DE112016002753T5

DE112016002753T5 - Steuerungsvorrichtung und steuerungsverfahren für einen variablen ventilsteuermechanismus

Info

Publication number: DE112016002753T5
Application number: DE112016002753.2T
Authority: DE
Inventors: Kentaro Mikawa
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2018-03-29
Also published as: US20180340465A1; JP2017008729A; US10767552B2; WO2016204236A1; JP6220364B2; CN107709736A; CN107709736B

Abstract

Die vorliegende Erfindung weist auf: einen Kurbelwinkelsensor 4, der ein Kurbelwinkelsignal in Reaktion auf eine Drehung einer Kurbelwelle 2 ausgibt, wobei das Kurbelwinkelsignal vorab eingestellt ist, Referenzstellungen anzugeben; einen Nockensensor 5, der Nockensignalpulse in Reaktion auf eine Drehung einer Einlassnockenwelle 3 zum Öffnen und Schließen eines Motorventils ausgibt; einen Elektromotor 6, der die Einlassnockenwelle 3 relativ bezüglich der Kurbelwelle 2 so dreht, dass der Elektromotor 6 einen Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 3 bezüglich der Kurbelwelle 2 ändern kann; und eine elektronische Steuereinheit 7, die einen Ist-Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 3 basierend auf einem ersten nach Start des Anlassens detektierten Nockensignalpuls und einer ersten Referenzstellung des danach detektierten Kurbelsignals berechnet, um eine absolute Stellung eines variablen Ventilsteuermechanismus 14 zu berechnen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuerungsvorrichtung für einen variablen Ventilsteuermechanismus und bezieht sich insbesondere auf eine Steuerungsvorrichtung und ein Steuerungsverfahren für einen variablen Ventilsteuermechanismus, fähig, eine schnelle Berechnung einer absoluten Position des variablen Ventilsteuermechanismus beim Anlaufen zu erreichen.
STAND DER TECHNIK
Eine gängige Steuerungsvorrichtung für einen variablen Ventilsteuermechanismus ist konfiguriert worden, eine Ist-Ventilsteuerzeit zum Zeitpunkt des Ausgebens eines Nockensignals basierend auf einem von einem Kurbelwinkelsensor ausgegebenen Kurbelwinkelsignal und dem von einem Nockensensor ausgegebenen Nockensignal zu berechnen und einen Änderungsbetrag einer Ventilsteuerzeit bezüglich der Ist-Ventilsteuerzeit zum Zeitpunkt des Ausgebens des Nockensignals basierend auf einer Drehzahldifferenz zwischen einem Motor und einer Einlassnockenwelle zu berechnen, um eine finale Ist-Ventilsteuerzeit unter Verwendung der Ist-Ventilsteuerzeit zum Ausgabezeitpunkt des Nockensignals und des Ventilsteuerzeitänderungsbetrags zu berechnen (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
REFERENZDOKUMENTLISTE
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: JP 4123127 B2

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
In Bezug auf so eine gebräuchliche Steuerungsvorrichtung eines variablen Ventilsteuermechanismus offenbart das Patentdokument 1 jedoch kein Verfahren zum Erreichen einer schnellen Berechnung eines tatsächlichen Drehphasenwinkels der Einlassnockenwelle, das heißt, der Ist-Position des variablen Ventilsteuermechanismus beim Anlassen. Aus diesem Grund könnte es schwer sein, eine verbesserte Anlassleistung eines Fahrzeugs zu erreichen.
Im Hinblick auf das Problem ist es also eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerungsvorrichtung und ein Steuerungsverfahren für einen variablen Ventilsteuermechanismus bereitzustellen, fähig, eine schnelle Berechnung einer Ist-Stellung des variablen Ventilsteuermechanismus beim Anlassen zu erhalten.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABEN
Um die Aufgabe zu lösen, umfasst eine Steuerungsvorrichtung für einen variablen Ventilsteuermechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung:
einen Kurbelwinkelsensor, der ein Kurbelwinkelsignal in Reaktion auf eine Drehung einer Kurbelwelle ausgibt, wobei das Kurbelwinkelsignal vorab eingestellt ist, mindestens zwei Referenzstellungen anzugeben;
einen Nockensensor, der mindestens zwei Nockensignalpulse in Reaktion auf eine Drehung einer Einlassnockenwelle zum Öffnen und Schließen eines Motorventils ausgibt;
ein Stellantrieb, der die Einlassnockenwelle relativ bezüglich der Kurbelwelle dreht, sodass der Stellantrieb einen Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle bezüglich der Kurbelwelle ändern kann; und
eine Steuereinheit, die einen Ist-Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle basierend auf einem nach Start des Anlassens detektierten ersten Nockensignalpuls und einer ersten Referenzstellung des danach detektierten Kurbelsignals berechnet, um eine absolute Stellung des variablen Ventilsteuermechanismus zu berechnen.
