專利名稱：用于調(diào)整活塞式內(nèi)燃機(jī)凸輪軸相對(duì)于曲軸的轉(zhuǎn)角位置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)整活塞式內(nèi)燃機(jī)凸輪軸相對(duì)于曲軸的轉(zhuǎn)角位置的方法，特別在內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)過程中，曲軸通過變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和凸輪軸建立了傳動(dòng)連接，該變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為三軸變速器構(gòu)成，具有與曲軸固定的傳動(dòng)軸、與凸輪軸固定的從動(dòng)軸和與電機(jī)形成傳動(dòng)連接的調(diào)節(jié)軸。
背景技術(shù)：
這種方法在DE 41 10 195 A1里面是熟知的。這里的凸輪軸相對(duì)于曲軸的轉(zhuǎn)角位置是在電機(jī)的幫助下被調(diào)整的，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的是三軸變速器的曲軸和凸輪軸之間的調(diào)節(jié)軸。在三軸變速器的傳動(dòng)軸上設(shè)計(jì)了凸輪軸齒輪，它是通過一條鏈條被曲軸齒輪驅(qū)動(dòng)的，曲軸齒輪是和曲軸抗扭連接的。三軸變速器的從動(dòng)軸是和凸輪軸抗扭連接的。為了將凸輪軸相對(duì)于曲軸的轉(zhuǎn)角或者相位位置調(diào)整到給定的額定信號(hào)，那么相角會(huì)被測量并和額定信號(hào)進(jìn)行比較。當(dāng)出現(xiàn)偏差時(shí)，電機(jī)會(huì)被控制來降低偏差。為了在調(diào)節(jié)裝置故障情況下電機(jī)功能的保證，相對(duì)調(diào)整在制動(dòng)元件的幫助下被限制在了最大調(diào)整角，這個(gè)制動(dòng)元件是和傳動(dòng)軸相連接并且和凸輪軸固定的反向制動(dòng)元件一起起作用的。故障時(shí)制動(dòng)元件會(huì)與反向制動(dòng)元件相對(duì)地定位而因此將凸輪軸和曲軸彼此相對(duì)拉緊。對(duì)比于相當(dāng)?shù)木哂泻愣ㄏ辔坏幕钊絻?nèi)燃機(jī)，通過這樣會(huì)得到更好的汽缸充氣，因此燃料能夠被節(jié)約，污染物質(zhì)的排放量能夠被降低和/或者內(nèi)燃機(jī)的輸出功率能夠被提高。然而這些對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)階段是受限制的，因?yàn)樵趩?dòng)過程中部分凸輪軸的相位的測量值數(shù)值還不存在。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，說明開頭所陳述的方法，使在內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)過程中降低污染物排出和燃料需求成為可能。
這個(gè)任務(wù)在開始提到的方法中是這樣實(shí)現(xiàn)的，a)將轉(zhuǎn)角測量信號(hào)設(shè)定到轉(zhuǎn)角測量信號(hào)-起始值，b)扭轉(zhuǎn)曲軸并且探測曲軸-傳感器信號(hào)，這個(gè)信號(hào)的狀態(tài)當(dāng)曲軸的角度變化時(shí)會(huì)改變，c)曲軸-傳感器信號(hào)狀態(tài)改變時(shí)，跟蹤轉(zhuǎn)角測量信號(hào)，d)將位置測量信號(hào)設(shè)置到位置測量信號(hào)-起始值，e)扭轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸并且探測調(diào)節(jié)軸-傳感器信號(hào)，這個(gè)信號(hào)的狀態(tài)當(dāng)調(diào)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)位置變化時(shí)會(huì)改變，f)調(diào)節(jié)軸-傳感器信號(hào)狀態(tài)改變時(shí)，跟蹤位置測量信號(hào)，g)借助于轉(zhuǎn)角測量信號(hào)、位置測量信號(hào)和變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性參數(shù)，確定凸輪軸相對(duì)于曲軸的轉(zhuǎn)角位置的相角信號(hào)，h)在一個(gè)參考位置相對(duì)彼此拉緊曲軸和凸輪軸并檢測參考位置的達(dá)到，i)在檢測參考位置時(shí)，將相角信號(hào)設(shè)置為與參考位置相對(duì)應(yīng)的參考值，k)在此之后，在轉(zhuǎn)角測量信號(hào)和/或位置測量信號(hào)的狀態(tài)改變時(shí)，跟蹤相角信號(hào)，l)并且調(diào)節(jié)相角，其中將這樣獲得的與參考位置相關(guān)的相角信號(hào)與額定信號(hào)比較并且在出現(xiàn)相角偏差時(shí)控制電機(jī)以減少該偏差。
