CN1834433A - 凸轮角检测装置、凸轮相位检测装置、凸轮相位检测方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种直列四缸发动机，设有：可变气门正时机构，该机构改变凸轮轴相对于曲轴的转动相位；以及凸轮角传感器，其在凸轮轴的每45(度)处输出凸轮角信号，并检测从曲轴的基准转动位置到凸轮角信号的角度跨度，从而检测凸轮轴的转动相位。

Description

凸轮角检测装置、凸轮相位检测装置、凸轮相位检测方法
技术领域
本发明大体涉及一种用于内燃机的可变气门正时机构，更具体地涉及一种用于检测凸轮轴的转动相位的新技术，所述可变气门正时机构改变凸轮轴相对于曲轴的转动相位，从而改变发动机气门的气门正时。
背景技术
日本未审专利公报No.2000-303865公开了一种在设有可变气门正时机构的直列四缸内燃机中检测凸轮轴相对于曲轴的转动相位的方法。
在上述检测方法中设有：曲柄角传感器，其在相当于缸间的冲程相位差的每个角度处产生曲柄角信号；和凸轮角传感器，其以与曲柄角传感器相同的角度间隔产生凸轮角信号，从而测量两个信号的相位差，即，凸轮角信号与曲柄角信号的相位差。
在发动机转速较低的区域中，例如在发动机运转开始时，在空转时等等，需要通过改变气门正时实现发动机工作性能的改进。
然而，在传统装置中，由于在缸间的每个冲程相位差处设定气门正时的检测周期，所以在低转速区域中气门正时的检测结果的更新时间间隔变长。
因此，传统上，在可变气门正时机构的反馈控制中，在低转速区域中可能出现过调(overshooting)。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的在于抑制气门正时检测值的更新时间间隔在低转速区域中变得过长。
为了实现上述目的，本发明提供了一种凸轮角检测装置，其中布置有与凸轮轴关联或一体转动的转动件，该转动件设有等角布置的待检测的可检测部分，其数量为缸数量的整数n(n≥2)倍，所述缸分别具有由凸轮轴驱动的发动机气门，并且在所述检测装置中布置有传感器，用于检测可检测部分，以发出表示凸轮角信号的输出。
另外，根据本发明，提供了用于内燃机的凸轮相位检测装置和方法，其中布置有与凸轮轴关联或一体转动的转动件，该转动件设有等角布置的待检测的可检测部分，其数量为缸数量的整数n(n≥2)倍，所述缸分别具有由凸轮轴驱动的发动机气门，并且在所述检测装置中布置有传感器，用于检测可检测部分以发出表示凸轮角信号的输出，并且还检测曲轴的转动位置，从而在等于内燃机缸间冲程相位差的每个曲柄角处产生表示基准角信号的输出，从而测量凸轮角信号和基准角信号之间的相位差。
从以下参照附图的描述中将理解本发明的其它目的和特征。
附图说明
图1是本发明实施例中的内燃机的系统图。
图2是表示本发明实施例中的可变气门正时机构的剖面图。
图3是模式图，表示本发明第一实施例中的凸轮角传感器、缸识别传感器和曲柄角传感器的配置。
图4是表示来自第一实施例中的各传感器的检测信号的输出正时的时序图。
图5是模式图，表示本发明第二实施例中的凸轮角传感器、缸识别传感器和曲柄角传感器的配置。
图6是表示第二实施例中的缸识别信号的输出正时的时序图。
图7是表示第二实施例中的凸轮相位信号的输出正时的时序图。
具体实施方式
图1是表示本发明实施例中的直列四缸汽油机的框图。
在图1中，内燃机101具有进气管102，其中设有电子控制节气门104，其用于通过使用节气门电机103a来驱动节气门103b的打开或关闭。
从而，空气通过电子控制节气门104和进气门105吸入燃烧室106中。
喷油阀131布置在各缸的进气口130处。根据来自发动机控制单元(ECU)114的喷射脉冲信号打开喷油阀131，从而朝进气门105喷射燃油。
燃油与通过吸入而引入燃烧室106中的空气一起通过火花塞(未示出)的火花点火而点燃，从而在燃烧室中燃烧。
燃烧室106中的燃烧废气通过排气门107排入排气管，并通过前催化转化器108和后催化转化器109净化，之后排入大气。
