DE102012216890A1

DE102012216890A1 - Steuervorrichtung und Verfahren zum Steuern eines variablen Ventilzeitsteuermechanismus in einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012216890A1
Application number: DE102012216890A
Authority: DE
Inventors: Kentaro Mikawa
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2013-03-21
Also published as: US8942910B2; KR101958373B1; CN103016089A; KR20130031222A; CN103016089B9; JP5591202B2; CN103016089B; US20130068185A1; JP2013068103A

Abstract

Selbst wenn sich eine Kurbelwelle rückwärts dreht, kann eine Drehphase einer Nockenwelle mit hoher Genauigkeit detektiert werden und eine gute Ventilzeitsteuerung wird durchgeführt. Ein Motorwellendrehwinkel θf_m [Grad], ein Kurbelwellenvorwärtsdrehwinkel θf_crp [Grad CA], ein Kurbelwellenrückwärtsdrehwinkel θf_crp [Grad CA], ein endgültiger Kurbelwellendrehwinkel θf_cr [Grad CA], ein Kettenraddrehwinkel θf_cs [Grad] einer elektrischen VTC, wobei ein Kettenrad, das sich mit einer Drehzahl von 1/2 der Kurbelwelle dreht, und ein Stator eines Elektromotors einteilig gedreht werden, ein Motorwellendrehwinkel-Änderungsausmaß Δθf_m [Grad] während einer Steuerperiode Ts[s], ein Kettenraddrehwinkel-Änderungsausmaß Δθf_cs [Grad], ein Motorwellendrehwinkel-Änderungsausmaß Δθs_m [Grad], ein Einlassnockenwellendrehwinkel-Änderungsausmaß Δθs_cm [Grad CA] und ein aktueller Realdrehwinkel (VTC-Realwinkel) der Einlassnockenwelle θs_cm [Grad CA] werden nacheinander berechnet und die VTC-Stellgröße wird so berechnet, dass der VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA] einem VTC-Zielwinkel θtrg [Grad CA] folgt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines variablen Ventilzeitsteuermechanismus, der die Ventilzeitsteuerung eines Kraftmaschinenventils (eines Einlassventils oder eines Auslassventils) einer Brennkraftmaschine verändert.
Eine Steuervorrichtung dieses Typs eines variablen Ventilzeitsteuermechanismus steuert die Ventilzeitsteuerung durch Detektieren der Drehphase einer Nockenwelle in Bezug auf eine Kurbelwelle und Bringen der Drehphase nahe eine Zieldrehphase unter Verwendung des variablen Ventilzeitsteuermechanismus.
In einer Steuervorrichtung eines variablen Ventilzeitsteuermechanismus, die im japanischen Patent Nr. 4123127 offenbart ist, wird in einem variablen Ventilzeitsteuermechanismus, der eine Nockenwelle zum Öffnen und Schließen eines Einlassventils unter Verwendung eines Elektromotors antreibt, ein Drehsignal einer Motorwelle, dessen Frequenz der Detektion pro Einheitsdrehwinkel einer Nockenwelle im Vergleich zu einem Drehwinkelsensor, der an der Nockenwelle vorgesehen ist, groß ist, verwendet, wodurch die Ventilzeitsteuerung mit hoher Genauigkeit in einem unteren Drehzahlbereich der Kraftmaschine erreicht wird.
Die Kurbelwelle kann sich jedoch in einer umgekehrten Richtung zu einer Vorwärtsdrehrichtung (Rückwärtsdrehung) zu einem Zeitpunkt mit äußerst geringer Drehung einer Kraftmaschine direkt vor einem Stopp, wie z. B. wenn der Betrieb der Kraftmaschine gestoppt wird, drehen. In der Steuervorrichtung des variablen Ventilzeitsteuermechanismus, die im vorstehend beschriebenen japanischen Patent Nr. 4123127 offenbart ist, kann im Fall einer Rückwärtsdrehung die Drehphase der Nockenwelle nicht korrekt detektiert werden. Falls beispielsweise eine Ventilsteuerzeit des Einlassventils auf eine Ventilsteuerzeit zum Starten während des Kraftmaschinenstoppprozesses gesteuert wird, wurde folglich eine bevorzugte Ventilzeitsteuerung nicht erreicht.
Angesichts der Probleme des Standes der Technik ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung und ein Verfahren für einen variablen Ventilzeitsteuermechanismus zu schaffen, bei dem eine Drehphase einer Nockenwelle mit hoher Genauigkeit detektiert werden kann und eine bevorzugte Ventilzeitsteuerung selbst in einem Fall, in dem sich die Kurbelwelle rückwärts dreht, durchgeführt wird.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Steuervorrichtung nach Anspruch 1 und ein Steuerverfahren nach Anspruch 10 gelöst.
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erfüllen, umfasst eine Steuervorrichtung eines variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in einer Brennkraftmaschine (101) gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung:
einen Kurbelwinkelsensor (117), der einen Drehwinkel einer Kurbelwelle (120) detektiert;
einen Nockensensor (133), der einen Drehwinkel einer Nockenwelle (134) zum Öffnen und Schließen eines Kraftmaschinenventils detektiert;
ein erstes Drehphasendetektionsmittel (114), das eine Drehphase der Nockenwelle (134) in Bezug auf die Kurbelwelle (120) auf der Basis der jeweiligen Signale vom Kurbelwinkelsensor (120) und vom Nockensensor (133) detektiert;
einen Aktuator (12), der die Nockenwelle (134) in Bezug auf die Kurbelwelle (120) relativ dreht und die Drehphase ändern kann; und
ein Steuermittel (114), das den Aktuator (12) auf der Basis des detektierten Werts der Drehphase antreibt und eine Rückkopplungssteuerung durchführt, um die Drehphase so zu steuern, dass sie sich einem Zielwert nähert.
Die Steuervorrichtung umfasst ferner:
ein Vorwärtsdrehungs- und Rückwärtsdrehungsdetektionsmittel (114), das eine Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle (120) bestimmt und detektiert;
ein Aktuatordrehungsdetektionsmittel (114), das ein Drehbetätigungsausmaß, einschließlich der Drehrichtung, des Aktuators (12) mit einer Frequenz detektiert, die höher ist als eine Frequenz der Drehphasendetektion durch das erste Drehphasendetektionsmittel (114); und
ein zweites Drehphasendetektionsmittel (114), das eine Drehphase der Nockenwelle (134) mit einer Frequenz, die höher ist als jene des ersten Drehphasendetektionsmittels (114), auf der Basis des Detektionsergebnisses der Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle (120) und des Drehbetätigungsausmaßes, einschließlich der Drehrichtung, des Aktuators (12) detektiert.
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erfüllen, umfasst ein Steuerverfahren eines variablen Ventilzeitsteuermechanismus in einer Brennkraftmaschine gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte:
Detektieren eines Drehwinkels einer Kurbelwelle (120) und eines Drehwinkels einer Nockenwelle (134) zum Öffnen und Schließen eines Kraftmaschinenventils;
Detektieren einer Drehphase der Nockenwelle (134) in Bezug auf die Kurbelwelle (120) als erste Drehphase auf der Basis von jeweiligen Signalen des Drehwinkels der Kurbelwelle (120) und des Drehwinkels der Nockenwelle (134) zum Öffnen und Schließen eines Kraftmaschinenventils; und
Antreiben eines Aktuators (12), der die Nockenwelle (134) in Bezug auf die Kurbelwelle (120) relativ dreht und die Drehphase ändern kann, und Durchführen einer Rückkopplungsteuerung, um die erste Drehphase so zu steuern, dass sie sich einem Zielwert nähert, auf der Basis des detektierten Werts der Drehphase.
Das Steuerverfahren umfasst ferner Folgendes: Bestimmen und Detektieren einer Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle (120); Detektieren eines Drehbetätigungsausmaßes, einschließlich der Drehrichtung, des Aktuators (12) mit einer Frequenz, die höher ist als die Frequenz der Detektion der ersten Drehphase; und Detektieren einer Drehphase der Nockenwelle (134) als zweite Drehphase mit einer Frequenz, die höher ist als jene der ersten Drehphase, auf der Basis des Detektionsergebnisses der Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle (120) und des Drehbetätigungsausmaßes, einschließlich der Drehrichtung, des Aktuators (12).
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen; es zeigen:
1 eine Systemkonfigurationsansicht, die eine Brennkraftmaschine in einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
2 eine Ansicht, die eine Struktur eines Kurbelwinkelsensors und eines Nockensensors in der Ausführungsform darstellt;
3 ein Zeitdiagramm, das Ausgangscharakteristiken eines Kurbelwinkelsensors und eines Nockensensors in der Ausführungsform darstellt;
4 ein Zeitdiagramm, das eine Differenz einer Impulsbreite und Amplitude gemäß einer Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung eines Drehsignals in der Ausführungsform darstellt;
5 ein Zeitdiagramm, das eine Erhöhungs- und Verringerungsänderung eines Zählers CNTPOS, wenn eine Rückwärtsdrehung detektiert wird, in der Ausführungsform darstellt;
6A und 6B Ansichten, die eine Ventilsteuerzeit, die in der Ausführungsform gesteuert wird, darstellen, wobei 6A eine Ventilsteuerzeit zur Zeit eines Spiegelzyklusbetriebs nach dem Starten darstellt und 6B eine Ventilsteuerzeit zur Zeit des Starts darstellt;
7 eine vertikale Querschnittsansicht, die einen variablen Ventilzeitsteuermechanismus in der Ausführungsform darstellt;
8 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Hauptabschnitt von Hauptkomponenten im variablen Ventilzeitsteuermechanismus darstellt;
9 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 7;
10 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B in 7;
11 eine perspektivische Ansicht in auseinandergezogener Anordnung, die ein Abdeckelement und eine erste Öldichtung, die im variablen Ventilzeitsteuermechanismus vorgesehen sind, darstellt;
12 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie C-C in 7;
13 eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Motordrehsensors darstellt, der in der Ausführungsform verwendet wird;
14 ein Wellendiagramm, das ein aus dem Motordrehsensor ausgegebenes Signal darstellt, 14A ist ein Wellendiagramm davon, wenn sich der Motor in einer Richtung im Uhrzeigersinn dreht, und 14B ist ein Wellendiagramm davon, wenn sich der Motor in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn dreht.
15 ein Ablaufplan einer ersten Ausführungsform einer Ventilzeitsteuerung eines Einlassventils durch den variablen Ventilzeitsteuermechanismus;
16 eine Ansicht, die eine erste Hälfte eines Ablaufplans einer zweiten Ausführungsform einer Ventilzeitsteuerung eines Einlassventils durch den variablen Ventilzeitsteuermechanismus darstellt;
17 eine Ansicht, die eine zweite Hälfte des Ablaufplans der zweiten Ausführungsform darstellt;
18 eine Ansicht, die einen Abschnitt eines Ablaufplans einer dritten Ausführungsform einer Ventilzeitsteuerung eines Einlassventils durch den variablen Ventilzeitsteuermechanismus darstellt;
19 eine Ansicht, die einen Abschnitt des Ablaufplans der dritten Ausführungsform darstellt;
20 eine Ansicht, die einen Abschnitt des Ablaufplans der dritten Ausführungsform darstellt; und
21 ein Zeitdiagramm, das eine Änderung von verschiedenen Zuständen der Ventilzeitsteuerung eines Einlassventils während des Kraftmaschinenstoppprozesses in jeder der Ausführungsformen darstellt.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Konfigurationsansicht einer Brennkraftmaschine 101 für ein Fahrzeug, auf die eine Steuervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Außerdem ist die Brennkraftmaschine 101 eine Viertakt-Kraftmaschine mit vier Reihenzylindern in der Ausführungsform, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das Beispiel begrenzt.
Eine elektronische Steuerdrosselklappe 103, die ein Drosselventil 103b mit einem Drosselklappenmotor 103a öffnet und schließt, ist in einem Einlassrohr 102 der Brennkraftmaschine 101 in 1 vorgesehen.
Folglich lässt die Brennkraftmaschine 101 Luft in eine Brennkammer 106 jedes Zylinders über die elektronische Steuerdrosselklappe 103 und ein Einlassventil 105 ein.
Ein Einlasskanal 130 jedes Zylinders ist mit einem Kraftstoffeinspritzventil 131 versehen. Das Kraftstoffeinspritzventil 131 öffnet sich in Reaktion auf ein Einspritzimpulssignal von einer ECU (einer Kraftmaschinensteuereinheit) 114, die als Steuervorrichtung wirkt und Kraftstoff einspritzt.
Der Kraftstoff innerhalb einer Brennkammer 106 wird durch Funkenzündung unter Verwendung einer Zündkerze 104 gezündet und verbrannt. Jede Zündkerze 104 weist ein Zündmodul 112 auf, in dem ein Leistungstransistor vorgesehen ist. Der Leistungstransistor steuert eine Zündspule und die Zufuhr von Leistung zur Zündspule.
Verbrennungsgas innerhalb der Brennkammer 106 strömt in ein Auslassrohr 111 über ein Auslassventil 107 aus. Ein vorderer Katalysator 108 und ein hinterer Katalysator 109, die im Auslassrohr 111 vorgesehen sind, reinigen das Abgas, das durch das Auslassrohr 111 strömt.
Eine Einlassnockenwelle 134 und eine Auslassnockenwelle 110 umfassen einteilig einen Nocken und das Einlassventil 105 und das Auslassventil 107 werden durch den Nocken angetrieben.
Das Einlassventil 105 weist eine Konfiguration auf, so dass die Ventilzeitsteuerung durch einen variablen Ventilzeitsteuermechanismus (eine elektrische VTC) 113 variabel gesteuert wird, der die Einlassnockenwelle 134 relativ zur Kurbelwelle 120 unter Verwendung eines Elektromotors (eines Aktuators) dreht.
