CN108442991A - 电动移相器启动控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种相对于曲柄轴的角向位置控制凸轮轴的角向位置的系统和方法,包括:检测控制凸轮轴移相器的电动机输出轴的旋转运动;检测曲柄轴的旋转运动;确定电动机输出轴的旋转运动和曲柄轴的旋转运动之间的相对差异;以及确定凸轮轴的角向位置相对于曲柄轴的角向位置是提前、延迟还是保持恒定。
Description
技术领域
本申请涉及控制凸轮轴移相器,并且更具体地涉及控制内燃机的凸轮轴移相器在启动阶段期间的相位。
背景技术
内燃机包括凸轮轴,这些凸轮轴打开和闭合调节发动机的燃烧室内的燃料和空气的燃烧的阀。相对于诸如燃料进入燃烧室的喷射和燃烧的各种事件以及活塞相对于上死点(TDC)的位置来仔细地对阀的打开和闭合定时。凸轮轴经由诸如条带或链条的连接这些元件的驱动构件而由曲柄轴的旋转驱动。过去,在曲柄轴的旋转和凸轮轴的旋转之间存在固定关系。然而,内燃机日益增多地使用凸轮轴移相器,这些凸轮轴移相器改变凸轮轴旋转相对于曲柄轴旋转的相位。在一些实施方式中,凸轮轴移相器能由电动机致动,以提前或延迟阀相对于曲柄轴旋转的打开/闭合。当内燃机起动时,可能无法精确地已知凸轮轴相对于曲柄轴的角向位置,因为它们的位置还未定位,或者因为凸轮轴旋转过慢而无法以及时的方式提供来自凸轮传感器的更新位置信息。但仍有助于相对于曲柄轴的角向位置调节凸轮轴的角向位置,尽管缺少上述任一的精确位置来确保有效的发动机操作。
发明内容
在一个实施例中,一种相对于曲柄轴的角向位置控制凸轮轴的角向位置的方法,该方法包括:检测控制凸轮轴移相器的电动机输出轴的旋转运动;检测曲柄轴的旋转运动;确定电动机输出轴的旋转运动和曲柄轴的旋转运动之间的相对差异;确定凸轮轴的角向位置相对于曲柄轴的角向位置是提前、延迟还是保持恒定;以及通过将信号发送至电动移相器电动机来改变凸轮轴的角向位置。
在另一实施例中,一种相对于曲柄轴的角向位置控制凸轮轴的角向位置的方法,该方法包括:接收来自电动移相器电动机的信号,该信号包括响应于控制凸轮轴移相器的电动机输出轴的旋转而产生的多个脉冲;接收来自曲柄轴位置传感器的信号,该信号包括基于曲柄轴的旋转而产生的多个脉冲;确定从电动移相器电动机接收的脉冲频率和从曲柄轴位置传感器接收的脉冲频率之间的比值;确定该比值是高于、低于还是等于预定值;以及确定凸轮轴的角向位置相对于曲柄轴的角向位置是提前、延迟还是保持恒定。
在又一实施例中,一种相对于曲柄轴的角向位置控制凸轮轴的角向位置的系统,该系统包括系统处理装置,该系统处理装置配置成接收第一信号和第二信号,该第一信号包括来自检测曲柄轴的旋转运动的曲柄位置传感器的多个信号脉冲,而该第二信号包括来自一个或多个电动机传感器的多个信号脉冲,这些电动机传感器监控电动移相器电动机的转子的旋转运动,该电动移相器电动机控制凸轮轴移相器。该系统处理装置确定电动移相器电动机的转子的旋转运动和曲柄轴的旋转运动之间的相对差异,并且基于电动移相器电动机的转子的旋转运动和曲柄轴的旋转运动之间的相对差异,确定凸轮轴的角向位置相对于曲柄轴的角向位置是提前、延迟还是保持恒定。
附图说明
图1是示出相对于曲柄轴的角向位置控制凸轮轴的角向位置的系统以及包括由该系统控制的凸轮轴和曲柄轴的内燃机的实施例的立体图;
图2是示出用于相对于曲柄轴的角向位置控制凸轮轴的角向位置的系统的电动机的实施例的剖视图;
图3是示出用于相对于曲柄轴的角向位置控制凸轮轴的角向位置的系统的电动机的罩盖的实施例的立体图;
图4是示出用于相对于曲柄轴的角向位置控制凸轮轴的角向位置的系统的凸轮移相器的实施例的立体图;
图5是示出相对于曲柄轴的角向位置控制凸轮轴的角向位置的方法的实施例的流程图;
