专利名称：用于内燃机的气门正时控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃机的气门正时控制装置，该装置通过改变凸轮轴相对于内燃机的曲轴的转动相位来改变发动机的进气门和/或排气门的气门正时(开闭正时)。
背景技术：
在日本待审专利公开No.2000-303865中披露了一种用于内燃机的气门正时控制装置。在这种用于内燃机的传统气门正时控制装置中，其上设有用来在曲轴的参考转动位置处输出曲柄角信号的曲柄角传感器和用来在凸轮轴的参考转动位置处输出凸轮信号的凸轮传感器，并且根据在这些参考转动位置之间的偏离角度检测出凸轮轴相对于曲轴的转动相位。
在上述传统结构中，对于每个恒定的曲柄角(凸轮轴的转动周期)检测转动相位。但是，通常在每个微单位时间中进行基于这种转动相位的检测结果的反馈控制(气门正时控制)。
因此，在低速转动时，使得转动相位的检测周期比气门正时控制的执行周期更长，从而就可控制性方面而言不能以足够的频率检测这些转动相位。在这种情况中，存在这样一个问题，即与目标转动相位的偏差是根据与实际转动相位不同的转动相位来计算的，并且反馈操纵变量是基于不正确的偏差计算出的，从而可控制性变差。
这里，提供了一种转动相位检测装置，其能够以与凸轮轴的转动周期无关的方式在任意正时检测转动相位，并且通过根据例如气门正时控制周期等的请求进行转动相位的检测，从而在低速转动时同样可以在可控制性方面以足够的频率检测转动相位。
但是，在其中可以在任意正时检测转动相位的情况中，通常与上述传统结构相比，转动相位检测装置(检测元件)的输出特性等很可能随着时间变化，并且带来了新的问题，由于在输出特性方面的变化(偏差)而导致检测转动相位的精度，即气门正时控制的精度变差。
发明内容
本发明是鉴于以上问题实现的，并且本发明的一个目的在于提供一种转动相位检测装置，它能够在任意正时检测转动相位，并且即使在其输出特性等已经改变时也能够总是实现高响应/高精确的气门正时控制，甚至在由于情况变化而低速转动时也是如此。
为了实现该目的，在第一发明中，在其中进气门和/或排气门的开闭正时随着凸轮轴相对于曲轴的转动相位变化而变化的结构中，以针对凸轮轴的每个转动周期检测出的第一转动相位作为参考，根据用来检测曲轴的参考转动位置的曲柄角传感器和用来检测凸轮轴的参考转动位置的凸轮传感器的输出信号，来获得用于校正在任意正时检测出的第二转动相位的校正值，而与凸轮轴的转动周期无关。
这里，为了进行可靠的获知(校正值的计算)，优选当在已经检测出的第一转动相位和第二转动相位的至少一个中每隔预定时间的变化小于或等于预定量时(即当它基本上恒定时)进行校正值的获知。
另外，考虑到用来检测第二转动相位等的传感器的温度特性，优选在发动机温度处于预定范围内时进行校正值的获知。
从下面的说明书和附图将了解本发明的其它目的和特征。
图1为与本发明一实施方案相关的内燃机的系统图。
图2为一剖视图，显示出与该实施方案相关的可变气门正时机构(VTC)。
图3为一示意图，显示出处于最大延迟状态中的VTC。
图4为一示意图，显示出处于最大提前状态中的VTC。
图5为一示意图，显示出处于中间提前状态中的VTC。
图6为一示意图，显示出将螺旋弹簧装在该VTC中的状态。
图7为一曲线图，显示出在磁滞材料的磁通密度中的变化特征。
图8为一示意图，显示出在VTC中的磁滞制动器，并且它与沿着图2中的B-B线剖开的剖面对应。
图9将图8中的各个元件放大示出，显示出在磁滞制动器中的磁场方向。
图10为其中将图9成线性形状展开的示意图，并且图10A显示出在初始状态中的磁通流，而图10B显示出在磁滞环转动时的磁通流。
图11为一曲线图，显示出在发动机转速和VTC的制动转矩之间的关系。
图12为一分解透视图，显示出VTC的相对位移检测装置。
图13将图12中的各个元件放大示出。
图14为一示意图，示意性地显示出VTC的相对位移检测装置。
图15为一流程图，显示出用于每个参考曲柄角信号REF的CPOS重置处理过程。
图16为一流程图，显示出用于每个单位角度信号POS的CPOS累加处理过程。
图17为一流程图，显示出用于每个凸轮信号CAM的提前值θdet1检测过程。
图18为一流程图，显示出与当前实施方案相关的气门正时控制。
图19为一流程图，显示出校正表格更新控制1(校正值获知控制1)。
图20为一示意图，用来说明校正表格更新控制1(校正值获知控制1)的内容。
图21为一示意图，用来说明另一个校正表格更新控制(校正值获知控制)的内容。
图22为一流程图，显示出校正表格更新控制2(校正值获知控制2)。
图23为一流程图，显示出校正表格更新控制3(校正值获知控制3)。
图24为一示意图，显示出为用于检测凸轮轴转动位置的结构的旋转体和间隙传感器。
图25为一曲线图，显示出在间隙和间隙传感器的输出之间的关系。
图26为一曲线图，显示出在间隙传感器的输出和凸轮轴(旋转体)的转动角度之间的关系。
具体实施例方式
下面，将参照这些附图对本发明的实施方案进行说明。图1为在一实施方案中的车辆上的内燃机的示意图。在图1中，电子控制节气门104设置在内燃机101的进气管102处。电子控制节气门104为通过节气门马达103a控制节气门103b打开和关闭的装置。然后，通过电子控制节气门104和进气门105将空气吸入到发动机101的燃烧室106中。
在发动机的每个燃烧室处设有一火花塞133，由此进行电火花点火，并且使空气-燃料混合物点火并且燃烧。通过排气门107从燃烧室106将废气排出，之后通过前催化转化器108和后催化转化器109将该废气净化，并且将气体排放到大气中。