Die ECU 114 weist einen Mikrocomputer darin auf und führt eine Berechnung gemäß einem im Voraus im Speicher gespeicherten Programm durch. Die ECU 114 steuert die elektronische Steuerdrosselklappe 103, das Kraftstoffeinspritzventil 131, das Zündmodul 112 oder dergleichen.
Die ECU 114 gibt Detektionssignale von verschiedenen Sensoren ein. Als verschiedene Sensoren sind ein Fahrpedalöffnungssensor 116, der eine Öffnung (eine Fahrpedalöffnung) ACC eines Fahrpedals 116a detektiert, ein Luftströmungssensor 115, der eine Einlassluftmenge Q der Brennkraftmaschine 101 detektiert, ein Kurbelwinkelsensor (ein Drehsensor) 117, der ein Drehsignal (ein Einheitskurbelwinkelsignal) POS mit einer Impulsform gemäß der Drehung der Kurbelwelle 120, das heißt der Ausgangswelle der Brennkraftmaschine 101, ausgibt, ein Drosselklappensensor 118, der eine Öffnung TVO des Drosselventils 103b detektiert, ein Wassertemperatursensor 119, der eine Temperatur TW eines Kühlmittels für die Brennkraftmaschine 101 detektiert, ein Nockensensor 133, der ein Nockensignal PHASE mit einer Impulsform gemäß der Drehung der Einlassnockenwelle 134 ausgibt, ein Motordrehsensor 201, der den Motorwellendrehwinkel des Elektromotors detektiert, der die elektrische VTC 113 antreibt, ein Bremsschalter 122, der in einem Bremszustand eingeschaltet wird, in dem der Fahrer des Fahrzeugs auf das Bremspedal 121 tritt, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 123, der die Fahrgeschwindigkeit (eine Fahrzeuggeschwindigkeit) VSP des Fahrzeugs detektiert, in dem die Brennkraftmaschine 101 die Leistungsquelle ist, und dergleichen vorgesehen.
Ferner gibt die ECU 114 EIN- und AUS-Signale des Zündschalters 124, der der Hauptschalter zum Antreiben und Stoppen der Brennkraftmaschine 101 ist, oder EIN- und AUS-Signale eines Statorschalters 125 ein.
2 stellt eine Struktur des Kurbelwinkelsensors 117 und des Nockensensors 133 dar.
Der Kurbelwinkelsensor 117 umfasst eine Signalplatte 152 und eine Drehdetektionsvorrichtung 153. Die Signalplatte 152 ist an der Kurbelwelle 120 abgestützt und weist an ihrem Umfang einen Vorsprung 151 auf, der als zu detektierendes Objekt dient. Die Drehdetektionsvorrichtung 153 ist an der Seite der Brennkraftmaschine 101 befestigt, detektiert den Vorsprung 151 und gibt dadurch ein Drehsignal POS aus.
Die Drehdetektionsvorrichtung 153 umfasst verschiedene Verarbeitungsschaltungen wie z. B. eine Wellenform-Erzeugungsschaltung und eine Auswahlschaltung und einen Aufnehmer, der den Vorsprung 151 detektiert. Das Drehsignal POS, das durch die Drehdetektionsvorrichtung 153 ausgegeben wird, ist ein Impulssignal, das aus einer Impulsfolge gebildet ist, die normalerweise auf einem niedrigen Pegel liegt und sich für eine feste Zeit auf einen hohen Pegel ändert, wenn der Vorsprung 151 detektiert wird.
Der Vorsprung 151 der Signalplatte 152 ist in regelmäßigen Intervallen mit einem Abstand von 10 Grad im Kurbelwinkel ausgebildet. Es gibt zwei fehlende Abschnitte von Vorsprüngen 151. In jedem der fehlenden Abschnitte fehlen zwei Vorsprünge 151 nacheinander. Die zwei fehlenden Abschnitte sind auf entgegengesetzten Seiten der Mittelachse der Kurbelwelle 102 angeordnet.
Außerdem kann die Anzahl der fehlenden Vorsprünge 151 eins sein oder kann nacheinander drei oder mehr sein.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Anordnung, wie in 3 dargestellt, hält das Drehsignal POS, das aus dem Kurbelwinkelsensor 117 (Drehdetektionsvorrichtung 153) ausgegeben wird, den niedrigen Pegel für 30 Grad nach dem Ändern auf den hohen Pegel 16-mal kontinuierlich alle 10 Grad (ein Einheitskurbelwinkel) im Kurbelwinkel. Das Drehsignal POS ändert sich wieder 16-mal kontinuierlich auf den hohen Pegel 16.
Folglich wird ein anfängliches Drehsignal POS nach der Periode mit niedrigem Pegel von 30 Grad Kurbelwinkel (CA) (ein Bereich mit fehlendem Vorsprung und ein fehlender Abschnitt) in einem Kurbelwinkelintervall von 180 Grad ausgegeben. In der Vierzylinder-Kraftmaschine 101 der Ausführungsform entspricht der Kurbelwinkel von 180 Grad einer Hubphasendifferenz zwischen Zylindern, mit anderen Worten, einem Zündintervall.
In der Ausführungsform ist außerdem der Kurbelwinkelsensor 117 derart eingestellt, dass das anfängliche Drehsignal POS nach der Periode mit niedrigem Pegel (der Bereich mit fehlendem Vorsprung), in der der Kurbelwinkel 30 Grad ist, in einer Kolbenposition von 50 Grad (BTDC 50 Grad) vor dem Totpunkt der Oberseite jedes Zylinders ausgegeben wird.
Unterdessen umfasst der Nockensensor 133 eine Signalplatte 158 und eine Drehdetektionsvorrichtung 159. Die Signalplatte 158 ist an einem Endabschnitt der Einlassnockenwelle 134 drehbar abgestützt und weist an ihrem Umfang einen Vorsprung 157 auf, der als detektierter Abschnitt dient. Die Drehdetektionsvorrichtung 159 ist an der Seite der Brennkraftmaschine 101 befestigt und detektiert den Vorsprung 157 und gibt dadurch ein Nockensignal PHASE aus.
Die Drehdetektionsvorrichtung 159 umfasst verschiedene Verarbeitungsschaltungen wie z. B. eine Wellenform-Gestaltungsschaltung und einen Aufnehmer, der den Vorsprung 157 detektiert.
Die Vorsprünge 157 der Signalplatte 158 sind derart vorgesehen, dass ein, drei, vier bzw. zwei in vier Positionen angeordnet sind, die alle 90 Grad des Nockenwinkels gleich beabstandet sind. Ein Abstand des Vorsprungs 157 ist auf 30 Grad des Kurbelwinkels (15 Grad des Nockenwinkels) an einem Abschnitt gesetzt, in dem mehrere Vorsprünge 157 kontinuierlich vorgesehen sind.
Wie in 3 dargestellt, ist folglich das Nockensignal PHASE, das aus dem Nockensensor 133 (der Drehdetektionsvorrichtung 159) ausgegeben wird, ein Impulssignal, das aus einer Impulsfolge besteht, die auf dem niedrigen Pegel liegt und sich nur für eine vorbestimmte Zeit auf den hohen Pegel ändert, wenn der Vorsprung 157 detektiert wird. Außerdem ändert sich das Nockensignal PHASE auf den hohen Pegel für einen Vorsprung allein, drei aufeinander folgende Vorsprünge, vier aufeinander folgende Vorsprünge und zwei aufeinander folgende Vorsprünge für jeweils 90 Grad des Nockenwinkels und 180 Grad des Kurbelwinkels.
Das Nockensignal PHASE von einem Vorsprung allein und das erste Signal von mehreren Nockensignalen PHASE, die der Reihe nach ausgegeben werden, werden außerdem in 180-Grad-Intervallen des Kurbelwinkels ausgegeben. Die Ausgabemuster eines Vorsprungs allein, der drei aufeinander folgenden Vorsprünge, der vier aufeinander folgenden Vorsprünge und der zwei aufeinander folgenden Vorsprünge werden jeweils zwischen dem oberen Totpunkt TDC eines bestimmten Zylinders und dem oberen Totpunkt TDC des nächsten Zylinders ausgegeben. Außerdem werden eine Ausgabeposition und ein Ausgabeintervall des Nockensignals PHASE in Erwartung des Änderungsbereichs der Ventilsteuerzeit festgelegt, so dass die Ausgabeposition des Nockensignals PHASE sich über den oberen Totpunkt TDC nicht ändert, selbst wenn die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105 durch die elektrische VTC geändert wird.
Insbesondere werden drei aufeinander folgende Nockensignale PHASE zwischen dem oberen Kompressionstotpunkt TDC des ersten Zylinders und dem oberen Kompressionstotpunkt TDC des dritten Zylinders ausgegeben. Vier aufeinander folgende Nockensignale PHASE werden zwischen dem oberen Kompressionstotpunkt TDC des dritten Zylinders und dem oberen Kompressionstotpunkt TDC des vierten Zylinders ausgegeben. Zwei aufeinander folgende Nockensignale PHASE werden zwischen dem oberen Kompressionstotpunkt TDC des vierten Zylinders und dem oberen Kompressionstotpunkt TDC des zweiten Zylinders ausgegeben. Ein Nockensignal PHASE wird zwischen dem oberen Kompressionstotpunkt TDC des zweiten Zylinders und dem oberen Kompressionstotpunkt TDC des ersten Zylinders ausgegeben.
Die Anzahl von aufeinander folgenden Ausgaben des Nockensignals PHASE, das zwischen jedem oberen Totpunkt TDC ausgegeben wird, bezeichnet die Zylindernummer, bei der der nächste obere Kompressionstotpunkt liegen soll. In einem Fall, in dem drei aufeinander folgende Nockensignale PHASE zwischen dem oberen Totpunkt TDC der aktuellen Zeit und dem oberen Totpunkt TDC der vorherigen Zeit ausgegeben werden, bezeichnet beispielsweise der obere Totpunkt TDC dieser Zeit den oberen Kompressionstotpunkt TDC des dritten Zylinders.
Die Zündung wird in der Reihenfolge des ersten Zylinders, des dritten Zylinders, des vierten Zylinders und des zweiten Zylinders in der Vierzylinder-Kraftmaschine 101 der Ausführungsform durchgeführt. Wie in 3 dargestellt, wird folglich das Ausgabemuster des Nockensignals PHASE, das zwischen den oberen Totpunkten TDC ausgegeben wird, in der Reihenfolge von einem Signal allein, drei aufeinander folgenden Signalen, vier aufeinander folgenden Signalen und zwei aufeinander folgenden Signalen festgelegt.
Die ECU 114 bestimmt beispielsweise die Positionen ohne Vorsprung des Drehsignals POS auf der Basis der Änderung der Periode des Drehsignals POS. Die Anzahl von Erzeugungen von Drehsignalen POS wird in Bezug auf die Positionen mit fehlenden Vorsprüngen gezählt und dadurch wird der obere Totpunkt TDC (Referenzkurbelwinkelposition REF) detektiert. In der Ausführungsform entspricht ein sechstes Drehsignal POS, das nach dem Bereich ohne Vorsprünge des Drehsignals POS ausgegeben wird, dem oberen Totpunkt TDC jedes Zylinders.
Folglich zählt die ECU 114 die Anzahl von Ausgaben des Nockensignals PHASE, das zwischen den oberen Totpunkten TDC ausgegeben wird, um den nächsten Zylinder zu bestimmen, dessen Kolbenposition den oberen Kompressionstotopunkt TDC (eine vorbestimmte Kolbenposition) erreicht, und zählt auch die Anzahl von Erzeugungen des Drehsignals POS vom oberen Totpunkt TDC, um den Kurbelwinkel zu diesem Zeitpunkt auf der Basis eines gezählten Werts CNTPOS zu detektieren.
Wenn der Zylinder und der Kurbelwinkel des oberen Kompressionstotpunkts TDC detektiert werden, bestimmt die ECU 114 den Zylinder, in den der Kraftstoff eingespritzt werden soll und der gezündet werden soll, den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und den Zündzeitpunkt. Die ECU 114 gibt das Einspritzimpulssignal oder das Zündungssteuersignal gemäß dem Winkel (dem Kurbelwinkel) der Kurbelwelle 120 aus, der auf der Basis des gezählten Werts CNTPOS detektiert wird.
Das Bestimmungsergebnis des Zylinders, dessen Kolbenposition den oberen Kompressionstotpunkt TDC (eine vorbestimmte Kolbenposition) erreicht, wird entlang der Reihenfolge der Zündung aktualisiert. Nach dem Bestimmen des nächsten Zylinders, dessen Position den oberen Kompressionstotpunkt TDC (eine vorbestimmte Kolbenposition) erreicht, durch Zählen der Anzahl von Ausgaben des Nockensignals PHASE zwischen den oberen Totpunkten TDC kann daher der Zylinder am oberen Kompressionstotpunkt TDC entlang der Reihenfolge der Zündung bei jedem oberen Totpunkt TDC aktualisiert werden.
Außerdem ist ein Intervall, während dessen die Anzahl von Erzeugungen des Nockensignals PHASE gezählt wird, nicht auf die Periode zwischen oberen Totpunkten TDC begrenzt. Stattdessen kann irgendein Kurbelwinkel (die Kolbenposition) die Referenz für das Intervall, während dessen die Anzahl von Erzeugungen des Nockensignals PHASE gezählt wird, sein.
Ferner kann der Zylinder, dessen Position in der vorbestimmten Kolbenposition liegt, auf der Basis der Differenz der Impulsbreite des Nockensignals PHASE oder dergleichen anstelle des Bestimmens des Zylinders, von welchem eine Position in der vorbestimmten Kolbenposition liegt, auf der Basis der Anzahl von Erzeugungen des Nockensignals PHASE bestimmt werden.
