用于電相位器的致動器軸的位置控制和校準方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及檢測包括電可變凸輪相位器的內燃機中的凸輪軸的位置，更具體而言，涉及用于具有反饋回路的電操作凸輪相位器的致動器軸的位置控制系統以及校準方法。
【背景技術】
[0002]用于凸輪定相系統的電相位器的操作是如此，使得太陽齒輪或行星齒輪架是固定的，環形齒輪和其它構件與凸輪軸一起旋轉，凸輪軸通過齒輪、帶或鏈系統被曲軸驅動。一種控制方法是使用被安裝在曲軸上的第一位置傳感器和被安裝在凸輪軸上的第二位置傳感器。在凸輪旋轉之后，凸輪的角度位置可通過電子控制單元(ECU)計算，信號可被發送以移動固定構件，從而調節凸輪的相位器角度，例如，參見美國專利第5，680，837號。在美國專利第7，640，907號和美國專利第7，243，627號中可了解到其他控制系統。
[0003]美國公開專利申請第2012/0053817號公開了一種用于檢測內燃機中的凸輪軸的位置的方法，該內燃機具有凸輪軸相位器，該凸輪軸相位器用于可控制地改變內燃機的曲軸和凸輪軸之間的相位關系；其中，凸輪軸相位器由電動馬達致動，包括具有預定齒輪減速比的齒輪減速機構以及用于確定電動馬達的旋轉位置的旋轉位置裝置。該方法包括以下步驟:通過使用旋轉位置裝置產生表示電動馬達的旋轉位置的旋轉位置信號，以確定電動馬達的旋轉位置；和基于旋轉位置信號和齒輪減速機構的齒輪減速比計算凸輪軸的位置。旋轉位置裝置包括三個霍爾效應傳感器、一個被設置在馬達定子中的三個電繞組的每個之間的傳感器，用于產生表示轉子的旋轉位置的旋轉位置信號。所公開的申請聲稱此方法也可被用來甚至在每分鐘轉數(RPM)為零時檢測轉子的位置，只要發動機控制模塊(ECM)仍被通電。此發明進一步聲稱，通過對應于所附接的諧波齒輪傳動單元的數學方程，使用霍爾效應傳感器確定凸輪軸的位置消除了對用于確定凸輪軸的位置的單獨傳感器的需要。盡管所公開的配置可適用于預期目的，但傳感器配置的復雜性增加了馬達的成本且潛在地導致了有關組件簡單性和/或被組裝的馬達系統的初始化的問題。
【發明內容】
[0004]期望在內燃機最初起動之前，知道齒輪減速傳動系的固定構件的位置或固定構件的致動器軸的位置。期望通過凸輪相位器的低成本簡單組件能夠確定齒輪減速傳動系的固定構件的位置或固定構件的致動器軸的位置，該低成本簡單組件與齒輪減速傳動系的固定構件或固定構件的致動器軸相互作用。期望在發動機旋轉之前，使凸輪移動到新位置上，用于改變發動機和車輛的狀況以改善啟動(時間和刺耳聲)并減少排放。因此，知道固定凸輪軸構件的位置允許在最初發動機起動之前對凸輪精確地進行重新定位。
[0005]—種用于控制具有凸輪軸相位器的內燃機中的凸輪軸的角度位置的裝置和方法，該凸輪軸相位器用于可控制地改變內燃機的曲軸和凸輪軸之間的相位關系。凸輪軸相位器可由具有致動器軸的電動馬達致動，該電動馬達通過具有固定調節構件的齒輪減速傳動系操作，該固定調節構件在需要相位變化調節時旋轉。傳感器可產生對應于齒輪減速驅傳動系的固定調節構件的角度位置的信號。發動機控制單元可基于所產生的信號，通過電動馬達的操作來調節凸輪軸的位置，以使固定調節構件旋轉，所產生的該信號對應于固定調節構件的角度位置。
[0006]一種方法可控制具有凸輪軸相位器的內燃機中的凸輪軸的角度位置，該凸輪軸相位器用于可控制地改變內燃機的曲軸和凸輪軸之間的相位關系。凸輪軸相位器可由具有致動器軸的電動馬達致動，該電動馬達通過具有固定調節構件的齒輪減速傳動系操作，該固定調節構件在需要相位變化調節時旋轉。可利用傳感器產生對應于齒輪減速傳動系的固定調節構件的角度位置的信號，且發動機控制單元可基于所產生的信號，通過電動馬達的操作來調節凸輪軸的位置，以使固定調節構件旋轉，所產生的該信號對應于固定調節構件的角度位置。