通过设在进气侧凸轮轴134和排气侧凸轮轴110处的凸轮来分别控制进气门105和排气门107打开和关闭。
可变气门正时机构(VTC)113设在进气侧凸轮轴134处。
VTC113为这样一种机构，它通过改变进气侧凸轮轴134相对于曲轴120的转动相位来改变进气门105的开闭正时(气门正时)，其细节将在后面进行说明。
要指出的是，当前实施方案如此构成，从而VTC113只设在进气门105侧处。但是，它可以为这样一种结构，其中VTC113设在排气门107侧处，而不是进气门105侧，或者还设在进气门105侧处。
要指出的是，在每个汽缸中的进气口130处设有一电磁燃料喷射阀131，并且通过来自发动机控制单元(ECU)114的喷射脉冲信号来控制该燃料喷射阀131打开并且向进气门105喷射被调节成具有预定压力的燃料。
来自各种传感器的输出信号被输入给其中内置有微型计算机的ECU114，并且通过基于那些信号进行计算处理来控制电子控制节气门104、VTC113、火花塞133和燃料喷射阀131。
设置各种传感器油门踏板传感器APS116，用来检测油门开度；气流计115，用来检测发动机101的进气量Qa；曲柄角传感器117，用来在每180°曲柄角处获取在参考转动位置处的参考曲柄角信号REF，并且从曲轴120获取在每个单位曲柄角处的单位角度信号POS；节气门传感器118，用来检测节气门103b的开度TVO；水温传感器119，用来检测发动机101中的冷却水温度Tw；凸轮传感器132，用来从进气侧凸轮轴134中获取在每个90°凸轮角(180度曲柄角)处的参考转动位置处的凸轮信号CAM；压力传感器135，用来检测在燃烧室106中的燃烧压力；电压传感器136，用来检测电池电压Vb；等等。要指出的是，根据参考曲柄角信号REF的周期或每单位时间产生出的单位角度信号POS的次数来计算出发动机转速Ne。
接下来将参照图2至图14对VTC机构113的结构进行说明。
如图2所示，VTC机构113具有正时链轮502，它装配到凸轮轴134的前端部分中以便可以相对转动，并且通过正时链条(未示出)与曲轴120连接；装配角度操纵机构504，它设置在正时链轮502的内周侧处，并且操纵在正时链轮502和凸轮轴134之间的装配角度；操纵力提供装置505，它设置在比装配角度操纵机构504更靠近凸轮轴134的后侧处，并且用来驱动装配角度操纵机构504；相对位移检测装置506，用来检测凸轮轴134相对于正时链轮502的相对转动位移角度(转动相位)；以及VTC罩532，它安装在气缸盖的汽缸罩盖上，并且罩着装配角度操纵机构504和相对位移检测装置506的前表面。
在VTC113中，从动轴构件507通过凸轮螺栓510固定在凸轮轴134的端部上。
设有与从动轴构件507成一体的凸缘507a。
正时链轮502由形成有与正时链条接合的齿轮部分503的大直径圆柱形部分502a、小直径圆柱形部分502b和在圆柱形部分502a和圆柱形部分502b之间连接的圆盘部分502c构成。
圆柱形部分502b装配成可以通过滚珠轴承530相对于从动轴构件507的凸缘507a转动。
如图3至图5(与沿图2的A-A剖开的横截面对应)所示，三个沟槽508成放射图案沿着正时链轮502的径向方向形成在位于圆盘部分502c的圆柱形部分502b侧的表面处。
另外，沿着径向方向成放射图案伸出的三个伸出部分509这样形成，从而与从动轴构件507的凸缘部分507a的凸轮轴134侧端表面成一体。
三个连杆511的底端分别与相应的伸出部分509连接，从而可以通过销512转动。
可自由摆动地与相应沟槽508接合的圆柱形突出部513这样形成，从而与相应连杆511的顶端成一体。
因为在相应突出部513与相应沟槽508接合的状态中，各个连杆511通过销512与从动轴构件507连接，所以当连杆511的顶端侧由于受到外力而沿着沟槽508移动时，正时链轮502和从动轴构件507在相应连杆511的作用下相对转动。
另外，向凸轮轴134侧打开的容纳孔514形成在相应连杆511的突出部513处。
将在后面描述的与螺旋槽515接合的接合销516和使接合销516抵靠螺旋槽515侧的螺旋弹簧517容纳在容纳孔514中。
另一方面，盘状中间旋转体518通过轴承529可自由枢转地支撑在从动轴构件507处，该从动轴构件比伸出部分509更进一步地位于凸轮轴134侧。
螺旋槽515形成在中间旋转体518的端面(伸出部分509侧)处，并且在相应连杆511的顶端处的接合销516与螺旋槽515接合。
螺旋槽515形成为其直径沿着正时链轮502的旋转方向逐渐减小。
因此，在相应接合销516与螺旋槽515接合的状态中，当中间旋转体518相对于正时链轮502沿着延迟方向相对移动时，相应连杆511的顶端部分通过由螺旋槽515引导沿着径向方向朝着内侧运动，同时受到沟槽508的引导。
相反，当中间旋转体518相对于正时链轮502沿着提前方向相对移动时，相应连杆511的顶端部分沿着径向方向朝着外侧运动。
装配角度操纵装置504由正时链轮502的沟槽508、连杆511、突出部513、接合销516、中间旋转体518、螺旋槽515等构成。
当从操纵力提供装置505向中间旋转体518输入用于转动的操纵力时，连杆511的顶端沿着径向方向移动，并且该位移通过连杆511转变成转动力，这改变了在正时链轮502和从动轴构件507之间的相对位移角度。
操纵力提供装置505具有螺旋弹簧519和磁滞制动器520，该螺旋弹簧519沿着正时链轮502的旋转方向推压中间旋转体518，该磁滞制动器520产生使中间旋转体518沿着与正时链轮502的转动方向相反的方向转动的制动力。
