DE102004049158A1

DE102004049158A1 - Ventilsteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004049158A1
Application number: DE102004049158A
Authority: DE
Inventors: Hideji Kariya Tani
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2005-06-02
Also published as: US20050076867A1; US7121240B2; JP2005133708A

Abstract

Eine Ventilsteuerungsvorrichtung wird durch einen Motor (12) angetrieben. Die Ventilsteuerungsvorrichtung weist eine Steuerungsschaltung (150) und eine Antriebsschaltung (110) auf. Die Antriebsschaltung (110) treibt einen Motor (12) auf der Grundlage eines Steuerungssignals, das durch die Steuerungsschaltung (150) erzeugt wird, und eines Drehpositionssignals, das durch einen Drehpositionssensor (18u, 18v, 18w) erzeugt wird, an. Die Antriebsschaltung (110) erzeugt ein Drehzahlsignal, das eine Ist-Drehzahl des Motors darstellt, entsprechend dem Drehpositionssignal und überträgt das Drehzahlsignal zu der Steuerungsschaltung (150).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilsteuerungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, die durch einen elektrischen Motor angetrieben wird. Die Ventilsteuerungsvorrichtung verändert eine Ventilzeitsteuerung oder einen Ventilhub eines Einlassventils und/oder eines Auslassventils der Verbrennungskraftmaschine.

Wie es in der JP-U-4-105906A gezeigt ist, verändert eine Ventilsteuerungsvorrichtung eine Ventilzeitsteuerung eines Einlassventils und/oder eines Auslassventils durch ein Drehmoment eines elektrischen Motors. Alternativ hierzu verändert die Ventilsteuerungsvorrichtung einen Ventilhub eines Einlassventils und/oder eines Auslassventils durch ein Drehmoment eines elektrischen Motors, wie es in der JP-11-324625A gezeigt ist.

Bei einer derartigen Ventilsteuerungsvorrichtung wird ein elektrischer Strom, der dem Motor von einer Antriebsschaltung bzw. Ansteuerungsschaltung zugeführt wird, durch eine Steuerungsschaltung gesteuert. Ein Steuerungssignal wird in der Steuerungsschaltung entsprechend einem Drehzahlsignal erzeugt, das durch einen Drehsensor erfasst wird, der eine Ist-Drehzahl des Motors erfasst. Ein Drehpositionssignal des Motors wird durch einen Drehpositionssensor erfasst. Der Betrieb des Motors wird auf der Grundlage des Steuerungssignals und des Drehpositionssignals gesteuert.

Die herkömmliche Ventilsteuerungsvorrichtung, die durch den elektrischen Motor angetrieben bzw. angesteuert wird, benötigt den Drehzahlsensor und den Drehpositionssensor unabhängig. Somit wird die Größe der Ventilsteuerungsvorrichtung groß und die Produktionskosten steigen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ventilsteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die kompakt ist und deren Produktionskosten verringert sind.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 definierten Maßnahmen gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung stellt eine Ventilsteuerungsvorrichtung eine Ventileigenschaft unter Verwendung eines Drehmoments eines Motors ein. Die Ventilsteuerungsvorrichtung umfasst eine Steuerungsschaltung, einen Drehpositionssensor und eine Antriebsschaltung. Die Steuerungsschaltung erzeugt ein Steuerungssignal. Der Drehpositionssensor erfasst eine Drehposition des Motors und erzeugt ein Drehpositionssignal. Die Antriebsschaltung treibt den Motor auf der Grundlage des Steuerungssignals und des Drehpositionssignals an, erzeugt ein Drehzahlsignal, das eine Ist-Drehzahl des Motors darstellt, auf der Grundlage des Drehpositionssignals und überträgt das Drehzahlsignal zu der Steuerungsschaltung.

Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind, besser ersichtlich. Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild, das eine Motorsteuerungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 eine Querschnittsansicht einer Ventilzeitsteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III in 2,
4 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IV-IV in 2,
5 ein Zeitablaufdiagramm zur Beschreibung des Betriebs der Motorsteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
6 ein schematisches Schaltungsdiagramm eines Stromzufuhrteils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
7 ein Zeitablaufdiagramm zur Beschreibung des Betriebs der Motorsteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
8 ein Blockschaltbild, das eine Motorsteuerungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
9 eine geneigte perspektivische und teilweise aufgeschnittene Ansicht eines wesentlichen Teils einer Ventilhubsteuerungsvorrichtung,
10 eine geneigte perspektivische Ansicht eines wesentlichen Teils einer Betätigungseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
11 eine Seitenansicht des wesentlichen Teils der Betätigungseinrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
12 ein Blockschaltbild, das eine Motorsteuerungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt, und
13 ein Blockschaltbild, das eine Motorsteuerungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Unter Bezugnahme auf 2 bis 4 ist nachstehend ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben. Eine Ventilzeitsteuerungsvorrichtung 13 ist in einem Drehmomentübertragungssystem von einer Kurbelwelle zu einer Nockenwelle 11 angeordnet. Die Ventilzeitsteuerungsvorrichtung 10, auf die nachstehend als VTC 10 bezug genommen wird, verändert eine Ventilzeitsteuerung eines Einlassventils und eines Auslassventils unter Verwendung eines Drehmoments eines elektrischen Motors 12, der durch eine Motorsteuerungsvorrichtung 100 gesteuert wird.
