DE102007000442B4

DE102007000442B4 - Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102007000442B4
Application number: DE102007000442.9A
Authority: DE
Inventors: Daisuke Mizuno
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2007-08-14
Publication date: 2016-12-22
Anticipated expiration: 2027-08-15
Also published as: DE102007000442A1; JP4797885B2; US20080051980A1; US7802545B2; JP2008051043A

Abstract

Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, wobei die Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung Ventilsteuerzeiten eines Einlassventils und/oder eines Auslassventils durch Antrieb eines elektrischen Motors (12) in eine Normaldrehrichtung oder eine Rückwärtsdrehrichtung justiert, mit einer Antriebsschaltung (80) zur Durchführung einer Regelung einer Speisung des elektrischen Motors (12) auf der Grundlage einer Soll-Drehzahl und einer Ist-Drehzahl des elektrischen Motors (12) derart, dass der elektrische Motor (12) in eine Soll-Drehrichtung gedreht wird, wobei die Antriebsschaltung (80) die Regelung zum Zeitpunkt einer Änderung der Soll-Drehrichtung stoppt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung, die die Ventilsteuerzeiten eines Einlassventils und/oder eines Auslassventils durch Speisung eines elektrischen Motors in einer Normalrichtung (Vorwärtsrichtung) oder einer Rückwärtsrichtung justiert.
Die JP-2005-120874A ( US-7146944B2 ) zeigt eine elektrische Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung, die mit einer Antriebsschaltung ausgerüstet ist, die die Speisung des elektrischen Motors auf der Grundlage einer Soll-Drehzahl und einer Ist-Drehzahl des elektrischen Motors derart steuert, dass der elektrische Motor in einer Soll-Drehrichtung gedreht wird.
Die JP H05-22 979 A zeigt eine bekannte Technik, gemäß der sich der elektrische Motor in eine Richtung dreht. Jedoch ist es schwierig, diese Technik auf eine elektrische Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung anzuwenden, die den elektrischen Motor in einer Normaldrehrichtung und einer Rückwärtsdrehrichtung dreht.
Unter dem vorstehend beschriebenen Hintergrund wurde eine Forschung bezüglich der elektrischen Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung durchgeführt, die den elektrischen Motor in beide Richtungen dreht, und es wurde eine Technik entwickelt, die eine Regelung der Speisung des elektrischen Motors unter Verwendung des in 13A gezeigten Kennfeldes durchführt.
Insbesondere wird gemäß dieser Technik eine Differenz durch Umwandeln der Soll-Drehzahl und der Ist-Drehzahl in einem individuellen Kennfeld berechnet. Ein Speisungsanweisungswert des elektrischen Motors wird auf der Grundlage dieses Differenzwertes bestimmt. Wie es in 13A gezeigt ist, definiert ein zur Umwandlung der Soll-Drehzahl und der Ist-Drehzahl verwendetes Kennfeld ein Umwandlungsverhältnis, das den Ausgang y, der die Normalrichtung und die Rückwärtsrichtung in Bezug auf die Eingangdrehzahl x wiedergibt, gegenüber dem Nullwert versetzt. Dabei ist der Versatz in dem Kennfeld auf der Grundlage des folgenden Grundes eingerichtet. In einer Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung, die mit einem elektrischen Motor versehen ist, wird der elektrische Motor in derselben Richtung oder der umgekehrten Richtung wie die Drehrichtung der Brennkraftmaschine angetrieben, um die Ventilsteuerzeiten zu justieren. Während die Ventilsteuerzeiten beibehalten werden, wird der elektrische Motor in der Normalrichtung mit derselben Drehzahl wie die Brennkraftmaschine angetrieben. Um eine Situation zu verhindern, in der die Ist-Drehzahl des elektrischen Motors gegenüber der Soll-Drehzahl sich während dieser Zeitdauer aufgrund von Reibungsverlusten verschiebt, ist es notwendig, stets ein gewisses Ausmaß einer Speisung des elektrischen Motors durchzuführen.
Bei dem weiteren Studium bezüglich der Technik, die das Kennfeld verwendet, wurde das nachstehende Problem gefunden. Wenn die Soll-Drehrichtung geändert wird und diese gegenüber der tatsächlichen Drehrichtung bzw. Ist-Drehrichtung geändert wird, ist das Speisungsausmaß entsprechend der Summe des Versatzausmaßes Δ des Ausgangs y überflüssig erforderlich, so dass der Energieverbrauch ansteigt. Dann wird in Betracht gezogen, dass ein Kennfeld mit dem Versatz und ein Kennfeld ohne den Versatz, wie es in 13B gezeigt ist, jeweils in einem Fall, in dem die Soll-Drehrichtung unverändert ist, bzw. einem Fall, in dem die Soll-Drehrichtung geändert wird, verwendet werden. Jedoch ist es klar, dass dann die Antriebsschaltung kompliziert ist.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf ein derartiges Problem gemacht, und der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung bereitzustellen, die die zur Rotation des elektrischen Motors erforderliche Verarbeitung vereinfacht.
Diese Aufgabe wird durch eine Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung gelöst, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung führt die Antriebsschaltung eine Regelung (Rückkopplungsregelung) der Speisung des elektrischen Motors auf der Grundlage einer Soll-Drehzahl und einer Ist-Drehzahl des elektrischen Motors derart durch, dass der elektrische Motor in die Soll-Drehrichtung gedreht wird. Wenn die Soll-Drehrichtung geändert wird, stoppt die Antriebsschaltung die Regelung. Gemäß diesem Aufbau ist es ausreichend, lediglich die Regelung zum Zeitpunkt einer Änderung der Soll-Drehrichtung zu stoppen.