这里，ECU114根据内燃机101的操作状态控制磁滞制动器520的制动力，并且据此，可以使中间旋转体518相对于正时链轮502相对转动至螺旋弹簧519的推压力和磁滞制动器520的制动力平衡的位置。
如图6所示，螺旋弹簧519设置在正时链轮502的圆柱形部分502a中，并且外周端部519a与圆柱形部分502a的内周边接合，并且内周边端部519b与中间旋转体518的基底部分518a的接合槽518b接合。
磁滞制动器520具有一磁滞环523、用作磁场控制装置的电磁线圈524和用于感应出电磁线圈524的磁性的线圈磁轭525。
磁滞环523通过固定板522和设置成与固定板522的后端表面成一体的凸起522a安装在中间旋转体518的后端部分上。
根据发动机的工作状态通过ECU114来控制给电磁线圈524通电(励磁电流)。
磁滞环523由圆柱形部分523a和通过螺钉523c与圆柱形部分523a连接的盘状圆柱形部分523b构成。
这样构成，从而由于相应凸起522a压配到设在沿着圆周方向均匀间隔开的位置处的衬套521中，使基底部分523a与固定板522连接。
另外，磁滞环523由具有以下特性的材料形成，即使得磁通变化从而相对于外部磁场变化具有一相位延迟(参照图7)，并且圆柱形部分523b接收由线圈磁轭525产生出的制动作用。
线圈磁轭525形成为包围着电磁线圈524，并且其外周表面固定在图外的气缸盖上。
另外，线圈磁轭525的内周侧面通过滚针轴承528可自由枢转地支撑着凸轮轴134，并且磁滞环523的基底部分523a侧由滚珠轴承531可自由枢转地支撑。
然后，在线圈磁轭525的中间旋转体518侧处形成有通过环形间隙彼此面对的一对面对表面526和527。
在这对面对表面526和527中，如图8(与沿着图2的B-B剖开的横截面对应)所示，沿着圆周方向顺序形成多个不规则部分，并且在那些不规则部分之中的凸形部分526a和527a构成磁极(磁场产生单元)。
然后，在一个面对表面526上的凸形部分526a和在另一个面对表面527上的凸形部分527a沿着圆周方向交替地设置，并且这些面对表面526和527的相邻凸形部分526a和527a沿着圆周方向完全移位。
因此，通过电磁线圈524的激励在面对表面526和527的彼此相邻的凸形部分526a和527a之间产生出沿着圆周方向偏转的磁场(参照图9)。要指出的是，磁滞环523的圆柱形部分523a在非接触状态中设置在两个面对表面526和527之间的间隙中。
这里，将参照图10对磁滞制动器520的操作原理进行说明。图10A显示出最初使磁滞环523(磁滞材料)磁化的状态，而图10B显示出磁滞环523从图10A的状态移动(转动)的状态。
在图10A的状态中，在磁滞环523中产生出沿着在线圈磁轭525的两个面对表面526和527之间的磁场方向(从面对表面527的凸形部分527a到面对表面526的凸形部分526a的磁场方向)行进的磁通流。
当磁滞环523由于受到外力F1而从该状态转变至在图10B中所示的状态时，磁滞环523在外部磁场中移动。因此，在磁滞环523内的磁通在那时具有一相位延迟，并且在磁滞环523内的磁通方向相对于在面对表面526和527之间的磁场方向偏移(倾斜)。
因此，从面对表面527的凸形部分527a进入磁滞环523的磁通流(磁力线)和从磁滞环523朝着另一个面对表面526的凸形部分526a的磁通流(磁力线)扭曲，并且在那时，在面对表面526和527以及磁滞环523之间施加了用来校正在磁通中的扭曲的逆向力，并且该逆向力用作使磁滞环523制动的阻力F2。
也就是说，如上所述，当磁滞环523在位于面对表面526和527之间的磁场中移动时，由于在磁滞环523内的磁场方向和磁通方向之间的发散，而导致相对于磁滞制动器520产生出制动力，并且使该制动力为与磁场强度，即电磁线圈524的励磁电流大小基本上成正比而与磁滞环523的转速(在面对表面526和527以及磁滞环523之间的相对速度)无关的恒定值。
要指出的是，图11为测试结果，其中在从a至d改变励磁电流(a＜b＜c＜d)期间检查在磁滞制动器520中在转速和制动转矩之间的关系。从该测试结果中可以看出，根据磁滞制动器520，可以在不受转速影响的情况下获得总是与励磁电流对应的制动力。
如图2、图12和图13所示，相对位移检测装置506由设在从动轴构件507侧处的磁场产生机构和设在作为固定单元侧的VTC罩532侧处的传感器机构构成，该传感器机构用来检测来自磁场产生机构的磁场变化。
磁场产生机构具有磁体底座533，其由固定在从动轴构件507的凸缘507a的前端侧处的非磁性材料形成；永磁体534，其容纳在形成在磁体底座533的顶端部分处的沟槽533a中并且由销533c固定；传感器底座535，其固定在正时链轮502的圆柱形部分502b的顶端边缘处；以及第一磁轭构件537和第二磁轭构件538，它们通过圆柱形磁轭支架536固定在传感器底座535的前端表面处。在磁体底座533的外周表面和传感器底座535的内周表面之间设有用来防止污垢等进入传感器机构的密封构件551。
如图12所示，磁体底座533具有一组形成顶部和底部打开的沟槽533a的伸出壁533b和533b，并且永磁体534容纳在两个伸出壁533b和533b之间。
永磁体534与沟槽533a形状对应地形成为椭圆形形状，并且顶端部分的中央和底端部分的中央分别设置为北极和南极中央。
如图12和图13中所示，第一磁轭构件537由固定在传感器底座535上的板状底座部分537a、设置成与底座部分537a的内周边缘成一体的扇形磁轭部分537b和设置成与扇形磁轭部分537b的主要部分成一体的圆柱形中央磁轭部分537c构成。中央磁轭部分537c的后端表面设置在永磁体534的前表面处。
