DE102005012683A1

DE102005012683A1 - Ventilzeitsteuervorrichtung und -verfahren für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102005012683A1
Application number: DE102005012683A
Authority: DE
Inventors: Naoki Isesaki Okamoto; Masahiko Atsugi Watanabe; Yoshiyuki Atsugi Kobayashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2005-10-13
Also published as: CN1670350A; US7441524B2; US20050205030A1

Abstract

In einem Aufbau mit einem variablen Ventilzeitsteuermechanismus, der die Öffnungs-/Schließzeit eines Einlassventils und/oder Auslassventils durch eine Variation der Drehphase einer Nockenwelle in Bezug auf eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors variiert, wird die Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt unabhängig von der Drehperiode der Nockenwelle erfasst und wird der variable Ventilzeitsteuermechanismus auf der Basis der erfassten Drehphase gesteuert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die eine Ventilzeit (eine Öffnungs-/Schließzeit) eines Einlassventils und/oder Auslassventils des Motors durch eine Variation der Drehphase einer Nockenwelle in Bezug auf eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors variiert.

Eine Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor ist in der japanischen nicht geprüften Patentveröffentlichung Nr. 2000-303865 angegeben. Dieser Typ von herkömmlicher Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor umfasst einen Kurbelwellensensor, der ein Kurbelwellensignal an einer Bezugsdrehposition einer Kurbelwelle ausgibt, und einen Nockensensor, der ein Nockensignal an einer Bezugsdrehposition einer Nockenwelle ausgibt, wobei die Drehphase der Nockenwelle in Bezug auf die Kurbelwelle auf der Basis eines Abweichungswinkels zwischen den Bezugsdrehpositionen festgestellt wird.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau wird eine Drehphase für jeden konstanten Kurbelwinkel (Drehperiode der Nockenwelle) festgestellt. Die Regelung (Ventilzeitsteuerung) auf der Basis eines derartigen Erfassung einer Drehphase wird jedoch allgemein in jeder Mikrozeiteinheit ausgeführt.

Deshalb ist bei einer langsamen Drehung die Erfassungsperiode der Drehphasen länger als die Ausführungsperiode der Ventilzeitsteuerung, sodass die Drehphasen nicht mit einer ausreichenden Frequenz hinsichtlich der Steuerfähigkeit festgestellt werden können. In diesem Fall ergibt sich das Problem, dass eine Abweichung zu einer Zieldrehphase auf der Basis einer anderen Drehphase als der aktuellen Drehphase berechnet wird und eine Rückkopplungsmanipulierte Variable auf der Basis einer falschen Abweichung berechnet wird, wodurch die Steuerfähigkeit beeinträchtigt wird.

Die vorliegende Erfindung nimmt auf die vorstehend beschriebenen Probleme Bezug, wobei es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Fehler zwischen einer tatsächlichen Drehphase und einer für die Steuerung verwendeten Drehphase zu unterdrücken, indem eine Drehphase mit ausreichender Frequenz für die Steuerung erfasst wird, und auch bei einer langsamen Drehung eine sehr schnelle und sehr genaue Ventilzeitsteuerung zu erreichen.

Um diese Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung in einem Aufbau mit einem variablen Ventilzeitsteuermechanismus, der die Öffnungs-/Schließzeit eines Einlassventils und/oder Auslassventils durch eine Variation der Drehphase einer Nockenwelle in Bezug auf eine Kurbelwelle variiert, die Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt unabhängig von der Drehperiode der Nockenwelle erfasst, wobei der variable Ventilzeitsteuermechanismus auf der Basis der erfassten Drehphase gesteuert wird.

Weiterhin wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung in einem Aufbau mit einem variablen Ventilzeitsteuermechanismus, der die Öffnungs-/Schließzeit eines Einlassventils und/oder Auslassventils durch eine Variation der Drehphase einer Nockenwelle in Bezug auf eine Kurbelwelle variiert, die Drehphase in jeder Drehperiode der Kurbelwelle auf der Basis einer Bezugsdrehposition der Kurbelwelle und einer Bezugsdrehposition der Nockenwelle erfasst, wobei die Drehphase zudem zu einem beliebigen Zeitpunkt unabhängig von der Drehperiode der Nockenwelle erfasst werden kann. Wenn die Motordrehgeschwindigkeit kleiner oder gleich einer vorbestimmten Geschwindigkeit ist, wird der variable Ventilzeitsteuermechanismus auf der Basis der zu einem beliebigen Zeitpunkt erfassten Drehphase gesteuert. Und wenn die Motordrehgeschwindigkeit größer als die vorbestimmte Geschwindigkeit ist, wird der variable Ventilzeitsteuermechanismus auf der Basis der in jeder Drehperiode der Nockenwelle erfassten Drehphase gesteuert.

Gemäß dem oben genannten ersten und zweiten Aspekt der Erfindung ist die zu einem beliebigen Zeitpunkt erfasste Drehphase eine Drehphase, die auf der Basis einer Drehposition (eines Winkels) der Kurbelwelle und einer Drehposition (eines Winkels) der Nockenwelle erfasst (berechnet) wird, oder eine Drehphase, die direkt ohne Hilfe der Drehpositionen (Winkel) erfasst wird.

Um eine Abweichung zwischen einer tatsächlichen Drehphase und einer für die Steuerung verwendeten Drehphase auf ein Minimum zu unterdrücken, wird die Erfassungszeit der zu einem beliebigen Zeitpunkt erfassten Drehphase vorzugsweise zu der Steuerperiode des variablen Ventilzeitsteuermechanismus angepasst.