Darüber hinaus umfasst ein Steuerungsverfahren eines variablen Ventilsteuermechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung:
Einen ersten Schritt des Beginnens eines Anlassens;
einen zweiten Schritt des Beginnens, ein von einem Kurbelwinkelsensor in Reaktion auf eine Drehung einer Kurbelwelle ausgegebenes Kurbelwinkelsignal zu empfangen, wobei das Drehwinkelsignal vorab eingestellt ist, mindestens zwei Referenzstellungen anzugeben und des Beginnens, mindestens zwei von einem Nockensensor in Reaktion auf eine Drehung einer Einlassnockenwelle zum Öffnen und Schließen eines Motorventils ausgegebene Nockensignalpulse zu empfangen;
einen dritten Schritt des Ermittelns eines ersten Nockensignalpulses nach dem Start des Anlassens;
einen vierten Schritt des Ermittelns einer ersten Referenzstellung des Kurbelwinkelsignals nach dem dritten Schritt; und
einen fünften Schritt des Berechnens eines Ist-Drehphasenwinkels der Einlassnockenwelle bezüglich der Kurbelwelle, basierend auf dem in dem dritten Schritt ermittelten Nockensignalpuls und der in dem vierten Schritt ermittelten Referenzstellung, um eine absolute Stellung des variablen Ventilsteuermechanismus zu berechnen.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine schnelle Berechnung der Ist-Stellung des variablen Ventilmechanismus beim Anlassen erreicht werden. Damit kann eine Anlassleistung eines Fahrzeugs verbessert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Steuerungsvorrichtung für einen variablen Ventilsteuermechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine erläuternde Ansicht, die den Aufbau eines Kurbelwinkelsensors und den Aufbau eines Nockensensors in der Steuerungsvorrichtung darstellt.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das die Ausgangskennlinien des Kurbelwinkelsensors und des Nockensensors darstellt.
4 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A von 2.
5 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben eines Beispiels eines Berechnungsverfahrens zum Ermitteln einer Ist-Stellung des variablen Ventilsteuermechanismus beim Anlassen.
6 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer ersten Ausführungsform eines Steuerungsverfahrens für den variablen Ventilsteuermechanismus der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer zweiten Ausführungsform eines Steuerungsverfahrens für den variablen Ventilsteuermechanismus der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer dritten Ausführungsform eines Steuerungsverfahrens für den variablen Ventilsteuermechanismus der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer vierten Ausführungsform eines Steuerungsverfahrens für den variablen Ventilsteuermechanismus der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Steuerungsvorrichtung für einen variablen Ventilsteuermechanismus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Steuerungsvorrichtung für den variablen Ventilsteuermechanismus steuert einen relativen Drehphasenwinkel zwischen einer Kurbelwelle 2 und einer Einlassnockenwelle 3 eines Verbrennungsmotors 1 und beinhaltet einen Kurbelwinkelsensor 4, einen Nockensensor 5, einen Elektromotor 6 und eine elektronische Steuereinheit 7.
Der Kurbelwinkelsensor 4 gibt ein gepulstes Drehsignal in Reaktion auf die Drehung der Kurbelwelle 2 aus, welche eine Ausgangswelle des Verbrennungsmotors 1 ist und der Kurbelwinkelsensor 4 beinhaltet im einzelnen, wie in 2 dargestellt: eine Signalplatte 9, die axial von der Kurbelwelle 2 getragen wird und darum herumgebildete Vorsprünge 8 aufweist, die als Detektierabschnitte fungieren; und eine Drehungserfassungsvorrichtung 10, welche an dem Verbrennungsmotor 1 befestigt ist und die Vorsprünge 8 detektiert und dadurch ein Kurbelwinkelsignal POS ausgibt.
Die Drehungserfassungsvorrichtung 10 beinhaltet verschiedene Verarbeitungsschaltungen, wie eine Wellenformerzeugungsschaltung und eine Auswahlschaltung, zusammen mit einem Abnehmer zum Detektieren der Vorsprünge 8. Das von der Drehungserfassungsvorrichtung 10 ausgegebene Kurbelwinkelsignal POS ist ein Pulssignal, dass eine Impulsfolge bildet und das normal einen L-Pegel hat und sich für eine vorbestimmte Dauer zum H-Pegel ändert, wenn der Vorsprung 8 detektiert wird.
Die Vorsprünge 8 der Signalplatte 9 sind in gleichen Abständen mit einem 10-Grad-Abstand in Kurbelwinkel ausgeformt. Es gibt zwei fehlende Abschnitte der Vorsprünge 8. In jedem der fehlenden Abschnitte fehlen zwei Vorsprünge 8 aufeinanderfolgend. Die zwei fehlenden Abschnitte sind auf gegenüberliegenden Seiten der Rotationsachse der Kurbelwelle 2 angeordnet. Die Anzahl der fehlenden Vorsprünge 8 kann jedoch eins sein oder es können drei oder mehr Vorsprünge 8 aufeinanderfolgend fehlen. Nachfolgend wird ein Fall, bei dem die Anzahl der fehlenden Vorsprünge 8 zwei ist, beschrieben werden.
Durch diesen Aufbau, wie in 3 dargestellt, wechselt das von dem Kurbelwinkelsensor 4 (Drehungserfassungsvorrichtung 10) ausgegebene Kurbelwinkelsignal POS 16 mal aufeinanderfolgend alle 10 Grad Kurbelwinkel (Einheit Kurbelwinkel) zum H-Pegel, gefolgt von einem Verbleiben bei dem L-Pegel für 30 Grad und danach wechselt das Kurbelwinkelsignal POS wieder 16 mal aufeinanderfolgend zum H-Pegel.
Damit wird ein erstes Kurbelwinkelsignal, das nach der L-Pegel-Phase von 30 Grad Kurbelwinkel ausgegeben wird (welches ein Bereich eines fehlenden Vorsprungs ist oder ein fehlender Abschnitt, nachfolgend als „Referenzstellung” bezeichnet) in einem Intervall von 180 Grad Kurbelwinkel ausgegeben. Dieser 180 Grad Kurbelwinkel entspricht einer Taktphasendifferenz zwischen Zylindern in einem Vierzylindermotor, entspricht mit anderen Worten einem Zündintervall.