Daher kann die zur Rotation des elektrischen Motors erforderliche Verarbeitung bei der Ventilsteuerzeitenjustierung vereinfacht werden. Da weiterhin die Häufigkeit, mit der die Soll-Drehrichtung geändert wird, niedriger als die Häufigkeit ist, mit der die Soll-Drehrichtung beibehalten wird, ist der Einfluss aufgrund der Beendigung der Regelung begrenzt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Nachstehend sind die Zeichnungen kurz beschrieben.
1 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie I-I in 4 genommen ist und eine Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung darstellt.
2 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie II-II in 1 genommen ist.
3 zeigt ein Blockschaltbild einer elektrischen Schaltung.
4 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie IV-IV in 1 genommen ist.
5 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang einer Linie V-V in 1 genommen ist.
6 zeigt ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen einer Soll-Drehrichtung und einem Anweisungs-Flag zeigt.
7 zeigt einen Graphen, der ein Verhältnis zwischen einer Soll-Drehzahl und einer Frequenz eines Steuerungssignals veranschaulicht.
8 zeigt eine Darstellung, die ein Verhältnis zwischen einer Kombination einer Soll-Drehrichtung und eines Anweisungs-Flags und dem Tastverhältnis des Steuerungssignals darstellt.
9 zeigt ein Blockschaltbild eines Speisungsblocks.
10 zeigt ein Blockschaltbild eines Steuerungsblocks.
11A und 11B zeigen ein erstes und ein zweites Umwandlungskennfeld.
12 zeigt ein Diagramm zur Beschreibung des Betriebs des Steuerungsblocks.
13A und 13B zeigen Kennfelder zur Beschreibung des Standes der Technik.
Nachstehend sind der bevorzugten Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung 10. Die Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung 10 ist in einem Drehmomentübertragungssystem versehen, das das Drehmoment einer (nicht gezeigten) Kurbelwelle auf eine Nockenwelle 2 einer Brennkraftmaschine überträgt. Die Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung 10 justiert Ventilsteuerzeiten eines Einlassventils oder eines Auslassventils durch Verwendung eines elektrischen Motors 12.
Der elektrische Motor 12 ist ein bürstenloser Motor mit einem Motorgehäuse 13, einer Motorwelle 14 und einer (nicht gezeigten) Spule. Das Motorgehäuse 13 ist an der Brennkraftmaschine über einer (nicht gezeigten) Strebe befestigt. Das Motorgehäuse 13 stützt die Motorwelle 14, wobei in dem Gehäuse die Spule untergebracht ist. Wenn die Spule des Motors 12 gespeist wird, wird ein rotierendes Magnetfeld im Uhrzeigersinn erzeugt, um die Motorwelle 14 in einer Normalrichtung zu drehen. Wenn die Spule derart gespeist wird, dass das rotierende magnetische Feld gegen den Uhrzeigersinn erzeugt wird, wird die Motorwelle 14 in Rückwärtsrichtung gedreht.
Wie es in 3 gezeigt, ist der elektrische Motor 12 mit Drehwinkelsensoren 16 versehen. Die Drehwinkelsensoren 16 sind Hall-Elemente, die um die Motorwelle 14 in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind. Die Drehwinkelsensoren 16 geben Sensorsignale aus, deren Spannungspegel entsprechend einer Rotationsposition von Magnetpolen N, S der Motorwelle 14 variiert werden.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Phasenänderungseinheit 20 beschrieben. Die Phasenänderungseinheit 20 weist ein antreibendes Drehteil 22, ein angetriebenes Drehteil 24, einen Differentialgetriebemechanismus 30 und einen Verbindungsmechanismus 50 auf.
Das antreibende Drehteil 22 ist ein Steuerrad (timing sprocket), um das eine Steuerkette gewickelt ist, um eine Antriebskraft von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine zu empfangen. Das antreibende Drehteil 22 dreht sich entsprechend der Kurbelwelle im Uhrzeigersinn gemäß 4, wobei dieselbe Rotationsphase wie die Kurbelwelle beibehalten wird. Das angetriebene Drehteil 24 ist koaxial an die Nockenwelle 2 befestigt und dreht sich im Uhrzeigersinn zusammen mit der Nockenwelle 2. Die Normalrichtung der Motorwelle 14 ist dieselbe wie die Drehrichtung der Brennkraftmaschine, und die Rückwärtsrichtung der Motorwelle 14 ist entgegengesetzt zu der Drehrichtung der Brennkraftmaschine.
Wie es in 1 und 2 gezeigt ist, weist der Differentialgetriebemechanismus 30 ein Sonnenrad 31, einen Planetenträger 32, ein Planetenrad 33 und ein Führungsdrehteil 34 auf. Das Sonnenrad 31 ist ein Innenzahnrad, (Hohlzahnrad) das koaxial an dem antreibenden Drehteil 22 befestigt ist, und dreht sich zusammen mit dem antreibenden Drehteil 22 durch Empfang eines Ausgangsdrehmoments der Kurbelwelle. Der Planetenträger 32 ist mit der Motorwelle 14 über eine Verbindung 35 verbunden, so dass er sich zusammen mit der Motorwelle 14 durch Empfang des Rotationsdrehmoments von der Motorwelle 14 dreht. Der Planetenträger 32 weist einen exzentrischen Abschnitt 36 auf, dessen äußere Oberfläche in Bezug auf das antreibende Drehteil 22 exzentrisch ist. Das Planetenrad 33 ist ein Außenzahnrad, das sich im Eingriff mit dem exzentrischen Abschnitt 36 über ein Lager 37 befindet, so dass das Planetenrad 33 in Bezug auf das Sonnenrad 31 exzentrisch ist. Das Planetenrad 33 steht mit dem Sonnenrad 31 von dessen innerer Seite im Eingriff und führt eine Planetenbewegung entsprechend einer Relativdrehung der Motorwelle 14 in Bezug auf das antreibende Drehteil 22 durch. Das Führungsdrehteil 34 steht koaxial mit einer äußeren Oberfläche des angetriebenen Drehteils 24 im Eingriff. Das Führungsdrehteil 34 ist mit einer Vielzahl von Eingriffsöffnungen 38 versehen, die in Drehrichtung in regelmäßigen Intervallen angeordnet sind. Das Planetenrad 33 ist mit einer Vielzahl von Eingriffsvorsprüngen 39 versehen, die mit den Eingriffsöffnungen 38 in Eingriff gebracht werden, so dass eine Rotationsbewegung des Planetenrads 33 in die Rotationsbewegung des Führungsdrehteils 34 umgewandelt wird.