图6是示出用在相对于曲柄轴的角向位置控制凸轮轴的角向位置的系统的实施例中的比值数值的图表;以及
图7是示出相对于曲柄轴的角向位置控制凸轮轴的角向位置的系统的另一实施例的视图。
具体实施方式
下文描述相对于曲柄轴的角向位置控制凸轮轴的角向位置的系统和方法。该系统和方法包含从曲柄轴传感器和监控电动移相器电动机的传感器的信号,以确定凸轮轴相对于曲柄轴的相位关系,该电动移相器电动机控制凸轮轴移相器。该相位关系指代相对于曲柄轴的角向位置的凸轮轴的角向位置。当内燃机已关闭或停用以使得其已停止操作时,使用凸轮轴移相器调节凸轮轴相对于曲柄轴的角向移位的微控制器或微处理器可能无法相对于曲柄轴的角向位置了解凸轮轴的精确角向位置。之后,当用户随后启用内燃机的点火系统并且旋转曲柄轴来开始燃烧和发动机操作时,微控制器能确定凸轮轴和曲柄轴之间的相位关系是提前、延迟还是保持相同,而无需了解曲柄轴、凸轮轴或两者的精确角向位置。然后,微控制器可基于这里描述的系统来维持或调节其与电动移相器电动机通信的指令,以提前、延迟或维持凸轮轴和曲柄轴之间的相位关系。在并未了解凸轮轴和曲柄轴之间的角度的情形下,发动机的控制可受益于驱使移相器沿提前或延迟方向朝向固定停止位置,以更靠近期望的相位位置。一旦以可接受的精确度和/或更新率了解凸轮轴和曲柄轴之间的相位关系,移相器的控制可回归为本领域已知的控制方法,该控制方法依赖于例如作为闭环式控制中的反馈元素的相位关系。
在曲柄轴开始旋转以起动发动机时,微控制器能引导电动移相器电动机来维持凸轮轴相对于曲柄轴的当前相位关系,而无需考虑曲柄轴或凸轮轴的实际角向位置。或者微控制器能引导电动移相器电动机,以提前或延迟凸轮轴相对于曲柄轴的相位关系。该系统和方法能确定从曲柄轴传感器接收的信号脉冲与从监控电动移相器电动机的输出轴的旋转的传感器的信号脉冲的比值,该电动移相器电动机控制凸轮轴移相器。该比值用于确定凸轮轴和曲柄轴之间的相位关系是提前、延迟还是保持恒定。此种比值或确定凸轮轴和曲柄轴之间的相位关系如何改变能由微控制器用作电动移相器电动机的控制中的反馈。
转向图1-4,示出相对于曲柄轴的角向位置控制凸轮轴的角向位置的系统10的实施例。系统10包括电子硬件,该电子硬件监控内燃机12的曲柄轴和凸轮轴的角向运动。曲柄轴和凸轮轴相对于彼此的角向运动能用于产生电动机控制信号,用于经由凸轮轴移相器14来提前、延迟或维持曲柄轴和凸轮轴之间的相位关系。内燃机12包括曲柄轴16和一个或多个凸轮轴18(示出一个)。凸轮链轮20附接于每个凸轮轴18。凸轮轴18能由曲柄链轮22机械地驱动,该曲柄链轮经由凸轮链轮20链接于曲柄轴16的鼻部24。在曲柄轴16旋转时,诸如链条或条带的从动构件26通过将曲柄轴16的旋转运动转换成凸轮轴18的旋转运动来驱动凸轮轴18。曲柄链轮22包括与凸轮链轮的一半齿一样多的齿,以使得曲柄轴16的两次360度旋转引起凸轮轴18的一次360度旋转。曲柄轴16的旋转运动会在起动曲柄转动期间响应于选择性地接合飞轮的起动电动机或者在发动机操作期间响应于活塞运动而发生。
曲柄轴16包括曲柄轮28,该曲柄轮能用于识别曲柄轴16的角向位置。曲柄轮28邻近于曲柄链轮22安装于曲柄轴16的鼻部24并且能实施为60–2曲柄轮。这意味着曲柄轮28包括58个围绕轮28的周缘均匀隔开的齿以及沿着该周缘的空间,在该空间处故意省略了两个齿。该空间也称为曲柄指引部30,该曲柄指引部识别曲柄轴旋转相对于燃烧、例如上死点(TDC)的限定点。虽然该实施例相对于60-2曲柄轮进行了描述,但应意识到的是,也可同样成功地替代使用具有不同数量的齿和指引部尺寸的曲柄轮。在曲柄轮28随着曲柄轴16旋转时,紧邻于曲柄轮28上的齿定位的曲柄位置传感器32产生信号,该信号指示曲柄轮28上缺少还是存在齿。曲柄位置传感器32能实施为霍尔效应传感器,当齿通过传感器32时,该霍尔效应传感器产生高电压电位,而在指引部30通过传感器32时或者当传感器32位于曲柄轮28上的齿之间时,该霍尔效应传感器产生低电压电位。来自曲柄位置传感器32的输出能发送至微控制器。下文会对此更详细地讨论。响应于曲柄轮28上已从规则隔开型式中消除齿的指引部,微控制器可识别该改变并且提供信号来替代缺失信号。如果微控制器正计算曲柄脉冲,则该微控制器可替代地在通过并且识别到指引部位置之后增加缺失齿计数。