进气门105和排气门107分别通过布置在进气凸轮轴134和排气凸轮轴110上的凸轮打开或关闭。
另外，各缸通过对应于缸间曲柄角的每180(度)的时间偏移(timeshift)执行进气、压缩、爆燃和排气四个冲程。
排气凸轮轴110和进气凸轮轴134由曲轴120通过定时链或定时带驱动，从而在曲轴120每转过两转时转过一转。
可变气门正时机构113设在进气凸轮轴134上。
可变气门正时机构113是改变进气凸轮轴134相对于曲轴120的转动相位从而改变进气门105的气门正时的机构。
图2表示可变气门正时机构113的结构。
可变气门正时机构113包括：第一转动体21，其固定在与曲轴120(图1)同步转动的链轮25上，从而与链轮25关联或一体地转动；第二转动体22，其通过螺栓22a固定在进气凸轮轴134的一端上，从而与进气凸轮轴134关联或一体地转动；以及柱形中间齿轮23，其通过螺旋形花键26与第一转动体21的内周面和第二转动体22的外周面接合。
鼓27通过三线螺纹28连接到中间齿轮23上，在鼓27与中间齿轮23之间布置扭力弹簧29。
中间齿轮23被扭力弹簧29向延迟角方向(图2中的左方)推动，当向电磁延迟器24施加电压以产生磁力时，中间齿轮23通过鼓27和三线螺纹28向提前角方向运动。
转动体21和22之间的相对相位根据中间齿轮23在轴向上的位置而改变，从而改变进气凸轮轴134相对于曲轴120的相位。
根据发动机工作状况，基于来自发动机控制单元114的控制信号控制电致动器17和电磁延迟器24。
附带地，可变气门正时机构不限于如图2所示的采用电动类型的结构，可以使用其它类型的机构，例如液压驱动型机构，只要凸轮轴相对于曲轴的转动相位改变从而改变发动机气门的气门正时即可。
在其中结合微型计算机的发动机控制单元114，根据预先存储的程序对来自各传感器的检测信号进行计算处理，从而输出用于电子控制节气门104、可变气门正时机构113和喷油阀131的控制信号。
作为各种传感器，设有：用于检测加速器开度的加速器开度传感器116；用于检测发动机101的进气量Q的气流计115；用于检测曲轴120的转动角的曲柄角传感器117；用于检测节气门103b开度TVO的节气门传感器118；用于检测发动机101的冷却水温度的水温传感器119；用于检测进气凸轮轴134的转动相位的凸轮角传感器132，进气凸轮轴134的相位可通过可变气门正时机构113变化；和设置用于排气凸轮轴110的缸识别传感器133，用于识别处于基准活塞位置的缸。
曲柄角传感器117包括：同轴支承在曲轴120上的信号板117a；布置在信号板117a上待检测的可检测部分117b；和用于检测可检测部分117b的传感器元件117c。从而，如图4所示，曲柄角传感器117将各缸的上死点(TDC)作为起点输出一系列单位曲柄角信号POS，每一个POS在每10度的曲柄角处上升。
这里，设定单位曲柄角信号POS，使信号在各气缸上死点之前60(度)和70(度)的特定转动位置消失。即，在对应于发动机101中的缸间冲程相位差的每180(度)曲柄角处，不会输出两个连续的单位曲柄角信号POS。
附带地，可以使用这样的曲柄角传感器，其对于每个冲程相位差，可在信号不消失的情况下单独地输出单位曲柄角信号POS和基准曲柄角信号。
另外，如图3所示，缸识别传感器133包括：同轴支承在排气(EX)凸轮轴110上的信号板133a；待检测的可检测部分133b，它们以这样的方式布置在信号板133a上以每90(度)的间隔隔开的位置处，即，使得各位置的可检测部分的数量彼此互相不同；和用于检测可检测部分133b的传感元件133c。从而，如图4所示，缸识别传感器133输出缸识别信号，通过脉冲指示出在对应于缸间冲程相位差的每180度曲柄角处位于基准活塞位置上的缸的缸号。
另外，如图3所示，凸轮角传感器132包括：同轴支承在进气(INT)凸轮轴134上的信号板132a；以每45(度)的等角间距布置在信号板132a上的待检测的8个可检测部分132b；和用于检测可检测部分132b的传感元件132c。因而，如图4所示，凸轮角传感器132在每90度曲柄角(degCA)处输出用于检测进气凸轮轴134的相位的凸轮角信号。
