可變閥定時裝置的相位控制裝置以及相位控制方法
【專利摘要】本發明涉及可變閥定時裝置的相位控制裝置以及相位控制方法。本發明獲得可變閥定時裝置的相位控制裝置等，在內燃機的旋轉波動較大、內燃機反向旋轉的低轉速區域，對暫時無法正確運算的凸輪軸相位角的提前角量、延遲角量進行限制，此外，在若是進氣側，則凸輪固定于提前角側，若是排氣側，則凸輪固定于延遲角側的情況下，能正確地計算出提前角量、延遲角量。根據檢測到的曲柄角度位置以及凸輪角度位置計算出用于對閥定時變更機構進行控制的凸輪軸相位角，根據內燃機的轉速、并且當在進氣閥側的情況下，計算出的凸輪軸相位角出現在提前角側，在排氣閥側的情況下，該凸輪軸相位角出現在延遲角側時，對計算出的凸輪軸相位角進行更新限制。
【專利說明】可變閥定時裝置的相位控制裝置以及相位控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及閥定時調整裝置的相位控制裝置等，其用于根據發動機的運行狀況來調整進氣閥和排氣閥的一方或者雙方的開關定時。
【背景技術】
[0002]近年來，在裝載在車輛上的內燃機中，為了達到提高燃料消耗效率、減少排氣排放物等目的，通常采用進氣閥、排氣閥的閥定時可變的可變閥定時裝置。目前，可變閥定時裝置較多的是通過改變凸輪軸相位角(凸輪軸相對于曲柄軸的旋轉相位)，來改變利用凸輪軸進行開關驅動的進氣閥、排氣閥的閥定時。
[0003]為了改變閥定時，需要檢測出凸輪軸相位角(凸輪軸相對于曲柄軸的旋轉相位)，作為檢測方法具有如下方法:即，根據曲柄角信號輸入與凸輪角信號輸入之間的時間差、和最近的曲柄角信號輸入周期，來進行曲柄角度換算，從而求得該凸輪軸相位角。對于凸輪軸相位角的檢測而言，為了檢測出致動器的固定等故障狀態，需要在發動機轉速的整個區域內進行檢測。然而，發動機處于低轉速區域時，旋轉波動較大，并且在發動機即將停止前有可能會產生反向旋轉，若根據所述的曲柄角信號與凸輪角信號來進行運算，則有可能檢測到錯誤的凸輪軸相位角。
[0004]作為即使在所述的低轉速區域也能檢測出凸輪軸相位角的方法，提出了如下方案:即，在下述專利文獻I所記載的內燃機的可變閥定時控制裝置中，低轉速區域時，減小用于進行凸輪軸相位角檢測的區間(曲柄角度)來進行檢測，從而實施凸輪軸相位角檢測。
現有技術文獻 專利文獻
[0005]專利文獻1:日本專利特開2006-112385號公報
【發明內容】
發明所要解決的技術問題
[0006]然而，當發動機發生反向旋轉時，即使使用上述專利文獻I的方法、即減小用于進行上述的凸輪軸相位角檢測的區間(曲柄角度)并進行檢測，也無法正確地檢測出曲柄間角度，因此會檢測到錯誤的凸輪軸相位角。由于檢測到錯誤的凸輪軸相位角，因此具有如下問題，即，基于凸輪軸相位角的控制無法如設計意圖那樣進行動作。
[0007]本發明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于提供可變閥定時裝置的相位控制裝置等，該可變閥定時裝置的相位控制裝置在內燃機的旋轉波動較大、內燃機反向旋轉的低轉速區域，對暫時無法正確運算的凸輪軸相位角的提前角量、延遲角量進行限制，此夕卜，在若是進氣側，則凸輪固定于提前角側，若是排氣側，則凸輪固定于延遲角側的情況下，能正確地計算出提前角量、延遲角量。
解決技術問題所采用的技術方案