Wie es in 4 und 5 gezeigt ist, weist der Verbindungsmechanismus 50 eines erste Verbindung 52, eine zweite Verbindung 53, einen Führungsabschnitt 54 und ein bewegliches Teil 56 auf. In 4 und 5 sind Schraffierungen, die Querschnitte darstellen, nicht gezeigt. Die erste Verbindung 52 ist mit dem antreibenden Drehteil 22 durch ein Drehkörperpaar (revolute pair) verbunden. Die zweite Verbindung 53 ist mit dem angetriebenen Drehteil durch ein Drehgelenkpaar verbunden und ist mit der ersten Verbindung 52 durch das bewegliche Teil 56 verbunden. Wie es in 1 und 5 gezeigt ist, ist der Führungsabschnitt 54 in dem Führungsdrehteil 34 auf einer Seite geformt, die dem Planetenrad 33 gegenüberliegt. Der Führungsabschnitt 54 ist mit Führungsnuten 58 versehen, in denen das bewegliche Teil 56 gleitet. Die Führungsnuten 58 sind Spiralnuten, so dass der Abstand gegenüber dem Rotationszentrum entlang dessen Erstreckungsrichtung variiert.
In einem Fall, in dem die Motorwelle 14 sich nicht relativ in Bezug auf das antreibende Drehteil 22 dreht, führt das Planetenrad 33 die Planetenbewegung nicht durch, so dass das antreibende Drehteil 22 und das Führungsdrehteil 34 sich zusammen drehen. Als Ergebnis bewegt das bewegliche Teil 56 sich nicht in der Führungsnut 58 und ändert sich die relative Position zwischen der ersten Verbindung 52 und der zweiten Verbindung 53 nicht, so dass die relative Rotationsphase zwischen dem antreibenden Drehteil 22 und dem angetriebenen Drehteil 24 beibehalten wird, d. h., dass die momentanen Ventilsteuerzeiten beibehalten werden. Demgegenüber führt in einem Fall, in dem die Motorwelle 14 sich in Bezug auf das antreibende Drehteil 22 im Uhrzeigersinn dreht, das Planetenrad 33 die Planetenbewegung durch, so dass das Führungsdrehteil 34 sich in Bezug auf das antreibende Drehteil 22 gegen den Uhrzeigersinn gemäß 5 dreht. Als Ergebnis wird die relative Position zwischen der ersten Verbindung 52 und der zweiten Verbindung 53 variiert, und dreht sich das angetriebene Drehteil 24 relativ in Bezug auf das antreibende Drehteil 22 im Uhrzeigersinn, so dass die Ventilsteuerzeiten vorgeschoben werden. In einem Fall, in dem die Motorwelle 14 sich relativ gegen den Uhrzeigersinn dreht, werden die Ventilsteuerzeiten verzögert.
Eine Zeitdauer, während der sich der elektrische Motor 12 in Rückwärtsrichtung (umgekehrter Richtung) dreht, ist länger als eine Zeitdauer, während der der elektrische Motor 12 sich in der Normalrichtung dreht.
Unter Bezugnahme auf 3 ist nachstehend eine elektrische Schaltung 60 beschrieben. Die elektrische Schaltung 60 weist eine Steuerungsschaltung 62 und eine Antriebsschaltung 80 auf. Die Steuerungsschaltung 62 ist mit der Antriebsschaltung 80 über Signalleitungen 63, 64 und 65 verbunden. Die Steuerungsschaltung 62 empfängt ein Drehrichtungssignal und ein Drehzahlsignal über die Signalleitungen 63, 64 und 65. Das Drehrichtungssignal stellt eine Ist-Drehrichtung (tatsächliche Drehrichtung) D des Motors 12 dar, und das Drehzahlsignal stellt eine Ist-Drehzahl (tatsächliche Drehzahl) R des Motors 12 dar. Die Steuerungsschaltung 62 berechnet Ist-Ventilsteuerzeiten auf der Grundlage des Drehrichtungssignals und des Drehzahlsignals und stellt Ventilsteuerzeiten auf der Grundlage der Drosselklappenposition, einer Öltemperatur und dergleichen ein. Weiterhin bestimmt die Steuerungsschaltung 62 eine Soll-Drehrichtung ”d” und eine Soll-Drehzahl ”r” des elektrischen Motors 12 auf der Grundlage einer Differenzphase zwischen den Ist-Ventilsteuerzeiten und den Soll-Ventilsteuerzeiten ein und erzeugt Steuerungssignale, die ”d” und ”r” angeben. Die Steuerungssignale werden aus der Steuerungsschaltung 62 zu der Antriebsschaltung 80 über die Signalleitung 65 gesendet.
