DE102007033731A1

DE102007033731A1 - Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung und Verbrennungsmotor-Ventiltiming-Steuervorrichtung, die diese Verwendet

Info

Publication number: DE102007033731A1
Application number: DE102007033731A
Authority: DE
Inventors: Naoki Atsughi Kokubo; Yoshiyuki Atsugi Kobayashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2008-01-31
Also published as: JP2008025456A; CN101109328A; US20080017149A1; FR2904410A1

Abstract

Eine Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung umfasst ein Phasenwinkel-Erfassungselement zum Erfassen einer Drehposition einer Kurbelwelle durch ein vorgegebenes Kurbelzielelement, ein Nockenzielelement, das mit einer Nockenwelle fest verbunden ist, und weist einen ersten Erfassungsabschnitt, dessen erfasste Position sich kontinuierlich verändert, und zumindest einen zweiten Erfassungsabschnitt auf, dessen erfasste Position sich diskontinuierlich verändert, und ein Nockenwinkel-Erfassungselement zur Erfassung einer Verschiebung des Nockenzielelements. Ferner ist ein Steuergerät vorgesehen, das ausgelegt ist, um eine Phasendifferenz der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle über alle Motor-Betriebszustände hinweg unter Verwendung einer Interpolation adäquat zu aktualisieren, die auf einem analogen Sensorsignal, das von den ersten und zweiten Erfassungsabschnitten erzeugt wurde, und/oder auf einer Änderungsgeschwindigkeit beim Sensorsignal basiert, das vom ersten Erfassungsabschnitt erzeugt wurde.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung zur Erfassung einer Drehphasendifferenz zwischen mindestens zwei Drehachsen und insbesondere auf eine Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung zum Einsatz bei einer Verbrennungsmotor-Ventiltiming-Steuervorrichtung, die ausgelegt ist, um Motor-Ventiltimings bzw. Motor-Ventilzeitpunkte, z. B. einen Einlassventil-Schließzeitpunkt (IVC) und einen Einlassventil-Öffnungszeitpunkt (IVO) und/oder einen Auslassventil-Schließzeitpunkt (EVC) und einen Auslassventil-Öffnungszeitpunkts (EVO), abhängig von Motor-Betriebszuständen variabel zu steuern.
HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK
In jüngster Zeit wurden verschiedene Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtungen vorgeschlagen und entwickelt, die für variable Ventiltiming-Steuersysteme (VTC) von Verbrennungsmotoren geeignet sind. Eine solche Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung wurde in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 6-299876 (nachfolgend „ JP6-299876 " bezeichnet) offenbart. In JP6-299876 wird das mit dem Phasenwinkelsensor ausgestattete variable Ventiltiming-Steuersystem beispielhaft in der VTC-Vorrichtung erläutert, die auf der Einlassventilseite eingebaut ist. Das VTC-System umfasst einen Phasenänderungsmechanismus, um die Motor-Ventilzeitpunkte (IVO und IVC) durch Verändern einer relativen Phase einer Nockenwelle bezüglich einer Motorkurbelwelle abhängig von Motor-Betriebszuständen, wie z. B. eine Motordrehzahl und/oder eine Motorlast, variabel einzustellen, und eine Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung, um eine Relativdrehungs-Phasendifferenz der Nockenwelle zur Kurbelwelle zu erfassen und ein Antriebssignal (ein Feedback-Signal auf der Basis der erfassten Relativdrehungs- Phasendifferenz und deren erwünschten Werts) an den Phasenänderungsmechanismus auszugeben.
Die Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung weist einen Kurbelwinkelsensor (oder einem Kurbelwellen-Positionssensor), der einen Drehwinkel der Kurbelwelle erfasst, einen Nockenwinkelsensor (oder einen Nockenwellen-Positionssensor), der einen Drehwinkel der Nockenwelle erfasst, und ein Steuergerät auf, das ausgelegt ist, um auf der Basis von Sensorsignalen von diesen Sensoren eine Relativdrehungs-Phasendifferenz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle zu erfassen.
Es gibt verschiedene Drehwinkelsensoren, die sowohl als Kurbelwinkelsensor als auch als Nockenwinkelsensor geeignet sind, wie z. B. ein Typ mit einem elektromagnetischen Fühler, ein Typ mit einem magnetwiderstandsbeständigen Element, ein Typ mit einem optischen Element, und dergleichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Unter der Annahme, dass ein Drehwinkelsensor mit einem elektromagnetischen Fühler im Allgemeinen als Kurbelwinkelsensor verwendet wird, umfasst der Kurbelwinkelsensor mit diesem Fühlertyp ein im Wesentlichen scheibenförmiges Kurbelzielelement, das an einer Motorkurbelwelle montiert ist und eine Mehrzahl von Zielvorsprüngen (wie äußere Zähne) aufweist, die an einem Außenumfang ausgebildet sind, und ein Kurbelwinkel-Erfassungselement, das ausgelegt ist, um eine Drehposition und eine Drehzahl der Kurbelwelle zu erfassen, indem die Mehrzahl der Ziel-Vorsprünge aufgenommen werden, und das erfasste Signal für ein Steuergerät zu generieren. Unter der Annahme, dass ein Drehwinkelsensor mit einem elektromagnetischen Fühler z. B. auf die gleiche Weise als Nockenwinkelsensor verwendet wird, umfasst der Nockenwinkelsensor mit diesem Fühlertyp drei Ziel-Vorsprünge, die an einer Nockenwelle montiert und am Umfang gleich weit entfernt voneinander angeordnet sind, und ein Nockenwinkel-Erfassungselement, das in der nahen Umgebung zur Nockenwelle angeordnet und ausgelegt ist, um eine Drehposition der Nockenwelle zu erfassen, indem jeder der drei Ziel-Vorsprünge aufgenommen wird, und das erfasste Signal für das Steuergerät zu generieren.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Erfassung einer Relativdrehungs-Phasendifferenz der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle beschrieben. Hinsichtlich des vom Kurbelwinkelsensor generierten Kurbelwinkel-Impulssignals wird z. B. angenommen, dass ein Impulssignal pro 10° Kurbelwinkel (CA) generiert wird, und darüber hinaus ein fehlender außenverzahnter Bereich (d. h. ein fehlender Ziel-Vorsprung) alle 120° CA vorgesehen ist, um ein Kurbelwinkel-Sensorsignal (z. B. eine Null- oder keine Impulssignal-Ausgabe) entsprechend dem alle 120° CA fehlenden gezahnten Bereich zu generieren. Die dem fehlenden gezahnten Bereich entsprechende Kurbelwinkel-Sensorsignalausgabe, dessen Signal alle 120° CA generiert wird, dient als Kurbelwinkel-Basisposition (vereinfacht Kurbelwinkelbasis). Andererseits wird hinsichtlich des vom Nockenwinkelsensor generierten Nockenwinkel-Impulssignals angenommen, dass ein Impulssignal pro 120° Nockenwinkel infolge des Winkels (d. h. den 120 Grad) zwischen zwei benachbarten Ziel-Vorsprüngen der drei Ziel-Vorsprünge generiert wird, die auf der Nockenwelle montiert und gleich weit entfernt voneinander angeordnet sind. Die Nockenwinkel-Sensorsignalausgabe, die jedem der drei Ziel-Vorsprünge entspricht, dessen Signalausgabe für je 120° Nockenwinkel (entsprechend alle 240° Kurbelwinkel, aufgrund einer Umdrehung der Nockenwelle pro zwei Umdrehungen der Kurbelwelle) generiert wird, dient als Nockenwinkel-Basisposition (vereinfacht Nockenwinkelbasis). Infolgedessen wird die Nockenwinkel-Basisposition (die Nockenwinkelbasis) nur einmal alle 240° CA aktualisiert. Durch Vergleichen des Zeitpunkts (im Allgemeinen in Kurbelwinkel angegeben), bei dem die vorgenannte Nockenwinkelbasis erfasst wurde, mit der vorgenannten Kurbelwinkelbasis, kann ein Nocken-Phasenwinkel (mit anderen Worten eine Relativdrehungs-Phasendifferenz der Nockenwelle zur Kurbelwelle) berechnet werden. Genauer gesagt wird eine Referenz-Nockenwinkelbasis (die ohne Phasenänderung generiert wurde) auf der Basis der erfassten Kurbelwinkelbasis berechnet und danach eine Abweichung der erfassten Nockenwinkelbasis von der berechneten Referenz-Nockenwinkelbasis berechnet. Die Abweichung wird als Nocken-Phasenwinkel (mit anderen Worten als Relativdrehungs-Phasendifferenz der Nockenwelle zur Kurbelwelle) ermittelt. Wenn die augenblicklich erfasste Nockenwinkelbasis im Vergleich zur Referenz-Nockenwinkelbasis z. B. 60 Grad phasenvoreilend ist, ermittelt das Steuergerät, dass eine Relativdrehungsphase der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle um 60 Grad phasenvoreilend ist.
Im Falle des zuvor beschriebenen Relativdrehungs-Phasendifferenz-Erfassungsverfahrens wird jedoch das Nockenwinkel-Basissignal vom Nockenwinkel-Erfassungselement in Form einer Nockenwinkel-Impulssignalausgabe alle 120° Nockenwinkel (mit anderen Worten alle 240° CA) generiert. Das Nockenwinkel-Basissignal wird durch Aufnehmen der am Umfang gleich weit entfernt angeordneten diskontinuierlichen drei Ziel-Vorsprünge erhalten. Dadurch ist es während einem Betrieb mit mittlerer Drehzahl oder hoher Drehzahl, bei Motordrehzahlen von 1200 U/min oder höher, möglich, eine vergleichsweise hohe Genauigkeit der Phasenwinkelerfassung bereitzustellen. Im Gegensatz dazu neigt während einem Betrieb mit sehr niedriger Drehzahl bei Motordrehzahlen von 200 U/min bis 400 U/min, z. B. während dem Anlassen, aufgrund der drei Umfangsabstände, von denen jeder zwischen zwei benachbarten Zielvorsprüngen der am Umfang gleich weit entfernt angeordneten diskontinuierlichen drei Zielvorsprüngen definiert ist, die Phasenwinkel-Aktualisierungsfrequenz bezüglich des VTC-Systemsteuerungs-Ausführungszyklus (des Abfrage-Zeitintervalls) dazu, sich zu reduzieren, wobei sich die Genauigkeit der Phasenwinkelerfassung dadurch verschlechtert. Das heißt, dass es unmöglich ist, eine hohe Genauigkeit der Phasenwinkelerfassung bei allen Motor-Betriebszuständen zu gewährleisten.
Es ist demzufolge Aufgabe der Erfindung, eine Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung und eine Verbrennungsmotor-Ventiltiming-Steuervorrichtung bereitzustellen, die diese verwendet, die eine hohe Genauigkeit der Phasenwinkelerfassung bei allen Motor-Betriebszuständen ermöglicht, die von einem Betrieb mit sehr niedriger Drehzahl bis zu einem Betrieb mit hoher Drehzahl reichen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1, 8, 9 und 10. Die Unteransprüche offenbaren bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Um die vorgenannte und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu erreichen, weist eine Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung ein Antriebswellenwinkel-Erfassungselement zur Erfassung einer Drehposition einer Antriebswelle durch ein vorgegebenes Antriebswellen-Zielelement, ein Abtriebswellen-Zielelement, das mit einer von der Antriebswelle angetrieben Abtriebswelle fest verbunden ist, und einen ersten Erfassungsabschnitt, dessen erfasste Position sich kontinuierlich ändert, und zumindest einen zweiten Erfassungsabschnitt aufweist, dessen erfasste Position sich diskontinuierlich ändert, wobei der zweite Erfassungsabschnitt an einem Ende des ersten Erfassungsabschnitts ausgebildet ist, und ein einer Verschiebung des Abtriebswellen-Zielelements auf, wobei die Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung einen Drehwinkel der Abtriebswelle auf der Basis eines Ausgabesignals vom Abtriebswellenwinkel-Erfassungselement erfasst, und einen Drehwinkel der Antriebswelle auf der Basis eines Ausgabesignals vom Antriebswellenwinkel-Erfassungselement erfasst, und einen Phasenwinkel der Abtriebswelle relativ zur Antriebswelle auf der Basis des erfassten Drehwinkels der Abtriebswelle und des erfassten Drehwinkels der Antriebswelle erfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung ein Antriebswellenwinkel-Erfassungselement zur Erfassung einer Drehposition einer Antriebswelle durch ein vorgegebenes Antriebswellen-Zielelement, ein Abtriebswellen-Zielelement, das mit einer von der Antriebswelle angetriebenen Abtriebswelle fest verbunden ist, und einen ersten Erfassungsabschnitt, dessen erfasste Position sich kontinuierlich ändert, und zumindest einen zweiten Erfassungsabschnitt aufweist, dessen erfasste Position sich diskontinuierlich ändert, wobei der zweite Erfassungsabschnitt an einem Ende des ersten Erfassungsabschnitts ausgebildet ist, ein Abtriebswellenwinkel-Erfassungselement zur Erfassung einer Verschiebung des Abtriebswellen-Ziels, und ein Steuergerät zur Erfassung eines Drehwinkels der Abtriebswelle auf der Basis eines Ausgabesignals vom Abtriebswellenwinkel-Erfassungselement, und zur Erfassung eines Drehwinkels der Antriebswelle auf der Basis eines Ausgabesignals vom Antriebswellenwinkel-Erfassungselement, und zur Erfassung eines Phasenwinkels der Abtriebswelle relativ zur Antriebswelle auf der Basis des erfassten Drehwinkels der Abtriebswelle und des erfassten Drehwinkels der Antriebswelle auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung verwendet eine Verbrennungsmotor-Ventiltiming-Steuervorrichtung einen Phasenänderungsmechanismus, um ein Motor-Ventiltiming durch Verändern einer relativen Drehphase zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle abhängig von einem Motor-Betriebszustand variabel einzustellen, und ein Steuergerät zur Erfassung einer relativen Drehphasendifferenz zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle, und zur Ausgabe eines Antriebssignals auf der Basis der erfassten Phasendifferenz an den Phasenänderungsmechanismus, wobei die Ventiltiming-Steuervorrichtung ein Kurbelwinkel-Erfassungselement zur Erfassung einer Drehposition der Kurbelwelle durch ein vorgegebenes Kurbelzielelement, ein Nockenzielelement, das mit der von der Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle fest verbunden ist, und einen ersten Erfassungsabschnitt, dessen erfasste Position sich kontinuierlich ändert, und zumindest einen zweiten Erfassungsabschnitt aufweist, dessen erfasste Position sich diskontinuierlich ändert, wobei der zweite Erfassungsabschnitt an einem Ende des ersten Erfassungsabschnitts ausgebildet ist, und ein Nockenwinkel-Erfassungselement zur Erfassung einer Verschiebung des Nockenzielelements auf, wobei das Steuergerät zur Erfassung eines Drehwinkels der Nockenwelle auf der Basis eines Ausgabesignals vom Nockenwinkel-Erfassungselement, und zur Erfassung eines Drehwinkels der Kurbelwelle auf der Basis eines Ausgabesignals vom Kurbelwinkel-Erfassungselement, und zur Erfassung eines Phasenwinkels der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle auf der Basis des erfassten Drehwinkels der Nockenwelle und des erfassten Drehwinkels der Kurbelwelle ausgelegt ist.