注意到，待检测的各个可检测部分117b、133b和132b可直接形成在上述各轴上。
另外，本实施例中的点火以1号缸(cyl)→3号缸→4号缸→2号缸的顺序进行。
发动机控制单元114基于单位曲柄角信号POS的周期变化，检测在上死点之前50(度)位置处输出的单位曲柄角信号POS。然后，发动机控制单元114清空计数器CRACNT1的值，该值在每次在上死点之前50(度)位置处输入三个单位曲柄角信号POS时进行累加。
另外，发动机控制单元114清空计数器CRACNT2的值，该值在每次计数器CRACNT1的值到“4”时在每次输入三个单位曲柄角信号POS的时候进行累加。
然后，发动机控制单元114在从计数器CRACNT2的清空到其下次清空的时段内对缸识别信号的产生频率进行计数，并根据计数数据识别下一个到达压缩上死点的缸，从而根据识别结果更新缸识别值CTYLCNT。
例如，当在从计数器CRACNT2的清空到其下次清空的时段内输出三个缸识别信号时，判断出下一个到达压缩上死点的缸是4号缸，并且在计数器CRACNT2清空时缸识别值CTYLCNT从“3”变为“4”。
发动机控制单元114根据缸识别值CTYLCNT指定进行喷油或点火的缸。
另外，发动机控制单元114通过对单位曲柄角信号POS进行计数并通过时间测量，在计数器CRACNT2的清空之后检测相位角FA1和FA2直到输出两个凸轮角信号。
然后，发动机控制单元114根据最新检测的相位角FA获得进气凸轮轴134的实际转动相位，从而反馈控制可变气门正时机构113，使实际转动相位接近目标转动相位。
根据上述实施例，因为在每90(度)曲柄角处输出凸轮角信号，所以转动相位的检测值在每90(度)(相邻缸之间的冲程相位差的一半)曲柄角处更新。因此，可以防止转动相位的更新周期在诸如空转时间的低转速区域延长，从而导致转动相位控制精度的降低。
附带地，在上述实施例中，在凸轮角传感器132的信号板132a上等角间距处布置有8个待检测的可检测部分132b。然而，可检测部分132b能够以整n倍(n≥2)于缸数量(＝4)的数量等间距布置。例如，如果等间距布置12个或16个待检测的可检测部分，那么更新周期能够进一步缩短。
下面将描述第二实施例，其中本发明用于V型六缸发动机。
图5表示第二实施例中的凸轮角传感器132、缸识别传感器133和曲柄角传感器117的配置。
图5所示的V型六缸发动机在左右列上均包括三个缸。在左列L上设有排气凸轮轴110L和进气凸轮轴134L，而在右列R上设有排气凸轮轴110R和进气凸轮轴134R。
设置可变气门正时机构113用于每个进气凸轮轴134L和进气凸轮轴134R，同样，设置凸轮角传感器132L和132R分别用于进气凸轮轴134L和进气凸轮轴134R。
排气凸轮轴110L和110R设置成以相对于曲轴120的指定角相位转动，并分别设有缸识别传感器133L和133R。
曲柄角传感器117以脉冲信号的形式输出单位曲柄角信号POS，它在每10(度)曲柄角处上升。然而，单位曲柄角信号POS设定成不在各缸上死点之前60(度)和70(度)的转动位置处输出(参照图6和图7)。
在本实施例的六缸发动机中，因为相邻缸之间的冲程相位差设定为120(度)曲柄角，所以两个连续的单位曲柄角信号POS在每120(度)曲柄角处消失。
各缸识别传感器133L和133R在每120(度)凸轮轴转动角处输出缸识别信号，从而在对应于包括在各列中的三个缸之间的冲程相位差的每240(度)曲柄角处进行缸识别(参照图6)。
具体地说，各缸识别传感器133L和133R在每120(度)凸轮轴转动角处，以一个脉冲信号→一个脉冲信号→两个脉冲信号的顺序产生脉冲信号。这里，设定待检测的可检测部分133b，使得在产生一个脉冲信号的时刻与在产生一个脉冲信号之后的120(度)产生两个脉冲信号的时刻之间的中间时间段内产生两个附加的脉冲信号。
另外，设定缸识别传感器133L和缸识别传感器133R，使得脉冲产生周期在其每120(度)的相位彼此偏差半个周期。