In der Ausführungsform fehlt außerdem ein Teil der Impulsfolge des Drehsignals POS, um es möglich zu machen, die Winkelposition (den Kurbelwinkel) der Kurbelwelle 120 unter Verwendung der fehlenden Position als Referenz zu detektieren. Das Drehsignal POS kann jedoch alle 10 Grad ohne fehlenden Abschnitt ausgegeben werden und dann ist ein Referenzpositionssensor, der das Signal in der Referenzkurbelwinkelposition alle 180 Grad des Kurbelwinkels erzeugt, statt dessen vorgesehen und das Drehsignal POS wird auf der Basis des Ausgangssignals des Referenzpositionssensors gezählt, so dass die Winkelposition (Kurbelwinkel) der Kurbelwelle 120 detektiert werden kann.
Durch Zählen der Anzahl von Erzeugungen des Drehsignals POS aus der Referenzkurbelwinkelposition zu einem Nockensignal PHASE oder zum ersten Signal von mehreren Nockensignalen PHASE, die der Reihe nach ausgegeben werden, kann außerdem die Drehphase (eine reale Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105) der Einlassnockenwelle 134 in Bezug auf die Kurbelwelle 120, die durch die elektrische VTC 113 geändert wird, detektiert werden und die Rückkopplungssteuerung kann auf der Basis des detektierten Werts durchgeführt werden, so dass die Ventilsteuerzeit nahe den Zielwert gebracht wird.
In einem Fall, in dem die Brennkraftmaschine 101 (Kurbelwelle 120) sich in der Vorwärtsrichtung dreht (Vorwärtsdrehung), gibt außerdem die Erzeugung des Drehsignals POS an, dass sich die Kurbelwelle 120 nur um 10 Grad vorwärts dreht und die Anzahl von Erzeugungen des Drehsignals POS aus der Referenzkurbelwinkelposition gibt den Drehwinkel der Kurbelwelle 120 von der Referenzkurbelwinkelposition an.
Die Brennkraftmaschine 101 (Kurbelwelle 120) kann sich jedoch durch den Kompressionsdruck innerhalb des Zylinders direkt vor dem Stoppen der Brennkraftmaschine 101 in der Rückwärtsrichtung drehen (Rückwärtsdrehung). Wenn die Anzahl von Erzeugungen von Drehsignalen POS selbst bei der Rückwärtsdrehung ähnlich zur Vorwärtsdrehung kontinuierlich gezählt wird, kann die falsche Winkelposition (der Kurbelwinkel) der Kurbelwelle 120 detektiert werden.
Daher gibt der Kurbelwinkelsensor 117 (Drehdetektionsvorrichtung 153) das Drehsignal POS (Impulssignal), das eine unterschiedliche Impulsbreite während der Vorwärtsdrehung und der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle 120 aufweist, aus, so dass die Vorwärtsdrehung und die Rückwärtsdrehung der Brennkraftmaschine 101 (Kurbelwelle 120) bestimmt werden können (siehe 4A).
Als Verfahren zum Erzeugen des Impulssignals mit der Impulsbreite, die mit der Drehrichtung der Drehwelle variiert, wird das Verfahren, das beispielsweise in JP 2001-165951-A offenbart ist, verwendet. Insbesondere werden als Detektionsimpulssignal des Vorsprungs 151 der Signalplatte 152 zwei Signale, die voneinander verschiedene Phasen aufweisen, erzeugt und die Vorwärtsdrehung und die Rückwärtsdrehung werden durch Vergleichen dieser Signale bestimmt. Irgendeines von zwei Impulssignalen, die so erzeugt werden sollen, dass sie Impulsbreiten WIPOS aufweisen, die voneinander verschieden sind, wird auf der Basis des Bestimmungsergebnisses der Drehrichtung der Kraftmaschine ausgewählt und dann wird das ausgewählte Impulssignal ausgegeben.
Die ECU 114 misst die Impulsbreite WIPOS des Drehsignals POS und vergleicht den gemessenen Wert WIPOS der Impulsbreite mit dem Schwellenwert SL, der ein Schwellenwert zum Feststellen, ob die Kurbelwelle 120 in der Vorwärtsrichtung oder der Rückwärtsrichtung gedreht wird, ist, um dadurch festzustellen, ob die Impulsbreite die Impulsbreite WIPOS bei der Vorwärtsdrehung oder die Impulsbreite WIPOS bei der Rückwärtsdrehung ist. Folglich wird festgestellt, ob die Kurbelwelle 120 in der Vorwärtsrichtung oder der Rückwärtsrichtung gedreht wird.
Der Schwellenwert SL, der verwendet wird, um eine Drehrichtung der Kraftmaschine zu bestimmen, wird auf einen Zwischenwert (beispielsweise 55 μs bis 80 μs) zwischen der Impulsbreite WIPOS bei der Vorwärtsdrehung und der Impulsbreite WIPOS bei der Rückwärtsdrehung gesetzt. In der Ausführungsform, in der die Impulsbreite WIPOS bei der Rückwärtsdrehung größer ist als die Impulsbreite WIPOS bei der Vorwärtsdrehung, wird, wenn die Impulsbreite WIPOS gleich dem oder größer als der Schwellenwert SL ist, der Rückwärtsdrehungszustand bestimmt, und wenn die Impulsbreite WIPOS unter dem Schwellenwert SL liegt, wird der Vorwärtsdrehungszustand bestimmt.
Wie in 4A dargestellt, wird außerdem in der Ausführungsform die Impulsbreite WIPOS bei der Vorwärtsdrehung auf 45 μs gesetzt und die Impulsbreite WIPOS bei der Rückwärtsdrehung wird auf 90 μs gesetzt; die Impulsbreite WIPOS ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen 45 μs und 90 μs begrenzt: Außerdem kann die Impulsbreite WIPOS bei der Vorwärtsdrehung so festgelegt werden, dass sie größer ist als die Impulsbreite WIPOS bei der Rückwärtsdrehung.
In dem in 4A dargestellten Beispiel ist das Drehsignal POS ein Impulssignal, das normalerweise auf einem niedrigen Pegel liegt und sich nur für eine feste Zeit in einer vorbestimmten Winkelposition auf einen hohen Pegel ändert. Das Drehsignal POS kann jedoch ein Impulssignal sein, das normalerweise auf einem hohen Pegel liegt und sich nur für eine feste Zeit in einer vorbestimmten Winkelposition auf einen niedrigen Pegel ändert. In diesem Fall kann die Periode des niedrigen Pegels so festgelegt werden, dass sie auf eine unterschiedliche Drehrichtung hinweist, so dass die Länge der Periode des niedrigen Pegels als Impulsbreite WIPOS gemessen wird, um die Drehrichtung zu bestimmen.
Wie in 4B dargestellt, kann außerdem die Amplitude (der Signalpegel) des Drehsignals POS gemäß der Vorwärtsdrehung und der Rückwärtsdrehung verändert werden, so dass die Drehrichtung auf der Basis der Differenz der Amplitude (des Signalpegels) bestimmt werden kann.
In dem in 4B dargestellten Beispiel ist das Drehsignal POS ein Impulssignal, das normalerweise auf einem niedrigen Pegel liegt und sich nur für eine feste Zeit in einem vorbestimmten Winkel auf einen hohen Pegel ändert. Der Signalpegel in der vorbestimmten Winkelposition wird so festgelegt, dass er bei der Vorwärtsdrehung höher ist als bei der Rückwärtsdrehung, wenn die vorbestimmte Winkelposition erreicht wird. Insbesondere wird der Signalpegel so festgelegt, dass ein Signal mit 5 V bei der Vorwärtsdrehung ausgegeben wird und ein Signal mit 2,5 V bei der Rückwärtsdrehung ausgegeben wird.
Wie in 5A dargestellt, wird folglich, wenn sich die Kurbelwelle 120 bei der Vorwärtsdrehung befindet, ein Zählwert CNTPOS bei jeder Erzeugung des Drehsignals POS erhöht, so dass der Drehwinkel zur Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle 120 detektiert wird, und wenn sich die Kurbelwelle 120 bei der Rückwärtsdrehung befindet, wird der Zählwert CNTPOS in Reaktion auf die Erzeugung des Drehsignals POS verringert, so dass der Drehwinkel bei der Vorwärtsdrehung um so viel, wie die Kurbelwelle 120 rückwärts gedreht wird, verringert wird.
In einem Fall, in dem der obere Totpunkt TDC während der Rückwärtsdrehung gekreuzt wird, wie in 5 dargestellt, wird das Bestimmungsergebnis des Zylinders in einer vorbestimmten Kolbenposition außerdem auf den vorherigen Zylinder in der Zündreihenfolge zurückgeführt, wodurch die Kolbenposition jedes Zylinders detektiert wird, wenn die Brennkraftmaschine 101 stoppt.
In dem in 5 dargestellten Muster werden Daten des Zylinders in der vorbestimmten Kolbenposition in der Reihenfolge des ersten Zylinders, des dritten Zylinders, des vierten Zylinders, des dritten Zylinders und des vierten Zylinders aktualisiert. Dies gibt einen Zustand an, in dem sich die Brennkraftmaschine 101 nach dem Passieren des oberen Totpunkts TDC des dritten Zylinders in der Rückwärtsdrehung dreht und dann über den oberen Totpunkt TDC des dritten Zylinders wieder zurückkehrt. Dann schaltet die Brennkraftmaschine 101 von der Rückwärtsdrehung auf die Vorwärtsdrehung zwischen dem oberen Totpunkt TDC des ersten Zylinders und dem oberen Totpunkt des dritten Zylinders um und stoppt über dem oberen Totpunkt TDC des dritten Zylinders.
Wie vorstehend beschrieben, können, wenn eine Drehrichtung der Kraftmaschine bestimmt wird und dann der Kurbelwinkel detektiert wird, selbst wenn sich die Brennkraftmaschine 101 rückwärts dreht, direkt bevor die Brennkraftmaschine 101 stoppt, der Kurbelwinkel zum Zeitpunkt des Stoppens der Kraftmaschine und die Kolbenposition jedes Zylinders zum Zeitpunkt des Stoppens der Kraftmaschine genau detektiert werden.
In der Brennkraftmaschine gemäß der Ausführungsform, wie in 6A dargestellt, wird unterdessen während des normalen Antriebs nach dem Start der Kraftmaschine ein Schließzeitpunkt des Einlassventils 105 (IVC) auf eine Ventilsteuerzeit gesetzt, die in Bezug auf einen unteren Einlasstotpunkt (BDC) weit verzögert ist, so dass ein Spiegelzyklusantrieb (Atkinson-Zyklusantrieb) durchgeführt wird und das Expansionsverhältnis mehr als ein effektives Kompressionsverhältnis des Zylinders erhöht wird. Folglich wird die Klopfvermeidungsleistung verbessert und die Kilometerleistung kann verbessert werden.
Während des Starts nimmt jedoch, wenn der IVC übermäßig verzögert (vorverstellt wird), die Einlassluftmenge im Zylinder ab und dann ist eine bevorzugte Startfähigkeit nicht sicherstellbar. Wie in 6B dargestellt, wird während des Starts die Ventilzeitsteuerung, bei der ein Verzögerungsausmaß (ein vorverstelltes Ausmaß) des IVC zur Annäherung an den BDC verringert wird, durchgeführt, um die Einlassluftmenge im Zylinder zu erhöhen, um dadurch die Startfähigkeit sicherzustellen. In der Ausführungsform wird hier die Ventilsteuerzeit nach dem Stoppen der Kraftmaschine so gesteuert, dass sie die Ventilsteuerzeit für den Kraftmaschinenstart während des Kraftmaschinenstoppprozesses ist, wobei der Zündschalter ausgeschaltet wird, um die Kraftmaschine zu stoppen, um die Ventilsteuerzeit für den Kraftmaschinenstart vom Start des Anlassens zu erreichen.
Selbst wenn sich die Kurbelwelle in der Rückwärtsrichtung direkt vor dem Stoppen der Kraftmaschine dreht, wie vorstehend beschrieben, und wenn die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105 durch die elektrische VTC 113 während des Kraftmaschinenstoppprozesses geändert wird, kann in dieser Weise die Kurbelwinkelposition (die Kolbenposition) mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
In dem System, in dem die Anzahl von Erzeugungen des Drehsignals POS gezählt und detektiert wird, bis das Nockensignal (das erste Nockensignal im Zylinder, bei dem mehrere Signale ausgegeben werden) von der vorstehend beschriebenen Referenzkurbelwinkelposition ausgegeben wird, kann unterdessen die Drehphase (die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105) der Einlassnockenwelle 134, die durch die elektrische VTC 113 geändert wird, im Fall der Rückwärtsdrehung nicht korrekt detektiert werden, da ein zu detektierendes Nockensignal falsch detektiert wird.
Da die Drehphase bei jeder Hubphasendifferenz zwischen den Zylindern detektiert wird, ist außerdem selbst in der Zeit der Vorwärtsdrehung die Detektionsperiode der Drehphase während der äußerst langsamen Drehung direkt vor dem Stoppen der Kraftmaschine im Vergleich zur Steuerperiode der Rückkopplungssteuerung lang. Daher wird kein detektierter Wert zwischen dem vorherigen Steuerzeitpunkt und dem aktuellen Steuerzeitpunkt aktualisiert und die Drehphase, die zwischen diesen Zeitpunkten geändert wird, kann nicht mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
In der Ausführungsform ist folglich die elektrische VTC mit einem Motordrehsensor (einem Aktuatordrehsensor) 201 mit einer hohen Detektionsfrequenz versehen, der den Drehwinkel (Drehbetätigungsausmaß) der Motorwelle des elektrischen Antriebsmotors (ein Aktuator), einschließlich der Drehrichtung, zu einem frei ausgewählten Zeitpunkt detektieren kann. Selbst wenn die Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle 120 stattfindet, wird folglich die Drehphase (die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105) der Einlassnockenwelle 134 zu einem frei ausgewählten Zeitpunkt mit hoher Genauigkeit auf der Basis des Motorwellendrehwinkelsignals, das durch den Motordrehsensor 201 detektiert wird, und des Drehsignals POS vom Kurbelwinkelsensor 117 mit der Funktion der Feststellung, ob die Kraftmaschine in der Vorwärtsrichtung oder der Rückwärtsrichtung gedreht wird, detektiert.