這個(gè)相角信號(hào)被間接由曲軸的轉(zhuǎn)角測量信號(hào)，調(diào)節(jié)軸的位置測量信號(hào)和傳動(dòng)特性參數(shù)所決定，傳動(dòng)特性也就是三軸傳動(dòng)裝置在靜態(tài)傳動(dòng)軸狀態(tài)下在調(diào)節(jié)軸和凸輪軸之間所具有的傳動(dòng)比。因此一般情況下，將相對(duì)高分辨率的用于確定調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子的位置的位置傳感器用于測量相角信號(hào)。因?yàn)樵趦?nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)過程中，首先還沒有關(guān)于曲軸轉(zhuǎn)角和調(diào)節(jié)軸轉(zhuǎn)角位置的信息，所以轉(zhuǎn)角測量信號(hào)和位置測量信號(hào)可以被設(shè)置到一個(gè)任意的起始值。如果曲軸-傳感器信號(hào)狀態(tài)改變，可以從相應(yīng)的起始值出發(fā)跟蹤轉(zhuǎn)角測量信號(hào)。如果調(diào)節(jié)軸-傳感器信號(hào)狀態(tài)改變，位置測量信號(hào)會(huì)以適當(dāng)方式被跟蹤。因?yàn)橄嘟堑恼{(diào)整需要相對(duì)于曲軸的凸輪軸轉(zhuǎn)角位置的信息，曲軸和凸輪軸會(huì)在一個(gè)參考位置被彼此拉緊，并且參考位置的達(dá)到是通過傳感裝置被檢測的。在達(dá)到參考位置時(shí)，相角信號(hào)會(huì)被設(shè)置到之前通過測量或者其他方式得到的一個(gè)給定的參考值，比方說存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中的參考值。從與在參考位置的，相對(duì)于曲軸的凸輪軸的相對(duì)位置相符和的參考值出發(fā)，依賴于轉(zhuǎn)角測量信號(hào)和位置測量信號(hào)狀態(tài)改變的相角信號(hào)被跟蹤。在當(dāng)前相角信號(hào)的幫助下相角被調(diào)整到一個(gè)給定的額定信號(hào)。因此是相對(duì)來說比較早的，也就是說達(dá)到參考位置之后立刻相角的調(diào)整是可能的，由此在內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)過程中的低污染的排放和低燃料的需求就成為了可能。
在對(duì)本發(fā)明的優(yōu)化的實(shí)施方式中，為了將曲曲軸和凸輪軸拉緊，將與傳動(dòng)軸相連的制動(dòng)元件對(duì)靠與凸輪軸相連的反制動(dòng)元件定位。然后此發(fā)明方法可以在使用生產(chǎn)成本相對(duì)便宜的凸輪軸調(diào)節(jié)裝置的幫助下實(shí)現(xiàn)。
在發(fā)明的其他實(shí)施方式中，曲軸和凸輪軸的拉緊要使用至少一個(gè)彈性元件。在這里在參考位置內(nèi)的彈簧元件可以被安排在空檔-或者中間位置。
根據(jù)目的，參考位置的達(dá)到根據(jù)相角信號(hào)變化速度的改變被檢測到。也是可以考慮的，參考位置的達(dá)到通過以下方法去識(shí)別，用電機(jī)引起和檢測扭矩，是否相角信號(hào)在電機(jī)扭矩提升之前，之中或者之后保持它的值。
在發(fā)明方法的有利實(shí)施方式中，當(dāng)達(dá)到曲軸-傳感器信號(hào)中給定的曲軸參考-轉(zhuǎn)角位置時(shí)生成一個(gè)參考標(biāo)記，參考標(biāo)記出現(xiàn)時(shí)第二轉(zhuǎn)角測量信號(hào)被設(shè)置到參考轉(zhuǎn)角位置被分配的值中的一個(gè)，當(dāng)曲軸-傳感器信號(hào)狀態(tài)改變時(shí)第二轉(zhuǎn)角測量信號(hào)可以被跟蹤，當(dāng)?shù)竭_(dá)給定的凸輪軸轉(zhuǎn)角位置時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)凸輪軸-參考信號(hào)，凸輪軸-參考信號(hào)出現(xiàn)時(shí)當(dāng)前轉(zhuǎn)角測量信號(hào)和位置測量信號(hào)的測量值可以分別被確定并且通過這個(gè)測量值和傳動(dòng)特性參數(shù)可以確定對(duì)于絕對(duì)相角信號(hào)的值，內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速被測量并與給定的轉(zhuǎn)速閾值比較，并且當(dāng)超過閾值時(shí)繼續(xù)以絕對(duì)相角信號(hào)作為實(shí)際值信號(hào)調(diào)整相角。在這里曲軸傳感器信號(hào)優(yōu)選的利用位置固定的例如設(shè)置在內(nèi)燃機(jī)電動(dòng)機(jī)組上的磁力探測儀而確定，該磁力探測儀和抗扭設(shè)置在曲軸上的導(dǎo)磁鏈齒共同起作用。齒輪中的一個(gè)齒牙和/或齒槽區(qū)別于其他的齒牙或者齒槽并且作為曲軸-轉(zhuǎn)角絕對(duì)確定的參考。凸輪軸參考信號(hào)能夠在觸發(fā)裝置的幫助下產(chǎn)生，它是跟凸輪軸絕對(duì)旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)的。由凸輪軸-參考信號(hào)和絕對(duì)曲軸-傳感器信號(hào)導(dǎo)出的第二轉(zhuǎn)角測量信號(hào)和跟參考位置有關(guān)的第一轉(zhuǎn)角測量信號(hào)相比，有以下優(yōu)點(diǎn)，在凸輪軸驅(qū)動(dòng)中的容許誤差和/或者磨損(曲軸齒輪，驅(qū)動(dòng)鏈條或者齒帶，鏈條-或者齒帶夾具，凸輪軸齒輪，制動(dòng)元件和反制動(dòng)元件)不會(huì)影響到轉(zhuǎn)角測量的準(zhǔn)確性。因此通過相角-調(diào)節(jié)從參考位置有關(guān)的相角信號(hào)到絕對(duì)相角信號(hào)的轉(zhuǎn)換，相角設(shè)置的準(zhǔn)確性被進(jìn)一步改善。
