用于電相位器的致動器軸的位置控制和校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及檢測包括電可變凸輪相位器的內(nèi)燃機(jī)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(tǒng)以及校準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于凸輪定相系統(tǒng)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(huán)形齒輪和其它構(gòu)件與凸輪軸一起旋轉(zhuǎn)，凸輪軸通過齒輪、帶或鏈系統(tǒng)被曲軸驅(qū)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(zhuǎn)之后，凸輪的角度位置可通過電子控制單元(ECU)計(jì)算，信號可被發(fā)送以移動固定構(gòu)件，從而調(diào)節(jié)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(tǒng)。
[0003]美國公開專利申請第2012/0053817號公開了一種用于檢測內(nèi)燃機(jī)中的凸輪軸的位置的方法，該內(nèi)燃機(jī)具有凸輪軸相位器，該凸輪軸相位器用于可控制地改變內(nèi)燃機(jī)的曲軸和凸輪軸之間的相位關(guān)系；其中，凸輪軸相位器由電動馬達(dá)致動，包括具有預(yù)定齒輪減速比的齒輪減速機(jī)構(gòu)以及用于確定電動馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置裝置。該方法包括以下步驟:通過使用旋轉(zhuǎn)位置裝置產(chǎn)生表示電動馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置信號，以確定電動馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)位置；和基于旋轉(zhuǎn)位置信號和齒輪減速機(jī)構(gòu)的齒輪減速比計(jì)算凸輪軸的位置。旋轉(zhuǎn)位置裝置包括三個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器、一個(gè)被設(shè)置在馬達(dá)定子中的三個(gè)電繞組的每個(gè)之間的傳感器，用于產(chǎn)生表示轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)數(shù)(RPM)為零時(shí)檢測轉(zhuǎn)子的位置，只要發(fā)動機(jī)控制模塊(ECM)仍被通電。此發(fā)明進(jìn)一步聲稱，通過對應(yīng)于所附接的諧波齒輪傳動單元的數(shù)學(xué)方程，使用霍爾效應(yīng)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(dú)傳感器的需要。盡管所公開的配置可適用于預(yù)期目的，但傳感器配置的復(fù)雜性增加了馬達(dá)的成本且潛在地導(dǎo)致了有關(guān)組件簡單性和/或被組裝的馬達(dá)系統(tǒng)的初始化的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]期望在內(nèi)燃機(jī)最初起動之前，知道齒輪減速傳動系的固定構(gòu)件的位置或固定構(gòu)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(gòu)件的位置或固定構(gòu)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(gòu)件或固定構(gòu)件的致動器軸相互作用。期望在發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)之前，使凸輪移動到新位置上，用于改變發(fā)動機(jī)和車輛的狀況以改善啟動(時(shí)間和刺耳聲)并減少排放。因此，知道固定凸輪軸構(gòu)件的位置允許在最初發(fā)動機(jī)起動之前對凸輪精確地進(jìn)行重新定位。
[0005]—種用于控制具有凸輪軸相位器的內(nèi)燃機(jī)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(nèi)燃機(jī)的曲軸和凸輪軸之間的相位關(guān)系。凸輪軸相位器可由具有致動器軸的電動馬達(dá)致動，該電動馬達(dá)通過具有固定調(diào)節(jié)構(gòu)件的齒輪減速傳動系操作，該固定調(diào)節(jié)構(gòu)件在需要相位變化調(diào)節(jié)時(shí)旋轉(zhuǎn)。傳感器可產(chǎn)生對應(yīng)于齒輪減速驅(qū)傳動系的固定調(diào)節(jié)構(gòu)件的角度位置的信號。發(fā)動機(jī)控制單元可基于所產(chǎn)生的信號，通過電動馬達(dá)的操作來調(diào)節(jié)凸輪軸的位置，以使固定調(diào)節(jié)構(gòu)件旋轉(zhuǎn)，所產(chǎn)生的該信號對應(yīng)于固定調(diào)節(jié)構(gòu)件的角度位置。
[0006]一種方法可控制具有凸輪軸相位器的內(nèi)燃機(jī)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(nèi)燃機(jī)的曲軸和凸輪軸之間的相位關(guān)系。凸輪軸相位器可由具有致動器軸的電動馬達(dá)致動，該電動馬達(dá)通過具有固定調(diào)節(jié)構(gòu)件的齒輪減速傳動系操作，該固定調(diào)節(jié)構(gòu)件在需要相位變化調(diào)節(jié)時(shí)旋轉(zhuǎn)?？衫脗鞲衅鳟a(chǎn)生對應(yīng)于齒輪減速傳動系的固定調(diào)節(jié)構(gòu)件的角度位置的信號，且發(fā)動機(jī)控制單元可基于所產(chǎn)生的信號，通過電動馬達(dá)的操作來調(diào)節(jié)凸輪軸的位置，以使固定調(diào)節(jié)構(gòu)件旋轉(zhuǎn)，所產(chǎn)生的該信號對應(yīng)于固定調(diào)節(jié)構(gòu)件的角度位置。