Der Nockensensor 5 ist konfiguriert, einen Drehwinkel der Einlassnockenwelle 3 zum Öffnen und Schließen eines Verbrennungsmotorventils feststellbar zu machen und der Nockensensor 5 beinhaltet im einzelnen, wie in 2 dargestellt: eine Signalplatte 12, die axial von einem Ende der Einlassnockenwelle 3 getragen wird und darum herum ausgebildete Vorsprünge 11 aufweist, die als Detektierungsabschnitte fungieren; und eine Drehungserfassungsvorrichtung 13, welche an dem Verbrennungsmotor 1 befestigt ist und die die Vorsprünge 11 detektiert und dabei ein Nockensignal PHASE ausgibt.
Die Drehungserfassungsvorrichtung 13 beinhaltet verschiedene Verarbeitungsschaltungen, wie eine Wellenformerzeugungsschaltung, zusammen mit einem Abnehmer zum Detektieren der Vorsprünge 11.
Ein, drei, vier und zwei Vorsprünge 11 der Signalplatte 12 sind an vier Stellungen pro 90 Grad Nockenwinkel positioniert. Ein Abstand der Vorsprünge 11 ist auf 30 Grad Kurbelwinkel (15 Grad Nockenwinkel) eingestellt in einem Abschnitt, in welchem mindestens zwei Vorsprünge 11 aufeinanderfolgend gebildet sind.
Das von dem Nockensensor 5 (Drehungserfassungsvorrichtung 13) ausgegebene Nockensignal PHASE ist ein Pulssignal, das eine Impulsfolge bildet und das normal L-Pegel aufweist und zum H-Pegel für eine vorbestimmte Dauer wechselt, wenn der Vorsprung 11 detektiert wird, wobei das Pulssignal wechselt, um einmal allein H-Pegel zu sein, dreimal hintereinander, viermal hintereinander und zweimal hintereinander für alle 90 Grad Nockenwinkel oder 180 Grad Kurbelwinkel.
Zudem sind das allein ausgegebene Nockensignal und das erste Signal von mindestens zwei aufeinanderfolgend ausgegebenen Nockensignalen (nachfolgend als „Nockensignalimpulse” bezeichnet) konfiguriert, bei einer Phase von 180 Grad Kurbelwinkel ausgegeben zu werden.
An dem anderen Ende der Einlassnockenwelle 3 ist ein Elektromotor 6 (Stellantrieb), wie in 2 dargestellt, bereitgestellt. Der Elektromotor 6 bildet einen Teil eines variablen Ventilsteuermechanismus (nachfolgend als ein „elektrischer VTC” bezeichnet) 14, der die Drehphase der Einlassnockenwelle 3 bezüglich der Kurbelwelle 2 ändert und dadurch eine Ventilsteuerzeit eines Einlassventils ändert, das eine Öffnung eines Ansaugkanals öffnet und schließt, durch welchen Ansaugluft in eine Brennkammer von jedem Zylinder des Verbrennungsmotors 1 eingeleitet wird. Des Weiteren ist der Elektromotor 6 mit einem Motordrehsensor (Stellantriebsensor) 15 versehen, der eine hohe Detektionsfrequenz hat und einen Motorwellendrehwinkel (Änderungsbetrag) des Elektromotors 6, inklusive dessen Drehrichtung, jederzeit ermitteln kann.
Der elektrische VTC 14 ist integriert mit einem Steuerrad 17, um welches eine Steuerkette 16 zum Übertragen der Drehantriebskraft der Kurbelwelle 2 gewunden ist und der elektrische VTC 14 ist konfiguriert, die Einlassnockenwelle 3 relativ drehend bezüglich des Steuerrads 17 durch den Elektromotor 6 zu haben, welcher eine eingebaute Untersetzungsgetriebeeinheit beinhaltet, um dadurch die Ventilsteuerzeit vorzuverlegen oder zu verzögern. Der elektrische VTC 14 ist nicht darauf beschränkt, für das Einlassventil bereitgestellt zu sein und kann für mindestens eines von dem Einlassventil und einem Auslassventil bereitgestellt sein.
Wie in 4 dargestellt, welche die Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 2 ist, beinhaltet der elektrische VTC 14 im Speziellen: einen ringförmigen Radhauptkörper 17a, der eine abgestufte Innenumfangsfläche aufweist; und ein Zahnrad 18, welches einstückig auf dem Außenumfang des Radhauptkörpers 17a bereitgestellt ist, wobei das Zahnrad 18 eine Drehkraft aufnimmt, die von der Kurbelwelle 2 über die darum herumgewundene Steuerkette 16 übertragen wird. Darüber hinaus ist das Steuerrad 17 drehbar auf der Einlassnockenwelle 3 durch ein nicht dargestelltes Kugellager gelagert, zwischen einer ringförmigen Nut eingeschoben, die auf dem Innenumfang des Radhauptkörpers 17a gebildet ist und dem Außenumfang eines dicken Flanschs, der nicht dargestellt ist, integral auf dem vorderen Endabschnitt der Einlassnockenwelle 3 bereitgestellt.
Wie darüber hinaus in 4 dargestellt, ist ein Teil der inneren Umfangsfläche des Radhauptkörpers 17a so gebildet, dass er einen Anschlag-Konvexabschnitt 19 aufweist, der als ein bogenförmige Eingriffsabschnitt fungiert, der eine vorbestimmte Länge entlang der Umfangsrichtung aufweist.