Andere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
1 ist ein Systemdiagramm eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht, die einen variablen Ventilzeitsteuermechanismus (VTC) gemäß der Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Diagramm, das den VTC in einem Zustand einer maximalen Verzögerung zeigt.
4 ist ein Diagramm, das den VTC in einem Zustand maximaler Beschleunigung zeigt.
5 ist ein Diagramm, das den VTC in einem Zustand einer mittleren Beschleunigung zeigt.
6 ist ein Diagramm, das die Befestigung einer Spiralfeder in dem VTC zeigt.
7 ist ein Kurvendiagramm, das die Kennlinie einer Variation in der magnetischen Flussdichte eines Hysteresematerials zeigt.
8 ist ein Diagramm, das eine Hysteresebremse in dem VTC in Entsprechung zu dem Querschnitt entlang von B-B in 2 zeigt.
9 ist ein vergrößerter Ausschnitt von 8 und zeigt die Richtungen der Magnetfelder in der Hysteresebremse.
10 sind schematische Diagramme, in denen der Ausschnitt von 9 in einer linearen Form entwickelt ist, wobei 10A einen magnetischen Fluss in einem Anfangszustand zeigt und wobei 10B einen magnetischen Fluss zeigt, wenn sich ein Hysteresering dreht.
11 ist ein Kurvendiagramm, das die Beziehung zwischen einer Motordrehgeschwindigkeit und einem Bremsdrehmoment des VTC zeigt.
12 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die eine Relativverschiebungs-Erfassungseinrichtung des VTC zeigt.
13 ist ein vergrößerter Ausschnitt von 12.
14 ist ein Diagramm, das schematisch die Relativverschiebungs-Erfassungseinrichtung des VTC zeigt.
15 ist ein Flussdiagramm, das die Ventilzeitsteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
16 sind Diagramme zu der Ventilzeitsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform.
17 sind Diagramme zu einer herkömmlichen Ventilzeitsteuerung.
18 sind Diagramme zu der herkömmlichen Ventilzeitsteuerung.
19 sind Diagramme, die Beispiele für das Setzen von Regelverstärkungen zeigt.
20 ist ein Flussdiagramm, das eine Ventilzeitsteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
21 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitung zum Zurücksetzen einer Zählwerts CPOS für jedes Bezugs-Kurbelwinkelsignal REF zeigt.
22 ist ein Flussdiagramm, das eine Zählverarbeitung für einen Zählwert CPOS für jedes Einheitswinkelsignal POS zeigt.
23 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung zum Erfassen eines Beschleunigungswerts θdet1 für jedes Nockensignal CAM zeigt.
24 ist ein Diagramm, das ein Drehglied und einen Zwischenraumsensor zeigt, die einen Aufbau zum Erfassen der Drehposition einer Nockenwelle bilden.
25 ist ein Kurvendiagramm, das eine Beziehung zwischen einem Zwischenraum und einer Ausgabe aus dem Zwischenraumsensor zeigt.
26 ist ein Kurvendiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Ausgabe aus dem Zwischenraumsensor und einem Drehwinkel der Nockenwelle zeigt.
27 ist ein Flussdiagram, das eine Kraftstoffeinspritzungs- und Zündungs-Zeitsteuerung zeigt.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Diagramm eines Verbrennungsmotors in einem Fahrzeug in Verbindung mit einer Ausführungsform der Erfindung. In 1 ist eine elektronische Drosselsteuerung 104 an einem Einlassrohr 102 eines Verbrennungsmotors 101 vorgesehen. Die elektronische Drosselsteuerung 104 ist eine Einrichtung zum Steuern des Öffnens und Schließens eines Drosselventils 103b durch einen Drosselmotor 103a. Dabei wird Luft über die elektronische Drosselsteuerung 104 und ein Einlassventil 105 in eine Verbrennungskammer 106 des Motors 101 eingesaugt.
Eine Zündkerze 133 ist in jeder Kammer des Motors vorgesehen und sieht eine Funkenzündung vor, um eine Luft/Kraftstoff-Mischung zu zünden und zu verbrennen. Abgas wird aus der Verbrennungskammer 106 über ein Abgasventil ausgeführt, in einem vorderen Katalysator 108 und einem hinteren Katalysator 109 gereinigt und dann in die Atmosphäre ausgegeben.
Das Einlassventil 105 und das Auslassventil 107 werden jeweils durch Nocken geöffnet und geschlossen, die auf einer Einlassseiten-Nockenwelle 134 und einer Auslassseiten-Nockenwelle 110 vorgesehen sind.
Ein variabler Ventilzeitsteuermechanismus (VTC) 113 ist an der Einlassseiten-Nockenwelle 134 vorgesehen.
Der VTC 113 ist ein Mechanismus, der die Öffnungs/Schließzeiten eines Einlassventils 105 variiert, indem er die Drehphase der Einlassseiten-Nockenwelle 134 in Bezug auf eine Kurbelwelle 120 variiert, was weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
Es ist zu beachten, dass der VTC 113 in der vorliegenden Ausführungsform nur auf der Seite des Einlassventils 105 vorgesehen ist. Es kann jedoch auch ein Aufbau vorgesehen werden, in dem ein VTC 113 auf der Seite des Auslassventils 107 zusätzlich oder anstelle des VTC 113 auf der Seite des Einlassventils 105 vorgesehen ist.
Ein elektromagnetisches Kraftstoff-Einspritzventil 131 ist an einer Einlassöffnung 130 in jedem Zylinder vorgesehen, wobei das Kraftstoff-Einspritzventil 131 durch ein Einspritzimpulssignal aus einer Motorsteuereinheit (ECU) 114 geöffnet wird, um Kraftstoff mit einem vorbestimmten Druck zu dem Einlassventil 105 auszustoßen.
Ausgabesignale aus verschiedenen Sensoren werden in die ECU 114 eingegeben. Die ECU 114 umfasst einen Mikrocomputer und steuert die elektronische Drosselsteuerung 104, den VTC 113, die Zündkerze 113 und das Kraftstoffeinspritzventil 131 durch eine Berechnung auf der Basis dieser Signale.
Die verschiedenen Sensoren umfassen einen Beschleunigungspedalsensor APS 116, der die Öffnung eines Gaspedals erfasst, einen Luftflussmesser 115, der die Einlassluftmenge Qa des Motors 101 erfasst, einen Kurbelwinkelsensor 117, der ein Bezugskurbelwinkelsignal REF an einer Bezugsdrehposition jedes Kurbelwinkels von 180 Grad erfasst und ein Einheitswinkelsignal POS an jedem Einheitskurbelwinkel von der Kurbelwelle 120 erfasst, einen Drosselsensor 118, der eine Öffnung TVO des Drosselventils 103b erfasst, einen Wassertemperatursensor 119, der die Kühlwassertemperatur Tw in dem Motor 101 erfasst, einen Nockensensor 132, der ein Nockensignal CAM an einer Bezugsdrehposition bei jedem Nockenwinkel von 90 Grad (einem Kurbelwinkel von 180 Grad) einer Einlassseiten-Nockenwelle 134 erfasst, einen Drucksensor 135, der einen Verbrennungsdruck in der Kammer 106 erfasst, einen Spannungssensor 136, der eine Batteriespannung Vb erfasst, und ähnliche andere Sensoren. Es ist zu beachten, dass die Motordrehgeschwindigkeit Ne auf der Basis einer Periode des Bezugskurbelwinkelsignals REF oder der Anzahl der erzeugten Einheitswinkelsignale POS pro Zeiteinheit berechnet wird.
Im Folgenden wird der Aufbau des VTC-Mechanismus 113 mit Bezug auf 2 bis 14 beschrieben.
Wie in 2 gezeigt, umfasst der VTC-Mechanismus 113 ein Zeitsteuerzahnrad 502, das an dem vorderen Endteil der Nockenwelle 134 vorgesehen ist, relativ gedreht werden kann und über eine Zeitkette (nicht gezeigt) mit der Kurbelwelle 120 verbunden ist, einen Montagewinkel-Betätigungsmechanismus 504, der an einer Innenumfangsseite des Zeitsteuerzahnrads 502 angeordnet ist und einen Montagewinkel zwischen dem Zeitsteuerzahnrad 502 und der Kurbelwelle 134 betätigt, eine Betriebskraft-Erzeugungseinrichtung 505, die an der Rückseite näher an der Nockenwelle 134 als die Montagewinkel-Betätigungsmechanismus 504 angeordnet ist und den Montagewinkel-Betätigungsmechanismus 504 antreibt, eine Relativverschiebungs-Erfassungseinrichtung 506, die den Winkel einer relativen Drehverschiebung (einer Drehphase) der Nockenwelle 134 in Bezug auf das Zeitsteuerzahnrad 502 erfasst, und eine VTC-Abdeckung 532, die auf einer Zylinderkopf-Abdeckung des Zylinderkopfs befestigt ist und die Vorderflächen des Montagewinkel-Betätigungsmechanismus 504 und der Relativverschiebungs-Erfassungseinrichtung 506 bedeckt.
In dem VTC 113 ist ein angetriebenes Wellenglied 507 an dem Endteil der Nockenwelle 134 durch eine Nockenschraube 510 befestigt.
Ein Flansch 507a ist derart vorgesehen das er mit dem angetriebenen Wellenglied 507 verbunden ist.
Das Zeitsteuerzahnrad 502 umfasst einen Zylinderteil 502a mit einem großen Durchmesser, an dem ein Zahnradteil 503 vorgesehen ist, mit dem die Zeitkette verbunden ist, einen Zylinderteil 502b mit kleinem Durchmesser und einen Scheibenteil 502c, der sich zwischen dem Zylinderteil 502a und dem Zylinderteil 502b erstreckt.
Der Zylinderteil 502b ist derart aufgebaut, dass er durch ein Kugellager 530 in Bezug auf einen Flansch 507a des angetriebenen Wellenglieds 507 gedreht werden kann.
Wie in 3 bis 5 (in Entsprechung zu dem Querschnitt entlang von A-A in 2) gezeigt, sind Rillen 508 in einem radialen Muster entlang der Radialrichtungen des Zeitsteuerzahnrads 502 auf der Oberfläche des Scheibenteils 502c neben dem Zylinderteil 502b ausgebildet.
Weiterhin sind drei Vorsprungsteile 509 vorgesehen, die in einem Radialmuster in Radialrichtungen vorstehen und mit der Endfläche des Flanschteils 507a des angetriebenen Wellenglieds 507 auf der Seite der Nockenwelle 134 verbunden sind.
Die Basisenden von drei Verbindungsteilen 511 sind jeweils mit entsprechenden Vorsprungsteilen 509 verbunden, wobei sie um Stifte 512 gedreht werden können.
Zylindrische Ohren 513 sind mit den entsprechenden Rillen 508 verbunden und können frei geschwenkt werden, um mit den oberen Enden der entsprechenden Verbindungsteile 511 verbunden zu werden.
Weil die entsprechenden Verbindungsteile 511 mit dem angetriebenen Wellenglied 507 über Stifte 512 verbunden sind und die entsprechenden Ohren 513 mit den entsprechenden Rillen 508 verbunden sind, werden das Zeitsteuerzahnrad 502 und das angetriebene Wellenglied 507 relativ durch die entsprechenden Verbindungsteile 511 gedreht, wenn die oberen Enden der Verbindungsteile 511 durch eine externe Kraft entlang der Rillen 508 verschoben werden.