凸轮轴移相器14相对于曲柄轴16的角向位置控制凸轮轴18的角向位置。电动移相器电动机34根据所接收的电动机控制信号通过经由电动移相器电动机34的输出轴46驱动凸轮轴移相器14的机械齿轮箱来调节凸轮轴18相对于曲柄轴16的相位。系统10能用于由电动机控制的各种不同的凸轮移相器,其中,电动机旋转以维持相位,例如美国专利申请公开号2015/0315939中描述的分环式齿轮行星凸轮移相器,该申请的内容以参照的方式纳入本文。电动机驱动的凸轮移相器14包括凸轮链轮20和电动移相器电动机34,其能与行星齿轮组(未示出)的太阳齿轮旋转地啮合,以相对于曲柄轴的角向位置改变凸轮轴的角向位置。行星齿轮组啮合两个环形齿轮,这两个环形齿轮的每个具有不同数量的齿。凸轮轴移相器14的一部分上包括一个环形齿轮,该一个环形齿轮附接于凸轮链轮20,而另一个环形齿轮附接于凸轮轴18。当太阳齿轮由电动移相器电动机34以与两个环形齿轮相同的速度旋转时,维持恒定的凸轮相位。然而,当电动移相器电动机34以与环形齿轮不同的速度驱动太阳齿轮时,一个环形齿轮相对于另一个环形齿轮的略微不同速度导致凸轮相位变化。凸轮轴18能在由止挡件所限定的一定范围角向位置内进行相位偏移,这些止挡件限制凸轮轴18在完全延迟位置和完全提前位置之间的角向位置变化。在一些实施例中,该范围可以大至140度。应理解的是,这是由电动机控制的凸轮移相器的一个特定实施例,且也可成功地使用包括电动机的其它凸轮移相器设计。
凸轮轴移相器14的电动移相器电动机34包括限定数量的磁体38,这些磁体位于连接于输出轴46的转子40上。图2示出电动机34的剖视图,该电动机具有磁体38、转子40、定子42以及线圈44。用在电动移相器电动机34中的磁体38的数量可取决于电动移相器电动机34的设计。在图2中示出的实施例中,十个磁体38包括在转子40上。当电流施加于电动移相器电动机34时,磁体38绕与输出轴46同轴的轴线(x)旋转。如图3中所示,限定数量的电动机传感器48定位在电动移相器电动机34的磁体38的旋转路径(p)附近,以使得当电动机34操作并且输出轴46旋转时,传感器48检测在转子40移动时那些磁体38的缺少还是存在。图3还示出在电动机罩盖50从电动移相器电动机34移除的电动机罩盖,以露出罩盖50的接纳电动机34的转子40的内侧部分。罩盖50的内侧部分包括电动机传感器48以及定子42的定子极52。虽然霍尔传感器在罩盖中示作与转子的磁体相互作用,但传感器也可具有任何类型,包括与单独的传感器磁体环相互作用的霍尔传感器,该单独的传感器磁体环具有任何数量的在电动机旋转时面向传感器的磁体南极和北极。还可使用光学传感器来用于确定输出轴46的位置。较佳地是,霍尔传感器是用于对无刷DC电动机换向的相同霍尔传感器。此外较佳地是,使用一个以上霍尔传感器或其它类型的传感器来指示电动机的旋转方向。还可反向驱动凸轮轴移相器14,以使得凸轮轴18逆转电动移相器电动机34的旋转方向,而该电动移相器电动机通常在操作期间行进。一定数量的因素会导致此种情形。例如,在曲柄转动期间,凸轮轴18及其凸耳可带有一定的惯性量,该惯性量并不容易地克服由阀弹簧施加在阀上的弹簧力。由于施加在凸轮凸耳上的弹簧力,电动移相器电动机34可暂时地改变其旋转方向。电动机传感器48可指示此种改变。