Entsprechend noch einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Verbrennungsmotor-Ventiltiming-Steuervorrichtung ein Kurbelwinkel-Erfassungselement zur Erfassung einer der Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle fest verbunden ist, und einen ersten Erfassungsabschnitt, dessen erfasste Position sich kontinuierlich ändert, und zumindest einen zweiten Erfassungsabschnitt aufweist, dessen erfasste Position sich diskontinuierlich ändert, wobei der zweite Erfassungsabschnitt an einem Ende des ersten Erfassungsabschnitt ausgebildet ist, ein Nockenwinkel-Erfassungselement zur Erfassung einer Verschiebung des Nockenzielelements, ein Steuergerät zur Erfassung eines Drehwinkels der Nockenwelle auf der Basis eines Ausgabesignals vom Nockenwinkel-Erfassungselement, und zur Erfassung eines Drehwinkels der Kurbelwelle auf der Basis eines Ausgabesignals vom Kurbelwinkel-Erfassungselement, und zur Erfassung eines Phasenwinkels der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle auf der Basis des erfassten Drehwinkels der Nockenwelle und des erfassten Drehwinkels der Kurbelwelle, und einen Phasenänderungsmechanismus auf, um den Phasenwinkel der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle als Reaktion auf ein Steuersignal zu verändern, das vom Steuergerät erzeugt und auf der Basis des erfassten Phasenwinkels ermittelt wurde.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 eine schematische Systemansicht, die eine Verbrennungsmotor-Ventiltiming-Steuervorrichtung veranschaulicht, bei der eine Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung einer Ausführungsform anwendbar ist,
2 eine Aufrissansicht, die ein Kurbelzielelement eines Kurbelwinkelsensors veranschaulicht, der einen Teil der Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung die Ausführungsform bildet;
3 eine Aufrissansicht, die ein Nockenzielelement eines Nockenwinkelsensors veranschaulicht, der einen Teil der Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform bildet,
4 eine perspektivische Ansicht, die ein modifiziertes Nockenzielelement darstellt,
5 ein Signalausgabe-Kennfeld, das ein Kurbelwinkel-Impulssignal (Kurbel-Impulse) bzw. ein Nockenwinkel-Impulssignal veranschaulicht, die vom Kurbelwinkelsensor bzw. vom Nockenwinkelsensor erzeugt wurden, die in der Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform enthalten sind,
6 ein Ablaufdiagramm, das eine Phasenwinkel-Erfassungsroutine veranschaulicht, die im Steuergerät durchgeführt wird, das in der Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform enthalten ist,
7 ein teilweise vergrößertes Signalausgabe-Kennfeld, das ein Kurbelwinkel-Impulssignal und ein Nockenwinkel-Sensorsignal V veranschaulicht, die beide gemäß der Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 6 unter Verwendung eines Kurbeldrehwinkel-„Interpolations"-Timers erzeugt wurden,
8 ein Ablaufdiagramm, das eine erste modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine unter Verwendung eines Gradienten ΔV (pro 10° CA) der Nockenwinkel-Sensorsignalausgabe V veranschaulicht,
9 ein teilweise vergrößertes Signalausgabe-Kennfeld, das ein Kurbelwinkel-Impulssignal und ein Nockenwinkel-Sensorsignal veranschaulicht, in die beide gemäß der ersten modifizierten Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 8 erzeugt wurden,
10A ein Signalausgabe-Kennfeld, das Nockenwinkel-Sensorsignal-Wellenformen veranschaulicht, die gemäß der ersten modifizierten Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 8 während einer Zeitspanne ohne Phasenänderung (einem Phasenwinkel-Haltemodus) während einer phasenvoreilenden Zeitspanne und während einer phasennacheilenden Zeitspanne erzeugt wurden,
10B ein Wellenform-Kennfeld, das die erfasste Signal-Wellenform des entsprechend der ersten modifizierten Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 8 erhaltenen Nocken-Phasenwinkels während der Zeitspanne ohne Phasenänderung (beim Phasenwinkel-Haltemodus), während der phasenvoreilenden Zeitspanne und während der phasennacheilenden Zeitspanne veranschaulicht,
11 ein Sprungantwort-Wellenformdiagramm, das eine Sprungantwort-Wellenform veranschaulicht, die durch die Verwendung der Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 6 oder durch die Verwendung der ersten modifizierten Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 8 während dem Anlassen des Motors erhalten wird;
12 ein Ablaufdiagramm, das eine zweite modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine veranschaulicht,
13 ein Ablaufdiagramm, das eine dritte modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine veranschaulicht, und
14 ein Ablaufdiagramm, das eine vierte modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine veranschaulicht.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf die Zeichnung, insbesondere in Bezug auf 1, wird nun die Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform in einem variablen Ventiltiming-Steuersystem (VTC) eines Verbrennungsmotors beispielhaft erläutert. Zum Zwecke der Vereinfachung der Offenbarung ist die Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung in der dargestellten Ausführungsform lediglich auf der Einlassseite eines Ventilbetätigungssystems angelegt. Selbstverständlich kann die Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform auch auf der Auslassseite eines Ventilbetätigungssystems eingesetzt werden.
Das in 1 dargestellte VTC-System verwendet eine so genannte Ventiltiming-Steuervorrichtung mit elektromagnetischer Bremse, wie sie in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2005-180307 offenbart wurde, die dem US-Patent mit der Nummer US 7,143,730 entspricht. Die Ventiltiming-Steuervorrichtung mit der elektromagnetischen Bremse ist an sich konventionell, typische Details einer solchen VTC-Vorrichtung mit elektromagnetischer Bremse wurden im US-Patent Nr. 7,143,730 dargelegt, das am 5. Dezember 2006 für Atsushi Yamanaka erteilt und dem Bevollmächtigten für die vorliegende Erfindung zugesprochen wurde, und dessen Lehre wird hiermit durch Bezugnahme miteinbezogen. Demzufolge wird lediglich der schematische Aufbau des VTC-Systems nachfolgend kurz beschrieben, das eine solche VTC-Vorrichtung mit elektromagnetischer Bremse einsetzt.
Das heißt, das VTC-System umfasst zumindest ein Steuerzahnrad 3, eine Nockenwelle 4, eine Buchse (nicht dargestellt), die mit einem axialen Ende der Nockenwelle 4 fest verbunden ist, und einen Phasenänderungsmechanismus 5. Ein Drehmoment wird von einer Motor-Kurbelwelle 1, die als Antriebswelle dient, über eine Kette 2 auf ein Steuerzahnrad 3 übertragen. Die Nockenwelle 4, die als Abtriebswelle dient, ist drehbar so gelagert, dass eine relative Drehung der Nockenwelle 4 zum Steuerzahnrad 3 in einem vorgegebenen Winkelbereich zulässig ist. Der Phasenänderungsmechanismus 5 ist zwischen dem Steuerzahnrad 3 und der mit der Nockenwelle 4 fest verbundenen Buchse vorgesehen, um eine Relativdrehungsphase der Nockenwelle 4 zum Steuerzahnrad 3 (d. h. der Kurbelwelle 1) abhängig von den Motor-Betriebszuständen zu ändern.
Der Phasenänderungsmechanismus 5 umfasst ein im Wesentlichen elliptisches Radialführungsfenster oder eine im Wesentlichen elliptische Radialführungsnut (vereinfacht eine radiale Führung), die im Steuerzahnrad 3 ausgebildet ist, eine spiralförmige Führung (eine spiralförmige Nut), die in einer spiralförmigen Scheibe ausgebildet ist, ein Verbindungselement, einen Eingriffsbereich (genauer gesagt einen Eingriffsstift) und eine Hysteresebremse, die als elektromagnetische Bremse dient. Das Basisende des Verbindungselements ist mit der vorgenannten Buchse schwenkbar verbunden, wobei das distale Ende des Verbindungselements in einer Nocken-Verbindung mit der radialen Führung steht, sodass das distale Ende entlang der radialen Führung radial beweglich ist. Das distale Ende des Verbindungselements ist außerdem mit einer Eingriffsstift-Aufnahmeöffnung (oder einer Eingriffsstift-Haltebohrung) ausgebildet. Der vorgenannte Eingriffsstift wird in der Eingriffsstift-Aufnahmeöffnung des digitalen Endes des Verbindungselements gehalten, während ein im Wesentlichen halbkugelförmiger Bereich des Eingriffsstifts im Eingriff mit der spiralförmigen Führung steht. Die Hysteresebremse (die elektromagnetische Bremse) wird als Antwort auf ein von einer elektronischen Steuereinheit (CU) oder einem Steuergerät 6 (das später beschrieben wird) erzeugtes Steuersignal betätigt oder aktiviert, das entsprechend den Motor-Betriebszuständen generiert wird, um eine Bremskraft an der spiralförmigen Scheibe anzulegen. Genauer gesagt wird die elektromagnetische Bremswirkung (die Betätigungskraft) der spiralförmigen Scheibe durch ein Material zugeführt, das durch einen vom Steuergerät 6 generierten Steuerstrom eine Hysterese ausweist, und durch eine elektromagnetische Spule der Hysteresebremse fließt. Aufgrund der elektromagnetischen Bremswirkung verschiebt sich der Eingriffsstift entlang der spiralförmigen Führung, während er sich radial entlang der radialen Führung bewegt. Dies lässt eine Drehung der oben genannten Buchse (mit anderen Worten der Nockenwelle 4) relativ zum Steuerzahnrad 3 innerhalb des vorgegebenen Winkelbereichs zu, um dadurch die variable Steuerung der Motor-Ventiltimings des Ventil-Betätigungssystems der Einlassseite, das heißt des Einlassventil-Öffnungszeitpunkts (IVO) und des Einlassventil-Schließzeitpunkts (IVC), zu ermöglichen.
Das Steuergerät 6 weist im Allgemeinen einen Mikrocomputer auf. Das Steuergerät 6 umfasst eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle (I/O), Speichereinheiten (RAM, ROM) und einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit (CPU). Die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle (I/O) des Steuergeräts 6 nimmt Eingabeinformationen von verschiedenen Motor-/Fahrzeugsensoren, nämlich einem Kurbelwinkelsensor 7, einem Ansaugluft-Mengensensor, wie z. B. einem Luftmengenmesser (nicht dargestellt) einem Motortemperatursensor (z. B. einem Motorkühlmittelsensor, einem Schmieröltemperatursensor und dergleichen), einem Gaspedal-Öffnungssensor, wie z. B. einem Gaspedal-Winkelpositionssensor (oder einem Drosselklappen-Öffnungssensor), und einem Nockenwinkelsensor 8 auf. Im Steuergerät 6 ermöglicht die Zentraleinheit (CPU) den Zugriff auf die Eingangsinformationsdaten von den zuvor beschriebenen Motor-/Fahrzeugsensoren durch die I/O-Schnittstelle. Die CPU des Steuergeräts 6 ist verantwortlich für die Ausführung des in den Speichereinheiten gesteuerten Steuerprogramms (der Phasenwinkel-Erfassungsroutine, die später in Bezug auf die jeweils in 6, 8 und 12-14 dargestellten Ablaufdiagramme beschrieben wird) und ist in der Lage, die notwendigen arithmetischen und logischen Operationen durchzuführen. Die Rechenergebnisse (arithmetische Berechnungsergebnisse), d. h. ein berechnetes Ausgabesignal wird durch den Ausgangsschnittstellenschaltkreis des Steuergeräts 6 an die Ausgabeabschnitte, nämlich die elektromagnetische Spule der Hysteresebremse (den elektromagnetischen Aktuator) des Phasenänderungsmechanismus 5 weitergeleitet, der im VTC-System enthalten ist, das die Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform einsetzt.
Das Steuergerät 6 ist eigentlich ausgelegt, um einen Motor-Betriebszustand (beim augenblicklichen VTC-Systemsteuerungs-Ausführungszyklus) auf der Basis der letzten aktuellen Informationsdatensignale vom Kurbelwinkelsensor 7, Ansaugluft-Mengensensor, Motortemperatursensor und vom Gaspedal-Öffnungssensor zu erfassen oder abzuschätzen oder zu ermitteln. Der Kurbelwinkelsensor 7 ist vorgesehen, um eine Drehposition (d. h. einen Drehwinkel) und eine Drehzahl der Kurbelwelle 1, d. h. die Motordrehzahl Ne, zu erfassen. Der Nockenwinkelsensor 8 ist vorgesehen, um eine Drehposition der Nockenwelle 4 zu erfassen. Wie später detailliert beschrieben wird, ist das Steuergerät 6 außerdem ausgelegt, um einen Relativdrehungs-Phasenwinkel der Nockenwelle 4 zur Kurbelwelle 1 auf der Basis der letzten aktuellen Informationsdatensignalen vom Kurbelwinkelsensor 7 und vom Nockenwinkelsensor 8 zu erfassen oder abzuschätzen oder zu ermitteln, um den Phasenänderungsmechanismus 5 als Reaktion auf ein Feedback-Steuersignal anzutreiben, das auf der Basis einer Abweichung (eines Fehlersignals) des erfassten Relativdrehungs-Phasenwinkels von seinem gewünschten Wert auf der Basis des augenblicklichen Motor-Betriebszustands ermittelt wurde.