Weiterhin sind Aufnahmelöcher 514, die sich zu der Nockenwelle 134 öffnen, an den Ohren 513 der entsprechenden Verbindungsteile 511 ausgebildet.
Ein Verbindungszapfen 516, der mit einem Spiralschlitz 515 (weiter unten beschrieben) verbunden ist, und eine Schraubenfeder 517, die den Verbindungszapfen 516 gegen den Spiralschlitz 515 drückt, sind in dem Aufnahmeloch 514 aufgenommen.
Weiterhin wird ein scheibenförmiges Zwischendrehglied 518 frei schwenkbar durch ein Lager 529 an dem angetriebenen Wellenglied 507 gehalten, das weiter auf der Seite der Nockenwelle 134 angeordnet ist als der Vorsprungsteil 509.
Der Spiralschlitz 515 ist an der Endfläche (auf der Seite des Vorsprungsteils 509) des Zwischendrehglieds 518 ausgebildet, und Verbindungszapfen 516 an den oberen Enden der entsprechenden Verbindungsteile 511 sind mit dem Spiralschlitz 515 verbunden.
Der Spiralschlitz 515 ist derart ausgebildet, dass sich der Durchmesser entlang der Drehrichtung des Zeitsteuerzahnrads 502 graduell reduziert.
Wenn also das Zwischendrehglied 518 relativ in der Verzögerungsrichtung in Bezug auf das Zeitsteuerzahnrad verschoben wird, während die entsprechenden Verbindungszapfen 516 mit dem Spiralschlitz 515 verbunden sind, werden die oberen Endteile der Verbindungszapfen 511 in der Radialrichtung nach innen verschoben, wobei sie durch den Spiralschlitz 515 und die Rillen 508 geführt werden.
Wenn das Zwischendrehglied 518 dagegen relativ in der Beschleunigungsrichtung in Bezug auf das Zeitsteuerzahnrad 502 verschoben wird, werden die oberen Endteile der entsprechenden Verbindungsteile 511 in der Radialrichtung nach außen verschoben.
Der Montagewinkel-Betätigungsteil 504 wird durch die Rillen 508, die Verbindungsteile 511, die Ohren 513, die Verbindungszapfen 516, das Zwischendrehglied 518, den Spiralschlitz 515 und ähnliches des Zeitsteuerzahnrads 502 gebildet.
Wenn eine drehende Betätigungskraft von der Betätigungskraft-Erzeugungseinrichtung 505 auf das Zwischendrehglied 518 ausgeübt wird, werden die oberen Enden der Verbindungsteile 511 in Radialrichtungen verschoben, wobei die Verschiebung als eine Drehkraft übertragen wird, die den Winkel der relativen Verschiebung zwischen dem Zeitsteuerzahnrad 502 und dem angetriebenen Wellenglied 507 über die Verbindungsteile 511 variiert.
Die Betätigungskraft-Erzeugungseinrichtung 505 umfasst eine Spiralfeder 519, die das Zwischendrehglied 518 in der Drehrichtung des Zeitsteuerzahnrads 502 drückt, sowie eine Hysteresebremse 520, die eine Bremskraft erzeugt, die das Zwischendrehglied 518 in einer Richtung drückt, die der Drehrichtung des Zeitsteuerzahnrads 502 entgegengesetzt ist.
Dabei steuert die ECU 114 die Bremskraft der Hysteresebremse 520 in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 101, wobei das Zwischendrehglied 518 in Übereinstimmung damit relativ in Bezug auf das Zeitsteuerzahnrad 502 nach oben zu einer Position gedreht werden kann, an der die Drückkraft der Spiralfeder 519 und die Bremskraft der Hysteresebremse 510 einander ausgleichen.
Wie in 6 gezeigt, ist die Spiralfeder 519 in dem Zylinderteil 502a des Zeitsteuerzahnrads 502 angeordnet, wobei ein äußerer Endteil 519a mit dem Innenumfang des Zylinderteils 502a verbunden ist und ein innerer Teil 519b mit einem Verbindungsschlitz 518b eines Basisteils 518a des Zwischendrehglieds 518 verbunden ist.
Die Hysteresebremse 520 umfasst einen Hysteresering 523, eine elektromagnetische Spule 524, die als Magnetfluss-Steuereinrichtung dient, und ein Spulenjoch 525, das einen Magnetismus der elektromagnetischen Spule 524 induziert.
Der Hysteresering 523 ist an dem hinteren Endteil des Zwischendrehglieds 518 über eine Halteplatte 522 und einen Vorsprung 522a befestigt, die vorgesehen sind, um mit der hinteren Endfläche der Halteplatte 522 verbunden zu werden.
Die Energieversorgung (der Erregerstrom) zu der elektromagnetischen Spule 524 wird durch die ECU 114 in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Motors gesteuert.
Der Hysteresering 523 umfasst einen Zylinderteil 523a und einen scheibenförmigen Zylinderteil 523b, mit dem der Zylinderteil 523a durch eine Schraube 523c verbunden ist.
Dabei ist der Basisteil 523a mit der Halteplatte 522 verbunden, indem entsprechende Vorsprünge 522a in Buchsen 521 pressgepasst sind, die an Positionen mit gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung vorgesehen sind.
Weiterhin ist der Hysteresering 523 aus einem Material ausgebildet, bei welchem der Magnetfluss variiert ist, sodass eine Phasenverzögerung in Bezug auf eine Variation in dem externen Magnetfeld vorgesehen ist (siehe 7), und umfasst einen Zylinderteil 523b, der den Bremseffekt von dem Spulenjoch 525 empfängt.
Das Spulenjoch 525 ist derart ausgebildet, dass es die elektromagnetische Spule 524 umgibt, wobei seine Außenumfangsfläche an einem Zylinderkopf außerhalb der Zeichnung befestigt ist.
Weiterhin wird an der Seite des Innenumfangs des Spulenjochs 525 die Nockenwelle 134 frei schwenkbar über ein Nadellager 528 gehalten, während die Seite des Basisteils 523a des Hystereserings 523 frei schwenkbar durch ein Kugellager 531 gehalten wird.
Ein Paar von einander über einen ringförmigen Zwischenraum zugewandten Flächen 526 und 527 sind an der Seite des Zwischendrehglieds 518 des Spulenjochs 525 ausgebildet.
In dem Paar von Flächen 526 und 527 sind eine Vielzahl von Unebenheiten aufeinander folgend entlang der Umfangsrichtung wie in 8 gezeigt ausgebildet (in Entsprechung zu dem Querschnitt entlang von B-B in 2), wobei konvexe Teile 526a und 527a dieser Unebenheiten einen magnetischen Pol (eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit) bilden.
Konvexe Teile 526a auf der einen Fläche 526 und konvexe Teile 572a auf der anderen Fläche 527 sind alternierend in der Umfangsrichtung angeordnet, wobei benachbarte konvexe Teile 526a und 527a der Flächen 526 und 527 vollständig entlang der Umfangsrichtung versetzt sind.
Dementsprechend wird ein in der Umfangsrichtung abgelenktes Magnetfeld zwischen den benachbarten konvexen Teilen 526a und 527a auf den Flächen 526 und 527 durch die Erregung der elektromagnetischen Spule 524 erzeugt (siehe 9). Es ist zu beachten, dass der Zylinderteil 523a des Hystereserings 523 in dem Zwischenraum zwischen den beiden Flächen 526 und 527 nicht-kontaktierend angeordnet ist.
Im Folgenden wird das Prinzip für den Betrieb der Hysteresebremse 520 mit Bezug auf 10 beschrieben. 10A zeigt einen Zustand, in dem der Hysteresering 523 (das Hysteresematerial) zuerst magnetisiert ist, und 10B zeigt einen Zustand, in de der Hysteresering 523 gegenüber dem Zustand von 10A verschoben (gedreht) ist.
In dem Zustand von 10A wird ein Magnetfluss in dem Hysteresering 523 entlang der Richtung eines Magnetfelds zwischen beiden Flächen 526 und 527 des Spulenjochs 525 (in der Richtung des Magnetfelds von dem konvexen Teil 527a der Fläche 527 zu dem konvexen Teil 526a der Fläche 526) erzeugt.
Wenn der Hysteresering 523 von diesem Zustand zu dem Zustand von 10B übergeht, indem er eine externe Kraft F1 empfängt, wird der Hysteresering 523 in dem externen Magnetfeld verschoben. Deshalb weist der Magnetfluss in dem Hysteresering 523 zu diesem Zeitpunkt eine Phasenverzögerung auf, wobei die Richtung des Magnetflusses in dem Hysteresering 523 in Bezug auf die Richtung des Magnetfelds zwischen den Flächen 526 und 527 verschoben (geneigt) ist.
Dementsprechend sind der Magnetfluss (die Magnetkraftlinien) von dem konvexen Teil 527a der Fläche 527 zu dem Hysteresering 527 und der Magnetfluss (die Magnetkraftlinien) von dem Hysteresering 523 zu dem konvexen Teil 526a der anderen Fläche 526 verzerrt, wobei zu diesem Zeitpunkt eine Gegenzugkraft zur Korrektur der Magnetflüsse zwischen den Flächen 526 und 527 und dem Hysteresering 523 ausgeübt wird, wobei die Gegenzugkraft als eine Verzögerung F2 zum Bremsen des Hystereserings 523 dient.
Wenn nämlich in Bezug auf die Hysteresebremse 520 wie oben beschrieben der Hysteresering 523 in dem Magnetfeld zwischen den Flächen 526 und 527 verschoben wird, wird eine Bremskraft aufgrund einer Divergenz zwischen der Richtung des Magnetflusses und der Richtung des Magnetfeldes in dem Hysteresering 523 erzeugt, wobei die Bremskraft einen konstanten Wert aufweist, der im wesentlichen proportional zu der Stärke des Magnetfeldes ist, d.h. eine Größe eines Erregungsstroms der elektromagnetischen Spule 524 unabhängig von der Drehgeschwindigkeit des Hystereserings 523 aufweist (eine relative Geschwindigkeit zwischen den Flächen 526 und 527 und dem Hysteresering 523).
11 zeigt ein Testergebnis, in dem die Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit und dem Bremsdrehmoment in der Hysteresebremse 520 untersucht wird, während der Erregungsstrom von a zu d geändert wird (a < b < c < d). Das Testergebnis zeigt deutlich, dass in Übereinstimmung mit der Hysteresebremse 520 eine Bremskraft, die immer einem Erregungsstrom entspricht, ohne Einfluss auf die Drehgeschwindigkeit erhalten werden kann.
Wie in 2, 12 und 13 gezeigt, wird die Relativgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung 506 durch einen Magnetfeld-Erzeugungsmechanismus auf der Seite des angetriebenen Wellenglieds 507 und einen Sensormechanismus auf der Seite der VTC-Abdeckung 532 (d.h. auf der Seite der Fixierungseinheit) gebildet und erfasst eine Variation in dem Magnetfeld aus dem Magnetfeld-Erzeugungsmechanismus.