Wie in 7 bis 12 dargestellt, umfasst die elektrische VTC 113 ein Zeitsteuerkettenrad 1, das ein Antriebsdrehkörper ist, der durch die Kurbelwelle 120 der Brennkraftmaschine gedreht wird, die Einlassnockenwelle 134, die an einem Zylinderkopf über ein Lager 44 drehbar abgestützt ist und durch eine Drehkraft gedreht wird, die vom Zeitsteuerkettenrad 1 übertragen wird, ein Abdeckelement 3, das in einem vorderen Abschnitt des Zeitsteuerkettenrades 1 angeordnet ist, und dann durch Schrauben an einer Kettenabdeckung 40 befestigt und angebracht ist, die ein Befestigungsabschnitt ist, und einen Phasenänderungsmechanismus 4, der ein Änderungsmechanismus ist, der zwischen dem Zeitsteuerkettenrad 1 und der Einlassnockenwelle 134 angeordnet ist, um die relative Drehphase beider Elemente 1 und 2 gemäß einem Antriebszustand einer Kraftmaschine zu ändern.
Das ganze Zeitsteuerkettenrad 1 ist einteilig aus einem Metall auf Eisenbasis ausgebildet und ist aus einem ringförmigen Kettenradhauptkörper 1a, dessen innere Umfangsoberfläche eine Form mit abgestuftem Durchmesser aufweist, und einem Zahnradabschnitt 1b, der einteilig an einem äußeren Umfang des Kettenradhauptkörpers 1a vorgesehen ist und eine Drehkraft von der Kurbelwelle über eine Zeitsteuerkette 42 empfängt, die gewickelt ist, konfiguriert. Außerdem ist das Zeitsteuerkettenrad 1 an der Einlassnockenwelle 134 durch ein drittes Kugellager 43 drehbar abgestützt, das ein drittes Lager ist, das zwischen einer kreisförmigen Nut 1c, die in einer inneren Umfangsseite des Kettenradhauptkörpers 1a ausgebildet ist, und einem äußeren Umfang eines dicken Flanschabschnitts 2a, der einteilig am Vorderende der Einlassnockenwelle 134 vorgesehen ist, vorgesehen ist.
Ein ringförmiger Vorsprung 1e ist einteilig an der äußeren Umfangskante des Vorderendes des Kettenradhauptkörpers 1a ausgebildet. Ein ringförmiges Element 19 und eine ringförmige Platte 6 mit großem Durchmesser sind gemeinsam durch eine Schraube 7 in der axialen Richtung am Vorderende des Kettenradhauptkörpers 1a befestigt und fixiert. Das ringförmige Element 19 ist in einer inneren Umfangsseite des ringförmigen Vorsprungs 1e koaxial angeordnet und innere Zähne 19a, die als wellenförmiger Verzahnungsabschnitt dienen, sind an einem inneren Umfang des ringförmigen Elements 19 ausgebildet. Wie in 10 dargestellt, ist außerdem ein konvexer Anschlagabschnitt 1d, der ein kreisförmiger Befestigungsabschnitt ist, an einem Teil der inneren Umfangsoberfläche des Kettenradhauptkörpers 1a in einem Bereich einer vorbestimmten Länge entlang einer Umfangsrichtung davon ausgebildet.
Ein kreisförmiges Gehäuse 5, das nach vorn vorsteht, ist am äußeren Umfang des Vorderendes der Platte 6 durch die Schraube 11 in einem Zustand befestigt, in dem jedes Konfigurationselement (nachstehend beschrieben) eines Untersetzungsgetriebes 8 oder eines Elektromotors 12 des Phasenänderungsmechanismus 4 abgedeckt ist.
Das Gehäuse 5 fungiert als Joch und ist einteilig aus einem Metall auf Eisenbasis ausgebildet und weist einteilig einen kreisförmigen plattenförmigen Halteabschnitt 5a an der Vorderendseite auf. Die ganze äußere Umfangsseite mit dem Halteabschnitt 5a ist mit einer abgedeckten Form mit einem vorbestimmten Spalt durch ein Abdeckelement 3 angeordnet.
Die Einlassnockenwelle 134 weist zwei Antriebsnocken pro Zylinder auf, die zum Öffnen des Einlassventils 105 am äußeren Umfang arbeiten. Ein angetriebenes Element 9, das ein angetriebener Drehkörper ist, ist durch eine Nockenschraube 10 mit dem Vorderende aus der axialen Richtung gekoppelt. Wie in 10 dargestellt, ist außerdem eine konkave Anschlagnut 2b, die ein Verriegelungsabschnitt ist, in den der konvexe Anschlagabschnitt 1d des Kettenradhauptkörpers 1a eingesetzt ist, am Flanschabschnitt 2a der Einlassnockenwelle 134 entlang der Umfangsrichtung ausgebildet. Die konkave Anschlagnut 2b ist in einer kreisförmigen Gestalt mit einer vorbestimmten Länge in der Umfangsrichtung ausgebildet und Kanten beider Enden des konvexen Anschlagabschnitts 1d, der sich über den Bereich der Länge dreht, kommen mit entgegengesetzten Kanten 2c und 2d in der Umfangsrichtung jeweils in Kontakt. Folglich wird die relative Drehposition der Seite des maximalen vorverstellten Winkels oder der Seite des maximalen Verzögerungswinkels der Einlassnockenwelle 134 zum Zeitsteuerkettenrad 1 geregelt.
Die Nockenschraube 10 ist einteilig mit einer flanschförmigen Lageroberfläche 10c an einer Endkante eines Kopfabschnitts 10a auf der Seite eines Schaftabschnitts 10b ausgebildet. Ein Außengewindeabschnitt, der in einen Innengewindeabschnitt geschraubt ist, der in der inneren axialen Richtung vom Endabschnitt der Einlassnockenwelle 134 ausgebildet ist, ist am äußeren Umfang des Schaftabschnitts 10b ausgebildet.
Das angetriebene Element 9 ist einteilig mit dem Metall auf Eisenbasis ausgebildet und ist, wie in 8 dargestellt, aus einem Scheibenabschnitt 9a, der an der Vorderendseite ausgebildet ist, und einem zylindrischen Trommelabschnitt 9b, der einteilig an der Hinterendseite ausgebildet ist, konfiguriert.
Der Scheibenabschnitt 9a ist einteilig konfiguriert, so dass ein ringförmiger Stufenvorsprung 9c mit im Wesentlichen demselben Außendurchmesser wie der Flanschabschnitt 2a der Einlassnockenwelle 134 in im Wesentlichen einer Mittelposition in der radialen Richtung der Hinterendoberfläche und die äußere Umfangsoberfläche des Stufenvorsprungs 9c und die äußere Umfangsoberfläche des Flanschabschnitts 2a am inneren Umfang eines inneren Rings 43a des dritten Kugellagers eingesetzt und angeordnet sind. Ein äußerer Ring 43b des dritten Kugellagers 43 ist an die innere Umfangsoberfläche der kreisförmigen Nut 1c des Kettenradhauptkörpers 1a gepresst und dort befestigt.
Wie in 7 bis 11 dargestellt, ist außerdem ein Halter 41, der mehrere Rollen 34 (nachstehend beschrieben) hält, einteilig am äußeren Umfangsabschnitt des Scheibenabschnitts 9a vorgesehen. Der Halter 41 ist so ausgebildet, dass er vom äußeren Umfangsabschnitt des Scheibenabschnitts 9a in derselben Richtung wie der Trommelabschnitt 9b vorsteht, und ist durch mehrere lange schmale Vorsprünge 41a mit einem vorbestimmten Spalt in den Positionen in im Wesentlichen regelmäßigen Intervallen in der Umfangsrichtung ausgebildet.
Wie in 7 dargestellt, ist der Trommelabschnitt 9b derart konfiguriert, dass ein Einsetzloch 9d, in das der Schaftabschnitt 10b der Nockenschraube 10 eingesetzt ist, durch Eindringen in der Mittelposition ausgebildet ist, und ein erstes Nadellager 30 (nachstehend beschrieben), das ein erstes Lager ist, ist an der äußeren Umfangsseite vorgesehen.
Wie in 7 und 11 dargestellt, ist das Abdeckelement 3 einteilig aus einem relativ dicken synthetischen Harzmaterial ausgebildet und ist aus einem Abdeckungshauptkörper 3a, der in einer Napfform nach außen gewölbt ist, und einer Stütze 3b, die mit dem Abdeckungshauptkörper 3a am äußeren Umfang des Hinterendabschnitts einteilig ist, konfiguriert.
Der Abdeckungshauptkörper 3a ist so angeordnet, dass er die Vorderendseite des Phasenänderungsmechanismus 4 abdeckt, mit anderen Worten, im Wesentlichen den ganzen Hinterendabschnitt vom Halter 5b des Gehäuses 5 in der axialen Richtung mit einem vorbestimmten Spalt abdeckt. Unterdessen sind Schraubeneinsetzlöcher 3f jeweils durch Eindringen in sechs Nabenabschnitte, die in im Wesentlichen einer Ringform an der Stütze 3b ausgebildet sind, ausgebildet.
Wie in 7 dargestellt, ist das Abdeckelement 3 außerdem derart konfiguriert, dass die Stütze 3b an der Kettenabdeckung 40 über mehrere Schrauben 147 befestigt ist, und innere und äußere Gleitringe 48a, 48b sind in die innere Umfangsoberfläche des Vorderendabschnitts 3c des Abdeckungshauptkörpers 3a in einem Zustand eingebettet und dort befestigt, in dem jede innere Endoberfläche freiliegt. An einem oberen Endabschnitt des Abdeckelements 3 ist ein Verbindungsabschnitt 49 vorgesehen. An dessen Innenseite ist ein Verbindungsanschluss 49a, der den mit Gleitringen 48a und 48b über ein leitfähiges Element verbunden ist, befestigt. Außerdem wird der Verbindungsanschluss 49a mit einer Batterieleistungsversorgung (nicht dargestellt) über eine Steuereinheit 21 verbunden oder davon getrennt.
Wie in 7 dargestellt, ist folglich eine erste Öldichtung 50 mit einem großen Durchmesser, die ein Dichtungselement ist, zwischen die innere Umfangsoberfläche auf der Hinterendabschnittsseite des Abdeckungshauptkörpers 3a und die äußere Umfangsoberfläche des Gehäuses 5 eingefügt. Die erste Öldichtung 50 ist im Wesentlichen U-förmig in deren Querschnitt ausgebildet und eine Kernstange ist in ein Substrat aus synthetischem Kautschuk eingebettet. Ein ringförmiger Basisabschnitt 50a an der äußeren Umfangsseite ist in die kreisförmige Nut 3d eingefügt und dort befestigt, die in der inneren Umfangsoberfläche des Hinterendabschnitts des Abdeckelements 3a ausgebildet ist. Außerdem ist eine Dichtungsoberfläche 50b, die an der äußeren Umfangsoberfläche des Gehäuses 5 anliegt, einteilig an der inneren Umfangsseite des ringförmigen Basisabschnitts 50a ausgebildet.
Der Phasenänderungsmechanismus 4 ist aus einem Elektromotor 12, der an der Vorderendseite im Wesentlichen koaxial zur Einlassnockenwelle 134 angeordnet ist, und einem Untersetzungsgetriebe 8, das die Drehzahl des Elektromotors 12 verringert und die Drehung mit der Drehzahl auf die Einlassnockenwelle 134 überträgt, konfiguriert.
Wie in 7 und 8 dargestellt, ist der Elektromotor 12 ein bürstenloser Gleichstrommotor und umfasst ein Gehäuse 5, das ein Joch ist, das sich einteilig mit dem Zeitsteuerkettenrad 1 dreht, eine Motorwelle 13, die eine Ausgangswelle ist, die drehbar innerhalb des Gehäuses 5 vorgesehen ist, ein Paar von halbkreisförmigen Permanentmagneten 14 und 15, die an der inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 5 befestigt sind, und einen Stator 16, der an einer inneren unteren Oberfläche des Halteabschnitts 5a des Gehäuses befestigt ist.
Die Motorwelle 13 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet und fungiert als Anker. Ein Eisenkernrotor 17 mit mehreren Polen ist am äußeren Umfang der im Wesentlichen mittleren Position der Motorwelle 13 in der axialen Richtung befestigt und eine elektromagnetische Spule 18 ist um den äußeren Umfang des Eisenkernrotors 17 gewickelt. Außerdem ist ein Stromwender 20 an den äußeren Umfang des Vorderendabschnitts der Motorwelle 13 gepresst und dort befestigt. Die elektromagnetische Spule 18 ist mit jedem Segment verbunden, das in dieselbe Anzahl wie die Anzahl der Pole des Eisenkernrotors 17a am Stromwender 20 unterteilt ist.
