用于电相位器的致动器轴的位置控制和校准方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测包括电可变凸轮相位器的内燃机中的凸轮轴的位置，更具体而言，涉及用于具有反馈回路的电操作凸轮相位器的致动器轴的位置控制系统以及校准方法。
【背景技术】
[0002]用于凸轮定相系统的电相位器的操作是如此，使得太阳齿轮或行星齿轮架是固定的，环形齿轮和其它构件与凸轮轴一起旋转，凸轮轴通过齿轮、带或链系统被曲轴驱动。一种控制方法是使用被安装在曲轴上的第一位置传感器和被安装在凸轮轴上的第二位置传感器。在凸轮旋转之后，凸轮的角度位置可通过电子控制单元(ECU)计算，信号可被发送以移动固定构件，从而调节凸轮的相位器角度，例如，参见美国专利第5，680，837号。在美国专利第7，640，907号和美国专利第7，243，627号中可了解到其他控制系统。
[0003]美国公开专利申请第2012/0053817号公开了一种用于检测内燃机中的凸轮轴的位置的方法，该内燃机具有凸轮轴相位器，该凸轮轴相位器用于可控制地改变内燃机的曲轴和凸轮轴之间的相位关系；其中，凸轮轴相位器由电动马达致动，包括具有预定齿轮减速比的齿轮减速机构以及用于确定电动马达的旋转位置的旋转位置装置。该方法包括以下步骤:通过使用旋转位置装置产生表示电动马达的旋转位置的旋转位置信号，以确定电动马达的旋转位置；和基于旋转位置信号和齿轮减速机构的齿轮减速比计算凸轮轴的位置。旋转位置装置包括三个霍尔效应传感器、一个被设置在马达定子中的三个电绕组的每个之间的传感器，用于产生表示转子的旋转位置的旋转位置信号。所公开的申请声称此方法也可被用来甚至在每分钟转数(RPM)为零时检测转子的位置，只要发动机控制模块(ECM)仍被通电。此发明进一步声称，通过对应于所附接的谐波齿轮传动单元的数学方程，使用霍尔效应传感器确定凸轮轴的位置消除了对用于确定凸轮轴的位置的单独传感器的需要。尽管所公开的配置可适用于预期目的，但传感器配置的复杂性增加了马达的成本且潜在地导致了有关组件简单性和/或被组装的马达系统的初始化的问题。
【发明内容】
[0004]期望在内燃机最初起动之前，知道齿轮减速传动系的固定构件的位置或固定构件的致动器轴的位置。期望通过凸轮相位器的低成本简单组件能够确定齿轮减速传动系的固定构件的位置或固定构件的致动器轴的位置，该低成本简单组件与齿轮减速传动系的固定构件或固定构件的致动器轴相互作用。期望在发动机旋转之前，使凸轮移动到新位置上，用于改变发动机和车辆的状况以改善启动(时间和刺耳声)并减少排放。因此，知道固定凸轮轴构件的位置允许在最初发动机起动之前对凸轮精确地进行重新定位。
[0005]—种用于控制具有凸轮轴相位器的内燃机中的凸轮轴的角度位置的装置和方法，该凸轮轴相位器用于可控制地改变内燃机的曲轴和凸轮轴之间的相位关系。凸轮轴相位器可由具有致动器轴的电动马达致动，该电动马达通过具有固定调节构件的齿轮减速传动系操作，该固定调节构件在需要相位变化调节时旋转。传感器可产生对应于齿轮减速驱传动系的固定调节构件的角度位置的信号。发动机控制单元可基于所产生的信号，通过电动马达的操作来调节凸轮轴的位置，以使固定调节构件旋转，所产生的该信号对应于固定调节构件的角度位置。
[0006]一种方法可控制具有凸轮轴相位器的内燃机中的凸轮轴的角度位置，该凸轮轴相位器用于可控制地改变内燃机的曲轴和凸轮轴之间的相位关系。凸轮轴相位器可由具有致动器轴的电动马达致动，该电动马达通过具有固定调节构件的齿轮减速传动系操作，该固定调节构件在需要相位变化调节时旋转。可利用传感器产生对应于齿轮减速传动系的固定调节构件的角度位置的信号，且发动机控制单元可基于所产生的信号，通过电动马达的操作来调节凸轮轴的位置，以使固定调节构件旋转，所产生的该信号对应于固定调节构件的角度位置。