Der Magnetfeld-Erzeugungsmechanismus umfasst eine Magnetbasis 533, die aus einem nicht-magnetischen Material gebildet ist und an dem vorderen Ende des Flansches 507a des angetriebenen Wellenglieds 507 befestigt ist, einen Permanentmagneten 534, der in einer Vertiefung 533a an dem oberen Endteil der Magnetbasis 533 aufgenommen und durch einen Stift 533c befestigt ist, eine Sensorbasis 535, die an dem oberen Ende des Zylinderteils 502b des Zeitsteuerzahnrads 502 befestigt ist, und ein erstes und ein zweites Jochglied 537 und 538, die über eine zylindrische Jochhalterung 536 an der vorderen Endfläche der Sensorbasis 535 befestigt sind. Ein Dichtungsglied 551, das das Eindringen von Schmutz und ähnlichem in den Sensormechanismus verhindert, ist zwischen der Außenumfangsfläche der Magnetbasis 533 und der Innenumfangsfläche der Sensorbasis 535 vorgesehen.
Wie in 12 gezeigt, weist die Magnetbasis 533 einen Satz von vorstehenden Wänden 533b und 533b auf, die eine Vertiefung 533a bilden, die oben und unten geöffnet ist, wobei der Permanentmagnet 534 zwischen den beiden vorstehenden Wänden 533b und 533b aufgenommen ist.
Der Permanentmagnet 534 ist mit einer ovalen Form ausgebildet, die der Form der Vertiefung 533a entspricht, wobei das Zentrum des oberen Endteils und das Zentrum des unteren Endteils jeweils mit den Zentren des Nordpols und des Südpols ausgerichtet sind.
Wie in 12 und 13 gezeigt, umfasst das erste Jochglied 537 einen plattenförmigen Basisteil 537a, der an der Sensorbasis 535 befestigt ist, einen fächerförmigen Jochteil 537b, der mit der Innenumfangskante des Basisteils 537a verbunden ist, und einen zylindrischen zentralen Jochteil 537c, der mit einem Hauptteil des fächerförmigen Jochteils 537b verbunden ist. Die hintere Endfläche des zentralen Jochteils 537c ist an der Vorderfläche des Permanentmagneten 534 angeordnet.
Das zweite Jochglied 538 umfasst einen plattenförmigen Basisteil 538a, der an der Sensorbasis 535 befestigt ist, einen platten- und kreisbogenförmigen Jochteil 538b, der mit der oberen Endkante des Basisteils 538a verbunden ist, und einen ringförmigen Jochteil 538c, der mit dem hinteren Endteil des kreisbogenförmigen Jochteils 538b in derselben Krümmung verbunden ist. Der ringförmige Jochteil 538c ist derart angeordnet, dass er die Außenumfangsseite eines vierten Jochglieds 542 umgibt, wie weiter unten beschrieben wird.
Der Sensormechanismus umfasst eine ringförmige Elementhalterung 540, ein drittes Jochglied 541, das als Richtungsjoch dient, ein flaschenzylinderförmiges viertes Jochglied 542, das als Richtungsjoch dient, eine Kunstharz-Schutzkappe 543, ein Schutzglied 544 und ein Hall-Element 545.
Die Elementhalterung 540 ist an der Innenseite der VTC-Abdeckung 532 angeordnet und stützt den vorderen Endteil der Jochhalterung 536, sodass sich diese frei über ein Kugellager 539 drehen kann, das durch eine Presspassung oder ähnliches fixiert ist. Weiterhin sind wie in 12 gezeigt drei Vorsprungsteile 540a einstückig mit gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung vorgesehen, wobei die Enden von Stiften 546 jeweils in Befestigungslöcher pressgepasst sind, die durch Bohren in den entsprechenden Vorsprungsteilen 540a ausgebildet sind.
Weiterhin wird der äußere Ring des Kugellagers 539 durch die Federkraft einer Schraubenfeder 549 zwischen der Innenfläche der VTC-Abdeckung 532 und einem vierten Jochglied 542 in der Richtung der Nockenwelle 134 gedrückt, wobei in Übereinstimmung damit die Positionierung in der Achsenrichtung bewerkstelligt wird und eine lockere Verbindung verhindert wird.
Weiterhin sind drei Löcher 532a mit gleichmäßigen Abständen in der Umfangsrichtung auf der Innenseite der VTC-Abdeckung 532 ausgebildet, wobei Gummihülsen 547 jeweils in den Löchern 532a befestigt sind. Die anderen Endteile der Stifte 546 werden in Löcher in den Zentren der entsprechenden Gummihülsen 547 eingesetzt, sodass die Elementhalterung 540 an der VTC-Abdeckung 532 gehalten wird. Es ist zu beachten, das ein Stoppkörper 548, der die Öffnungen an den Außenseiten der entsprechenden Haltelöcher 506a verschließt, auf die VTC-Abdeckung 532 geschraubt ist.
Das dritte Jochglied 541 ist im wesentlichen vom Scheibentyp und ist derart angeordnet, dass es dem zentralen Jochteil 537c des ersten Jochglieds 537 zugewandt ist, wobei dazwischen ein Luftzwischenraum G mit einer vorbestimmten Breite (ungefähr 1 mm) angeordnet ist.
Ein Luftzwischenraum G1 ist zwischen der Innenumfangsfläche des ringförmigen Jochteils 538c des zweiten Jochglieds 538 und einer Außenumfangsfläche des Zylinderteils 542b des vierten Jochglieds 542 gebildet.
Das vierte Jochglied 542 ist an dem Innenumfang der Elementhalterung 540 durch eine Schraube oder ähnliches befestigt und umfasst einen scheibenförmigen Basisteil 542a, der an der Elementhalterung 540 befestigt ist, einen Zylinderteil 542b mit kleinem Durchmesser, der mit der seitlichen Endfläche des Hall-Elements 545 des Basisteils 542a verbunden ist, und einen Vorsprung 542c, der an der Bodenwand vorgesehen ist und durch den Zylinderteil 542b umgeben ist. Der Vorsprung 542c ist koaxial mit dem Permanentmagneten 534, dem zentralen Jochglied 537c des ersten Jochglieds 537 und dem dritten Jochglied 541 angeordnet.
Die Schutzkappe 543 ist an der Innenumfangsfläche des Zylinderteils 542b des vierten Jochglieds befestigt und hält das dritte Jochglied 541.
Das Schutzglied 544 ist für die Befestigung an dem Außenumfang eines zylindrischen Vorsprungs 542c und für die Verbindung mit dem Zentrum der Bodenwand des vierten Jochglieds 542 vorgesehen.
Das Hall-Element 545 wird zwischen dem dritten Jochglied 541 und dem Vorsprung 542c des vierten Jochglieds 542 gehalten, wobei ein Anschlussdraht 545a mit der ECU 114 verbunden ist.
Der VTC 113 ist wie oben beschrieben aufgebaut, wobei sich das Zwischendrehglied 518 während der Motordrehung (zum Beispiel während des Leerlaufs vor dem Stoppen), weil die Erregung der elektromagnetischen Spule 524 der Hysteresebremse 520 ausgeschaltet ist, aufgrund der Kraft der Feder 519 maximal in der Drehrichtung des Motors in Bezug auf das Zeitsteuerzahnrad 502 dreht (siehe 3).
In Übereinstimmung damit wird die Drehphase der Nockenwelle 134 in Bezug auf die Kurbelwelle 120 auf der maximalen Verzögerungsseite gehalten, wobei die Ventilzeitsteuerung des Einlassventils 105 maximal verzögert wird (maximale Verzögerung).
Wenn ein Befehl zum Variieren der Drehphase zu der maximalen Verzögerungsseite von der ECU 114 ausgegeben wird, wird die Erregung der elektromagnetischen Spule 524 der Hysteresebremse 520 eingeschaltet, sodass eine Bremskraft gegen die Kraft der Spiralfeder 519 auf das Zwischendrehglied 518 ausgeübt wird. In Übereinstimmung damit wird das Zwischendrehglied in Bezug auf das Zeitsteuerzahnrad 502 gedreht, sodass die Verbindungszapfen 516 an den oberen Enden der Verbindungsteile 511 zu dem Spiralschlitz 515 geführt werden, wobei die oberen Endteile der Verbindungsteile 511 entlang der Vertiefung 508 in der Radialrichtung verschoben werden und wie in 5 gezeigt der Montagewinkel zwischen dem Zeitsteuerzahnrad 502 und dem angetriebenen Wellenglied 307 variiert wird, sodass er aufgrund der Wirkung der Verbindungsteile 511 maximal zu der Beschleunigungsseite variiert wird. Die Drehphase befindet sich also bei der maximalen Beschleunigungsseite, an der die Ventilzeitsteuerung des Einlassventils 105 maximal beschleunigt wird (maximale Beschleunigung).
Wenn ein Befehl zum Variieren der Drehphase aus diesem Zustand (maximale Beschleunigung) zu der maximalen Verzögerung aus der ECU 114 ausgegeben wird, wird die Erregung der elektromagnetischen Spule 524 der Hysteresebremse 520 ausgeschaltet und wird das Zwischendrehglied 518 durch die Kraft der Spiralfeder 519 wieder in der Rückrichtung bewegt. Dabei schwenken die Verbindungsteile 511 in der zu dem oben beschriebenen Fall entgegengesetzten Richtung, weil die Verbindungszapfen 516 durch den Spiralschlitz 515 geführt werden, wobei wie in 3 gezeigt der Montagewinkel zwischen dem Zeitsteuerzahnrad 502 und dem angetriebenen Wellenglied 507 aufgrund der Wirkung der Verbindungsteile 511 zu der Seite der maximalen Beschleunigung variiert wird.
Die durch den VTC 113 variierte Drehphase (der Nockenwelle 134 in Bezug auf die Kurbelwelle) kann durch die Steuerung der Hysteresebremse 520 nicht nur zu den oben beschriebenen Positionen an der Seite der maximalen Verzögerung und an der Seite der maximalen Beschleunigung variiert werden, sondern auch zu einer beliebigen anderen Phase wie etwa dem in 4 gezeigten Zwischenbeschleunigungszustand, wobei die Phase durch den Ausgleich zwischen der Federkraft der Feder 519 und der Bremskraft der Hysteresebremse 520 aufrechterhalten werden kann.
Die Erfassung des relativen Verschiebungswinkels (der Drehphase) durch die Relativverschiebungs-Erfassungseinrichtung 506 wird wie folgt ausgeführt. 14 gibt die Relativverschiebungs-Erfassungseinrichtung 506 schematisch wieder.
Wie in 14 gezeigt, wird eine relative Drehphase zwischen der Nockenwelle 134 und dem Zeitsteuerzahnrad 502 variiert, und wenn der Permanentmagnet 534 der Relativverschiebungs-Erfassungseinrichtung 506 zum Beispiel um einen Winkel θ gedreht wird, wird ein von dem Zentrum P des Nordpols ausgegebenes Magnetfeld Z zu dem fächerförmigen Jochteil 537b des ersten Jochglieds 537 und dem zentralen Jochteil 537c übertragen, wobei das Magnetfeld Z weiterhin über das dritte Jochglied 541 und den Luftzwischenraum G zu dem Hall-Element 545 übertragen wird.