具有優(yōu)點(diǎn)的是，首先對(duì)于曲軸的轉(zhuǎn)速檢測至少一個(gè)轉(zhuǎn)速測量值，并且在此之后繼續(xù)執(zhí)行利用絕對(duì)相角信號(hào)的相角調(diào)節(jié)。因此會(huì)避免以下情況，在低轉(zhuǎn)速的時(shí)候，在一個(gè)和曲軸齒輪共同作用的磁力探測儀的幫助下還沒有轉(zhuǎn)速值被測量到的情況下，絕對(duì)相角信號(hào)的非可信值造成凸輪軸的位置錯(cuò)誤。
在本發(fā)明方法的按目的設(shè)計(jì)方案中，在達(dá)到參考位置以前，電機(jī)通過帶有預(yù)給的占空比的脈寬調(diào)制在參考位置的方向預(yù)調(diào)。只要還沒有對(duì)于相位位置可使用的測量值，電機(jī)就首先作為“盲目”控制。這時(shí)的占空比是這樣被選定的，制動(dòng)元件和反制動(dòng)元件的損壞保證被避免，而與它們?cè)趦?nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)候的位置無關(guān)。
本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施形式中，占空比依賴于轉(zhuǎn)速測量值的檢測而改變，其中一旦轉(zhuǎn)速測量值被檢測到，優(yōu)選地增大占空比。占空比被改變的值能夠依賴于至少一個(gè)參數(shù)被選擇，比方說，內(nèi)燃機(jī)的電機(jī)溫度和氣門機(jī)構(gòu)中的牽引損失。轉(zhuǎn)速測量值的檢測最好從大約50U/Min的曲軸轉(zhuǎn)速開始進(jìn)行。
具有優(yōu)點(diǎn)的是，在制動(dòng)元件對(duì)靠反制動(dòng)元件的定位之前，相角信號(hào)被微分以形成相位速度信號(hào)；該相位速度信號(hào)與相位速度閾值比較；并且對(duì)于相位速度信號(hào)大于閾值的情況，將相位速度信號(hào)和額定信號(hào)比較，并且在出現(xiàn)偏差時(shí)，電機(jī)被控制以減小偏差。這里是以以下為出發(fā)點(diǎn)的，如果相位速度信號(hào)超過了閾值，相位速度的測量值具有對(duì)于相位速度調(diào)節(jié)的足夠的精度。通過相位速度調(diào)節(jié)，在制動(dòng)元件和反制動(dòng)元件的磨損能夠被降低和/或者這些部份的破壞被預(yù)防。
本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施形式中，在檢測到達(dá)到參考位置以前，電機(jī)的工作電流和/或工作電壓和/或轉(zhuǎn)速被限制和/或被調(diào)整。由此，限制了在內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)過程中制動(dòng)元件對(duì)靠反制動(dòng)元件所借助的力，并因此而限制了制動(dòng)元件或者反制動(dòng)元件的磨損。進(jìn)一步也阻止了這些部分的破壞。


下面根據(jù)附圖進(jìn)一步解釋本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中圖1活塞式內(nèi)燃機(jī)的示意性部分視圖，包含有用于調(diào)整凸輪軸相對(duì)于曲軸的相位的裝置；圖2凸輪軸調(diào)節(jié)裝置；圖3用于調(diào)節(jié)凸輪軸相對(duì)與曲軸的相位的狀態(tài)信號(hào)的圖表，橫坐標(biāo)為以秒計(jì)算的時(shí)間，縱坐標(biāo)為狀態(tài)；圖4內(nèi)燃機(jī)理想化轉(zhuǎn)速分布的圖表，橫坐標(biāo)為以秒為計(jì)算的時(shí)間，縱坐標(biāo)為單位為U/Min的轉(zhuǎn)速；圖5實(shí)際相角(加號(hào)標(biāo)記線)和相角額定信號(hào)(無標(biāo)記線)的圖表，橫坐標(biāo)為以秒為計(jì)算的時(shí)間，縱坐標(biāo)為相角的角度；圖6跟參考位置有關(guān)的角度信號(hào)的圖表，橫坐標(biāo)為以秒為計(jì)算的時(shí)間，縱坐標(biāo)為相角的角度；圖7實(shí)際曲軸轉(zhuǎn)角(非陰影線)和曲軸-轉(zhuǎn)角測量信號(hào)(陰影線)圖表，橫坐標(biāo)為以秒為計(jì)算的時(shí)間，縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)角的角度；圖8電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)角(陰影線)圖表，橫坐標(biāo)為以秒為計(jì)算的時(shí)間，縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)角的角度。