在电动移相器电动机34包括十个磁体38和三个霍尔效应传感器48的一个实施例中,输出轴46的一次360度旋转产生来自传感器48的三十个高电压脉冲,其中,这十个磁体和三个霍尔效应传感器定位成使得当电动机34操作时,随着磁体38沿着路径(p)经过时,磁体38在霍尔效应传感器48中感应出电压。来自三个传感器的信号能组合以产生具有30个脉冲的信号。替代地,能产生具有15个脉冲的信号,其中,微控制器将每个上升沿或下降沿解译为用于计算电动机运动和脉冲频率的事件。在本文中,术语高电压能意指5伏(V),而低电压可指代由霍尔效应传感器48输出的0V数值,但其它数值也是可能的。呈电动机控制器54形式的微处理器能接收来自检测电动移相器电动机34的磁体38通过的传感器48的输出,并且输出电动机位置信号,以指示检测磁体38的频率。来自传感器48的输出能用于确定电动移相器电动机34的输出轴46的角向或旋转速度。在一个实施例中,电动机控制器54能使用三相无刷直流(BLDC)电动机控制器和MOSFET驱动器实施。
除了电动机控制器54以外,系统10可包括系统处理装置56来作为另一单独的微处理器/微控制器(例如,电子控制单元(ECU)),该系统处理装置接收来自电动机控制器54的电动机位置信号以及来自曲柄位置传感器32的输出并且执行这里公开的方法。系统处理装置56可以是能够处理电子指令的任何类型的装置,包括微处理器、微控制器、主机处理器、控制器、车辆通信处理器以及专用集成电路(ASIC)。该系统处理装置可以是仅仅用于执行所描述方法的专用处理器或者可以与其它车辆系统共享。系统处理装置56执行各种类型的数字存储指令,例如存储在存储器中的软件或固件程序。传感器32、48、电动机控制器54以及系统处理装置56之间的通信能经由通信总线58、例如那些使用控制器局域网络(CAN)协议实施的通信总线来执行。然而,应意识到的是,其它实施例也是可能的,其中,这些元件的至少一些可以一起实施在印刷电路板上。
转向图5,示出相对于曲柄轴16的角向位置控制凸轮轴18的角向位置的方法(500)的一个实施例。方法500通过检测曲柄轴16的旋转运动在步骤510处开始。在作为起动发动机12的一部分而曲柄轴16旋转时或者在发动机12操作时,曲柄位置传感器32输出信号,该信号包括响应于曲柄轮28的齿通过曲柄位置传感器32而产生的多个脉冲。从曲柄位置传感器28输出的信号作为低(0V)和高(5V)脉冲的脉冲串而存在,这些低和高脉冲例如表示齿在曲柄轮28上的缺失和存在。信号也可以是固定或可变持续期间的短脉冲,以指示曲柄轮的齿的边沿或中心。信号能经由通信总线58从曲柄位置传感器32通信至系统处理装置56。方法500前进至步骤520。
在步骤520处,检测控制凸轮轴移相器14的电动移相器电动机34的转子40或输出轴46的旋转运动。为了使用凸轮轴移相器14来控制曲柄轴16和凸轮轴18之间的相位关系,电动移相器电动机34的转子40以可变速度旋转,以使得增大速度、减小速度或维持特定速度能分别相对于曲柄轴16的角向位置延迟、提前或维持凸轮轴18的角向位置。如上所述,电动移相器电动机34包括具有多个磁体38的转子40。并且在转子40和所附接的输出轴46旋转时,每次包括在转子40上的磁体38经过每个传感器48,传感器48就产生高脉冲。通常,当磁场逆转极性时,霍尔传感器转换。
在电动移相器电动机34使用包括十个磁体38的转子40和三个传感器48(它们布置成使得每个传感器检测每个磁体)的实施例中,电动机控制器54针对转子/输出轴的每次旋转就接收30个脉冲。电动机控制器54能经由通信总线50将从传感器48接收的脉冲发送至系统处理装置56。方法500前进至步骤530。
