JP7379540B2 - 電気機械式カムシャフトフェイザを動作させる方法 - Google Patents

電気機械式カムシャフトフェイザを動作させる方法 Download PDF

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Description

本発明は、電気機械式カムシャフトフェイザを動作させる方法に関する。また、本発明は、少なくとも１つの電気機械式カムシャフトフェイザを備える内燃機関を制御するための装置にも関する。
電気機械式カムシャフトの位相調整（ｐｈａｓｉｎｇ）により内燃機関を動作させる方法は、例えば、独国特許出願公開第１０２５９１３３（Ａ１）号に記載されている。この場合、カムシャフトフェイザ、すなわち、内燃機関のカムシャフトとクランクシャフトとの間の相対的な回転角度の調整のための仕組みは、モジュール式の構成を有し、この仕組みの各構成要素は、内燃機関の他の制御装置および調節装置により、部分的に用いられる。カムシャフトフェイザの電気モータの制御部は、内燃機関のエンジン制御部である第２の制御部に接続されている。
一般に、電気機械式カムシャフトフェイザは、内燃機関が静止しているときでさえカムシャフトの調整が可能な点において、液圧式のカムシャフトフェイザよりも優れている。この点に関しては、一例として独国特許出願公開第１０２０１２２１９２９７（Ａ１）号を参照されたい。
カムシャフトフェイザを動作させるためのさらなる方法は、例えば、独国特許出願公開第１０２３６５０７（Ａ１）号、独国特許出願公開第１０２００５０２２７１４（Ａ１）号、独国特許出願公開第１０２０１７１０４０１５（Ａ１）号、および独国特許出願公開第１０２４２６５９（Ａ１）号などの文献に開示されている。
発明の目的は、可能な限り最も効率的なリソースの使用に関し、特にデータ処理動作に関し、上記の先行技術に比較して、電気機械式カムシャフトフェイザをさらに発展させることである。
この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴を備える、電気機械式カムシャフトフェイザを動作させる方法により、達成される。この方法は、請求項７に係る、内燃機関を制御するための装置を補助的に用いて実行することができる。制御装置に関連して以下に説明される本発明の構成および利点はまた、動作方法にも同様に適用され、逆も同様である。従属項には、本発明の有利なさらなる発展形態が記載される。
本発明に係る方法に従って動作するカムシャフトフェイザは、特に三軸ギヤ機構の形態のセッティングギヤと、電気モータ制御部によって制御され、セッティングギヤを作動させるように設けられた電気モータと、を備える。電気モータのモータシャフトの位置変化を含む、電気モータの動作に関するデータが、データバスを介し、電気モータ制御部から、カムシャフトフェイザを備える内燃機関のエンジン制御部へと送信される。さらに、反復的な時間信号を、電気モータ制御部から内燃機関のエンジン制御部へ、別個の導線を介して送信することにより、データバスによるものよりも厳しいリアルタイム要件が満たされる。この時間信号を用いて、エンジン制御部により受信される、電気モータ制御部からのデータとの比較により、エンジン制御部において時間差信号が生成され、この時間差信号は、電気モータ制御部へデータバスを介してフィードバックされ、電気モータ制御部において、電気モータ制御部をエンジン制御部と同期させるために用いられる。
データバスは、電気モータ制御部を内燃機関のエンジン制御部に接続するとともに、両方の制御部を内燃機関のさらなる構成要素に接続しており、このデータバスは、特にＣＡＮバスである。厳しいリアルタイム要件を満たすことはないものの、このデータバスを用いて、電気モータ制御部から内燃機関のエンジン制御部へと、同期に必要な時間差信号が送信される。反対方向、すなわち電気モータ制御部からエンジン制御部へは、データバスはバイパスされ、別個の導線によって時間信号が送信される。全体として、可能な限り最良のハードウェアリソースの利用で、高精度な同期が可能となる。
一方は内燃機関のエンジン制御部、もう一方はカムシャフトフェイザを制御する電気モータ制御部である、これら２つの制御部へのデータ処理動作の分散に関しては様々な構成が可能である。例えば、カムシャフトフェイザに関する一連の動作が、電気モータ制御部とエンジン制御部の両方において処理され、これらの動作における各データは、電気モータ制御部またはエンジン制御部に組み込まれたリングメモリに記録される。本方法の好ましい実施形態においては、リングメモリに記憶されたデータの評価の大部分が、電気モータ制御部内で行われる。
典型的には、概してタスクとも記載される各動作の持続時間は、各種制御部間の同期に用いられる時間差の少なくとも２倍、特に少なくとも３倍である。
電気モータ制御部によって記録および送信されるデータは、特定のカムシャフト位置に関するとともにタイムスタンプを伴うトリガ信号を含んでいてもよい。
電気モータの回転子の角度位置、および／または回転方向を検出するために、例えば、公知の方法でホールセンサを使用してもよい。電気モータは好ましくは、ブラシレス式の直流モータである。電気モータにより作動されるセッティングギヤは、例えば、減速ギヤボックスとして構成されている。この構成の特徴に関しては、例えば、独国特許出願公開第１０２０１７１１９８６０（Ａ１）号、および独国特許出願公開第１０２０１７１２６５２７（Ａ１）号などの文献が参照される。
以下では、本発明の例示的な実施形態が、図面によって、より詳細に説明される。
カムシャフトフェイザおよび制御部を備える内燃機関を記号的に示す図である。 図１に係る内燃機関の動作を説明する図である。
