DE112014006320T5

DE112014006320T5 - Steuervorrichtung und Steuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE112014006320T5
Application number: DE112014006320.7T
Authority: DE
Inventors: Kentaro Mikawa; Naoki Okamoto
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2034-10-01
Also published as: CN105940205A; CN105940205B; WO2015114882A1; US9708997B2; JP2015140765A; JP6266364B2; DE112014006320B4; US20160348603A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung und ein Steuerungsverfahren für einen variablen Ventilsteuermechanismus, der eine Ventilsteuerzeit durch Anpassen einer Drehzahl eines Motors ändert. Die Steuervorrichtung detektiert einen Phasenwinkels RA1 basierend auf einem Ausgangssignal eines Kurbelwinkelsensors und einem Ausgangssignal eines Nockenwinkelsensors und berechnet einen Änderungsbetrag ΔRA der Drehphase basierend auf einer Differenz zwischen einem Drehbetrag eines Steuerrads und einem Drehbetrag des Motors. Die Steuervorrichtung stoppt das Berechnen des Änderungsbetrags ΔRA, wenn ein Fehler in einem Motordrehwinkelsensor auftritt. Wenn ein Fehler in einem von dem Kurbelwinkelsensor oder dem Nockenwinkelsensor auftritt, stoppt die Steuervorrichtung das Berechnen des Phasenwinkels RA1 und berechnet den Änderungsbetrag ΔRA unter Benutzung eines normalen der Sensoren und des Motordrehwinkelsensors.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung und ein Steuerungsverfahren für einen Verbrennungsmotor einschließlich eines variablen Ventilsteuermechanismus, der eine Drehphase einer Nockenwelle bezüglich einer Kurbelwelle durch Anpassen einer Drehzahl eines Motors ändert.
STAND DER TECHNIK
Patentdokument 1 offenbart eine Steuervorrichtung einer variablen Ventilsteuervorrichtung, die die Drehphase einer Nockenwelle bezüglich einer Kurbelwelle ändert, um eine Ventilsteuerzeit durch Anpassen einer Drehzahl eines Motors basierend auf einer halben Drehzahl der Drehzahl der Kurbelwelle zu ändern.
In dieser Steuervorrichtung wird, jedesmal wenn ein Nockenwinkelsignal von einem Nockenwinkelsensor ausgegeben wird, ein Messwert einer Ventilsteuerzeit basierend auf dem Nockenwinkelsignal und einem Kurbelwinkelsignal ausgegeben von einem Kurbelwinkelsensor erhalten, und ein Änderungsbetrag der Ventilsteuerzeit wird basierend auf einer Differenz zwischen einer Drehzahl eines Motors und einem halben Wert der Drehzahl einer Kurbelwelle in einer vorbestimmten Berechnungsperiode erhalten, so dass ein endgültiger Messwert der Ventilsteuerung berechnet wird basierend auf dem Messwert der Ventilsteuerzeit und dem Änderungsbetrag der Ventilsteuerzeit.
REFERENZDOKUMENTENLISTE
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: Japanisches Patent Nummer 4123127

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DIE ERFINDUNG LÖSEN SOLL
In einem Fall, in dem ein Sensor zur Detektion einer Drehzahl einer Nockenwelle bezüglich einer Kurbelwelle mitten in einer Änderung der Drehzahl fehlschlägt und die Detektion der Drehzahl gestoppt wird, auch wenn ein Vorgang des Stoppens der Änderung der Drehzahl ausgeführt wird, um die Detektion der Drehzahl zu stoppen, ändert die Trägheit eines variablen Ventileinstellmechanismus die Drehzahl und die aktuelle Drehzahl ist als Konsequenz übermäßig voreilend oder nacheilend bezüglich einer vom Betriebszustand abhängigen Vorgabe.
Das übermäßige Voreilen oder Nacheilen der aktuellen Drehphase bezüglich der Vorgabe, eine Kollision gegen einen Anschlag zur Begrenzung eines variablen Bereichs der Drehzahl könnte auftreten, eine Interferenz könnte auftreten zwischen einem Motorventil, dessen Ventilsteuerzeit durch einen variablen Ventilsteuermechanismus geändert wird, und einem Kolben, oder in einem Fall in dem eine Ventilsteuerzeit eines Einlassventils variabel ist, könnte eine Verschlusssteuerzeit des Einlassventils nach einem unteren Totpunkt nacheilend sein, so dass ein Abwürgen des Motors aufgrund eines Mangels an eingelassener Luft auftritt.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorangehenden Probleme gemacht worden, und hat eine Aufgabe, die Detektion einer Drehphase einer Nockenwelle bezüglich einer Kurbelwelle auch mit einem Ausfall in einem Teil der Sensoren zum Detektieren der Drehphase fortzuführen.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Deshalb beinhaltet eine Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Phasendetektionseinheit, die, wenn eine Anomalie in einem von einem Kurbelwinkelsensor, einem Nockenwinkelsensor, oder einem Motordrehwinkelsensor auftritt, eine Drehphase basierend auf Ausgängen von normalen zwei von den Sensoren detektiert.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Auch wenn eine Anomalie in einem der Sensoren auftritt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Detektion der Drehphase fortgeführt werden. Deshalb kann die Steuerung des variablen Ventilsteuermechanismus basierend auf einem Detektionsergebnis der Drehphase fortgeführt werden, so dass übermäßiges Voreilen oder Nacheilen einer aktuellen Drehphase bezüglich einer Vorgabe reduziert werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Systemschaubild eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht, die einen variablen Ventilsteuermechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 2, die den variablen Ventilsteuermechanismus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B in 2, die den variablen Ventilsteuermechanismus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ist ein funktionales Blockdiagramm, das einen Detektionsprozess einer Drehphase und eine Drehphasensteuerung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung speziell darstellt.
6 ist ein funktionales Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel eines Auswahlausgangprozesses eines Winkeländerungsbetrags ΔASIP gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 stellt Ausgangskennlinien einer Ausgangsschalteinheit im funktionalen Blockdiagramm von 6 dar.
8 ist ein funktionales Blockdiagramm, das einen Berechnungsprozess eines Winkeländerungsbetrags ΔASP1 unter Benutzung eines auslassseitigen Nockenwinkelsensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
9 ist ein funktionales Blockdiagramm, das einen Berechnungsprozess eines Winkeländerungsbetrags ΔASP1 mittels eines Zählwerts eines Ausgangssignals eines Nockenwinkelsensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
10 ist ein funktionales Blockdiagramm, das einen Berechnungsprozess eines Winkeländerungsbetrags ΔASP2 basierend auf einer Ausgangsperiode eines Kurbelwinkelsensors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 ist ein funktionales Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel eines Detektionsprozesses einer Drehphase und einer Drehphasensteuerung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
12 ist ein Zeitdiagramm, das eine Standardsteuerung und einen Verrechnungsprozess eines Integralwerts basierend auf einer Fehlerdiagnose gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 stellt ein Beispiel eines Verbrennungsmotors dar, an dem eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden.
Ein Verbrennungsmotor 101 ist an einem Fahrzeug montiert und wird als Energiequelle verwendet.
Ein Ansaugkanal 102 des Verbrennungsmotors 101 verfügt über einen Ansaugluftmengensensor 103, um einen Ansaugluftstrom QA des Verbrennungsmotors 101 zu detektieren.
Ein Einlassventil 105 öffnet oder schließt einen Einlass eines Brennraums 104 jedes Zylinders.
ein Brennstoffeinspritzventil 106 ist an einem Ansaugkanal 102a stromaufwärts vom Einlassventil 105 für jeden Zylinder angeordnet.
Der in 1 dargestellte Verbrennungsmotor 101 ist ein so genannter Saugrohreinspritzungs-Verbrennungsmotor, in dem das Brennstoffeinspritzventil 106 Brennstoff in den Ansaugkanal 102a einspritzt, kann aber ein sogenannter In-Zylinder Direkteinspritzungs-Verbrennungsmotor sein, in dem das Brennstoffeinspritzventil 106 Brennstoff direkt in den Brennraum 104 einspritzt.
Der von dem Brennstoffeinspritzventil 106 eingespritzte Brennstoff wird zusammen mit Luft durch das Einlassventil 105 in den Brennraum gesaugt, wird mit Funkenzündung, verursacht durch eine Zündkerze 107, entzündet und verbrannt. Unter einem Druck dieser Verbrennung wird ein Kolben 108 nach unten in Richtung einer Kurbelwelle 109 gedrückt, so dass die Kurbelwelle 109 drehend angetrieben wird.
Ein Auslassventil 110 öffnet oder schließt einen Auslass des Brennraums 104. Wenn das Auslassventil 110 offen ist, wird das Abgas im Brennraum 104 in ein Abgasrohr 111 entladen.
Ein Katalysator 112, beinhaltend, beispielsweise, einen Dreiwege-Katalysator, ist im Abgasrohr 111 angebracht, und reinigt die Abgasluft.
Das Einlassventil 105 wird mit der Drehung einer durch die Kurbelwelle 109 drehend angetrieben Einlassnockenwelle 115a geöffnet. Das Auslassventil 110 wird mit der Rotation einer durch die Kurbelwelle 109 drehend angetrieben Auslassnockenwelle 115b geöffnet.
Der variable Ventilsteuermechanismus 114 ist ein elektrischer variabler Ventilsteuermechanismus, der kontinuierlich eine Phase eines Ventilbetätigungswinkels des Einlassventils 105, das heißt, eine Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105, ändert, in einer voreilenden oder nacheilenden Richtung durch Ändern eines relativen Drehphasenwinkels der Einlassnockenwelle 115a bezüglich der Kurbelwelle 109 unter Benutzung eines Motors als Aktuator.
Ein Zündmodul 116 für das Zuführen der Zündenergie zur für jeden Zylinder vorgesehenen Zündkerze 107 ist direkt an der Zündkerze 107 angebracht. Das Zündmodul 116 beinhaltet eine Zündspule und einen Leistungstransistor für das Steuern eines Stromflusses zu der Zündspule.
Eine einen Mikrocomputer beinhaltende Steuervorrichtung 201 empfängt Signale von Sensoren und schaltet und führt einen Berechnungsprozess abhängig von einem zuvor in einem Speicher gespeicherten Programm aus, so dass Stellgrößen von Geräten wie zum Beispiel dem Brennstoffeinspritzventil 106, dem variablen Ventilsteuermechanismus 114, und dem Zündmodul 116 berechnet und ausgegeben werden.