Wie in 12 dargestellt, ist der Stator 16 hauptsächlich aus einem scheibenförmigen Harzhalter 22, der durch vier Schrauben 22a an einer inneren Bodenwand des Halteabschnitts 5a befestigt ist, zwei inneren und äußeren ersten Bürsten 23a und 23b in der Umfangsrichtung, die so angeordnet sind, dass sie den Harzhalter 22 und den Halteabschnitt 5a in der axialen Richtung durchdringen, und zweiten Bürsten 24a und 24b, die innen an der inneren Umfangsseite des Harzhalters 22 zurückziehbar gehalten sind, konfiguriert. Jede Vorderendoberfläche der ersten Bürsten 23a und 23b kommt mit einem Paar von Gleitringen 48a und 48b in Gleitkontakt, so dass sie mit Leistungsversorgung gespeist werden. Kreisförmige Vorderendabschnitte der zweiten Bürsten 24a und 24b kommen mit der äußeren Umfangsoberfläche des Stromwenders 20 in Gleitkontakt.
Die ersten Bürsten 23a und 23b und die zweiten Bürsten 24a und 24b sind durch Anschlusskabelstränge 25a und 25b verbunden und in der Richtung der Gleitringe 48a und 48b oder in der Richtung des Stromwenders 20 durch eine Federkraft von Spiralfedern 26a und 27a, die jeweils elastisch verbunden sind, vorbelastet.
Die Motorwelle 13 ist an der äußeren Umfangsoberfläche des Schaftabschnitts 10b der Seite des Kopfabschnitts 10a der Nockenschraube 10 über ein Nadellager 28, das das erste Lager ist, und ein viertes Kugellager 35, das ein Lager ist, das am Seitenabschnitt in der axialen Richtung des Nadellagers 28 angeordnet ist, drehbar abgestützt. Außerdem ist ein zylindrischer exzentrischer Wellenabschnitt 30, der einen Teil des Untersetzungsgetriebes 8 bildet, einteilig am Hinterendabschnitt der Seite der Einlassnockenwelle 134 der Motorwelle 13 vorgesehen.
Das erste Nadellager 28 ist aus einem zylindrischen Halter 28a, der in die innere Umfangsoberfläche des exzentrischen Wellenabschnitts 30 gepresst ist, und Nadelrollen 28b, die mehrere Rollkörper sind, die innerhalb des Halters 28a drehbar gehalten sind, konfiguriert. Die Nadelrollen 28b rollen auf der äußeren Umfangsoberfläche des Trommelabschnitts 9b des angetriebenen Elements 9.
Das vierte Kugellager 35 ist derart konfiguriert, dass der innere Ring 35a in einem eingeklemmten Zustand zwischen der Vorderendkante des Trommelabschnitts 9b des angetriebenen Elements 9 und dem Sitzoberflächenabschnitt 10b der Nockenschraube 10 befestigt ist, unterdessen ist der äußere Ring 35b so abgestützt, dass er in der axialen Richtung zwischen einem Stufenabschnitt, der am inneren Umfang der Motorwelle 13 ausgebildet ist, und einem Sicherungsring 36, der ein Gleitschutzring ist, angeordnet ist.
Außerdem ist eine zweite Öldichtung 32, die ein Reibungselement ist, das verhindert, dass ein Schmiermittel aus dem Inneren des Untersetzungsgetriebes 8 in den Elektromotor 12 austritt, zwischen der äußeren Umfangsoberfläche der Motorwelle 13 (exzentrischer Wellenabschnitt 30) und der inneren Umfangsoberfläche der Platte 6 vorgesehen. Die innere Umfangsoberfläche der zweiten Öldichtung 32 steht mit der äußeren Umfangsoberfläche der Motorwelle 13 elastisch in Kontakt, so dass die zweite Öldichtung 32 einen Reibungswiderstand gegen die Drehung der Motorwelle 13 vorsieht.
Wie in 7 und 8 dargestellt, ist das Untersetzungsgetriebe 8 hauptsächlich aus dem exzentrischen Wellenabschnitt 30, der eine exzentrische Drehbewegung durchführt, einem zweiten Kugellager 33, das ein zweites Lager ist, das am äußeren Umfang des exzentrischen Wellenabschnitts 30 vorgesehen ist, einer Rolle 34, die am äußeren Umfang des zweiten Kugellagers 33 vorgesehen ist, einem Halter 41, der die Bewegung der Rolle 34 in der radialen Richtung ermöglicht, während er die Rolle 34 in der Rollrichtung hält, und dem angetriebenen Element 9, das einteilig mit dem Halter 41 ausgebildet ist, konfiguriert.
Der exzentrische Wellenabschnitt 30 ist derart konfiguriert, dass ein Wellenzentrum Y der Nockenoberfläche, die an der äußeren Umfangsoberfläche ausgebildet ist, geringfügig von einem Wellenzentrum X der Motorwelle 13 in der radialen Richtung abweicht. Außerdem sind das zweite Kugellager 33, die Rolle 34 und dergleichen als Planetenverzahnungsabschnitt konfiguriert.
Das zweite Kugellager 33 ist in einer Form mit großem Durchmesser ausgebildet und das ganze zweite Kugellager 33 ist in einer Position in der radialen Richtung des ersten Nadellagers 28 in einem überlappten Zustand angeordnet. Der innere Ring 33a ist an die äußere Umfangsoberfläche des exzentrischen Wellenabschnitts 30 gepresst und dort befestigt und die Rolle 34 liegt ständig an der äußeren Umfangsoberfläche des äußeren Rings 33b an. Außerdem ist ein kreisförmiger Spalt C an der äußeren Umfangsseite des äußeren Rings 33b ausgebildet und dadurch kann sich das ganze zweite Kugellager 33 in der radialen Richtung bewegen, mit anderen Worten kann sich gemäß der exzentrischen Drehung des exzentrischen Wellenabschnitts 30 durch den Spalt C exzentrisch bewegen.
Jede Rolle 34 steht mit inneren Zähnen 19a des ringförmigen Elements 19 in Eingriff, während sie sich in der radialen Richtung gemäß der exzentrischen Bewegung des zweiten Kugellagers 33 bewegt, und ist dazu konfiguriert, in der radialen Richtung zu schwenken, während sie in der Umfangsrichtung durch den Vorsprung 41a des Halters 41 geführt wird.
Schmiermittel wird durch ein Schmiermittelzuführungsmittel innerhalb des Untersetzungsgetriebes 8 zugeführt. Wie in 7 dargestellt, ist das Schmiermittelzuführungsmittel aus einem Schmiermittelzuführungsdurchgang 47, der innerhalb des Lagers 44 des Zylinderkopfs ausgebildet ist und durch den das Schmiermittel von einem Hauptschmiermittelkanal (nicht dargestellt) zugeführt wird, einem Schmiermittelzuführungsloch 48, das innerhalb der Einlassnockenwelle 134 in der axialen Richtung ausgebildet ist und mit dem Schmiermittelzuführungsdurchgang 47 über eine Nut in Verbindung steht, einem Ölzuführungsloch 45, das so ausgebildet ist, dass es das angetriebene Element 9 innerhalb dessen in einer axialen Richtung durchdringt, und einen kleinen Durchmesser aufweist, von dem ein Ende zum Schmiermittelzuführungsloch 48 geöffnet ist und das andere Ende nahe dem zweiten Kugellager 33 und dem ersten Nadellager 28 geöffnet ist, und drei Ölauslasslöchern (nicht dargestellt) mit großem Durchmesser, die so ausgebildet sind, dass sie das angetriebene Element 9 in derselben Weise durchdringen, konfiguriert.
Nachstehend wird der Betrieb der elektrischen VTC 113 beschrieben. Wenn sich die Kurbelwelle der Kraftmaschine dreht, dreht sich das Zeitsteuerkettenrad 1 über die Zeitsteuerkette 42. Der Elektromotor 12 wird durch die Drehkraft über das Gehäuse 5, das ringförmige Element 19 und die Platte 6 synchron gedreht. Unterdessen wird die Drehkraft des ringförmigen Elements 19 von der Rolle 34 auf die Einlassnockenwelle 134 über den Halter 41 und das angetriebene Element 9 übertragen. Folglich öffnet und schließt der Nocken der Einlassnockenwelle 134 das Einlassventil.
Wenn die elektrische VTC 113 angetrieben wird und dann die Drehphase (Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105) der Einlassnockenwelle 134 geändert wird, wird folglich die elektromagnetische Spule 17 des Elektromotors 12 von der Steuereinheit 21 über die Gleitringe 48a und 48b oder dergleichen gespeist. Dadurch wird die Motorwelle 13 zur Drehung angetrieben und die Drehkraft, die verringert wird, wird auf die Einlassnockenwelle 134 über das Untersetzungsgetriebe 8 übertragen.
Mit anderen Worten, wenn der exzentrische Wellenabschnitt 30 aufgrund der Drehung der Motorwelle 13 exzentrisch gedreht wird, wird jede Rolle 34 durch den Vorsprung 41a des Halters 41 in der radialen Richtung für jede Drehung der Motorwelle 13 geführt. Jede Rolle 34 bewegt sich durch einen inneren Zahn 19a des ringförmigen Elements 19, wodurch sie sich bewegt, während sie zu einem anderen benachbarten inneren Zahn 19a rollt und in der Umfangsrichtung rollt, während dies sequentiell wiederholt wird. Die Drehkraft wird auf das angetriebene Element 9 übertragen, während die Drehzahl der Motorwelle 13 durch den Rollkontakt jeder Rolle 34 verringert wird. Zu diesem Zeitpunkt kann ein Untersetzungsverhältnis auch durch die Anzahl von Rollen 34 oder dergleichen frei festgelegt werden.
Folglich dreht sich die Einlassnockenwelle 134 relativ normal und dreht sich rückwärts in Bezug auf das Zeitsteuerkettenrad 1 und dadurch wird die relative Drehposition geändert. Folglich wird der Öffnungs- und Schließzeitpunkt des Einlassventils zur Änderung zur Seite des vorverstellten Winkels oder zur Verzögerungswinkelseite gesteuert.
Somit wird die maximale Positionsregelung (Winkelpositionsregelung) der relativen normalen und Rückwärtsdrehung der Einlassnockenwelle 134 in Bezug auf das Zeitsteuerkettenrad 1 durch den Anschlag jeder Seitenoberfläche des konvexen Anschlagabschnitts 1d an irgendeiner jeder entgegengesetzten Oberfläche 2c und 2d der konvexen Anschlagnut 2b durchgeführt.
Mit anderen Worten, das angetriebene Element 9 dreht sich in derselben Richtung wie der Drehrichtung des Zeitsteuerkettenrades 1 gemäß der exzentrischen Drehung des exzentrischen Wellenabschnitts 30. Dadurch kommt eine Seitenoberfläche des konvexen Anschlagabschnitts 1d an der entgegengesetzten Oberfläche 1c einer Seite der konkaven Anschlagnut 2b zur Anlage, so dass eine weitere Drehung in derselben Richtung geregelt wird. Somit ist die Einlassnockenwelle 134 derart konfiguriert, dass die relative Drehphase in Bezug auf das Zeitsteuerkettenrad 1 maximal zur Seite des vorverstellten Winkels geändert wird.
Unterdessen dreht sich das angetriebene Element 9 in der umgekehrten Richtung zur Drehrichtung des Zeitsteuerkettenrades 1 und dadurch kommt die andere Seitenoberfläche des konvexen Anschlagabschnitts 1d an der entgegengesetzten Oberfläche 2d der anderen Seite der konkaven Anschlagnut 2b zur Anlage und die weitere Drehung in derselben Richtung wird geregelt. Folglich ist die Einlassnockenwelle 134 derart konfiguriert, dass die relative Drehposition in Bezug auf das Zeitsteuerkettenrad 1 maximal zur Verzögerungswinkelseite geändert wird.
Wie in 13 dargestellt, besteht der Motordrehsensor 201 außerdem aus einem detektierten Abschnitt 201A und einem Drehwinkeldetektionsabschnitt 201B, der ein Spaltsensor ist, der eine Verlagerung des detektierten Abschnitts 201A in der Drehrichtung detektiert.
Wie in 7 und 8 dargestellt, ist der detektierte Abschnitt 201A durch eine Vorderendkante der Motorwelle 13 eingesetzt und daran befestigt, und wie in 7 dargestellt, ist der Drehwinkeldetektionsabschnitt 201B durch ein Loch eingesetzt und darin befestigt, das durch Durchdringen eines Abschnitts entgegengesetzt zur Vorderseite des detektierten Abschnitts 201A des Abdeckelements 3 ausgebildet ist.
Wie in 13 dargestellt, ist der detektierte Abschnitt 201A in einer dreidimensionalen Form ausgebildet und drei Zielabschnitte, die in der axialen Richtung vorstehen, sind in gleich beabstandeten Positionen in der Umfangsrichtung ausgebildet. Jeder der Zielabschnitte besteht aus einem geneigten Abschnitt 201a mit Endoberflächen gegenüber dem Drehwinkeldetektionsabschnitt 201B, die in einer Bogenform jeweils in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, und einem Kantenabschnitt 201b, der linear von der Endkante des geneigten Abschnitts 201a in der axialen Richtung und der radialen Richtung errichtet ist.
Jeder geneigte Abschnitt 201a ist in einer Abwärtsneigung von einer Endseite, in der der Kantenabschnitt 201b der obere Punkt ist, zur anderen Endseite in einem vorbestimmten Winkel in einer Richtung im Uhrzeigersinn ausgebildet. Die Detektionsposition, die durch den Drehwinkeldetektionsabschnitt 201B detektiert wird, ändert sich kontinuierlich. Unterdessen ist jeder Kantenabschnitt 201b entlang der radialen Richtung errichtet und ist dadurch von einem Ende des geneigten Abschnitts 201a in einer planaren Oberflächenform in der axialen Richtung ausgebildet. Folglich ändert sich die Detektionsposition diskontinuierlich.
