-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilzeitsteuerungsvorrichtung, die eine Ventilzeitsteuerung eines Einlassventils und/oder eines Auslassventils einstellt, indem ein elektrischer Motor in einer normalen Richtung und in einer Umkehrrichtung mit Energie versorgt wird.
-
In der
JP 2005-330956 A (die der
US 7,077,087B2 entspricht) ist eine Ventilzeitsteuerungsvorrichtung gezeigt, die einen elektrischen Motor, eine Antriebsschaltung und eine Steuerungsschaltung umfasst. Die Steuerungsschaltung erzeugt ein Steuerungssignal entsprechend einer Drehrichtung eines elektrischen Motors. Die Antriebsschaltung versorgt den elektrischen Motor entsprechend dem Steuerungssignal mit Energie. Ein Motordrehsignal, das eine Drehrichtung des Motors angibt, wird durch die Antriebsschaltung erzeugt und zu der Steuerungsschaltung ausgegeben.
-
In einem Fall, bei dem eine Energiequellenspannung, die an die Antriebsschaltung angelegt wird, abfällt oder eine Unterbrechung in einer Signalleitung, durch die ein Motordrehsignal von der Antriebsschaltung zu der Steuerungsschaltung übertragen wird, auftritt, kann es möglich sein, dass die Steuerungsschaltung die Drehrichtung des elektrischen Motors nicht erkennt. Wenn die Steuerungsschaltung die Drehrichtung fehlerhaft erkennt und ein Steuerungssignal auf der Grundlage der fehlerhaften Drehrichtung erzeugt, können bei einem Betrieb der Kraftmaschine Schwierigkeiten entstehen.
-
Die Druckschrift
US 2005/0081 808 A1 beschreibt eine Ventilzeitsteuerungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2. Die Ventilzeitsteuerungsvorrichtung wird durch einen Motor angetrieben und weist eine Steuerungsschaltung und eine Antriebsschaltung auf. Die Antriebsschaltung empfängt ein Steuerungssignal, das durch die Steuerungsschaltung erzeugt wird, und ein Kraftmaschinendrehgeschwindigkeitssignal. Die Antriebsschaltung führt dem Motor einen Strom zu, um ihn auf der Grundlage der Kraftmaschinendrehgeschwindigkeit, die durch das Kraftmaschinendrehgeschwindigkeitssignal dargestellt wird, und einer Solländerung der Motordrehgeschwindigkeit, die durch das Steuerungssignal dargestellt wird, anzutreiben.
-
Die Druckschrift
US 5 291 365 A beschreibt eine Leistungszufuhr mit Überspannungsschutzschaltung, und die Druckschrift
US 4 227 505 A beschreibt ein Ventilsauswahlsteuerungssystem.
-
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten gemacht worden. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ventilzeitsteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die beispielsweise einen Energieverbrauch senkt und eine hohe Zuverlässigkeit aufgrund einer hohen Ausfallsicherheit gegenüber Schwankungen in einer Energiequellenspannung und gegenüber einer Unterbrechung einer Signalleitung aufweist.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Ventilzeitsteuerungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 oder gemäß Patentanspruch 2 gelöst.
-
Es zeigen:
-
1 eine Querschnittsdarstellung, die eine Ventilzeitsteuerungsvorrichtung zeigt und entlang einer Linie I-I in 4 entnommen ist,
-
2 eine Querschnittsdarstellung, die entlang einer Linie II-II in 1 entnommen ist,
-
3 ein Blockschaltbild, das eine elektrische Schaltung zeigt,
-
4 eine Querschnittsdarstellung, die entlang einer Linie IV-IV in 1 entnommen ist,
-
5 eine Querschnittsdarstellung, die entlang einer Linie V-V in 1 entnommen ist,
-
6 ein Diagramm zur Beschreibung eines Betriebs eines Signalerzeugungsteils,
-
7 ein Blockschaltbild, das einen Merkmalsabschnitt der elektrischen Schaltung zeigt,
-
8 ein Diagramm zur Beschreibung eines Betriebs der elektrischen Schaltung und
-
9 ein Diagramm zur Beschreibung eines Betriebs der elektrischen Schaltung.
-
In 1 ist eine Querschnittsdarstellung einer Ventilzeitsteuerungsvorrichtung 1 gezeigt. Die Ventilzeitsteuerungsvorrichtung 1 ist in einem Drehmomentübertragungssystem, das das Drehmoment einer (nicht gezeigten) Kurbelwelle zu einer Nockenwelle 2 einer Kraftmaschine überträgt, bereitgestellt. Die Ventilzeitsteuerungsvorrichtung 10 stellt eine Ventilzeitsteuerung eines Einlassventils oder eines Auslassventils unter Verwendung eines elektrischen Motors 12 ein.