Ebenso wie das Empfangen eines Ausgangssignals des Ansaugluftmengensensors 103, empfängt die Steuervorrichtung 201 Ausgangssignale beispielsweise von dem Kurbelwinkelsensor 203 für das Ausgeben eines Drehwinkelsignals POS der Kurbelwelle 109, einem Beschleunigungsöffnungsgradsensor 206 zum Detektieren eines heruntergedrückten Betrags, das heißt, einem Beschleunigungsöffnungsgrad ACC, eines Gaspedals 207, einem Nockenwinkelsensor 204 für das Ausgeben eines Drehwinkelsignals CAM der Einlassnockenwelle 115a, einem Wassertemperatursensor 208 zum Detektieren einer Temperatur TW eines Kühlmittels des Verbrennungsmotors 101, einem Luft-Brennstoff-Verhältnis-Sensor 209, der im Abgasrohr 111 stromaufwärts vom Katalysator 112 angeordnet ist und konfiguriert ist, ein Luft-Brennstoff-Verhältnis AF basierend auf einer Sauerstoffkonzentration in der Abgasluft zu detektieren, und einem Motordrehwinkelsensor 210 zum Detektieren eines Drehwinkels eines Motors (Motor 12 in 2) als einem Aktuator des variablen Ventilsteuermechanismus 114, und empfängt auch ein Signal eines Zündschalters 205 als einem Hauptschalter für das Betreiben und Stoppen des Verbrennungsmotors 101.
Das von dem Kurbelwinkelsensor 203 ausgegebene Drehwinkelsignal POS ist ein Impulssignal für jeden Einheitskurbelwinkel, und ein oder mehrere Impulse verstreichen bei jedem Kurbelwinkel entsprechend einer Taktphasendifferenz zwischen Zylindern.
Der Kurbelwinkelsensor 203 kann konfiguriert sein, das Drehwinkelsignal POS für jeden Einheitskurbelwinkel auszugeben und ein Referenzkurbelwinkelsignal für jeden Kurbelwinkel entsprechend einer Taktphasendifferenz zwischen Zylindern. Hier repräsentiert ein Teil wo das Drehsignal POS verstreicht oder eine Ausgangsstellung eines Referenzkurbelwinkelsignals für jeden Einheitskurbelwinkel eine Referenzkolbenstellung für jeden Zylinder.
Der Einheitskurbelwinkel beträgt, beispielsweise, 10 Grad. Die Taktphasendifferenz Zwischenzylindern bezieht sich auf ein Zündintervall, und beträgt einen Kurbelwinkel von 180 Grad in einem Vierzylinder-Mechanismus.
Der Nockenwinkelsensor 204 gibt ein Drehwinkelsignal CAM für jeden Kurbelwinkel entsprechend einer Taktphasendifferenz zwischen Zylindern aus.
Hier rotiert die Einlassnockenwelle 115a mit der halben Geschwindigkeit einer Drehzahl der Kurbelwelle 109. Deshalb, in einem Fall wo der Verbrennungsmotor 101 ein Vierzylinder-Mechanismus ist und ein Kurbelwinkel entsprechend einer Taktphasendifferenz zwischen Zylindern 180 Grad CA beträgt, der Kurbelwinkel von 180 Grad CA entsprechend einem Drehwinkel von 90 Grad der Einlassnockenwelle 115a. Das heißt, der Nockenwinkelsensor 204 gibt das Drehwinkelsignal CAM bei jeder 90-Grad Drehung der Einlassnockenwelle 115a aus.
Das Drehwinkelsignal CAM ist ein Signal zum Kennzeichnen eines Zylinders an einer Referenzkolbenstellung, und wird als ein Impuls ausgegeben der eine Charakteristik hat, die eine Zylindernummer für jeden Kurbelwinkel entsprechend einer Taktphasendifferenz zwischen den Zylindern angibt.
Zum Beispiel, in einem Fall wo der Verbrennungsmotor 101 ein Vierzylinder-Mechanismus ist und die Zündung in der Reihenfolge des ersten Zylinders, einem dritten Zylinder, einem vierten Zylinder, und einem zweiten Zylinder erfolgt, gibt der Nockenwinkelsensor 204 beispielsweise ein Impulssignal, drei Impulssignale, vier Impulssignale, und zwei Impulssignale bei jeden 180 Grad des Kurbelwinkels aus, so dass ein Zylinder an einer Referenzkolbenstellung basierend auf der Anzahl an Impulsen spezifiziert werden kann. Das Drehwinkelsignal CAM kann, anstatt einer Zylindernummer basierend auf der Anzahl an Impulsen, eine Zylindernummer basierend auf einer Impulsweite oder Amplitude repräsentieren.
2 bis 4 stellen ein Beispiel einer Konfiguration des variablen Ventilsteuermechanismus 114 dar.
Die Konfiguration des variablen Ventilsteuermechanismus 114 ist nicht auf die in 2 bis 4 dargestellte beschränkt, und ein bekannter variabler Ventilsteuermechanismus, der eine Drehphase einer Nockenwelle bezüglich einer Kurbelwelle durch Anpassen einer Drehzahl eines Motors ändern kann, kann entsprechend angewendet werden.
Der variable Ventilsteuermechanismus 114 beinhaltet ein Steuerrad (Nockenrad) 1, das ein durch die Kurbelwelle 109 des Verbrennungsmotors 101 in Drehung zu versetzender angetriebener Drehkörper ist, eine Einlassnockenwelle 115a, die drehbar auf einem Zylinderkopf mit einem dazwischen eingefügtem Lager 44 gehalten wird und durch ein von dem Steuerrad 1 übertragenen Drehmoment rotiert, ein Abdeckelement 3, das vor dem Steuerrad 1 angeordnet und mit einer Schraube an einer Kettenabdeckung 40 befestigt ist, und einen Phasenänderungsmechanismus 4, der zwischen dem Steuerrad 1 und der Einlassnockenwelle 115a angebracht ist und einen relativen Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 115a bezüglich des Steuerrads 1 ändert.
Das Steuerrad 1 beinhaltet einen Kettenradkörper 1a und einen Zahnbereich 1b, der integral an dem äußeren Umfang des Kettenradkörpers 1a angeordnet ist und konfiguriert ist, über eine umwundene Steuerkette 42 ein Drehmoment von der Kurbelwelle 109 aufzunehmen.
Das Steuerrad 1 wird drehbar auf der Einlassnockenwelle 115a von einem dritten Kugellager 43 gehalten, das zwischen eine am inneren Umfang des Kettenradkörpers 1a gebildete Ringnut 1c und dem äußeren Umfang eines integral an einem vorderen Ende der Einlassnockenwelle 115a vorhandenen Flansches 2a eingefügt ist.
Ein ringförmiger Vorsprung 1e ist integral an einem äußeren Rand eines vorderen Endes des Kettenradkörpers 1a gebildet.
Ein ringförmiges Element 19, das koaxial am inneren Umfang des ringförmigen Vorsprungs 1e angebracht ist und ein Innenzahnrad 19a beinhaltet, das mit einer wellenförmigen Struktur am inneren Umfang des Innenzahnrads 19a als Eingriffsteil dient, und eine ringförmige Platte 6 sind mit Schrauben 7 zusammen befestigt und axial zum vorderen Ende des Kettenradkörpers 1a festgemacht.
Wie in 4 dargestellt, ist ein Vorsprung 1d, der ein bogenförmiges eingesetztes Teil ist, umlaufend auf einer vorbestimmten Länge an einem Teil einer inneren Umfangsfläche des Kettenradkörpers 1a geformt.
Ein zylindrisches Gehäuse 5, das nach vorne herausragt und einen Drehzahlverminderer 8 des Phasenänderungsmechanismus 4 bedeckt, der später beschrieben wird, und Komponenten des Elektromotors 12 sind an einem äußeren Umfang eines vorderen Endes der Platte 6 mit Schrauben 11 befestigt.
Das Gehäuse 5 ist aus einem Metall auf Eisenbasis und fungiert als Joch, und ein ringförmiger plattenförmiger Halterungsteil 5a ist integral an einem vorderen Ende des Gehäuses 5 gebildet. Der gesamte äußere Umfang des Gehäuses 5 beinhaltend den Halterungsteil 5a ist mit einem Abdeckelement 3 mit einem vorbestimmten Abstand bedeckt.
Die Einlassnockenwelle 115a beinhaltet eine mitlaufende Nocke (nicht gezeigt) zum Öffnen des Einlassventils 105 an dessen äußerem Umfang, und ein Antriebselement 9, das ein angetriebener Drehkörper ist, ist axial an einem vorderen Ende der Einlassnockenwelle 115a mit Nockenschrauben 10 verbunden.
Wie in 4 dargestellt, ist ein Nutbereich 2b, der ein Eingriffsbereich ist, mit welchem sich der Vorsprung 1d des Kettenradkörpers 1a im Eingriff befindet, im Flansch 2a der Einlassnockenwelle 115a entlang dessen Umfang gebildet.
Der Nutbereich 2b ist in einer Bogenform, die eine vorbestimmte Länge entlang des Umfangs hat. Innerhalb dieses Längenbereichs stoßen beide Enden des Vorsprungs 1d jeweils an die Randbereiche 2c und 2d an, die diesen Enden in Umfangsrichtung gegenüber liegen, so dass die relativen Drehpositionen der Einlassnockenwelle 115a bezüglich des Steuerrads 1 an der maximalen voreilenden Position und an der maximalen nacheilenden Position begrenzt sind.
Das heißt, der Anschlag zur mechanischen Begrenzung des variablen Bereichs des Phasenwinkels der Einlassnockenwelle 115a bezüglich der Kurbelwelle 109 ist durch den Vorsprung 1d und den Nutbereich 2b festgelegt, und der Bereich des Winkels in dem der Vorsprung 1d in dem Nutbereich 2b beweglich ist, ist ein variabler Bereich eines Phasenwinkels der Einlassnockenwelle 115a bezüglich der Kurbelwelle 109, das heißt, ein variabler Bereich der Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105.
Ein angeflanschter Lagerteil 10c ist integral an einer Kante eines Schafts 10b eines Kopfes 10a einer Nockenschraube 10 gebildet, und ein Außengewinde zum geschraubt werden in ein Innengewinde, das von einem Ende der Einlassnockenwelle 115a in Richtung einer inneren Achse gebildet ist, ist am äußeren Umfang des Schafts 10b gebildet.
Das Antriebselement 9 ist aus einem eisenbasierten Metallmaterial und beinhaltet, wie in 3 dargestellt, einen an einem vorderen Ende gebildeten Scheibenteil 9a und einen an einem hinteren Ende integral geformten zylindrischen Teil 9b.
Ein ringförmiger gestufter Vorsprung 9c, der im Wesentlichen denselben Außendurchmesser hat wie der des Flansches 2a der Einlassnockenwelle 115a, ist integral im Scheibenteil 9a im Wesentlichen in der Mitte in einer radialen Richtung einer hinteren Endoberfläche des Scheibenteils 9a vorgesehen.
Der äußere Umfang des gestuften Vorsprungs 9c und der äußere Umfang des Flansches 2a sind in den inneren Umfang eines Innenrings 43a des dritten Kugellagers 43 eingesetzt. Ein Außenring 43b des dritten Kugellagers 43 ist in eine innere Umfangsfläche der Ringnut 1c des Kettenradkörpers 1a eingepresst.
Fassungen 41 zum Halten der Rollen 34 sind integral am äußeren Umfang des Scheibenteils 9a vorgesehen.
Die Fassungen 41 stehen vom äußeren Umfang des Scheibenteils 9a in derselben Richtung wie der zylindrische Teil 9b hervor, und sind durch eine Vielzahl an schmalen Vorsprüngen 41a in im Wesentlichen regelmäßigen Abständen voneinander entlang des Umfangs gebildet.