[0008]本發明是對內燃機的可變閥定時裝置的閥定時變更機構進行控制，以對進氣閥以及排氣閥的至少一方的閥定時進行變更、從而變更閥重疊量的可變閥定時裝置的相位控制裝置，其特征在于，包括:曲柄角度位置檢測部，該曲柄角度位置檢測部檢測出內燃機的曲柄角度位置；凸輪角度位置檢測部，該凸輪角度位置檢測部檢測出內燃機的凸輪角度位置；內燃機轉速計算部，該內燃機轉速計算部根據所述曲柄角度位置檢測部的檢測結果，來計算出內燃機的轉速；凸輪軸相位角計算部，該凸輪軸相位角計算部根據由所述曲柄角度位置檢測部以及所述凸輪角度位置檢測部所檢測到的曲柄角度位置以及凸輪角度位置，來計算出用于對所述閥定時變更機構進行控制的凸輪軸相位角；以及凸輪軸相位角控制部，根據內燃機的轉速、并且當在進氣側的情況下，由所述凸輪軸相位角計算部計算出的凸輪軸相位角出現在提前角側，在排氣側的情況下，該凸輪軸相位角出現在延遲角側時，該凸輪軸相位角控制部對計算出的凸輪軸相位角進行更新限制。
發明效果
[0009]本發明提供可變閥定時裝置的相位控制裝置等，在內燃機的旋轉波動較大，內燃機反向旋轉的低轉速區域，對暫時無法正確運算的凸輪軸相位角的提前角量、延遲角量進行限制，此外，在若是進氣側，則凸輪固定于提前角側，若是排氣側，則凸輪固定于延遲角側的情況下，能正確地計算出提前角量、延遲角量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是設置有閥定時變更機構的內燃機的控制系統的簡要結構圖，該閥定時變更機構包括本發明的一個實施方式的可變閥定時裝置的相位控制裝置。
圖2是用于說明本發明的可變閥定時裝置的相位控制裝置的控制動作的時序圖。
圖3是表示本發明的可變閥定時裝置的相位控制裝置中的處理步驟的一個示例的動作流程圖。
圖4是表示本發明的可變閥定時裝置的相位控制裝置中的處理步驟的其他示例的動作流程圖。
圖5是用于說明凸輪軸相位角(凸輪軸相對于曲柄軸的旋轉相位)的計算方法的時序圖。
【具體實施方式】
[0011]首先，利用圖5對普通的凸輪軸相位角的計算方法進行簡單說明。另外，圖5是對進氣側的說明，但排氣側與進氣側相反、將提前角與延遲角替換來考慮即可，因此省略說明。Θ T表示相對于輸入相位檢測用凸輪信號后的最初的曲柄角信號[degCA]的基準角度的相位角(旋轉角)。Θ A表示曲柄角信號[degCA]之間的相位角(旋轉角)。T表示隔著相位檢測用凸輪信號的曲柄角信號之間的時間。t表示相位檢測用凸輪信號與輸入相位檢測用凸輪信號后的最初的曲柄角信號之間的時間。使用上述值，根據下式(I)檢測出凸輪軸相位角。
[0012]凸輪軸相位角=eT-(0AXt/T) (I)
[0013]如上式(I)所示，根據隔著相位檢測用凸輪信號的曲柄角信號之間的時間Τ、以及相位檢測用凸輪信號與輸入相位檢測用凸輪信號后的最初的曲柄角信號之間的時間t，來進行曲柄角度換算，從而檢測出凸輪軸相位角。[0014]然而，如上所述，當發動機發生反向旋轉時，以往即使減小用于進行凸輪軸相位角檢測的區間(曲柄角度)并進行檢測，也無法正確地檢測出曲柄間角度，因此會檢測到錯誤的凸輪軸相位角。
[0015]本發明中，為了解決上述那樣的問題，在發動機發生反向旋轉的低轉速區域，由于在進氣側無法確保向提前角側(在排氣側的情況下是延遲角側，以下相同)動作的液壓，因此凸輪軸相位角不會向提前角側動作。因此，在無法確保使液壓致動器工作的液壓的轉速區域中，在凸輪軸相位角運算值更新為提前角側的情況下，無法正確計算出凸輪軸相位角的可能性較高，因此通過使朝凸輪軸相位角的提前角側的更新延遲，或者對朝提前角側的更新設置上限，從而使該凸輪軸相位角運算值處于與實際的凸輪軸相位角接近的狀態，消除上述問題。