Wie es in 3 gezeigt ist, ist die Steuerungsschaltung 62 derart aufgebaut, dass sie einen Mikrocomputer mit einem Speicher 64 aufweist. Die Steuerungsschaltung 62 ist mit der Antriebsschaltung 80 verbunden und empfängt die Ist-Drehzahl Rr und eine Ist-Drehrichtung Dr des elektrischen Motors 12 aus der Antriebsschaltung 80. Die Steuerungsschaltung 62 führt eine vorbestimmte Steuerungsroutine für jede Steuerungszeit (Steuerungszeitverlauf) durch Ausführung eines in dem Speicher 64 gespeicherten Programms durch.
Insbesondere werden in der Steuerungsroutine Ist-Ventilsteuerzeiten auf der Grundlage der Ist-Drehzahl Rr und der Ist-Drehrichtung Dr berechnet, und werden Soll-Ventilsteuerzeiten auf der Grundlage von Maschineninformationen sowie einer Drosselklappenposition und dergleichen erstellt. Dann werden eine Soll-Drehzahl Rt und eine Soll-Drehrichtung Dt des elektrischen Motors 12 jeweils anhand der Phasendifferenz der Ist-Ventilsteuerzeiten und der Soll-Ventilsteuerzeiten erstellt. Weiterhin wird bestimmt, ob die momentane Soll-Drehrichtung Dt auf die bei der letzt Steuerungszeit (letzter Steuerungsdurchgang) erstellte Soll-Drehrichtung Dt gehalten wird, oder ob diese geändert wird. Als Ergebnis wird, wie es in 6 gezeigt ist, wenn bestimmt wird, dass die letzte Soll-Drehrichtung als die momentane Soll-Drehrichtung Dt beibehalten wird, ein in dem Speicher 64 gespeichertes Anweisungs-Flag G eingeschaltet bzw. gesetzt. Wenn bestimmt wird, dass die Soll-Drehrichtung Dt geändert worden ist, wird das Anweisungs-Flag F ausgeschaltet bzw. zurückgesetzt. Nebenbei gesagt befinden sich gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Richtungen Dt und Dr in Übereinstimmung, wenn die Soll-Drehrichtung Dt beibehalten wird, da die Antriebsschaltung 80 die Ist-Drehrichtung Dr auf der Grundlage der Soll-Drehrichtung Dt erstellt. Demgegenüber unterscheiden sich die Richtungen Dt und Dr voneinander, wenn die Soll-Drehrichtung Dt geändert wird.
In dem Steuerungsprogramm der Steuerungsschaltung 62 werden die Soll-Drehzahl Rt, die Soll-Drehrichtung Dt und der Einstellungszustand des Anweisungs-Flags F durch das Steuerungssignal ausgedrückt. Das Steuerungssignal wird der Antriebsschaltung 80 zugeführt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drückt das Steuerungssignal die Soll-Drehzahl Rt mit der Frequenz aus, und drückt die Soll-Drehrichtung Dt sowie das Anweisungs-Flag F mit dem Tastverhältnis aus. Daher weisen die Frequenz des Steuerungssignals und die Soll-Drehzahl Rt eine lineare Beziehung auf, wie es in 7 gezeigt ist. Weiterhin ändert sich das Tastverhältnis des Steuerungssignals entsprechend der Kombination der Soll-Drehrichtung Dt und des Einstellungszustands des Anweisungs-Flags F. Wie es in 8 gezeigt ist, weist das Tastverhältnis des Steuerungssignals nämlich jeweils entsprechend einem Fall, in dem die Soll-Drehrichtung Dt die Normaldrehrichtung ist und das Anweisungs-Flag F gesetzt (EIN) ist, einem Fall, wenn die Soll-Drehrichtung Dt die Rückwärtsdrehrichtung ist und das Anweisungs-Flag F gesetzt (EIN) ist, einem Fall, wenn die Soll-Drehrichtung Dt die Normaldrehrichtung ist und das Anweisungs-Flag F zurückgesetzt (AUS) ist, und einem Fall, wenn die Soll-Drehrichtung Dt die Rückwärtsdrehrichtung ist und das Anweisungs-Flag F zurückgesetzt (AUS) ist, einen unterschiedlichen Wert auf.
Wie es in 3 gezeigt ist, ist die Antriebsschaltung 80 mit einem Signalerzeugungsblock 81, einem Steuerungsblock 82 und einem Speisungsblock 83 versehen. Jeder Block 81 bis 83 ist aus Schaltungselementen aufgebaut.
Der Signalerzeugungsblock 81 ist mit jedem Drehwinkelsensor 16 des elektrischen Motors 12, der Steuerungsschaltung 62 und dem Steuerungsblock 82 verbunden. Der Signalerzeugungsblock 81 berechnet die Ist-Drehzahl Rr und die Ist-Drehrichtung Dr des elektrischen Motors 12 auf der Grundlage der Sensorsignale aus jedem Drehwinkelsensor 16 und gibt diese in die Steuerungsschaltung 62 und den Steuerungsblock 82 ein.