Wie darüber hinaus in 4 dargestellt ist, ist der Flansch der Einlassnockenwelle 3 so ausgebildet, dass er eine Anschlag-Konkavnut 20 aufweist, die als ein Blockierabschnitt fungiert, welcher den Anschlag-Konvexabschnitt 19 des Radhauptkörpers 17a aufnimmt und entlang der Umfangsrichtung gebildet ist. Die Anschlag-Konkavnut 20 ist in einer Bogenform ausgebildet, die eine vorbestimmte Länge in der Umfangsrichtung aufweist. Beide Kanten 19a, 19b des Anschlag-Konvexabschnitts 19, welche sich kreisförmig innerhalb des Bereichs mit der vorbestimmten Länge bewegen, kontaktieren die gegenüberliegenden Kanten 20a, bzw. 20b in der Umfangsrichtung, um relative Drehstellungen auf der Seite des maximal vorverlegten Winkels und der Seite des maximal verzögerten Winkels der Einlassnockenwelle 3 bezüglich des Steuerrads 17 zu definieren.
Eine elektronische Steuereinheit (Steuereinheit) 7 ist so bereitgestellt, dass sie elektrisch mit dem Kurbelwinkelsensor 4, dem Nockensensor 5, dem Elektromotor 6 und dem Motordrehsensor 15 verbunden ist. Die elektronische Steuereinheit 7 berechnet einen Ist-Drehphasenwinkel (nachfolgend als der „Ist-Drehphasenwinkel” bezeichnet) der Einlassnockenwelle 3, basierend auf einem nach Start des Anlassens detektierten ersten Nockensignalimpuls und einer danach detektierten Kurbelwellenreferenzstellung, welche eine erste Referenzstellung des Kurbelwinkelsignals ist, um eine absolute Stellung des elektrischen VTC 14 (den Ist-Drehphasenwinkel des elektrischen VTC 14 bezüglich der Kurbelwelle 2) zu berechnen. Die elektronische Steuereinheit 7 beinhaltet einen Mikrocomputer, führt den Berechnungsprozess gemäß einem vorab in einer Speichereinheit gespeicherten Programm aus und gibt ein Betriebssignal zum Steuern des Antriebs einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 21 oder des Elektromotors 6 aus.
Der Ist-Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 3 entspricht der absoluten Stellung des elektrischen VTC 14. Daher kann, wenn der Ist-Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 3 berechnet wird, die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 berechnet werden.
Im Einzelnen schaltet die elektronische Steuereinheit 7 einen Antriebsmodus des Elektromotors 6 von einem OFF-Antrieb zu einem Antrieb mit einer Regelung um oder von einem Antrieb mit einer Steuerung zu dem Antrieb mit der Regelung, zu dem Zeitpunkt, wenn die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 berechnet ist und die elektronische Steuereinheit 7 steuert den Antrieb des Elektromotors 6 so, dass sich die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 einer Soll-Stellung annähert.
Genauer gesagt, wenn der Elektromotor 6 in einem Zeitraum von der Detektion des ersten Nockensignalimpulses nach dem Anlassstart bis zu der Detektion der Kurbelwellenreferenzstellung des Kurbelwellensignals verstellt wird, korrigiert die elektronische Steuereinheit 7 die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 basierend auf dem Motorwellendrehwinkel (verstellten Betrag), erhalten von dem Motordrehsensor 15.
Alternativ, wenn der Elektromotor 6 mit einer Steuerung nach Anlassstart verstellt wird, kann die elektronische Steuereinheit 7 den Motorwellendrehwinkel (Änderungsbetrag) des Elektromotors 6 von dem Motordrehsensor 15 beziehen, um die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 zu korrigieren, basierend, von den bezogenen Motorwellendrehwinkeln (Änderungsbeträgen), auf einem Motorwellendrehwinkel (Änderungsbetrag) von der Detektion des ersten Nockensignalimpulses nach Anlassstart bis zu der Detektion der Kurbelwellenreferenzstellung des Kurbelwinkelsignals.
Wenn die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 anders ist als eine Ausgangsstellung (Default-Stellung), wenn der Verbrennungsmotor 1 in einem Stopp-Zustand ist, kann die elektronische Steuereinheit 7 den Antrieb des Elektromotors 6 bevorzugt so steuern, dass der Änderungsbetrag des Elektromotors 6 nachdem der Antrieb startet, für einen vorbestimmten Zeitraum verringert wird.
Die elektronische Steuereinheit 7 kann konfiguriert sein, den Antrieb des elektrischen VTC 14 zu steuern und Interkommunikation mit einer zusätzlichen elektronischen Steuereinheit 7 zum Steuern der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 21, einer Zündvorrichtung und ähnlichem des Verbrennungsmotors 1 auszuführen. Darüber hinaus ist in 1 eine Bezugsnummer 22 einem Luftmengensensor zum Ermitteln einer Ansaugluftmenge Q des Verbrennungsmotors 1 zugewiesen. Darüber hinaus ist in 4 eine Bezugsnummer 23 einer ringförmigen Platte mit großem Durchmesser zugewiesen, zum Tragen eines nicht dargestellten Phasenänderungsmechanismus, welcher eine relative Drehphase zwischen dem Steuerrad 17 und der Einlassnockenwelle 3 ändert und eine Bezugsnummer 24 ist einer Schraube zum Sichern des Steuerrads 17 an der ringförmigen Platte 23 mit großem Durchmesser zugewiesen.
Als nächstes wird der Betrieb des elektrischen VTC 14, der die vorangehend beschriebene Konfiguration aufweist, beschrieben werden.