[0007]—種方法可控制具有凸輪相位器的內(nèi)燃機(jī)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(nèi)燃機(jī)的曲軸和凸輪軸之間的相位關(guān)系。凸輪相位器可以由具有致動器軸的電動馬達(dá)來致動，該電動馬達(dá)通過具有固定調(diào)節(jié)構(gòu)件的齒輪減速傳動系來操作，該固定調(diào)節(jié)構(gòu)件在需要相位變化調(diào)節(jié)時(shí)旋轉(zhuǎn)。可通過如下方式在運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)的同時(shí)控制固定構(gòu)件的位置:響應(yīng)于凸輪相位調(diào)節(jié)信號指令固定構(gòu)件朝某位置移動；朝該指令位置調(diào)節(jié)固定構(gòu)件的位置；接收固定構(gòu)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(xù)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(gòu)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(gè)凸輪相位調(diào)節(jié)指令。如果相互不一致，則該方法可重新校準(zhǔn)固定調(diào)節(jié)構(gòu)件的位置并繼續(xù)使固定調(diào)節(jié)構(gòu)件朝指令位置移動。
[0008]通過結(jié)合附圖閱讀下面對實(shí)施本發(fā)明的最佳模式進(jìn)行的說明，本發(fā)明的其他應(yīng)用對于本領(lǐng)域的技術(shù)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(jìn)行，其中相同的參考數(shù)字標(biāo)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(huán)的電相位器控制器圖的示意圖，該致動器位置環(huán)用于相位器位置控制系統(tǒng)和校準(zhǔn)方法中的齒輪減速傳動系的固定構(gòu)件；
[0011]圖2是用于電相位器的致動器軸的位置控制系統(tǒng)的簡化橫截面視圖；
[0012]圖3A是具有固定構(gòu)件的齒輪減速傳動系的簡化示意圖，該固定構(gòu)件具有傳感器，傳感器產(chǎn)生對應(yīng)于固定構(gòu)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(gòu)件上的電動馬達(dá)，以調(diào)節(jié)凸輪軸相位位置，其中，固定構(gòu)件是太陽齒輪；
[0013]圖3B是具有固定構(gòu)件的齒輪減速傳動系的簡化示意圖，該固定構(gòu)件具有傳感器，傳感器產(chǎn)生對應(yīng)于固定構(gòu)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(gòu)件上的電動馬達(dá)，以調(diào)節(jié)凸輪軸相位位置，其中，固定構(gòu)件是行星齒輪架；
[0014]圖3C是具有固定構(gòu)件的齒輪減速傳動系的簡化示意圖，該固定構(gòu)件具有傳感器，傳感器產(chǎn)生對應(yīng)于固定構(gòu)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(gòu)件上的電動馬達(dá)，以調(diào)節(jié)凸輪軸相位位置，其中，固定構(gòu)件是環(huán)形齒輪；
[0015]圖4是簡化控制圖，用于通過來自于固定構(gòu)件的位置反饋信號朝指令位置驅(qū)動齒輪減速傳動系的固定構(gòu)件；
[0016]圖5是簡化控制圖，用于在不運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)時(shí)校準(zhǔn)齒輪減速傳動系的固定構(gòu)件；
[0017]圖6是簡化控制圖，用于在運(yùn)行內(nèi)燃機(jī)時(shí)校準(zhǔn)齒輪減速傳動系的固定構(gòu)件；以及
[0018]圖7是簡化控制圖，用于通過來自于固定構(gòu)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(qū)動齒輪減速傳動系的固定構(gòu)件朝指令位置移動，固定構(gòu)件限定內(nèi)控制環(huán)，凸輪軸傳感器和曲軸傳感器限定外控制環(huán)，外控制環(huán)用于在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)校準(zhǔn)固定構(gòu)件的位置。
【具體實(shí)施方式】
[0019]現(xiàn)在參考圖1-圖3C，示出了用于控制內(nèi)燃機(jī)中的凸輪軸12的角度位置的裝置和方法，該內(nèi)燃機(jī)具有用于可控制地改變內(nèi)燃機(jī)曲軸和凸輪軸之間的相位關(guān)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(dá)16來致動，該電動馬達(dá)16通過具有固定的調(diào)節(jié)構(gòu)件22的齒輪減速傳動系20來操作，該固定調(diào)節(jié)構(gòu)件22在需要相位變化調(diào)節(jié)時(shí)旋轉(zhuǎn)。該方法可以包括下列步驟:通過傳感器30產(chǎn)生對應(yīng)于齒輪減速傳動系20的固定調(diào)節(jié)構(gòu)件22的角度位置的信號；和發(fā)動機(jī)控制單元40基于所產(chǎn)生的信號，通過電動馬達(dá)16的操作來調(diào)節(jié)凸輪軸12的位置，以使固定調(diào)節(jié)構(gòu)件22旋轉(zhuǎn)，所產(chǎn)生的該信號對應(yīng)于固定調(diào)節(jié)構(gòu)件22的角度位置。如圖2所示，致動器軸18可以由電動馬達(dá)16驅(qū)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(fā)送致動器軸18的角度位置的信號。
[0020]現(xiàn)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(gè)行星齒輪54的組件50，該多個(gè)行星齒輪54旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。環(huán)形齒輪58可旋轉(zhuǎn)地接合該多個(gè)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(zhuǎn)軸線。這種配置中的太陽齒輪52可限定固定調(diào)節(jié)構(gòu)件22。
[0021]現(xiàn)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(gè)行星齒輪54的組件50，該多個(gè)行星齒輪54旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。環(huán)形齒輪58可旋轉(zhuǎn)地接合該多個(gè)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(zhuǎn)軸線。這種配置中的承載架56可限定固定調(diào)節(jié)構(gòu)件22。
[0022]現(xiàn)在參考圖3C，齒輪減