Eine Einführbohrung 9d, durch die der Schaft 10b der Nockenschraube 10 eingeführt wird, ist durch die Mitte des zylindrischen Teils 9b gebildet. Ein Nadellager 28 ist an einem äußeren Umfang des zylindrischen Teils 9b vorgesehen.
Das Abdeckelement 3 ist aus. einem synthetischen Harzmaterial, und beinhaltet einen Abdeckkörper 3a der in einer Topfform hervorragt und einen integral am äußeren Umfang eines hinteren Endes des Abdeckkörpers 3a vorgesehenen Ausleger 3b.
Der Abdeckkörper 3a bedeckt ein vorderes Ende des Phasenänderungsmechanismus 4, das heißt, das gesamte Gehäuse 5 von dem Halterungsteil 5b vor dem Gehäuse 5 in Richtung dessen hinteren Endes, mit einem vorbestimmten Abstand. Auf der anderen Hand hat der Ausleger 3b eine im Wesentlichen ringförmige Form, und eine Schraubeneinführbohrung 3f ist durch jede der sechs Lochteile gebildet.
Im Abdeckelement 3 ist der Ausleger 3b an der Kettenabdeckung 40 mit dazwischen eingefügten Schrauben 47 festgemacht, und innere und äußere doppelte Schleifringe 48a und 48b sind in einer inneren Umfangsfläche eines vorderen Endes 3c des Abdeckkörpers 3a eingebettet und festgemacht wobei deren innere Endflächen freigelegt sind.
Ein oberes Ende des Abdeckelements 3 ist mit einem Verbindungsteil 49 vorgesehen, in dem eine Anschlussklemme 49a festgemacht ist, die mit den Schleifringen 48a und 48b über ein leitendes Material verbunden ist.
Die Anschlussklemme 49a wird von einer nicht dargestellten Batteriestromversorgung durch die Steuervorrichtung 201 mit elektrischer Leistung versorgt.
Eine erste Öldichtung 50 mit großem Durchmesser, die ein Dichtungselement ist, ist zwischen eine innere Umfangsfläche eines hinteren Endes des Abdeckkörpers 3a und eine äußere Umfangsfläche des Gehäuses 5 eingefügt.
Die erste Öldichtung 50 hat im Wesentlichen eine C-Form im Querschnitt, und ein Kernstab ist eingebettet in einem Basismaterial aus synthetischem Kautschuk. Eine ringförmige Basis 50a am äußeren Umfang ist in einer in einer inneren Umfangsfläche eines hinteren Endes des Abdeckelements 3 gebildeten Ringnut 3d eingepasst und festgemacht.
Eine Dichtungsoberfläche 50b die konfiguriert ist, an der äußeren Umfangsfläche des Gehäuses 5 anzugrenzen, ist integral an dem inneren Umfang der ringförmigen Basis 50a der ersten Öldichtung 50 gebildet.
Der Phasenänderungsmechanismus 4 beinhaltet den an einem vorderen Ende der Einlassnockenwelle 115a und im Wesentlichen koaxial mit der Einlassnockenwelle 115a angeordneten Motor 12 und den Drehzahlverminderer 8, der eine Drehzahl des Motors 12 vermindert und die Geschwindigkeit zur Einlassnockenwelle 115a überträgt.
Der Motor 12 ist beispielsweise ein Gleichstrommotor mit Bürste, und beinhaltet das Gehäuse 5, das ein mit dem Steuerrad 1 integriert drehbares Joch ist, eine Motorwelle 13, die eine im Gehäuse 5 drehbar vorgesehene Ausgangswelle ist, ein Paar Permanentmagnete 14 und 15, die jeweils eine Halbkreisform haben und an einer inneren Umfangsfläche des Gehäuses 5 festgemacht sind, und einen an einer inneren Bodenfläche des Gehäusehalterungsteils 5a festgemachten Stator 16.
Die Motorwelle 13 hat eine zylindrische Form und fungiert als ein Anker. Ein Eisenkernrotor 17, der eine Vielzahl an Polen hat, ist am äußeren Umfang im Wesentlichen an einem axialen Mittelpunkt der Motorwelle festgemacht. Eine Magnetspule 18 ist um den äußeren Umfang des Eisenkernmotors 17 gewunden.
Ein Kommutator 20 ist über Presspassung am äußeren Umfang an einem vorderen Ende der Motorwelle 13 festgemacht. Eine Magnetspule 18 ist mit jedem geteilten Segment des Kommutators 20 verbunden in derselben Anzahl wie die Anzahl an Polen des Eisenkernrotors 17.
Die Motorwelle 13 wird drehbar an einer äußeren Umfangsfläche des Schafts 10b in der Nähe des Kopfes 10a der Nockenschraube 10 mit einem Nadellager 28, das ein erstes Lager ist, gehalten, und einem dazwischen eingefügtem vierten Kugellager 35, das als ein Lager an einer axialen Seite des Nadellagers 28 vorgesehen ist.
Ein zylindrischer Exzenterschaft 30, der einen Teil des Drehzahlverminderers 8 bildet, ist integriert an einem hinteren Ende der Motorwelle 13 nahe der Eingangsnockenwelle 115a vorgesehen.
Eine zweite Öldichtung 32, die ein Reibungselement zur Verhinderung des Auslaufens von Schmieröl aus dem Inneren des Drehzahlverminderers 8 in den Motor 12 ist, ist zwischen einer äußeren Umfangsfläche der Motorwelle 13 und einer inneren Umfangsfläche der Platte 6 vorgesehen.
Die zweite Öldichtung 32 gilt als Reibungswiderstand für die Drehung der Motorwelle 13, wenn ein innerer Umfangsteil der zweiten Öldichtung 32 elastisch mit dem äußeren Umfang der Motorwelle 13 in Kontakt kommt.
Der Drehzahlverminderer 8 beinhaltet hauptsächlich den Exzenterschaft 30, der eine exzentrische Drehbewegung ausführt, ein zweites Kugellager 33, das ein am äußeren Umfang des Exzenterschafts 30 vorgesehenes zweites Lager ist, am äußeren Umfang des zweiten Kugellagers 33 vorgesehene Kugeln 34, Fassungen 41, die eine radiale Bewegung der Kugeln 34 zulassen, während sie die Kugeln 34 in einer Rollrichtung halten, und ein mit den Fassungen 41 integral vorgesehenes Antriebselement 9.
Ein Schaftmittelpunkt der Nockenfläche, an einer äußeren Umfangsfläche des Exzenterschafts 30 gebildet, ist leicht radial exzentrisch bezüglich eines Schaftmittelpunkts X der Motorwelle 13. Das zweite Kugellager 33 und die Kugeln 34 sind beispielsweise als Planeteneingriffsteil ausgebildet.
Das zweite Kugellager 33 hat einen großen Durchmesser und überlappt im Wesentlichen radial das erste Nadellager 28. Ein Innenring 33a des zweiten Kugellagers 33 ist über Presspassung an der äußeren Umfangsfläche des Exzenterschafts 30 festgemacht. Die Kugeln 34 grenzen immer an eine äußere Umfangsfläche des Außenrings 33b des zweiten Kugellagers 33 an.
Eine ringförmige Aussparung C ist am äußeren Umfang des Außenrings 33b gebildet, um es dem gesamten zweiten Kugellager 33 zu ermöglichen, radial beweglich, das heißt, exzentrisch beweglich, zu sein, mit einer exzentrischen Drehung des Exzenterschafts 30.
Die Kugeln 34 sind in das Innenzahnrad 19a des ringförmigen Elements 19 eingepasst, während sie sich radial mit der exzentrischen Bewegung des zweiten Kugellagers 33 bewegen, und schwingen radial, während sie umlaufend durch die Vorsprünge 41a der Fassungen 41 geführt werden.
Schmieröl ist dem Inneren des Drehzahlverminderers 8 über eine Schmiermittelversorgungseinrichtung zugeführt.
Die Schmiermittelversorgungseinheit beinhaltet einen Ölversorgungsdurchlass 44a der im Lager 44 des Zylinderkopfs gebildet ist und Schmieröl von einer nicht dargestellten Hauptölverteilung erhält, eine Ölversorgungsbohrung 48, die axial in der Einlassnockenwelle 115a gebildet ist und mit dem Ölversorgungsdurchlass 44a durch eine Nut verbunden ist, eine Ölversorgungsbohrung 45 mit kleinem Durchmesser die entlang der inneren Achse des Antriebselements 9 vordringt und ein Ende hat, das zur Ölversorgungsbohrung 48 geöffnet ist und ein anderes Ende hat, das in der Nähe des ersten Kugellagers 28 und des zweiten Kugellager 33 geöffnet ist, und drei Ölausgabebohrungen mit großem Durchmesser (nicht gezeigt) die das Antriebselement 9 durchdringen.
Nun wird der Betrieb des variablen Ventilsteuermechanismus 114 beschrieben.
Zuerst, wenn die Kurbelwelle 109 des Verbrennungsmotors 101 in Drehung versetzt wird, rotiert das Steuerrad 1 über die Steuerkette 42, und deren Drehmoment veranlasst den Motor 12 sich synchron durch das Gehäuse 5, das ringförmige Element 19, und die Platte 6 zu drehen.
Auf der anderen Hand wird das Drehmoment des ringförmigen Elements 19 zur Einlassnockenwelle 115a von den Kugeln 34 über die Fassungen 41 und das Antriebselement 9 übertragen. Auf diese Weise öffnet und schließt die Nocke der Einlassnockenwelle 115a das Einlassventil 105.
Wenn ein relativer Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 115a bezüglich der Kurbelwelle 109, das heißt, die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105, durch den variablen Ventilsteuermechanismus 114 geändert wird, verursacht die Steuervorrichtung 201 Stromfluss in die Magnetspule 17 des Motors 12, um den Motor 12 anzutreiben. Wenn der Motor 12 in Drehbewegung versetzt wird, wird dieses Motordrehmoment zur Einlassnockenwelle 115a über den Drehzahlverminderer 8 übertragen.
Das heißt, wenn sich der Exzenterschaft 30 exzentrisch mit der Drehung der Motorwelle 13 dreht, rollen die Kugeln 34 bei jeder einzelnen Umdrehung der Motorwelle 13 in Richtung einer Innenverzahnung 19a des ringförmigen Elements 19 über eine andere nachfolgende Innenverzahnung 19a, während sie radial durch die Vorsprünge 41a der Fassungen 41 geführt werden. Diese Bewegung wird wiederholt, so dass die Kugeln 34 im Kontakt mit der Innenverzahnung 19a in der Umfangsrichtung rollen.
Durch diesen Rollenkontakt der Kugeln 34 wird die Drehung der Motorwelle 13 verlangsamt und ein Drehmoment wird zum Antriebselement 9 übertragen. Der Verzögerungswert, der genutzt wird, wenn die Drehung der Motorwelle 13 zum Antriebselement 9 übertragen wird, kann auf jeden Wert eingestellt werden in Abhängigkeit, beispielsweise, von der Anzahl an Kugeln 34.