Genauer gesagt, wird bei der dargestellten Ausführungsform ein Drehwinkelsensor mit einem elektromagnetischen Fühler als Kurbelwinkelsensor 7 verwendet. Wie aus 1 ersichtlich, ist der Kurbelwinkelsensor 7 (der Drehwinkelsensor mit dem elektromagnetischen Fühler) im Wesentlichen scheibenförmig, mit einem dünnwandigen Kurbelzielelement 9, das an das hintere Ende der Kurbelwelle 1 geschraubt ist, und einem Kurbelwinkel-Erfassungselement 10 ausgebildet, das als Impulsgeber dient. Das Kurbelzielelement 9 weist eine Mehrzahl von Kurbelzielelement-Vorsprüngen 9a auf, die auf dessen Umfang ausgebildet sind und als Impuls-Induzierungsbereiche dienen. Ein Kurbelwinkel-Erfassungselement 10 ist vorgesehen, um die aktuellen Informationen hinsichtlich der Drehposition (des Drehwinkels) und der Drehzahl der Kurbelwelle 1 durch Aufnehmen der Mehrzahl der Kurbelzielelement-Vorsprünge 9a zu erfassen.
In 2 ist der detaillierte Aufbau des Kurbelzielelements 9 dargestellt. Wie aus 2 ersichtlich, ist das Kurbelzielelement 9 aus einem im Wesentlichen scheibenförmigen, dünnwandigen Bauteil mit einem vorgegebenen Durchmesser ausgebildet. Das scheibenförmige Kurbelzielelement 9 ist mit einer mittigen Durchgangsöffnung ausgebildet, die als Schrauben-Einführungsöffnung 9b dient. Wie oben beschrieben, ist das scheibenförmige Kurbelzielelement 9 an seinem Umfang mit der Mehrzahl der Kurbelzielelement-Vorsprünge 9a ausgebildet. Tatsächlich ist die Mehrzahl der Kurbelzielelement-Vorsprünge 9a durch eine intermittierende Ausbildung einer Mehrzahl von kleinen rechteckig eingeschnittenen Bereichen auf dem Umfang des scheibenförmigen Kurbelzielelements ausgebildet. Wie aus 2 deutlich erkennbar, sind fast alle rechteckig eingeschnittenen Bereiche am Umfang gleich weit entfernt voneinander, mit anderen Worten in einem gleichen kreisförmigen Abstand von 10° Kurbelwinkel (CA), angeordnet, aber ein fehlender rechteckig eingeschnittener Bereich (mit anderen Worten ein fehlender verzahnter Bereich) ist alle 120° CA vorgesehen. Dadurch sind drei aus der Mehrzahl der Kurbelzielelement-Vorsprünge 9a, die am Umfang in einem Abstand von 120° voneinander angeordnet sind, als vergleichsweise breite Kurbelzielelement-Vorsprünge ausgebildet, von denen jeder eine Umfangsbreite aufweist, die im Wesentlichen 20° CA entspricht. Jeder der restlichen Kurbelzielelement-Vorsprünge weist eine Umfangsbreite auf, die im Wesentlichen 10° CA entspricht.
Das Kurbelwinkel-Erfassungselement 10 ist mit einer Motor-Kipphebelabdeckung (nicht dargestellt) fest verbunden und liegt in naher Umgebung zum Umfang des Kurbelzielelements 9 in der axialen Richtung der Kurbelwelle 1, um die Kurbelzielelement-Vorsprünge 9a aufzunehmen und ein so genanntes 10° CA-Impulssignal (siehe 5) zu generieren, das aufgrund von jedem der vergleichsweise schmalen Kurbelzielelement-Vorsprünge 9a erzeugt wurde, die eine Umfangsbreite aufweisen, die im Wesentlichen 10° CA entspricht, und um ein Kurbelwinkelsensorsignal zu generieren, das jedem der drei fehlenden, rechteckig eingeschnittenen Vorsprünge entspricht (d. h. jedem der drei Kurbelzielelement-Vorsprünge, die am Umfang in einem Abstand von je 120° voneinander angeordnet sind und eine Umfangsbreite aufweisen, die im Wesentlichen 20° CA entspricht). Wie aus dem Signalausgabe-Kennfeld von 5 ersichtlich, wird das Kurbelwinkelsensorsignal, das jedem der drei breiten bzw. am Umfang mit einer Breite angeordneten Kurbelzielelement-Vorsprüge (jedem der drei fehlenden gezahnten Bereiche) entspricht, in Form einer Null- oder keiner Impulssignalausgabe erzeugt. Die Kurbelwinkelsensor-Signalausgabe (eine Null- oder keine Impulssignalausgabe), die dem fehlenden gezahnten Bereich (dem breiten Kurbelzielelement-Vorsprung mit einer Umfangsbreite, die im Wesentlichen 20° CA entspricht) entspricht, dessen Signal alle 120° CA generiert wird, wirkt als Kurbelwinkel-Basisbereich (vereinfacht, als Kurbelwinkel-Basis oder als Kurbelbasis, die mit „CrB" bezeichnet ist). Wie zuvor beschrieben, wird bei der dargestellten Ausführungsform ein Drehwinkelsensor mit elektromagnetischem Fühler als Kurbelwinkelsensor 7 verwendet. Der Kurbelwinkelsensor 7 kann stattdessen aus einem anderen Typ von Drehwinkelsensor, wie z. B. einem Typ mit einem magnetwiderstandsbeständigen Element (z. B. einer Halleffekt-Vorrichtung, die nach dem Halleffekt-Prinzip arbeitet) oder einem Typ mit einem optischen Element ausgebildet sein.
Andererseits ist der Nockenwinkelsensor 8 am hinteren Ende der Nockenwelle 4 mittels Schrauben befestigt (siege 1). Der Nockenwinkelsensor 8 ist aus einem Nockenzielelement 11, das an das hintere Ende der Nockenwelle 4 geschraubt ist, und einem Nockenwinkel-Erfassungselement 12 aufgebaut. Das Nockenzielelement 11 ist als blattförmiges dünnwandiges Verbundbauteil ausgebildet, das einstückig mit den am Umfang gleich weit entfernt angeordneten, sich radial erstreckenden (radial herausragenden) drei Ziel-Vorsprüngen 13 ausgebildet ist. Das Nockenwinkel-Erfassungselement 12 ist ein Abstandssensor, um einen Versatz von jedem der am Umfang gleich weit entfernt angeordneten Ziel-Vorsprünge 13 zu erfassen.
Es wird auf 3 Bezug genommen, worin der detaillierte Aufbau des Nockenzielelements 11 dargestellt ist. Wie aus 3 ersichtlich, ist das Nockenzielelement 11 mit einer mittigen Durchgangsöffnung ausgebildet, die als Schrauben-Einführungsöffnung 11a dient. Das Nockenzielelement 11 ist einstückig mit den vorgenannten, am Umfang gleich weit entfernt angeordneten drei Zielvorsprüngen 13, 13, 13 ausgebildet, von denen sich jeder radial von der mittigen Schrauben-Einführungsöffnung 11a erstreckt. Man beachte, dass bei der Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform jeder der am Umfang gleich weit entfernt angeordneten drei Zielvorsprünge 13 einen ersten Erfassungsabschnitt 13a mit einer kontinuierlichen bogenförmigen Krümmung und einen zweiten Erfassungsabschnitt 13b aufweist, der vom äußersten radialen Ende des ersten Erfassungsabschnitts 13a radial nach innen ausgeschnitten ist. Wie aus der Aufrissansicht von 3 ersichtlich, ist der Umfang des ersten Erfassungsabschnitts 13a in Bezug auf die Drehrichtung der Nockenwelle 4 ringsum nach vorn gekrümmt und kreisbogenförmig ausgebildet.
Wie zuvor beschrieben, ist der erste Erfassungsabschnitt 13a von jedem der drei am Umfang gleich weit entfernt angeordneten Ziel-Vorsprünge 13 kreisbogenförmig so aufgebaut oder ausgebildet, dass sich der Krümmungsradius des kreisbogenförmigen ersten Erfassungsabschnitts 13a von einem ersten Endbereich (d. h. seinem radial inneren Ende 13c) zu einem zweiten Endbereich (d. h. seinem radial äußeren Ende 13d) vergrößert und dass sich eine erfasste Position des ersten Erfassungsabschnitts 13a, die vom Nockenwinkel-Erfassungselement 12 erfasst werden soll, kontinuierlich ändert. Andererseits ist der zweite Erfassungsabschnitt 13b von jedem der am Umfang gleich weit entfernt angeordneten Ziel-Vorsprünge 13 als radialer Ausschnitt aufgebaut oder ausgebildet, der sich radial in der zur Achse der Nockenwelle 4 senkrechten Richtung vom radial äußeren Ende 13d des ersten Erfassungsabschnitts 13a zur Mitte der Schrauben-Einführungsöffnung 11 erstreckt, und wobei sich eine erfasste Position des zweiten Erfassungsabschnitts 13b diskontinuierlich ändert, die vom Nockenwinkel-Erfassungselement 12 erfasst werden soll.
Das Nockenwinkel-Erfassungselement 12 ist ein Drehwinkelsensor mit einem elektromagnetischen Fühler. Das Nockenwinkel-Erfassungselement 12 ist mit der Motor-Kipphebelabdeckung fest verbunden und befindet sich in naher Umgebung zum hinteren Ende der Nockenwelle 4, sodass das Nockenwinkel-Erfassungselement 12 in der radialen Richtung der Nockenwelle 4 derart angeordnet ist, um zu den ersten und zweiten Erfassungsabschnitten 13a–13b des Nockenzielelements 11 in der radialen Richtung der Nockenwelle 4 gerichtet zu sein. Wie aus dem Signalausgabe-Kennfelddiagramm von 5 ersichtlich, generiert das Nockenwinkel-Erfassungselement 12 durch Erfassen der ersten und zweiten Erfassungsabschnitte 13a–13b des Nockenzielelements 11 im Wesentlichen ein kontinuierliches Sägezahn-Wellenformsignal (oder ein kontinuierliches abgestuftes bzw. stufenartiges Spannungssignal in Form eines analogen Signals). Um die aus der Nockenwinkel-Sensorsignal-Wellenform (der Sägezahn-Wellenform) von 5 ersichtlich, wird ein Signalabschnitt, der dem kreisbogenförmigen ersten Erfassungsabschnitt 13a entspricht, als kontinuierlicher ansteigender Signalbereich der Sägezahn-Wellenform erfasst. Andererseits wird der Signalabschnitt, der dem zweiten Erfassungsabschnitt 13b entspricht, als diskontinuierlicher Signalbereich mit abfallender Flanke erfasst, der zyklisch dreimal pro einer Umdrehung der Nockenwelle 4 erzeugt wird. In 5 kennzeichnet die linke Ordinate eine Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe (Einheit: Volt), während die rechte Ordinate eine Kurbelwinkelsensor-Spannungssignalausgabe (Einheit: Volt) kennzeichnet.
Eine Position, bei der eine rasche Änderung (d. h. ein rascher Abfall) beim Signalausgabepegel des Nockenwinkel-Erfassungselements 12 eintritt, mit anderen Worten, eine Winkelposition, die dem diskontinuierlichen Signalbereich mit abfallender Flanke entspricht, die aufgrund des zweiten Erfassungsabschnitts 13b erfasst wurde, kann durch Überwachen der Nockenwinkel-Sensorsignal-Wellenform exakt erfasst oder ermittelt werden, die vom Nockenwinkel-Erfassungselement 12 erfasst wurde. Die Winkelposition, die dem diskontinuierlichen Signalbereich mit abfallender Flanke entspricht, wobei der Signalbereich alle 120° Nockenwinkel (d. h. alle 240° CA aufgrund einer Umdrehung der Nockenwelle 4 pro zwei Umdrehungen der Kurbelwelle 1) erzeugt wird, wirkt als Nockenwinkel-Basisposition (vereinfacht, Nockenwinkelbasis oder Nockenbasis, bezeichnet mit „CaB"). Ein maximaler Signalwert Vmax und ein minimaler Signalwert Vmin des vom Nockenwinkel-Erfassungselement 12 generierten Sensorsignals variieren oder schwanken abhängig von den Motor-Betriebszuständen. Unter völliger Berücksichtigung einer Änderung bei jedem der maximalen und minimalen Signalwerte Vmax und Vmin, die beide abhängig von den Motor-Betriebszuständen variieren, werden die maximalen und minimalen Signalwerte Vmax und Vmin (siehe die durch die oberen und unteren kleinen Kreise umgebenen Signalbereiche, die durch die gestrichelte Linie in 5 gekennzeichnet sind) durch eine lernende Steuerung jedes Mal entsprechend modifiziert, wenn die vorgenannte Nockenbasis „CaB" erfasst wird. Stattdessen kann der maximale Nockenwinkel-Signalwert Vmax auf einen arithmetischen Durchschnittswert (einen einfachen Durchschnitt) der vorherigen Werte des maximalen Nockenwinkel-Signalwerts Vmax modifiziert oder aktualisiert werden, die während einer Zeitspanne erfasst wurden, die der vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen der Motor-Kurbelwelle 1 entspricht, während der minimale Nockensensor-Signalwert Vmin auf einen arithmetischen Durchschnittswert (einen einfachen Durchschnitt) der vorherigen Werte des minimalen Nockensensor-Signalwerts Vmin modifiziert oder aktualisiert werden kann, die während einer Zeitspanne erfasst wurden, die der vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen der Motor-Kurbelwelle 1 entspricht. Alternativ kann der maximale Nockensensor- Signalwert Vmax auf einen einfachen Durchschnitt einer vorgegebenen Anzahl von vorherigen Werten des maximalen Nockensensor-Signalwerts Vmax modifiziert oder aktualisiert werden, die vor dem augenblicklichen Steuerungs-Ausführungszyklus erfasst wurden, während der minimale Nockensensor-Signalwert Vmin auf einen einfachen Durchschnitt einer vorgegebenen Anzahl von vorherigen Werten des minimalen Nockenwinkel-Signalwerts Vmin modifiziert oder aktualisiert werden kann, die vor dem augenblicklichen Ausführungszyklus erfasst wurde.