[0007]—种方法可控制具有凸轮相位器的内燃机中的凸轮轴的角度位置，该凸轮轴相位器用于可控制地改变内燃机的曲轴和凸轮轴之间的相位关系。凸轮相位器可以由具有致动器轴的电动马达来致动，该电动马达通过具有固定调节构件的齿轮减速传动系来操作，该固定调节构件在需要相位变化调节时旋转。可通过如下方式在运行内燃机的同时控制固定构件的位置:响应于凸轮相位调节信号指令固定构件朝某位置移动；朝该指令位置调节固定构件的位置；接收固定构件位置传感器信号；和确定固定部件是否位于指令位置上。如果不位于指令位置上，则该方法可继续朝该指令位置移动。如果位于指令位置上，则该方法可接收凸轮轴位置传感器信号和曲轴位置传感器信号，确定该固定构件位置传感器信号、凸轮轴位置传感器信号和曲轴位置传感器信号是否相互一致。如果相互一致，则该方法可等待另一个凸轮相位调节指令。如果相互不一致，则该方法可重新校准固定调节构件的位置并继续使固定调节构件朝指令位置移动。
[0008]通过结合附图阅读下面对实施本发明的最佳模式进行的说明，本发明的其他应用对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。
【附图说明】
[0009]文中的描述参照附图进行，其中相同的参考数字标记表示这些视图中的类似部件，且其中:
[0010]图1是具有致动器位置环的电相位器控制器图的示意图，该致动器位置环用于相位器位置控制系统和校准方法中的齿轮减速传动系的固定构件；
[0011]图2是用于电相位器的致动器轴的位置控制系统的简化横截面视图；
[0012]图3A是具有固定构件的齿轮减速传动系的简化示意图，该固定构件具有传感器，传感器产生对应于固定构件的位置的信号给电子控制单元，用于控制被连接到固定构件上的电动马达，以调节凸轮轴相位位置，其中，固定构件是太阳齿轮；
[0013]图3B是具有固定构件的齿轮减速传动系的简化示意图，该固定构件具有传感器，传感器产生对应于固定构件的位置的信号给电子控制单元，用于控制被连接到固定构件上的电动马达，以调节凸轮轴相位位置，其中，固定构件是行星齿轮架；
[0014]图3C是具有固定构件的齿轮减速传动系的简化示意图，该固定构件具有传感器，传感器产生对应于固定构件的位置的信号给电子控制单元，用于控制被连接到固定构件上的电动马达，以调节凸轮轴相位位置，其中，固定构件是环形齿轮；
[0015]图4是简化控制图，用于通过来自于固定构件的位置反馈信号朝指令位置驱动齿轮减速传动系的固定构件；
[0016]图5是简化控制图，用于在不运行内燃机时校准齿轮减速传动系的固定构件；
[0017]图6是简化控制图，用于在运行内燃机时校准齿轮减速传动系的固定构件；以及
[0018]图7是简化控制图，用于通过来自于固定构件的位置反馈信号、来自于凸轮轴传感器和曲轴传感器的反馈信号驱动齿轮减速传动系的固定构件朝指令位置移动，固定构件限定内控制环，凸轮轴传感器和曲轴传感器限定外控制环，外控制环用于在内燃机运行时校准固定构件的位置。
【具体实施方式】
[0019]现在参考图1-图3C，示出了用于控制内燃机中的凸轮轴12的角度位置的装置和方法，该内燃机具有用于可控制地改变内燃机曲轴和凸轮轴之间的相位关系的凸轮轴相位器14。凸轮轴相位器14可以由具有致动器轴18的电动马达16来致动，该电动马达16通过具有固定的调节构件22的齿轮减速传动系20来操作，该固定调节构件22在需要相位变化调节时旋转。该方法可以包括下列步骤:通过传感器30产生对应于齿轮减速传动系20的固定调节构件22的角度位置的信号；和发动机控制单元40基于所产生的信号，通过电动马达16的操作来调节凸轮轴12的位置，以使固定调节构件22旋转，所产生的该信号对应于固定调节构件22的角度位置。如图2所示，致动器轴18可以由电动马达16驱动。致动器轴18可包括与传感器26相互作用的磁体24，该传感器26与印刷电路板(PCB)28通信以发送致动器轴18的角度位置的信号。
[0020]现在参考图3A，齿轮减速传动系20可包括行星齿轮系组件或具有太阳齿轮52和多个行星齿轮54的组件50，该多个行星齿轮54旋转地接合太阳齿轮52，且通过承载架56支撑以绕太阳齿轮52同步旋转。环形齿轮58可旋转地接合该多个行星齿轮54，且可具有与太阳齿轮52和承载架56同轴的旋转轴线。这种配置中的太阳齿轮52可限定固定调节构件22。
[0021]现在参考图3B，齿轮减速传动系20可包括行星齿轮系组件或具有太阳齿轮52和多个行星齿轮54的组件50，该多个行星齿轮54旋转地接合太阳齿轮52，且通过承载架56支撑以绕太阳齿轮52同步旋转。环形齿轮58可旋转地接合该多个行星齿轮54，且可具有与太阳齿轮52和承载架56同轴的旋转轴线。这种配置中的承载架56可限定固定调节构件22。
[0022]现在参考图3C，齿轮减