-
Der elektrische Motor 12 ist ein bürstenloser Motor, der ein Motorgehäuse 13, eine Motorwelle 14 und eine (nicht gezeigte) Spule aufweist. Das Motorgehäuse 13 ist bei der Kraftmaschine über eine (nicht gezeigte) Strebe befestigt. Das Motorgehäuse 13 hält die Motorwelle 14 und nimmt die Spule in sich auf. Wenn die Spule des Motors 12 mit Energie versorgt wird, wird ein Drehmagnetfeld in einer Richtung im Uhrzeigersinn erzeugt, um die Motorwelle 14 in einer normalen Richtung zu drehen. Wenn die Spule mit Energie versorgt wird, um das Drehmagnetfeld in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn zu erzeugen, wird die Motorwelle 14 in einer Umkehrrichtung gedreht.
-
Wie es in 3 gezeigt ist, ist der elektrische Motor 12 mit Drehwinkelsensoren 16 versehen. Die Drehwinkelsensoren 16 sind Hall-Elemente, die um die Motorwelle 14 herum in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind. Die Drehwinkelsensoren 16 geben Sensorsignale aus, deren Spannungspegel entsprechend einer Drehposition von Magnetpolen N, S der Motorwelle 14 variiert werden.
-
Unter Bezugnahme auf 1 wird nachstehend eine Phasenänderungseinheit 20 beschrieben. Die Phasenänderungseinheit 20 umfasst ein Antriebsdrehelement 22, ein Abtriebsdrehelement 24, einen Differentialgetriebemechanismus 30 und einen Verbindungsmechanismus 50.
-
Das Antriebsdrehelement 22 ist ein Steuerzahnrad, um das eine Steuerkette gebunden ist, um eine Antriebskraft von einer Kurbelwelle der Kraftmaschine zu empfangen. Das Antriebsdrehelement 22 dreht sich entsprechend der Kurbelwelle in der Richtung im Uhrzeigersinn gemäß 4, während die gleiche Drehphase wie bei der Kurbelwelle aufrechterhalten wird. Das Abtriebdrehelement 24 ist koaxial bei der Nockenwelle 2 befestigt und dreht sich in der Richtung im Uhrzeigersinn zusammen mit der Nockenwelle 2. Die normale Richtung der Motorwelle 14 ist die gleiche wie die Drehrichtung der Kraftmaschine und die Umkehrrichtung der Motorwelle 14 ist entgegen der Drehrichtung der Kraftmaschine.
-
Wie es in den 1 und 2 gezeigt ist, umfasst der Differentialgetriebemechanismus 30 ein Sonnenzahnrad 31, einen Planetenträger 32, ein Planetenzahnrad 33 und ein Führungsdrehelement 34. Das Sonnenzahnrad 31 ist ein Innenzahnrad, das koaxial bei dem Antriebsdrehelement 22 befestigt ist, wobei es sich zusammen mit dem Antriebsdrehelement 22 dreht, indem ein Ausgangsdrehmoment der Kurbelwelle empfangen wird. Der Planetenträger 32 ist mit der Motorwelle 14 über ein Anschlussstück 35 verbunden, um sich zusammen mit der Motorwelle 14 zu drehen, indem das Drehmoment von der Motorwelle 14 empfangen wird. Der Planetenträger 32 weist einen exzentrischen Abschnitt 36 auf, dessen Außenoberfläche in Bezug auf das Antriebsdrehelement 22 exzentrisch ist. Das Planetenzahnrad 33 ist ein Außenzahnrad, das in Eingriff mit dem exzentrischen Abschnitt 36 über ein Lager 37 ist, so dass das Planetenzahnrad 33 in Bezug auf das Sonnenzahnrad 31 exzentrisch ist. Das Planetenzahnrad 33 ist in Eingriff mit dem Sonnenzahnrad 31 von einer zugehörigen inneren Seite und führt eine Planetenbewegung entsprechend einer relativen Drehung der Motorwelle 14 in Bezug auf das Antriebsdrehelement 22 aus. Das Führungsdrehelement 34 ist koaxial in Eingriff mit einer Außenoberfläche des Abtriebsdrehelements 24. Das Führungsdrehelement 34 ist mit einer Vielzahl von Eingriffslöchern 38 versehen, die in der Drehrichtung bei regelmäßigen Intervallen angeordnet sind. Das Planetenzahnrad 33 ist mit einer Vielzahl von Eingriffsvorsprüngen 39 versehen, die in Eingriff mit den Eingriffslöchern 38 kommen, so dass eine Drehbewegung des Planetenzahnrads 33 in eine Drehbewegung des Führungsdrehelements 34 umgewandelt wird.