在步骤530处,确定电动移相器电动机34的转子40的旋转运动和曲柄轴16的旋转运动之间的相对差异。这能通过确定从曲柄位置传感器32接收的脉冲和从监控电动移相器电动机34的电动机传感器48接收的脉冲之间的比值。在接收来自曲柄位置传感器32的脉冲和来自电动机传感器48的脉冲之后,系统处理装置56能计算这些脉冲的比值。该比值能以各种方式确定,例如通过在限定时间段内将从曲柄位置传感器32接收的脉冲除以从电动机传感器48接收的脉冲数来确定。或者该比值能通过如下方式来确定:测量从曲柄位置传感器32接收的脉冲之间的时间和从电动机传感器48接收的脉冲之间的时间,并且将每个的时间测量值相除以产生比值。
转向图6,示出图表600,以示出比值数值取决于曲柄轴16的旋转速度如何改变。例如能从图表中意识到的是,增大曲柄轴16的每分钟转数(RPM)能导致以在相同比值数值下测得的每秒曲柄角度(CA)度数的相位变化率。图表600上示出的数值基于产生每转30脉冲的电动移相器电动机34和具有100:1齿轮比的凸轮轴移相器14。系统处理装置56能针对多个RPM数值维持不同的目标比值数值。例如能从图表意识到的是,在曲柄轴16和凸轮轴18之间的相对相位延迟时,比值可以是负的。
转向图5,也可从电动机传感器48或曲柄位置传感器32,通过建立固定数量的一种类型脉冲进行计数来确定该比值。在计数固定数量的特定类型脉冲之后,系统电动处理装置56能确定在计数固定数量的同时接收多少不同类型的脉冲。这能有助于确定何时调节凸轮轴移相器14,以获得独立于曲柄轴16旋转速度的期望比值。并且应理解地是,系统10能改变用作固定数量脉冲的基础的脉冲类型,并且能基于曲柄轴16的旋转速度做出改变。在一个示例中,系统处理装置56设定固定数量的曲柄轴脉冲,以监控且然后确定在接收固定数量曲柄轴脉冲的时间段期间从电动机传感器48接收到多少脉冲。当尽管曲柄轴16旋转而系统处理装置56并未从电动机传感器48接收到任何脉冲时,使用固定数量的曲柄轴脉冲会是有用的。当曲柄轴16相对缓慢地旋转,例如当发动机12正曲柄转动或起动时,从传感器48缺少脉冲会发生。当在电动机传感器56计数固定数量曲柄轴脉冲的同时电动机传感器48并未产生脉冲时,装置56可确定该比值是零。然而,当计数固定数量(x)的脉冲时,实际比值在–1/x和1/x之间。
在较快的相位率下,系统处理装置56能开始使用从电动机传感器48接收到的固定脉冲率并且确定在接收固定的脉冲率的同时接收到多少曲柄轴脉冲。可将系统处理装置56配置成在使用曲柄轴脉冲作为用于固定数量脉冲的基础和使用电动机传感器48作为固定数量脉冲基础(一旦已达到诸如1:1或2:1的限定比值的话)之间切换。
系统处理装置56可确定该比值是高于、低于还是等于预定值。能基于上文开始的示例来解释从曲柄位置传感器接收的脉冲频率和从监控电动移相器电动机34的电动机传感器48接收的脉冲频率之间的比值如何的示例。
在该示例中,曲柄轮28包括58个齿和两齿指引部30,而电动移相器电动机34包括附接于输出轴46的十个磁体转子40,且三个传感器48用来监控磁体38。在曲柄轴16和电动移相器电动机34的转子40/输出轴46旋转时,系统处理装置56经由通信总线58接收包括有曲柄位置传感器输出信号和电动机位置信号的脉冲信号。系统处理装置56然后能确定针对从电动机传感器48接收到的并且包括在电动机位置信号中的每个脉冲而从曲柄位置传感器32中接收到多少脉冲。在该示例中,假定凸轮轴18针对曲柄轴16的每两次旋转进行一次旋转,如果电动移相器电动机34维持恒定的相位关系,曲柄位置传感器32会针对由电动机传感器48输出的每个脉冲输出四个脉冲,以使得曲柄轴16的角向位置相对于凸轮轴18的角向位置保持恒定。通过相对于电动机传感器48测量由曲柄位置传感器32输出的脉冲之间的关系,系统10无需精确地确定曲柄轴16或凸轮轴18的角向位置。而是,曲柄轴16相对于凸轮轴18的相位关系以及该关系的变化能用于在发动机起动期间一开始评估凸轮轴的角向位置或相位以控制凸轮轴相位。方法500前进至步骤540。