Der Steuerungsblock 82 ist mit der Steuerungsschaltung 62, dem Signalerzeugungsblock 81 und dem Speisungsblock 83 verbunden. Der Steuerungsblock 82 bestimmt einen Speisungsanweisungswert So, der dem Speisungsblock 83 zuzuführen ist, auf der Grundlage der Soll-Drehzahl Rt, der Soll-Drehrichtung Dt und des Anweisungs-Flags F, die aus der Steuerungsschaltung 62 gesendet werden, sowie der Ist-Drehzahl Rr und der Ist-Drehrichtung Dr, die aus dem Signalerzeugungsblock 81 gesendet werden.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Speisungsanweisungswert Eo der Befehlswert zur Durchführung einer Regelung des elektrischen Motors 12 oder der Befehlswert zur Durchführung von dessen Steuerung (Steuerung im offenen Kreis). Dabei wird der Speisungsanweisungswert Eo zur Durchführung der Regelung auf der Grundlage der Soll-Drehzahl Rt, der Soll-Drehrichtung Dt, der Ist-Drehzahl Rr zu dem Zeitpunkt bestimmt, wenn das Anweisungs-Flag F gesetzt (EIN) ist, d. h., wenn die Soll-Drehrichtung Dt beibehalten wird. Demgegenüber wird der Speisungsanweisungswert Eo zur Durchführung der Steuerung auf der Grundlage der Soll-Drehzahl Rt und der Soll-Drehrichtung Dt zu dem Zeitpunkt bestimmt, wenn das Anweisungs-Flag F zurückgesetzt (AUS) ist, d. h., wenn die Soll-Drehrichtung Dt geändert worden ist.
Wie es in 9 gezeigt ist, weist der Speisungsblock 83 einen Umrichterteil 84 und einen Wechselantriebsteil (change drive part) 85 auf. In dem Umrichterteil 84, der eine Brückenschaltung bildet, ist eine Vielzahl von Schaltelementen 86 jeweils mit der Spule 15 des elektrischen Motors 12 verbunden. Weiterhin sind der Steuerungsblock 82 und jedes Schaltelement 86 des Umrichterteils 84 mit dem Wechselantriebsteil 85 verbunden. Der Wechselantriebsteil 85 führt eine Pulsbreitenmodulation des Antriebssignals jedes Schaltelementes 86 entsprechend dem Speisungsanweisungswert Eo durch, der aus dem Steuerungsblock 82 gesendet wird. Da jedes Schaltelement 86 durch das Antriebssignal geschaltet wird, wird als Ergebnis der elektrische Motor 12 derart gespeist, dass er sich in die Soll-Drehrichtung Dt dreht.
Im übrigen wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Vorzeichen (positives/negatives Zeichen), das die Richtung der Normaldrehrichtung oder die Rückwärtsdrehrichtung der Soll-Drehrichtung Dt ausdrückt, zu dem Tastverhältnis des Antriebssignals jedes Schaltelementes 86 hinzugefügt, wobei dieser Wert als der Speisungsanweisungswert Eo erstellt wird. Daher wird das Tastverhältnis des Antriebssignals jedes Schaltelementes 86 anhand des absoluten Werts des Speisungsanweisungswerts Eo in dem Wechselantriebsteil 85 bestimmt. Weiterhin wird der EIN-/AUS-Zeitverlauf (EIN/AUS-Zeitpunkt) des Antriebssignals jedes Schaltelementes 86 anhand des Vorzeichens des Speisungsanweisungswerts Eo bestimmt.
Nachstehend ist die elektrische Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung (Ventilsteuerzeitenjustiervorrichtung) 10 ausführlicher beschrieben. Wie es in 10 gezeigt ist, weist der Steuerungsblock 82 einen Sollwertberechnungsteil 90, einen Ergebniswertberechnungsteil 91, einen Subtraktionsteil 92, einen Multiplikationsabschnitt 93, einen Ungültigkeitsschaltteil 94 und einen Additionsteil 95 auf.
Der Sollwertberechnungsteil 90 speichert ein erstes Umwandlungskennfeld M1 zur Berechnung eines Speisungssollwerts Et durch Umwandlung der Soll-Drehzahl Rt. Der Sollwertberechnungsteil 90 gibt den Speisungssollwert Et entsprechend der Soll-Drehzahl Rt aus, die in das erste Umwandlungskennfeld M1 eingegeben worden ist. In dem ersten Umwandlungskennfeld M1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die Beziehung zwischen der Soll-Drehzahl Rt und dem Speisungssollwert Et zwischen dem Fall, in dem die Soll-Drehrichtung Dt die Normalrichtung ist, und dem Fall, in dem die Soll-Drehrichtung Dt die Rückwärtsrichtung ist.
Das erste Umwandlungskennfeld M1 definiert insbesondere das Verhältnis entsprechend der nachstehend beschriebenen Transformation (1) als ein Verhältnis in dem Fall, in dem die Soll-Drehrichtung Dt die Normaldrehrichtung ist, wie es in 11A gezeigt ist. Das heißt, wenn die Soll-Drehrichtung Dt die Normaldrehrichtung ist, ist der Speisungssollwert Et eine lineare Funktion der Soll-Drehzahl Rt mit einem Abschnitt ”+B”. Et = A × Rt + B (1)
Weiterhin definiert das erste Umwandlungskennfeld M1 das Verhältnis entsprechend der nachstehend beschriebenen Transformation (2) als ein Verhältnis in dem Fall, dass die Soll-Drehrichtung Dt die Rückwärtsdrehrichtung ist, wie es in 11A gezeigt ist. Das heißt, wenn die Soll-Drehrichtung Dt die Rückwärtsdrehrichtung ist, ist der Speisungssollwert Et eine lineare Funktion der Soll-Drehzahl Rt mit einem Abschnitt ”–B”. Et = A × (–Rt) – B (2)
Wie es in 10 gezeigt ist, speichert der Ergebniswertberechnungsteil 91 ein zweites Umwandlungskennfeld M2 zur Berechnung des Speisungsergebniswerts Er durch Umwandlung der Ist-Drehzahl Rr und gibt den Speisungsergebniswert Er entsprechend der Eingabe der Ist-Drehzahl Rr in das zweite Umwandlungskennfeld M2 aus. In dem zweiten Umwandlungskennfeld M2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich das Verhältnis zwischen der Ist-Drehzahl Rr und dem Speisungsergebniswert Er zwischen dem Fall, in dem die Ist-Drehrichtung Dr die Normalrichtung ist, und dem Fall, in dem die Ist-Drehrichtung Dr die Rückwärtsrichtung ist.