Nachfolgend wird ein benanntes Verfahren detailliert beschrieben, um das Sägezahnsignal (die Nockenwellensensor-Spannungssignalausgabe V), das von den ersten und zweiten Erfassungsabschnitten 13a–13b des Nockenzielelements 11 erzeugt wird, in einen Nockenwinkel der Nockenwelle 4 umzuwandeln. Wie zuvor erläutert, wird ein diskontinuierlicher Signalbereich mit abfallender Flanke, der der Nockenbasis „CaB" entspricht, dreimal pro einer Umdrehung der Nockenwelle 4 erzeugt. Somit wird eine Umwandlungsrate (Nockenwinkel/V), genauer gesagt ein Nockenwellen-Drehwinkel (ein Nockenwinkel der Nockenwelle 4) pro Einheit des Nockenwinkelsensor-Spannungsausgabesignals aus dem nachfolgenden Umwandlungsausdruck berechnet oder ermittelt. Nockenwinkel/V = (720° CA/Anzahl des Auftretens der Nockenbasis „CaB" je Nockenwellenumdrehung/(Vmax – Vmin)
Unter der Annahme, dass V eine erfasste Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe bezeichnet, ein maximaler Nockensensor-Signalwert Vmax gleich 4V (4 Volt), und ein minimaler Nockensensor-Signalwert Vmin gleich 1V (1 Volt) beträgt, wird der vorgenannte Umwandlungsausdruck durch die folgende Näherungsgleichung dargestellt. Nockenwinkel/V = (720° CA/3)/(4V – 1V) = 240° CA/3V = 80° CA/V
In 4 ist die Modifizierung des Nockenzielelements 11 dargestellt. Das modifizierte Nockenzielelement 11 von 4 ist als dreidimensionales Bauteil ausgebildet, das einstückig mit den drei axial gezahnten Zielbereichen 13 und ebenfalls mit der mittigen Durchgangsöffnung (Schrauben-Einführungsöffnung 11a) ausgebildet ist. Wie aus 4 ersichtlich, sind die drei Zielbereiche 13 einstückig miteinander um die Schrauben-Einführungsöffnung 11a herum ausgebildet und auf dem Umfang in gleichem Abstand angeordnet. Jeder der drei Zielbereiche 13, 13, 13 weist einen ersten Erfassungsabschnitt 13a mit einer gekrümmten axialen Endfläche und einen zweiten Erfassungsabschnitt 13b mit einem axial gezahnten Bereich auf. Die axiale Endfläche des ersten Erfassungsabschnitts 13a ist in der Umfangsrichtung kreisbogenförmig (siehe die gekrümmte axiale Endfläche, die in der Drehrichtung der Nockenwelle 4 in 4 nach unten abgeschrägt ist). Der zweite Erfassungsabschnitt 13b ist vom axial äußersten Ende des ersten Erfassungsabschnitts 13a in der radialen Richtung als auch der axialen Richtung linear gezahnt oder ansteigend ausgebildet.
Der erste Erfassungsabschnitt 13a von jedem der drei am Umfang gleich weit entfernt angeordneten Zielbereiche 13 ist als nach unten geneigte gekrümmte Fläche ausgebildet, die ein vorgegebenes Gefälle (oder einen vorgegebenen abfallenden Böschungswinkel) aufweist und vom ersten Endbereich 13c, dessen Spitze identisch zum zugehörigen zweiten Erfassungsabschnitt 13b ist, zum zweiten Endbereich (dem axial vertieften Bereich) 13d nach unten abfällt. Dadurch ist der erste Erfassungsabschnitt 13a so ausgelegt, dass sich eine erfasste Position des ersten Erfassungsabschnitts 13a des dreidimensionalen modifizierten Nockenzielelements 11 von 4 kontinuierlich ändert, die vom Nockenwinkel- Erfassungselement 12 erfasst werden soll. Auf der andern Seite ist der zweite Erfassungsabschnitt 13b als radial schrittweise ansteigender Bereich mit einer flachen Oberfläche ausgebildet, die sich axial vom ersten Endbereich 13c des ersten Erfassungsabschnitts 13a erstreckt, und wobei sich eine erfasste Position des zweiten Erfassungsabschnitts 13b diskontinuierlich ändert, die als Nockenwinkel-Erfassungselement 12 erfasst werden soll. Darüber hinaus ist das Nockenwinkel-Erfassungselement 12 mit der Motor-Kipphebelabdeckung fest verbunden und befindet sich in naher Umgebung zum hinteren Ende der Nockenwelle 4, sodass das Nockenwinkel-Erfassungselement 12 in der axialen Richtung der Nockenwelle 4 derart angeordnet ist, um zu den ersten und zweiten Erfassungsabschnitten 13a–13b des dreidimensionalen modifizierten Nockenzielelements 11 in der axialen Richtung der Nockenwelle 4 gerichtet zu sein.
Der Einfachheit halber wird in der nachfolgenden Beschreibung ein Verfahren zur Erfassung des Nocken-Phasenwinkels beim Nockenzielelement 11 erläutert, das als blattförmiges dünnwandiges Verbundbauteil einstückig mit den am Umfang gleich weit entfernt angeordneten, sich radial erstreckenden drei Ziel-Vorsprüngen 13, wie in 3 dargestellt, ausgebildet ist. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf ein solches blattförmiges dünnwandiges Verbund-Nockenziel beschränkt ist, sondern ein wie in 4 dargestelltes, dreidimensionales modifiziertes Nockenziel verwendet werden kann, da das dreidimensionale modifizierte Nockenziel von 4 die gleiche Funktion und den gleichen Effekt wie das blattförmige Verbund-Nockenziel von 3 bereitstellen kann. Das blattförmige Verbund-Nockenziel von 3 ist dem dreidimensionalen modifizierten Nockenziel von 4 hinsichtlich der einfachen Form und der leichten Herstellbarkeit oder einfachen aber hoch-präzisen maschinellen Bearbeitung überlegen. Im Gegensatz dazu, ist das dreidimensionale modifizierte Nockenziel von 4 dem blattförmigen Verbund-Nockenziel von 3 in der verringerten radialen Abmessung überlegen. Das dreidimensionale modifizierte Nockenziel von 4 mit der verringerten radialen Abmessung erhöht den Freiheitsgrad der Anordnung beim Einbau der Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung an sich und/oder der mit dem Phasenwinkelsensor ausgestatteten VTC-Vorrichtung am Motor, während die radiale Größe effektiv niedergehalten wird.
In 6 ist die im Steuergerät 6 ausgeführte Nocken-Phasenwinkel-Erfassungsroutine dargestellt. Konkret basiert das Phasenwinkel-Erfassungsverfahren (die Nocken-Phasenwinkel-Erfassungsroutine) von 6, insbesondere ein Verfahren zum Auffinden eines Näherungswerts für einen Nockenwinkel für eine vorgegebene Anzahl N von Kurbel-Impulsen, irgendwo zwischen einem Zeitpunkt der Erfassung der ersten Nockenbasis CaB und einen Zeitpunkt der Erfassung der nächsten Nockenbasis CaB, auf einer „Interpolation", die durch das teilweise vergrößerte Signalausgabe-Kennfeld in 7 veranschaulicht ist. Die in 6 dargestellte Phasenwinkel-Erfassungsroutine wird als zeitgetriggerte Unterbrechungsroutinen ausgeführt, die zu jeweils vorgegebenen Abfrage-Zeitintervallen Tcon, wie z. B. 10 Millisekunden, getriggert beziehungsweise ausgelöst werden.
An einem Schritt S1 von 6 wird eine Kurbelwinkel-Basisposition (d. h. eine Kurbelbasis CrB) mittels des Kurbelwinkelsensors 7 erfasst.
An einem Schritt S2 wird eine Nockenwinkel-Basisposition den (d. h eine Nockenbasis CaB) mittels des Nockenwinkelsensors 8 erfasst.
An einem Schritt S3 wird ein Nocken-Phasenwinkel (eine Relativdrehungs-Phasendifferenz der Nockenwelle 4 zur Kurbelwelle 1) durch ein übliches Phasenwinkel-Erfassungsverfahren so erfasst oder berechnet, dass ein Nocken-Phasenwinkel auf der Basis des Vergleichsergebnisses der durch den Schritt S2 erfassten Nockenbasis CaB und der Kurbelbasis CrB berechnet wird, wobei die Kurbelbasis CaB durch den Schritt S1 erfasst wird und eine Referenz-Nockenbasis ohne Phasenänderung festgelegt.
An einem Schritt S4 erfolgt eine Prüfung, ob die Motordrehzahl Ne niedriger als oder gleich einer festgelegten Motordrehzahl (d. h. einem vorgegebenen Motordrehzahl-Grenzwert N_THR) ist. Wenn die Antwort auf den Schritt S4 negativ (NEIN) ist, d. h. Ne > N_THR ist, rückt die Routine vom Schritt S4 zu einem Schritt S5 vor. Wenn die Antwort auf den Schritt S4 hingegen positiv (JA) ist, d. h. Ne ≤ N_THR ist, rückt die Routine vom Schritt S4 zu einem Schritt S6 vor.
Am Schritt S5 wird der Nocken-Phasenwinkel entsprechend dem üblichen Nocken-Phasenwinkel-Erfassungsverfahren (d. h. dem Phasenwinkel-Erfassungsverfahren, das auf dem CaB-CrB-Vergleich basiert) zum Zeitpunkt der Erfassung der nächsten Nockenbasis CaB aktualisiert und danach kehrt das Programm zum Schritt S1 zurück.
Man beachte, dass entsprechend der Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform ein Nocken-Phasenwinkel (eine Relativdrehungs-Phasendifferenz der Nockenwelle 4 zur Kurbelwelle 1) 4 im Falle von Ne ≤ N_THR durch ein verbessertes Nocken-Phasenwinkel-Erfassungsverfahren (unter Verwendung eines Kurbel-Drehwinkel-„Interpolations"-Timers), wie durch eine Serie von Schritten S6–S10 definiert, erfasst oder berechnet wird.
Am Schritt S6 erfasst der Prozessor des Steuergeräts 6 die maximalen und minimalen Sensorsignalwerte Vmax und Vmin (siehe 5) der Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe vom Nockenwinkelsensor 8 zum Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB, wobei diese Nockenbasis CaB durch den Schritt S2 beim augenblicklichen Ausführungszyklus des arithmetischen und logischen Programms (der Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 6) erfasst wurde.
Am Schritt S7 wird ein Nockenwinkel der Nockenwelle 4 für eine Veränderung der Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe, mit anderen Worten, eine Umwandlungsrate (Nockenwinkel/V), genauer gesagt ein Nockenwellen-Drehwinkel pro Einheit des Nockenwinkelsensor-Spannungsausgabesignals aus dem zuvor beschriebenen Umwandlungsausdruck, d. h. (Nockenwinkel/V) = (720° CA/Anzahl des Auftretens der Nockenbasis „CaB" je Nockenwellenumdrehung/(Vmax – Vmin) berechnet oder ermittelt.
Wenn am Schritt S8 eine Abweichung (+α° CA) des Zeitpunkts (hinsichtlich des Kurbelwinkels) der Erfassung der Nockenbasis CaB von einer 10° CA-Kurbel-Impulssignalausgabe, das heißt, wenn der Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB nach der 10° CA-Kurbel-Impulssignalausgabe durch einen Winkel von 10 Grad des Kurbelwinkels (10° CA) plus etwas mehr, d. h. 10° CA + α° CA, dargestellt wird, wird dieser zusätzliche Winkel (+α° CA) durch einen Kurbel-Drehwinkel-„Interpolations”-Timer berechnet. Dies liegt daran, dass ein erfasster Zeitpunkt einer Vorderflanke (ansteigenden Flanke) eines 10° CA-Kurbelimpulses (oder ein erfasster Zeitpunkt der Hinterflanke (abfallenden Flanke) des 10° CA-Kurbelimpulses) und ein Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB wegen eines Montagefehlers des Kurbelwinkelsensors 7 und/oder des Nockenwinkelsensors 8 nicht immer identisch zueinander sind, und als Folge davon der zuvor beschriebene Fehlerwinkel „+α° CA" entsteht. Wie aus 7 ersichtlich, kann der Fehlerwinkel „+α° CA", der aufgrund des Montagefehlers entsteht, durch den „Interpolations"-Timer berechnet werden.
An einem Schritt S9 wird die Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe V erfasst, sofort wenn die vorgegebene Anzahl N der 10° CA-Impulse zum Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB erfasst wurde, und zudem wird ein Nockenwellen-Drehwinkel (ein Nockenwinkel A) aus der erfassten Nockenbasis CaB arithmetisch aus dem nachfolgenden Ausdruck berechnet. Man beachte, dass die Kurbelwinkelsensor-Signalausgabe (eine Null- oder keine Impulssignalausgabe), die dem fehlenden gezahnten Bereich (dem breiten Kurbelzielelement-Vorsprung mit einer Umfangsbreite, die im Wesentlichen 20° CA entspricht) entspricht, ebenfalls als eine aus der vorgegebenen Anzahl von 10° CA-Impulsen gezählt oder berücksichtigt wird. Nockenwinkel A = (Nockenwinkel/V) × (V – Vmin),wobei (Nockenwinkel/V) eine Umwandlungsrate, genauer gesagt einen Nockenwellen-Drehwinkel pro Einheit des Nockenwinkelsensor-Spannungsausgabesignals bezeichnet, und die Umwandlungsrate (Nockenwinkel/V) 80° CA unter der Annahme beträgt, dass der maximale Nockensensor-Signalwert Vmax gleich 4V (4 Volt) und der minimale Nockensensor-Signalwert Vmin gleich 1V (1 Volt) beträgt.
An einem Schritt S10 wird ein Drehwinkel (ein Kurbelwinkel A) der Kurbelwelle 1, sofort wenn die vorgegebene Anzahl N der 10° CA-Impulse zum Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB erfasst wurde, aus der erfassten Nockenbasis CaB arithmetisch aus dem nachfolgenden Ausdruck berechnet. Kurbelwinkel A = (10° CA) × N – (α° CA),wobei N die vorgegebene Anzahl der 10° CA-Kurbelimpulse bezeichnet und α den Montage-Fehlerwinkel bezeichnet, der aufgrund eines Montagefehlers des Kurbelwinkelsensors 7 und/oder des Nockenwinkelsensors 8 entsteht.
Zusätzlich wird am Schritt S10 ein Phasenwinkel (d. h. eine Phasendifferenz der Nockenwelle 4 relativ zur Kurbelwelle 1) durch Vergleichen des berechneten Kurbelwinkels A {= (10° CA) × N – (α° CA)} mit dem berechneten Nockenwinkel A (= (Nockenwinkel/V) × (V – Vmin)) berechnet, der durch den Schritt S9 erhalten wurde. Das durch ein positives Vorzeichen „+" gekennzeichnete Vergleichsergebnis (das rechnerische Ergebnis), d. h. die positive Phasendifferenz der Nockenwelle 4 zur Kurbelwelle 1, bedeutet eine Phasenvoreilung. Im Gegensatz dazu bedeutet das durch ein negatives Vorzeichen „–„ gekennzeichnete Vergleichsergebnis, d. h. die negative Phasendifferenz der Nockenwelle 4 zur Kurbelwelle 1, eine Phasenverzögerung. Die Informationsdaten bezüglich einer Phasendifferenz (oder eines Nocken-Phasenwinkels) wird durch den neu berechneten Phasenwinkel aktualisiert.