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，活塞式內(nèi)燃機(jī)相對(duì)于曲軸5的凸輪軸3的轉(zhuǎn)角位置的調(diào)節(jié)裝置包括一個(gè)變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1，它作為三軸變速器構(gòu)成，具有一個(gè)與曲軸固定的傳動(dòng)軸，一個(gè)與凸輪軸固定的從動(dòng)軸和一個(gè)調(diào)節(jié)軸。變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以是行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如周轉(zhuǎn)齒輪-和/或旋轉(zhuǎn)斜盤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
傳動(dòng)軸和凸輪軸齒輪2抗扭連接，它以熟知的方式通過一條鏈條或者齒帶和內(nèi)燃機(jī)曲軸5上的抗扭設(shè)置的曲軸齒輪形成傳動(dòng)連接。從動(dòng)軸和凸輪軸3抗扭連接。調(diào)節(jié)軸和電機(jī)4的轉(zhuǎn)子抗扭連接。變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1集成在凸輪軸齒輪2的套筒中。
為了限制內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸3和曲軸5之間的扭轉(zhuǎn)角，調(diào)節(jié)裝置包括與變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1的傳動(dòng)軸固定連接的制動(dòng)元件6和反制動(dòng)元件7，后者與凸輪軸3抗扭連接并且在制動(dòng)元件6的一個(gè)參考位置運(yùn)行到需要位置。
在圖1中可以看出，為曲軸轉(zhuǎn)角的測量而提供了磁力探測儀8，它檢測由導(dǎo)磁材料制成且安排在曲軸5上的齒輪圈9的齒面。輪圈9的一個(gè)齒輪間隙或者齒牙的寬度比其他齒輪間隙或者齒牙的大并且標(biāo)記曲軸5的一個(gè)參考-轉(zhuǎn)角位置。
當(dāng)內(nèi)燃機(jī)被啟動(dòng)時(shí)，與曲軸5的當(dāng)前位置無關(guān)地，第一轉(zhuǎn)角測量信號(hào)被設(shè)置到轉(zhuǎn)角測量信號(hào)-起始值，其例如可以是零。然后曲軸例如被利用啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)并且在磁力探測儀的幫助下探測到一個(gè)曲軸一傳感器信號(hào)，當(dāng)齒輪圈9的齒面轉(zhuǎn)過時(shí)分別改變它的狀態(tài)。當(dāng)曲軸-傳感器信號(hào)的上升沿和/或下降沿(狀態(tài)改變)出現(xiàn)時(shí)，會(huì)引起控制器中的系統(tǒng)程序發(fā)出一個(gè)中斷信號(hào)，這時(shí)轉(zhuǎn)角測量信號(hào)會(huì)被分別跟蹤，比方說通過增量跟蹤。
在達(dá)到參考-轉(zhuǎn)角位置時(shí)，會(huì)在磁力探測儀8的傳感器信號(hào)中，在后面也被叫做曲軸-傳感器信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)參考標(biāo)記。這些是通過以下方法達(dá)到的，在參考-轉(zhuǎn)角位置的曲軸-齒輪圈9的空隙比其他齒牙之間的都大。一旦曲軸-傳感器信號(hào)中的參考標(biāo)記被檢測到，第二轉(zhuǎn)角測量信號(hào)被設(shè)置到一個(gè)與參考-轉(zhuǎn)角位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)值。然后在曲軸-傳感器信號(hào)的每個(gè)上升沿和/或下降沿(狀態(tài)改變)時(shí)，跟蹤第二轉(zhuǎn)角測量信號(hào)。
優(yōu)選地提供具有轉(zhuǎn)子的EC電機(jī)作為電機(jī)4，在它的周邊安排了一排交替的在彼此相反方向磁化的磁段，它們通過氣隙和定子的齒牙共同發(fā)生磁性作用。齒牙被通過控制裝置供電的線圈纏繞。
磁段相對(duì)于定子的位置和調(diào)節(jié)軸轉(zhuǎn)角可以被測量裝置檢測，該測量裝置在定子上包含了多個(gè)磁場傳感器10，它們?cè)诙ㄗ拥那芯€方向是這樣彼此偏置的，使得轉(zhuǎn)子的每次轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)經(jīng)歷一定數(shù)量的磁段-傳感器-組合。磁場傳感器10產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字傳感器信號(hào)，它將經(jīng)歷一系列傳感器信號(hào)-狀態(tài)，它在轉(zhuǎn)子的一次機(jī)械完全旋轉(zhuǎn)中會(huì)經(jīng)常重復(fù)，像測量裝置包括磁場傳感器10一樣。這個(gè)傳感器信號(hào)后面也被稱為調(diào)節(jié)軸傳感器信號(hào)。