Der Drehwinkeldetektionsabschnitt 201B ist der elektromagnetische Aufnahmetyp und detektiert den geneigten Abschnitt 201a und den Kantenabschnitt 201b des detektierten Abschnitts 201A, die einander zugewandt sind. Wie in 14 gezeigt, gibt dadurch der Drehwinkeldetektionsabschnitt 201B ein kontinuierliches Wellensignal mit einer Stufenform (eine Sägezahnform) aus. Mit anderen Worten, wenn sich die Motorwelle 13 in einer Richtung im Uhrzeigersinn dreht, nimmt die Ausgabe während des Detektierens des geneigten Abschnitts 201a allmählich zu und die Ausgabe wird zu einem Wellensignal, das während des Detektierens des Kantenabschnitts 201b steil abfällt. Wenn sich die Motorwelle 13 in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn dreht, nimmt die Ausgabe während des Detektierens des geneigten Abschnitts 201a allmählich ab und die Ausgabe wird zu einem Wellensignal, das während des Detektierens des Kantenabschnitts 201b steil ansteigt.
Unter Verwendung der Eigenschaften wird, wenn die Ausgabe allmählich zunimmt, der Drehwinkel der Motorwelle 13 in einer Richtung im Uhrzeigersinn (beispielsweise der Richtung des vorverstellten Winkels) gemäß der allmählichen Erhöhung der Ausgabe allmählich erhöht, und wenn die Ausgabe allmählich abnimmt, wird der Drehwinkel der Motorwelle 13 in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn (beispielsweise der Verzögerungswinkelrichtung) gemäß der allmählichen Abnahme der Ausgabe allmählich erhöht. Dadurch kann der Drehwinkel (das Drehbetätigungsausmaß) mit der Drehrichtung kontinuierlich (linear) detektiert werden. Wenn der Kantenabschnitt 201b detektiert wird, wird außerdem ein Ausgangswert (eine Ausgangsspannung) des entsprechenden Drehwinkels gelernt und dadurch kann ein Detektionsfehler unterdrückt werden.
Wie vorstehend beschrieben, wird folglich auf der Basis des Drehwinkeldetektionssignals der Motorwelle vom Motordrehsensor 201 mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften und des Drehsignals POS vom Kurbelwinkelsensor 117 während des Kraftmaschinenstoppprozesses die Drehphase der Einlassnockenwelle 134, mit anderen Worten die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105, mit hoher Genauigkeit detektiert und der vorverstellte Winkel wird von der Ventilsteuerzeit entsprechend dem Spiegelzyklusbetrieb vor dem Stoppvorgang auf die Ventilsteuerzeit für das Starten gesteuert.
Nachstehend wird jede der Ausführungsformen der Ventilzeitsteuerung des Einlassventils 105 beschrieben.
15 stellt einen Ablauf der ersten Ausführungsform dar. In der Ausführungsform wird das Nockensignal PHASE verwendet, um den Zylinder zu bestimmen, und die Ventilsteuerzeit wird unter Verwendung des Detektionssignals des Kurbelwinkelsensors 117 und des Motordrehsensors 201 detektiert.
In Schritt 1 wird auf der Basis der Antriebszustände der Brennkraftmaschine (der Kraftmaschine) der VTC-Zielwinkel θtrg [Grad CA], mit anderen Worten, die Zieldrehphase (die Zielventilsteuerzeit des Einlassventils 105) der Einlassnockenwelle 134, die durch die elektrische VTC 113 gesteuert wird, berechnet. Hier wird der VTC-Zielwinkel θtrg [Grad CA] auf die Zielventilsteuerzeit für den Spiegelbetrieb, der in 6A dargestellt ist, während des Spiegelzyklusbetriebs gesetzt, wenn jedoch der Zündschalter ausgeschaltet ist und dann der Kraftmaschinenantrieb gestoppt wird, wird der VTC-Zielwinkel θtrg [Grad CA] geändert und auf die Zielventilsteuerzeit zum Starten gesetzt, was in 6B dargestellt ist.
In Schritt 2 wird der Motorwellendrehwinkel θf_m [Grad CA] durch die Ausgabe des Motordrehsensors 201 berechnet. In der Ausführungsform dreht sich hier der Elektromotorhauptkörper einteilig mit dem Zeitsteuerkettenrad 1, so dass der Motorwellendrehwinkel θf_m [Grad CA] als Drehwinkel berechnet wird, der durch Addieren des Antriebsdrehwinkels der Motorwelle 13 in Bezug auf den Elektromotorhauptkörper zum Drehwinkel des Zeitsteuerkettenrades 1 erhalten wird.
In Schritt 3 wird der Drehwinkel (der Kurbelwellenvorwärtsdrehwinkel) θf_crp [Grad CA] der Kurbelwelle 120 in der Vorwärtsrichtung durch die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 117 berechnet. In der Ausführungsform wird der Kurbelwellenvorwärtsdrehwinkel θf_crp [Grad CA] durch Zählen des Drehsignals POS, das alle 10 Grad von der Referenzposition (dem Kompressions-TDC) jedes Zylinders ausgegeben wird, wie vorstehend beschrieben, berechnet.
In Schritt 4 wird ebenso der Drehwinkel (der Kurbelwellenrückwärtsdrehwinkel) θf_crn [Grad CA] der Kurbelwelle 120 in der Rückwärtsrichtung durch die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 117 berechnet. Der Kurbelwellenrückwärtsdrehwinkel θf_crp [Grad CA] wird durch Zählen des Drehsignals POS, das ausgegeben wird, nachdem die Rückwärtsdrehung bestimmt wurde, wie vorstehend beschrieben, berechnet. Wenn keine Rückwärtsdrehung stattfindet, gilt θf_crn [Grad CA] = 0.
In Schritt 5 wird der Drehwinkel θf_cr [Grad CA] der Kurbelwelle, der endgültig detektiert wird, einschließlich dessen, ob die Rückwärtsdrehung vorliegt, durch den folgenden Ausdruck berechnet. θf_cr = θf_crp – θf_crn
In Schritt 6 wird der Drehwinkel θf_cs [Grad CA] des Zeitsteuerkettenrades 1 durch den folgenden Ausdruck berechnet. θf_cs = θf_crx 1/2
Hier wird die Drehzahl des Zeitsteuerkettenrades 1 auf 1/2 der Drehzahl θf_cr der Kurbelwelle verringert und dadurch wird die Drehzahl berechnet, indem sie mit dem Untersetzungsverhältnis 1/2 multipliziert wird.
In Schritt 7 wird ein Drehwinkeländerungsausmaß Δθf_m [Grad CA] der Motorwelle während der Steuerperiode (vom vorherigen Steuerzeitpunkt zum aktuellen Steuerzeitpunkt) Ts[s] berechnet. Δθf_m = θf_m – θf_m vorheriger Wert
In Schritt 8 wird das Drehwinkeländerungsausmaß Δθf_cs [Grad CA] des Kettenrades während der Steuerperiode Ts[s] berechnet. Δθf_cs = θf_cs – θf_cs vorheriger Wert
In Schritt 9 wird das Drehwinkeländerungsausmaß (das Änderungsausmaß des Antriebsdrehwinkels) Δθs_m [Grad CA] der Motorwelle in Bezug auf das Zeitsteuerkettenrad 1 während der Steuerperiode Ts[s] berechnet. Δθs_m = Δθf_m – Δθf_cs
In Schritt 10 wird der Kurbelwinkelumsetzungswert Δθs_cm [Grad CA] des Drehwinkeländerungsausmaßes (des Änderungsausmaßes des Nockenwellendrehwinkels) der Einlassnockenwelle in Bezug auf das Zeitsteuerkettenrad 1 während der Steuerperiode Ts[s] berechnet. Δθs_cm = Δθf_m × Untersetzungsverhältnis × 2
Hier ist das Untersetzungsverhältnis ein Untersetzungsverhältnis (beispielsweise 1/60) der Drehzahl der Nockenwelle, die durch das vorstehend beschriebene Untersetzungsgetriebe 8 in Bezug auf die Drehzahl des Motors reduziert wird. Außerdem wird der Wert ferner mit einem Umsetzungskoeffizienten 2 auf den Kurbelwinkel [Grad CA] multipliziert.
In Schritt 11 wird ein aktueller Realdrehwinkel (ein VTC-Realwinkel) θs_cm [Grad CA] der Einlassnockenwelle 134, mit anderen Worten die Drehphase (die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105) der Einlassnockenwelle 134 durch den folgenden Ausdruck berechnet. θs_cm = θs_cm vorheriger Wert + Δθs_cm
In Schritt 12 wird die VTC-Stellgröße so berechnet, dass der VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA] dem VTC-Zielwinkel θtrg [Grad CA] folgt.
Folglich wird die elektrische VTC 113 durch den Elektromotor 12 gemäß der VTC-Stellgröße angetrieben. Die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105 wird auf die Ventilsteuerzeit für den Spiegelbetrieb gesteuert, bei dem der IVC während des Spiegelzyklusbetriebes ausreichend verzögert wird, und die Ventilsteuerzeit wird auf die Ventilsteuerzeit gesteuert, bei der der IVC für den Start nach dem Stopp, während des Kraftmaschinenstoppprozesses vorverstellt wird, gesteuert.
Gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform kann, wie durch eine durchgezogene Linie in 21 angegeben, selbst wenn das Phänomen, bei dem die Kurbelwelle während des Kraftmaschinenstoppprozesses rückwärts gedreht wird, oder dergleichen auftritt, die Drehphase der Einlassnockenwelle 134 mit hoher Genauigkeit zu einem frei ausgewählten Zeitpunkt unter Verwendung des Drehwinkels der Motorwelle, der durch den Motordrehsensor 201 mit hoher Frequenz detektiert wird, detektiert werden, während die Rückwärtsdrehung durch den Kurbelwinkelsensor 117 detektiert wird. Auf der Basis der Drehphase der Einlassnockenwelle 134, die mit hoher Genauigkeit in dieser Weise detektiert wird, ist es ferner möglich, eine Rückkopplungssteuerung durchzuführen, um die Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105, nachdem die Kraftmaschine gestoppt ist, auf die vorverstellte Ventilsteuerzeit für das Starten mit hoher Genauigkeit zu steuern. Danach wird die ausreichende Einlassluftmenge während des Starts erhalten und dadurch kann eine günstige Startfähigkeit sichergestellt werden. Wie durch die gestrichelte Linie in 21 angegeben, wird außerdem in einem Fall, in dem die Steuerung nur auf der Basis der Drehphase der Einlassnockenwelle durchgeführt wird, die unter Verwendung des Nockensignals detektiert wird, da die Frequenz der Detektionen niedrig ist, die Detektion nicht mit hoher Genauigkeit durchgeführt und die Steuerung der Ventilsteuerzeit kann nicht mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. In einem Fall, in dem sich die Kurbelwelle in der Rückwärtsrichtung dreht, wird außerdem die Rückwärtsdrehung falsch detektiert und dadurch kann die Ventilsteuerzeit nicht korrekt gesteuert werden.
Selbst während einer äußerst langsamen Drehung wie z. B. während des Starts (des Anlassens), kann außerdem die Steuerung der Ventilsteuerzeit mit hoher Genauigkeit auf der Basis des sehr genauen detektierten Werts der Ventilsteuerzeit unter Verwendung des Drehwinkels der Motorwelle aufrechterhalten werden. Selbst während des Starts kann außerdem die Rückwärtsdrehung selten auftreten. Selbst in diesem Fall wird jedoch die Ventilsteuerzeit korrekt detektiert und dadurch kann die Ventilsteuerzeit auf der Ventilsteuerzeit für das Starten gehalten werden.
16 und 17 stellen Abläufe einer zweiten Ausführungsform der Ventilzeitsteuerung des Einlassventils 105 dar. In der Ausführungsform wird die Drehphase der Einlassnockenwelle 134 grundsätzlich unter Verwendung des Nockensignals PHASE vom Nockensensor 133 und des Drehsignals POS vom Kurbelwinkelsensor detektiert, wenn jedoch die Rückwärtsdrehung detektiert wird und wenn die Detektion der Drehphase der Einlassnockenwelle 134 selbst während der Vorwärtsdrehung nicht in der vorstehend beschriebenen Weise in der Steuerperiode aktualisiert wurde, wird ähnlich zur ersten Ausführungsform die Drehphase der Einlassnockenwelle 134 unter Verwendung des Drehsignals POS vom Kurbelwinkelsensor 117 und des Drehwinkels der Motorwelle, der durch den Motordrehsensor 201 detektiert wird, detektiert.
Es werden hauptsächlich Schritte, die von der ersten Ausführungsform verschieden sind, beschrieben.
In Schritt 21 nach Schritt 1 wird der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA] (Drehphase der Einlassnockenwelle 134 = Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105) unter Verwendung des Nockensignals PHASE vom Nockensensor 133 und des Drehsignals POS vom Kurbelwinkelsensor berechnet. Wie vorstehend beschrieben, wird insbesondere der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA] (die reale Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105) durch Zählen der Anzahl von Erzeugungen der Drehsignale POS von der Referenzkurbelwinkelposition zum einzelnen Nockensignal PHASE oder zum ersten Signal von mehreren Nockensignalen PHASE, die der Reihe nach ausgegeben werden, detektiert.
Danach wird in Schritt 22 festgestellt, ob der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA] während der Steuerperiode Ts[s] aktualisiert wird, nachdem der Rechenprozess ähnlich zur ersten Ausführungsform von Schritt 2 bis Schritt 10 durchgeführt wurde.
In einem Fall, in dem festgestellt wird, dass der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA] während der Steuerperiode Ts[s] aktualisiert wird, geht der Prozess zu Schritt 23 weiter.
In Schritt 23 wird auf der Basis des Drehsignals POS vom Kurbelwinkelsensor 117 festgestellt, ob die Drehung der Kraftmaschine in der Rückwärtsrichtung stattfindet.