Auf diese Weise erfolgt die relative Drehung der Einlassnockenwelle 115a bezüglich des Steuerrads 1 nach vorne und zurück, und ein relativer Drehphasenwinkel wird umgewandelt, so dass die Öffnungs-/Schließsteuerzeit des Einlassventils 105 dahingehend geändert wird, vorzueilen oder nacheilend zu sein.
Hier wird die relative Drehung der Einlassnockenwelle 115a bezüglich des Steuerrads 1 nach vorne und zurück durch das Angrenzen jeder Seitenfläche des Vorsprungs 1d an eine der gegenüberliegenden Flächen 2c und 2d des Nutteils 2b beschränkt.
Das heißt, wenn das Antriebselement 9 in derselben Richtung dreht wie die Drehrichtung des Steuerrads 1 mit der exzentrischen Drehung des Exzenterschafts 30, so dass eine Seitenfläche des Vorsprung 1d an eine gegenüberliegende Fläche 1c des Nutteils 2b anstößt, und weitere Drehung in derselben Richtung ist eingeschränkt. Auf diese Weise wird der relative Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 115a bezüglich des Steuerrads 1 bis zu einer maximalen voreilenden Stellung geändert.
Auf der anderen Hand, wenn sich das Antriebselement 9 in eine Richtung entgegen der Drehrichtung des Steuerrads 1 dreht, stößt eine andere Seitenfläche des Vorsprungs 1d an eine andere gegenüberliegende Fläche 2d des Nutteils 2b an und eine weitere Drehung in derselben Richtung ist eingeschränkt. Auf diese Weise wird der relative Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 115a bezüglich des Steuerrads 1 bis zu einer maximalen vacheilenden Stellung geändert.
Auf diese Weise steuert die Steuervorrichtung 201 variabel den relativen Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 115a bezüglich der Kurbelwelle 109, das heißt, die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105, indem der Stromfluss im Motor 12 des variablen Ventilsteuermechanismus 114 gesteuert wird.
Die Steuervorrichtung 201 berechnet einen Vorgabephasenwinkel TA basierend auf einem Betriebsmodus des Verbrennungsmotors 101, wie beispielsweise einer Maschinenlast, einer Drehzahl der Maschine, einer Maschinentemperatur, und einem Startmodus, und detektiert einen aktuellen relativen Drehphasenwinkel RA der Einlassnockenwelle 115a bezüglich der Kurbelwelle 109.
Der Vorgabephasenwinkel TA korrespondiert, beispielsweise, mit einem Vorgabevoreilungsbetrag, einer Vorgabeventilsteuerzeit, und einem Vorgabeumsetzungswinkel.
Die Steuervorrichtung 201 führt die Regelung einer Drehphase aus, in der eine Stellgröße des Elektromotors 12 auf eine Weise berechnet und ausgegeben wird, so dass sich der aktuelle relative Drehphasenwinkel RA einem Vorgabephasenwinkel TA annähert. In der Regelung berechnet die Steuervorrichtung 201 eine Stellgröße des Elektromotors 12, beispielsweise, über einen Proportional-Integral-Regler basierend auf einer Abweichung zwischen dem Vorgabephasenwinkel TA und dem aktuellen relativen Drehphasenwinkel RA.
Wie in funktionalen Blockdiagramm der 5 dargestellt, detektiert die Steuervorrichtung 201 den aktuellen relativen Drehphasenwinkel RA basierend auf den Ausgängen des Kurbelwinkelsensors 203, des Nockenwinkelsensors 204, und des Motordrehwinkelsensors 210.
Eine Drehphasenberechnungseinheit 501 empfängt das Drehwinkelsignal POS ausgegeben von dem Kurbelwinkelsensor 203 und das Drehwinkelsignal CAM ausgegeben von dem Nockenwinkelsensor 204.
Die Drehphasenberechnungseinheit 501 berechnet einen Phasenwinkel RA1 [Grad CA] basierend auf dem Drehwinkelsignal CAM und dem Drehwinkelsignal POS in einem Interruptprozess bei jeder Eingabe des Drehwinkelsignals CAM.
In dieser Ausführungsform gibt die Winkeleinheit Grad CA einen Winkel der Kurbelwelle 109 an.
Die Drehphasenberechnungseinheit 501 misst einen Winkel von einer Referenzkurbelwinkelstellung, basierend auf dem Drehwinkelsignal POS zu einer Eingabe des Drehwinkelsignals CAM detektiert durch, beispielsweise, Winkelumrechnung einer verstrichenen Zeit basierend auf einem Zählwert des Drehwinkelsignal POS und einer Drehzahl der Maschine, so dass ein Phasenwinkel RA1, der ein Detektionswert eines relativen Drehphasenwinkels der Einlassnockenwelle 115a bezüglich der Kurbelwelle 109 ist, zum Beispiel berechnet werden kann.
Somit wird der Phasenwinkel RA1, der von der Drehphasenberechnungseinheit 501 detektiert wird, bei jedem Eingang des Drehwinkelsignal CAM aktualisiert, das heißt, bei jedem Kurbelwinkel korrespondierend zu einer Taktphasendifferenz zwischen den Zylindern. Nach der Aktualisierung wird ein vorheriger Detektionswert beibehalten, bis ein nächstes Drehwinkelsignal CAM eingegeben wird.
Der Phasenwinkel RA1 stellt einen voreilenden Kurbelwinkel [Grad CA] dar von einer maximalen verzögerten Stellung der Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105, und die maximale verzögerte Stellung der Ventilsteuerzeit korrespondierend mit einer Startstellung oder einer Standardstellung der Ventilsteuerzeit.
Deshalb ist der Phasenwinkel RA1 = 0 Grad CA, wenn die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105 an der maximalen verzögerten Stellung ist, und da die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105 voreilend ist, nimmt der berechnete Wert des Phasenwinkels RA1 zu.
In einem Fall, wenn eine Zylindernummer basierend auf der Anzahl an Impulsen dargestellt wird, die als eine Gruppe an Drehwinkelsignalen CAM ausgegeben werden, führt die Drehphasenberechnungseinheit 501 einen Berechnungsprozess des Phasenwinkels RA1 über einen Interruptprozess aus, basierend auf einem Kopfimpulssignal der Gruppe an Impulssignalen.
Die CAM Periodenberechnungseinheit 502 misst eine CAM Periode TREF [ms], die eine Generierungsperiode des Drehwinkelsignals CAM durch einen Interruptprozess basierend auf einer Eingabe des vom Nockenwinkelsensor 204 ausgegebenen Drehwinkelsignals CAM ist. Das heißt, eine Differenz zwischen einem Timerwert eines vorangegangenen Interruptprozesses und einem Timerwert eines laufenden Interruptprozesses wird berechnet als eine Generierungsperiode TREF [ms] des Drehwinkelsignals CAM.
In einem Fall, wenn der Verbrennungsmotor 101 eine Vierzylindermaschine ist und eine Taktphasendifferenz zwischen den Zylindern ein Kurbelwinkel von 180 Grad CA ist, misst die CAM Periodenberechnungseinheit 502 eine Zeit, die nötig für die Drehung der Kurbelwelle 109 um 180 Grad CA ist, das heißt, eine Zeit, die nötig für das Steuerrad 1 ist, sich um 90 Grad zu drehen.
Die POS-Zähleinheit 503 aktualisiert einen Zählwert NPOS des Drehwinkelsignals POS durch einen Interruptprozess bei jeder Eingabe des vom Kurbelwinkelsensor 203 ausgegebenen Drehwinkelsignals POS. Das heißt, die POS-Zähleinheit 503 erhöht die Zählwerte NPOS bis zu einem vorherigen Wert durch einen vorbestimmten Wert bei jeder Eingabe des Drehwinkelsignals POS.
In einem Interruptprozess zu jeder vorbestimmten Zeit Δt, liest die Drehbetragberechnungseinheit 504 die durch die CAM Periodenberechnungseinheit 502 neu berechnete CAM Periode TREF ein, und berechnet aus der CAM Periode TREF, die eingelesen wurde, einen Winkeländerungsbetrag ΔASP1 [Grad] pro vorbestimmter Zeit Δt des Steuerrads 1, das heißt, einen Drehbetrag des Steuerrats 1 pro vorbestimmter Zeit Δt. Die vorbestimmte Zeit Δt kann zum Beispiel 1 ms sein.
Da die CAM Periode TREF wie oben beschrieben eine Zeit ist, die nötig für das Steuerrad 1 ist, um 90 Grad zu drehen, ist ein Winkeländerungsbetrag des Steuerrads 1 pro 1 ms 90 [Grad]/CAM Periode TREF [ms]. Deshalb ist in einem Fall wenn die vorbestimmte Zeit Δt 1 ms ist, der Winkeländerungsbetrag ΔASP1 [Grad] = 90 [Grad]/CAM Periode TREF [ms].
In einem zu jeder vorbestimmten Zeit Δt durchgeführten Interruptprozess liest die Berechnungseinheit für den Zählwertänderungsbetrag 505 einen durch die POS Zähleinheit 503 aktualisierten Zählwert NPOS ein und führt eine Differenz aus zwischen einem vorangehend eingelesenen Zählwert NPOS und dem gerade eingelesenen Zählwert NPOS als ein Änderungsbetrag ΔNPOS des Zählwerts NPOS zu jeder vorbestimmten Zeit Δt.
Jedes Mal wenn die Berechnungseinheit für den Zählwertänderungsbetrag 505 den Änderungsbetrag ΔNPOS berechnet, wandelt der Einheitenwandler 506 den Änderungsbetrag ΔNPOS zu einem Kurbelwinkeländerungsbetrag ΔCA [Grad CA] pro vorbestimmter Zeit Δt um, basierend auf einer Winkelperiode [Grad CA] des Drehsignals POS. Das heißt, der Einheitenwandler 506 berechnet einen Kurbelwinkeländerungsbetrag ΔCA [Grad CA] pro vorbestimmter Zeit Δt, das heißt, einen Drehbetrag der Kurbelwelle 109 pro vorbestimmter Zeit Δt.
Ein Verstärker 507 multipliziert jedes Mal, wenn der Einheitenwandler 506 den Kurbelwinkeländerungsbetrag ΔCA berechnet den Kurbelwinkeländerungsbetrag ΔCA mit 1/2, der Kurbelwinkeländerungsbetrag ΔCA wird zu einem Winkeländerungsbetrag ΔASP2 [Grad] des Steuerrads 1 pro vorbestimmter Zeit Δt umgewandelt.
Da die Drehzahl des Steuerrads 1 halb so groß ist wie die Drehzahl der Kurbelwelle 109, wenn der Drehwinkel der Kurbelwelle 109 sich um ΔCA [Grad CA] pro vorbestimmter Zeit Δt ändert, ändert sich der Drehwinkel des Steuerrads um ΔCA/2 [Grad].
Der von der Drehbetragberechnungseinheit 504 berechnete Winkeländerungsbetrag ΔASP1 und der vom Verstärker 507 berechnete Winkeländerungsbetrag ΔASP2 werden in eine Auswahleinheit 508 eingegeben.