第二磁轭构件538由固定在传感器底座535上的板状底座部分538a、设置成与底座部分538a的上端边缘成一体的板状圆弧形磁轭部分538b和设置成以相同的曲率与圆弧形磁轭部分538b的后端部分成一体的环形磁轭部分538c构成。环形磁轭部分538c设置成包围着将在后面描述的第四磁轭构件542的外周侧。
传感器机构具有环形元件支架540、用作整流磁轭的第三磁轭构件541、用作整流磁轭的瓶状圆柱形第四磁轭构件542、合成树脂保护帽543、保护构件544和霍耳元件545。
元件支架540设在VTC罩532内侧处，并且通过以装配等方式固定在其中的滚珠轴承539可自由转动地支撑着磁轭支架536的前端部分。另外，如图12所示，三个伸出部分540a沿着圆周方向以均匀的间隔一体地设置，并且销546的端部分别压配到固定孔中而被固定，通过对相应的伸出部分540a进行钻孔而设置所述固定孔。
另外，由于设置在VTC罩532的内表面和第四磁轭构件542之间的螺旋弹簧549的弹簧力而导致沿着凸轮轴134的方向推压滚珠轴承539的外圈，据此进行沿着轴向方向的定位，并且防止产生松动。
另外，在VTC罩532的内侧处沿着圆周方向以均匀的间隔形成有三个孔532a，并且将橡胶衬套547分别固定在孔532a的内侧上。销546的另一端部插入到在相应橡胶衬套547的中央处钻出的这些孔中，并且由此将元件支架540支撑在VTC罩532上。要指出的是，用来堵住在相应保持孔506a的外侧处的这些开口的闭塞体548旋拧在VTC罩532上。
第三磁轭构件541基本上形成为盘状，并且设置成借助具有预定量(大约1mm)的气隙G面对着第一磁轭构件537的中央磁轭构件537c。
在第二磁轭构件538的环形磁轭部分538c的内周表面和第四磁轭构件542的圆柱形部分542b的外周表面之间形成有一气隙G1。
第四磁轭构件542通过螺栓等固定在元件支架540的内周边上，并且具有固定在元件支架540上的盘状底座部分542a、设置成与底座部分542a的霍耳元件545的侧端表面成一体的小直径圆柱形部分542b以及设在由圆柱形部分542b包围的底壁处的凸起542c。凸起542c与永磁体534、第一磁轭构件537的中央磁轭构件537c和第三磁轭构件541同轴设置。
保护帽543固定在第四磁轭构件542的圆柱形部分542b的内周表面上，并且支撑着第三磁轭构件541。
保护构件544装配成安装在圆柱形凸起542c的外周上，圆柱形凸起542c设置成与第四磁轭构件542的底壁中央成一体。
霍耳元件545保持在第三磁轭构件541和第四磁轭构件542的凸起542c之间，并且其导线545a与ECU114连接。
VTC113如上所述构成，并且在使发动机转动期间(例如，在停止之前的怠速驱动期间)，由于磁滞制动器520的电磁线圈524的励磁被断开，所以使得中间旋转体518在储能弹簧519的力的作用下相对于正时链轮502沿着发动机转动的方向以最大速度转动(参照图3)。
据此，凸轮轴134相对于曲轴120的转动相位保持在其中进气门105的气门正时延迟最大的最大延迟侧(最大延迟正时)。
当从ECU114发出用来从该状态将转动相位改变至最大延迟侧的指令时，磁滞制动器520的电磁线圈524的励磁被接通，从而向中间旋转体518施加克服螺旋弹簧519的力的制动力。据此，使中间旋转体518运动以相对于正时链轮502转动，并且据此将在连杆511的顶端处的接合销516引导至螺旋槽515，并且使连杆511的顶端部分在径向方向上沿着沟槽508移动，而且如图5所示，由于连杆511的作用而使在正时链轮502和从动轴构件307之间的装配角度改变成处于最大提前侧。因此，转动相位处于其中进气门105的气门正时提前最大的最大提前侧(最大提前正时)。
而且，在从ECU114中发出用来使转动相位从该状态(最大提前侧)改变至最大延迟侧的指令时，磁滞制动器520的电磁线圈524的励磁被断开，并且再次通过螺旋弹簧319的力使中间旋转体518运动以沿着回转方向转动。然后，由于接合销316由螺旋槽315引导而使得连杆311沿着与上述方向相反的方向摆动，并且如图3所示，由于连杆311的作用而使在正时链轮302和从动轴构件307之间的装配角度改变至处于最大提前侧。
由VTC113改变的(凸轮轴134相对于曲轴的)转动相位不仅可以改变成处于上述最大延迟侧和最大提前侧处的两种相位，而且还可以通过磁滞制动器520的制动力的控制改变成任意相位，例如在图4中所示的中间提前状态，并且可以通过平衡储能弹簧519的力和磁滞制动器520的制动力来保持该相位。
另外，如下通过相对位移检测装置506进行相对位移角度(转动相位)的检测。要指出的是，图14示意性地显示出相对位移检测装置506。
如图14所示，在凸轮轴134和正时链轮502之间的相对转动相位是变化的，并且例如当相对位移检测装置506的永磁体534转动角度θ时，从北极中央P输出的磁场Z传递给第一磁轭构件537的扇形磁轭部分537b，并且传递给中央磁轭构件537c，而且磁场Z借助气隙G通过第三磁轭构件541传递给霍耳元件545。
已经传递给霍耳元件545的磁场Z借助第四磁轭构件542的凸起542c从霍耳元件545传递给第四磁轭构件542的圆柱形部分542b，并且进一步借助气隙G1传递给第二磁轭构件538的环形磁轭部分538c，并且借助圆弧形磁轭部分538b返回到永磁体534的南极。
因为磁场Z的磁通密度由于永磁体534的转动角度θ连续变化而连续变化，所以通过霍耳元件545检测出在磁通密度中的这个连续变化，并且将其电压变化输出给ECU114。