Insbesondere definiert das zweite Umwandlungskennfeld M2 das Verhältnis entsprechend einer Transformation (3), wenn die Ist-Drehrichtung Dr die Normaldrehrichtung ist, wie es in 11B gezeigt. Weiterhin ist, wenn die Ist-Drehrichtung Dr die Rückwärtsdrehrichtung ist, das Verhältnis entsprechend einer Transformation (4) definiert. Das heißt, wenn die Ist-Drehrichtung Dr die Normaldrehrichtung ist, ist der Speisungsergebniswert Er eine lineare Funktion der Ist-Drehzahl Rr mit einem Abschnitt ”+B”. Bei der Rückwärtsdrehrichtung ist der Speisungsergebniswert Er eine lineare Funktion der Ist-Drehzahl Rr mit einem Abschnitt ”–B”. Er = A × Rr + B (3) Er = A × (–Rr) – B (4)
Wie es in 10 gezeigt ist, berechnet der Subtraktionsteil 92 eine Differenz δE durch Subtrahieren des Speisungsergebniswerts Er von dem Speisungssollwert Et. Weiterhin berechnet der Multiplikationsabschnitt 93 einen Rückkopplungskorrekturwert Ec durch Durchführung einer Multiplikation einer Steuerungsverstärkung G/A mit der Differenz δE. Daher kann der Rückkopplungskorrekturwert Ec durch die nachstehende Formel (5) ausgedrückt werden. Deshalb wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, gemäß dem die Vorzeichen der Werte Et und Er den Richtungen Dt und Dr entsprechen, wie es in 12 gezeigt ist, der Rückkopplungskorrekturwert Ec entsprechend davon erhalten, ob die Richtung Dt und die Richtung Dr sich in derselben Richtung befinden. Ec = G/A·δE = G/A·(Et – Er) (5)
Wenn die Soll-Drehrichtung Dt und die Ist-Drehrichtung Dr die Normaldrehrichtungen sind (d. h., wenn die Soll-Drehrichtung Dt in der Normaldrehrichtung beibehalten wird), kann der Rückkopplungskorrekturwert Ec durch eine nachstehende Formel (6) ausgedrückt werden, die aus den vorstehend beschriebenen Formeln (1), (3) und (5) hergeleitet ist. Wenn weiterhin sowohl die Soll-Drehrichtung Dt als auch die Ist-Drehrichtung Dr sich in der Rückwärtsdrehrichtung befinden (d. h., wenn die Soll-Drehrichtung Dt in der Rückwärtsdrehrichtung beibehalten wird), kann der Rückkopplungskorrekturwert Ec durch eine nachfolgende Formel (7) ausgedrückt werden, die aus den vorstehend beschriebenen Formeln (2), (4) und (5) hergeleitet ist. Ec = G·(Rt – Rr) (6) Ec = G·{(–Rt) – (–Rr)} (7)
Wenn die Soll-Drehrichtung Dt die Normaldrehrichtung ist und die Ist-Drehrichtung Dr die Rückwärtsdrehrichtung ist, d. h., wenn die Soll-Drehrichtung Dt von der Rückwärtsdrehrichtung auf die Normaldrehrichtung geändert wird, kann der Rückkopplungskorrekturwert Ec durch eine nachfolgende Formel (8) ausgedrückt werden, die aus den vorstehend beschriebenen Formeln (1), (4) und (5) hergeleitet ist. Weiterhin kann, wenn die Soll-Drehrichtung Dt die Rückwärtsdrehrichtung ist und wenn die Ist-Drehrichtung Dr die Normaldrehrichtung ist, d. h., wenn die Soll-Drehrichtung Dt von der Normaldrehrichtung auf die Rückwärtsdrehrichtung geändert wird, der Rückkopplungskorrekturwert Ec durch eine nachfolgende Formel (9) ausgedrückt werden, die aus den vorstehend beschriebenen Formeln (2), (3) und (5) hergeleitet ist. Ec = G·{Rt – (–Rr)} + 2B·G/A (8) Ec = G·{(–Rt) – Rr} – 2B·G/A (9)
Dabei dienen in jeder Formel (6) bis (9) die Multiplikationswerte (Rt – Rr), {(–Rt) – (–Rr)}, {Rt – (–Rr)} und {(–Rt) – Rr} als die Differenz zwischen der Drehzahl Rt und der Drehzahl Rr, wobei die Richtungen Dt und Dr berücksichtigt werden. Wenn daher die Richtungen Dt und Dr dieselben sind, oder wenn sie sich unterscheiden, kann der Rückkopplungskorrekturwert Ec entsprechend der Differenz zwischen der Soll-Drehzahl Rt und der Ist-Drehzahl Rr erhalten werden.
Wie es in 10 gezeigt ist, ist der Ungültigkeitsschaltteil 94 ein kontaktfreies Relais wie ein elektromagnetisches Relais und ein Halbleiterschalter, und ist auf einer Leitung vorgesehen, durch die der Rückkopplungskorrekturwert Ec von dem Multiplikationsabschnitt 93 zu dem Additionsteil 95 übertragen wird. Der Ungültigkeitsschaltteil 94 macht den Rückkopplungskorrekturwert Ec durch Einschalten oder Ausschalten entsprechend dem Zustand des aus der Steuerungsschaltung 62 gegebenen Anweisungs-Flags F wirksam oder nicht wirksam.