Das zu dem Hall-Element 545 übertragene Magnetfeld Z wird über den Vorsprung 542c des vierten Jochglieds 542 von dem Hall-Element 545 zu dem Zylinderteil 542b des vierten Jochglieds 542 und weiterhin über den Luftzwischenraum G1 zu dem ringförmigen Jochteil 538c des zweiten Jochglieds 538 übertragen und dann über den kreisbogenförmigen Jochteil 538b zu dem Südpol zurückgeführt.
Weil die magnetische Flussdichte des Magnetfelds Z sequentiell durch die sequentielle Variation des Drehwinkels θ des Permanentmagneten 534 variiert wird, wird die sequentielle Variation in der magnetischen Flussdichte durch das Hall-Element 545 erfasst, wobei die Variation in den Spannungen zu der ECU 114 ausgegeben wird.
Dementsprechend kann an der ECU 114 ein relativer Drehverschiebungswinkel (ein Beschleunigungswert der Drehphase) der Nockenwelle 134 in Bezug auf die Kurbelwelle 120 sequentiell zu einem beliebigen Zeitpunkt auf der Basis der sequentiellen Erfassungssignale (Variationen in der Spannung), die aus dem Hall-Element 545 über den Anschlussdraht 545a ausgegeben werden, berechnet werden.
In diesem ist es nicht erforderlich, eine Drehposition (einen Winkel) der Kurbelwelle 120 und eine Drehposition (einen Winkel) der Nockenwelle 134 zu erfassen, wobei die Drehphase der Nockenwelle 134 in Bezug auf die Kurbelwelle 120 „direkt" erfasst wird.
Die ECU 114 der vorliegenden Ausführungsform kann nämlich erstens eine Drehphase (eine Ventilzeit des Einlassventils 105) der Einlassseiten-Nockenwelle 134 in Bezug auf die Kurbelwelle 120 in jeder Drehperiode der Einlassseiten-Nockenwelle 134 auf der Basis von Ausgabesignalen aus dem Kurbelwinkelsensor 117 und aus dem Nockensensor 132 erfassen und kann zweitens die sequentielle Drehphase zu beliebigen Zeitpunkten auf der Basis eines Ausgabesignals aus dem Hall-Element 545 direkt erfassen (zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung).
Konkret erfasst (berechnet) die erste Drehphasen-Erfassungseinrichtung die Drehphase durch das Zählen der Einheitswinkelsignale POS (Messen der Zeit) ab dem Zeitpunkt, zu dem ein Bezugs-Kurbelwinkelsignal REF erzeugt wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Nockensignal CAM erzeugt wird (siehe 21 bis 23).
Dagegen erfasst (berechnet) die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung die Drehphase auf der Basis einer sequentiellen Variation in der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds Z, die durch das Hall-Element 545 erfasst wird.
Im Folgenden wird die Ventilzeitsteuerung (Drehphasensteuerung) der ECU 114 beschrieben. Es ist zu beachten, dass in den folgenden Erläuterungen eine durch die erste Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfasste Drehphase als eine erste Drehphase θdet1 bezeichnet wird und dass eine durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfasste Drehphase als zweite Drehphase θdet2 bezeichnet wird.
15 ist ein Flussdiagramm der Ventilzeitsteuerung (Drehphasensteuerung) der vorliegenden ersten Ausführungsform, wobei die Steuerung gestartet wird, wenn ein Schlüsselschalter eingeschaltet wird, und dann jeweils zu vorbestimmten Zeitpunkten durchgeführt wird (zum Beispiel nach jeweils 10 ms).
In Schritt S11 werden Motorbetriebszustände wie etwa eine Motordrehgeschwindigkeit Ne, eine Einlassluftmenge Qa, eine Kühlwassertemperatur Tw und ähnliches gelesen.
In Schritt S12 wird eine Zielventilzeit (Zieldrehphase) θtg des Einlassventils 105 auf der Basis der gelesenen Motorbetriebszustände gesetzt. Dieses Setzen wird zum Beispiel auf der Basis von einer Motorlast und einer Motordrehgeschwindigkeit Ne durchgeführt, indem eine grundlegende Zieldrehphase θtg (Basis) in Bezug auf eine zuvor erstellte grundlegende Zieldrehphasen-Map in Übereinstimmung mit der Motorlast und der Motordrehgeschwindigkeit Ne berechnet wird, wobei die grundlegende Zieldrehphase θtg (Basis) in Übereinstimmung mit der Kühlwassertemperatur Tw korrigiert wird.
In Schritt S13 wird die Ventilzeit (Drehphase) des Einlassventils 105 erfasst. Das Erfassen wird auf der Basis eines Ausgabesignals aus dem Hall-Element 545 durchgeführt, d.h. durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung.
In Schritt S14 wird auf der Basis einer Abweichung Er zwischen der gesetzten Zieldrehphase θtg und der erfassten Drehphase (d.h. der zweiten Drehphase θdet2) eine Rückkopplungs-manipulierte Variable U des VTC 113 (der elektromagnetischen Bremse 324) anhand der folgenden Formeln berechnet. U = Up+Ui+Ud Up = Gp·Er Ui = Gi·Er·Ts+Uiz Ud = Gd·(Er-Erz)/Ts
Dabei ist UP die proportionale manipulierte Variable (proportionaler Absatz), Ui die integrierte manipulierte Variable (integrierter Absatz), Ud die differentiale manipulierte Variable (differentialer Absatz), Gp die proportionale Verstärkung, Gi die integrierte Verstärkung, Gd die differentiale Verstärkung, Ts die Steuerperiode, Uiz der vorausgehende Wert der integrierten manipulierten Variable und Erz der vorausgehende Wert der Abweichung. Es ist zu beachten, dass die oben genannte proportionale Verstärkung Gp als Variable in Übereinstimmung mit der Motordrehgeschwindigkeit Ne gesetzt wird, was weiter unten ausführlicher erläutert wird (siehe 17C).
In Schritt S15 wird die berechnete Rückkopplungsmanipulierte Variable U zu dem VTC 133 ausgegeben, worauf der Verarbeitungsfluss abgeschlossen wird.
Auf diese Weise wird in der vorliegenden Ausführungsform die Ventilzeitsteuerung auf der Basis einer Abweichung Er zwischen der Zieldrehphase θtq und der zweiten Drehphase θdet2 Drehphase ausgeführt, wobei die zweite Drehphase θdet2 durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfasst wird, die eine Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt unabhängig von der Motordrehung erfassen kann (dementsprechend ist in der vorliegenden Ausführungsform in Bezug auf die Ventilzeitsteuerung keine erste Drehphasen-Erfassungseinrichtung erforderlich).
Im folgenden wird die oben beschriebene Ventilzeitsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform mit einer Ventilzeitsteuerung (herkömmlichen Ventilzeitsteuerung) verglichen, die auf der Basis einer Abweichung zwischen der Zieldrehphase θtg und der durch die erste Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfassten ersten Drehphase θdet1 durchgeführt wird.
16 zeigt die Ergebnisse der Ventilzeitsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform.
Weil in der vorliegenden Ausführungsform die Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfasst werden kann, können eine Ventilzeitsteuerungsperiode (durch „A" in der Zeichnung angegeben) und eine Drehphasen-Erfassungsperiode (durch „B" in der Zeichnung angegeben) miteinander in Übereinstimmung gebracht werden (siehe 16A).
Bei der Ausführung der Ventilzeitsteuerung werden also eine tatsächliche Drehphase α und eine durch die ECU 114 erkannte Drehphase θdet (durch β in der Zeichnung wiedergegeben) miteinander in Übereinstimmung gebracht, wobei ein Fehler (eine Abweichung) zwischen denselben auf ein Minimum unterdrückt (beseitigt) werden kann. Daraus resultiert, dass immer eine sehr schnelle und sehr genaue Ventilzeitsteuerung unabhängig von der Motordrehgeschwindigkeit oder ähnlichem realisiert werden kann und weiterhin eine Verschwendung elektrischer Energie unterdrückt werden kann (siehe 16B und 16C).
17 zeigt die Ergebnisse der Ventilzeitsteuerung, wenn die Drehphasen-Erfassungsperiode (d.h. eine Ausgabeperiode eines Nockensignals CAM) B durch die erste Drehphasen-Erfassungsperiode länger ist als die Ventilzeitsteuerungsperiode A, d.h. während einer langsamen Drehung in der herkömmlichen Ventilzeitsteuerung.
In diesem Fall wird während der Ausführung der Ventilzeitsteuerung ein Fehler (nachfolgend als „Erkennungsfehler" ERR bezeichnet) zwischen einer tatsächlichen Drehphase α und einer Erkennungsdrehphase β erzeugt (siehe 17A).
Weil dieser Erkennungsfehler ERR nicht immer konstant sein muss und variieren kann, wird die Reaktion in Bezug auf ein Steuersystem langsamer oder schneller gemacht. Weil nämlich das Steuersystem eine manipulierte Variable zu einer gewünschten Reaktion variiert, wird die manipulierte Variable aufgrund der Variation des Erkennungsfehlers ERR beschleunigt, wodurch die Reaktionsfähigkeit verschlechtert wird (siehe 17B). Aufgrund der Oszillation (Verstärkung/Verminderung) der manipulierten Variable wird zudem der Stromverbrauch im Vergleich zu der vorliegenden Erfindung erhöht, was sich unvorteilhaft auf den Kraftstoffverbrauch und ähnliches auswirkt (siehe 17C).
18 zeigt die Ergebnisse der Ventilzeitsteuerung, wenn die Drehphasen-Erfassungsperiode (d.h. die Ausgabeperiode eines Nockensignals CAM) B durch die erste Drehphasen-Erfassungsperiode kürzer ist als die Ventilzeitsteuerungsperiode A, d.h. während einer schnellen Drehung in der herkömmlichen Ventilzeitsteuerung.
Auch in diesem Fall wird genauso wie bei der langsamen Drehung von 17 beim Ausführen der Ventilzeitsteuerung ein Fehler (Erkennungsfehler) ERR zwischen einer tatsächlichen Drehphase α und einer Erkennungsdrehphase β erzeugt (siehe 18A). Aus demselben Grund wie bei der langsamen Drehung verschlechtert sich deshalb die Reaktionsfähigkeit und wird der Stromverbrauch erhöht (siehe 18B und 18C).