In der Regel bewegt sich der elektrische VTC 14, wenn der Verbrennungsmotor 1 anhält, zurück zu einer vorbestimmten Standardstellung (Ausgangsstellung), die im Vorhinein eingestellt wird und bleibt dann stehen. Es kann jedoch ein Fall auftreten, in welchem der elektrische VTC 14 aufgrund einer äußeren Kraft in einem vorangehenden Stopp-Zustand des Verbrennungsmotors 1 verstellt worden ist und die Stellung des elektrischen VTC 14 von der Standardstellung beim Anlassen abweicht. In so einem Fall könnte eine falsche absolute Stellung des elektrischen VTC 14 bezogen werden. Damit könnte der Elektromotor 6 zu einer Soll-Stellung angetrieben werden, basierend auf einem falschen geregelten Änderungsbetrag, der basierend auf der falschen Stellung des elektrischen VTC 14 ermittelt ist und damit können Risiken auftreten, dass der in 4 dargestellte Anschlag-Konvexabschnitt 19 mit der gegenüberliegenden Kante 20a oder 20b der Anschlag-Konkavnut 20 der Einlassnockenwelle 3 kollidiert, was zu Schaden führt oder Risiken, dass ein Eingreifen und Versperren in dem Nockenmechanismus zum Betätigen des elektrischen VTC 14 auftritt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinheit des elektrischen VTC 14 konfiguriert, ein Betätigen des Elektromotors 6 des elektrischen VTC 14 nach Bestimmen einer absoluten Stellung θ1 des elektrischen VTC 14 beim Anlassen zu starten.
Ein Beispiel eines Verfahrens zur Bestimmen des Ist-Drehphasenwinkels der Einlassnockenwelle 3 bezüglich der Kurbelwelle 2 beim Anlassen kann ein in 5 angegebenes Verfahren beinhalten. Das heißt, nach Start des Anlassens (Zeitpunkt a von 5) wird die erste Referenzstellung des Kurbelwinkelsignals POS von dem Kurbelwinkelsensor 4 als eine Kurbelwellenreferenzstellung (Zeitpunkt b von 5) festgelegt. Dann, nach dem Festlegen der Kurbelwellenreferenzstellung, wenn der erste Nockensignalimpuls des Nockensignals PHASE (Zeitpunkt c von 5) detektiert wird, wird ein Drehphasenwinkel von der Kurbelwellenreferenzstellung zu dem ersten Nockensignalimpuls (zwischen den Zeitpunkten b und c von 5) berechnet. Damit kann der Ist-Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 3 bezüglich der Kurbelwelle 2, das heißt, die absolute Stellung θ1 des elektrischen VTC 14 bestimmt werden. Dann kann, durch Starten des Betätigens des Elektromotors 6 zum Betätigen des elektrischen VTC 14 zu dem Zeitpunkt, wenn der erste Nockensignalimpuls detektiert wird (Zeitpunkt c in 5), bei welchem der Ist-Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 3 wie vorangehend beschrieben ermittelt ist, das Risiko eines Schadens des elektrischen VTC 14 vermieden werden.
Bezüglich der elektrischen VTC Stellung von 5 gibt die Strichlinie einen relativen Winkel des elektrischen VTC 14 an, welcher unter Verwendung des Motordrehsensors 15 und des Kurbelwinkelsensors 4 ermittelt wird. Während eines Zeitraums ab dem Start des Anlassens bis Erhalt des Ist-Drehphasenwinkels der Einlassnockenwelle 3 (absolute Stellung θ1 des elektrischen VTC 14) ist die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 unbekannt und damit die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 und des relativen Winkelversatzes. Wenn jedoch der Ist-Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 3, das heißt, die absolute Stellung θ1 des elektrischen VTC 14, erhalten ist, stimmen die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 und der relative Winkel überein und danach wird der elektrische VTC 14 basierend auf einer Betätigung mit der Regelung des Elektromotors 6 betrieben und der relative Winkel steigt sukzessive, um sich einer Soll-Stellung θtr anzunähern. Auf der anderen Seite ändert sich die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 ebenfalls, so dass sie sich der Soll-Stellung θtr annähert. Jedes Mal, wenn ein Nockensignalimpuls von dem Nockensensor 5 detektiert wird, wird jedoch eine neue absolute Stellung des elektrischen VTC 14 berechnet und aktualisiert und bis der nächste Nockensignalimpuls detektiert wird verbleibt dadurch die absolute Stellung zu diesem Zeitpunkt unverändert. Damit ändert sich die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 stufenweise, um sich der Soll-Stellung θtr, wie in 5 zu sehen, anzunähern.
In 5 wird das Nockensignal PHASE als ein Einzelimpulssignal angezeigt, allein auf die Nockensignalausgabe fokussierend, und nur das erste Signal von jedem von den drei, vier und zwei aufeinanderfolgenden, auf den H-Pegel wechselnden Impulssignalen, welche verwendet werden, um den Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 3 bezüglich der Kurbelwelle 2 zu bestimmen, um der Knappheit willen. Die horizontale Achse von 5 repräsentiert die Zeit. Nachstehend werden 6 bis 9 auf ähnliche Weise beschrieben.
Bei dem Verfahren, wie in 5 dargestellt, wird der erste Ist-Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 3 (die absolute Stellung des elektrischen VTC 14), der nach dem Anlassen berechnet wird, basierend auf einem Nockensignalimpuls erhalten, der nach dem Bestimmen der Nockenwellenreferenzstellung, wie vorangehend beschrieben, erfasst wird und damit wird der Nockensignalimpuls, der vor dem Festlegen der Kurbelwellenreferenzstellung erfasst wird, nicht berücksichtigt. Dies führt zu einem Versatz des Startzeitpunkts des Betätigens des elektrischen VTC 14. Solch ein Versatz des Startzeitpunkts des Betätigens könnte nachteilige Auswirkungen auf die Startleistung eines Fahrzeugs haben.
Deshalb zielt die Steuerungsvorrichtung für den elektrischen VTC 14 gemäß der vorliegenden Erfindung darauf ab, das Schadensrisiko des elektrischen VTC 14 zu vermeiden und dabei einen schnellen Start des Betätigens des elektrischen VTC 14 zu erreichen. Nachfolgend wird ein Steuerungsverfahren des elektrischen VTC 14 gemäß der vorliegenden Erfindung genauer beschrieben werden.