Insbesondere schaltet, wenn das Anweisungs-Flag F durch die Beibehaltung der Soll-Drehrichtung Dt gesetzt ist (EIN ist), der Ungültigkeitsschalteil 94 ein, wobei der Rückkopplungskorrekturwert Ec wirksam wird. Dadurch wird der durch die vorstehend beschriebenen Formeln (6) oder (7) ausgedrückte Rückkopplungskorrekturwert Ec zu dem Additionsteil 95 gesendet. Wenn demgegenüber das Anweisungs-Flag F durch die Änderung der Soll-Drehrichtung Dt zurückgesetzt ist (AUS), schaltet der Ungültigkeitsschalter 94 aus und ist der Rückkopplungskorrekturwert Ec nicht wirksam. Dadurch wird die Übertragung des Rückkopplungskorrekturwerts Ec zu dem Additionsteil 95 unterbrochen. Im Übrigen ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Übertragungsunterbrechung äquivalent zu dem Senden des Rückkopplungskorrekturwerts Ec mit einem Wert von Null zu dem Additionsteil 95.
Der Additionsteil 95 bestimmt den Speisungsanweisungswert Eo durch Addieren des Rückkopplungskorrekturwerts Ec (einschließlich des Nullwerts) zu dem Speisungssollwert Et und Korrigieren des Werts Et. Dadurch wird zum Zeitpunkt des Beibehaltens der Soll-Drehrichtung Dt, wie es in 12 gezeigt ist, die Summe des durch die Formel (1) oder (2) ausgedrückten Speisungssollwerts Et und des durch die Formel (6) oder (7) ausgedrückten Rückkopplungskorrekturwerts Ec dem Speisungsblock 83 als der Speisungsanweisungswert Eo zugeführt. Dadurch wird zum Zeitpunkt des Beibehaltens der Soll-Drehrichtung Dt die Regelung der Speisung des elektrischen Motors 12 durchgeführt. Demgegenüber wird zum Zeitpunkt einer Änderung der Soll-Drehrichtung Dt, wie es in 12 gezeigt ist, der durch die Formel (1) oder (2) ausgedrückte Speisungssollwert Et im Wesentlichen dem Speisungsblock 83 als ein Speisungsanweisungswert Eo zugeführt. Dadurch wird zu dem Zeitpunkt einer Änderung der Soll-Drehrichtung Dt in Bezug auf die Speisung des elektrischen Motors 12 eine Steuerung (Steuerung im offenen Kreis) gleichzeitig damit durchgeführt, wenn die Regelung ausgesetzt ist.
Dabei verschiebt sich, wie es in 12 gezeigt ist, der Speisungsanweisungswert Eo zu dem Zeitpunkt der Änderung der Soll-Drehrichtung Dt gegenüber dem Haltewert Eo vor der Änderung. Dann erstellt die Steuerungsschaltung 62 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Soll-Drehzahl Rt derart, dass zu dem Zeitpunkt der Änderung der Soll-Drehrichtung Dt die Differenz des Speisungsanweisungswerts Eo unterhalb einer vorbestimmten zulässigen Grenze ε werden kann.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird bei der elektrischen Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung 10 gemäß 12 der Rückkopplungskorrekturwert Ec zu dem Zeitpunkt der Soll-Drehrichtung Dt durch den Wert entsprechend einer Summe der Abschnittswerte (Versatzwerte) B in den Kennfeldern M1 und M2 in der positiven Richtung oder der negativen Richtung erhöht. Jedoch ist, wie es in 12 gezeigt ist, zu dem Zeitpunkt einer Änderung der Soll-Drehrichtung Dt der Rückkopplungskorrekturwert Ec nicht wirksam und wird in dem Speisungsanweisungswert Eo nicht reflektiert, so dass die Höhe der Speisung des elektrischen Motors 12 nicht erhöht wird. Weiterhin kann, selbst wenn das Kennfeld zu dem Zeitpunkt des Haltens und des Änderns der Soll-Drehrichtung Dt nicht korrekt verwendet wird, der Betrieb lediglich durch eine Verarbeitung durchgeführt werden, in der die Regelung ausgesetzt wird, indem der Rückkopplungskorrekturwert Ec aufgehoben wird. Mit diesen Dingen ist eine Vereinfachung der Verarbeitung und eine Vereinfachung des Hardwareaufbaus, die für die Rotation des elektrischen Motors 12 erforderlich sind, mit einer Verringerung des Energieverbrauchs verwirklichbar.
Zusätzlich wird die Häufigkeit einer Änderung der Soll-Drehrichtung Dt niedriger als die Häufigkeit des Beibehaltens der Soll-Drehrichtung Dt. Daher kann der Einfluss durch die Aufhebung des Rückkopplungskorrekturwerts Ec und des Schaltens in eine Steuerung (Steuerung mit offenem Kreis) von der Regelung beschränkt werden. Da weiterhin die Soll-Drehzahl Rt derart erstellt ist, dass eine Differenz des Speisungsanweisungswerts Eo unterhalb der zulässigen Grenze ε werden kann, kann der Einfluss durch das Schalten der Steuerungsbetriebsart eingeschränkt werden.
Andere Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt und kann auf verschiedene Ausführungsbeispiele innerhalb des Umfangs der Erfindung angewandt werden.
Beispielsweise kann die Funktion des Steuerungsblocks 82 durch Ausführung des Programms mit einem Mikrocomputer verwirklicht werden.
Weiterhin können die Soll-Drehzahl Rt und die Soll-Drehrichtung Dt durch die Antriebsschaltung 80 auf der Grundlage anderer Informationen erstellt werden, die der Antriebsschaltung 80 aus der Steuerungsschaltung 62 zugeführt werden, wie eine Sollvariation der Drehzahl des elektrischen Motors 12 und der Drehzahl der Brennkraftmaschine.