因此，在ECU114处，通过基于从霍耳元件545借助导线545a输出的连续检测信号(电压变化)进行计算，从而可以在任意正时连续得出凸轮轴134相对于曲轴120的相对转动位移角度(转动相位的提前值)。
也就是说，在当前实施方案中，ECU114可以根据曲柄角传感器117和凸轮传感器132(第一转动相位检测装置)的输出信号，在进气侧凸轮轴134的每个转动周期处检测出进气侧凸轮轴134相对于曲轴120的转动相位(进气门105的气门正时)，并且可以根据霍耳元件545(第二转动相位检测装置)的输出信号在任意正时连续检测出转动相位。
具体地说，第一转动相位检测装置通过统计从产生出参考曲柄角信号REF的时刻到产生出凸轮信号CAM的时刻的单位角度信号POS(测量时刻)来检测出(计算出)转动相位。
另一方面，第二转动相位检测装置根据由霍耳元件545检测出的磁场Z的磁通密度的连续变化检测出(计算出)转动相位。
然后，在当前实施方案中，在第一转动相位检测装置检测转动相位(即凸轮轴134的转动相位)的周期比气门正时控制周期更长的低速转动时，由于VTC113被如此控制，从而使得由第二转动相位检测装置检测出的转动相位为预定目标转动相位，所以避免了由于转动相位检测周期比气门正时控制周期更长而造成的不便之处(在可控制性方面变差)，并且可以实现高响应且高精确的气门正时控制。
另一方面，在不存在任何上述不便之处的中速/高速转动时，由于VTC113被如此控制，从而使得由第一转动相位检测装置检测出的转动相位为预定的目标转动相位，所以可以实现稳定的气门正时控制。
这里，在当前实施方案中，将对由ECU114进行的气门正时(转动相位)控制进行说明。
图15至图17为用于根据来自曲柄角传感器和凸轮传感器的输出信号，即通过第一转动相位检测装置检测转动相位(下面，这将被称为第一转动相位θdet1)的流程图。
图15为用于进行用来使单位角度信号POS的计数值CPOS重置的过程的流程图，并且在从曲柄角传感器117中输出参考曲柄角信号REF时执行该过程。在S11处，将来自曲柄角传感器117的单位角度信号POS的计数值CPOS设定为0。
图16为用于进行针对单位角度信号POS的计数值CPOS的累加过程的流程图，并且在从曲柄角传感器117中输出单位角度信号POS时执行该过程。在S21处，将计数值CPOS加1。
根据图15和图16的上述流程，计数值CPOS在产生出参考曲柄角信号REF时将重置为0，并且变为其中统计了之后产生出单位角度信号POS的次数的数值。
图17为用于检测第一转动相位θdet1的流程图，并且该检测在从凸轮传感器132输出凸轮信号CAM时执行。
在S31处，读取从产生出参考曲柄角信号REF时到产生出凸轮信号CAM时的计数值CPOS。
在S32处，根据所读取的计数值CPOS检测出第一转动相位θdet1。也就是说，在第一转动相位检测装置处，在每次输出凸轮信号CAM时(每隔180度曲柄角)检测出凸轮轴134相对于曲轴120的转动相位(第一转动相位)θdet1。
图18为与当前实施方案相关的气门正时(转动相位)控制的流程图，并且该控制在接通键开关时开始，并且执行预定时间(例如，10ms)。
在S41处，读取发动机工作状态例如发动机转速Ne、进气量Qa、冷却水温度Tw等。
在S42处，根据所读取的发动机工作状态设定目标转动相位(目标气门正时)θtg。
在S43处，判断发动机转速Ne是否大于或等于事先设定的预定转速Ns。当Ne≥Ns时，该过程前进至S44，并且读取由上述图15至图17，即上述第一转动相位装置所检测出的第一转动相位θdet1(最新值)。另一方面，当Ne＜Ns时，该过程前进至S45。要指出的是，预定转速Ns为使得由第一转动相位检测装置进行的转动相位检测周期长于该流程的执行周期(气门正时控制周期)的转速。
在S45处，根据霍耳元件545的输出(检测)信号，即通过第二转动相位检测装置检测出转动相位(下面，这将被称为第二转动相位θdet2)。
在步骤S46，通过使用如在附图中所示的校正表格来校正所检测出的第二转动相位θdet2(θdet2→θdet2N)。在这种校正表格中，如将在后面所述，其内容在满足预定条件时进行更新(参照图1 9至图23)。
在S47处，根据在S42处设定的目标转动相位θtg和在S44处读取的第一转动相位θdet1或者在S46处校正的第二转动相位θdet2N，通过PID控制等计算出VTC113的操纵变量(反馈操纵变量)U。
在S48处，将所计算出的操纵变量U输出给VTC113，并且该流程结束。
第二转动相位检测装置可以与凸轮轴134的转动周期无关地在任意正时检测转动相位(第二转动相位θdet2)。但是，霍耳元件545具有这样一种结构，其中输出与磁通密度对应的信号，并且其输出特性在一些情况中会由于长时间使用等而改变。在这种情况中，因为由第二转动相位检测装置对转动相位的检测不能精确地进行，并且气门正时控制的可控制性在低速转动时变差，所以必须校正该问题。
另一方面，对于由第一转动相位检测装置检测出的第一转动相位θdet1，按照惯例已经验证的是，虽然其检测周期在低速转动时变长，但是可以可靠并且精确地检测在检测时刻的转动相位，并且不会带来检测误差和特性变化。
然后，在当前实施方案中，如上所述，在低速转动时，通过使用校正表格来校正第二转动相位θdet2，并且根据所校正的第二转动相位θdet2N来进行气门正时控制。这里，假如第一转动相位θdet1是正确的并且由于霍耳元件545的输出特性等的变化而导致第二转动相位θdet2的偏差改变，则更新这个校正表格。
下面将对校正表格更新控制(即，校正值获知控制)进行说明。