Unter der Annahme, dass zum Beispiel der Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB vom Zeitpunkt der Erfassung der Ausgabe des 10° CA-Kurbelimpulses während dem Phasenwinkel-Haltemodus um α = 8° abweicht und die vorgegebene Anzahl N der 10° CA-Kurbelimpulse, die ab dem Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB erfasst und gezählt wurden, auf „4" festgelegt ist, wird der Drehwinkel der Kurbelwelle 1 (d. h. der Kurbelwinkel A) aus dem Ausdruck A = (10° CA) × 4 – (8° CA) = 32° mit 32° CA berechnet. Andererseits wird der Drehwinkel der Nockenwelle 4 (d. h. der Nockenwinkel A) mit 32° CA aus dem Ausdruck A = (80° CA) × (1,4 – 1) = 32° wegen der Nockenwinkel-Sensorsignalausgabe V = 1,4 Volt beim Phasenwinkel-Haltemodus (siehe 7) berechnet. Infolgedessen beträgt die Differenz (Nockenwinkel A – Kurbelwinkel A = 32° CA – 32° CA) gleich 0° CA. In diesem Fall wird der Drehwinkel der Kurbelwelle 1 identisch zum Drehwinkel der Nockenwelle 4 und dadurch wird die Phasendifferenz der Nockenwelle 4 relativ zur Kurbelwelle 1 zu 0° CA.
Wenn an einem Schritt S11 die nächste Nockenbasis CaB erfasst wurde, werden die Informationsdaten bezüglich der Phasendifferenz (oder des Nocken-Phasenwinkels) gemäß dem üblichen Nocken-Phasenwinkel-Erfassungsverfahren (d. h. dem Phasenwinkel-Erfassungsverfahren, das auf dem CaB-CrB-Vergleich basiert) aktualisiert. Hierbei wird der Phasenwinkel-Erfassungsfehler auf der Basis des aktualisierten Phasenwinkels korrigiert. Danach kehrt die Routine vom Schritt S11 zum Schritt S3 zurück. Eine Serie der Schritte S6–S10 (d. h. das Nocken-Phasenwinkel-Erfassungsverfahren, das den „Interplations"-Timer verwendet) wird unter der Bedingung Ne ≤ N_THR wiederholt ausgeführt, bis die nächste Nockenbasis CaB erfasst wird.
Die zuvor beschriebene vorgegebene Anzahl N (die für die Schritte S74–S75 von 14 benötigt wird) der 10° CA-Kurbelimpulse wird durch die Ungleichung 1 ≤ N ≤ (720° CA/Anzahl des Auftretens der Nockenbasis CaB pro Nockenwellenumdrehung)/(10° CA) – 1 erhalten. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt die Anzahl des Auftretens der Nockenbasis „CaB" pro Nockenwellenumdrehung „3", und daher wird die vorgegebene Anzahl N innerhalb des spezifizierten Bereichs von 1 ≤ N ≤ 23 festgelegt.
Wie oben gemäß der Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform dargelegt, die in Bezug auf 1–7 erläutert wurde, ist es möglich, ein Nockenzielelement-Signal zu erfassen, wobei dieses Signal vom ersten Erfassungsabschnitt 13a des Nockenzielelement-Bereichs 13 erzeugt wird und in Form eines analogen Signals kontinuierlich änderbar ist, während ein 10° CA-Kurbel-Impulssignal erfasst und verwendet wird, das als Referenz (REF) eines minimalen Erfassungszyklus dient. Selbst wenn die Anzahl der Umdrehungen der Kurbelwelle 1 gering ist, z. B. während einem Betrieb mit sehr langsamer Drehzahl bei Motordrehzahlen, die von 200 U/min bis 400 U/min, wie z. B. während des Anlassens, reichen, ist es möglich, die Erfassungsfrequenz einer Relativdrehungs-Phasendifferenz der Nockenwelle 4 zur Kurbelwelle 1 bemerkenswert zu erhöhen, um dadurch zu verhindern, dass die Erfassungsgenauigkeit des Nocken-Phasenwinkels durch positive und negative Schwankungen bei der Drehzahl der Kurbelwelle 1 unerwünscht beeinträchtigt wird. Das heißt, dass es möglich ist, die Relativdrehungs-Phasendifferenz zwischen der Nockenwelle 4 und der Kurbelwelle 1 genauer zu erfassen.
Demzufolge ist es möglich, das Betriebs-Ansprechverhalten des Phasenänderungsmechanismus 5 zu verbessern, um dadurch schnell optimale Ventiltimings, selbst beim Anlassen und Starten eines kalten Motors oder während des Leerlaufs, zu erhalten. Dies trägt zu reduzierten Abgasemissionen während dem Anlassen des Motors, einem verbesserten Kraftstoffverbrauch, stabilen Leerlaufdrehzahlen und einem verbesserten Fahrzeugverhalten beim Beschleunigen während der Fahrzeug-Anlaufphase bei.
In 8 ist die erste modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine dargestellt. Die erste modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 8 wird ebenfalls als zeitgetriggerte Unterbrechungsroutinen ausgeführt, die jeweils zu vorgegebenen Abfrage-Zeitintervallen, wie z. B. 10 Millisekunden, ausgelöst werden sollen. Die erste modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 8 ist ähnlich der arithmetischen und logischen Verarbeitung von 6, mit der Ausnahme, dass in der ersten modifizierten Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 8 ein Gradient ΔV (der später beschrieben wird) eines erfassten Werts des Nockenwinkels (d. h. eine Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe V), der vom ersten Erfassungsabschnitt 13a des Nockenziel-Bereichs 13 erfasst wurde, zur Erfassung der Phasendifferenz verwendet wird. Aus diesem Grund werden die Schritte S8–S10, die in der in 6 dargestellten Routine enthalten sind, durch Schritte S28–S31 ersetzt, die in der in 8 dargestellten Routine enthalten sind. Schritte S21–S27 und S32 der ersten modifizierten Routine von 8 sind gleich zu den jeweiligen Schritten S1–S7 und S11 der Routine von 6. Lediglich die unterschiedlichen Schritte S28–S31 von 8 werden nachfolgend detailliert mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben, während eine detaillierte Beschreibung der Schritte S21–S27 weggelassen wird, da die obige detaillierte Beschreibung darüber selbsterklärend zu sein scheint.
Am Schritt S28 von 8 wird sofort wenn die vorgegebene Anzahl N der 10° CA-Kurbelimpulse ab dem Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB erfasst wurde, ein Nockenwinkelsensor-Signalwert V_(N) erfasst. In diesem Stadium wird die Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe V_(N) lediglich erfasst und gespeichert (siehe 9).
Am Schritt S29 wird sofort wenn die vorgegebene Anzahl N + 1 der 10° CA-Kurbelimpulse zum Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB erfasst wurde, ein Nockenwinkelsensor-Signalwert V_(N+1) erfasst.
Am Schritt S30 wird die Differenz ΔV (= V_(N+1) – V_(N)) dieser zwei Signalwerte V_(N+1) und V_(N) arithmetisch berechnet und zusätzlich wird ein Nockenwellen-Drehwinkel (ein Nockenwinkel B) für eine 10° CA-Kurbeldrehung aus dem nachfolgenden Ausdruck arithmetisch berechnet. Nockenwinkel B = (Nockenwinkel/V) × (V(N+1) – V(N)) = (Nockenwinkel/V) × ΔV
Am Schritt S31 wird ein Drehwinkel der Kurbelwelle 1 (ein Kurbelwinkel B) vom Zeitpunkt der Erfassung der aufeinander folgenden 10° CA-Kurbelimpulse der vorgegebenen Anzahl N bis zum Zeitpunkt der Erfassung der aufeinander folgenden 10° CA-Kurbelimpulse der vorgegebenen Anzahl N + 1 immer auf 10° CA festgelegt, weil (N + 1) – N = 1 ist, d. h., dass ein Anstieg von nur einer 10° CA-Impulsausgabe eine 10° CA-Drehung bedeutet.
Am Schritt S31 wird zudem ein Phasenwinkel (d. h. eine Phasendifferenz der Nockenwelle 4 relativ zur Kurbelwelle 1) durch Vergleichen des Kurbelwinkels B {= 10° CA} mit dem berechneten Nockenwinkel B (= (Nockenwinkel/V) × ΔV)) berechnet, der durch den Schritt S30, das heißt, durch Subtrahieren des Kurbelwinkels B {= 10° CA} vom berechneten Nockenwinkel B (= (Nockenwinkel/V) × ΔV)) erhalten wurde. Das Vergleichsergebnis (das errechnete Ergebnis), das durch ein positives Vorzeichen „+" gekennzeichnet ist, d. h. die positive Phasendifferenz der Nockenwelle 4 zur Kurbelwelle 1, bedeutet eine Phasenvoreilung. Im Gegensatz dazu bedeutet das Vergleichsergebnis, das mit einem Minuszeichen „–„ gekennzeichnet ist, das heißt die negative Phasendifferenz der Nockenwelle 4 zur Kurbelwelle 1, eine Phasenverzögerung. Die Informationsdaten bezüglich einer Phasendifferenz (oder eines Nocken-Phasenwinkels) werden durch den neu berechneten Phasenwinkel aktualisiert.
Unter der Annahme, dass zum Beispiel der Nockenwinkelsensor-Signalausgabewert V_(N) gleich 1,5 Volt beträgt und der Nockenwinkelsensor-Signalausgabewert V_(N+1) gleich 1,625 Volt während dem Phasenwinkel-Haltemodus beträgt, wird die Spannungsdifferenz (oder der Gradient oder die Änderungsrate beim analogen Signal des Nockenwinkelsensors) ΔV für die 10° CA-Kurbeldrehung (mit anderen Worten, für einen Anstieg bei nur einer 10° Kurbelimpuls-Signalausgabe) gleich 0,125 Volt. Somit wird der Drehwinkel der Nockenwelle 4 (d. h. der Nockenwinkel B) als 10° CA aus dem Ausdruck B = (80° CA) × (1,625 – 1,5) = (80° CA) × (0,125) = 10° CA berechnet. Andererseits wird der Drehwinkel der Kurbelwelle 1 (d. h. der Kurbelwinkel B) auf 10° CA festgelegt. Infolgedessen beträgt die Differenz (Nockenwinkel B – Kurbelwinkel B = 10° CA – 10° CA) gleich 0° CA. Diesem Fall wird der Drehwinkel der Kurbelwelle 1 identisch zu Drehwinkel der Nockenwelle 4 und somit beträgt die Phasendifferenz der Nockenwelle 4 relativ zur Kurbelwelle 1 gleich 0° CA.
Wenn am Schritt S32 die nächste Nockenbasis CaB erfasst wird, werden die Informationsdaten bezüglich der Phasendifferenz oder des Nocken-Phasenwinkels) gemäß dem üblichen Nocken-Phasenwinkel-Erfassungsverfahren (d. h. dem Phasenwinkel-Erfassungsverfahren, das auf dem CaB-CrB-Vergleich basiert) aktualisiert. Hierbei wird der Phasenwinkel-Erfassungsfehler auf der Basis des aktualisierten Phasenwinkels korrigiert. Danach kehrt die Routine vom Schritt S32 zum Schritt S23 zurück. Eine Serie von Schritten S26–S31, die im ersten modifizierten Nocken-Phasenwinkel-Erfassungsverfahren enthalten ist, das den Gradienten ΔV (pro 10° CA) der Nockenwinkelsensor-Signalausgabe V verwendet, wird unter der Bedingung Ne ≤ N_THR wiederholt ausgeführt, bis die nächste Nockenbasis CaB erfasst wird.
Gemäß der ersten modifizierten Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 8–9, kann der Gradient (die Spannungsdifferenz) ΔV des erfassten Werts des Nockenwinkels (d. h. die analoge Nockenwinkelsensor-Signalausgabe V) alle 10° Kurbelwinkel arithmetisch berechnet werden. Somit ist es möglich, die Genauigkeit der Nocken-Phasenwinkel-Erfassung (die Genauigkeit der Phasendifferenz-Erfassung) zu verbessern, jedoch gibt es keine Ausgabe der Phasendifferenz-Informationsdaten, wenn eine 10° CA-Kurbelimpuls-Signalausgabe gerade nach dem Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB erfasst wird. Wenn das Steuergerät 6 eine adäquate Verarbeitungskapazität aufweist, kann das zuvor beschriebene Nocken-Phasenwinkel-Erfassungsverfahren, das den Kurbel-Drehwinkel-„Interpolations”-Timer verwendet, aus diesem Grund nur in Kombination verwendet werden, wenn die 10° CA-Kurbel-Impuls-Signalausgabe gerade nach dem Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB erfasst wird. Dies verbessert die Genauigkeit der Erfassung des Nocken-Phasenwinkels weiter.
Die zuvor beschriebene vorgegebene Anzahl N (die für die Schritte S28–S29 von 8 benötigt wird) der 10° CA-Kurbelimpulse wird durch die Ungleichung 1 ≤ N ≤ (720° CA/die Anzahl des Auftretens der Nockenbasis „CaB" pro Nockenwellenumdrehung/(10° CA) – 1 erhalten. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt die Anzahl des Auftretens der Nockenbasis „CaB" pro Nockenwellenumdrehung „3", und daher wird die vorgegebene Anzahl N innerhalb des spezifizierten Bereichs von 1 ≤ N ≤ 23 festgelegt.
Es wird nun auf 10A–10B Bezug genommen, worin die Nockenwinkel-Sensorsignal-Wellenformen, die gemäß der ersten modifizierten Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 8 erzeugt werden, und die Nocken-Phasenwinkeländerung bei drei unterschiedlichen Nocken-Phasenmodi, nämlich beim Phasenwinkel-Haltemodus, beim Phasen-Voreilungsmodus und beim Phasen-Verzögerungsmodus dargestellt sind. Der Einfachheit halber sind diese Kennlinien von 10A–10B dargestellt oder basieren auf der Annahme, dass das VTC beim Phasenwinkel-Haltemodus im ersten 240° Kurbelwinkel-Bereich und phasenvoreilend im zweiten 240° Kurbelwinkel-Bereich und schließlich phasenverzögert im dritten 240° Kurbelwinkel-Bereich beibehalten wird.