當(dāng)內(nèi)燃機(jī)被啟動(dòng)時(shí)，與轉(zhuǎn)子或者調(diào)節(jié)軸當(dāng)前所處的位置無關(guān)地，位置測量信號(hào)會(huì)被設(shè)置到一個(gè)位置測量信號(hào)起始值。于是調(diào)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)，其中當(dāng)調(diào)節(jié)軸-傳感器信號(hào)狀態(tài)變化時(shí)，會(huì)在控制器的系統(tǒng)程序中引起一個(gè)中斷，這時(shí)位置測量信號(hào)會(huì)被跟蹤。
提供電感傳感器11作為凸輪軸轉(zhuǎn)角的參考信號(hào)提供者，它是和凸輪軸3上的觸發(fā)輪12一起起作用的。如果電感傳感器11檢測到了一個(gè)觸發(fā)輪12的邊沿，那么會(huì)在控制器中的系統(tǒng)程序中引起中斷，這時(shí)存儲(chǔ)曲軸轉(zhuǎn)角和調(diào)節(jié)軸轉(zhuǎn)角用于進(jìn)一步處理中調(diào)節(jié)相角。
凸輪軸相對(duì)于曲軸的轉(zhuǎn)角位置以后會(huì)被稱為相角位置。它說明了相對(duì)于內(nèi)燃機(jī)曲軸運(yùn)動(dòng)的氣門開啟時(shí)間點(diǎn)。它被定義為如下ε(t)＝Cnk(t)-2·Cam(t) (1)這里Cnk(t)意味著時(shí)間點(diǎn)t的曲軸轉(zhuǎn)角，Cam(t)意味著時(shí)間點(diǎn)t的凸輪軸轉(zhuǎn)角。
內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)必須盡可能快的將相角調(diào)整到額定位置。這個(gè)只能夠根據(jù)一個(gè)參考角來得到，因?yàn)橹挥袇⒖?相角位置標(biāo)記的齒隙或齒被找到并且凸輪軸的邊沿被識(shí)別以后，相角才可能被得出。
內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)以后首先執(zhí)行制動(dòng)運(yùn)行，可以考慮兩種對(duì)策a)利用電機(jī)4，以預(yù)給的力在反制動(dòng)元件的方向調(diào)節(jié)制動(dòng)元件，直到達(dá)到參考位置。
b)相速被調(diào)節(jié)到給定的額定相速，直到達(dá)到參考位置在制動(dòng)運(yùn)行過程中，相角可以被分解為兩部分 其中 是制動(dòng)運(yùn)行階段開始的曲軸轉(zhuǎn)角， 是制動(dòng)運(yùn)行階段開始的凸輪軸轉(zhuǎn)角，
ε(0)＝εCnk(t0)是制動(dòng)運(yùn)行階段開始的相角，并且εRel(t)在制動(dòng)運(yùn)行階段開始一直到當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)t調(diào)節(jié)的相角。也可以被認(rèn)為是跟開始相角相關(guān)的相角的相對(duì)部分。
因?yàn)殡姍C(jī)4轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的測量裝置比凸輪軸3的電感傳感器11更高的分辨率，凸輪軸3的轉(zhuǎn)角不會(huì)直接計(jì)算出來的，而是借助于變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1的傳動(dòng)等式，由位置測量信號(hào)算出。因此并且由等式(1)得出下面的用于確定相角相對(duì)部分的公式 其中 是制動(dòng)運(yùn)行階段開始的電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角Em(t)從制動(dòng)運(yùn)行階段開始直到當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)t，轉(zhuǎn)子的相角。
在內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)時(shí)，ε(0)是未知的。所以在這個(gè)階段中的當(dāng)前相角ε(t)也是未知的。對(duì)于這個(gè)階段只有相角的相對(duì)部分是需要的。如果使用了策略b)(見上)，它用于計(jì)算在制動(dòng)運(yùn)行過程中相速調(diào)整所必需的相速。此外，相角的相對(duì)部分被用于找到參考位置。如果到達(dá)了參考位置，即使電機(jī)繼續(xù)在相同的方向上通流運(yùn)行，相角也保持并且它的相對(duì)部分接近恒定。
在到達(dá)參考位置后出現(xiàn)的相角信號(hào)改變速度減小被檢測到并且參考位置被識(shí)別出，調(diào)節(jié)以參考位置作為額定值并且以第一轉(zhuǎn)角測量信號(hào)作為實(shí)際值信號(hào)的相角，直至滿足在下面更詳細(xì)描述的以第二轉(zhuǎn)角測量信號(hào)作為額定信號(hào)的相角調(diào)節(jié)條件被滿足之前。這里，相角也可以被分解為兩部分ε(t)＝εHStop+εRel(t) (4)