-
Wie es in den 4 und 5 gezeigt ist, umfasst der Verbindungsmechanismus 50 eine erste Verbindung 52, eine zweite Verbindung 53, einen Führungsabschnitt 54 und ein bewegliches Element 56. In den 4 und 5 sind Schraffierungen, die Querschnitte zeigen, nicht veranschaulicht. Die erste Verbindung 52 ist mit dem Antriebsdrehelement 22 durch ein Drehkörperpaar bzw. ein Scharnier verbunden. Die zweite Verbindung 53 ist mit dem Abtriebsdrehelement durch ein Drehkörperpaar bzw. ein Scharnier verbunden und ist mit der ersten Verbindung 52 über das bewegliche Element 56 verbunden. Wie es in den 1 und 5 gezeigt ist, ist der Führungsabschnitt 54 in dem Führungsdrehelement 34 bei einer Seite ausgebildet, die entgegengesetzt zu dem Planetenzahnrad 33 ist. Der Führungsabschnitt 54 ist mit Führungsschlitzen 58 versehen, in denen das bewegliche Element 56 gleitet. Die Führungsschlitze 58 sind spiralförmige Schlitze bzw. Nuten, so dass die Entfernung von der Drehmitte entlang einer zugehörigen Ausdehnungsrichtung variiert.
-
In einem Fall, bei dem die Motorwelle 14 sich nicht in Bezug auf das Antriebsdrehelement 22 relativ dreht, führt das Planetenzahnrad 33 die Planetenbewegung nicht aus, so dass das Antriebsdrehelement 22 und das Führungsdrehelement 34 sich zusammen drehen. Als Ergebnis bewegt sich das bewegliche Element 56 in dem Führungsschlitz 58 nicht und die relative Position zwischen der ersten Verbindung 52 und der zweiten Verbindung 53 ändert sich nicht, so dass die relative Drehphase zwischen dem Antriebsdrehelement 22 und dem Abtriebsdrehelement 24 aufrecht erhalten wird, d.h., die momentane Ventilzeitsteuerung wird aufrecht erhalten. Unterdessen führt in einem Fall, bei dem sich die Motorwelle 14 in Bezug auf das Antriebsdrehelement 22 in der Richtung im Uhrzeigersinn relativ dreht, das Planetenzahnrad 33 die Planetenbewegung aus, so dass das Führungsdrehelement 34 sich in Bezug auf das Antriebsdrehelement 22 in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn in 5 relativ dreht. Als Ergebnis wird die relative Position zwischen der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung 53 verändert und das Abtriebsdrehelement 24 dreht sich relativ in Bezug auf das Antriebsdrehelement 22 in der Richtung im Uhrzeigersinn, so dass die Ventilzeitsteuerung beschleunigt bzw. vorgeschoben wird. In einem Fall, bei dem sich die Motorwelle 14 relativ in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn dreht, wird die Ventilzeitsteuerung verzögert bzw. verlangsamt.
-
Eine Zeitdauer, während der der elektrische Motor 12 sich in die Umkehrrichtung dreht, ist länger als eine Zeitdauer, während der sich der elektrische Motor 12 in der normalen Richtung dreht.
-
Unter Bezugnahme auf 3 ist nachstehend eine elektrische Schaltung 60 beschrieben. Die elektrische Schaltung 60 umfasst eine Steuerungsschaltung 62 und eine Antriebsschaltung 80. Die Steuerungsschaltung 62 ist mit der Antriebsschaltung 80 über Signalleitungen 63, 64, 65 verbunden. Die Steuerungsschaltung 62 empfängt ein Drehrichtungssignal und ein Drehgeschwindigkeitssignal über die Signalleitungen 63, 64, 65. Das Drehrichtungssignal stellt eine Ist-Drehrichtung D des Motors 12 dar und das Drehgeschwindigkeitssignal stellt eine Ist-Drehgeschwindigkeit R des Motors 12 dar. Die Steuerungsschaltung 62 berechnet eine Ist-Ventilzeitsteuerung auf der Grundlage des Drehrichtungssignals und des Drehgeschwindigkeitssignals und stellt eine Soll-Ventilzeitsteuerung auf der Grundlage der Drosselposition, einer Öltemperatur und dergleichen ein. Des Weiteren bestimmt die Steuerungsschaltung 62 eine Soll-Drehrichtung "d" und eine Soll-Drehgeschwindigkeit "r" des elektrischen Motors 12 auf der Grundlage einer Differentialphase zwischen der Ist-Ventilzeitsteuerung und der Soll-Ventilzeitsteuerung und erzeugt Steuerungssignale, die "d" und "r" angeben. Die Steuerungssignale werden von der Steuerungsschaltung 62 zu der Antriebsschaltung 80 über die Signalleitung 65 übertragen.