Die Auswahleinheit 508 wählt den größeren von dem Winkeländerungsbetrag ΔASP1 und dem Winkeländerungsbetrag ΔASP2 aus, das heißt, einen größeren aus einem Drehbetrag des Steuerrads 1 pro vorbestimmter Zeit Δt, erhalten basierend auf dem vom Nockenwinkelsensor 204 ausgegebenen Drehsignal CAM oder einem Drehbetrag des Steuerrads 1 pro vorbestimmter Zeit Δt, erhalten basierend auf dem vom Kurbelwinkelsensor 203 ausgegebenen Drehsignal POS, und gibt den ausgewählten Betrag als einen finalen Winkeländerungsbetrag ΔASP aus.
Die Detektiereinheit für den Motordrehwinkel 509 empfängt ein Ausgangssignal des Motordrehwinkelsensors 210.
Die Detektiereinheit für den Motordrehwinkel 509 führt einen Detektionsvorgang eines Motordrehwinkels über einen Interruptprozess aus, basierend auf einem Eingang eines Ausgangssignals des Motordrehwinkelsensors 210. Zum Beispiel, in einem Fall wenn der Motordrehwinkelsensor 210 einen Motordrehwinkel über eine Einschaltdauer % eines Ausgangsimpulssignals anzeigt, misst die Detektiereinheit für den Motordrehwinkel 509 eine Einschaltdauer eines Ausgangssignals des Motordrehwinkelsensors 210.
Der Motordrehwinkelsensor 210 kann ein bekannter Sensor wie beispielsweise ein Encoder, ein Hall-IC, oder ein Resolver sein, und der Motordrehwinkelsensor 210 ist nicht beschränkt auf Sensoren, deren Ausgangsimpulssignal in der Einschaltdauer in Abhängigkeit eines Drehwinkels variiert.
Die Änderungsbetragsberechnungseinheit 510 berechnet einen Änderungsbetrag eines Detektionsergebnisses pro vorbestimmter Zeit Δt als eine Differenz zwischen einem Ergebnis des Detektionsvorgangs durch die Detektiereinheit für den Motordrehwinkel 509 zu einem vorangehenden Zeitpunkt und einem Ergebnis eines Detektionsvorgangs durch die Detektiereinheit für den Motordrehwinkel 509 zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt.
Zum Beispiel, in einem Fall wenn der Motordrehwinkelsensor 210 einen Motordrehwinkel über eine Einschaltdauer eines Ausgangsimpulssignals anzeigt, berechnet die Änderungsbetragsberechnungseinheit 510 einen Änderungsbetrag [%/Δt] einer Einschaltdauer pro vorbestimmter Zeit Δt.
Jedes Mal wenn die Änderungsbetragsberechnungseinheit 510 einen Änderungsbetrag berechnet, wandelt der Einheitenwandler 511 den Änderungsbetrag zu einem Winkeländerungsbetrag ΔAM [Grad] der Motorwelle 13 pro vorbestimmter Zeit Δt um, das heißt, einem Drehbetrag der Motorwelle 13 pro vorbestimmter Zeit Δt.
Die Abweichungsberechnungseinheit 512 berechnet eine Abweichung ΔA (ΔA = ΔAM – ΔASP) zwischen dem Winkeländerungsbetrag ΔAM und dem Winkeländerungsbetrag ΔASP, das heißt, eine Abweichung zwischen einen Drehbetrag der Motorwelle 13 pro vorbestimmter Zeit Δt und einem Drehbetrag des Steuerrads 1 pro vorbestimmter Zeit Δt.
In einem Fall wenn die Motorwelle 13 mit derselben Drehzahl wie das Steuerrad 1 dreht, ändert sich im variablen Ventilsteuermechanismus 114 ein relativer Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 115a bezüglich der Kurbelwelle 109 nicht.
Auf der anderen Hand, in einem Fall wenn die Drehzahl der Motorwelle 13 höher eingestellt wird als die Drehzahl des Steuerrads 1 über die Drehzahlssteuerung des Motors 12, das heißt, in einem Fall wenn der Drehbetrag der Motorwelle 13 pro vorbestimmter Zeit Δt größer eingestellt wird als der Drehbetrag des Steuerrads 1 pro vorbestimmter Zeit Δt, ändert sich ein relativer Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 115a bezüglich der Kurbelwelle 109 zu einer nacheilenden Stellung.
Dagegen, in einem Fall wenn die Drehzahl der Motorwelle 13 niedriger eingestellt wird als die Drehzahl des Steuerrads 1 über die Drehzahlssteuerung des Motors 12, das heißt, in einem Fall wenn der Drehbetrag der Motorwelle 13 pro vorbestimmter Zeit Δt kleiner eingestellt wird als der Drehbetrag des Steuerrads 1 pro vorbestimmter Zeit Δt, ändert sich der relative Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 115a bezüglich der Kurbelwelle 109 zu einer voreilenden Stellung.
Das heißt, der variable Ventilsteuermechanismus 114 ist ein Mechanismus, der die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105 in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem Drehbetrag der Motorwelle 13 und dem Drehbetrag des Steuerrads 1 ändert, voreilend oder nacheilend zu sein.
Somit wandelt ein Wandler 513 die Abweichung ΔA berechnet von der Abweichungsberechnungseinheit 512, das heißt, eine Differenz zwischen dem Drehbetrag der Motorwelle 13 pro vorbestimmter Zeit Δt und einen Drehbetrag des Steuerrads 1 pro vorbestimmter Zeit Δt, zu einem Änderungsbetrag ΔRA des Phasenwinkels RA pro vorbestimmter Zeit Δt um, basierend auf, beispielsweise, einem Verzögerungswert des Drehzahlverminderers 8.
Der Änderungsbetrag ΔRA ist eine vorzeichenbehaftete Winkelangabe. Angenommen, die positive Drehrichtung des Verbrennungsmotors 101 und die voreilende Richtung der Ventilsteuerzeit werden als „positiv” ausgedrückt, damit der Änderungsbetrag ΔRA als ein negativer Wert berechnet wird, wenn die Abweichung ΔA positiv ist, multipliziert der Wandler 513 die Abweichung ΔA mit „–1”, um die positive und negative Beziehung der Abweichung ΔA umzukehren, und führt ebenfalls einen Korrekturprozess aus unter Einsatz des Verzögerungswerts G des Drehzahlverminderers 8 und einem Einheitenwandlerprozess.
Die Integrierprozesseinheit 514 integriert den Änderungsbetrag ΔRA des Phasenwinkels RA pro vorbestimmter Zeit Δt, ausgegeben vom Wandler 513, unter Einsatz des bei jeder Generierung des Drehwinkelsignals CAM durch die Drehphasenberechnungseinheit 501 aktualisierten Phasenwinkels RA1 als ein Startwert, und berechnet einen finalen Phasenwinkel RA (RA = RA1 + ∫ΔRA). Mit anderen Worten, die Integrierprozesseinheit 514 kalibriert einen Detektionswert des Phasenwinkels RA basierend auf dem Integralwert des Änderungsbetrags ΔRA, basierend auf dem Phasenwinkel RA1 bei jeder Generierung des Drehwinkelsignals CAM.
Auf diese Weise wird der Phasenwinkel RA1 bei jeder Generation des Drehwinkelsignals CAM aktualisiert, wohingegen der von der Integrierprozesseinheit 514 ausgegebene Phasenwinkel RA zu jeder vorbestimmten Zeit Δt aktualisiert wird. Mit anderen Worten, eine Änderung der Drehphase, während der Phasenwinkel RA1, der basierend auf dem Drehwinkelsignal CAM und dem Drehsignal POS detektiert wird, aktualisiert wird, wird basierend auf einer Differenz zwischen dem Drehbetrag der Motorwelle 13 pro vorbestimmter Zeit Δt und dem Drehbetrag des Steuerrads pro vorbestimmter Zeit Δt detektiert, so dass die Aktualisierungsperiode des Phasenwinkels RA kürzer ist als die Generierungsperiode des Drehwinkelsignals CAM.
Die Reglereinheit 515 wird ausgeführt von einem Interruptprozess zu jeder vorbestimmten Zeit Δt oder Zeit Δtc, die länger ist als die vorbestimmte Zeit Δt, liest einen neuesten Wert des Phasenwinkels RA, ausgegeben von der Integrierprozesseinheit 514, und einen Vorgabephasenwinkel TA, berechnet von einem nicht dargestellten Berechnungsprozessor, und berechnet und gibt eine Stellgröße des variablen Ventilsteuermechanismus 114 aus, so dass sich der Phasenwinkel RA einem Vorgabephasenwinkel TA annähert. Die Zeit Δtc beträgt, beispielsweise, etwa 10 ms.
Wie oben beschrieben, wird eine Änderung in der Drehphase, während der Phasenwinkel RA1, der basierend auf dem Drehwinkelsignal CAM und dem Drehsignal POS detektiert wird, aktualisiert wird, basierend auf der Differenz zwischen dem Drehbetrag der Motorwelle 13 pro vorbestimmter Zeit Δt und ded Drehbetrag des Steuerrads 1 pro vorbestimmter Zeit Δt detektiert. Dann ist die Aktualisierungsperiode des Phasenwinkels RA für den Gebrauch im Erhalten der Stellgröße des variablen Ventilsteuermechanismus 114 ausreichend kurz, selbst bei einer geringen Drehzahl des Verbrennungsmotors 101. Deshalb kann die Generierung eines Überschwingens unterdrückt werden während der Phasenwinkel RA mit hoher Resonanz zu einem Vorgabephasenwinkel TA umgewandelt wird.
Hier, angenommen eine Anomalie tritt im Motordrehwinkelsensor 210 auf, so dass die Berechnung des Änderungsbetrags ΔRA nicht ausgeführt werden kann, hört die Integrierprozesseinheit 514 auf, den Phasenwinkel RA zu jeder vorbestimmten Zeit Δt zu aktualisieren, und gibt den Wert des Phasenwinkels RA1, ausgegeben von der Drehphasenberechnungseinheit 501, als einen finalen Phasenwinkel RA ohne Änderung bei jeder Generierung des Drehwinkelsignal CAM aus.
Obwohl die Annäherung des Vorgabephasenwinkels TA abnimmt, kann in diesem Fall die Steuerung des sich annähernden Phasenwinkels RA an den Vorgabephasenwinkel TA fortgeführt werden, so dass die Ventilzeitsteuerung des Einlassventils 105 durch eine geeignete Zeitsteuerung in Abhängigkeit des Betriebszustands des Verbrennungsmotors 101 gesteuert werden kann.
Die Integrierprozesseinheit 514 empfängt Marker, die das Ergebnis der Fehlerdiagnose der Sensoren 203, 204, und 210 zum Gebrauch im Detektieren einer Drehphase angeben.
In einem Fall wenn die Berechnung des Änderungsbetrags ΔRA nicht ausgeführt werden kann aufgrund einer Anomalie im Motordrehwinkelsensor 210, das heißt, die Aktualisierungsperiode des Phasenwinkels RA wird länger als die vorbestimmte Zeit Δt, wird eine Verstärkung der Regelung im Vergleich zu der in einem Normalzustand verringert, so dass die Generierung eines Überschwingens unterdrückt werden kann.