Wenn festgestellt wird, dass die Drehung der Kraftmaschine in der Vorwärtsrichtung aufrechterhalten wird, geht der Prozess zu Schritt 24 weiter. In Schritt 24 wird der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA], der auf der Basis des Nockensignals PHASE vom Nockensensor 133 und des Drehsignals POS vom Kurbelwinkelsensor 117 in Schritt 21 berechnet wird, als endgültiger VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA] festgelegt.
In Schritt 23 geht unterdessen, wenn festgestellt wird, dass der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA] während der Steuerperiode Ts[s] nicht aktualisiert wird, der Prozess zu Schritt 11 weiter. In Schritt 11 wird der VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA] durch den folgenden Ausdruck unter Verwendung des Rechenergebnisses von Schritt 2 bis Schritt 10 auf der Basis des Drehwinkels θf_m [Grad] der Motorwelle und des Drehsignals POS ähnlich zur ersten Ausführungsform berechnet. θs_cm = θs_cm vorheriger Wert + Δθs_cm
In Schritt 12 wird ferner die VTC-Stellgröße so berechnet, dass der VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA], der in irgendeinem von Schritt 24 und Schritt 11 berechnet wird, dem VTC-Zielwinkel θtrg [Grad CA] folgt.
In der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform können vorteilhafte Effekte, wie nachstehend beschrieben, erhalten werden.
Wenn der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA] während der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle und in der Steuerperiode nicht aktualisiert werden kann, wird der VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA] unter Verwendung des Drehwinkels der Motorwelle berechnet und dadurch kann die Detektionsgenauigkeit erhöht werden, während die falsche Detektion des VTC-Realwinkels unterdrückt wird.
In einem Fall, in dem der VTC-Realwinkel während der Einstellungsperiode aktualisiert wird und die Drehung der Kraftmaschine in der Vorwärtsrichtung stattfindet, ist überdies die Weise, in der der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA] direkt auf der Basis des Nockensignals PHASE vom Nockensensor 133 und des Drehsignals POS vom Kurbelwinkelsensor detektiert wird, effektiver zum Detektieren des VTC-Realwinkels mit hoher Genauigkeit im Vergleich zu der Weise, in der die Detektion unter Verwendung des Drehwinkels der Motorwelle durchgeführt wird, da das Untersetzungsgetriebe 8 entsprechend nicht zwischengeschaltet ist.
Im überwiegenden Antriebsbereich, in dem die Vorwärtsdrehung der Kraftmaschine aufrechterhalten wird und die Detektion des VTC-Realwinkels θcrcm [Grad CA], der auf der Basis des Nockensignals PHASE detektiert wird, und das Drehsignal POS in der Steuerperiode aktualisiert werden kann, wird der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA] als endgültiger VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA] verwendet, so dass die Detektionsgenauigkeit so weit wie möglich sichergestellt werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß jedem der Kraftmaschinenzustände der VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA], der weiter geeignet berechnet wird, ausgewählt und dadurch kann die Genauigkeit der Steuerung der Ventilsteuerzeit des Einlassventils so weit wie möglich erhöht werden.
18 bis 20 stellen Abläufe einer dritten Ausführungsform der Steuerung der Ventilsteuerzeit des Einlassventils 105 dar. In der Ausführungsform wird der VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA], der ferner geeignet gemäß jedem der Kraftmaschinenzustände ähnlich der zweiten Ausführungsform berechnet wird, ausgewählt und unterdessen wird der VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA] nur, wenn es erforderlich ist, unter Verwendung des Drehwinkels der Motorwelle berechnet, so dass die Rechenlast weiter verringert wird.
Die dritte Ausführungsform wird nachstehend hauptsächlich mit dem Augenmerk auf Schritte, die von jenen der zweiten Ausführungsform verschieden sind, beschrieben.
In Schritt 31 nach Schritt 1 wird die Kurbelwellendrehzahl (die Drehzahl der Kraftmaschine) CRS [Grad CA/s] auf der Basis des Drehsignals POS vom Kurbelwinkelsensor 117 berechnet. Insbesondere kann die Drehzahl in einer Weise berechnet werden, in der die Drehzahl als Wert festgelegt wird, der zum gezählten Wert der Anzahl von Eingaben des Drehsignals POS pro Einheitszeit proportional ist.
In Schritt 32 wird als nächstes die Detektionsperiode Td der Referenzkurbelposition berechnet. Die Detektionsperiode wird durch Dividieren der Hubphasendifferenz (180° in der Ausführungsform) zwischen Zylindern durch die vorstehend erwähnte Kurbelwellendrehzahl CRS [Grad CA/s] berechnet. Außerdem fällt die Detektionsperiode mit der Detektionsperiode des Nockensignals für jeden Zylinder für die Detektion des VTC-Realwinkels zusammen.
In Schritt 33 wird folglich die Detektionsperiode Td[s], die wie vorstehend beschrieben berechnet wird, mit einer Detektionsperiode der erforderlichen Kurbelwinkelposition der Rückkopplungssteuerung der Ventilsteuerzeit unter Verwendung der elektrischen VTC 113 verglichen; mit anderen Worten, die Steuerperiode Ts[s], und es wird festgestellt, ob die Detektionsperiode Td[s] gleich der oder geringer als die Steuerperiode Ts[s] ist.
Wenn festgestellt wird, dass Td[s] ≤ Ts[s], wird der detektierte Wert des VTC-Realwinkels θcrcm [Grad CA], der unter Verwendung des Nockensignals PHASE und des Drehsignals POS vom Kurbelwinkelsensor detektiert wird, einmal oder mehr während der Steuerperiode Ts[s] aktualisiert und daher kann festgestellt werden, dass eine günstige Rückkopplungssteuerung unter Verwendung des detektierten Werts durchgeführt werden kann. In Schritt 21 wird der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA] unter Verwendung des Nockensignals PHASE und des Drehsignals POS vom Kurbelwinkelsensor berechnet und der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA] wird als endgültiger VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA] festgelegt.
Wenn Td[s] > Ts[s] in Schritt 33 festgestellt wird, wird festgestellt, dass ein Fall vorliegt, in dem der Wert des VTC-Realwinkels θcrcm [Grad CA], der unter Verwendung des Nockensignals detektiert wird, während der Steuerperiode nicht aktualisiert wird, und der Prozess geht zu Schritt 2 und anschließenden Schritten weiter.
Dann wird in Schritt 2 der Drehwinkel der Motorwelle berechnet. In Schritt 3 wird der Vorwärtsdrehwinkel der Kurbelwelle in der Vorwärtsdrehrichtung berechnet. Danach geht der Prozess zu Schritt 34 weiter. In Schritt 34 wird festgestellt, ob die Kurbelwellendrehzahl CRS [Grad CA/s], die in Schritt 31 berechnet wird, eine Grenzdrehzahl (die Drehzahl des Starts der Erzeugung der Rückwärtsdrehung) CRSr überschreitet, bei der die Rückwärtsdrehung wahrscheinlich auftritt.
Wenn in Schritt 34 festgestellt wird, dass die Kurbelwellendrehzahl die Drehzahl des Starts der Erzeugung der Rückwärtsdrehung CRSr überschreitet, wird festgestellt, dass die Rückwärtsdrehung nicht auftritt. Dann wird in Schritt 35 der Kurbelwellenvorwärtsdrehwinkel θf_crp [Grad CA], der in Schritt 3 berechnet wird, als endgültiger Kurbelwellendrehwinkel θf_cr [Grad CA] festgelegt.
Wenn in Schritt 34 festgestellt wird, dass die Kurbelwellendrehzahl die Drehzahl des Starts der Erzeugung der Rückwärtsdrehung CRSr nicht überschreitet, werden der Kurbelwellenrückwärtsdrehwinkel θf_crn [Grad CA] und der endgültige Drehwinkel θf_cr [Grad CA] der Welle nacheinander in den Schritten 4 und 5 berechnet.
Nachdem der endgültige Kurbelwellendrehwinkel θf_cr [Grad CA] in Schritt 35 oder Schritt 5 festgelegt und berechnet ist, wie vorstehend beschrieben, geht der Prozess zu Schritt 7 und anschließenden Schritten weiter und derselbe Prozess wie Schritt 7 und anschließende Schritte in der zweiten Ausführungsform wird durchgeführt. Mit anderen Worten, nachdem das Nockenwellendrehwinkel-Änderungsausmaß Δθs_cm [Grad CA] berechnet ist (Schritt 6 bis Schritt 10), wird der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA], der unter Verwendung des Nockensignals PHASE und des Drehsignals POS erhalten wird, während der Steuerperiode Ts[s] aktualisiert. Wenn sich die Kraftmaschine in der Vorwärtsrichtung dreht, wird außerdem der VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA] als endgültiger VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA] festgelegt (Schritte 22, 23 und 24), und wenn der VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA] nicht aktualisiert wird oder sich die Kurbelwelle in der Rückwärtsrichtung während der Periode Ts0 dreht, wird der VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA] unter Verwendung des Motorwellendrehwinkels berechnet (Schritte 22 und 11).
Dann wird in Schritt 12 die VTC-Stellgröße so berechnet, dass der VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA], der in Schritt 21, Schritt 35 oder Schritt 5 berechnet wird, dem VTC-Zielwinkel θtrg [Grad CA] folgt.
In der dritten Ausführungsform wird ähnlich zur zweiten Ausführungsform, wenn der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA] durch die Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle auf der Basis des Nockensignals PHASE und des Drehsignals POS falsch detektiert wird, und wenn der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA] während der Steuerperiode nicht aktualisiert werden kann, durch Berechnen des VTC-Realwinkels θs_cm [Grad CA] unter Verwendung des Motorwellendrehwinkels die Fehldetektion unterdrückt oder die Detektionsgenauigkeit erhöht. In anderen Antriebsbereichen kann die Detektionsgenauigkeit unter Verwendung des VTC-Realwinkels θcrcm [Grad CA] auf der Basis des Nockensignals PHASE und des Drehsignals POS sichergestellt werden, wodurch die Genauigkeit der Steuerung der Ventilsteuerzeit des Einlassventils so weit wie möglich erhöht werden kann.
In einem Fall, in dem abgeschätzt wird, dass der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA] auf der Basis des Nockensignals PHASE und des Drehsignals POS während der erforderlichen Steuerperiode der Rückkopplungssteuerung aktualisiert wird, wird außerdem der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA] als endgültiger VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA] festgelegt, ohne den VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA] auf der Basis des Motorwellendrehwinkels zu berechnen, wodurch verschwenderische Rechenlast verringert werden kann.
Außerdem wird die Kurbelwinkelposition so berechnet, dass der Fall unterstützt wird, in dem die Rückwärtsdrehung im niedrigen Drehbereich auftritt, in dem die Rückwärtsdrehung wahrscheinlich gemäß der Kurbelwellendrehzahl (der Drehzahl der Kraftmaschine) CRS auftritt (Schritt 4), der Berechnungsprozess für den Fall der Rückwärtsdrehung (Schritt 4) wird bei der Drehzahl weggelassen, bei der die Rückwärtsdrehung nicht auftritt. Dadurch kann verschwenderische Rechenlast auch verringert werden.
Außerdem wird in der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform im niedrigen Drehbereich, in dem die Rückwärtsdrehung wahrscheinlich auftritt, gedacht, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der VTC-Realwinkel θcrcm [Grad CA] während der Steuerperiode Ts[s] aktualisiert wird, niedrig ist. Folglich kann der Prozess zu Schritt 11 weitergehen, wobei die Bestimmung von Schritt S22 und Schritt S23 ausgelassen wird, um den VTC-Realwinkel θs_cm [Grad CA] unter Verwendung des Motorwellendrehwinkels zu berechnen, wodurch die Rechenlast weiter verringert werden kann.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird außerdem, da der Elektromotor eine Struktur aufweist, in der der Motorhauptkörper, der den Stator enthält, sich einteilig mit dem Kettenrad dreht, die Motorwelle zur Drehung nur dann angetrieben, wenn die Ventilsteuerzeit (die Drehphase der Nockenwelle) geändert wird, und elektrische Leistung, die zum Halten der Motorwelle erforderlich ist, wird nur verbraucht, wenn die Ventilsteuerzeit gehalten wird. Dagegen wird im Fall einer Struktur der elektrischen VTC, wobei der Stator des Elektromotors an der Abdeckung befestigt ist, wie im japanischen Patent Nr. 4123127 offenbart, die Drehzahl des Elektromotors in Bezug auf die Motorwellendrehzahl (die Drehzahl, bei der die Ventilsteuerzeit gehalten wird) erhöht und verringert, wobei die Nockenwelle mit derselben Drehzahl wie das Kettenrad gedreht wird, um die Ventilsteuerzeit zu ändern, und daher erfordert dies immer einen Drehantrieb mit hoher Drehzahl.
Folglich wird die Struktur der Ausführungsformen, wobei die Motorwelle nur angetrieben wird, wenn die Ventilsteuerzeit geändert wird, verwendet, wodurch der Leistungsverbrauch des Elektromotors im Vergleich zur Struktur des japanischen Patents Nr. 4123127 erheblich verringert werden kann. Die vorliegende Erfindung umfasst jedoch eine Konfiguration, die auf die elektrische VTC mit der Struktur des japanischen Patents Nr. 4123127 angewendet wird.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde die Konfiguration beschrieben, bei der der Motorwellendrehwinkel linear als Motordrehsensor detektiert wird. Ein Motordrehsensor mit einer Konfiguration ähnlich zum Kurbelwinkelsensor kann jedoch verwendet werden. Mit anderen Worten, als detektierter Abschnitt ist eine Signalplatte, an der eine Anzahl von Vorsprüngen am Endabschnitt der Motorwelle in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, angeordnet und dann werden zwei Signale, die in den Phasen voneinander verschieden sind, als Detektionsimpulssignale erzeugt. Durch Vergleichen dieser zwei Signale kann der Drehwinkel zu einem beliebigen Zeitpunkt detektiert werden, während die Vorwärtsdrehung und die Rückwärtsdrehung ähnlich zum Kurbelwinkelsensor bestimmt werden.