Weiterhin kann die Antriebsschaltung 80 die Aufhebung des Rückkopplungskorrekturwerts Ec auf der Grundlage der Soll-Drehrichtung Dt und der Ist-Drehrichtung Dr bestimmen.
Zusätzlich können die Soll-Drehzahl Rt, die Soll-Drehrichtung Dt und der Anweisungs-Flag F der Antriebsschaltung 80 aus der Steuerungsschaltung 62 durch jeweils separate Signale oder zwei Arten von Signalen zugeführt werden. Außerdem kann ein vorab festgelegter fest eingestellter Wert als Soll-Drehzahl Rt zum Zeitpunkt der Änderung der Soll-Drehrichtung Dt ausreichend sein.
Weiterhin können zusätzlich andere Motoren als bürstenlose Motoren angewandt werden. Im Übrigen kann der Aufbau des. Speisungsblocks 83 in geeigneter Weise entsprechend der Art des elektrischen Motors 12 geändert werden.
Weiterhin ist die Phasenänderungseinheit in geeigneter Weise anwendbar, so lange wie die Ventilsteuerzeiten durch Verwendung eines elektrischen Motors justierbar sind.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist eine Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung eine Antriebsschaltung 80 auf, die eine Regelung (Rückkopplungsregelung) der Speisung eines elektrischen Motors 12 auf der Grundlage einer Soll-Drehzahl Rt und einer Ist-Drehzahl Rr des elektrischen Motors durchführt und den elektrischen Motor in eine Soll-Drehrichtung Dt dreht. Ein Ungültigkeitsschaltteil 94 der Antriebsschaltung 80 setzt die Reglung zum Zeitpunkt einer Änderung der Soll-Drehrichtung (Dt) aus.

Claims

Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, wobei die Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung Ventilsteuerzeiten eines Einlassventils und/oder eines Auslassventils durch Antrieb eines elektrischen Motors (12) in eine Normaldrehrichtung oder eine Rückwärtsdrehrichtung justiert, mit einer Antriebsschaltung (80) zur Durchführung einer Regelung einer Speisung des elektrischen Motors (12) auf der Grundlage einer Soll-Drehzahl und einer Ist-Drehzahl des elektrischen Motors (12) derart, dass der elektrische Motor (12) in eine Soll-Drehrichtung gedreht wird, wobei die Antriebsschaltung (80) die Regelung zum Zeitpunkt einer Änderung der Soll-Drehrichtung stoppt.
Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Solleinstellungsschaltung zur Erstellung der Soll-Drehzahl und der Soll-Drehrichtung.
Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Antriebsschaltung (80) eine Steuerung der Speisung des elektrischen Motors (12) auf der Grundlage der Soll-Drehzahl zum Zeitpunkt einer Änderung der Soll-Drehrichtung durchführt.
Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Antriebsschaltung (80) aufweist: eine Sollwertberechnungseinrichtung (90) zur Berechnung eines Speisungssollwerts entsprechend der Soll-Drehzahl, eine Korrekturwertberechnungseinrichtung (91, 92, 93) zur Berechnung eines Rückkopplungskorrekturwerts entsprechend einer Differenz zwischen der Soll-Drehzahl und der Ist-Drehzahl, eine Korrektureinrichtung (95) zur Korrektur des Speisungssollwerts mit dem Rückkopplungskorrekturwert zur Bestimmung eines Speisungsanweisungswerts, eine Speisungseinrichtung (84, 85) zur Speisung des elektrischen Motors (12) entsprechend dem Speisungsanweisungswert, und eine Ungültigkeitseinrichtung (94) zum Ungültigmachen des Rückkopplungskorrekturwerts zum Zeitpunkt einer Änderung der Soll-Drehrichtung.
Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Solleinstellungsschaltung ein Ungültigmachen des Rückkopplungskorrekturwerts an die Ungültigkeitseinrichtung (94) zum Zeitpunkt der Änderung der Soll-Drehrichtung anweist.
Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Solleinstellungsschaltung die Soll-Drehzahl derart erstellt, dass zu dem Zeitpunkt der Änderung der Soll-Drehrichtung eine Differenz zwischen dem Speisungsanweisungswert und diesem Wert nach der Änderung der Soll-Drehrichtung nicht größer als ein zulässiger Grenzwert ist.
Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Korrekturwertberechnungseinrichtung (91, 92, 93) den Rückkopplungskorrekturwert auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Speisungssollwert, der durch Umwandeln der Soll-Drehzahl in einem ersten Umwandlungskennfeld erhalten wird, und dem Speisungssollwert berechnet, der durch Umwandeln der Ist-Drehzahl in einem zweiten Umwandlungskennfeld erhalten wird.
Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Sollwertberechnungseinrichtung (90) den Speisungssollwert durch Umwandeln der Soll-Drehzahl in dem ersten Umwandlungskennfeld berechnet, und die Korrekturwertberechnungseinrichtung (91, 92, 93) den Speisungssollwert, der durch die Sollwertberechnungseinrichtung (90) berechnet wird, bei Berechnung des Rückkopplungskorrekturwerts verwendet.
Ventilsteuerzeiten-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Speisungssollwert in Bezug auf einen Nullwert der Soll-Drehzahl in dem ersten Umwandlungskennfeld in die Soll-Drehrichtung versetzt ist, und der Speisungsergebniswert in Bezug auf einen Nullwert der Ist-Drehzahl in dem zweiten Umwandlungskennfeld in die Ist-Drehrichtung des elektrischen Motors versetzt ist.