Der elektrische Motor 12 ist ein bürstenloser Drei-Phasen-Motor mit einer Motorwelle 14, einem Lager bzw. Kugellager 16, Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w als Drehpositionssensoren und einem Stator bzw. Ständer 20.
Die Motorwelle l4 wird durch eine Paar von Lagern oder Kugellagern 16 gehalten und dreht sich im Uhrzeigersinn/gegen den Uhrzeigersinn um eine Achse "0". Gemäß 3, wenn sich die Motorwelle 14 im Uhrzeigersinn dreht, wird es bezeichnet, dass sich die Motorwelle 14 in eine normale Richtung dreht. Wenn sich die Motorwelle 14 gegen den Uhrzeigersinn dreht, wird es bezeichnet, dass sich die Motorwelle 14 in eine Umkehrrichtung dreht. Ein Rotor 15 ist bei der Motorwelle 14 bereitgestellt und weist acht Magneten 15a darin auf. Jeder der Magneten 15a ist um die Achse "0" in regelmäßigen Intervallen angeordnet und weist einen unterschiedlichen Magnetpol zwischen benachbarten Magneten 15a auf, der bei der Außenfläche des Rotors 15 erzeugt wird. Die drei Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w sind um die Achse "0" in regelmäßigen Intervallen in der Nähe des Rotors 15 angeordnet.
In 5 sind Signale gezeigt, die durch die Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w erfasst werden, die mit "Su", "Sv", "Sw" bezeichnet sind. Wenn der Nordpolmagnet 15a sich in einem Winkelbereich W_θ von +/– 22,5° in Bezug auf eine radiale Linie L befindet, die jede der Hall-Effekt-Einrichtung 18u, 18v, 18w kreuzt, erzeugt jede der Hall-Effekt-Einrichtung 18u, 18v, 18w ein hohes Spannungssignal, das mit "H" bezeichnet ist. Demgegenüber erzeugt, wenn der Südpolmagnet 15a sich in dem Winkelbereich W_θ befindet, jede der Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w ein niedriges Spannungssignal, das mit "L" bezeichnet ist. Die durch die Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w erfassten Signale werden zwischen "H" und "L" entsprechend einer Drehposition θ der Motorwelle 14 verändert.
Der Stator 20 ist um die Motorwelle 14 angeordnet. Der Stator 20 weist zwölf Kerne 21 auf, die in regelmäßigen Intervallen um die Achse "0" angeordnet sind, wobei um jeden eine Spule 22 gewickelt ist. Die Spulen 22 sind bei einem Ende in einer Stern-Verbindung verbunden, wie es in 6 gezeigt ist, und sind mit einer Antriebsschaltung 110 der Motorsteuerungsvorrichtung 100 bei dem anderen Ende 23 verbunden. Die mit Strom versorgte Spule 22 erzeugt ein Drehmagnetfeld um die Motorwelle 14 im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn. Wenn das Magnetfeld im Uhrzeigersinn in 3 erzeugt wird, empfangen die Magnete 15a eine derartige Wechselwirkung, dass das Drehmoment in der normalen Richtung an die Motorwelle 14 angelegt wird. Auf ähnliche Weise wird, wenn das Magnetfeld gegen den Uhrzeigersinn erzeugt wird, das Drehmoment in der Umkehrrichtung an die Motorwelle 14 angelegt.
Ein Phasenänderungsmechanismus 30 der VTC 10 weist, wie es in 2 und 4 gezeigt ist, einen Zahnkranz 32, ein Ringzahnrad bzw. Hohlrad 33, eine Exzenterwelle 34, ein Planetengetriebe 35 und eine Ausgabewelle 36 auf.
Der Zahnkranz 32 ist auf der gleichen Achse wie die Ausgabewelle 36 bereitgestellt und dreht sich um die Achse "0" in dieselbe Richtung wie die Motorwelle 14. Der Zahnkranz 32 dreht sich gemäß 4 im Uhrzeigersinn, während die Drehphase in Bezug auf die Kurbelwelle beibehalten wird. Das Ringzahnrad 33 ist ein internes Zahnrad und ist koaxial bei der Innenseite des Zahnkranzes 32 befestigt, um sich mit ihm zusammen zu drehen.
Die Exzenterwelle 34 ist direkt mit der Motorwelle 14 verbunden, um sich mit ihr zu drehen. Das Planetengetriebe 35 ist ein externes Getriebe und ist bei der Innenseite des Ringzahnrades 33 angeordnet, während die zugehörigen Zähne mit den Zähnen des Ringzahnrades 33 in Eingriff sind. Das Planetengetriebe 35 wird koaxial durch die Exzenterwelle 34 getragen und dreht sich um eine Exzenterachse "P". Die Ausgabewelle 36 ist koaxial mit der Nockenwelle 11 durch einen Bolzen verbunden, um sich mit der Nockenwelle 11 um die Achse "0" zu drehen. Die Ausgabewelle 36 weist eine Eingriffsplatte 37 auf, die eine scheibenförmige Platte ist, die die Mittelachse "o" aufweist. Die Eingriffsplatte 37 weist neun Eingriffslöcher 38 auf, die bei regelmäßigen Intervallen um die Achse "0" herum ausgebildet sind. Das Planetengetriebe 35 weist neun Eingriffsvorsprünge 39 um die Exzenterachse "p" auf, die einzeln in Eingriff mit den Eingriffslöchern 38 sind.