Die Konfiguration, bei der ein bürstenloser Motor als Elektromotor verwendet wird und der Motorwellendrehwinkel berechnet wird, während die Vorwärtsdrehung und die Rückwärtsdrehung des Motorwellendrehwinkels auf der Basis eines elektrischen Winkels bestimmt werden, der durch einen Sensor für den elektrischen Winkel detektiert wird, der in der Steuereinheit angeordnet ist, oder aus einer Antriebsspannung oder dergleichen abgeschätzt wird, kann außerdem vorgesehen sein.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die vorliegende Erfindung auf die Steuerung des Umschaltens zwischen der Ventilsteuerzeit für den Spiegelzyklusbetrieb des Einlassventils und der Ventilsteuerzeit für das Starten angewendet. Selbst im Fall einer Kraftmaschine, bei der der Spiegelzyklusbetrieb nicht durchgeführt wird, kann jedoch die Ventilsteuerzeit für das Starten optimal eingestellt werden.
In einer elektrischen VTC, in der die Ventilsteuerzeit eines Auslassventils durch einen Elektromotor verändert wird, ist die vorliegende Erfindung außerdem auch auf das Steuern des Auslassventils mit einer Ventilsteuerzeit anwendbar, die zum Starten während des Kraftmaschinenstoppprozesses oder dergleichen geeignet ist.
Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-205391 , eingereicht am 20. September 2011, wird durch den Hinweis hier aufgenommen.
Obwohl nur eine ausgewählte Ausführungsform gewählt wurde, um die vorliegende Erfindung zu erläutern, ist für den Fachmann auf dem Gebiet aus dieser Offenbarung ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen hier vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, abzuweichen.
Ferner ist die vorangehende Beschreibung der Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung nur zur Erläuterung vorgesehen und dient nicht für den Zweck der Begrenzung der Erfindung, wobei die Erfindung in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten beansprucht ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 4123127 [0003, 0004, 0182, 0183, 0183]
JP 2001-165951 A [0073]
JP 2011-205391 [0188]

Claims

Steuervorrichtung eines variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in einer Brennkraftmaschine (101), die Folgendes umfasst: einen Kurbelwinkelsensor (117), der einen Drehwinkel einer Kurbelwelle (120) detektiert; einen Nockensensor (133), der einen Drehwinkel einer Nockenwelle (134) zum Öffnen und Schließen eines Kraftmaschinenventils detektiert; ein erstes Drehphasendetektionsmittel (114), das eine Drehphase der Nockenwelle (134) in Bezug auf die Kurbelwelle (120) auf der Basis von jeweiligen Signalen vom Kurbelwinkelsensor (120) und vom Nockensensor (133) detektiert; einen Aktuator (12), der die Nockenwelle (134) in Bezug auf die Kurbelwelle (120) relativ dreht und die Drehphase ändern kann; und ein Steuermittel (114), das den Aktuator (12) auf der Basis des detektierten Werts der Drehphase antreibt und eine Rückkopplungssteuerung durchführt, um die Drehphase zur Annäherung an einen Zielwert zu steuern, und die ferner umfasst: ein Vorwärtsdrehungs- und Rückwärtsdrehungsdetektionsmittel (114), das eine Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle (120) bestimmt und detektiert; ein Aktuatordrehungsdetektionsmittel (114), das ein Drehbetätigungsausmaß, einschließlich der Drehrichtung, des Aktuators (12) mit einer Frequenz, die höher ist als eine Frequenz der Drehphasendetektion durch das erste Drehphasendetektionsmittel (114), detektiert; und ein zweites Drehphasendetektionsmittel (114), das eine Nockenwellendrehphase mit einer Frequenz, die höher ist als eine Frequenz des ersten Drehphasendetektionsmittels (114), auf der Basis des Detektionsergebnisses der Vorwärtsdrehung und der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle (120) und des Drehbetätigungsausmaßes, einschließlich der Drehrichtung, des Aktuators (12) detektiert.
Steuervorrichtung des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in der Brennkraftmaschine (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (114) den detektierten Wert der Drehphase, der durch das zweite Drehphasendetektionsmittel (114) detektiert wird, verwendet, um eine Rückkopplungssteuerung durchzuführen, wenn eine Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle (120) detektiert wird oder wenn der durch das erste Drehphasendetektionsmittel (114) detektierte Drehphasenwert vom vorherigen Wert zum Steuerzeitpunkt der Rückkopplungssteuerung nicht aktualisiert wurde, und ansonsten den durch das erste Drehphasendetektionsmittel (114) detektierten Drehphasenwert verwendet, um die Rückkopplungssteuerung durchzuführen.
Steuervorrichtung des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in der Brennkraftmaschine (101) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (114) feststellt, ob eine Drehzahl der Kurbelwelle, die auf der Basis eines Signals vom Kurbelwinkelsensor (117) detektiert wird, in einem äußerst niedrigen Drehbereich liegt, in dem eine Rückwärtsdrehung wahrscheinlich auftritt, und wenn festgestellt wird, dass die Drehzahl im äußerst niedrigen Drehbereich liegt, ermöglicht, dass die Drehphasendetektion durch das zweite Drehphasendetektionsmittel (114) durchgeführt wird.
Steuervorrichtung des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in der Brennkraftmaschine (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (114) den durch das erste Drehphasendetektionsmittel (114) detektierten Drehphasenwert verwendet, um eine Rückkopplungssteuerung durchzuführen, wenn eine Detektionsperiode der Drehphase des ersten Drehphasendetektionsmittels (114) unter einer Steuerperiode des variablen Ventilzeitsteuermechanismus liegt.
Steuervorrichtung des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in der Brennkraftmaschine (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Kettenrad (1), das sich mit der Kurbelwelle (120) dreht, und die Nockenwelle (134) konzentrisch angeordnet sind; der Aktuator (12) aus einem Elektromotor (12) mit einer Motorwelle (13), die konzentrisch zum Kettenrad (1) und zur Nockenwelle (134) angeordnet ist, und einem Motorhauptkörper mit einem Stator, der sich einteilig mit dem Kettenrad (1) dreht, besteht; und das Steuermittel (114) die Drehphase durch Übertragen der Drehung der Motorwelle (13) auf die Nockenwelle (134) über das Untersetzungsgetriebe (8), um die Nockenwelle (134) in Bezug auf das Kettenrad (1) relativ zu drehen, ändert.
Steuervorrichtung des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in der Brennkraftmaschine (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (114) eine Rückkopplungssteuerung zum Steuern der Drehphase nach dem Stoppen zum Annähern an eine Zieldrehphase für das Starten auf der Basis der Drehphase, die durch das zweite Drehphasendetektionsmittel (114) während des Kraftmaschinenstoppprozesses (101) detektiert wird, durchführt.
Steuervorrichtung des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in der Brennkraftmaschine (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (114) eine Zieldrehphase eines Einlassventils (105) beim Nicht-Starten auf einen Wert für einen Spiegelzyklusbetrieb setzt und die Zieldrehphase für das Starten auf einen Wert näher an einem unteren Einlasstotpunkt als die Zieldrehphase für das Nicht-Starten für das Kraftmaschinenventil setzt.
Steuervorrichtung des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in der Brennkraftmaschine (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drehphasendetektionsmittel (114) in einer Form ausgebildet ist, in der jeder der Abschnitte, die in mehrere Stücke in einer Umfangsrichtung der Drehwelle (13) an einem detektierten Abschnitt (201A) unterteilt sind, der an einem Endabschnitt der Drehwelle (13) des Aktuators (12) befestigt ist, in der Drehposition kontinuierlich durch die Drehwinkeldetektionseinheit (201A), die an der Außenseite des detektierten Abschnitts (201A) angeordnet ist, detektiert werden kann.
Steuervorrichtung des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in der Brennkraftmaschine (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelwinkelsensor (117) ein Drehsignal ausgibt, dessen Impulsbreite sich zwischen der Vorwärtsdrehung und der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle (120) unterscheidet, und das Vorwärtsdrehungs- und Rückwärtsdrehungsdetektionsmittel (114) die Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung gemäß der Impulsbreite detektiert.
Steuerverfahren eines variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in einer Brennkraftmaschine (101), das die folgenden Schritte umfasst: Detektieren eines Drehwinkels einer Kurbelwelle (120) und eines Drehwinkels einer Nockenwelle (134) zum Öffnen und Schließen eines Kraftmaschinenventils; Detektieren einer Drehphase der Nockenwelle (134) in Bezug auf die Kurbelwelle (120) als erste Drehphase auf der Basis von jeweiligen Signalen des Drehwinkels der Kurbelwelle (120) und des Drehwinkels der Nockenwelle (134) zum Öffnen und Schließen eines Kraftmaschinenventils; und Antreiben eines Aktuators (12), der die Nockenwelle (134) in Bezug auf die Kurbelwelle (120) relativ dreht und die erste Drehphase ändern kann, und Durchführen einer Rückkopplungssteuerung zum Steuern der Drehphase zur Annäherung an einen Zielwert auf der Basis des detektierten Werts der Drehphase, und ferner mit den folgenden Schritten: Bestimmen und Detektieren einer Vorwärtsdrehung und einer Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle (120); Detektieren eines Drehbetätigungsausmaßes, einschließlich der Drehrichtung, des Aktuators (12) mit einer Frequenz, die höher ist als eine Frequenz der Detektion der ersten Drehphase; und Detektieren einer Drehphase der Nockenwelle (134) als zweite Drehphase mit einer Frequenz, die höher ist als eine Frequenz der erste Drehphase, auf der Basis des Detektionsergebnisses der Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle (120) und des Drehbetätigungsausmaßes, einschließlich der Drehrichtung, des Aktuators (12).
Steuerverfahren des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in der Brennkraftmaschine (101) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Durchführens einer Rückkopplungssteuerung zum Steuern der Drehphase zum Annähern an einen Zielwert den Schritt der Verwendung des detektierten Werts der zweiten Drehphase zum Durchführen der Rückkopplungssteuerung, wenn die Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle (120) detektiert wird oder wenn der detektierte Wert der ersten Drehphase vom vorherigen Wert zum Steuerzeitpunkt der Rückkopplungssteuerung nicht aktualisiert wurde, und ansonsten der Verwendung des detektierten Werts der ersten Drehphase zum Durchführen der Rückkopplungssteuerung umfasst.
Steuerverfahren des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in der Brennkraftmaschine (101) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Durchführens der Rückkopplungssteuerung zum Steuern der Drehphase zum Annähern an einen Zielwert den Schritt des Feststellens, ob eine Drehzahl der Kurbelwelle, die auf der Basis eines Signals vom Kurbelwinkelsensor (117) detektiert wird, in einem äußerst niedrigen Drehbereich liegt, in dem eine Rückwärtsdrehung wahrscheinlich auftritt, und wenn festgestellt wird, dass die Drehzahl sich im äußerst niedrigen Drehbereich befindet, des Durchführens der Detektion der zweiten Drehphase umfasst.
Steuerverfahren des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in der Brennkraftmaschine (101) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Durchführens der Rückkopplungssteuerung zum Steuern der Drehphase zur Annäherung an einen Zielwert den Schritt des Verwendens des ersten detektierten Drehphasenwerts, um eine Rückkopplungssteuerung durchzuführen, wenn eine Detektionsperiode der ersten Drehphase unter einer Steuerperiode des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) liegt, umfasst.
Steuerverfahren des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in der Brennkraftmaschine (101) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Kettenrad (1), das sich mit der Kurbelwelle (120) dreht, und die Nockenwelle (134) konzentrisch angeordnet sind; der Aktuator (12) aus einem Elektromotor (12) mit einer Motorwelle (13), die konzentrisch zum Kettenrad (1) und zur Nockenwelle (134) angeordnet ist, und einem Motorhauptkörper mit einem Stator, der sich einteilig mit dem Kettenrad (1) dreht, besteht; und der Schritt des Durchführens einer Rückkopplungssteuerung zum Steuern der Drehphase zum Annähern an einen Zielwert den Schritt des Änderns der Drehphase durch Übertragen der Drehung der Motorwelle (12) auf die Nockenwelle (134) über ein Untersetzungsgetriebe (8), um die Nockenwelle (134) in Bezug auf das Kettenrad (1) relativ zu drehen, umfasst.
Steuerverfahren des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in der Brennkraftmaschine (101) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Durchführens der Rückkopplungssteuerung zum Steuern der Drehphase zum Annähern an einen Zielwert den Schritt des Durchführens der Rückkopplungssteuerung so, dass die Drehphase nach dem Stoppen sich einer Zieldrehphase für das Starten nähert, auf der Basis des detektierten Werts der zweiten Drehphase während des Kraftmaschinenstoppprozesses (101) umfasst.
Steuerverfahren des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in der Brennkraftmaschine (101) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Durchführens der Rückkopplungssteuerung zum Steuern der Drehphase zum Annähern an einen Zielwert den Schritt des Festlegens einer Zieldrehphase eines Einlassventils (105) beim Nicht-Starten auf einen Wert für einen Spiegelzyklusbetrieb und des Festlegens der Zieldrehphase für das Starten auf einen Wert näher an einem unteren Einlasstotpunkt als die Zieldrehphase für das Nicht-Starten für das Kraftmaschinenventil umfasst.
Steuerverfahren des variablen Ventilzeitsteuermechanismus (113) in der Brennkraftmaschine (101) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmens und Detektierens der Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle (120) den Schritt, dass der Kurbelwinkelsensor (117) ein Drehsignal ausgibt, dessen Impulsbreite sich zwischen der Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle (120) unterscheidet, und des Detektierens der Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung gemäß der Impulsbreite umfasst.