這里εHStop是基準(zhǔn)制動(dòng)的相角，εRel(t)是這樣的相角，其從第一轉(zhuǎn)角測量信號(hào)被用為實(shí)際值信號(hào)的調(diào)節(jié)階段開始被調(diào)節(jié)，直到當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)t。它是相對(duì)于參考位置的相角的相對(duì)部分。這個(gè)相角的相對(duì)部分又可以借助于變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)等式得出 其中Em，HStop＝Em(t)是在調(diào)節(jié)階段開始時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角，這里將第一轉(zhuǎn)角測量信號(hào)用作實(shí)際值信號(hào)Cnk，HStop＝Cnk(tHStop)是在調(diào)節(jié)階段開始時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角，這里將第一轉(zhuǎn)角測量信號(hào)用作實(shí)際值信號(hào)。
Em(t)是從調(diào)節(jié)階段開始到當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)t的電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角，這里將第一轉(zhuǎn)角測量信號(hào)用作實(shí)際值信號(hào)，Cnk(t)是從調(diào)節(jié)階段開始到當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)t的曲軸-轉(zhuǎn)角，這里將第一轉(zhuǎn)角測量信號(hào)用作實(shí)際值信號(hào)。
在曲軸-傳感器信號(hào)中的參考標(biāo)記和凸輪軸-參考信號(hào)被檢測到之后，內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速超過500U/Min并且相角位于可靠范圍內(nèi)時(shí)，利用第二曲軸-轉(zhuǎn)角測量信號(hào)作為實(shí)際值信號(hào)調(diào)節(jié)相角。這個(gè)調(diào)整過程中的相角可以通過下面的公式確定。
這里Em，ICyc＝Em(tICyc)從發(fā)現(xiàn)上一個(gè)參考標(biāo)記到當(dāng)前的周期性中斷間的電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角，Cnk，ICyc＝Cnk(tICyc)從發(fā)現(xiàn)上一個(gè)參考標(biāo)記到當(dāng)前的周期性中斷間的曲軸轉(zhuǎn)角，Em，ICam從發(fā)現(xiàn)上一個(gè)參考標(biāo)記到上一個(gè)周期性中斷間的電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角，Cnk，ICam從發(fā)現(xiàn)上一個(gè)參考標(biāo)記到上一個(gè)周期性中斷間的曲軸轉(zhuǎn)角，εAbs是在每一個(gè)周期性中斷確定的相角，它等于凸輪軸-參考信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)上的曲軸-轉(zhuǎn)角。
500U/Min的轉(zhuǎn)速-閾值，主要考慮到以下情況，以第二轉(zhuǎn)角測量信號(hào)作為額定值信號(hào)的相角-調(diào)節(jié)只在能夠可靠發(fā)現(xiàn)曲軸-齒輪圈9的齒牙的齒面、參考標(biāo)記和凸輪軸-參考信號(hào)的電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍實(shí)施。此外，以第二轉(zhuǎn)角測量信號(hào)為額定值信號(hào)的相角調(diào)節(jié)只有當(dāng)借助于第二曲軸-轉(zhuǎn)角信號(hào)得到的相角位于調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)才被執(zhí)行。不可靠的相角可以由硬件損壞(例如制動(dòng)消失)，測量信號(hào)采樣失誤(例如在曲軸-齒面9的錯(cuò)誤邊沿采樣)或者信號(hào)加工(參考標(biāo)記的錯(cuò)誤識(shí)別，轉(zhuǎn)角測量信號(hào)的錯(cuò)誤跟蹤等等)導(dǎo)致。這樣的錯(cuò)誤可以通過使用適當(dāng)?shù)木o急措施進(jìn)行處理。
以上描述的啟動(dòng)方案可以總結(jié)為a)在電機(jī)啟動(dòng)以后(即，在觸發(fā)信號(hào)由0跳變?yōu)?以后)直至檢測到曲軸-轉(zhuǎn)速測量值以20％的占空比在參考位置的方向上預(yù)控制電機(jī)4。