[0016]下面，使用附圖并按照各實施方式來對本發明的可變閥定時裝置的相位控制裝置等進行說明。另外，在各實施方式中，對相同或相當部分以相同標號進行表示，并省略重復說明。此外，為了便于說明，以下對進氣側的情況進行說明，但本發明適用于進氣側與排氣側雙方，對于排氣側、通過將進氣側的說明中的提前角替換成延遲角即可實現。
[0017]實施方式I
圖1表示具有閥定時變更機構的內燃機的控制系統的簡要結構，該閥定時變更機構包括本發明的一個實施方式的可變閥定時裝置的相位控制裝置。各個氣缸100(僅圖示了 I個氣缸)內，由在其內部往復運動的活塞101形成了燃燒室100a，在燃燒室IOOa上部的氣缸蓋上設置有火花塞102，其前端面向燃燒室IOOa內。各個氣缸100與將進氣導入到燃燒室IOOa的進氣管103、以及用于從燃燒室IOOa排放燃燒氣體的排氣管104相連接。在進氣管103向燃燒室IOOa開口的進氣端口處設置有進氣閥117，此外，在排氣管104向燃燒室IOOa開口的排氣端口處設置有排氣閥118。
[0018]進氣管103內設置有用于對提供給燃燒室IOOa的進氣量進行控制的節流閥108，該節流閥108的開度由在其附近安裝于進氣管103上的節流開度檢測傳感器112來檢測。此外，在進氣管103內，在節流閥108的下游側設置有用于向進氣管103提供燃料的燃料噴射閥105、以及用于檢測進氣管103內的壓力的壓力傳感器113。并且，氣缸100安裝有用于檢測發動機冷卻水的溫度的水溫傳感器107，排氣管104設置有檢測排氣中的氧濃度的氧傳感器106。
[0019]此外，在進氣閥117以及排氣閥118的上方，配置有用于對各個閥進行開關驅動的進氣凸輪軸115以及排氣凸輪軸119，其中，該進氣凸輪軸115設有凸輪115b，該排氣凸輪軸119設有凸輪119b，在進氣凸輪軸115以及排氣凸輪軸119上安裝有進氣側同步滑輪(timing pulley) 120以及排氣側同步滑輪119a。進氣側同步滑輪120以及排氣側同步滑輪119a經由未圖示的同步帶(timing belt)與曲柄軸116工作連結,該曲柄軸116經由活塞桿116a與各個氣缸100內的活塞101相連結，因此進氣凸輪軸115以及排氣凸輪軸119與曲柄軸116的旋轉同步地被旋轉驅動。
[0020]進氣凸輪軸115的端面上連結有利用內燃機的潤滑油來驅動的液壓致動器(VVTACT)114，液壓致動器114變更進氣閥117的閥開關定時。即，液壓致動器114通過改變進氣凸輪軸115相對于進氣側同步滑輪120的位移角度，從而連續地變更進氣閥117的閥開關定時。凸輪角度位置檢測傳感器111對進氣凸輪軸115的凸輪角度位置進行檢測。[0021]油控制閥(OCV) 121在向液壓致動器114提供工作油的同時調整工作油的油量，驅動液壓致動器114以變更進氣閥117的開關定時。另外，如上所述，圖1示出了僅變更進氣側的閥定時的系統，但變更排氣側的閥定時的系統也具有相同結構。