Wie aus der ansteigenden Kennlinie der Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe V im ersten 240° Kurbelwinkel-Bereich während dem Phasenwinkel-Haltemodus ersichtlich, wird ein Gradient der Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe V dargestellt durch 4 V/240° CA = 0,0125 V/10° CA. Folglich kann der Nockenwinkel B aus dem Ausdruck Nockenwinkel B = (Nockenwinkel/V) × ΔV = (80° CA/V) × (0,125 V) = 10° CA (pro 10° Kurbelwinkel) als 10° CA berechnet werden, weil Nockenwinkel/V = 80° CA/V ist. Das heißt, dass während dem Phasen-Haltsmodus der Gradient (die Spannungsdifferenz) ΔV, der alle 10° Kurbelwinkel aktualisiert wird, auf 0,125 V/10° CA festgelegt wird und dadurch die Differenz (Nockenwinkel B – Kurbelwinkel B = 10° CA – 10° CA) gleich 0° CA wird, und folglich die Phasendifferenz der Nockenwelle 4 relativ zur Kurbelwelle 1 auch gleich 0° CA wird
Wie aus der polygonalen Kennlinie der Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe V im zweiten 240° Kurbelwinkel-Bereich während dem Phasenwinkel-Voreilungsmodus zu ersehen ist, wird ein Gradient der Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe V dargestellt durch (3,5V – 1,5V)/80° CA = 2V/80° CA = 0,025V/1° CA = 0,25V/10° CA. Somit kann der Nockenwinkel aus dem Ausdruck Nockenwinkel B = (Nockenwinkel/V) × ΔV = (80° CA/V × (0,25V) = 20° CA (pro 10° Kurbelwinkel) als 20° CA berechnet werden, weil Nockenwinkel/V = 80° CA/V ist. Das heißt, dass während dem Phasen-Voreilungsmodus der Gradient (die Spannungsdifferenz) ΔV, der alle 10° Kurbelwinkel aktualisiert wird, auf 0,25V/10° CA festgelegt wird und dadurch die Differenz (Nockenwinkel B – Kurbelwinkel B = 20° CA – 10° CA) zu +10° CA (pro 10° Kurbelwinkel) wird, und die Phasendifferenz der Nockenwelle 4 relativ zur Kurbelwelle 1 auch zu +10° (pro 10° Kurbelwinkel) wird. Als Folge davon wird der Nocken-Phasenwinkel um +10° CA (pro 10° Kurbelwinkel) voreilend. Wie in 10A deutlich erkennbar, wird das Phasen-Voreilungsstadium kontinuierlich für das Zeitintervall erfasst, das den acht aufeinander folgenden 10° CA-Kurbel-Impulsen entspricht, und dadurch wird der Phasen- Voreilungswinkel der VTC-Vorrichtung gleich (+10° CA) × 8 = +80° CA.
Wie im Gegensatz dazu aus der horizontal verlaufenden Kennlinie der Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe V im dritten 240° Kurbelwinkel-Bereich während dem Phasenwinkel-Verzögerungsmodus ersichtlich, wird ein Gradient der Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe V dargestellt durch (2V – 2V)/80° CA = 0V/10° CA. Dadurch wird der Nockenwinkel B als 0° CA aus dem Ausdruck Nockenwinkel B = (Nockenwinkel/V × ΔV = (80° CA/V × (0V) = 0° CA berechnet. Das heißt, dass während dem Phasen-Verzögerungsmodus der Gradient (die Spannungsdifferenz) ΔV, die alle 10° Kurbelwinkel aktualisiert wird, auf 0V/10° CA festgelegt wird und dadurch die Differenz (Nockenwinkel B – Kurbelwinkel B = 0° CA – 10° CA) zu –10° CA (pro 10° Kurbelwinkel) wird, und die Phasendifferenz der Nockenwelle 4 relativ zur Kurbelwelle 1 ebenfalls zu –10° CA (per 10° Kurbelwinkel) wird. Als Folge davon wird der Nocken-Phasenwinkel um 10° CA (pro 10° Kurbelwinkel) verzögert. Wie in 10A deutlich dargestellt, wird das Phasen-Verzögerungsstadium kontinuierlich für das Zeitintervall erfasst, das den acht aufeinander folgenden 10° CA-Kurbelimpulsen (die die Ausgabe des Null-Impulssignals entsprechend dem fehlenden gezahnten Bereich enthalten) entspricht, und dadurch wird der Phasen-Verzögerungswinkel der VTC-Vorrichtung gleich (–10° CA) × 8 = –80° CA.
Wie zuvor in Bezug auf 8–10B gemäß dem ersten modifizierten Phasenwinkel-Erfassungsverfahren erläutert, das den Gradienten ΔV (pro 10° CA) der Nockenwinkelsensor-Signalausgabe V verwendet, ist es möglich, eine Relativdrehungs-Phasendifferenz zwischen der Nockenwelle 4 und der Kurbelwelle 1 bei jeder Erfassung des 10° CA-Kurbelimpulses zu erfassen, um dadurch die Genauigkeit der Erfassung des Nocken-Phasenwinkels zu verbessern.
Es wird nun auf 11 Bezug genommen, worin die Sprungantwort-Wellenform dargestellt ist, die durch das Phasenwinkel-Erfassungsverfahren von 6 oder durch das erste modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsverfahren von 8 während dem Anlassen des Motors bei ungefähr 200 U/min erhalten wird. In 11 entspricht das durch die dicke durchgezogene Linie gekennzeichnete Rechteck der Form des Nockenzielelements 11 des Nockenwinkelsensors 8, während die dünne durchgezogene Linie den augenblicklichen Phasenwinkel der Nockenwelle 4 zur Kurbelwelle 1 gekennzeichnet. Wie aus der Sprungantwort-Kennlinie von 11 ersehen werden kann, werden durch den Einsatz der in 6 und 8 dargestellten verbesserten Phasenwinkel-Erfassungsverfahren die Form des Nockenzielelements 11 und die augenblickliche Wellenform des Nocken-Phasenwinkels sehr gut abgeglichen und sind im Wesentlichen identisch zueinander. Daher ermöglicht die jedes der in 6 und 8 dargestellten verbesserten Phasenwinkel-Erfassungsverfahren eine präzisere Phasenwinkel-Erfassung.
Es wird nun auf 12 Bezug genommen, worin die zweite modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine dargestellt ist. Die zweite modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 12 wird ebenfalls als zeitgetriggerte Unterbrechungsroutine ausgeführt, die jeweils zu vorgegebenen Abfrage-Zeitintervallen, wie z. B. 10 Millisekunden, ausgelöst werden. Grundsätzlich ist die zweite modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 12 ähnlich der arithmetischen und logischen Verarbeitung von 6. Jedoch unterscheidet sich die zweite modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 12 etwas von der Routine von 6 dadurch, dass die vereinfachte Verarbeitung für die Erfassungsanzahl der 10° CA-Impulse, die vom Kurbelwinkelsensor 7 generiert werden, weiterhin durch einen Schritt S46 durchgeführt werden. Schritte S41–S45 und S47–S50 der zweiten modifizierten Routine von 12 sind identisch zu den jeweiligen Schritten S1–S3 und S6–S11 der Routine von 6. Lediglich der unterschiedliche Schritt S46 von 12 wird nachfolgend detailliert mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben, während eine detaillierte Beschreibung der Schritte S41–S45 und S47–S50 weggelassen wird, da die obige Beschreibung darüber selbsterklärend zu sein scheint.
Am Schritt S41 wird die Kurbelbasis CrB erfasst. Am Schritt S42 wird die Nockenbasis CaB erfasst. Am Schritt S43 wird ein Nocken-Phasenwinkel (eine Relativdrehungs-Phasendifferenz der Nockenwelle 4 zur Kurbelwelle 1) durch ein übliches Phasenwinkel-Erfassungsverfahren berechnet, das auf dem CaB-CrB-Vergleich basiert. Am Schritt S44 erfasst der Prozessor des Steuergeräts 6 die maximalen und minimalen Sensorsignalwerte Vmax und Vmin (siehe 5) der Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe vom Nockenwinkelsensor 8 zum Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB. Am Schritt S45 wird ein Nockenwinkel-Drehwinkel pro Einheit des Nockenwinkelsensor-Spannungsausgabesignals aus dem zuvor erläuterten Umwandlungsausdruck, d. h. (Nockenwinkel/V) = (720° CA/Anzahl des Auftretens der Nockenbasis „CaB" je Nockenwellenumdrehung/(Vmax – Vmin) berechnet.
Am Schritt S46 wird eine verringerte Anzahl N_THIN für die vereinfachte Verarbeitung durch die nachfolgende Ungleichung ermittelt. Das heißt, dass die höchste ganze Zahl, die die nachfolgende Ungleichung erfüllt, als verringerte Anzahl N_THIN ermittelt wird.
N_THIN × (Tcon × Ne × 360°)/(60 × (erfassbarer minimaler Kurbelwinkel)), wobei Tcon einen Steuerzyklus (d. h. ein vorgegebenes Abfrage-Zeitintervall, wie z. B. 10 Millisekunden) bezeichnet, Ne die Drehzahl bezeichnet und (erfassbarer minimaler Kurbelwinkel) beim Steuerungssystem der Ausführungsform 10° CA beträgt.
Unter der Annahme, dass die Motordrehzahl Ne z. B. 1000 U/min und der Steuerungs-Ausführungszyklus Tcon 10 Millisekunden (d. h. 1/100 sec) beträgt, wird die verringerte Anzahl N_THIN durch die Ungleichung N_THIN < ((1/100) × 1000 × 360°)/(60 × 10°) = 6 dargestellt. Im Falle von Ne = 1000 U/min lauten demzufolge die positiven ganzen Zahlen, die die Ungleichung N_THIN < 6 erfüllen, 5, 4, 3, 2, 1 und somit lautet der maximale Wert dieser ganzen Zahlen „5". Infolgedessen wird die verringerte Anzahl N_THIN mit „5" festgelegt. Unter der Annahme, dass die Motordrehzahl Ne dagegen 200 U/min (z. B. während dem Anlassen) und der Steuerungs-Ausführungszyklus Tcon 10 Millisekunden (d. h. 1/100 sec) beträgt, wird die verringerte Anzahl N_THIN durch die Ungleichung N_THIN < ((1/100) × 200 × 360°)/(60 × 10°) = 1,2. Im Falle von Ne = 1000 U/min lautet demzufolge eine positive ganze Zahl 1, die die Ungleichung N_THIN < 1,2 erfüllt, und folglich wird die verringerte Anzahl N_THIN mit „1" festgelegt. Daher neigt die verringerte Anzahl N_THIN für die vereinfachte Verarbeitung dazu, sich zu erhöhen, wenn die Motordrehzahl Ne ansteigt. Hinsichtlich der vereinfachten Verarbeitung der Erfassungsanzahl der 10° CA-Impulse, die vom Kurbelwinkelsensor 7 generiert werden, wird die verringerte Anzahl N_THIN bei einer Motordrehzahl Ne von 1000 U/min, wie zuvor beschrieben, mit „5" ermittelt oder festgelegt. Gemäß der vereinfachten Verarbeitung lässt das Steuergerät 6 in diesem Fall den Vorgang der Erfassung der fünf aufeinander folgenden 10° CA-Kurbelimpulse von der ersten Erfassung eines 10° CA-Kurbelimpulses (z. B. die erste Impulsausgabe) bis zur nächsten Erfassung eines 10° CA-Kurbelimpulses (z. B. die siebte Impulsausgabe) aus. Dies liegt daran, dass bei einer Motordrehzahl Ne von 1000 U/min die Anzahl des Auftretens von 10° CA-Impulsen gleich 600 pro Sekunde beträgt, mit anderen Worten, dass es eine 10° CA-Impulsausgabe bei 1/600 Sekunde (d. h. eine Impulsausgabe bei 1,6667 Millisekunden) gibt. Andererseits beträgt der Steuerungs-Ausführungszyklus 10 Millisekunden. Wie aus dem Vergleich des Steuerungs-Ausführungszyklus (10 Millisekunden) mit der Frequenz (1,6667 Millisekunden bei einer Motordrehzahl Ne = 1000 U/min) der 10° CA-Impulsausgabe zu ersehen, ist es unnötig, alle 10° CA-Impulse zu erfassen, die vom Kurbelwinkelsensor 7 generiert werden. Aus den oben genannten Gründen ist die vereinfachte Verarbeitung des Schrittes S46 vorteilhaft und effektiv, um die Last an jedem elektrischen Schaltkreis des Steuergeräts 6 zu reduzieren. Beim Steuerungssystem der Ausführungsform wird die vereinfachte Verarbeitung des Schrittes S46 von 12 zyklisch in einem Drehzahlbereich der Kurbelwelle 1 durchgeführt, der größer als oder gleich einem vorgegebenen Drehzahlwert ist.
Auf die gleiche Weise wie die Schritte S8–S10 der Routine von 6 ermöglichen die Schritte S47–S49 der zweiten modifizierten Routine von 8 das Nocken-Phasenwinkel-Erfassungsverfahren unter Verwendung des „Interpolations"-Timers. Wenn danach an einem Schritt S50 die nächste Nockenbasis CaB erfasst wird, werden die Informationsdaten hinsichtlich der Phasendifferenz (oder des Nocken-Phasenwinkels) entsprechend dem üblichen Nocken-Phasenwinkel-Erfassungsverfahren (das heißt, dem Phasenwinkel-Erfassungsverfahren, das auf dem CaB-CrB-Vergleich basiert) aktualisiert. Hierbei wird ein Phasenwinkel-Erfassungsfehler auf der Basis des aktualisierten Phasenwinkels korrigiert. Danach kehrt die Routine vom Schritt S50 zum Schritt S43 zurück. Eine Serie von Schritten S44–S49, die im zweiten modifizierten Nocken-Phasenwinkel-Erfassungsverfahren enthalten sind, das die vereinfachte Verarbeitung und Verwendung des „Interpolations"-Timers umfasst, wird wiederholt ausgeführt, bis die nächste Nockenbasis CaB erfasst wird.