在步骤540处,基于输出轴46的旋转运动和曲柄轴16的旋转运动之间的相对差异,来确定凸轮轴18的角向位置相对于曲柄轴16的角向位置是提前、延迟还是保持恒定。系统处理装置56能确定从曲柄位置传感器32接收的脉冲和从电动机传感器48接收的脉冲的所检测比值是否等于指示曲柄轴16和凸轮轴18之间恒定相位的比值。继续上文描述的示例,系统处理装置56能访问来自内部或外部存储装置的查询表,比值存储在该查询表中,且该比值指示曲柄轴16和凸轮轴18质检的恒定相位关系。该比值可取决于曲柄轴旋转的RPM。在上述示例中,查询表会指示当针对从电动机传感器48接收的每个脉冲接收到四个曲柄轴脉冲时,相位关系是恒定的。相对于电动机传感器48由曲柄位置传感器32输出的脉冲之间的比值能由系统处理装置56与存储在查询表中的比值数值相比较,这会产生电动机控制信号,用于基于上述比较来控制电动移相器电动机34。
取决于作为起动发动机一部分而建立的初始假设,系统处理装置56能基于从传感器48接收的脉冲的所确定比值与存储在查询表中的比值数值的比较来增大、减小或维持电动移相器电动机34的输出轴46的转矩或速度。在启用内燃机12的点火系统之后但在已开始曲柄转动来起动发动机12之前,系统处理装置56能建立所要使用的一个或多个初始假定,用于控制电动移相器电动机34以及相对于曲柄轴16的角向位置的凸轮轴18的角向位置。这些初始假定包括评估相对于曲柄轴角向位置的凸轮轴角向位置、当前发动机温度、在发动机最后关闭时的发动机温度以及用于起动内燃机的其它变量。
在一个示例中,系统处理装置56能将发动机的当前温度、在发动机12最终关闭时的温度以及凸轮轴角向位置的评估建立为初始假定,以控制凸轮轴18的相位。给出这些初始假定,系统处理装置56可确定发动机12在最终关闭时目前正冷却但处于正常操作温度下。系统处理装置56能从车身控制模块(未示出)或其它传感器/ECU组合接收该信息,该车身控制模块或其它传感器/ECU组合监控发动机12所使用的油或冷却剂的温度,并且经由通信总线58将那些数值通信给装置56。系统处理装置56能存储事先接收的油/冷却剂温度数值以及监控当前接收的油/冷却剂温度数值。系统处理装置56能利用查询表来比较切断时的正常操作温度数值和起动时的冷温度数值的组合,该查询表存储与温度切断/起动组合相对应的凸轮轴相位位置。
假定发动机12在切断时处于正常操作温度下,该查询表能指示凸轮轴的角向位置能一开始相对于曲柄轴的角向位置提前。在发动机曲柄转动时,系统处理装置56能确定从曲柄位置传感器32接收的脉冲与从电动机传感器48接收的脉冲的比值是否等于与期望相位率相对应的预定值。如上所述,这指示电动移相器电动机34的输出轴46正驱动凸轮轴移相器14,以使得凸轮轴18相对于曲柄轴16的相位关系匹配期望的相位。如果否的话,系统处理装置56能产生电动机控制信号,该电动机控制信号发送至电动移相器电动机34,以致使其增大或减小输出轴46的旋转速度,由此相对于曲柄轴16的角向位置提前或延迟凸轮轴或凸轮轴18的角向位置。系统处理装置56能用于实施多种控制系统的任何一种,这些控制系统产生电动机控制信号,这些电动机控制信号调节电动移相器电动机34的旋转速度。方法500然后终止。