[0022]曲柄軸116上固定有旋轉板116b，該旋轉板116b在外周設有凹凸，此外，利用接近該旋轉板116b并與其外周部相對配置的曲柄角度位置檢測傳感器110檢測出旋轉板116b外周的凹凸，從而檢測出曲柄軸116的旋轉位置(曲柄角度位置)以及內燃機的轉速(下面，稱為發動機轉速)。曲柄角度位置檢測傳感器110、節流開度檢測傳感器112、壓力傳感器113、進入空氣量檢測傳感器(未圖示)、氧傳感器106、水溫傳感器107等各種傳感器的輸出信號被輸入到發動機控制裝置(下面，稱為E⑶)122，E⑶122根據這些信息來檢測出內燃機的運行狀態，并根據所檢測到的內燃機運行狀態來對火花塞102、燃料噴射閥105、油控制閥121等進行控制。
[0023]圖2表示用于說明本發明的可變閥定時裝置的相位控制裝置的控制動作的時序圖。此處，圖2是表示進氣側的圖。排氣側僅是提前角與延遲角相反，因此省略說明。(a)的T201表示了發動機轉速(內燃機轉速)隨時間的變化。(b)的T202表示根據T201所示的發動機轉速、并按照凸輪軸相位角檢測方法所計算得出的凸輪軸相位角隨時間的變化。凸輪軸相位角的計算中，為了檢測出液壓致動器114的固定等，即便在轉速處于低轉速區域(在即將停止前也可能發生反向旋轉)的情況下也持續計算。
[0024]然而，如T203所示，在發動機即將停止前可能發生反向旋轉，在利用上述式(I)來運算凸輪軸相位角的情況下，無法正確進行運算，由此成為提前角側的運算結果。此處，如T203所示，在低轉速區域計算出向提前角側(進氣側的情況下)的運算結果時，無法正確地運算的可能性較高，并且在低轉速區域中凸輪軸相位角在提前角側不進行動作，因此如圖T204所示，設置了發動機的規定的閥值轉速，在發動機轉速在閥值轉速T204以下的情況下，若凸輪軸相位角的檢測是提前角側，則通過在更新凸輪軸相位角時進行濾波處理來延遲更新(參照T205)。通過使提前角側的更新延遲，能夠限制凸輪軸相位角的更新量。此夕卜，也可以通過對相位的更新量設置上限，來限制凸輪軸相位角的更新量。如上所述，通過限制凸輪軸相位角的更新量，能在與實際的相位角接近的角度下進行更新。
[0025]圖3是本發明的可變閥定時裝置的相位控制裝置的動作流程圖的一個示例。本控制動作利用ECU122來進行。圖3是進氣側的說明，但排氣側通過將進氣側的說明中的提前角替換成延遲角即可實現。另外，本動作表示了每個規定的曲柄角度位置(例如，BTDC75。CA)的處理。
[0026]首先，步驟S301中，利用曲柄角度位置檢測傳感器110檢測出曲柄角度位置檢測信號SGT。即，輸入來自曲柄角度位置檢測傳感器110的曲柄角度位置檢測信號SGT，從而獲得曲柄角度位置。
接著，在步驟S302中，利用凸輪角度位置檢測傳感器111檢測出凸輪角度位置檢測信號SGC。即，輸入來自凸輪角度位置檢測傳感器111的凸輪角度位置檢測信號SGC，從而獲得凸輪角度位置。
接著，在步驟S303中，根據步驟S301中檢測到的曲柄角度位置檢測信號SGT來計算發動機轉速Ne。
[0027]接著，在步驟S304中，根據檢測到的曲柄角度位置以及凸輪角度位置、并按照上述式(I)，計算出用于對閥定時變更機構的油控制閥121進行控制的凸輪軸相位角。
[0028]接著，在步驟S305中，判定步驟S303中計算出的發動機轉速Ne是否在判定值NI以下。判定值NI設為成為低轉速區域的規定的發動機轉速，該低轉速區域中無法確保使液壓致動器114工作的液壓。若判定發動機轉速Ne在判定值NI以下，則前進至步驟S306。
在步驟S306中，判定計算出的凸輪軸相位角是否出現在提前角側。若凸輪軸相位角出現在提前角側，則前進至步驟S307。