图19为一流程图，显示出校正表格更新控制(1)，并且该控制在从凸轮传感器132输出凸轮信号CAM时执行。在该流程中，在上述校正表格中更新与事先划分的区域的输出格子相对应的输入值。
在S51处，读取第一转动相位θdet1和第二转动相位θdet2。
在S52处，判断来自转动相位θ的前一数值θ(-1)的变量Δθ是否小于或等于事先设定的预定量θs(＝0)。要指出的是，可以通过使用第一转动相位θdet1和第二转动相位θdet2中的任一个来进行这种判断。当Δθ≤θs时，判断VTC113保持预定的转动相位(转动相位还没有变化)，并且该过程前进至S53，并且当Δθ＞θs时，该过程前进至S60。
在S53处，判断冷却水温度(发动机温度)Tw是否在事先设定的预定范围(Tw1≥Tw≥Tw2)内。进行这种判断的原因是为了将霍耳元件545的温度特性考虑进去。当冷却水温度Tw处于预定范围内时，该过程前进至S54，并且在其它情况中，该过程前进至S60。
在S54处，判断发动机转速Ne是否在事先设定的预定范围(Ne1≥Ne≥Ne2)内。进行这种判断的原因是为了消除发动机转速Ne的影响。当发动机转速Ne处于预定范围内时，该过程前进至S55，并且在其它情况中，该过程前进至S60。
在S55处，计数值CNT加上1(CNT←CNT+1)。该计数值CNT表示距离在S52至S54处的所有条件都满足时的经过时间。
在S56处，判断累加的计数值CNT是否达到事先设定的预定数值CNT1。当计数值CNT已经到达预定值CNT1时，判断距离在所有条件已经得到满足时已经经过了预定时间，并且该过程前进至S57，和当该计数值CNT还没有达到预定值CNT1时，该过程返回至S52。
在S57处，将已经读取的第一转动相位θdet1和第二转动相位θdet2分别设定为在上述校正表格中的输出βx和输入γx。这里，假设已经设定的输出βx和输入γx属于在分割的校正表格中的N区。
在S58处，判断是否已经将第一转动相位θdet1和第二转动相位θdet2设定为在靠近N区的其中一个区域(N+1区或N-1区)中的输出βx和输入γx。当已经将第一转动相位θdet1和第二转动相位θdet2设定为输出βx和输入γx时，该过程前进至S59，并且在其它情况中，该过程前进至S60。
在S59处，计算出与在其中已经设定了输入和输出的区域之间的输出格子对应的输入值α，并且将它更新。例如，如图20所示，当在N区中已经设定了输出βx和输入γx，并且在N+1区中已经设定了输出βy和输入γy时，通过利用下面公式(线性插值)进行计算来更新与在N区和N+1区之间的输出格子An对应的输入值(校正表格值)α。
α＝γx+{(γy-γx)/(βy-βx)}×(An-βx)在S60处，将计数值CNT清零，并且该流程结束。
这样，用第一转动相位θdet1作为参考改变(获知)用于校正第二转动相位θdet2的校正表格(校正值)，并且由于通过使用该校正表格来校正该第二转动相位θdet2，所以可以与在霍耳元件545的输出特性中的变化对应地改变第二转动相位θdet2的偏差。
要指出的是，在上面的说明中，只是对与在校正表格中的相应输出格子(A1、A2、...、An-1、An、An+1、...)对应的输入数值进行了更新。但是，如图21所示，由于第一转动相位θdet1和第二转动相位θdet2为在相应区域中的校正表格数值(输入αn＝θdet2，输出βn＝θdet1)，所以可以更新输入值和输出值。这样，同样用第一转动相位θdet1作为参考改变(获知)用于校正第二转动相位θdet2的校正表格(校正数值)。
图20为一流程图，显示出校正表格更新控制(2)，并且该控制在从凸轮传感器132输出凸轮信号CAM时执行。在该流程中，更新在转动相位处于在上述校正表格中的最大延迟侧时的输入值(与最大延迟位置对应的输入值)。
在S61处，读取第一转动相位θdet1和第二转动相位θdet2。
在S62处，判断目标转动相位θtg是否处于最大延迟位置处。当目标转动相位θtg已经处于最大延迟位置处时，该过程前进至S63，并且在其它情况中，该过程前进至S70。
在S63处，判断是否将用于最大延迟的操纵变量输出给VTC113(例如，负载＝0)。当已经将用于最大延迟的操纵变量输出给VTC113时，该过程前进至S64，并且在其它情况中，该过程前进至S70。
因为S64至S68与在图18中的S52至S56一样，所以其说明将省略。要指出的是，在该流程中，转动相位中的变化小于或等于预定值的这个事实意味着转动相位被控制成处于最大延迟，并且计数值CNT表示距离在S62至S66处的所有条件都得到满足时的经过时间。然后，在S68处，当计数值CNT已经达到预定值CNT1时，该过程前进至S69，并且在计数值CNT还没有到达预定值CNT1时，该过程返回到S62。
在S69处，将读取的第二转动相位θdet2更新作为与在校正表格中的最大延迟位置(输出值)对应的输入值。
在S70处，将计数值CNT清零(CNT＝0)，并且该流程结束。
据此，根据在霍耳元件545的输出特性中的变化来改变(更新)与最大延迟位置(校正表格数值)对应的输入数值。
图23为一流程图，显示出校正表格更新控制(3)，并且该控制在从凸轮传感器132输出凸轮信号CAM时执行。在该流程中，在校正表格中更新在转动相位处于最大提前侧时的输入值(与最大提前位置对应的输入值)。
在该流程中，与图20中的流程相比存在以下差异，在S72处判断目标转动相位θtg是否处于最大提前位置，在S73处判断是否将用于最大提前的操纵变量输出给VTC113，并且在S79处将所读取的第二转动相位θdet2更新作为与在校正表格中的最大提前位置(输出值)对应的输入值，并且据此，根据在霍耳元件545的输出特性中的变化来改变(更新)与最大提前位置(校正表格数值)对应的输入值。要指出的是，因为其它步骤与在图20中的那些相同，所以其说明将被省略。