因此，由于在每120(度)输出的每个脉冲信号与从另一缸识别传感器133输出的两个附加脉冲信号同步，因此通过判断该同步，可以识别以每120(度)的间隔出现并输出的每一个脉冲信号。
另外，各凸轮角传感器132L和132R在凸轮轴的每60(度)(与曲柄角120(度)相对应)的等间距处布置有6个待检测的可检测部分132b，并检测6个可检测部分132b以输出凸轮角信号(参照图7)。
然后，在各列中测量每一个角度FAL和FAR，从而在每120(度)曲柄角处检测各列中的进气凸轮轴的转动相位，所述角度FAL和FAR是从根据未输出单位曲柄角信号POS的位置检测到的在每120(度)曲柄角处的基准曲柄角位置、到从每个凸轮角传感器132L和132R在每120(度)曲柄角输出的凸轮角信号。
因此，可以防止转动相位检测值的更新周期在诸如空转时间的低转速区域过度延长而导致转动相位控制精度的显著降低。
附带地，在上述实施例中，配置为，在V型六缸发动机中，在凸轮轴的每60(度)的等间距处布置有待检测的六个可检测部分，以在凸轮轴的每60(度)处输出凸轮角信号。然而，该配置可以是，可检测部分以整数n倍(n≥2)于缸数量(＝3)的数量等间距布置，例如可以等间距布置9个或12个待检测的可检测部分。
另外，在直列六缸发动机的情况下，在凸轮轴的信号板上等间距布置12个待检测的可检测部分，输出每个待检测的可检测部分的检测信号作为凸轮角信号，从而可在每60(度)处(相当于缸间冲程相位差的120(度)的一半))更新转动相位的检测值。
即，应用本发明的内燃机不限于直列四缸发动机或V型六缸发动机。
此处引入2005年3月17日提交的日本专利申请No.2005-076245的全部内容作为参考并要求其优先权。
虽然仅选择了所选的实施例来阐述本发明，但是本领域中的技术人员将从本公开中了解到，在不脱离所附权利要求限定的本发明范围的情况下，可以进行各种改变和修改。
另外，根据本发明实施例的前述描述仅用于说明，而不是为了与所附权利要求及其等同物一样限定本发明。

Claims (16)

1.一种用于检测内燃机凸轮轴的转动位置的凸轮角检测装置，包括：
转动件，其与所述凸轮轴一体转动；
待检测的可检测部分，其设在所述转动件上；和
传感器，其检测所述可检测部分以输出凸轮角信号，
其中所述可检测部分以等角间距布置在所述转动件上，所述可检测部分的数量为缸数量的整数n倍，n≥2，每个缸都具有由所述凸轮轴驱动的发动机气门。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可检测部分以等角间距布置在所述转动件上，其数量为缸数量的整2倍，所述缸分别具有由所述凸轮轴驱动的发动机气门。
3.一种用于内燃机的凸轮相位检测装置，该内燃机设有可变气门正时机构，该机构改变凸轮轴相对于曲轴的转动相位从而改变发动机气门的气门正时，所述检测装置包括：
凸轮角检测器，其输出表示所述凸轮轴转动位置的凸轮角信号；
曲柄角检测器，在对应于所述内燃机缸之间的冲程相位差的每个曲柄角处检测所述曲轴的转动位置，以输出基准角信号；和
测量部分，测量所述凸轮角信号和所述基准角信号之间的相位差，
其中所述凸轮角检测器构成为在能够与所述凸轮轴关联转动的转动件上设置待检测的可检测部分，所述可检测部分以等角间距布置，其数量为缸数量的整数n倍，n≥2，每个缸都具有由所述凸轮轴驱动的发动机气门，所述可检测部分由传感器检测，从而输出所述凸轮角信号。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述测量部分测量每个所述凸轮角信号与正好在每个所述凸轮角信号之前输出的每个所述基准角信号之间的相位差。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，由所述凸轮角信号表示的输出位置在限定于每个所述基准角信号之间的角度范围内变化。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述可检测部分以等角间距布置在所述转动件上，其数量为缸数量的整2倍，每个缸都具有由所述凸轮轴驱动的发动机气门。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括；