In einem Fall wenn eine Anomalie in einem von dem Kurbelwinkelsensor 203 oder dem Nockenwinkelsensor 204 auftritt, kann die Berechnung des Phasenwinkels RA1 durch die Drehphasenberechnungseinheit 501 nicht ausgeführt werden. In diesem Fall stoppt die Integrierprozesseinheit 514 die bei jeder Generierung des Drehwinkelsignals CAM ausgeführte Kalibrierung des Phasenwinkels RA, und führt die Aktualisierung des Phasenwinkels RA basierend auf dem Änderungsbetrag ΔRA fort.
Das heißt, in einem Fall wenn eine Anomalie in einem von dem Kurbelwinkelsensor 203 oder dem Nockenwinkelsensor 204 auftritt, berechnet die Steuervorrichtung 201 den Änderungsbetrag ΔRA aus einem Ausgang eines normalen der Sensoren und aus einem Ausgang des Motordrehwinkelsensors 210 und aktualisiert den Phasenwinkels RA zu jeder vorbestimmten Zeit Δt.
Mit anderen Worten, wenn eine Anomalie in einem Kurbelwinkelsensor 203, Nockenwinkelsensor 204, oder Motordrehwinkelsensor 210 auftritt, detektiert die Steuervorrichtung 210 eine Drehphase basierend auf den Ausgängen zweier normaler Sensoren und führt die Regelung des variablen Ventilsteuermechanismus 114 fort.
Wie oben beschrieben, angenommen die Auswahleinheit 508 wählt den größeren aus dem Drehbetrag des Steuerrads 1 basierend auf dem Kurbelwinkelsignal POS und dem Drehbetrag des Steuerrads 1 basierend auf dem Nockenwinkelsignal CAM aus, wenn eine Anomalie in einem von dem Kurbelwinkelsensor 203 oder dem Nockenwinkelsensor 204 auftritt, ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit zu senken, dass die Drehphase fälschlicherweise auf einer nacheilenden Seite im Vergleich zu einer aktuellen Stellung detektiert wird, und deshalb die Ventilsteuerzeit bezüglich einer Vorgabesteuerzeit übermäßig voreilend ist.
Das heißt, falls der Winkeländerungsbetrag ΔASP des Steuerrads 1 als ein Wert kleiner als ein aktueller Wert detektiert wird, wird der Phasenwinkel RA als ein Winkel auf einer nacheilenden Seite im Vergleich zu einer aktuellen Stellung detektiert. Da die Auswahleinheit 508 einen größeren der zwei Drehbeträge auswählt, ist es jedoch möglich, die Wahrscheinlichkeit zu senken, dass der Winkeländerungsbetrag ΔASP des Steuerrads 1 als ein Wert kleiner als ein aktueller Wert detektiert wird. Deshalb ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit zu senken, dass der Phasenwinkel RA auf einer nacheilenden Seite im Vergleich zu einer aktuellen Stellung detektiert wird.
Falls die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105 zu einer voreilenden Seite bezüglich einer Vorgabesteuerzeit gesteuert wird und die Öffnungssteuerzeit IVO des Einlassventils 105 früher als eine Vorgabesteuerzeit ist, könnte eine Interferenz zwischen dem Einlassventil 105 und dem Kolben 108 auftreten.
Da die Auswahleinheit 508 ein größeres der zwei Datenstücke des eingegebenen Drehbetrags auswählt, ist es auf der anderen Hand möglich, die Wahrscheinlichkeit zu senken, dass der Änderungsbetrag ΔRA fälschlicherweise auf einer nacheilenden Seite im Vergleich zu einer aktuellen Stellung detektiert wird, und deshalb kann das Auftreten einer Kolbeninterferenz aufgrund eines Voreilens der Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105 unterdrückt werden.
Die Anwesenheit einer Anomalie kann in jedem, dem Kurbelwinkelsensor 203, Nockenwinkelsensor 204, und Motordrehwinkelsensor 210 durch eine bekannte Diagnosetechnik geeignet detektiert werden, wie zum Beispiel die Bestimmung der Konsistenz der Detektionsergebnisse unter den Sensoren und die Detektion einer Impulsperiode jedes Sensors.
In dem in 5 dargestellten Beispiel wählt die Auswahleinheit 508 einen größeren aus dem Winkeländerungsbetrag ΔASP1 oder dem Winkeländerungsbetrag ΔASP2 aus. Alternativ kann die Auswahleinheit 508 einen kleineren aus dem Winkeländerungsbetrag ΔASP1 oder dem Winkeländerungsbetrag ΔASP2 auswählen in einem Fall wenn keine Interferenz zwischen dem Einlassventil 105 und dem Kolben 108 auftritt auch wenn der variable Ventilsteuermechanismus 114 zu einer maximalen voreilenden Position gesteuert wird, aber wenn der variable Ventilsteuermechanismus 114 zu einer maximalen nacheilenden Position gesteuert wird, ist die Schließsteuerzeit IVC des Einlassventils 105 zu einem unteren Totpunkt BDC oder später nacheilend, so dass der Betrag der Ansaugluft des Verbrennungsmotors 101 nicht ausreichend sein könnte.
Falls die Auswahleinheit 508 einen kleineren aus dem Winkeländerungsbetrag ΔASP1 oder dem Winkeländerungsbetrag ΔASP2 auswählt, ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit zu senken, dass ein Änderungsbetrag ΔRA fälschlicherweise auf einer voreilenden Seite im Vergleich zu einer aktuellen Stellung detektiert wird, und damit kann ein übermäßiges Nacheilen der Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105 unterdrückt werden.
In einem Fall wenn die Auswahleinheit 508 einen kleineren aus dem Winkeländerungsbetrag ΔASP1 oder dem Winkeländerungsbetrag ΔASP2 auswählt, falls beispielsweise eine Unterbrechung in einem Kurbelwinkelsensor 203 oder Nockenwinkelsensor 204 auftritt, sodass einer von dem Winkeländerungsbetrag ΔASP1 oder dem Winkeländerungsbetrag ΔASP2 als Null berechnet wird, kann der Änderungsbetrag ΔRA basierend auf dem Winkeländerungsbetrag ΔASP eines normalen Sensors berechnet werden.
Wie in 6 und 7 dargestellt, einer aus dem größeren aus dem basierend auf dem Kurbelwinkelsignal POS detektierten Drehbetrag des Steuerrads 1 oder dem basierend auf dem Nockenwinkelsignal CAM detektierten Drehbetrag des Steuerrads 1, der basierend auf dem Kurbelwinkelsignal POS detektierte Drehbetrag des Steuerrads 1, oder der basierend auf dem Nockenwinkelsignal CAM detektierte Drehbetrag des Steuerrads 1 wird basierend auf einem Fehlerdiagnoseergebnis des Kurbelwinkelsensors 203 und einem Fehlerdiagnoseergebnis des Nockenwinkelsensors 204 ausgewählt, und der ausgewählte Drehbetrag wird zur Abweichungsberechnungseinheit 512 ausgegeben.
In 6 wählt die Auswahleinheit 508 einen größeren aus dem Drehbetrag des Steuerrads 1, detektiert basierend auf dem Kurbelwinkelsignal POS, und dem Drehbetrag des Steuerrad 1, detektiert basierend auf dem Nockenwinkelsignal CAM, aus, und gibt den ausgewählten Drehbetrag zur Ausgangsschalteinheit 520 aus.
Die Ausgangsschalteinheit 520 empfängt ein Ausgangssignal der Auswahleinheit 508, den basierend auf dem Kurbelwinkelsignal POS detektierten Drehbetrag des Steuerrads 1, und den basierend auf dem Nockenwinkelsignal CAM detektierten Drehbetrag des Steuerrad 1, empfängt ein Auswahlinstruktionssignal SW basierend auf dem Fehlerdiagnoseergebnis des Kurbelwinkelsensors 203 und dem Fehlerdiagnoseergebnis des Nockenwinkelsensors 204, wählt eines der drei Eingangssignale basierend auf dem Auswahlinstruktionssignal SW aus, und gibt das ausgewählte Signal zur Abweichungsberechnungseinheit 512 aus.
Wie in 7 dargestellt, wird das Auswahlinstruktionssignal SW unter drei Typen an Signalen basierend auf dem Fehlerdiagnoseergebnis des Kurbelwinkelsensors 203 und dem Fehlerdiagnoseergebnis des Nockenwinkelsensors 204 geschalten.
Genau gesagt, bevor das Auftreten eines Fehlers im Kurbelwinkelsensor 203 und Nockenwinkelsensor 204 festgestellt wird, wird das Auswahlinstruktionssignal SW als Anweisung zum Auswählen eines Ausgangssignals der Auswahleinheit 508 bestimmt. Sobald ein Fehler im Kurbelwinkelsensor 203 festgestellt wird, wird das Auswahlinstruktionssignal SW als Anweisung zum Auswählen eines basierend auf dem Nockenwinkelsignal CAM detektierten Drehbetrags des Steuerrads 1 bestimmt. Wenn ein Fehler im Nockenwinkelsensor 204 festgestellt wird, wird das Auswahlinstruktionssignal SW als Anweisung zum Auswählen des basierend auf dem Kurbelwinkelsignal POS detektierten Drehbetrags des Steuerrads 1 bestimmt.
Das heißt, in einem Zustand in dem das Auftreten eines Fehlers im Kurbelwinkelsensor 203 und Nockenwinkelsensor 204 nicht festgestellt wird, wird ein größerer von dem Drehbetrag des Steuerrads 1 detektiert basierend auf dem Kurbelwinkelsignal POS und dem Drehbetrag des Steuerrads 1 detektiert basierend auf dem Nockenwinkelsignal CAM ausgewählt, und wenn das Auftreten eines Fehlers im Kurbelwinkelsensor 203 oder Nockenwinkelsensor 204 festgestellt wird, wird der basierend auf einem Ausgang eines normalen der Sensoren detektierte Drehbetrag des Steuerrads 1 ausgewählt.
Auf diese Weise, wenn ein Fehler im Kurbelwinkelsensor 203 oder Nockenwinkelsensor 204 auftritt, kann der Drehbetrag des Steuerrads 1 basierend auf einem Ausgang eines normalen Sensors mit Stabilität ausgegeben werden, so dass die Zuverlässigkeit der Steuerung verbessert werden kann.
Basierend auf dem Fehlerdiagnoseergebnis des Kurbelwinkelsensors 203 und dem Fehlerdiagnoseergebnis des Nockenwinkelsensors 204, gibt die Auswahleinheit 508 einen Detektionswert des Drehbetrags des Steuerrads 1 detektiert basierend auf dem Kurbelwinkelsignal POS aus, in einem Fall wenn beide Sensoren normal sind, gibt einen Detektionswert des Drehbetrags des Steuerrads 1 detektiert basierend auf dem Kurbelwinkelsignal POS aus, in einem Fall wenn das Auftreten eines Fehlers des Nockenwinkelsensors 204 festgestellt wird, und gibt einen Detektionswert des Drehbetrags des Steuerrads 1 basierend auf dem Nockenwinkelsignal CAM aus, in einem Fall wenn das Auftreten eines Fehlers des Kurbelwinkelsensors 203 festgestellt wird.