图7示出相对于曲柄轴16的角向位置控制凸轮轴18的角向位置的系统10的另一实施例。系统10包括发动机12、凸轮轴移相器14、曲柄位置传感器32、电动移相器电动机34以及系统处理装置56。系统10基于来自曲柄位置传感器32的信号脉冲与从电动移相器电动机34接收的脉冲的比较表示闭环式系统。系统处理装置56能确定从曲柄位置传感器32接收的信号脉冲与从电动移相器电动机34接收的脉冲的目标比值(步骤710)。该目标比值可基于各种因素来选择,这些因素例如是如上所述的初始假定、曲柄轴16的RPM或两者(步骤720)。系统处理装置56将目标比值与当前确定的比值相比较(步骤730),并且产生电动机指令信号(步骤740),装置56将该电动机指令信号发送至电动机控制器54。该指令信号引导电动移相器电动机34增大、减小或维持输出轴46的目前旋转速度。在发动机12的曲柄轴16持续旋转时,系统处理装置56接收来自凸轮轴移相器14的电动移相器电动机34的脉冲以及来自曲柄位置传感器32的脉冲。系统处理装置56使用上文描述的技术确定脉冲之间的比值并且产生更新的所确定比值,装置56能将该更新的所确定比值与目标比值相比较(步骤750)。取决于所确定的比值低于、高于还是等于目标比值,系统处理装置56能增大、减小或维持电动移相器电动机34的输出轴46的速度。一旦相对于曲柄轴16已知凸轮轴相位位置,系统10就可关闭,且电动移相器电动机34的控制转换为依赖于凸轮轴传感器信息的其它控制器。
当电动移相器电动机34以足够低的速度旋转时,电动机传感器48可能不会产生用于微控制器的任何脉冲,以用在用于比值比较更新的分配窗口内。例如,该窗口可以是4-8曲柄脉冲。由于电动移相器电动机34并不以与凸轮轴18相同的速率旋转,因而凸轮轴相位相对于曲柄轴16改变。实际比值可能并非是零,但由于自从来自电动机传感器48的最后脉冲起已经过了给定量的角度或时间,因而能计算比值上的限值,并且指令电动移相器电动机34提前、延迟或维持凸轮轴18和曲柄轴16之间的相位关系。
应理解的是,前文是对本发明一个或多个实施例的描述。本发明并不局限于这里公开的特定实施例,而是仅仅由下文的权利要求所限定。此外,包含在前文描述中的陈述涉及特定的实施例并且并不构造对本发明范围或权利要求中使用的术语的定义有所限制,除非上文明确地限定术语或措辞。各种其它实施例以及对于所公开实施例的各种改变和修改对于本领域技术人员会是显而易见的。所有这些其它实施例、改变以及修改旨在落在所附权利要求的范围内。
如本说明书和权利要求中所使用地,术语“例如(e.g)”、“正如(for example)”、“例示(for instance)”、“诸如(such as)”和“等等(like)”以及动词“包括(comprising)”、“具有(having)”、“含有(including)”和它们的其它动词形式,在结合一个或多个部件或其它项目的列举使用时各自解释为开放式的,意指该列举并不解释为排除其它附加的部件或项目。其它术语采用其最广泛的合理含义来解释,除非它们用于要求有不同解释的上下文中。
Claims (15)
1.一种相对于曲柄轴(16)的角向位置控制凸轮轴(18)的角向位置的方法,包括如下步骤:
(a)检测控制凸轮轴移相器(14)的电动机输出轴(46)的旋转运动;
(b)检测所述曲柄轴(16)的旋转运动;
(c)确定所述电动机输出轴(46)的旋转运动和所述曲柄轴(16)的旋转运动之间的相对差异;
(d)基于步骤(c)确定所述凸轮轴(18)的所述角向位置相对于所述曲柄轴(16)的所述角向位置是提前、延迟还是保持恒定;以及
(e)通过将信号发送至所述电动移相器电动机(34)响应于步骤(d)改变所述凸轮轴(18)的所述角向位置。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述电动机输出轴(46)的旋转运动由一个或多个霍尔效应传感器(48)测得。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述曲柄轴(16)的旋转运动由曲柄位置传感器(32)检测,所述曲柄位置传感器监控固定地附接于所述曲柄轴(16)的曲柄轮(28)。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,步骤(c)进一步包括将从曲柄位置传感器(32)接收的脉冲频率与由电动移相器电动机(34)感应的脉冲频率进行比较,所述电动移相器电动机经由所述电动机输出轴(46)控制所述凸轮轴移相器(14)。