Zuerst wird eine erste Ausführungsform eines Steuerungsverfahrens des elektrischen VTC 14 der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu 6 beschrieben werden.
Erste Ausführungsform
Zuerst wird, als ein erster Schritt, ein nicht dargestellter Anlasser eingeschaltet, um das Anlassen des Verbrennungsmotors 1 zu beginnen (Zeitpunkt a von 6). Dies verursacht, dass die Kurbelwelle 2 beginnt, sich zu drehen und dementsprechend beginnt dadurch die Einlassnockenwelle 3, sich zu drehen.
Als nächstes, als ein zweiter Schritt, beginnt die elektronische Steuereinheit 7, das von dem Kurbelwinkelsensor 4 in Reaktion auf die Drehung der Kurbelwelle 2 ausgegebene Kurbelwinkelsignal POS zu empfangen.
Gleichzeitig beginnt die elektronische Steuereinheit 7, das von dem Nockensensor 5 in Reaktion auf die Drehung der Einlassnockenwelle 3 ausgegebene Nockensignal PHASE zu empfangen.
Dann, als ein dritter Schritt, bezieht die elektronische Steuereinheit 7 nach dem Anlassbeginn (Zeitpunkt a von 6) einen ersten Nockensignalimpuls des Nockensignals PHASE (Zeitpunkt b von 6). Dann, wenn der erste Nockensignalimpuls empfangen ist, beginnt die elektronische Steuereinheit 7 in Reaktion darauf hochzuzählen, wobei das Hochzählen alle 10 Grad Kurbelwinkel ausgeführt wird.
Zusätzlich, als ein vierter Schritt, nach dem Detektieren des ersten Nockensignalimpulses, legt die elektronische Steuereinheit 7 fest, dass eine erste Referenzstellung des von dem Kurbelwinkelsensor 4 ausgegebenen Kurbelwinkelsignals POS eine Kurbelwellenreferenzstellung ist (Zeitpunkt c von 6). Dann, basierend auf dem nach Erhalt des ersten Nockensignalimpulses bis zum Detektieren der Kurbelwellenreferenzstellung gezählten Zählwerts, berechnet die elektronische Steuereinheit 7 einen Drehphasenwinkel zwischen dem ersten Nockensignalimpuls und der Kurbelwellenreferenzstellung (zwischen den Zeitpunkten b und c von 6). Das Ergebnis wird vorübergehend in einer Speichereinheit gespeichert. In diesem Falle kann, wenn der Zählwert mit n bezeichnet wird (n ist eine positive ganze Zahl), der Drehphasenwinkel n × 10 Grad betragen.
Als ein fünfter Schritt berechnet die elektronische Steuereinheit 7 einen Ist-Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 3 bezüglich der Kurbelwelle 2 (zwischen den Zeitpunkten a und b von 6), basierend auf dem ersten Nockensignalimpuls und der Kurbelwellenreferenzstellung. Genauer gesagt, da die Referenzstellungen des Kurbelwinkelsignals in Intervallen von 180 Grad Kurbelwinkel ausgegeben werden, beträgt ein Kurbelwinkel zwischen der vorangehend bestimmten Kurbelwellenreferenzstellung und einer vorangehenden Referenzstellung 180 Grad (Festwert). Damit kann ein Kurbelwinkel zwischen der vorangehenden Referenzstellung der obigen Kurbelwinkelreferenzstellung und dem ersten Nockensignalimpuls „180 Grad – n × 10 Grad” betragen. Das heißt, dieser Kurbelwinkel wird als der Ist-Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle 3 bezüglich der Kurbelwelle 2 bestimmt, das heißt, die absolute Position θ1 des elektrischen VTC 14 zu dem Zeitpunkt des Erfassens des ersten Nockensignalimpulses nach dem Anlassen.
Obwohl 6 einen Fall anzeigt, bei dem der Zeitpunkt des Anlassbeginns und die Referenzstellung des Kurbelwinkelsignals POS miteinander übereinstimmen, müssen diese nicht immer übereinstimmen.
Wenn die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 wie vorangehend beschrieben berechnet wird, beginnt die elektronische Steuereinheit 7 das Betätigen des Elektromotors 6 zum Betätigen des elektrischen VTC 14 zu dem Berechnungszeitpunkt (Zeitpunkt c von 6). Dann, ähnlich wie 5, wird der Elektromotor 6 mit der Regelung betätigt, um zu erreichen, dass die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 die Ist-Stellung θtr erreicht. Damit wird die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 geändert, sodass sie zur Soll-Stellung θtr wird.
Nachdem der elektrische VTC 14 den Betrieb aufnimmt, wird, wie in 6 angezeigt, eine absolute Position des elektrischen VTC 14 berechnet und jedes Mal, wenn ein Nockensignalimpuls des Nockensignals PHASE detektiert wird, aktualisiert.
7 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer zweiten Ausführungsform eines Steuerungsverfahrens des elektrischen VTC 14 der vorliegenden Erfindung. Nachfolgend wird die zweite Ausführungsform mit Bezug zu 7 beschrieben werden. Die Unterschiede von der ersten Ausführungsform werden nachfolgend beschrieben.