内燃機関１は、図１では単に記号的に示されている。２は、内燃機関１のエンジンブロックを示す。内燃機関１は、電気機械式カムシャフトフェイザ３を有する。カムシャフトフェイザ３のセッティングギヤ４は、三軸ギヤ機構、例えば、減速ギヤボックスとして構成されている。この場合、セッティングギヤ４の第１のシャフトは、同一的に（ｉｄｅｎｔｉｃａｌｌｙ）、または永久的にベルトまたはチェーンホイールに接続され、内燃機関１のクランクシャフトの速度の半分で既知の様式で回転する。セッティングギヤ４の第２の、出力側シャフトは、位相調整されるカムシャフトに対し、回転方向に固定されるように接続されている。セッティングギヤ４の、チェーンまたはベルトホイールに接続された入力側シャフトと、出力側シャフトとの間の角度を調整するため、セッティングギヤ４は、電気モータ５のモータシャフトに対し、回転方向に固定されるように接続されたセッティングシャフトの形態で、カムシャフトフェイザ３に割り当てられた、第３のシャフトを有している。電気モータ５は、導線９を介し、ドライバーボックスとも記載される電気モータ制御部６によって制御される。
電気モータ制御部６は、内燃機関１の、７で示すエンジン制御部に、データバス８、すなわちＣＡＮバスを介して繋がっている。制御部６および制御部７は、概ねタスクと呼ぶ、図を用いて図１に示した各動作を処理するように構成されている。制御部６および制御部７はそれぞれ、リングメモリ１０およびリングメモリ１１として構成されたデータメモリを備えている。制御部６のリングメモリ１０、および制御部７のリングメモリ１１内に評価可能な状態で保持される個々のデータパケットは、図１では平行な線として示されている。このデータの処理は、データのバッチ処理として理解できる。図１に示すように、電気モータ制御部６の処理対象であるデータ処理タスクの数は、エンジン制御部７が実行すべきデータ処理タスクの数よりも多い。図示した例示的実施形態においては、電気モータ制御部６のリングメモリ１０に記憶された処理対象のデータパケットの数と、エンジン制御部７によるアナログ的な処理対象のデータパケットの数との比は、４：３である。図示されない変更形態においては、他の比、例えば、４：１なども可能である。いずれの場合においても、各種のリングメモリ１０およびリングメモリ１１に記憶されるデータの評価は、それらのデータがカムシャフトフェイザ３に関するものである限りは、大部分が電気モータ制御部６内において行われる。これは、エンジン制御部７にはカムシャフトフェイザ３の動作に関するデータの処理について、わずかな負荷しかかからないことを意味する。
ＣＡＮバス８に加えて、電気モータ制御部６とエンジン制御部７との間のデータ接続を確立する導線９が存在する。導線９を用いて時間信号が電気モータ制御部６からエンジン制御部７へと送られる。送信される時間信号のデータ量は、電気モータ制御部６とエンジン制御部７との間でＣＡＮバス８を介して送信されるデータのごくわずかでしかない。しかしながら、ＣＡＮバス８とは対照的に、導線９を補助的に用いて、厳しいリアルタイム要件を満たすことができる。
特定の似た信号パターンに関し、かつ電気モータ制御部６およびエンジン制御部７において実行されるべきデータ処理動作が図２に示されている。ここで、図２の上側の図は、電気モータ制御部６に関するものである。電気モータ制御部６の処理対象の信号をＳＶで示す。図２の下側の図は、エンジン制御部７が実行するデータ処理に関するものである。この場合の処理対象の信号は、ＳＭで示す。時刻ｔ０に開始して時刻ｔ１まで続く、電気モータ制御部６の処理対象の動作が予期される。この動作、すなわちタスクの持続時間をＴＴで示す。持続時間ＴＴのタスクに割り当てられるべきデータは、電気モータ５および位相調整されるカムシャフトに関する情報を含む。これには、例えば、カムシャフトの基準マーク、またはカムシャフトに対して固定的な角度関係を有する部分の検出などが含まれる。また、電気モータ５のモータシャフトに、同一的に、または永久的に接続されたセッティングシャフトの回転方向も、タスクに関連して記録および評価される。電気モータ５の状態の任意の変化、または構成要素の個々の状態の持続時間についても同様である。特に記載すべき電気モータ５の構成要素は、電気モータ５の回転子であり、回転子の角度位置および角度変化は、リングメモリ１０に記憶される場合には、電気モータ制御部６内でのデータ処理に含まれる。
電気モータ制御部６に関連するタスクのデータがエンジン制御部７に送信される限りは、図２に見ることができるように、エンジン制御部７において対応する信号パターンが現れる。タイミングｔ０、ｔ１、およびｔ２に割り当てられ得るエンジン制御部７でのタイミングを、ｔ０’、ｔ１’、およびｔ２’で示す。ＣＡＮバス８の所与の特性に起因して、エンジン制御部７で受信されるデータと電気モータ制御部６が送るデータとの間に時間差が生じ、この時間差を図２ではＴＤで示す。時間差ＴＤは、タスクの持続時間ＴＴの半分より短い。時間差ＴＤの値を用いることにより、エンジン制御部７に合わせて電気モータ制御部６のクロックが設定されることから、制御部６と制御部７におけるデータ処理動作が同期する。
１ 内燃機関
２ エンジンブロック
３ カムシャフトフェイザ
４ セッティングギヤ
５ 電気モータ
６ 電気モータ制御部
７ 内燃機関のエンジン制御部
８ ＣＡＮデータバス
９ 導線
１０ 電気モータ制御部のリングメモリ
１１ エンジン制御部のリングメモリ
ＳＭ エンジン制御部が処理する信号
ＳＶ 電気モータ制御部が処理する信号
ｔ 時間
ｔ０、ｔ１、ｔ２ 電気モータ制御部でのデータ処理に関するタイミング
ｔ０’、ｔ１’、ｔ２’ エンジン制御部でのデータ処理に関するタイミング
ＴＤ 時間差
ＴＴ タスクの持続時間