Wenn sich die Motorwelle 14 in Bezug auf den Zahnkranz 32 nicht dreht, dreht sich das Planetengetriebe 35 im Uhrzeigersinn mit dem Zahnkranz 32, während die Eingriffsposition mit dem Ringzahnrad 33 beibehalten wird. Da die Eingriffsvorsprünge 39 die Innenoberfläche der Eingriffslöcher 38 drängen, dreht sich die Ausgabewelle 36 im Uhrzeigersinn ohne eine relative Drehung zu dem Zahnkranz 32, wodurch eine Drehphase der Nockenwelle 11 in Bezug auf die Kurbelwelle beibehalten wird.
Wenn sich die Motorwelle 14 gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf den Zahnkranz 32 dreht, dreht sich das Planetengetriebe 35 im Uhrzeigersinn in Bezug auf die Exzenterwelle 34, um eine Eingriffsposition mit dem Ringzahnrad 33 zu verändern. Zu diesem Zeitpunkt steigt die Drängkraft, durch die die Eingriffsvorsprünge 39 die Innenoberfläche der Eingriffslöcher 38 drängen, an, so dass die Drehphase der Ausgabewelle 36 in Bezug auf den Zahnkranz 32 vorgeschoben bzw. beschleunigt wird. Das heißt, die Drehphase der Nockenwelle 11 wird in Bezug auf die Kurbelwelle vorgeschoben bzw. beschleunigt.
Wenn sich die Motorwelle 14 im Uhrzeigersinn in Bezug auf den Zahnkranz 32 dreht, dreht sich das Planetengetriebe 35 gegen den Uhrzeigersinn in Bezug auf die Exzenterwelle 34, um eine Eingriffsposition mit dem Ringzahnrad 33 zu verändern. Zu diesem Zeitpunkt steigt die Drängkraft, durch die die Eingriffsvorsprünge 39 gegen den Uhrzeigersinn die innere Oberfläche der Eingriffslöcher 38 drängen, an, so dass die Drehphase der Ausgabewelle 36 in Bezug auf den Zahnkranz 32 verzögert wird. Das heißt, die Drehphase der Nockenwelle 11 wird in Bezug auf die Kurbelwelle verzögert.
Wie es in 2 gezeigt ist, weist die Motorsteuerungsvorrichtung 100 die Antriebsschaltung 110 und die Steuerungsschaltung 150 auf. Beide Schaltungen 110 und 150 sind schematisch außerhalb des Motors 12 veranschaulicht. Jede der Schaltungen 110, 150 kann jedoch innerhalb oder außerhalb des Motors 12 angeordnet sein.
Die Steuerungsschaltung 150 steuert den elektrischen Strom, der von der Antriebsschaltung 110 dem Motor 12 zugeführt wird, und steuert ebenso eine Zündeinrichtung und eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung der Kraftmaschine. Die Steuerungsschaltung 150 umfasst einen Mikrocomputer, der eine Solldrehzahl Ra der Motorwelle 14 und eine Solldrehrichtung Da der Motorwelle 14 bestimmt. Die Solldrehzahl Ra ist eine absolute Zahl.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist die Steuerungsschaltung 150 mit der Antriebsschaltung 110, einem Drehzahlsensor 160, der die Drehzahl der Kurbelwelle erfasst, und einem Drehzahlsensar 162, der die Drehzahl der Nockenwelle 11 erfasst, verbunden. Die Steuerungsschaltung 150 bestimmt eine Solldrehzahl Ra und die Solldrehrichtung Da auf der Grundlage des Drehzahlsignals Nr, das in der Antriebsschaltung 110 erzeugt wird, und auf der Grundlage der erfassten Signale von den Drehzahlsensoren 160, 162. Um die Solldrehzahl Ra zu bestimmen, wird die Drehzahl der Motorwelle 14 zur Aufrechterhaltung oder Änderung der Drehphase auf der Grundlage der Ist-Drehzahl R der Motorwelle 14 hergeleitet. Die Drehzahlen und die Drehsignale der Kurbelwelle und der Nockenwelle 11 stellen die Ist-Drehzahl R dar. Dann wird die hergeleitete Drehzahl durch die Solldrehzahl Ra ersetzt. Die Steuerungsschaltung 150 erzeugt ein erstes Steuerungssignal und ein zweites Steuerungssignal. Das erste Steuerungssignal wird durch Umwandeln der Solldrehzahl Ra in ein Spannungssignal erhalten und das zweite Steuerungssignal wird durch Umwandeln der Solldrehrichtung Da in ein Spannungssignal erhalten.
Die Antriebsschaltung 110 führt den elektrischen Strom dem Motor 12 zu und steuert diesen. Die Steuerungsschaltung 110 umfasst einen Signalerzeugungsteil 120, einen Rückkopplungssteuerungsteil bzw. Regelungsteil 124 und einen Stromzufuhrteil 126.