b)在曲軸-轉(zhuǎn)速測量值被檢測到以后，以和至少一個(gè)工作參數(shù)相關(guān)的例如30％的占空比在參考位置的方向上以給定的速度，并在限定的工作電流和工作電壓下，定位電機(jī)4。為此也為了制動(dòng)識(shí)別，相角根據(jù)等式(3)計(jì)算得出。如果到達(dá)并識(shí)別出制動(dòng)，就結(jié)束這個(gè)調(diào)節(jié)階段；或者如果滿足以第二曲軸-轉(zhuǎn)角信號(hào)作為額定值信號(hào)的相位調(diào)節(jié)的條件，那么就中斷這個(gè)調(diào)節(jié)階段。
c)參考位置被識(shí)別以后，跟參考位置有關(guān)的參考相角會(huì)被調(diào)節(jié)。為此，在制動(dòng)處的相角必須是已知的。當(dāng)前相角通過等式(4)和等式(5)被計(jì)算。如果到達(dá)并識(shí)別出制動(dòng)，就中斷這個(gè)調(diào)節(jié)階段；或者如果滿足以第二曲軸-轉(zhuǎn)角信號(hào)作為額定值信號(hào)的相位調(diào)節(jié)的條件并且還沒有達(dá)到制動(dòng)，那么這個(gè)調(diào)節(jié)階段被中斷。
d)一旦以下條件被滿足，就執(zhí)行以第二曲軸-轉(zhuǎn)角信號(hào)為額定值信號(hào)的相位調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于或者等于500U/Min，參考標(biāo)記被識(shí)別并且借助于第二曲軸-轉(zhuǎn)角信號(hào)確定的相角位于可靠范圍內(nèi)。對(duì)于這樣的調(diào)節(jié)，相角由等式(6)計(jì)算。
在下面是根據(jù)圖4到8顯示的模擬結(jié)果對(duì)本發(fā)明的解釋。在這里為制動(dòng)運(yùn)行使用了相角速度調(diào)節(jié)方案。
在時(shí)間t＝0.02s時(shí)，內(nèi)燃機(jī)被啟動(dòng)。在t＝0.2s時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到了800U/Min并且到模擬結(jié)束保持恒定。在t＝0.0375s時(shí)制動(dòng)運(yùn)行開始(Scam＝4)，因?yàn)樵谶@個(gè)時(shí)刻達(dá)到了50U/Min的電機(jī)轉(zhuǎn)速。在這個(gè)位置上，跟電機(jī)起始位置有關(guān)的曲軸轉(zhuǎn)角值為7°并且電機(jī)轉(zhuǎn)角值為0°。這些值作為參考角Em(0)和Cnk(0)，用于根據(jù)等式(3)計(jì)算相角。在制動(dòng)達(dá)到時(shí)間點(diǎn)t＝0.08s之后，到它被識(shí)別(t＝0.105s)還要持續(xù)25ms。為制動(dòng)運(yùn)行，假設(shè)了一個(gè)起始相位角為148°的曲軸。
從t＝0.105s開始，相角根據(jù)參考位置被調(diào)節(jié)(Scam＝5)。在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)的曲軸-轉(zhuǎn)角值(Cnk＝106°)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角值(Em＝213.5°)在這個(gè)階段中用作根據(jù)等式(5)計(jì)算相角的參考角Cnk，HStop和Cnk，HStop這里，在參考位置的相角為154°，見等式(4)。
在500U/Min的轉(zhuǎn)速閾值在t＝0.135s時(shí)達(dá)到并且第一參考標(biāo)記在t＝0.125s以及凸輪軸參考信號(hào)的一個(gè)邊沿被檢測到之后，以第二曲軸-轉(zhuǎn)角信號(hào)為額定值信號(hào)的調(diào)節(jié)在t＝0.2375s才開始(Scam＝6)。在階段開始，借助于第二轉(zhuǎn)角測量信號(hào)確定的相角εAbs值為107.5°并且在凸輪軸-參考信號(hào)邊沿下一次出現(xiàn)時(shí)(t＝0.39s)的值為119.5°。
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)整活塞式內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸3相對(duì)于曲軸5的轉(zhuǎn)角位置的方法。曲軸5通過變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1和凸輪軸3建立傳動(dòng)連接，該變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為三軸變速器構(gòu)成，具有與曲軸固定的傳動(dòng)軸、與凸輪軸固定的從動(dòng)軸和與電機(jī)4形成傳動(dòng)連接的調(diào)節(jié)軸。制動(dòng)元件6與傳動(dòng)軸3相連并且反制動(dòng)元件7與凸輪軸3相連，反制動(dòng)元件在至少一個(gè)參考位置與制動(dòng)元件6共同作用。在內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)過程中，檢測曲軸轉(zhuǎn)角測量信號(hào)和調(diào)節(jié)軸轉(zhuǎn)角的位置測量信號(hào)。借助于轉(zhuǎn)角測量信號(hào)、位置測量信號(hào)和變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性參數(shù)，確定與開始位置相關(guān)的凸輪軸3相對(duì)于曲軸5的轉(zhuǎn)角位置的相角信號(hào)。此后，如果制動(dòng)元件6對(duì)靠反制動(dòng)元件7定位并且檢測到達(dá)到參考位置，則測量相對(duì)于參考位置的相角并將其調(diào)節(jié)至額定值信號(hào)。