[0029]接著，在步驟S307中，利用下式(2)進行濾波處理。
[0030](上一次)凸輪軸相位角X系數K+(本次)凸輪軸相位角X(1-系數K) (2)
[0031]式(2)是具有系數K(0≤K≤I)的濾波運算式。是通過在O以上I以下的范圍內變更系數K，從而確定將重點放在上一次的凸輪軸相位角或者本次的凸輪軸相位角的某一個來進行處理的普通的濾波運算式。在步驟S307中，由于本次檢測到的凸輪軸相位角無法正確地運算的可能性較高，因此通過將系數K設定為接近I的值，從而來延遲本次檢測到的凸輪軸相位角的反映。該系數K例如根據發動機轉速(發動機轉速越低，則越大)來進行變更。
[0032]另一方面，在步驟S306中，當凸輪軸相位角未出現在提前角側時，則前進至步驟S308。
在步驟S308中，將上述式(2)的系數K設定為O。系數K設定為O是指不進行濾波處理，意味著在凸輪軸相位角的更新中不使用上一次的凸輪軸相位角的值。
[0033]此外，在步驟S305中，當判定為發動機轉速大于判定值NI時，前進至步驟S309。 在步驟S309中，與步驟S308的說明相同，系數K設定為O。
于是，在步驟S310中，使用在步驟S307到步驟S309中設定的濾波系數，進行凸輪軸相位角的更新。并且，根據這些被更新的凸輪軸相位角，對油控制閥121進行控制。
[0034]圖4是本發明的可變閥定時裝置的相位控制裝置的動作流程圖的其他示例。本控制動作利用ECU122來進行。與圖3相同，圖4是進氣側的說明，但排氣側通過將進氣側的說明中的提前角替換成延遲角，也可實現排氣側。另外，本動作也表示了每個規定的曲柄角度位置(例如，BTDC75。CA)的處理。
[0035]從步驟S401到S405的處理與圖3的從步驟S301到S305的處理相同，因此省略說明。
[0036]步驟S406中，判定計算出的凸輪軸相位角是否出現在提前角側。若凸輪軸相位角出現在提前角側，則前進至步驟S407。
在步驟S407中，將計算出的凸輪軸相位角與預先設定的上限值Kl進行比較，將較小的一方作為本次的凸輪軸相位角。另外，上限值Kl設定為接近實際的凸輪軸相位角的角度。
另一方面，在步驟S406中，當凸輪軸相位角未出現在提前角側時，將檢測到的值設為本次的凸輪軸相位角。
[0037]并且，在步驟S405中，當判定發動機轉速大于判定值NI時，也將檢測到的值設為本次的凸輪軸相位角。
并且，根據這些被更新的凸輪軸相位角，對油控制閥121進行控制。
[0038]另外，液壓致動器114、進氣凸輪軸115、凸輪115b、進氣閥117、排氣閥118、排氣凸輪軸119、排氣側同步滑輪119a、凸輪119b、進氣側同步滑輪120、油控制閥121構成可變閥定時裝置，
液壓致動器114、油控制閥121構成閥定時變更機構(114、121)，
ECU122、曲柄角度位置檢測傳感器110、凸輪角度位置檢測傳感器111等構成相位控制
裝置，
曲柄角度位置檢測傳感器110、ECU122中的步驟S301、S401構成曲柄角度位置檢測部，凸輪角度位置檢測傳感器11UECU122中的步驟S302、S402構成凸輪角度位置檢測部，ECU122中的步驟S303、S403構成內燃機轉速計算部，ECU122中的步驟S304、S404構成凸輪軸相位角計算部，ECU122中的步驟S305-S310、S405-S407構成凸輪軸相位角控制部。