[0007]—種方法可控制具有凸輪相位器的內燃機中的凸輪軸的角度位置，該凸輪軸相位器用于可控制地改變內燃機的曲軸和凸輪軸之間的相位關系。凸輪相位器可以由具有致動器軸的電動馬達來致動，該電動馬達通過具有固定調節構件的齒輪減速傳動系來操作，該固定調節構件在需要相位變化調節時旋轉。可通過如下方式在運行內燃機的同時控制固定構件的位置:響應于凸輪相位調節信號指令固定構件朝某位置移動；朝該指令位置調節固定構件的位置；接收固定構件位置傳感器信號；和確定固定部件是否位于指令位置上。如果不位于指令位置上，則該方法可繼續朝該指令位置移動。如果位于指令位置上，則該方法可接收凸輪軸位置傳感器信號和曲軸位置傳感器信號，確定該固定構件位置傳感器信號、凸輪軸位置傳感器信號和曲軸位置傳感器信號是否相互一致。如果相互一致，則該方法可等待另一個凸輪相位調節指令。如果相互不一致，則該方法可重新校準固定調節構件的位置并繼續使固定調節構件朝指令位置移動。
[0008]通過結合附圖閱讀下面對實施本發明的最佳模式進行的說明，本發明的其他應用對于本領域的技術人員來說將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0009]文中的描述參照附圖進行，其中相同的參考數字標記表示這些視圖中的類似部件，且其中:
[0010]圖1是具有致動器位置環的電相位器控制器圖的示意圖，該致動器位置環用于相位器位置控制系統和校準方法中的齒輪減速傳動系的固定構件；
[0011]圖2是用于電相位器的致動器軸的位置控制系統的簡化橫截面視圖；
[0012]圖3A是具有固定構件的齒輪減速傳動系的簡化示意圖，該固定構件具有傳感器，傳感器產生對應于固定構件的位置的信號給電子控制單元，用于控制被連接到固定構件上的電動馬達，以調節凸輪軸相位位置，其中，固定構件是太陽齒輪；
[0013]圖3B是具有固定構件的齒輪減速傳動系的簡化示意圖，該固定構件具有傳感器，傳感器產生對應于固定構件的位置的信號給電子控制單元，用于控制被連接到固定構件上的電動馬達，以調節凸輪軸相位位置，其中，固定構件是行星齒輪架；
[0014]圖3C是具有固定構件的齒輪減速傳動系的簡化示意圖，該固定構件具有傳感器，傳感器產生對應于固定構件的位置的信號給電子控制單元，用于控制被連接到固定構件上的電動馬達，以調節凸輪軸相位位置，其中，固定構件是環形齒輪；
[0015]圖4是簡化控制圖，用于通過來自于固定構件的位置反饋信號朝指令位置驅動齒輪減速傳動系的固定構件；
[0016]圖5是簡化控制圖，用于在不運行內燃機時校準齒輪減速傳動系的固定構件；
[0017]圖6是簡化控制圖，用于在運行內燃機時校準齒輪減速傳動系的固定構件；以及
[0018]圖7是簡化控制圖，用于通過來自于固定構件的位置反饋信號、來自于凸輪軸傳感器和曲軸傳感器的反饋信號驅動齒輪減速傳動系的固定構件朝指令位置移動，固定構件限定內控制環，凸輪軸傳感器和曲軸傳感器限定外控制環，外控制環用于在內燃機運行時校準固定構件的位置。
【具體實施方式】
[0019]現在參考圖1-圖3C，示出了用于控制內燃機中的凸輪軸12的角度位置的裝置和方法，該內燃機具有用于可控制地改變內燃機曲軸和凸輪軸之間的相位關系的凸輪軸相位器14。凸輪軸相位器14可以由具有致動器軸18的電動馬達16來致動，該電動馬達16通過具有固定的調節構件22的齒輪減速傳動系20來操作，該固定調節構件22在需要相位變化調節時旋轉。該方法可以包括下列步驟:通過傳感器30產生對應于齒輪減速傳動系20的固定調節構件22的角度位置的信號；和發動機控制單元40基于所產生的信號，通過電動馬達16的操作來調節凸輪軸12的位置，以使固定調節構件22旋轉，所產生的該信號對應于固定調節構件22的角度位置。如圖2所示，致動器軸18可以由電動馬達16驅動。致動器軸18可包括與傳感器26相互作用的磁體24，該傳感器26與印刷電路板(PCB)28通信以發送致動器軸18的角度位置的信號。
[0020]現在參考圖3A，齒輪減速傳動系20可包括行星齒輪系組件或具有太陽齒輪52和多個行星齒輪54的組件50，該多個行星齒輪54旋轉地接合太陽齒輪52，且通過承載架56支撐以繞太陽齒輪52同步旋轉。環形齒輪58可旋轉地接合該多個行星齒輪54，且可具有與太陽齒輪52和承載架56同軸的旋轉軸線。這種配置中的太陽齒輪52可限定固定調節構件22。
[0021]現在參考圖3B，齒輪減速傳動系20可包括行星齒輪系組件或具有太陽齒輪52和多個行星齒輪54的組件50，該多個行星齒輪54旋轉地接合太陽齒輪52，且通過承載架56支撐以繞太陽齒輪52同步旋轉。環形齒輪58可旋轉地接合該多個行星齒輪54，且可具有與太陽齒輪52和承載架56同軸的旋轉軸線。這種配置中的承載架56可限定固定調節構件22。
[0022]現在參考圖3C，齒輪減