Der Signalerzeugungsteil 120 ist mit den Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w über drei Leitungen 130u, 130v, 130w verbunden und ist mit der Steuerungsschaltung 150 über eine Leitung 131 verbunden. Der Signalerzeugungsteil 120 erzeugt das Drehzahlsignal Nr, das die Ist-Drehzahl R darstellt, und überträgt das Drehzahlsignal Nr zu der Steuerungsschaltung 150. Die Ist-Drehzahl R ist eine absolute Zahl der Drehzahl der Motorwelle 14.
Der Signalerzeugungsteil 120 erfasst ein erstes XOR-Gatter bzw. Exklusiv-Oder-Gatter 121, ein zweites XOR-Gatter 122 und ein Invertiergatter bzw. Umkehrgatter 123. Das erste XOR-Gatter 121 empfängt die Signale von den Hall-Effekt- Einrichtung 18v, 18w, das zweite XOR-Gatter 122 empfängt das Signal von dem Hall-Element 18u sowie ein Ausgangssignal von dem ersten XOR-Gatter und das Invertiergatter 123 empfängt das Ausgangssignal von dem zweiten XOR-Gatter. Wie es in 5 gezeigt ist, wird das Ausgangssignal von dem Invertiergatter 123 zwischen dem hohen Spannungssignal, das durch "H" bezeichnet ist, und dem niedrigen Spannungssignal, das durch "L" bezeichnet ist, ausgebildet, wann immer eine Flanke in den erfassten Signalen Su, Sv, Sw erzeugt wird. Während das Ausgangssignal bei der regulären Spannung gehalten wird, dreht sich die Motorwelle 14 einen Winkelbereich X_θ, der etwa zu einem Drittel dem Winkelbereich W_θ entspricht. Somit wird die Ist-Drehzahl R der Motorwelle 14 von einer Zeitdifferenz zwischen benachbarten Flanken hergeleitet. Das heißt, das Ausgangssignal stellt die echte Drehzahl R der Motorwelle 14 indirekt dar und der Signalerzeugungsteil 120 erzeugt das Ausgangssignal als das Drehzahlsignal.
Der Signalerzeugungsteil 120 kann durch einen Mikrocomputer ersetzt werden.
Der Regelungsteil 124 empfängt das erste Steuerungssignal über eine Leitung 132, wobei das erste Steuerungssignal durch die Steuerungsschaltung 150 erzeugt wird. Der Regelungsteil 124 bestimmt eine Spannung Vs, die an den Motor 12 entsprechend dem ersten Steuerungssignal angelegt wird, das die Solldrehzahl Ra darstellt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Regelungsteil 124 mit dem Signalerzeugungsteil 120 verbunden und leitet die Ist-Drehzahl R der Motorwelle 14 entsprechend dem Drehzahlsignal Nr her, das durch den Signalerzeugungsteil 120 erzeugt wird. Der Regelungsteil 124 bestimmt die Spannung Vs auf eine derartige Weise, dass die Ist-Drehzahl R mit der Solldrehzahl Ra, die durch das erste Steuerungssignal dargestellt wird, übereinstimmt. Der Regelungsteil 124 erzeugt ein Befehlssignal, dass der Stromzufuhrteil 12b die Spannung Vs erzeugt.
Der Stromzufuhrteil 126 ist mit dem Regelungsteil 124, der Steuerungsschaltung 150 über eine Leitung 133 zum Empfangen eines zweiten Steuerungssignals und Anschlüssen 23 des Motors 12 verbunden. Der Stromzufuhrteil 126 legt die Spannung Vs an den Motor 12 auf eine derartige Weise an, dass die Solldrehrichtung Da, die durch das zweite Steuerungssignal dargestellt wird, verwirklicht wird. Der Stromzufuhrteil 126 ist mit Leitungen 135u, 135v, 135w verbunden, die jeweils einzeln von den Leitungen 130u, 130v, 130w abzweigen. Der Stromzufuhrteil 136 umfasst eine Invertierschaltung bzw. Umrichterschaltung 127, die eine Brückenschaltung ist, und bestimmt ein Schaltmuster von Schaltelementen 128 entsprechend dem durch die Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w erfassten Signal, dem Befehlssignal von dem Regelungsteil 124 und dem zweiten Steuerungssignal, das die Solldrehrichtung Da darstellt. Der Stromzufuhrteil 128 legt die Spannung an den Draht bzw. die Leitung 128 an, die sich zwischen zwei der mit Strom versorgen Schaltelementen 128 entsprechend dem Schaltmuster befindet.
Der Betrieb der Motorsteuerungsvorrichtung 100 ist nachstehend beschrieben.
Wenn alle Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w normal arbeiten, wird die Spannung des Drehzahlsignals Nr, das durch den Signalerzeugungsteil 120 erzeugt wird, zwischen einer hohen Spannung "H" und einer niedrigen Spannung "L" umgeschaltet, wie es in 5 gezeigt ist, wann immer die Flanke des erfassten Signal bei den regelmäßigen Intervallen ansteigt, in denen sich die Motorwelle 14 um einen Winkel 8 dreht. Die Steuerungsschaltung 150 berechnet die Ist-Drehzahl R der Motorwelle 14 entsprechend der Zeitdifferenz zwischen den benachbarten Flanken des Drehzahlsignals. Die Ist-Drehzahl R wird verwendet, um das Steuerungssignal zu erzeugen.