[0039]根據以上詳細說明的本實施方式，能獲得可變閥定時裝置的相位控制裝置等，該可變閥定時裝置的相位控制裝置在凸輪軸相位角檢測中，在發動機可能反向旋轉的低轉速區域，若是暫時無法正確運算的凸輪軸相位角的進氣側，則限制提前角量，若是排氣側，則限制延遲角量，此外，在凸輪固定于提前角側(延遲角側)的情況下，能正確地檢測到提前角量(延遲角量)。
標號說明
[0040]100氣缸、IOOa燃燒室、101活塞、102火花塞、103進氣管、104排氣管、105燃料噴射閥、106氧傳感器、107水溫傳感器、108節流閥、110曲柄角度位置檢測傳感器、111凸輪角度位置檢測傳感器、112節流開度檢測傳感器、113壓力傳感器、114液壓致動器、115進氣凸輪軸、115b凸輪、116曲柄軸、116a活塞桿、116b旋轉板、117進氣閥、118排氣閥、119排氣凸輪軸、119a排氣側同步滑輪、119b凸輪、120進氣側同步滑輪、121油控制閥、122 ECU。
【權利要求】
1.一種可變閥定時裝置的相位控制裝置，對內燃機的可變閥定時裝置的閥定時變更機構進行控制，以對進氣閥以及排氣閥的至少一方的閥定時進行變更、從而變更閥重疊量，其特征在于，包括: 曲柄角度位置檢測部，該曲柄角度位置檢測部檢測出內燃機的曲柄角度位置； 凸輪角度位置檢測部，該凸輪角度位置檢測部檢測出內燃機的凸輪角度位置； 內燃機轉速計算部，該內燃機轉速計算部根據所述曲柄角度位置檢測部的檢測結果，來計算出內燃機的轉速； 凸輪軸相位角計算部，該凸輪軸相位角計算部根據由所述曲柄角度位置檢測部以及所述凸輪角度位置檢測部所檢測到的曲柄角度位置以及凸輪角度位置，來計算出用于對所述閥定時變更機構進行控制的凸輪軸相位角；以及 凸輪軸相位角控制部，根據內燃機的轉速、并且當在進氣側的情況下，由所述凸輪軸相位角計算部計算出的凸輪軸相位角出現在提前角側，在排氣側的情況下，該凸輪軸相位角出現在延遲角側時，該凸輪軸相位角控制部對計算出的凸輪軸相位角進行更新限制。
2.如權利要求1所述的可變閥定時裝置的相位控制裝置，其特征在于， 所述凸輪軸相位角控制部對由所述凸輪軸相位角計算部所計算出的凸輪軸相位角進行一階延遲濾波處理，并更新凸輪軸相位角，該一階延遲濾波處理使用根據內燃機轉速而變更的濾波系數。
3.如權利要求1所述的可變閥定時裝置的相位控制裝置，其特征在于， 所述凸輪軸相位角控制部對根據內燃機轉速、由所述凸輪軸相位角計算部所計算出的凸輪軸相位角設置上限，從而進行更新。
4.一種可變閥定時裝置的相位控制方法,對內燃機的可變閥定時裝置的閥定時變更機構進行控制，以對進氣閥以及排氣閥的至少一方的閥定時進行變更、從而變更閥重疊量，其特征在于，包括: 檢測內燃機的曲柄角度位置的工序； 檢測內燃機的凸輪角度位置的工序； 根據檢測到的曲柄角度位置計算出內燃機的轉速的工序； 根據檢測到的曲柄角度位置以及凸輪角度位置，來計算出用于對所述閥定時變更機構進行控制的凸輪軸相位角的工序；以及 根據內燃機的轉速、并且當在進氣閥側的情況下，計算出的凸輪軸相位角出現在提前角側，在排氣閥側的情況下，該凸輪軸相位角出現在延遲角側時，對計算出的凸輪軸相位角進行更新限制的工序。
【文檔編號】F02D13/02GK103835817SQ201310594358
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2012年11月22日
【發明者】井辻翔太, 川上剛史 申請人:三菱電機株式會社