然后，由于重复进行上述校正表格更新控制(1)至(3)，所以更新与相应输出格子、最大延迟位置和最大提前位置(校正表格数值)对应的输入值，并且根据在霍耳元件545的输出特性中的变化来改变用于校正第二转动相位θdet2的校正表格(校正值)。因此，通过使用这个校正表格来校正第二转动相位(检测值)θdet2，并且通过根据所校正的数值(θdet2N)来执行气门正时控制，所以尤其在低速转动时能够保持很高的气门正时控制精度。
在当前实施方案中，在低速转动时，如此控制VTC113，从而使由第二转动相位检测装置检测出的转动相位成为预定的目标转动相位，并且使用霍耳元件545作为第二转动相位检测装置。但是，该实施方案并不限于此。
例如，如图24所示，可以设置与凸轮轴134一起转动的旋转体401和设置成靠近旋转体401的外周边的电磁式间隙传感器402，并且可以根据来自间隙传感器402和曲柄角传感器117的输出信号在任意正时连续检测出进气门105的实际气门正时。
在该情况下，旋转体401直接或者通过另一个构件间接安装在凸轮轴134上，并且其外周边如此形成，从而距离凸轮轴134的中心的距离沿着圆周方向逐渐变化。
间隙传感器402输出一输出信号(电压等)，该输出信号对应于凸轮轴134和旋转体401的外周之间的间隙Gp，该间隙随着ECU4的转动而变化。
这里，可以采用其中将旋转体401设置成与凸轮轴134一起转动的任意固定方法、固定位置等，并且可以采用其中间隙传感器402可以连续输出与相对旋转体401的外周边的间隙Gp对应的信号的任意系统。
如图25所示，来自间隙传感器402的输出基本上与相对旋转体401的外周边的间隙Gp成正比，并且如图26所示，因为间隙Gp和凸轮轴134的转动角度以1∶1的比例相互对应，所以来自间隙传感器402的输出和凸轮轴134的转动角度基本上成正比。
也就是说，ECU114可以根据来自间隙传感器402的输出信号即时(在任意正时中)检测出凸轮轴134的转动角度。
另一方面，因为可以通过统计出从在曲柄角传感器117检测到的曲轴120的参考转动位置产生出单位角度信号POS的次数来检测出曲轴120的转动角度，所以可以根据已经检测出的凸轮轴134的转动角度和曲轴120的转动角度，在任意正时检测出凸轮轴134相对于曲轴120的转动相位。
要指出的是，本发明可以如此构成，从而其中距离中心的距离沿着圆周方向逐渐变化的旋转体和间隙传感器设在曲轴120侧处，并且根据来自该间隙传感器和位于凸轮轴134侧处的间隙传感器402的输出信号检测出转动相位。
同样在上述结构中，因为通过使用这个校正表格来校正第二转动相位(检测值)θdet2，和根据所校正的数值(θdet2N)来执行气门正时控制，从而根据在间隙传感器402的输出特性等中的变化来改变用于校正第二转动相位θdet2的校正表格(校正值)，所以尤其在低速转动时能够保持很高的气门正时控制的精度。
在上述当前实施方案中，描述了其中VTC113设在进气门105侧处的装置。但是，在VTC113设在排气门107侧处的情况中也是一样的。
另外，如果第二转动相位检测装置可以在任意正时检测出进气侧凸轮轴134相对于曲轴120的转动相位，则本发明不限于上述第二转动相位检测装置，而是可以采用任意可以在至少在比进气侧凸轮轴134的转动周期更短的时期内检测出转动相位的装置作为第二转动相位检测装置。
而且，在上面的说明中描述了电磁VTC，但是该实施方案可以应用于液压VTC。
于2004年3月19日提交的日本专利申请No.2004-80514和于2005年2月14日提交的日本专利申请No.2005-036150的全部内容在这里被引用作为参考，本发明要求这些专利申请的优先权。
权利要求
1.一种用于内燃机的气门正时控制装置，它包括可变气门正时机构，用来通过凸轮轴相对于发动机的曲轴的转动相位变化而改变进气门或排气门的开闭正时；曲柄角传感器，用来检测所述曲轴的参考转动位置；凸轮传感器，用来检测所述凸轮轴的参考转动位置；第一转动相位检测单元，用来根据来自所述曲柄角传感器和所述凸轮传感器的输出信号在所述凸轮轴的每个转动周期处检测所述转动相位；第二转动相位检测单元，它可以与所述凸轮轴的转动周期无关地在任意正时检测出所述转动相位；以及校正单元，用来利用由所述第一转动相位检测单元检测出的转动相位来校正由所述第二转动相位检测单元检测出的转动相位。
2.如权利要求1所述的用于内燃机的气门正时控制装置，其特征在于所述校正单元利用由所述第一转动相位检测单元检测出的转动相位作为参考来获知用于校正由所述第二转动相位检测单元检测出的转动相位的校正值。
3.如权利要求2所述的用于内燃机的气门正时控制装置，其特征在于在由所述第一转动相位检测装置和所述第二转动相位检测装置中的至少一个检测出的转动相位每隔预定时间的变化小于或等于预定量时，所述校正单元进行所述校正值的获知。
4.如权利要求2所述的用于内燃机的气门正时控制装置，其特征在于，还包括用来检测发动机温度的温度传感器，其中所述校正单元在发动机温度处于预定范围内时进行所述校正值的获知。
5.如权利要求1所述的用于内燃机的气门正时控制装置，其特征在于所述第二转动相位检测单元在没有检测所述曲轴和所述凸轮轴的转动角度的情况下直接检测所述转动相位。
6.如权利要求5所述的用于内燃机的气门正时控制装置，其特征在于所述第二转动相位检测单元包括永磁体，它设在所述曲轴和所述凸轮轴中的一个处；以及磁轭构件，它设在所述曲轴和所述凸轮轴中的另一个处，并且如此形成，使得来自所述永磁体的磁极中央的磁场的磁通密度根据所述曲轴和所述凸轮轴的相对转动而变化，并且根据在所述磁通密度中的变化来检测所述转动相位。