Wenn zumindest eine der Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w nicht normal arbeitet, wird das erfasste Signal nicht zu dem Signalerzeugungsteil 120 übertragen. Das gestörte Signal, das durch eine doppelpunktiert-gestrichelte Linie in 7 gezeigt ist, verändert die Spannung des Drehzahlsignals Nr nicht. Somit wird die Flanke des Drehzahlsignals Nr bei einer zu der normalen Zeitsteuerung unterschiedlichen Zeitsteuerung erzeugt. Der Winkelbereich X_θ und der benachbarte Winkelbereich X_θ. weisen einen unterschiedlichen Wert auf, so dass sich die Motorwelle 14 um einen nicht-konstanten Winkel in dem Winkelbereich X_θ und in dem Winkelbereich X_θ, dreht. In einer derartigen Situation bestimmt die Steuerungsschaltung 150, dass eine Anomalie in zumindest einer der Hall-Effekt-Einrichtung 18u, 18v, 18w aufgetreten ist, und sendet ein Befehlssignal zu der Antriebsschaltung 110, um den Motor 12 zu stoppen. Die Steuerungsschaltung 150 vergleicht die normale Zeitdifferenz benachbarter Flanken mit der anormalen Zeitdifferenz benachbarter Flanken, um die Anomalie der Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w zu bestimmen.
In dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend beschrieben ist, erzeugt der Signalerzeugungsteil 120 das Drehzahlsignal, das die Ist-Drehzahl R darstellt, entsprechend den durch die Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w erfassten Signalen und sendet das Drehzahlsignal zu der Steuerungsschaltung 150. Folglich ist es nicht erforderlich, einen spezifischen Sensor zur Erfassung der Ist-Drehzahl der Motorwelle 14 neben den Hall-Effekt- Einrichtung 18u, 18v, 18w bereitzustellen, wodurch die VTC 10 kompakt wird und die Herstellungskosten verringert werden.
Des Weiteren stellt, da der Signalerzeugungsteil 120 das Drehzahlsignal Nr auf der Grundlage einer Vielzahl von durch die Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w, die bei unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, erfassten Signalen erzeugt, das Drehzahlsignal Nr die Ist-Drehzahl R der Motorwelle 14 genau dar. Die Steuerungsschaltung 150 kann die Ist-Drehzahl R auf der Grundlage der Flanken des Drehzahlsignals Nr berechnen. Folglich steuert die Steuerungsschaltung 150 den Motor 12 und die Ventilzeitsteuerung genau.
Des Weiteren kann die Steuerungsschaltung 150 die Anomalie des Hall-Elements 18u, 18v, 18w zu einem frühen Zeitpunkt erfassen. Wenn die Steuerungsschaltung 150 die Anomalie der Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w erfasst, sendet die Steuerungsschaltung 150 das Steuerungssignal zu der Antriebsschaltung 110, um den Motor 12 zu stoppen. Somit wird in dem Stromzufuhrteil 126, in dem die Schaltelemente 128 ein-/ausgeschaltet werden, das Schaltelement, das ausgeschaltet werden sollte, nicht irrtümlicherweise eingeschaltet. Folglich kann eine Beschädigung des Motors 12 und der Umrichterschaltung 127 auf Grund eines Überstroms vermieden werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
In 8 ist eine Motorsteuerungsvorrichtung 200 der VTC gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, in der die gleichen Teile und Bauelemente wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die gleichen Bezugszeichen angegeben sind, wobei die Beschreibung derselben nicht wiederholt wird.
Eine Steuerungsschaltung 210 konfiguriert einen Solllaststrom Ia des Motors 12 und die Solldrehrichtung Da zur Aufrechterhaltung oder Änderung der Drehphase. Der Solllaststrom Ia stellt einen erforderlichen Laststrom dar, um die Motorwelle 14 in die Solldrehrichtung zu drehen. Die Drehzahl der Motorwelle 14 zur Änderung oder Aufrechterhaltung der Drehzahl wird auf der Grundlage der Drehzahl der Kurbelwelle und der Nockenwelle 11 sowie der Ist-Drehzahl R berechnet. Der Solllaststrom Ia wird berechnet, um die Drehzahl unter Berücksichtigung der Drehzahl der Kurbelwelle oder der Nockenwelle 11, einer Öltemperatur und der Spannung einer Stromquelle zu bilden. Die Steuerungsschaltung 210 erzeugt ein erstes Steuerungssignal und ein zweites Steuerungssignal, die jeweils dem Solllaststrom Ia bzw. der Solldrehrichtung entsprechen.
Die Antriebsschaltung 220 der Motorsteuerungsvorrichtung 200 umfasst ein Amperemeter 222, das einen Ist-Laststrom I des Motors 12 erfasst, und einen Rückkopplungssteuerungsteil bzw. Regelungsteil 224, der eine Spannung Vs, die an den Motor 12 angelegt wird, auf der Grundlage des ersten Steuerungssignals, das den Solllaststrom Ia darstellt, bestimmt.