Wie in 8 dargestellt, im Verbrennungsmotor 101 beinhaltend den auslassseitigen variablen Ventilsteuermechanismus, in dem die Phase des Ventilbetätigungswinkels des Auslassventils 110 variabel ist, und den auslassseitigen Nockenwinkelsensor 204E zum Ausgeben des Drehwinkelsignals CAM der Auslassnockenwelle, wird der Winkeländerungsbetrag ΔASP1 basierend auf einem Ausgang des auslassseitigen Nockenwinkelsensors 204E berechnet, und wird beispielsweise an die Auswahleinheit 508 ausgegeben.
Das heißt, in 8 misst die CAM Periodenberechnungseinheit 502E die CAM Periode TREFE [ms], die eine Generierungsperiode des Drehwinkelsignals CAME durch einen Interruptprozess ist, basierend auf einem Eingang des von dem auslassseitigen Nockenwinkelsensor 204E ausgegebenen Drehwinkelsignals CAME, und die Drehbetragberechnungseinheit 504E liest die CAM Periode TREFE ein, neu berechnet von der CAM Periodenberechnungseinheit 502E durch einen zu jeder vorbestimmten Zeit Δt ausgeführten Interruptprozess, und der berechnete Winkeländerungsbetrag ΔASP1 [Grad] pro vorbestimmter Zeit Δt des Steuerrads 1 aus der eingelesenen CAM Periode TREFE.
In dem Fall des Anwendens der Konfiguration der 8, falls ein Fehler des einlassseitigen Nockenwinkelsensors 204 detektiert wird, wird eine Phasenänderung eines Ventilbetätigungswinkels des Auslassventils 110 durch den auslassseitigen variablen Ventilsteuermechanismus gestoppt, und die Phase wird bei beispielsweise einer voreingestellter Standardstellung oder einer Phase zu einem Zeitpunkt der Diagnosefeststellung festgehalten.
Auf diese Weise wird die Berechnungsgenauigkeit des Winkeländerungsbetrags ΔASP1 basierend auf einem Ausgang des auslassseitigen Nockenwinkelsensors 204E verbessert, und eine Steuergenauigkeit des variablen Ventilsteuermechanismus 114 kann in einem Zustand, wenn ein Fehler im einlassseitigen Nockenwinkelsensor 204 auftritt, verbessert werden.
In dem Fall der oben beschriebenen Konfiguration, wird eine Betätigung des auslassseitigen variablen Ventilsteuermechanismus gestoppt, wenn ein Fehler im einlassseitigen Nockenwinkelsensor 204 auftritt. In diesem Fall kann der Einfluss auf das Betriebsverhalten des Verbrennungsmotors 101 kleiner als der in einem Fall sein, wenn die Betätigung des einlassseitigen variablen Ventilsteuermechanismus gestoppt wird.
Die Integrierprozesseinheit 514 kalibriert einen Detektionswert des Phasenwinkels RA basierend auf einem Integralwert des Änderungsbetrags ΔRA basierend auf dem Phasenwinkel RA1 bei jeder Generation des Drehwinkelsignals CAM. In einem Fall wenn die Beziehung „Winkeländerungsbetrag ΔASP1 > Winkeländerungsbetrag ΔASP2” gilt und die Auswahleinheit 508 den Winkeländerungsbetrag ΔASP1 auswählt und ausgibt, kann ein Kalibrierprozess des Phasenwinkels RA basierend auf dem Phasenwinkel RA1 gestoppt werden.
Das heißt, in einem Fall wenn „Winkeländerungsbetrag ΔASP1 > Winkeländerungsbetrag ΔASP2” wird angenommen, dass ein Fehler im Kurbelwinkelsensor 203 auftritt und die Genauigkeit des Phasenwinkels RA1 sinkt. Deshalb wird der Kalibrierprozess des Phasenwinkels RA basierend auf dem Phasenwinkel RA1 gestoppt, so dass eine fehlerhafte Kalibrierung des Phasenwinkels RA unterdrückt werden kann.
Das funktionale Blockdiagramm der 5 beinhaltet die CAM Periodenberechnungseinheit 502 zum Messen der CAM Periode TREF [ms], die eine Generierungsperiode des vom Nockenwinkelsensor 204 ausgegebenen Drehwinkelsignals CAM ist, und die Drehbetragberechnungseinheit 504 zum Berechnung des Winkeländerungsbetrags ΔASP1 [Grad] basierend auf der CAM Periode TREF berechnet durch die CAM Periodenberechnungseinheit 502. Anstatt der CAM Periodenberechnungseinheit 502 und der Drehbetragberechnungseinheit 504 können eine CAM Zähleinheit 521 und eine Berechnungseinheit für den Zählwertänderungsbetrag 522 eingefügt sein, wie in 9 dargestellt.
Die CAM Zähleinheit 521 erhöht einen Zählerwert bei jedem Ausgang des Drehwinkelsignals CAM vom Nockenwinkelsensor 204. Die Berechnungseinheit für den Zählwertänderungsbetrag 522 berechnet eine Differenz zwischen einem vorangehend eingelesenen Zählerwert und einem gegenwärtig eingelesenen Zählerwert als einen Änderungsbetrag eines Zählers pro vorbestimmter Zeit Δt, und wandelt diesen Änderungsbetrag zum Winkeländerungsbetrag ΔASP1 um.
Das in 5 dargestellte funktionale Blockdiagramm beinhaltet die POS Zähleinheit 503 zum Erhöhen eines Zählers bei jedem Eingang des vom Kurbelwinkelsensor 203 ausgegebenen Drehwinkelsignals POS und die Berechnungseinheit für den Zählwertänderungsbetrag 505, die einen durch die POS Zähleinheit 503 aktualisierten Zählwert NPOS einliest und den Änderungsbetrag ΔNPOS des Zählwerts NPOS pro vorbestimmter Zeit Δt berechnet. Anstelle der POS-Zähleinheit 503 und der Berechnungseinheit für den Zählwertänderungsbetrag 505 können eine POS-Periodenberechnungseinheit 523 und eine Drehbetragberechnungseinheit 524 eingefügt sein, wie in 10 dargestellt.
Die POS-Periodenberechnungseinheit 523 misst eine Generierungsperiode [ms] des vom Kurbelwinkelsensor 203 ausgegebenen Drehwinkelsignals POS. Die Drehbetragberechnungseinheit 524 wandelt die von der POS Periodenberechnungseinheit 523 berechnete POS Periode TPOS zu einem Änderungsbetrag ΔNPOS oder Winkeländerungsbetrag ΔASP2 um.
Im Falle einer Konfiguration, in der der variable Ventilsteuermechanismus 114 die Motorwelle in eine entgegengesetzte Richtung zur Drehrichtung des Mechanismus dreht, um die Phase vorzueilen, kann der variable Ventilsteuermechanismus 114, wie durch das funktionale Blockdiagramm der 5 angegeben, betrieben werden. Auf der anderen Hand, im Falle einer Konfiguration, in der der variable Ventilsteuermechanismus 114 die Motorwelle in derselben Richtung wie die Drehrichtung des Mechanismus dreht, sodass die Phase voreilend ist, kann der variable Ventilsteuermechanismus 114, wie durch das in 11 dargestellte funktionale Blockdiagramm angegeben, betrieben werden.
Das funktionale Blockdiagramm der 11 unterscheidet sich von dem funktionalen Blockdiagramm der 5 in der Konfiguration der Auswahleinheit 508 und des Wandlers 513.
Genau gesagt, die im funktionalen Blockdiagramm der 11 dargestellte Auswahleinheit 508S wählt einen kleineren von dem Winkeländerungsbetrag ΔASP1 oder dem Winkeländerungsbetrag ΔASP2 aus, das heißt, einen kleineren von dem Drehbetrag des Steuerrads 1 pro vorbestimmter Zeit Δt, erhalten basierend auf dem vom Nockenwinkelsensor 204 ausgegebenen Drehsignal CAM oder dem Drehbetrag des Steuerrads 1 pro vorbestimmter Zeit Δt, erhalten basierend auf dem vom Kurbelwinkelsensor 203 ausgegebenen Drehsignal POS, und gibt den ausgewählten Betrag als einen finalen Winkeländerungsbetrag ΔASP aus.
Da ein Wandler 513S, dargestellt im funktionalen Blockdiagramm der 11, die positive und negative Beziehung der Winkeländerungsbetragsabweichung ΔA umkehren muss, führt der Wandler 513S einen Prozess des Multiplizierens der Winkeländerungsbetragsabweichung ΔA mit „1” aus, und ein Korrekturprozess unter Einsatz des Verzögerungswerts G des Drehzahlverminderers 8 und ein Einheitenumwandlungsprozess werden auf ähnliche Weise wie im Fall der 5 ausgeführt.
In einem Fall wenn ein Fehler im Nockenwinkelsensor 204 oder Kurbelwinkelsensor 203 detektiert wird, wird, um die Detektionsgenauigkeit einer nachfolgenden Phase zu verbessern, der variable Ventilsteuermechanismus 114 zu einer Standardstellung gesteuert, so dass der Integralwert des Änderungsbetrags ΔRA in der Integrierprozesseinheit 514 als ein Startwert verrechnet werden kann.
Die Standardstellung des variablen Ventilsteuermechanismus 114 bezieht sich beispielsweise auf eine maximale verzögerte Stellung oder eine maximale voreilende Stellung, definiert durch einen Anschlag. Der Startwert des Integralwerts des Änderungsbetrags ΔRA ist beispielsweise Null.
Ein Zeitdiagramm der 12 stellt Beispiele einer Standardsteuerung und eines Verrechnungsprozesses eines Integralwerts basierend auf der Fehlerdiagnose dar.
In 12, bis das Auftreten des Fehlers vor dem Zeitpunkt t1 festgestellt wird, wird der variable Ventilsteuermechanismus 114 basierend auf einem Ausgang der Integrierprozesseinheit 514 gesteuert. Wenn ein Fehler im Nockenwinkelsensor 204 oder Kurbelwinkelsensor 203 zum Zeitpunkt t1 festgestellt wird, wird die Steuerung des variablen Ventilsteuermechanismus 114 zur Standardstellung gestartet.
Zum Zeitpunkt t2, wenn festgestellt wird, dass der variable Ventilsteuermechanismus 114 die Standardstellung erreicht hat, wird der Integralwert des Änderungsbetrags ΔRA zu einem Startwert aktualisiert, und dann wird die Steuerung zum Annähern eines aktuellen Phasenwinkels an einen Vorgabephasenwinkel TA neu gestartet.
In der vorangehenden Beschreibung ist die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform speziell beschrieben worden. Jedoch würde es offensichtlich für den Fachmann sein, dass verschiedene Modifizierungen basierend auf der konkreten technischen Idee und der Lehre der vorliegenden Erfindung gemacht werden können.
Wenn beispielsweise Anomalien in zweien oder dreien aus dem Kurbelwinkelsensor 203, Nockenwinkelsensor 204, oder Motordrehwinkelsensor 210 auftreten, kann die Steuervorrichtung 201 eine aktuelle Drehphase nicht detektieren, und damit kann der Motor 12 so gesteuert werden, dass die Drehphase durch den variablen Ventilsteuermechanismus 114 zu einer Startstellung zurückkehrt.