Die zuvor beschriebene vorgegebene Anzahl N (die für die Schritte S48–S49 von 12 benötigt wird) der 10° CA-Kurbelimpulse wird durch die Ungleichung 1 ≤ N ≤ (720° CA/Anzahl des Auftretens der Nockenbasis CaB pro Nockenwellenumdrehung)/(10° CA) – 1 erhalten. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt die Anzahl des Auftretens der Nockenbasis „CaB" pro Nockenwellenumdrehung „3" und daher wird die vorgegebene Anzahl N im spezifizierten Bereich von 1 ≤ N ≤ 23 festgelegt.
Es wird auf 13 Bezug genommen, worin die dritte modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine dargestellt ist. Die dritte modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 13 wird ebenfalls als zeitgetriggerte Unterbrechungsroutinen ausgeführt, die jeweils zu vorgegebenen Abfrage-Zeitintervallen, wie z. B. 10 Millisekunden, ausgelöst werden. Die dritte modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 13 ist eine kombinierte Routine der Schritte S41–S46 von 12 und der Schritte S28–S32 von 8. Schritte S51–S56 der dritten modifizierten Routine von 13 sind identisch zu den entsprechenden Schritten S41–S45 der Routine von 12, während Schritte S57–S61 der dritten modifizierten Routine von 13 identisch zu den entsprechenden Schritten S28–S32 der Routine von 8 sind. Daher wird eine detaillierte Beschreibung der Schritte S51–S61 weggelassen, weil die obige Beschreibung darüber selbsterklärend zu sein scheint.
Am Schritt S51 wird die Kurbelbasis CrB erfasst. Am Schritt S52 wird die Nockenbasis CaB erfasst. Am Schritt S53 wird ein Nocken-Phasenwinkel (eine Relativdrehungs-Phasendifferenz der Nockenwelle 4 zur Kurbelwelle 1) durch ein übliches Phasenwinkel-Erfassungsverfahren berechnet, das auf dem Cab-CrB-Vergleich basiert. Am Schritt S54 erfasst der Prozessor des Steuergeräts 6 die maximalen und minimalen Sensorsignalwerte Vmax und Vmin (siehe 5) der Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe vom Nockenwinkelsensor 8 zum Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB. Am Schritt S55 wird ein Nockenwellen-Drehwinkel pro Einheit der Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe aus dem zuvor beschriebenen Umwandlungsausdruck, d. h. (Nockenwinkel/V) = (720° CA/Anzahl des Auftretens der Nockenbasis „CaB" je Nockenwellenumdrehung/(Vmax – Vmin) berechnet. Am Schritt S56 wird die verringerte Anzahl N_THIN für die vereinfachte Verarbeitung der Anzahl der Erfassung der 10° CA-Kurbelimpulse, die vom Kurbelwinkelsensor 7 generiert werden, durch die Ungleichung N_THIN < (Tcon × Ne × 360°)/(60 × (erfassbarer minimaler Kurbelwinkel CAmin)) ermittelt, wobei Tcon einen Steuerungs-Ausführungszyklus (d. h. ein vorgegebenes Abfrage-Zeitintervall, wie z. B. 10 Millisekunden) bezeichnet, Ne die Drehzahl bezeichnet und (erfassbarer minimaler Kurbelwinkel) beim Steuerungssystem der Ausführungsform 10° CA beträgt.
Danach wird am Schritt S57 von 13, sofort wenn die vorgegebene Anzahl N der 10° CA-Kurbelimpulse zum Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB (erfasst durch den Schritt S52) erfasst wurde, ein Nockenwinkelsensor-Signalwert V_(N) erfasst. Am Schritt S58 wird, sofort wenn die vorgegebene Anzahl N der 10° CA-Kurbelimpulse zum Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB (erfasst durch den Schritt S52) erfasst wurde, ein Nockenwinkelsensor-Signalwert V_(N+1) erfasst. Am Schritt S59 wird die Differenz ΔV (V_(N+1) – V_(N)) dieser zwei Signalwerte V_(N+1) und V_(N) berechnet und zusätzlich wird ein Nockenwinkel B für eine 10° CA-Kurbeldrehung arithmetisch aus dem Ausdruck Nockenwinkel B = (Nockenwinkel/V) × (V_(N+1) – V_(N)) = (Nockenwinkel/V) × ΔV berechnet. Am Schritt S60 wird ein Drehwinkel der Kurbelwelle 1 (ein Kurbelwinkel B) ab dem Zeitpunkt der Erfassung der aufeinander folgenden 10° CA-Kurbelimpulse der vorgegebenen Anzahl N bis zum Zeitpunkt der Erfassung der aufeinander folgenden 10° CA-Kurbelimpulse der vorgegebenen Anzahl N + 1 immer auf 10° CA festgelegt, weil (N + 1) – N = 1 ist. Ferner wird am Schritt S60 ein Phasenwinkel (d. h. eine Phasendifferenz der Nockenwelle 4 relativ zur Kurbelwelle 1) berechnet, indem der Kurbelwinkel B {= 10° CA) mit dem Nockenwinkel B (= (Nockenwinkel/V × ΔV)) verglichen wird, der durch den Schritt S59 erhalten wurde, das heißt indem der Kurbelwinkel B {= 10° CA) vom berechneten Nockenwinkel B (= (Nockenwinkel/V × ΔV)) subtrahiert wird. Danach werden die Informationsdaten hinsichtlich einer Phasendifferenz (oder eines Nocken-Phasenwinkels) durch den neu berechneten Phasenwinkel aktualisiert. Wenn die nächste Nockenbasis CaB erfasst ist, werden am Schritt S61 die Informationsdaten hinsichtlich der Phasendifferenz (oder des Nocken-Phasenwinkels) gemäß dem üblichen Nocken-Phasenwinkel-Erfassungsverfahren (das heißt dem Phasenwinkel-Erfassungsverfahren, das auf dem CaB-CrB-Vergleich basiert) aktualisiert. Hierbei wird ein Phasenwinkel-Erfassungsfehler auf der Basis des aktualisierten Phasenwinkels korrigiert. Danach kehrt die Routine vom Schritt S61 zum Schritt S53 zurück. Eine Serie von Schritten S54–S60, die im kombinierten Nocken-Phasenwinkel-Erfassungsverfahren enthalten sind, das die vereinfachte Verarbeitung umfasst und den Gradienten ΔV (pro 10° CA) der Nockenwinkelsensor-Signalausgabe V verwendet, wird wiederholt ausgeführt, bis die nächste Nockenbasis CaB erfasst wird.
Die zuvor beschriebene vorgegebene Anzahl N (die für die Schritte S57–S58 von 13 benötigt wird) der 10° CA-Kurbelimpulse wird durch die Ungleichung 1 ≤ N ≤ (720° CA/Anzahl des Auftretens der Nockenbasis „CaB" pro Nockenwellenumdrehung)/(10° CA) – 1 erhalten. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt die Anzahl des Auftretens der Nockenbasis „CaB" pro Nockenwellenumdrehung „3", und daher wird die vorgegebene Anzahl N innerhalb des spezifizierten Bereichs von 1 ≤ N ≤ 23 festgelegt.
Es wird nun auf 14 Bezug genommen, worin die vierte modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine dargestellt ist. Die vierte modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine von 14 wird ebenfalls als zeitgetriggerte Unterbrechungsroutinen ausgeführt, die jeweils zu vorgegebenen Abfrage-Zeitintervallen, wie z. B. 10 Millisekunden, ausgelöst werden. Die zuvor beschriebenen Phasenwinkel-Erfassungsverfahren, die in 6, 8, 12 und 13 dargestellt sind, sind unter einer Voraussetzung ausgelegt und konfiguriert, dass der Sensorsignalwert V, der vom Nockenwinkelsensor 8 generiert wird, sich abhängig von einer Änderung der Motordrehzahl Ne verändert. Dagegen verwendet die vierte modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsroutine (das vierte modifizierte Phasenwinkel-Erfassungsverfahren) von 14 ein Laser-Entfernungsmessgerät, dessen Abstands-Erfassungssignal nicht von einer Änderung der Motordrehzahl Ne (d. h. einer Durchgangszeit des Nockenzielelements 11) beeinflusst wird. Ein solches Laser-Entfernungsmessgerät kann ungeachtet der Schwankungen bei der Motordrehzahl Ne (Drehzahl der Kurbelwelle 1) eine konstante Signalausgabe erzeugen. Grundsätzlich ist die vierte modifizierte Routine von 14 dem ersten modifizierten Phasenwinkel-Erfassungsverfahren von 8 ähnlich. Durch die Verwendung eines Laser-Entfernungsmessgerätes als Nockenwinkelsensor 8 ist ein Vergleich zwischen der Kurbelbasis CrB und der Nockenbasis CaB nicht erforderlich. Daher ist die vierte modifizierte Routine von 14 durch Streichung der Schritte S21, S23–S25 und S32 der Routine von 8 nur aus Schritten S71–S77 zusammengesetzt, die den jeweiligen Schritten S22 und S26–S31 der Routine von 8 entsprechen.
Am Schritt S71 wird die Nockenbasis CaB auf der Basis des Signals vom Laser-Entfernungsmessgerät (das als Nockenwinkelsensor 8 dient) erfasst. Am Schritt S72 erfasst der Prozessor des Steuergeräts 6 die maximalen und minimalen Nockenwinkelsensor-Signalwerte Vmax und Vmin (siehe 5) vom Laser-Entfernungsmessgerät (das als Nockenwinkelsensor 8 dient) zum Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB, die durch den Schritt S71 erfasst wurde. Die Schritte S73–S77 der vierten modifizierten Routine von 14 sind identisch zu den Schritten S27–S31 der ersten modifizierten Routine von 8, die den Gradienten ΔV (pro 10° CA) der Nockenwinkelsensor-Signalausgabe V verwendet. Das heißt, am Schritt S73 wird ein Nockenwellen-Drehwinkel pro Einheit der Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe arithmetisch aus dem Umwandlungsausdruck (Nockenwinkel/V) = (720° CA/die Anzahl des Auftretens der Nockenbasis „CaB" pro Nockenwellenumdrehung)/(Vmax – Vmin) berechnet. Am Schritt S74 wird, sofort wenn die vorgegebene Anzahl N der 10° CA-Kurbelimpulse ab dem Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB erfasst wurde, ein Nockenwinkelsensor-Signalwert V_(N) erfasst. In diesem Stadium wird die Nockenwinkelsensor-Spannungssignalausgabe V_(N) lediglich erfasst und gespeichert (siehe 9). Am Schritt S75 wird, sofort wenn die vorgegebene Anzahl N + 1 der 10° CA-Kurbelimpulse ab dem Zeitpunkt der Erfassung der Nockenbasis CaB erfasst wurde, ein Nockenwinkelsensor-Signalwert V_(N+1) erfasst. Am Schritt S76 wird die Differenz ΔV (= V_(N+1) – V_(N)) dieser zwei Signalwerte V_(N+1) und V_(N) arithmetisch berechnet und zudem wird ein Nockenwellen-Drehwinkel (ein Nockenwinkel B) für eine 10° CA-Kurbeldrehung aus dem nachfolgenden Ausdruck Nockenwinkel B = (Nockenwinkel/V) × (V_(N+1) – V_(N)) = (Nockenwinkel/V) × ΔV arithmetisch berechnet. Am Schritt S77 wird ein Drehwinkel der Kurbelwelle 1 (ein Kurbelwinkel B) ab dem Zeitpunkt der Erfassung der aufeinander folgenden 10° CA-Kurbelimpulse der vorgegebenen Anzahl N bis zum Zeitpunkt der Erfassung der aufeinander folgenden 10° CA-Kurbelimpulse der vorgegebenen Anzahl N + 1 immer auf 10° CA festgelegt, weil (N + 1) – N = 1 ist. Darüber hinaus wird am Schritt S77 ein Phasenwinkel (d. h. eine Phasendifferenz der Nockenwelle 4 relativ zur Kurbelwelle 1) berechnet, indem der Kurbelwinkel B {= 10° CA} mit dem Nockenwinkel B (= (Nockenwinkel/V × ΔV)) verglichen wird, der durch den Schritt S76 erhalten wurde, das heißt, indem der Kurbelwinkel B {= 10° CA} vom berechneten Nockenwinkel B (= (Nockenwinkel/V × ΔV)) subtrahiert wird. Das Vergleichsergebnis (das errechnete Ergebnis), das durch ein positives Vorzeichen „+" gekennzeichnet ist, d. h. die positive Phasendifferenz der Nockenwelle 4 zur Kurbelwelle 1, bedeutet eine Phasenvoreilung, während das Vergleichsergebnis, das mit einem Minuszeichen „–" ist, das heißt die negative Phasendifferenz der Nockenwelle 4 zur Kurbelwelle 1, eine Phasenverzögerung bedeutet. Die Informationsdaten hinsichtlich einer Phasendifferenz (oder eines Nocken-Phasenwinkels) werden durch den neu berechneten Phasenwinkel aktualisiert.
Die zuvor beschriebene vorgegebene Anzahl N (die für die Schritte S74–S75 von 14 benötigt wird) der 10° CA-Kurbelimpulse wird durch die Ungleichung 1 ≤ N ≤ (720° CA/Anzahl des Auftretens der Nockenbasis „CaB" pro Nockenwellenumdrehung)/(10° CA) – 1 erhalten. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt die Anzahl des Auftretens der Nockenbasis „CaB" pro Nockenwellenumdrehung „3", und daher wird die vorgegebene Anzahl N innerhalb des spezifizierten Bereichs von 1 ≤ N ≤ 23 festgelegt.
Bei der Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform ist das Nockenzielelement 11 des Nockenwinkelsensors 8 ausgelegt, drei erste Erfassungsabschnitte 13a, 13a, 13a und drei zweite Erfassungsabschnitte 13b, 13b, 13b aufzuweisen. Stattdessen kann das Nockenzielelement 11 ausgelegt sein, nur einen ersten Erfassungsabschnitt 13a und nur einen zweiten Erfassungsabschnitts 13b aufzuweisen. Alternativ kann das Nockenzielelement 11 ausgelegt sein, zwei am Umfang gleich weit entfernt angeordnete Ziel-Vorsprünge 13 aufzuweisen, von denen jeder erste und zweite Erfassungsabschnitte 13a und 13b aufweist. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der erste Erfassungsabschnitt 13a eine kontinuierliche bogenförmige Krümmung auf. Man beachte, dass die Form des ersten Erfassungsabschnitts 13a nicht auf die bestimmten Ausführungsformen beschränkt ist, die hier dargestellt und beschrieben wurden, sondern dass, wenn die Form des ersten Erfassungsabschnitts 13a eine kontinuierliche Form ist, jede Art von Form verwendet werden kann.