Claims (6)

  1. セッティングギヤ（４）と、電気モータ制御部（６）によって制御され、前記セッティングギヤ（４）を作動させるように設けられた電気モータ（５）と、を備える電気機械式カムシャフトフェイザ（３）を制御部によって動作させる方法であって、前記カムシャフトフェイザは、内燃機関（１）のカムシャフトとクランクシャフトとの間の相対的な回転角度の調整のための仕組みであり、前記電気モータ（５）のモータシャフトの位置変化を含む、前記電気モータ（５）の動作に関するデータが、データバス（８）を介し、前記電気モータ制御部（６）から、前記カムシャフトフェイザ（３）を備える前記内燃機関（１）のエンジン制御部（７）へと送信され、さらに前記エンジン制御部（７）により受信される前記データよりもデータ量が少ない反復的な時間信号を、前記電気モータ制御部（６）から前記エンジン制御部（７）へ、別個の導線（９）を介して送信することにより、前記データバス（８）によるものよりも厳しいリアルタイム要件が満たされ、前記時間信号と前記エンジン制御部（７）により受信される前記データとの比較により、前記エンジン制御部（７）において時間差信号が生成され、前記時間差信号が、前記電気モータ制御部（６）へ前記データバス（８）を介してフィードバックされ、前記電気モータ制御部（６）において、前記電気モータ制御部（６）を前記エンジン制御部（７）と同期させるために用いられる、方法。
  2. 前記カムシャフトフェイザ（３）に関する一連の動作が、前記電気モータ制御部（６）と前記エンジン制御部（７）の両方において処理され、前記動作における各データが、前記電気モータ制御部（６）または前記エンジン制御部（７）に組み込まれたリングバッファ（１０、１１）に記録されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記リングバッファ（１０、１１）に記憶された前記データの評価の大部分が、前記電気モータ制御部（６）内で行われることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  4. 前記電気モータ制御部（６）によって記録および送信される前記データが、特定のカムシャフト位置に関するとともにタイムスタンプを伴うトリガ信号を含むことを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記電気モータ（５）の回転子の位置変化が、ホールセンサによって検出されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
  6. 少なくとも１つの電気機械式カムシャフトフェイザ（３）を有する内燃機関（１）を制御するための装置であって、請求項１に記載の方法を実行するように構成された２つの制御部（６、７）である、エンジン制御部（７）と電気モータ制御部（６）を備える、装置。
JP2021569239A 2019-05-20 2020-05-20 電気機械式カムシャフトフェイザを動作させる方法 Active JP7379540B2 (ja)

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