In einem variablen Ventilsteuermechanismus, in dem die Ventilsteuerzeit des Auslassventils 110 variabel ist, kann eine Drehphase der Auslassnockenwelle bezüglich der Kurbelwelle 109 basierend auf den Ausgängen zweier normaler Sensoren detektiert werden, wenn eine Anomalie in einem von dem Kurbelwinkelsensor 203, einem Nockenwinkelsensor zur Ausgabe des Drehwinkelsignal CAM der Auslassnockenwelle, und dem Motordrehwinkelsensor 210 auftritt.
In einem Fall wenn ein Fehler in einem von dem Kurbelwinkelsensor 203 oder dem Nockenwinkelsensor 204 auftritt, so dass der Phasenwinkels RA1 nicht detektiert werden kann, wird eine Vorgabedrehphase in einem Fehlerzustand anstelle einer Vorgabedrehphase in einem Sensornormalzustand festgesetzt, und der variable Ventilsteuermechanismus 114 kann so gesteuert werden, dass sich eine basierend auf dem Änderungsbetrag ΔRA aktualisierte aktuelle Drehphase dem Vorgabewert im Fehlerzustand annähert.
Wenn eine Anomalie in einem von dem Kurbelwinkelsensor 203, dem Nockenwinkelsensor 204, oder dem Motordrehwinkelsensor 210 auftritt, wird der variable Bereich der Vorgabedrehphase begrenzt, enger zu sein als in einem Normalzustand, sodass übermäßiges Voreilen oder Nacheilen reduziert werden kann.
Zusätzlich zu dem variablen Ventilsteuermechanismus kann ein variabler Betätigungswinkelmechanismus, in welchem ein Betätigungswinkel eines Einlassventils oder eines Auslassventils variabel ist, vorgesehen werden. In einem Verbrennungsmotor 101, beinhaltend den variablen Ventilsteuermechanismus und den variablen Betätigungswinkelmechanismus, wird, wenn eine Anomalie in einem von dem Kurbelwinkelsensor 203, einem Nockenwinkelsensor 204, oder dem Motordrehwinkelsensor 210 auftritt, ein Anstieg des Betätigungswinkels durch den variablen Betätigungswinkelmechanismus beschränkt, um eingeschränkter zu sein als der in einem Normalzustand, sodass das Auftreten einer Kolbeninterferenz reduziert werden kann.
In der Konfiguration, in welcher die Auswahleinheit 508 einen größeren der zwei Drehbeträge auswählt, wird, falls einer der Drehbeträge größer als eine Obergrenze ist, der andere kleinere Drehbetrag ausgewählt und, wenn ein ungewöhnlich hoher Drehbetrag aufgrund einer Anomalie eines Sensors oder eines Prozesskreislaufs eines Sensorsignals berechnet wird, kann die fälschliche Auswahl eines Drehbetrags unterdrückt werden.
Bezugszeichenliste

12: Motor
101: Verbrennungsmotor
105: Einlassventil
109: Kurbelwelle
114: variabler Ventilsteuermechanismus
115a: Einlassnockenwelle
201: Steuervorrichtung
203: Kurbelwinkelsensor
204: Nockenwinkelsensor
210: Motordrehwinkelsensor

Claims

Eine Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die Steuervorrichtung zum angewendet werden auf den Verbrennungsmotor, der Verbrennungsmotor beinhaltend einen variablen Ventilsteuermechanismus, der eine Drehphase einer Nockenwelle bezüglich einer Kurbelwelle durch Anpassen einer Drehzahl eines Motors ändert, einen Kurbelwinkelsensor, der ein Kurbelwinkelsignal bei einer vorbestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle ausgibt, einen Nockenwinkelsensor, der ein Nockenwinkelsignal bei einer vorbestimmten Winkelstellung der Nockenwelle ausgibt, und einen Motordrehwinkelsensor, der einen Drehwinkel einer Drehwelle des Motors detektiert, die Steuervorrichtung umfassend: eine Phasendetektionseinheit, die, wenn eine Anomalie in einem von dem Kurbelwinkelsensor, dem Nockenwinkelsensor, oder dem Motordrehwinkelsensor auftritt, die Drehphase basierend auf den Ausgangssignalen der anderen zwei normalen Sensoren detektiert.
Die Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, worin die Phasendetektionseinheit konfiguriert ist, wenn eine Anomalie in einem von dem Kurbelwinkelsensor oder dem Nockenwinkelsensor auftritt, einen Änderungsbetrag der Drehphase basierend auf einem Ausgangssignal eines normalen von dem Kurbelwinkelsensor oder dem Nockenwinkelsensor und einem Ausgang des Motordrehwinkelsensors zu detektieren.
Die Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, worin die Phasendetektionseinheit die Drehphase basierend auf dem Nockenwinkelsignal und dem Kurbelwinkelsignal bei jedem Ausgang des Nockenwinkelsignals detektiert, konfiguriert ist, einen Detektionswert der Drehphase zu aktualisieren, basierend auf einem Integralwert des Änderungsbetrags unter Benutzung, als Startwert, einer bei jedem Ausgang des Nockenwinkelsignals detektierten Drehphase, und das Aktualisieren des Startwerts stoppt, wenn eine Anomalie in einem von dem Kurbelwinkelsensor oder dem Nockenwinkelsensor auftritt.
Die Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, worin die Phasendetektionseinheit konfiguriert ist, den variablen Ventilsteuermechanismus temporär zu einer Standardstellung zu steuern, wenn eine Anomalie in einem von dem Kurbelwinkelsensor oder dem Nockenwinkelsensor detektiert wird, und dann die Drehphase basierend auf einem Änderungsbetrag der Drehphase, der basierend auf einem Ausgangssignal eines normalen von dem Kurbelwinkelsensor oder dem Nockenwinkelsensor und einem Ausgangssignal des Motordrehwinkelsensors erhalten wird, zu detektieren.
Die Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, worin die Standardstellung eine durch einen Anschlag definierte Stellung ist.
Die Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, worin die Nockenwelle eine Einlassnockenwelle ist, und die Standardstellung eine maximale nacheilende Stellung ist.
Die Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, worin die Phasendetektionseinheit konfiguriert ist, das Aktualisieren eines Detektionswerts der Drehphase basierend auf einem Integralwert des Änderungsbetrags zu stoppen, wenn eine Anomalie im Motordrehwinkelsensor auftritt.
Die Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, worin die Phasendetektionseinheit konfiguriert ist, einen größeren von einem basierend auf dem Kurbelwinkelsignal erhaltenen Drehbetrag eines Nockenrads oder einem basierend auf dem Nockenwinkelsignal erhaltenen Drehbetrag des Nockenrads auszuwählen, und einen Änderungsbetrag der Drehphase aus dem ausgewählten Drehbetrag des Nockenrads und einem basierend auf einem Ausgangssignal des Motordrehwinkelsensors erhaltenen Drehbetrag einer Drehwelle des Motors zu erhalten.
Die Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, worin die Phasendetektionseinheit konfiguriert ist, die Drehphase basierend auf den Ausgängen des Kurbelwinkelsensors, des Nockenwinkelsensors, und des Motordrehwinkelsensors in einem Fall zu detektieren, wenn alle, der Kurbelwinkelsensor, der Nockenwinkelsensor, und der Motordrehwinkelsensor normal sind.
Die Steuervorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Verstärkungsreglereinheit, die eine Verstärkung der Steuerung des variablen Ventilsteuermechanismus basierend auf einem Detektionswert der Drehphase reduziert, so dass die Verstärkung geringer ist als eine Verstärkung in einem Normalzustand, wenn eine Anomalie im Motordrehwinkelsensor auftritt.
Ein Steuerverfahren für einen Verbrennungsmotor beinhaltend einen variablen Ventilsteuermechanismus, der eine Drehphase einer Nockenwelle bezüglich einer Kurbelwelle durch Anpassen einer Drehzahl eines Motors ändert, einen Kurbelwinkelsensor, der ein Kurbelwinkelsignal bei einer vorbestimmten Winkelstellung der Kurbelwelle ausgibt, einen Nockenwinkelsensor, der ein Nockenwinkelsignal bei einer vorbestimmten Winkelstellung der Nockenwelle ausgibt, und einen Motordrehwinkelsensor, der einen Drehwinkel einer Drehwelle des Motors detektiert, die Methode die Schritte umfassend: Detektieren, ob eine Anomalie in einem jeden von dem Kurbelwinkelsensor, dem Nockenwinkelsensor, und dem Motordrehwinkelsensor auftritt; und Detektieren der Drehphase basierend auf den Ausgangssignalen der anderen zwei normalen Sensoren, wenn eine Anomalie in einem von dem Kurbelwinkelsensor, dem Nockenwinkelsensor, oder dem Motordrehwinkelsensor auftritt.
Das Steuerverfahren für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, worin in dem Schritt des Detektierens der Drehphase basierend auf den Ausgangssignalen von den zwei normalen Sensoren, ein Änderungsbetrag der Drehphase basierend auf einem Ausgangssignal eines normalen von dem Kurbelwinkelsensor oder dem Nockenwinkelsensor und einem Ausgangssignal des Motordrehwinkelsensors detektiert wird, wenn eine Anomalie in einem von dem Kurbelwinkelsensor oder dem Nockenwinkelsensor auftritt.
Das Steuerverfahren für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, worin der Schritt des Detektierens eines Änderungsbetrags der Drehphase die Schritte beinhaltet: Detektieren der Drehphase basierend auf dem Nockenwinkelsignal und dem Kurbelwinkelsignal bei jedem Ausgang eines Nockenwinkelsignals; Aktualisieren eines Detektionswerts der Drehphase basierend auf einem Integralwert des Drehbetrags unter Benutzung, als einen Startwert, einer bei jedem Ausgang des Nockenwinkelsignals detektierten Drehphase; und Stoppen des Aktualisierens des Startwerts, wenn eine Anomalie in einem von dem Kurbelwinkelsensor oder dem Nockenwinkelsensor auftritt.
Das Steuerverfahren für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, worin der Schritt des Detektierens eines Änderungsbetrags der Drehphase den Schritt eines temporären Steuerns des variablen Ventilsteuermechanismus zu einer Standardstellung beinhaltet, wenn eine Anomalie in einem von dem Kurbelwinkelsensor oder dem Nockenwinkelsensor detektiert wird.
Das Steuerverfahren für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, worin der Schritt des Detektierens eines Änderungsbetrags der Drehphase die Schritte beinhaltet: Auswählen eines größeren von einem basierend auf dem Kurbelwinkelsignal erhaltenen Drehbetrag eines Nockenrads oder einem basierend auf dem Nockenwinkelsignal erhaltenen Drehbetrag des Nockenrads; und Erhalten eines Änderungsbetrags der Drehphase aus dem ausgewählten Drehbetrag des Nockenrads und einem basierend auf einem Ausgangssignal des Motordrehwinkelsensors erhaltenen Drehbetrag einer Drehwelle des Motors.