Zweite Ausführungsform
Falls der Elektromotor 6 beispielsweise aufgrund einer darauf ausgeübten äußeren Kraft nach Beginn des Anlassen und in einem Zeitraum ab der Detektion eines ersten Nockensignals bis zu der Festlegung einer Kurbelwellenreferenzstellung (zwischen den Zeitpunkten b und c von 7) verschoben worden ist, kann die Stellung des elektrischen VTC 14 von der absoluten Stellung θ1 des elektrischen VTC 14 abweichen, die basierend auf dem ersten Nockensignal und der Kurbelwellenreferenzstellung bestimmt wird. Falls der elektrische VTC 14 in so einem Zustand betrieben wird, könnte die elektronische Steuereinheit 7 festlegen, dass eine wahre Stellung des elektrischen VTC 14 die festgelegte absolute Stellung θ1 ist und könnte einen Stellbetrag des Elektromotors 6 basierend auf der Stellung und der Soll-Stellung θtr festlegen, um den Elektromotor 6 zu betätigen. Dadurch könnte in solch einem Fall ein Schadensrisiko für den Elektromotor 6 bestehen.
Daher wird bei dem Steuerungsverfahren des elektrischen VTC 14 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einem Fall, in welchem der Elektromotor 6 in einem Zeitraum ab der Bestimmung des ersten Ist-Drehphasenwinkels (absolute Stellung θ1 des elektrischen VTC 14) der Einlassnockenwelle 3 nach dem Anlassen bis zu der Bestimmung der Kurbelwellenreferenzstellung (d. h., der Zeitraum geht von dem Zeitpunkt b zu dem Zeitpunkt c von 7), ein Motorwellendrehwinkel (Änderungsbetrag) des Elektromotors 6 von dem Motordrehsensor 15 ermittelt und zum Zeitpunkt des Bestimmens der Kurbelwellenreferenzstellung (Zeitpunkt c von 7) wird die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 korrigiert, in dem der Motorwellendrehwinkel (Änderungsbetrag) θ2 zu der bestimmten absoluten Stellung θ1 des elektrischen VTC 14 addiert wird. Auf diese Weise wird die wahre Stellung (θ1 plus θ2) des elektrischen VTC 14 bestimmt. Die Antriebssteuerung des elektrischen VTC 14 danach ist dieselbe wie die in der ersten Ausführungsform.
8 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer dritten Ausführungsform eines Steuerungsverfahrens des elektrischen VTC 14 der vorliegenden Erfindung. Nachfolgend wird die dritte Ausführungsform mit Bezug zu 8 beschrieben werden.
Dritte Ausführungsform
Um die nachteiligen Effekte der von einer äußeren Kraft verursachten Positionsabweichung des elektrischen VTC 14 zu reduzieren, kann der Antrieb des Elektromotors 6 gleichzeitig beim Beginn des Anlassens mit einer Steuerung um einen vorbestimmten Änderungsbetrag gestartet werden. In diesem Fall wird eine absolute Stellung des elektrischen VTC 14 zu dem Zeitpunkt, wenn ein erster Nockensignalimpuls nach dem Beginn des Anlassens (Zeitpunkt a von 8) detektiert wird (Zeitpunkt b von 8) wie in der ersten Ausführungsform berechnet und die absolute Stellung ist θ1.
Da der Elektromotor 6 darauffolgend weiterdreht, bewegt sich der elektrische VTC 14 während eines Zeitraums ab der Detektion des ersten Nockensignalimpulses bis zu der Bestimmung der Kurbelwellenreferenzstellung (zwischen den Zeitpunkten b und c von 8) weiter und damit unterscheidet sich die wahre Stellung des elektrischen VTC 14 von der basierend auf dem ersten Nockensignalimpuls und der Kurbelwellenreferenzstellung berechneten absoluten Stellung θ1 des elektrischen VTC 14. Damit wird in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Motorwellendrehwinkel (Änderungsbetrag) θ2 des Elektromotors 6, der in einem Zeitraum ab der Detektion des ersten Nockensignalimpulses bis zu der Bestimmung der Kurbelwellenreferenzstellung (zwischen den Zeitpunkten b und c von 8) verschoben worden ist, von dem Motordrehsensor 15 bezogen und zu dem Zeitpunkt der Bestimmung der Kurbelwellenreferenzstellung wird die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 korrigiert, indem der Motorwellendrehwinkel (Änderungsbetrag) θ2 auf die berechnete absolute Stellung θ1 des elektrischen VTC 14 addiert wird. Die darauffolgende Antriebssteuerung des elektrischen VTC 14 ist dieselbe wie die in der ersten Ausführungsform. Auf diese Weise kann die Antwort des elektrischen VTC 14 weiter verbessert werden.
9 ist ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer vierten Ausführungsform eines Steuerungsverfahrens des elektrischen VTC 14 der vorliegenden Erfindung. Nachfolgend wird die vierte Ausführungsform mit Bezug zu 9 beschrieben werden.
Vierte Ausführungsform
Wenn die absolute Stellung des elektrischen VTC 14 anders ist als eine Standardposition, bei welcher der elektrische VTC 14 für gewöhnlich positioniert sein sollte, wenn sich der Verbrennungsmotor 1 in einem angehaltenen Zustand befindet, könnte, wie vorangehend erwähnt, das Schadensrisiko für den elektrischen VTC 14 bestehen. Damit wird in dem Steuerungsverfahren des elektrischen VTC gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein geregelter Änderungsbetrag des Elektromotors 6 zu Beginn des Betätigens des elektrischen VTC 14 für einen im Vorhinein gesetzten vorbestimmten Zeitraum, wie in 9 dargestellt, reduziert. Daher kann die Bewegungsgeschwindigkeit des elektrischen VTC 14 dadurch verringert werden und es wird möglich, die Risiken eines Kollidierens des in 4 dargestellten Anschlag-Konvexabschnitts 19 mit den gegenüberliegenden Kanten der Anschlag-Konkavnut 20 der Einlassnockenwelle 3 durch ein Überschwingen des elektrischen VTC 14, das zu einem Schaden führt, zu vermeiden oder die Risiken eines Eingreifens und Blockierens, das in dem Nockenmechanismus zum Betätigen des elektrischen VTC 14 auftritt.