5.根据权利要求1所述的方法,进一步包括如下步骤:通过改变所述电动机输出轴(46)的旋转速度,来相对于所述曲柄轴(16)的角向位置改变所述凸轮轴(18)的角向位置。
6.一种相对于曲柄轴(16)的角向位置控制凸轮轴(18)的角向位置的方法,包括如下步骤:
(a)接收来自电动移相器电动机(34)的信号,所述信号包括多个脉冲,所述多个脉冲响应于控制凸轮轴移相器(14)的电动机输出轴(46)的旋转而产生;
(b)接收来自曲柄位置传感器(32)的信号,所述信号包括基于曲柄轴(16)的旋转而产生的多个脉冲;
(c)确定从所述电动移相器电动机(34)接收的所述脉冲频率和从所述曲柄位置传感器(32)接收的所述脉冲频率之间的比值;
(d)确定所述比值是高于、低于还是等于预定值;
(e)基于步骤(d)确定所述凸轮轴(18)的角向位置相对于所述曲柄轴(16)的角向位置是提前、延迟还是保持恒定;以及
(f)通过将信号发送至所述电动移相器电动机(34)响应于步骤(e)改变所述凸轮轴(18)的角向位置。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,包括在从所述电动移相器电动机(34)接收的信号中的所述多个脉冲由一个或多个霍尔效应传感器(48)产生。
8.根据权利要求6所述的方法,其中,包括在从所述曲柄位置传感器(32)接收的信号中的所述脉冲由固定地附接于所述曲柄轴(16)的曲柄轮(28)控制。
9.根据权利要求6所述的方法,进一步包括如下步骤:通过改变所述电动机输出轴(46)的旋转速度,来相对于所述曲柄轴(16)的角向位置改变所述凸轮轴(18)的角向位置。
10.一种相对于曲柄轴(16)的角向位置控制凸轮轴(18)的角向位置的系统,包括:
系统处理装置(56),所述系统处理装置配置成接收第一信号和第二信号,所述第一信号包括来自检测曲柄轴(16)的旋转运动的曲柄位置传感器(32)的多个信号脉冲,且所述第二信号包括来自一个或多个电动机传感器(48)的多个信号脉冲,所述一个或多个电动机传感器监控电动移相器电动机(34)的转子(40)的旋转运动,所述电动移相器电动机控制凸轮轴移相器(14),其中,所述系统处理装置(56)确定所述电动移相器电动机(34)的转子(40)的旋转运动和所述曲柄轴(16)的旋转运动之间的相对差异,并且基于所述电动移相器电动机(34)的转子(40)的旋转运动和所述曲柄轴(16)的旋转运动之间的相对差异,确定所述凸轮轴(18)的角向位置相对于所述曲柄轴(16)的角向位置是提前、延迟还是保持恒定。
11.根据权利要求10所述的系统,进一步包括凸轮轴移相器(14)和所述电动移相器电动机(34)。
12.根据权利要求10所述的系统,进一步包括电动机控制器(54)。
13.根据权利要求10所述的系统,其中,所述系统处理装置(56)确定来自所述曲柄位置传感器(32)的信号脉冲和来自所述电动机传感器(48)的信号脉冲之间的比值,以使得所述比值基于时间窗口内接收的一定量脉冲,所述一定量脉冲包括预定数量的曲柄脉冲或者预定数量的电动移相器电动机脉冲。
14.根据权利要求13所述的系统,进一步包括闭环式反馈来维持所述比值。
15.根据权利要求10所述的系统,其中,所述电动机传感器(48)指示所述电动移相器电动机(34)的旋转方向。
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