Aus den vorstehend erläuterten Ergebnissen wird deutlich, dass weil gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Drehphase der Nockenwelle 134 in Bezug auf die Kurbelwelle 120 zu einem beliebigen Zeitpunkt durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung unabhängig von der Drehperiode der Nockenwelle 134 erfasst werden kann, die Erfassungsperiode in Übereinstimmung mit der Ventilzeitsteuerperiode gebracht werden kann, wobei kaum ein Fehler (Erkennungsfehler) zwischen einer tatsächlichen Drehphase und einer für die Steuerung verwendeten Drehphase (Erkennungsdrehphase) erzeugt wird. Im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung kann deshalb die Steuerfähigkeit der Ventilzeitsteuerung verbessert werden und kann der Kraftstoffverbrauch reduziert werden.
Weil in der herkömmlichen Vorrichtung die Drehphasen-Erfassungsperiode B bei einer langsamen Drehung länger ist als die Ventilzeitsteuerperiode A, wird eine Rückkopplungssteuerung wiederholt unter Verwendung derselben von einer tatsächlichen Drehphase abweichenden Drehphase ausgeführt, während die Drehphase aktualisiert wird, sodass ein Überschwingen verursacht werden kann. Deshalb wird zum Beispiel wie in 19A und 19B gezeigt, wenn die Motordrehgeschwindigkeit niedrig ist, eine Rückkopplungssteuerverstärkung (proportionale Verstärkung Gp) auf einen kleinen Wert gesetzt.
Allgemein wird während einer langsamen Drehung die Reaktionsfähigkeit im Vergleich zu einer schnellen Drehung verschlechtert, weil der Drehwiderstand in dem VTC 113 hoch wird, und muss die Rückkopplungssteuerverstärkung auf einen kleinen Wert gesetzt werden, was hinsichtlich der Steuerreaktionsfähigkeit sehr nachteilig ist.
Weil bei der vorliegenden Ausführungsform eine tatsächliche Drehphase und eine Erkennungsdrehphase in Übereinstimmung gebracht werden können, indem die Ventilzeitsteuerperiode A und die Drehphasen-Erfassungsperiode B in Übereinstimmung gebracht werden (siehe 16), besteht auch während einer langsamen Drehung keine Gefahr für ein Überschwingen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird zudem dafür gesorgt, dass je niedriger die Motordrehgeschwindigkeit ist, die Rückkopplungssteuerverstärkung (proportionale Verstärkung Gp) auf einen desto größeren Wert gesetzt wird.
Wenn konkret wie in 19C gezeigt die Motordrehgeschwindigkeit Ne ≥ die vorbestimmte Drehgeschwindigkeit Ns1 ist, ist die proportionale Verstärkung Gp = k (konstanter Wert). Wenn dagegen Ne < Ns1 ist, wird der Wert der proportionalen Verstärkung Gp umso größer gesetzt, je keiner Ne ist. Die vorbestimmte Drehgeschwindigkeit Ns1 ist eine Motordrehgeschwindigkeit, die hinsichtlich der Reaktionsfähigkeit kaum durch den Widerstand in dem VTC 113 beeinflusst wird und zuvor durch Experimente und ähnliches bestimmt wird.
Je niedriger also während der langsamen Drehung die Motordrehgeschwindigkeit Ne ist, desto größer wird der Wert der Rückkopplungsverstärkung (proportionalen Verstärkung Gp) gesetzt, wobei in Übereinstimmung damit die Rückkopplungssteuerverstärkung gesetzt wird, um die mit einer Erhöhung des Widerstands einhergehende Verminderung der Reaktionsfähigkeit zu kompensieren, wodurch die Steuerfähigkeit (Reaktionsfähigkeit) während der langsamen Drehung verbessert werden kann.
Weil dabei wie in 17 und 18 gezeigt der Erkennungsfehler ERR während der langsamen Drehung größer ist als während der schnellen Drehung, kann die Drehphase nur während der langsamen Drehung durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfasst werden, während die Drehphase während der mittleren oder schnellen Drehung wie im Stand der Technik durch die erste Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfasst wird. Deshalb wechselt die Ventilzeitsteuerung gemäß einer nachfolgend beschriebenen zweiten Ausführungsform die Erfassung einer Drehphase, d.h. die Ventilzeitsteuerung, in Übereinstimmung mit der Motordrehgeschwindigkeit.
In der zweiten Ausführungsform wird die Ventilzeitsteuerung während der langsamen Drehung, bei welcher die Drehphasen-Erfassungsperiode durch die erste Drehphasen-Erfassungseinrichtung länger ist als eine Ventilzeitsteuerperiode auf der Basis einer durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfassten Drehphase ausgeführt. Und während einer mittleren oder schnellen Drehung, bei welcher das oben erläuterte Problem kaum auftritt, wird die Ventilzeitsteuerung auf der Basis der durch die erste Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfassten Drehphase ausgeführt.
20 ist ein Flussdiagramm, das die Ventilzeitsteuerung (Drehphasensteuerung) gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, wobei die Steuerung wie in der ersten Ausführungsform gestartet wird, wenn ein Schlüsselschalter eingeschaltet wird, und dann jeweils zu vorbestimmten Zeitpunkten durchgeführt wird (zum Beispiel nach jeweils 10 ms).
In Schritt S21 werden Motorbetriebszustände wie etwa eine Motordrehgeschwindigkeit Ne, eine Einlassluftmenge Qa, eine Kühlwassertemperatur Tw und ähnliches gelesen.
In Schritt S22 wird eine Zielventilzeit (Zieldrehphase) θtg auf der Basis der gelesenen Motorbetriebszustände gesetzt.
In Schritt S23 wird bestimmt, ob die Motordrehgeschwindigkeit Ne kleiner oder gleich einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit Ns2 ist. Wenn Ne ≤ Ns2, schreitet die Routine zu Schritt S24. Und wenn Ne > Ns2, schreitet die Routine zu Schritt S25. Es ist zu beachten, dass die vorbestimmte Drehgeschwindigkeit Ns2 auf den Wert der Motordrehgeschwindigkeit (oder einen dazu nahen Wert) gesetzt wird, wodurch die Drehphasen-Erfassungsperiode durch die erste Drehphasen-Erfassungseinrichtung (d.h. die Drehperiode der Nockenwelle 134) länger als die Ventilzeitsteuerperiode wird.
In Schritt S24 wird eine zweite Drehphase θdet2 auf der Basis eines Ausgangssignals des Hall-Elements 545, d.h. durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfasst.
In Schritt S25 wird eine durch die erste Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfasste erste Drehphase θdet1 erfasst (siehe 21 bis 23).
In Schritt S26 wird eine Rückkopplungs-manipulierte Variable U des VTC 113 (elektromagnetische Bremse 324) auf der Basis einer Abweichung E zwischen der Zieldrehphase θtg und der ersten Drehphase θdet1 oder der zweiten Drehphase θdet2 berechnet. Das Berechnungsverfahren ist identisch mit demjenigen in Schritt S14 von 15.
In Schritt S27 wird die berechnete manipulierte Variable U zu dem VTC 113 ausgegeben und wird der Verarbeitungsfluss abgeschlossen.
21 bis 23 sind Flussdiagramme, die das Erfassen der Drehphase θdet1 auf der Basis der Ausgangssignale aus dem Kurbelwinkelsensor und dem Nockensensor durch die erste Drehphasen-Erfassungseinrichtung zeigen.
Das Flussdiagramm von 21 zeigt die Verarbeitung zum Rücksetzen eines Zählwerts CPOS eines Einheitswinkelsignals POS, die ausgeführt wird, wenn ein Bezugskurbelwinkelsignal REF aus dem Kurbelwinkelsensor 117 ausgegeben wird. In Schritt S11 wird ein Zählwert CPOS der Einheitswinkelsignale POS aus dem Kurbelwinkelsensor 117 auf 0 gesetzt.
22 ist ein Flussdiagramm, das die Zählverarbeitung für einen Zählwert CPOS für die Einheitswinkelsignale POS zeigt, die durchgeführt wird, wenn die Einheitswinkelsignale POS aus dem Kurbelwinkelsensor 117 ausgegeben werden. In Schritt S41 wird der Zählwert CPOS um eins nach oben gezählt.
In Übereinstimmung mit den oben beschriebenen Flussdiagrammen von 21 und 22 wird der Zählwert CPOS auf 0 zurückgesetzt, wenn ein Bezugskurbelwinkelsignal REF erzeugt wird, und wird zu einem Wert, in dem danach die Anzahl der Erzeugungen von Einheitswinkelsignalen POS gezählt wird.
23 ist ein Flussdiagramm, das die Erfassung einer ersten Drehphase θdet1 zeigt, die durchgeführt wird, wenn ein Nockensignal CAM aus dem Nockensensor 132 ausgegeben wird.
In Schritt S51 wird der Zählwert CPOS ab dem Zeitpunkt, zu dem ein Bezugs-Kurbelwinkelsignal REF erzeugt wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Nockensignal CAM erzeugt wird, gelesen.
In Schritt S52 wird eine erste Drehphase θdet1 auf der Basis des gelesenen Zählwerts CPOS erfasst. Dabei wird in der ersten Drehphasen-Erfassungseinrichtung eine Drehphase (erste Drehphase) θdet1 der Nockenwelle 134 in Bezug auf die Kurbelwelle 120 jedes Mal erfasst, wenn ein Nockensignal CAM ausgegeben wird (nach jeweils einem Kurbelwinkel von 180 Grad).
Auf diese Weise kann bei einer langsamen Drehung, während welcher die Drehphasen-Erfassungsperiode der ersten Drehphasen-Erfassungseinrichtung länger als eine Ventilzeitsteuerperiode ist, weil die Ventilzeitsteuerung auf der Basis der durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfassten zweiten Drehphase θdet2 durchgeführt wird, vermieden werden, dass die Drehphasen-Erfassungsperiode länger als die Ventilzeitsteuerperiode ist. Das heißt, es kann eine Verschlechterung der Steuerfähigkeit durch einen Erkennungsfehler ERR vermieden werden und es kann eine sehr schnelle und sehr genaue Ventilzeitsteuerung realisiert werden. Bei einer mittleren oder schnellen Drehung dagegen, bei welcher das oben beschriebene Problem nicht gegeben ist, wird die Ventilzeitsteuerung auf der Basis der durch die erste Drehphase-Erfassungseinrichtung erfassten ersten Drehphase θdet1 ausgeführt, wodurch eine stabile Ventilzeitsteuerung realisiert werden kann.
Es ist zu beachten, dass in der vorstehenden Beschreibung die Ventilzeitsteuerung gewechselt wird, indem die langsame Drehung durch einen Vergleich der Motordrehgeschwindigkeit Ne mit einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit Ns2 verglichen wird (Schritt S23). Die langsame Drehung kann jedoch auch auf andere Weise bestimmt werden, etwa indem ein Zustand festgestellt wird, in dem der Erkennungsfehler ERF groß ist und die Drehphasen-Erfassungsperiode der ersten Drehphasen-Erfassungseinrichtung länger als die Ventilzeitsteuerperiode ist.
Diese Bestimmung kann wie folgt bewerkstelligt werden:

(a) Die ab dem Zeitpunkt der Erfassung einer Drehphase θdet1 durch die erste Drehphasen-Erfassungseinrichtung (d.h. der Ausgabe eines Nockensignals CAM) abgelaufene Zeitspanne wird gemessen, und wenn die Ventilzeitsteuerung nicht durchgeführt wird, bevor eine vorbestimmte Zeitspanne T1 abläuft, wird bestimmt, dass es sich um eine langsame Drehung handelt.
(b) Es wird bestimmt, dass es sich bei der Zeitspanne ab dem Motorstart bis zum Ablauf einer vorbestimmte Zeitspanne T2 um eine langsame Drehung handelt.
(c) Die Motordrehgeschwindigkeit ab dem Motorstart wird überwacht, wobei bestimmt wird, dass es sich bis zur Stabilisierung der Leerlaufdrehung (zum Beispiel bis eine Differenz ΔNe zwischen einem vorausgehenden Wert kleiner oder gleich einer vorbestimmten Größe ist) um eine langsame Drehung (Startzeit) handelt.

In der vorliegenden Ausführungsform wird der VTC 113 während der langsamen Drehung derart gesteuert, dass die durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfasste Drehphase zu einer vorbestimmten Zieldrehphase gemacht wird, wobei das Hall-Element 545 als zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung verwendet wird. Die Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Zum Beispiel sind wie in 24 gezeigt ein Drehglied 401, das sich mit der Nockenwelle 134 dreht, und ein Zwischenraumsensor 402 des elektromagnetischen Typs, der nahe dem Außenumfang des Drehglieds 401 angeordnet ist, vorgesehen, wobei die tatsächliche Ventilzeit des Einlassventils 105 sequentiell zu beliebigen Zeitpunkten auf der Basis von Ausgangssignalen aus einem Zwischenraumsensor 402 und einem Kurbelwinkelsensor 117 erfasst werden kann.
In diesem Fall ist das Drehglied 401 direkt oder indirekt über ein anderes Glied an der Nockenwelle 134 befestigt, wobei sein Außenumfang derart gebildet ist, dass die Distanz zu dem Zentrum der Nockenwelle 134 graduell in der Umfangsrichtung variiert wird.
Der Zwischenraumssensor 402 gibt ein Ausgabesignal (eine Spannung oder ähnliches) in Entsprechung zu einem Zwischenraum Gp zwischen der Nockenwelle 134 und dem Außenumfang des Drehglieds 401, der mit der Drehung variiert, an die ECU 114 aus.
Es können eine beliebige Fixierungsmethode, beliebige Fixierungspositionen usw. für das Drehglied verwendet werden, solange sich dieses mit der Nockenwelle 134 dreht. Außerdem kann ein beliebiges System verwendet werden, mit dem der Zwischenraumsensor 402 sequentiell ein Signal in Entsprechung zu dem Zwischenraum Gp am Außenumfang des Drehglieds 401 ausgeben kann.
Wie in 25 gezeigt, ist die Ausgabe aus dem Zwischenraumsensor 402 im wesentlichen direkt proportional zu dem Zwischenraum Gp am Außenumfang des Drehglieds 401. Und weil der Zwischenraum Gp und der Drehwinkel der Nockenwelle 134 einander mit dem Verhältnis 1:1 entsprechen, sind wie in 26 gezeigt die Ausgabe aus dem Zwischenraumsensor 402 und der Drehwinkel der Nockenwelle 134 im wesentlichen direkt proportional zueinander.
Die ECU 114 kann den Drehwinkel der Nockenwelle 134 unmittelbar (zu einem beliebigen Zeitpunkt) auf der Basis eines Ausgabesignals aus dem Zwischenraumsensor 402 erfassen.
Weil weiterhin der Drehwinkel der Kurbelwelle 120 erfasst werden kann, indem die Anzahl der Erzeugungen von Einheitswinkelsignalen POS von einer durch den Kurbelwinkelsensor 117 erfassten Bezugs-Drehposition der Kurbelwelle 120 gezählt wird, kann die Drehphase der Nockenwelle 134 in Bezug auf die Kurbelwelle 120 zu einem beliebigen Zeitpunkt auf der Basis des erfassten Drehwinkels der Nockenwelle 134 und des erfassten Drehwinkels der Kurbelwelle 120 erfasst werden.
Es kann ein Aufbau vorgesehen werden, in dem ein Drehglied, bei dem die Distanz zum Zentrum graduell in der Umfangsrichtung variiert, und ein Zwischenraumsensor auf der Seite der Kurbelwelle 120 angeordnet sind, wobei die Drehphase auf der Basis von Ausgabesignalen aus diesem Zwischenraumsensor und aus dem Zwischenraumsensor 402 auf der Seite der Nockenwelle 134 erfasst wird.
Weil bei dem oben beschriebenen Aufbau die Korrekturtabelle zum Korrigieren der zweiten Drehphase θdet2 (Korrekturwert) in Übereinstimmung mit einer Änderung in der Ausgabekennlinie oder ähnlichem des Zwischenraumsensors 402 modifiziert wird, kann eine präzise Ventilzeitsteuerung insbesondere bei einer langsamen Drehung aufrechterhalten werden, indem die zweite Drehphase (erfasster Wert) θdet2 unter Verwendung der Korrekturtabelle korrigiert wird und indem die Ventilzeitsteuerung auf der Basis des korrigierten Werts (θdet2N) durchgeführt wird.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der VTC 113 am Einlassventil 115 vorgesehen. Der VTC 113 kann jedoch entsprechend auch auf der Seite des Auslassventils 107 vorgesehen werden.
Die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung kann die Drehphase der Einlassseiten-Nockenwelle 134 in Bezug auf die Kurbelwelle 120 zu einem beliebigen Zeitpunkt erfassen, wobei dies jedoch nicht unbedingt durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung bewerkstelligt werden muss, sondern eine beliebige andere Einrichtung als zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung verwendet werden kann, die die Drehphase in einer Periode erfassen kann, die wenigstens kürzer als die Drehperiode der Einlassseiten-Nockenwelle 134 ist.
In den vorstehenden Erläuterungen wurde ein elektromagnetischer VTC beschrieben, wobei jedoch auch ein hydraulischer VTC verwendet werden kann.
Neben einer Ventilzeitsteuerung können auch eine Kraftstoffeinspritzsteuerung und eine Zündungszeitsteuerung unter Verwendung der zu einem beliebigen Zeitpunkt erfassten zweiten Drehphase θdet2 durchgeführt werden.
27 ist ein Flussdiagramm, das eine derartige Kraftstoffeinspritzsteuerung und eine Zündungszeitsteuerung zeigt, die zum Beispiel während der langsamen Drehung unmittelbar nach dem Motorstart ausgeführt werden.
In Schritt S61 werden Motorbetriebszustände wie etwa die Motordrehgeschwindigkeit Ne, die Einlassluftmenge Qa, die Kühlwassertemperatur Tw und ähnliches gelesen.
In Schritt S62 wird die tatsächliche Drehphase (tatsächliche Ventilzeit) θdet2 durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfasst.
In Schritt S63 werden die Kraftstoffeinspritzmenge und -zeit auf der Basis der gelesenen Motorbetriebszustände und der erfassten tatsächlichen Drehphase θdet2 gesetzt. Dieses Setzen kann zum Beispiel durchgeführt werden, indem die grundlegende Kraftstoffeinspritzmenge und -zeit mit Bezug auf eine grundlegende Kraftstoffeinspritzmengen-Map und eine grundlegende Kraftstoffeinspritzzeit-Map in Übereinstimmung mit den Motorbetriebszuständen berechnet werden und indem diese in Übereinstimmung mit der tatsächlichen Drehphase θdet2 korrigiert werden.
In Schritt S64 wird eine Zündungszeit auf der Basis der gelesenen Motorbetriebszustände und der erfassten tatsächlichen Drehphase θdet2 gesetzt. Dieses Setzen wird zum Beispiel durchgeführt, indem die grundlegende Zündungszeit mit Bezug auf eine grundlegende Zündungszeit-Map in Übereinstimmung mit den Motorbetriebszuständen berechnet wird und diese dann in Übereinstimmung mit der tatsächlichen Drehphase θdet2 korrigiert wird.
In Schritt S65 wird ein Antriebsimpulssignal in Entsprechung zu der berechneten Kraftstoffeinspritzmenge und Kraftstoffeinspritzzeit zu dem Kraftstoffeinspritzventil 131 ausgegeben und wird ein Antriebssignal in Entsprechung zu der berechneten Zündungszeit zu der Zündkerze 133 ausgegeben.
Weil in der vorliegenden Erfindung die Drehphase der Nockenwelle 134 in Bezug auf die Kurbelwelle 120 zu einem beliebigen Zeitpunkt unabhängig von der Drehperiode der Nockenwelle 134 durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfasst werden kann, wird eine tatsächliche Drehphase zum Zeitpunkt des Setzens der Kraftstoffeinspritzmenge und der Zündungszeit erfasst, wobei die Kraftstoffeinspritzmenge und die Zündungszeit in Übereinstimmung mit den erfassten Ergebnissen (korrigiert) gesetzt werden können und eine optimale Kraftstoffeinspritzsteuerung und Zündzeitsteuerung realisiert werden kann. In Übereinstimmung damit und insbesondere während der langsamen Drehung unmittelbar nach dem Motorstart können eine Verschlechterung der Emission und eine instabile Verbrennung vermieden werden.
Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-80514 vom 19. März 2004 und der japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-120994 vom 16. April 2004, deren Prioritäten beansprucht werden, sind hier unter Bezugnahme eingeschlossen.