Das Amperemeter 222 ist mit der Invertierschaltung bzw. Umrichterschaltung 127 verbunden und erzeugt ein Laststromsignal, das den erfassten Ist-Laststrom I darstellt. Das Amperemeter 222 kann in dem Motor 12 bereitgestellt sein und kann mit der Leitung 22 verbunden sein.
Der Regelungsteil 224 ist mit der Steuerungsschaltung 210 über die Leitung 132 verbunden, um das erste Steuerungssignal zu empfangen, und ist mit dem Stromzufuhrteil 126 verbunden. Der Regelungsteil 224 ist nicht mit dem Signalerzeugungsteil 120 verbunden, aber mit dem Amperemeter 222, um ein Laststromsignal hiervon zu empfangen. Der Regelungsteil 224 bestimmt die angelegte Spannung Vs auf eine derartige Weise, dass der Ist-Laststrom I, der durch das Laststromsignal dargestellt wird, mit dem Solllaststrom Ia, der durch das erste Steuerungssignal dargestellt wird, übereinstimmt. Der Regelungsteil 224 sendet ein Befehlssignal zu dem Stromzufuhrteil 126, um darin die Spannung Vs zu erzeugen.
Das zweite Ausführungsbeispiel weist die gleiche Wirkung wie das erste Ausführungsbeispiel auf.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
In dem dritten Ausführungsbeispiel wird die vorliegende Erfindung bei einer Ventilhubsteuerunqsvorrichtung 300 angewendet. Die Ventilhubsteuerungsvorrichtung 300 wird nachstehend als VLC 300 bezeichnet.
In 9 bis 12 sind wesentliche Teile der VLC 300 gezeigt. Die VLC 300 variiert den maximalen Ventilhub eines Einlassventils unter Verwendung eines Drehmoments eines Motors 320, der durch eine Motorsteuerungsvorrichtung 370 gesteuert wird. Die VLC 300 umfasst eine Betätigungseinrichtung 310, die eine Steuerungswelle 330 in einer Axialrichtung linear antreibt bzw. ansteuert, und einen (nicht gezeigten) Ventilhubmechanismus, der den maximalen Ventilhub des Einlassventils entsprechend der Position der Steuerungswelle 330 verändert.
Wie es in 9 gezeigt ist, ist die Betätigungseinrichtung 310 mit einem Motor 320, der Steuerungswelle 330, einem Übertragungsmechanismus 340, einer Antriebskurvenscheibe 350 (11) und der Motorsteuerungsvorrichtung 370 versehen. Der Motor 320 und die Motorsteuerungsvorrichtung 370 sind Modifikationen des Motors 120 und der Motorsteuerungsvorrichtung 370 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der Motor 320, der in 9 und 12 gezeigt ist, ist ein bürstenloser Drei-Phasen-Motor, der eine Motorwelle 324, die mit einem Motorzahnrad 328 verbunden ist, und eine Leitung 322, die mit der Antriebsschaltung 110 der Motorsteuerungsvorrichtung 370 verbunden ist, aufweist. Der Motor 320 legt das Drehmoment der Motorwelle 324 in der normalen Richtung oder der Umkehrrichtung an. Die Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w sind in dem Motor 320 bereitgestellt, wobei die Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w die Signale entsprechend der Drehposition θ der Motorwelle 324 erzeugen.
Die Steuerungswelle 330 ist mit einem Rahmen 341 des Übertragungsmechanismus 340 bei einem Ende verbunden und ist mit dem Ventilhubmechanismus verbunden. Die Steuerungswelle 330 ist orthogonal zu der Motorwelle 324 des Motors 320. Wie es in 10 und 11 gezeigt ist, weist die Steuerungswelle 330 einen Verbindungsabschnitt 332 auf, der mit einem Verbindungsabschnitt 342, der bei dem Rahmen 341 ausgebildet ist, in Eingriff ist. Beide Verbindungsabschnitte 332, 342 sind durch eine Halteeinrichtung bzw. Klemmschelle miteinander verbunden.
Der Übertragungsmechanismus 340 umfasst einen kastenförmigen Rahmen 341 und eine Walze 344, die durch den Rahmen 341 bei der entgegengesetzten Seite in Bezug auf die Steuerungswelle 341 gehalten wird.
Eine Nockenwelle 352 der Antriebskurvenscheibe 350 ist in dem Rahmen 341 angeordnet, um parallel zu der Motorwelle 324 zu sein. Die Antriebskurvenscheibe 350 weist ein Kurvenscheibenprofil 353 auf, das gleitbar in Kontakt mit der Walze 344 ist. Die Nockenwelle 352 weist ein Nockenzahnrad 354 bei dem entgegengesetzten Ende in Bezug auf die Walze 344 auf. Das Motorzahnrad 328 und das Nockenzahnrad 354 sind in Eingriff miteinander, um ein Reduktionsgetriebe zu bilden.
Ein Drehwinkelbereich, in dem sich das Nockenzahnrad 354 drehen kann, ist durch ein Paar von (nicht gezeigten) Vorsprüngen und Stoppern bzw. Anschlägen 358, 359 definiert.