7.如权利要求6所述的用于内燃机的气门正时控制装置，其特征在于所述第二转动相位检测单元包括用来检测所述磁通密度中的变化的霍耳元件。
8.如权利要求1所述的用于内燃机的气门正时控制装置，其特征在于所述第二转动相位检测单元包括第一转动角度传感器，用来检测所述曲轴的转动角度；以及第二转动角度传感器，它可以在任意正时检测出所述凸轮轴的转动角度，并且根据来自所述第一转动角度传感器和所述第二转动角度传感器的输出信号来检测所述转动相位。
9.如权利要求8所述的用于内燃机的气门正时控制装置，其特征在于，还包括一旋转体，它与所述凸轮轴一起转动，并且其中从凸轮轴中央到其外周边的距离沿着圆周方向变化，其中所述第二转动角度传感器根据形成在所述旋转体的外周边之间的间隙来检测出所述凸轮轴的转动角度。
10.如权利要求1所述的用于内燃机的气门正时控制装置，其特征在于，还包括转速传感器，用来检测发动机转速；以及控制单元，它在发动机转速大于或等于事先设定的预定转速时，根据由所述第一转动相位检测装置检测出的转动相位来控制所述可变气门正时机构，并且另一方面，它在发动机转速小于所述预定转速时，根据由所述第二转动相位检测装置检测出的转动相位来控制所述可变气门正时机构。
11.一种用于内燃机的气门正时控制装置，它包括可变气门正时机构，用来随着凸轮轴相对于发动机的曲轴的转动相位变化来改变进气门或排气门的开闭正时；曲柄角传感器，用来检测所述曲轴的参考转动位置；凸轮传感器，用来检测所述凸轮轴的参考转动位置；第一转动相位检测装置，用来根据来自所述曲柄角传感器和所述凸轮传感器的输出信号在所述凸轮轴的每个转动周期处检测所述转动相位；第二转动相位检测装置，它可以与所述凸轮轴的转动周期无关地在任意正时检测出所述转动相位；以及校正装置，用来利用由所述第一转动相位检测装置检测出的转动相位来校正由所述第二转动相位检测装置检测出的转动相位。
12.一种用于内燃机的气门正时控制方法，用来随着凸轮轴相对于内燃机的曲轴的转动相位变化而改变进气门或排气门的开闭正时，该方法包括以下步骤检测所述曲轴的参考转动位置和所述凸轮轴的参考转动位置；根据所述曲轴的参考转动位置和所述凸轮轴的参考转动位置来在所述凸轮轴的每个转动周期处检测所述转动相位；与所述凸轮轴的转动周期无关地在任意正时检测出所述转动相位；和用在所述凸轮轴的每个转动周期处检测出的转动相位作为参考来校正在所述任意正时检测出的转动相位。
13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于利用在所述凸轮轴的每个转动周期处检测出的转动相位作为参考来获知用于校正在所述任意正时检测出的转动相位的校正值。
14.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于当在所述凸轮轴的每个转动周期处检测出的转动相位和在所述任意正时检测出的转动相位中的至少一个每隔预定时间的变量小于或等于预定量时，执行所述校正值的获知。
15.如权利要求13所述的控制方法，其特征在于，还包括检测发动机温度的步骤，其中在所述发动机温度处于预定范围内时进行所述校正值的获知。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于在所述任意正时检测所述转动相位的步骤在没有检测所述曲轴和所述凸轮轴的转动角度的情况下直接检测出所述转动相位。
17.如权利要求16所述的控制方法，其特征在于在所述任意正时检测转动相位的步骤检测出从设在相对转动的所述曲轴和所述凸轮中的一个处的永磁体的磁极中央朝着设在所述曲轴和所述凸轮轴中的另一个处的磁轭构件的磁场的磁通密度的变化，并且根据所检测出的在磁通密度中的变化来检测出所述转动相位。
18.如权利要求17所述的控制方法，其特征在于通过霍耳元件检测出在所述磁通密度中的变化。
19.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于所述在任意正时检测出转动相位的步骤检测出所述曲轴的转动角度和所述凸轮轴的转动角度，并且根据所检测出的所述曲轴的转动角度和所述凸轮轴的转动角度来检测出所述转动相位。
20.如权利要求19所述的控制方法，其特征在于检测出在与所述凸轮轴一起转动的旋转体的外周边之间的间隙变化；和根据所检测出的间隙变化检测出的所述凸轮轴的转动位置。
21.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤检测发动机转速；和在发动机转速大于或等于事先设定的预定转速时，根据在所述凸轮轴的每个转动周期处检测出的转动相位来控制所述开闭正时，并且另一方面，在所述发动机转速小于所述预定转速时，根据在所述任意正时所检测出的转动相位来控制所述开闭正时。
全文摘要
在其中通过凸轮轴相对于内燃机的曲轴的转动相位变化而改变进气门和/或排气门的开闭正时的结构中，根据已经检测出的曲轴的参考转动位置和凸轮轴的参考转动位置，在凸轮轴的每个转动周期处检测出转动相位，并且另一方面，与凸轮轴的转动周期无关地在任意正时检测出该转动相位。另外，利用在凸轮轴的每个转动周期处所检测出的转动相位作为参考来获知用于校正在任意正时检测出的转动相位的校正值。
文档编号F01L1/02GK1670341SQ20051005592
公开日2005年9月21日 申请日期2005年3月18日 优先权日2004年3月19日
发明者冈本直树, 渡边正彦, 小林喜幸 申请人:株式会社日立制作所