-
Die Antriebsschaltung 80 umfasst einen Elektrizitätssteuerungsteil 82 und einen Signalerzeugungsteil 84. Der Elektrizitätssteuerungsteil 82 ist mit der Signalleitung 65 verbunden und extrahiert die Soll-Drehrichtung "d" und die Soll-Drehgeschwindigkeit "r". Der Elektrizitätssteuerungsteil 82 ist mit der Spule des Motors 12 verbunden und steuert die Spannung, die an den Motor 12 angelegt wird, auf der Grundlage der Soll-Drehrichtung "d" und der Soll-Drehgeschwindigkeit "r".
-
Der Signalerzeugungsteil 84 ist mit dem Drehwinkelsensor 16 verbunden. Der Signalerzeugungsteil 84 berechnet die Ist-Drehrichtung D und die Ist-Drehgeschwindigkeit R auf der Grundlage der Sensorsignale von den Sensoren 16. Des Weiteren erzeugt der Signalerzeugungsteil 84 das Drehrichtungssignal, das die Ist-Drehrichtung D angibt, und das Drehgeschwindigkeitssignal, das die Ist-Drehgeschwindigkeit R angibt. Wie es in 6 gezeigt ist, variiert ein Spannungspegel des Drehrichtungssignals zwischen einem hohen Pegel "H" und einem niedrigen Pegel "L" entsprechend der Ist-Drehrichtung D. Genauer gesagt wird, wenn die Ist-Drehrichtung D eine normale Drehrichtung ist, der Spannungspegel des Drehrichtungssignals auf einen hohen Pegel "H" gesetzt. Wenn die Ist-Drehrichtung D die Umkehrrichtung ist, wird der Spannungspegel des Drehrichtungssignals auf einen niedrigen Pegel "L" gesetzt. Das Drehrichtungssignal und das Drehgeschwindigkeitssignal werden zu der Steuerungsschaltung 62 über die Signalleitungen 63, 64 übertragen.
-
Wie es in 7 gezeigt ist, ist in der Steuerungsschaltung 62 die Signalleitung 63 mit einer Energiequelle Vcc über einen Widerstand 66 als ein Hochziehwiderstand bzw. Pull-Up-Widerstand verbunden. Der Spannungspegel wird auf den hohen Pegel "H" gesetzt, wenn die Signalleitung 63 in einem inaktiven Zustand ist.
-
In dem Signalerzeugungsteil 84 der Antriebsschaltung 80 ist eine Basis eines Transistors 86 mit einer Logiksteuerungseinrichtung 85 verbunden, ein Kollektor ist mit der Signalleitung 63 über einen Widerstand 87 verbunden und ein Emitter ist mit Masse verbunden bzw. geerdet. Außerdem ist die Logiksteuerungseinrichtung 85 mit der Energiequelle Vcc verbunden und empfängt die Energieversorgungsspannung zumindest während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine. Die Logiksteuerungseinrichtung 85 erzeugt das Ansteuerungssignal bzw. Antriebssignal aus der Energiequelle Vcc, um den Transistor 86 entsprechend dem Antriebssignal einzuschalten/auszuschalten.
-
Genauer gesagt setzt, wenn die Spannung der Energiequelle Vcc höher ist als ein annehmbarer Wert Vp in 8 und die Ist-Drehrichtung D die normale Richtung ist, wie es in 9 gezeigt ist, die Logiksteuerungseinrichtung 85 den Spannungspegel des Antriebssignals auf den niedrigen Pegel "L". Als Ergebnis wird, da der Transistor 86 ausgeschaltet wird, die Signalleitung 63 in den inaktiven Zustand gebracht und das Drehrichtungssignal, das die normale Richtung als die Ist-Drehrichtung D darstellt, wird der Steuerungsschaltung 62 eingegeben. Daneben wird es möglich, einen Energieverbrauch zu verringern, da das Drehrichtungssignal, das die normale Richtung darstellt, durch ein Ausschalten des Transistors 86 erzeugt wird.