Wenn sich die Motorwelle 324 dreht, wird das Drehmoment zu der Antriebskurvenscheibe 350 über das Motorzahnrad 328 und das Nockenzahnrad 354 übertragen. Wenn sich die Antriebskurvenscheibe 350 dreht, während sie in Kontakt mit der Walze 344 ist, bewegen sich die Steuerungswelle 330 und der Rahmen 341, der die Walze 344 hält, vorwärts und rückwärts in der Axialrichtung der Steuerungswelle 330. Zu diesem Zeitpunkt variiert oder justiert der Ventilhubmechanismus den maximalen Ventilhub entsprechend der axialen Position der Steuerungswelle 330, die sich entlang dem Kurvenscheibenprofil 353 bewegt.
Wie es in 12 gezeigt ist, konfiguriert die Steuerungsschaltung 372 der Motorsteuerungsvorrichtung 370 die Solldrehzahl Ra und die Solldrehrichtung Da und erzeugt das erste Steuerungssignal entsprechend der Solldrehzahl Ra und das zweite Steuerungssignal entsprechend der Solldrehrichtung Da. Um die Solldrehzahl Ra zu bestimmen, wird die Drehzahl der Motorwelle 14 zur Beibehaltung und Änderung der Drehphase auf der Grundlage der Ist-Drehzahl R der Motorwelle 14 hergeleitet. Die Drehzahlen und Drehsignale der Kurbelwelle und der Nockenwelle 11 stellen die Ist-Drehzahl R dar. Dann wird die hergeleitete Drehzahl durch die Solldrehzahl Ra ersetzt.
In der Motorsteuerungsvorrichtung 370, die mit der Steuerungsschaltung 372 versehen ist, arbeiten der Motor 320, die Motorwelle 324 und die Steuerungsschaltung 372 ebenso wie der Motor 12, die Motorwelle 14, und die Steuerungsschaltung 150 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
In dem dritten Ausführungsbeispiel ist es nicht erforderlich, einen Sensor zur Erfassung der Ist-Drehzahl der Motorwelle 324 neben den Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w bereitzustellen. Somit wird die VLC 300 kompakt und die Herstellungskosten werden verringert.
Des Weiteren stellt, da der Signalerzeugungsteil 390 das Drehzahlsignal Nr auf der Grundlage einer Vielzahl von durch die Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w, die bei unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, erfassten Signalen erzeugt, das Drehzahlsignal Nr die Ist-Drehzahl R der Motorwelle 324 genau dar. Die Steuerungsschaltung 372 kann die Ist-Drehzahl R auf der Grundlage der Flanken des Drehzahlsignals Nr berechnen. Folglich steuert die Steuerungsschaltung 372 den Motor 320 und den Ventilhub genau.
Des Weiteren kann die Steuerungsschaltung 372 die Anomalie des Hall-Elements 18u, 18v, 18w zu einem frühen Zeitpunkt erfassen. Wenn die Steuerungsschaltung 372 die Anomalie der Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w erfasst, sendet die Steuerungsschaltung 372 das Steuerungssignal zu der Antriebsschaltung 110, um den Motor 320 zu stoppen. Somit wird in dem Stromzufuhrteil 16, in dem die Schaltelemente 128 ein-/ausgeschaltet werden, das Schaltelement, das ausgeschaltet werden sollte, nicht irrtümlicherweise eingeschaltet. Folglich kann die Beschädigung des Motors 320 und der Umrichterschaltung 127 auf Grund eines Überstroms vermieden werden.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
In 13 ist eine Motorsteuerungsvorrichtung 290 für die VTC gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel gezeigt, in der die gleichen Teile und Bauelemente wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszeichen angegeben sind, wobei die Beschreibung derselben nicht wiederholt wird.
Eine Steuerungsschaltung 410 konfiguriert einen Solllaststrom Ia des Motors 320 und die Solldrehrichtung Da zur Beibehaltung oder Änderung des Ventilhubs. Der Solllaststrom Ia stellt einen erforderlichen Laststrom dar, um die Motorwelle 324 in die Solldrehrichtung zu drehen. Die Drehzahl der Motorwelle 324 zur Änderung oder Aufrechterhaltung des Ventilhubs wird auf der Grundlage der Drehzahl der Kurbelwelle und der Nockenwelle sowie der Ist-Drehzahl R der Motorwelle 324 berechnet. Der Solllaststrom Ia wird berechnet, um die Drehzahl unter Berücksichtigung der Drehzahl der Kurbelwelle oder der Nockenwelle, einer Öltemperatur und der Spannung einer Stromquelle zu bilden. Die Steuerungsschaltung 410 erzeugt das erste Steuerungssignal und das zweite Steuerungssignal, die jeweils dem Solllaststrom Ia bzw. der Solldrehrichtung entsprechen.
Die Steuerungsschaltung 420 umfasst ein Amperemeter 422, das mit der Umrichterschaltung 127 verbunden ist, und das ein Laststromsignal durch Erfassen eines Ist-Laststromes I des Motors 320 erzeugt. Das Amperemeter 420 kann in dem Motor 320 angeordnet sein und mit einer Leitung 322 verbunden sein.