Die vorangehend beschriebenen Ausführungsformen werden nicht ausgeführt, wenn der elektrische VTC 14 die Standardstellung eingelernt hat. Darüber hinaus werden die Ausführungsformen nicht ausgeführt, wenn die Soll-Stellung des Drehphasenwinkels der Einlassnockenwelle 3 sich nicht innerhalb eines Stellwinkelbereichs zwischen einer Regelgrenze auf der vorauseilenden Seite und einer Regelgrenze auf der nacheilenden Seite des elektrischen VTC 14 befindet.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor (Motor)
2: Kurbelwelle
3: Einlassnockenwelle
4: Kurbelwinkelsensor
5: Nockensensor
6: Elektromotor (Stellantrieb)
7: elektronische Steuereinheit (Steuerungseinheit)
14: elektrischer VTC (variabler Ventilsteuermechanismus)
15: Motordrehsensor (Stellantriebsensor)

Claims

Eine Steuerungsvorrichtung für einen variablen Ventilsteuermechanismus, umfassend: einen Kurbelwinkelsensor, der ein Kurbelwinkelsignal in Reaktion auf eine Drehung einer Kurbelwelle ausgibt, wobei das Kurbelwinkelsignal vorab eingestellt ist, mindestens zwei Referenzstellungen anzugeben; einen Nockensensor, der mindestens zwei Nockensignalpulse in Reaktion auf eine Drehung einer Einlassnockenwelle zum Öffnen und Schließen eines Motorventils ausgibt; ein Stellantrieb, der die Einlassnockenwelle relativ bezüglich der Kurbelwelle dreht, sodass der Stellantrieb einen Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle bezüglich der Kurbelwelle ändern kann; und eine Steuereinheit, die einen Ist-Drehphasenwinkel der Einlassnockenwelle basierend auf einem nach Start des Anlassens detektierten ersten Nockensignalpuls und einer ersten Referenzstellung des danach detektierten Kurbelsignals berechnet, um eine absolute Stellung des variablen Ventilsteuermechanismus zu berechnen.
Die Steuerungsvorrichtung für den variablen Ventilsteuermechanismus gemäß Anspruch 1, worin die Steuereinheit einen Betätigungsmodus des Stellantriebs von einer OFF-Betätigung zu einer Betätigung mit einer Regelung umschaltet oder von einer Betätigung mit einer Steuerung zu der Betätigung mit der Regelung, zu einem Zeitpunkt, wenn die absolute Stellung des variablen Ventilmechanismus berechnet ist.
Die Steuerungsvorrichtung für den variablen Ventilsteuermechanismus gemäß Anspruch 1, worin, wenn der Stellantrieb in einem Zeitraum von der Detektion des ersten Nockensignalpulses nach dem Start des Anlassens bis zu der Detektion der ersten Referenzstellung des Kurbelwinkelsignals verstellt wird, die Steuereinheit einen Änderungsbetrag des Stellantriebs von einem Stellantriebsensor bezieht, um die absolute Stellung des variablen Ventilsteuermechanismus basierend auf dem bezogenen Änderungsbetrag zu korrigieren.
Die Steuerungsvorrichtung für den variablen Ventilsteuermechanismus gemäß Anspruch 1, worin die Steuereinheit, wenn der Stellantrieb mit einer Steuerung nach dem Start des Anlassens verstellt wird, einen Änderungsbetrag des Stellantriebs durch einen Stellantriebsensor bezieht, um die absolute Stellung des variablen Ventilsteuermechanismus basierend auf einem Änderungsbetrag ab der Detektion des ersten Nockensignalpulses nach dem Start des Anlassens bis zu der Detektion der ersten Referenzstellung des Kurbelwinkelsignals, von den bezogenen Änderungsbeträgen zu korrigieren.
Die Steuerungsvorrichtung für den variablen Ventilsteuermechanismus gemäß Anspruch 2, worin, wenn die absolute Stellung des variablen Ventilsteuermechanismus anders ist als eine Ausgangsstellung, wenn ein Motor angehalten wird, die Steuereinheit den Stellantrieb betätigt, während sie einen Regelungsänderungsbetrag des Stellantriebs verringert.
Ein Steuerungsverfahren für einen variablen Ventilsteuermechanismus, umfassend: einen ersten Schritt des Beginnens eines Anlassens; einen zweiten Schritt des Beginnens, ein von einem Kurbelwinkelsensor in Reaktion auf eine Drehung einer Kurbelwelle ausgegebenes Kurbelwinkelsignal zu empfangen, wobei das Drehwinkelsignal vorab eingestellt ist, mindestens zwei Referenzstellungen anzugeben und des Beginnens, mindestens zwei von einem Nockensensor in Reaktion auf eine Drehung einer Einlassnockenwelle zum Öffnen und Schließen eines Motorventils ausgegebene Nockensignalpulse zu empfangen; einen dritten Schritt des Ermittelns eines ersten Nockensignalpulses nach dem Start des Anlassens; einen vierten Schritt des Ermittelns einer ersten Referenzstellung des Kurbelwinkelsignals nach dem dritten Schritt; und einen fünften Schritt des Berechnens eines Ist-Drehphasenwinkels der Einlassnockenwelle bezüglich der Kurbelwelle, basierend auf dem in dem dritten Schritt ermittelten Nockensignalpuls und der in dem vierten Schritt ermittelten Referenzstellung, um eine absolute Stellung des variablen Ventilsteuermechanismus zu berechnen.