-
Außerdem etabliert, wenn die Spannung der Energiequelle Vcc höher ist als der annehmbare Wert Vp und die Ist-Drehrichtung D die Umkehrdrehrichtung ist, die Logiksteuerungseinrichtung 85 den Spannungspegel des Antriebssignals als den hohen Pegel "H", wie es in 9 gezeigt ist. Als Ergebnis wird der Transistor 86 eingeschaltet, so dass die Signalleitung in den aktiven Zustand gebracht wird und das Drehrichtungssignal eines niedrigen Pegels "L" der Steuerungsschaltung 62 als die Ist-Drehrichtung D eingegeben wird.
-
Unterdessen kann es, wenn die Spannung der Energiequelle Vcc kleiner oder gleich dem annehmbaren Wert Vp ist, unmöglich sein, den Spannungspegel des Antriebssignals durch die Logiksteuerungseinrichtung 85 sicher zu stellen. Wie es in 9 gezeigt ist, fällt der Spannungspegel des Antriebssignals auf den niedrigen Pegel "L" unabhängig von der Ist-Drehrichtung D. Als Ergebnis wird der Transistor 86 ausgeschaltet, so dass die Signalleitung 63 in den inaktiven Zustand gebracht wird, und der Spannungspegel der Signalleitung 63 wird auf dem hohen Pegel "H" gehalten. Folglich wird, da das Drehrichtungssignal des hohen Pegels "H", der die normale Drehrichtung zeigt, bei der eine Durchführungszeit lang ist, als die Ist-Drehrichtung D der Steuerungsschaltung 62 eingegeben wird, eine Genauigkeit der Ist-Drehrichtung D, die von dem Drehrichtungssignal erkannt wird, verbessert. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine hohe Ausfallsicherheit gegenüber einer Schwankung in der Spannung der Energiequelle Vcc erreicht, so dass der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gut ausgeführt wird.
-
Des Weiteren wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn die Signalleitung 63 unterbrochen ist, der Signaldraht 63, der zu der Steuerungsschaltung 62 hochgezogen wird, auf den inaktiven Zustand festgelegt, wobei der Spannungspegel der Signalleitung 63 als der hohe Pegel "H" aufrecht erhalten wird. Als Ergebnis wird, da das Drehrichtungssignal des hohen Pegels "H", das die normale Drehrichtung zeigt, bei der eine Durchführungszeit lang ist, als die Ist-Drehrichtung D der Steuerungsschaltung 62 eingegeben wird, die Genauigkeit der Ist-Drehrichtung, die aus dem Drehrichtungssignal erkannt wird, verbessert. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine hohe Ausfallsicherheit gegenüber einer Unterbrechung der Signalleitung 63 zwischen den Schaltungen 62, 80 erreicht, so dass der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gut ausgeführt wird.
-
Daneben ist in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Widerstand 66 der Steuerungsschaltung 62 äquivalent zu dem "Hochziehwiderstand" bzw. "Pull-Up-Widerstand", die Logiksteuerungseinrichtung 85 ist äquivalent zu dem "Antriebssignalerzeugungsteil" und der Transistor 86 ist äquivalent zu dem "Schaltelement".
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt, sondern kann in verschiedenerlei Weise ausgeführt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
-
Bspw. kann der Aufbau der Steuerungsschaltung 62 und der Antriebsschaltung 80 in geeigneter Weise verändert werden, solange der Vorteil der vorliegenden Erfindung erreicht wird.
-
Außerdem ist die Phasenänderungseinheit in geeigneter Weise einsetzbar, wenn die Ventilzeitsteuerung eingestellt werden kann, indem die relative Phase zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle 2 unter Verwendung des elektrischen Motors 12 variiert wird.
-
Eine Ventilzeitsteuerungsvorrichtung umfasst eine Antriebsschaltung, eine Steuerungsschaltung und eine Signalleitung. Wenn eine elektrische Energie von einer Energiequelle empfangen wird, treibt die Antriebsschaltung (80) einen elektrischen Motor entsprechend einem Steuerungssignal an und gibt ein Drehrichtungssignal, das die Drehrichtung des elektrischen Motors zeigt, aus. Eine Steuerungsschaltung (62) gibt das Steuerungssignal, das entsprechend dem Drehrichtungssignal erzeugt wird, aus. Eine Signalleitung (63) überträgt das Drehrichtungssignal zu der Steuerungsschaltung (62) von der Antriebsschaltung (80). Die Antriebsschaltung (80) gibt ein Hochpegel-Signal, das die normale Drehrichtung zeigt, und ein Niedrigpegel-Signal, das die Umkehrdrehrichtung des elektrischen Motors zeigt, aus. Wenn eine Energieversorgungsspannung (Vcc) unter einen annehmbaren Wert fällt, hält die Antriebsschaltung (80) den Spannungspegel der Signalleitung (63) auf dem hohen Pegel.