Obwohl die Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform beispielhaft bei einem variablen Ventiltiming-Steuersystem (VTC) eines Verbrennungsmotors erläutert wurde, ist die Verwendung der Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform nicht nur auf das VTC-System beschränkt. Die Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung der Ausführungsform kann bei jeder Art von Vorrichtung/Anordnung mit zwei Drehachsen, wobei eine die Antriebswelle und die andere die Abtriebswelle ist, zum Zwecke der Erfassung einer Relativdrehungs-Phasendifferenz die Abtriebswelle zur Antriebswelle eingesetzt werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Drehwinkel der Kurbelwelle 1 vom Kurbelwinkel-Erfassungselement 10 in Form eines Impulssignals, genauer gesagt eines 10° CA-Kurbelimpuls-Signals ausgegeben, das als Referenz (REF) eines minimalen Erfassungszyklus dient. Stattdessen kann der Kurbelwinkelsensor als Gebervorrichtung eines analogen Signals, ähnlich dem in 4 dargestellten Nockenwinkelsensor 8, ausgelegt werden.
Die gesamten Inhalte der japanischen Patentanmeldungsnummer 2006-198828 (vom 21. Juli 2006) werden hiermit durch Bezugnahme miteinbezogen.
Obwohl vorstehend eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung erfolgt ist, ist es so zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten, hierin dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern verschiedene Änderungen und Modifikationen erfolgen können, oder vom Umfang oder Wesen dieser Erfindung abzuweichen, wie sie durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.
Zusammenfassend ist festzustellen:
Eine Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung umfasst ein Phasenwinkel-Erfassungselement zum Erfassen einer Drehposition einer Kurbelwelle durch ein vorgegebenes Kurbelzielelement, ein Nockenzielelement, das mit einer Nockenwelle fest verbunden ist, und weist einen ersten Erfassungsabschnitt, dessen erfasste Position sich kontinuierlich verändert, und zumindest einen zweiten Erfassungsabschnitt auf, dessen erfasste Position sich diskontinuierlich verändert und ein Nockenwinkel-Erfassungselement zur Erfassung einer Verschiebung des Nockenzielelements. Ferner ist ein Steuergerät vorgesehen, das ausgelegt ist, um eine Phasendifferenz der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle über alle Motor-Betriebszustände hinweg unter Verwendung einer Interpolation adäquat zu aktualisieren, die auf einem analogen Sensorsignal, das von den ersten und zweiten Erfassungsabschnitten generiert wurde, und/oder auf einer Änderungsrate beim Sensorsignal basiert, das vom ersten Erfassungsabschnitt generiert wurde.

1: Motorkurbelwelle
2: Kette
3: Steuerzahnrad
4: Nockenwelle
5: Phasenänderungsmechanismus
6: Steuergerät
7: Kurbelwinkelsensor
8: Nockenwinkelsensor
9: Kurbelzielelement
9a: Kurbelzielelement-Vorsprung
10: Kurbelwinkel-Erfassungselement
11: Nockenzielelement
11a: Schrauben-Einführungsöffnung
12: Nockenwinkel-Erfassungselement
13: Ziel-Vorsprünge
13a: erster Erfassungsabschnitt
13b: zweiter Erfassungsabschnitt

Claims

Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung, die aufweist: – ein Antriebswellenwinkel-Erfassungselement (10) zur Erfassung einer Drehposition einer Antriebswelle (1) durch ein vorgegebenes Antriebswellen-Zielelement (9); – ein Abtriebswellen-Zielelement (11), das mit einer von der Antriebswelle (1) angetriebenen Abtriebswelle (4) fest verbunden ist, und einen ersten Erfassungsabschnitt (13a) aufweist, dessen erfasste Position sich kontinuierlich ändert, und zumindest einen zweiten Erfassungsabschnitt (13b) aufweist, dessen erfasste Position sich diskontinuierlich ändert, wobei der zweite Erfassungsabschnitt (13b) an einem Ende des ersten Erfassungsabschnitts (13a) ausgebildet ist; und – ein Antriebswellenwinkel-Erfassungselement (12) zur Erfassung einer Verschiebung des Abtriebswellen-Zielelements (11), wobei die Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung einen Drehwinkel der Abtriebswelle (4) auf der Basis eines Ausgabesignals (V) vom Abtriebswellenwinkel-Erfassungselement (12) erfasst, und einen Drehwinkel der Antriebswelle (1) auf der Basis eines Ausgabesignals vom Antriebswellenwinkel-Erfassungselement (10) erfasst, und einen Phasenwinkel der Abtriebswelle (4) relativ zur Antriebswelle (1) auf der Basis des erfassten Drehwinkels der Abtriebswelle (4) und des erfassten Drehwinkels der Antriebswelle (1) erfasst.
Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das Abtriebwellen-Zielelement (11) in der radialen Richtung der Abtriebswelle (4) herausragt, und das Abtriebswellenwinkel-Erfassungselement (12) in der radialen Richtung der Abtriebswelle (4) angeordnet ist.
Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das Antriebswellen-Zielelement (11) an einem axialen Ende der Abtriebwelle (4) montiert ist, und das Antriebswellenwinkel-Erfassungselement (12) in einer axialen Richtung der Abtriebswelle (4) angeordnet ist.
Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: die Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung den Phasenwinkel der Abtriebswelle (4) relativ zur Antriebswelle (1) arithmetisch berechnet, der auf der Basis des erfassten Drehwinkels der Abtriebswelle (4) und des erfassten Drehwinkels der Antriebswelle (1) erfasst wurde.
Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei: der Drehwinkel der Antriebswelle (1) vom Antriebswellenwinkel-Erfassungselement (10) als analoges Signal ausgegeben wird.
Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei: der Drehwinkel der Antriebswelle (1) vom Antriebswellenwinkel-Erfassungselement (10) als Impulssignal ausgegeben wird.
Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei: eine vereinfachte Verarbeitung des Impulssignals für ein vorgegebenes Timing erfolgt, das vom Antriebswellenwinkel-Erfassungselement (10) innerhalb eines Geschwindigkeitsbereichs oberhalb einer vorgegeben Geschwindigkeit der Antriebswelle (1) ausgegeben wurde.
Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung, die aufweist: – ein Antriebswellenwinkel-Erfassungselement (10) zur Erfassung einer Drehposition einer Antriebswelle (1) durch ein vorgegebenes Antriebswellen-Zielelement (9); – ein Abtriebswellen-Zielelement (11), das mit einer von der Antriebswelle (1) angetriebenen Abtriebswelle (4) fest verbunden ist, und einen ersten Erfassungsabschnitt (13a), dessen erfasste Position sich kontinuierlich ändert, und zumindest einen zweiten Erfassungsabschnitt (13b) aufweist, dessen erfasste Position sich diskontinuierlich ändert, wobei der zweite Erfassungsabschnitt (13b) an einem Ende des ersten Erfassungsabschnitts (13a) ausgebildet ist; und – ein Abtriebswellenwinkel-Erfassungselement (12) zur Erfassung einer Verschiebung des Abtriebswellen-Zielelements (11), und – ein Steuergerät (6) zur Erfassung eines Drehwinkels der Abtriebswelle (4) auf der Basis eines Ausgabesignals (V) vom Abtriebswellenwinkel-Erfassungselement (12), und zur Erfassung eines Drehwinkels der Antriebswelle (1) auf der Basis eines Ausgabesignals vom Antriebswellenwinkel-Erfassungselement (10), und zur Erfassung eines Phasenwinkels der Abtriebswelle (4) relativ zur Antriebswelle (1) auf der Basis des erfassten Drehwinkels der Abtriebswelle (4) und des erfassten Drehwinkels der Antriebswelle (1).
Verbrennungsmotor-Ventiltiming-Steuervorrichtung, die einen Phasenänderungsmechanismus (5) zur variablen Einstellung eines Motor-Ventiltimings durch Verändern einer relativen Drehphase zwischen einer Nockenwelle (4) und einer Kurbelwelle (1) abhängig von einem Motor-Betriebszustand, und ein Steuergerät (6) zur Erfassung einer relativen Drehphasendifferenz zwischen der Nockenwelle (4) und der Kurbelwelle (1), und zur Ausgabe eines Antriebssignals auf der Basis der erfassten Phasendifferenz an den Phasenänderungsmechanismus (5) verwendet, wobei die Ventiltiming-Steuervorrichtung aufweist: – ein Kurbelwinkel-Erfassungselement (19) zur Erfassung einer Drehposition der Kurbelwelle (1) durch ein vorgegebenes Kurbelzielelement (9); – ein Nockenzielelement (11), das mit der von der Kurbelwelle (1) angetriebenen Nockenwelle (4) fest verbunden ist, und einen ersten Erfassungsabschnitt (13a), dessen erfasste Position sich kontinuierlich ändert, und zumindest einen zweiten Erfassungsabschnitt (13b) aufweist, dessen erfasste Position sich diskontinuierlich ändert, wobei der zweite Erfassungsabschnitt (13b) an einem Ende des ersten Erfassungsabschnitts (13a) ausgebildet ist; und – ein Nockenwinkel-Erfassungselement (12) zur Erfassung einer Verschiebung des Nockenzielelements (11), wobei das Steuergerät (6) zur Erfassung eines Drehwinkels der Nockenwelle (4) auf der Basis eines Ausgabesignals (V) vom Nockenwinkel-Erfassungselement (12), und zur Erfassung eines Drehwinkels der Kurbelwelle (1) auf der Basis eines Ausgabesignals vom Kurbelwinkel-Erfassungselement (10), und zur Erfassung eines Phasenwinkels der Nockenwelle (4) relativ zur Kurbelwelle (1) auf der Basis des erfassten Drehwinkels der Nockenwelle (4) und des erfassten Drehwinkels der Kurbelwelle (1) ausgelegt ist.
Verbrennungsmotor-Ventiltiming-Steuervorrichtung, die aufweist: – ein Kurbelwinkel-Erfassungselement (10) zur Erfassung einer Drehposition einer Kurbelwelle (1) durch ein vorgegebenes Kurbelzielelement (9); – ein Nockenzielelement (11), das mit einer von der Kurbelwelle (1) angetriebenen Nockenwelle (4) fest verbunden ist, und einen ersten Erfassungsabschnitt (13a), dessen erfasste Position sich kontinuierlich ändert, und zumindest einen zweiten Erfassungsabschnitt (13b) aufweist, dessen erfasste Position sich diskontinuierlich ändert, wobei der zweite Erfassungsabschnitt (13b) an einem Ende des ersten Erfassungsabschnitt (13a) ausgebildet ist; ein Nockenwinkel-Erfassungselement (12) zur Erfassung einer Verschiebung des Nockenzielelements (11); ein Steuergerät (6) zur Erfassung eines Drehwinkels der Nockenwelle (4) auf der Basis eines Ausgabesignals (V) vom Nockenwinkel-Erfassungselement (12), und zur Erfassung eines Drehwinkels der Kurbelwelle (1) auf der Basis eines Ausgabesignals vom Kurbelwinkel-Erfassungselement (10), und zu Erfassung eines Phasenwinkels der Nockenwelle (4) relativ zur Kurbelwelle (1) auf der Basis des erfassten Drehwinkels der Nockenwelle (4) und des erfassten Drehwinkels der Kurbelwelle (1), und – einen Phasenänderungsmechanismus (5), um den Phasenwinkel der Nockenwelle (4) relativ zur Kurbelwelle (1) als Reaktion auf ein Steuersignal zu verändern, das vom Steuergerät (6) erzeugt und auf der Basis des erfassten Phasenwinkels ermittelt wurde.
Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Steuergerät (6) ferner programmiert ist zur: (a) Erfassung einer Nockenwinkel-Basisposition (CaB) auf der Basis des Ausgabesignals (V), das vom Nockenwinkel-Erfassungselement (12) aufgrund des zweiten Erfassungsabschnitts (13b) erzeugt wurde; und (b) Erfassung eines zwischen zwei hintereinander erfassten Nockenwinkel-Basispositionen (CaB) dazwischen liegenden Drehwinkels der Nockenwelle (4) durch eine Interpolation, die auf dem vom Nockenwinkel-Erfassungselement (12) aufgrund des ersten Erfassungsabschnitts (13a) erzeugten Ausgabesignal (V) basiert.
Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Steuergerät (6) ferner programmiert ist zur: (a) Erfassung einer Nockenwinkel-Basisposition (CaB) auf der Basis des Ausgabesignals (V), das vom Nockenwinkel-Erfassungselement (12) aufgrund des zweiten Erfassungsabschnitts (13b) erzeugt wurde; und (b) Erfassung eines zwischen zwei hintereinander erfassten Nockenwinkel-Basispositionen (CaB) dazwischen liegenden Drehwinkels der Nockenwelle (4) durch eine Änderungsrate (ΔV), die auf dem vom Nockenwinkel-Erfassungsabschnitt (12) aufgrund des ersten Erfassungsabschnitts (13a) erzeugten Ausgabesignal (V) basiert.
Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei: das Kurbelwinkel-Erfassungselement (10) einen Impulsgeber aufweist; und das Steuergerät (6) ferner programmiert ist, zum: Ausführen einer vereinfachten Verarbeitung des Impulssignals für ein vorgegebenes Timing, das vom Kurbelwinkel-Erfassungselement (10) in einem Drehzahlbereich oberhalb einer vorgegebenen Drehzahl der Kurbelwelle (1) ausgegeben wurde.
Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Steuergerät (6) ferner programmiert ist, zum Berechnen einer für die vereinfachte Verarbeitung verringerten Anzahl N_THIN der für die Erfassung vom Kurbelwinkel-Erfassungselement (10) ausgegebenen Impulse, durch eine Ungleichung N_THIN < (Tcon × Ne × 360°)/(60 × CAmin), wobei Tcon einen Steuerungs-Ausführungszyklus bezeichnet, Ne eine Motordrehzahl bezeichnet und CAmin einen erfassbaren minimalen Kurbelwinkel bezeichnet; und Ermitteln einer größten ganzen Zahl, die die Ungleichung als verringerte Anzahl erfüllt.
Phasenwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Steuergerät (6) ferner programmiert ist, um: die Erfassung von hintereinander erzeugten Impulsen entsprechend der verringerten Anzahl zyklisch zu verringern.