Claims

Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit: einem variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113), der die Öffnungs-/Schließzeit eines Einlassventils (105) und/oder Auslassventils (107) durch eine Variation der Drehphase einer Nockenwelle (134) in Bezug auf eine Kurbelwelle (120) des Motors variiert, wobei die Vorrichtung weiterhin gekennzeichnet ist durch: eine Drehphasen-Erfassungseinheit, die die Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt unabhängig von der Drehperiode der Nockenwelle (134) erfassen kann, und einer Steuereinheit, die den variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) auf der Basis der durch die Drehphasen-Erfassungseinheit erfassten Drehphase steuert.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehphasen-Erfassungseinheit die Drehphase in Übereinstimmung mit einer Steuerperiode der Steuereinheit für den variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) erfasst.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehphasen- Erfassungseinheit die Drehphase direkt erfasst, ohne die Drehwinkel der Kurbelwelle (120) und der Nockenwelle (134) zu erfassen.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehphase-Erfassungseinheit umfasst: einen Permanentmagneten (534), der auf der Kurbelwelle (120) oder der Nockenwelle (134) vorgesehen ist, ein Jochglied, das entsprechend auf der Nockenwelle (120) oder der Kurbelwelle (134) vorgesehen ist und derart ausgebildet ist, dass die magnetische Flussdichte eines Magnetfelds vom Zentrum eines Magnetpols des Permanentmagneten (534) in Übereinstimmung mit der relativen Drehung der Kurbelwelle (120) und der Nockenwelle (134) variiert wird, wobei die Drehphasen-Erfassungseinheit die Drehphase auf der Basis einer Variation in der magnetischen Flussdichte erfasst.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehphasen-Erfassungseinheit umfasst: ein Hall-Element (545), das eine Variation in der magnetischen Flussdichte erfasst.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehphasen-Erfassungseinheit umfasst: einen ersten Drehwinkelsensor (117), der den Drehwinkel der Kurbelwelle (120) erfasst, und einen zweiten Drehwinkelsensor (132), der den Drehwinkel der Nockenwelle (134) zu einem beliebigen Zeitpunkt erfassen kann, wobei die Drehphasen-Erfassungseinheit die Drehphase auf der Basis von Ausgabesignalen aus dem ersten Drehwinkelsensor (117) und dem zweiten Drehwinkelsensor (132) erfasst.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, weiterhin gekennzeichnet durch: ein Drehglied (518), das sich mit der Nockenwelle (134) dreht, wobei die Distanz zwischen dem Zentrum der Nockenwelle (134) und dem Außenumfang des Drehglieds (518) in der Umfangsrichtung variiert, wobei der zweite Drehwinkelsensor (132) den Drehwinkel der Nockenwelle (134) in Übereinstimmung mit einem Zwischenraum erfasst, der am Außenumfang des Drehglieds (518) gebildet wird.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch einen Drehgeschwindigkeitssensor, der die Motordrehgeschwindigkeit erfasst, wobei die Steuereinheit umfasst einen Steuerverstärkungs-Setzabschnitt, der eine Steuerverstärkung proportional größer setzt, wenn die Motordrehgeschwindigkeit in einem Bereich langsamer Drehung kleiner oder gleich einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit wird, und einen Berechnungsabschnitt zum Berechnen einer Rückkopplungs-manipulierten Variable des variablen Ventilzeitsteuermechanismus unter Verwendung der im Steuerverstärkungs-Setzabschnitt gesetzten Steuerverstärkung.
Variabler Ventilzeitsteuermechanismus, der die Öffnungs/Schließzeit eines Einlassventils (105) und/oder Auslassventils (107) durch eine Variation der Drehphase einer Nockenwelle (134) in Bezug auf eine Kurbelwelle (120) eines Motors variiert, mit: einem Drehgeschwindigkeitssensor, der die Motordrehgeschwindigkeit erfasst, einem Kurbelwinkelsensor (117), der eine Bezugsdrehposition der Kurbelwelle (120) erfasst, einem Nockensensor (132), der eine Bezugsdrehposition der Nockenwelle (134) erfasst, einer ersten Drehphasen-Erfassungseinheit, die die Drehphase bei jeder Drehperiode der Nockenwelle (120) auf der Basis von Ausgabesignalen aus dem Kurbelwinkelsensor (117) und dem Nockensensor (132) erfasst, und einer Steuereinrichtung zum Steuern des variablen Zeitsteuermechanismus (113) auf der Basis der erfassten Drehphase, wobei die Vorrichtung weiterhin gekennzeichnet ist durch: eine zweite Drehphasen-Erfassungseinheit, die die Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt unabhängig von der Drehperiode der Nockenwelle (134) erfassen kann, wobei die Steuereinheit den variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) auf der Basis der durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinheit erfassten Drehphase steuert, wenn die Motordrehgeschwindigkeit kleiner oder gleich einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit ist, und weiterhin den variablen Ventilzeitsteuermechanismus auf der Basis der durch die erste Drehphasen-Erfassungseinheit erfassten Drehphase steuert, wenn die Motordrehgeschwindigkeit größer als die vorbestimmte Drehgeschwindigkeit ist.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehphasen-Erfassungseinheit die Drehphase in Übereinstimmung mit einer Steuerperiode der Steuereinheit für den variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) erfasst.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehphase-Erfassungseinrichtung die Drehphase direkt erfasst, ohne die Erfassungswinkel der Kurbelwelle und der Nockenwelle zu erfassen.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung umfasst: einen Permanentmagneten (534), der auf der Kurbelwelle (120) oder der Nockenwelle (134) vorgesehen ist, und ein Jochglied, das entsprechend auf der Nockenwelle (134) oder der Kurbelwelle (120) vorgesehen ist und derart ausgebildet ist, dass die magnetische Flussdichte eines Magnetfelds vom Zentrum eines Magnetpols des Permanentmagneten (534) in Übereinstimmung mit der relativen Position der Kurbelwelle (120) und der Nockenwelle (134) variiert wird, wobei die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung die Drehphase auf der Basis einer Variation in der magnetischen Flussdichte erfasst.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung ein Hall-Element (545) umfasst, das eine Variation in der magnetischen Flussdichte erfasst.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung umfasst: einen ersten Drehwinkelsensor (117), der den Drehwinkel der Kurbelwelle (120) erfasst, und einen zweiten Drehwinkelsensor (132), der den Drehwinkel der Nockenwelle (134) zu einem beliebigen Zeitpunkt erfassen kann, wobei die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung die Drehphase auf der Basis von Ausgabesignalen aus dem ersten Drehwinkelsensor (117) und aus dem zweiten Drehwinkelsensor (132) erfasst.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 14, weiterhin gekennzeichnet durch: ein Drehglied (518), das sich mit der Nockenwelle (134) bewegt, wobei die Distanz vom Zentrum der Nockenwelle (134) zum Außenumfang der Drehglieds (518) in der Umfangsrichtung variiert, wobei der zweite Drehwinkelsensor (132) den Drehwinkel der Nockenwelle (134) in Übereinstimmung mit einem Zwischenraum erfasst, der am Außenumfang des Drehglieds (518) gebildet wird.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit umfasst: einen Steuerverstärkungs-Setzabschnitt, der eine Steuerverstärkung proportional größer setzt, wenn die Motordrehgeschwindigkeit in einem Bereich langsamer Drehung kleiner oder gleich einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit wird, und einen Berechnungsabschnitt zum Berechnen einer Rückkopplungs-manipulierten Variable des variablen Ventilzeitsteuermechanismus unter Verwendung der am Steuerverstärkungs-Setzabschnitt gesetzten Steuerverstärkung.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit den variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne ab dem Zeitpunkt der Ausgabe eines Signals aus dem Nockensensor (132) auf der Basis der durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfassten Drehphase steuert und weiterhin den variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) vor Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne auf der Basis der durch die erste Drehphasen-Erfassungseinrichtung erfassten Drehphase steuert.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit den variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) ab dem Motorstart und bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne auf der Basis der durch die zweite Drehphasen- Erfassungseinheit erfassten Drehphase steuert und weiterhin den variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) nach dem Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne auf der Basis der durch die erste Drehphasen-Erfassungseinheit erfassten Drehphase steuert.
Ventilzeitsteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit den variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) ab dem Motorstart bis zu einer Stabilisierung der Leerlaufdrehung auf der Basis der durch die zweite Drehphasen-Erfassungseinheit erfassten Drehphase steuert und weiterhin den variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) nach der Stabilisierung der Leerlaufdrehung auf der Basis der durch die erste Drehphasen-Erfassungseinheit erfassten Drehphase steuert.
Ventilzeitsteuerverfahren für einen Verbrennungsmotor mit einem variablen Ventilzeitsteuermechanismus, der die Öffnungs/Schließzeit eine Einlassventils und/oder Auslassventils durch eine Variation der Drehphase einer Nockenwelle in Bezug auf eine Kurbelwelle des Motors variiert, mit folgenden Schritten: Erfassen der Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt unabhängig von der Drehperiode der Nockenwelle, und Steuern des variablen Ventilzeitsteuermechanismus auf der Basis der erfassten Drehphase.
Steuerverfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Erfassen der Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt die Drehphase in Übereinstimmung mit einer Steuerperiode der Steuereinheit für den variablen Ventilzeitsteuermechanismus erfasst.
Steuerverfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Erfassen der Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt die Drehphase direkt erfasst, ohne die Drehwinkel der Kurbelwelle und der Nockenwelle zu erfassen.
Steuerverfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Erfassen der Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Variation in der magnetischen Flussdichte eines Magnetfels vom Zentrum eines Magnetpols eines Permanentmagneten erfasst, der auf der Kurbelwelle oder der Nockenwelle vorgesehen ist und sich relativ zu einem Jochglied dreht, das entsprechend auf der Nockenwelle oder der Kurbelwelle vorgesehen ist, und weiterhin die Drehphase auf der Basis der erfassten Variation in der magnetischen Flussdichte erfasst.
Steuerverfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Erfassen der Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt den Drehwinkel der Kurbelwelle und den Drehwinkel der Nockenwelle erfasst und die Drehphase auf der Basis der erfassten Drehwinkel der Kurbelwelle und der Nockenwelle erfasst.
Steuerverfahren nach Anspruch 20, weiterhin gekennzeichnet durch einen Schritt zum Erfassen der Motordrehgeschwindigkeit, wobei der Schritt zum Steuern des variablen Ventilzeitsteuermechanismus folgende Teilschritte umfasst: Setzen einer Steuerverstärkung, die proportional größer ist, wenn die Motordrehgeschwindigkeit in einem langsamen Bereich kleiner oder gleich einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit wird, und Berechnen einer Rückkopplungs-manipulierten Variable des variablen Ventilzeitsteuermechanismus unter Verwendung der gesetzten Steuerverstärkung.
Ventilzeitsteuerverfahren für einen Verbrennungsmotor mit einem variablen Ventilzeitsteuermechanismus, der die Öffnungs/Schließzeit eines Einlassventils und/oder Auslassventils durch eine Variation der Drehphase einer Nockenwelle in Bezug auf eine Kurbelwelle variiert, mit folgenden Schritten: Erfassen der Motordrehgeschwindigkeit, Erfassen einer Bezugsdrehposition der Kurbelwelle und einer Bezugsdrehposition der Nockenwelle, und Erfassen der Drehphase in jeder Drehperiode der Nockenwelle auf der Basis der erfassten Bezugsdrehposition der Kurbelwelle und der erfassten Bezugsdrehposition der Nockenwelle, wobei das Verfahren weiterhin durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Erfassen der Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt unabhängig von der Drehperiode der Nockenwelle, und Steuern des variablen Zeitsteuermechanismus auf der Basis der zu einem beliebigen Zeitpunkt erfassten Drehphase, wenn die Motordrehgeschwindigkeit kleiner oder gleich einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit ist, und weiterhin Steuern des variablen Zeitsteuermechanismus auf der Basis der in jeder Drehperiode der Nockenwelle erfassten Drehphase, wenn die Motordrehgeschwindigkeit größer als die vorbestimmte Drehgeschwindigkeit ist.
Steuerverfahren gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Erfassen der Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt die Drehphase in Übereinstimmung mit einer Steuerperiode der Steuereinheit für den variablen Ventilzeitsteuermechanismus erfasst.
Steuerverfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Erfassen der Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt die Drehphase direkt erfasst, ohne die Drehwinkel der Kurbelwelle und der Nockenwelle zu erfassen.
Steuerverfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Erfassen der Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt eine Variation in der magnetischen Flussdichte eines Magnetfelds vom Zentrum eines Magnetpols eines Permanentmagneten erfasst, der auf der Kurbelwelle oder der Nockenwelle vorgesehen ist und sich relativ zu einem Jochglied dreht, das entsprechend auf der Nockenwelle oder der Kurbelwelle vorgesehen ist, und weiterhin die Drehphase auf der Basis der erfassten Variation in der magnetischen Flussdichte erfasst.
Steuerverfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Erfassen der Drehphase zu einem beliebigen Zeitpunkt den Drehwinkel der Kurbelwelle und den Drehwinkel der Nockenwelle erfasst und die Drehphase auf der Basis der erfassten Drehwinkel der Kurbelwelle und der Nockenwelle erfasst.
Steuerverfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Steuern des variablen Ventilzeitmechanismus eine Steuerverstärkung proportional größer setzt, wenn die Motordrehgeschwindigkeit in einem langsamen Bereich kleiner oder gleich einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit wird, und die Rückkopplungs-manipulierte Variable des variablen Ventilzeitsteuermechanismus unter Verwendung der gesetzten Steuerverstärkung berechnet.
Steuerverfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Steuern des variablen Ventilzeitsteuermechanismus die abgelaufene Zeitspanne ab dem Zeitpunkt der Erfassung der Drehphase in jeder Drehperiode der Nockenwelle misst und den variablen Ventilzeitsteuermechanismus nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne auf der Basis der zu einem beliebigen Zeitpunkt erfassten Drehphase steuert und den variablen Ventilzeitsteuermechanismus weiterhin vor Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne auf der Basis der in jeder Drehperiode der Nockenwelle erfassten Drehphase steuert.
Steuerverfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Steuern des variablen Ventilzeitsteuermechanismus die seit dem Motorstart abgelaufene Zeitspanne misst und den variablen Ventilzeitsteuermechanismus ab dem Motorstart und bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne auf der Basis der zu einem beliebigen Zeitpunkt erfassten Drehphase steuert und weiterhin den variablen Ventilzeitsteuermechanismus nach dem Ablauf der vorbestimmten Zeitspanne auf der Basis der in jeder Zeitperiode der Nockenwelle erfassten Drehphase steuert.
Steuerverfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Steuern des variablen Ventilzeitsteuermechanismus auf der Basis einer Änderung in der Motordrehgeschwindigkeit bestimmt, ob sich die Leerlaufdrehung stabilisiert hat, und den variablen Ventilzeitsteuermechanismus ab dem Motorstart bis zur Stabilisierung der Leerlaufdrehung auf der Basis der zu einem beliebigen Zeitpunkt erfassten Drehphase steuert und weiterhin den variablen Ventilzeitsteuermechanismus nach der Stabilisierung der Leerlaufdrehung auf der Basis der in jeder Drehperiode der Nockenwelle erfassten Drehphase steuert.