Ein Rückkopplungssteuerungsteil bzw. Regelungsteil 424 der Antriebsschaltung 420 ist nicht mit dem Signalerzeugungsteil 120, sondern mit dem Amperemeter 422 verbunden, um das Laststromsignal zu empfangen. Der Regelungsteil 424 bestimmt eine angelegte Spannung Vs als einen Steuerungswert, der den Laststrom I, der durch das Laststromsignal dargestellt wird, mit dem Solllaststrom Ia, der durch das erste Steuerungssignal dargestellt wird, übereinstimmen lässt.
Das vierte Ausführungsbeispiel weist die gleiche Wirkung wie das vorstehend beschriebene dritte Ausführungsbeispiel auf.
In allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen können die durch die Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w erfassten Signale zu der Steuerungsschaltung 150, 210, 372, 410 übertragen werden, damit die Steuerungsschaltung 150, 210, 372, 410 ebenso als der Signalerzeugungsteil 120 fungiert.
Die Ist-Drehzahl R der Motorwelle 14, 324 kann die Drehrichtung darstellen. Die Drehrichtung kann von einer Reihenfolge der Flanken in den Signalen, die durch die Hall-Effekt-Einrichtungen 18u, 18v, 18w erfasst werden, hergeleitet werden.
In dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel kann das erste Steuerungssignal lediglich auf der Grundlage des Signals, das durch den Drehsensor 160, 162 erfasst wird, erzeugt werden.
In dem ersten und dem dritten Ausführungsbeispiel ist die Solldrehzahl Ra eine absolute Zahl, die die Drehrichtung nicht zeigt. Die Solldrehzahl Ra kann eine Zahl sein, die die Drehrichtung darstellt.
In den ersten bis vierten Ausführungsbeispielen können Magnetorestriktiver-Effekt-Elemente als Drehpositionssensoren an Stelle der Hall-Effekt-Einrichtungen verwendet werden. In dem dritten und dem vierten Ausführungsbeispiel kann die VLC den Ventilhub des Einlassventils und/oder des Auslassventils einstellen.
Wie es vorstehend beschrieben ist, wird die Ventilsteuerungsvorrichtung durch einen Motor (12) angetrieben. Die Ventilsteuerungsvorrichtung weist eine Steuerungsschaltung (150) und eine Antriebsschaltung (110) auf. Die Antriebsschaltung (110) treibt einen Motor (12) auf der Grundlage eines Steuerungssignals, das durch die Steuerungsschaltung (150) erzeugt wird, und eines Drehpositionssignals, das durch einen Drehpositionssensor (18u, 18v, 18w) erzeugt wird, an. Die Antriebsschaltung (110) erzeugt ein Drehzahlsignal, das eine Ist-Drehzahl des Motors darstellt, entsprechend dem Drehpositionssignal und überträgt das Drehzahlsignal zu der Steuerungsschaltung (150).

Claims

Ventilsteuerungsvorrichtung zum Einstellen einer Ventileigenschaft unter Verwendung eines Drehmoments eines Motors (12), wobei die Ventilsteuerungsvorrichtung umfasst: eine Steuerungsschaltung (150), die ein Steuerungssignal erzeugt, einen Drehpositionssensor (18u, 18v, 18w), der eine Drehposition des Motors (12) erfasst und ein Drehpositionssignal erzeugt, und eine Antriebsschaltung (120) zum Antreiben des Motors (12) auf der Grundlage des Steuerungssignals und des Drehpositionssignals, wobei die Antriebsschaltung (120) ein Drehzahlsignal, das eine Ist-Drehzahl des Motors darstellt, auf der Grundlage des Drehpositionssignals erzeugt, wobei die Antriebsschaltung (120) das Drehzahlsignal zu der Steuerungsschaltung überträgt.
Ventilsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Drehpositionssensor (18u, 18v, 18w) eine Hall-Effekt-Einrichtung umfasst.
Ventilsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Vielzahl der Drehpositionssensoren (18u, 18v, 18w) bereitgestellt ist und die Antriebsschaltung (110) das Drehpositionssignal von jedem der Drehpositionssensoren (18u, 18v, 18w) individuell empfängt.
Ventilsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Antriebsschaltung (110) das Drehpositionssignal empfängt, dessen Spannung entsprechend der Drehposition des Motors (12) variiert wird, und die Antriebsschaltung (110) eine Spannung des Drehzahlsignals zwischen einer hohen Spannung und einer niedrigen Spannung zu der Zeit jeder Flanke des Drehpositionssignals ändert.
Ventilsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Steuerungsschaltung (150) bestimmt, dass zumindest einer der Drehpositionssensoren (18u, 18v, 18w) eine Anomalie aufweist, wenn Flanken der Drehpositionssignale in einer Periode erzeugt werden, die sich von einer vorbestimmten Periode unterscheidet.
Ventilsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerungsschaltung (150) das Steuerungssignal auf der Grundlage des Drehzahlsignals erzeugt.
Ventilsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuerungsschaltung (150) einen Betrieb einer Kraftmaschine steuert.
Ventilsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Ventilsteuerungsvorrichtung (10) die Ventilzeitsteuerung einstellt, die eine der Ventileigenschaften ist.
Ventilsteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Ventilsteuerungsvorrichtung (300) den maximalen Ventilhub einstellt, der eine der Ventileigenschaften ist.