控制部分，基于由所述测量部分测量的相位差计算用于所述可变气门正时机构的反馈控制信号，从而输出计算得到的反馈控制信号。
8.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：
缸识别信号输出装置，在所述曲轴的两转形成一个周期的情况下，在每个所述基准角信号的输出期间输出不同数量的缸识别信号；
计数器，在每个所述基准角信号的输出期间对所述缸识别信号的发生频率进行计数；和
缸识别部分，基于所述计数器的计数值，在每个所述基准角信号的输出正时处，识别将处于预定活塞位置的缸。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述内燃机包括驱动进气门的第一凸轮轴和驱动排气门的第二凸轮轴；
所述可变气门正时机构和所述凸轮角检测器布置在所述第一凸轮轴上；并且
所述缸识别信号输出装置检测所述第二凸轮轴的转动位置以输出所述缸识别信号。
10.一种用于内燃机的凸轮相位检测装置，该内燃机设有可变气门正时机构，该机构改变凸轮轴相对于曲轴的转动相位从而改变发动机气门的气门正时，所述检测装置包括：
凸轮角检测装置，用于输出表示所述凸轮轴转动位置的凸轮角信号；
曲柄角检测装置，用于在对应于所述内燃机缸之间的冲程相位差的每个曲柄角处检测所述曲轴的转动位置，以输出基准角信号；和
测量装置，用于测量所述凸轮角信号和所述基准角信号之间的相位差，
其中所述凸轮角检测装置在与所述凸轮轴关联转动的转动件上设有待检测的可检测部分，所述可检测部分以等角间距布置，其数量为缸数量的整数n倍，n≥2，每个缸都具有由所述凸轮轴驱动的发动机气门，并且所述凸轮角检测装置检测所述可检测部分，从而输出所述凸轮角信号。
11.一种用于内燃机的凸轮相位检测方法，该内燃机设有可变气门正时机构，该机构改变凸轮轴相对于曲轴的转动相位从而改变发动机气门的气门正时，所述检测方法包括以下步骤：
输出表示所述凸轮轴转动位置的凸轮角信号；
在对应于所述内燃机缸之间的冲程相位差的每个曲柄角处检测所述曲轴的转动位置，以输出基准角信号；并且
测量所述凸轮角信号和所述基准角信号之间的相位差，
其中所述输出凸轮角信号的步骤输出的所述凸轮角信号的数量为缸数量的整数n倍，n≥2，所述缸分别具有由所述凸轮轴驱动的发动机气门。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述测量相位差的步骤测量每个所述凸轮角信号与正好在每个所述凸轮角信号之前输出的每个所述基准角信号之间的相位差。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述输出凸轮角信号的步骤响应于所述凸轮轴转动相位的变化，在限定于每个所述基准角信号之间的角度范围内改变所述凸轮角信号的输出正时。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述凸轮轴的每一转内，所述输出凸轮角信号的步骤输出的凸轮角信号的数量为缸数量的2倍，所述缸具有由所述凸轮轴驱动的发动机气门。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
基于所述测量到的相位差计算用于所述可变气门正时机构的反馈控制信号。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
在所述曲轴的两转形成一个周期的情况下，在每个所述基准角信号的输出期间输出不同数量的缸识别信号；
在每个所述基准角信号的输出期间对所述缸识别信号的发生频率进行计数；并且
基于所述计数值，在每个所述基准角信号的输出正时处，识别处于预定活塞位置的缸。
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