴相位角设置上限，从而进行更新。
4.一种可变阀定时装置的相位控制方法，对内燃机的可变阀定时装置的阀定时变更机构进行控制，以对进气阀以及排气阀的至少一方的阀定时进行变更、从而变更阀重叠量，其特征在于，包括：
检测内燃机的曲柄角度位置的工序；
检测内燃机的凸轮角度位置的工序；
根据检测到的曲柄角度位置计算出内燃机的转速的工序；
根据检测到的曲柄角度位置以及凸轮角度位置，来计算出用于对所述阀定时变更机构进行控制的凸轮轴相位角的工序；以及
根据内燃机的转速、并且当在进气阀侧的情况下，计算出的凸轮轴相位角出现在提前角侧，在排气阀侧的情况下，该凸轮轴相位角出现在延迟角侧时，对计算出的凸轮轴相位角进行更新限制的工序。
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