附圖標(biāo)記1.變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2.凸輪軸齒輪3.凸輪軸4.電機(jī)5.曲軸6.制動(dòng)元件7.反制動(dòng)元件8.磁力探測儀9.齒圈10.磁場傳感器11.電感傳感器12.觸發(fā)輪
權(quán)利要求
1.用于特別在內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)過程中，調(diào)整活塞式內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸(3)相對(duì)于曲軸(5)的轉(zhuǎn)角位置的方法，其中曲軸(5)通過變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)和凸輪軸(3)建立傳動(dòng)連接，該變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為三軸變速器構(gòu)成，具有與曲軸固定的傳動(dòng)軸、與凸輪軸固定的從動(dòng)軸和與電機(jī)(4)形成傳動(dòng)連接的調(diào)節(jié)軸，a)將轉(zhuǎn)角測量信號(hào)設(shè)定到轉(zhuǎn)角測量信號(hào)-起始值，b)扭轉(zhuǎn)曲軸(5)并且探測曲軸-傳感器信號(hào)，該信號(hào)的狀態(tài)當(dāng)曲軸(5)的角度變化時(shí)改變，c)曲軸-傳感器信號(hào)狀態(tài)改變時(shí)，跟蹤轉(zhuǎn)角測量信號(hào)，d)將位置測量信號(hào)設(shè)置到位置測量信號(hào)-起始值，e)扭轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)軸并且探測調(diào)節(jié)軸-傳感器信號(hào)，該信號(hào)的狀態(tài)當(dāng)調(diào)節(jié)軸的旋轉(zhuǎn)位置變化時(shí)改變，f)調(diào)節(jié)軸-傳感器信號(hào)狀態(tài)改變時(shí)，跟蹤位置測量信號(hào)，g)借助于轉(zhuǎn)角測量信號(hào)、位置測量信號(hào)和變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(1)的傳動(dòng)特性參數(shù)，確定凸輪軸(3)相對(duì)于曲軸(5)的轉(zhuǎn)角位置的相角信號(hào)，h)在一個(gè)參考位置相對(duì)彼此拉緊曲軸(5)和凸輪軸(3)并檢測參考位置的達(dá)到，i)在檢測到參考位置時(shí)，將相角信號(hào)設(shè)置為與參考位置相對(duì)應(yīng)的參考值，k)在此之后，在轉(zhuǎn)角測量信號(hào)和/或位置測量信號(hào)的狀態(tài)改變時(shí)，跟蹤相角信號(hào)，l)并且調(diào)節(jié)相角，其中將這樣獲得的與參考位置相關(guān)的相角信號(hào)與額定值信號(hào)比較并且在出現(xiàn)相角偏差時(shí)控制電機(jī)(4)以減少該偏差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，為了將曲軸(5)與凸輪軸(3)拉緊，將與傳動(dòng)軸相連的制動(dòng)元件(6)對(duì)靠與凸輪軸(3)相連的反制動(dòng)元件(7)定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，曲軸(5)和凸輪軸(3)借助于一個(gè)彈簧元件彼此拉緊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3之一所述的方法，其中，參考位置的達(dá)到根據(jù)相角信號(hào)變化速度的改變而被檢測。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4之一所述的方法，其中，當(dāng)達(dá)到曲軸-傳感器信號(hào)中給定的曲軸(5)參考-轉(zhuǎn)角位置時(shí)，生成一個(gè)參考標(biāo)記；參考標(biāo)記出現(xiàn)時(shí)，第二轉(zhuǎn)角測量信號(hào)被設(shè)置到一個(gè)相應(yīng)于參考轉(zhuǎn)角位置的值；當(dāng)曲軸-傳感器信號(hào)狀態(tài)改變時(shí)，跟蹤第二轉(zhuǎn)角測量信號(hào)；當(dāng)?shù)竭_(dá)給定的凸輪軸(3)轉(zhuǎn)角位置時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)凸輪軸-參考信號(hào)；當(dāng)凸輪軸-參考信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，分別確定當(dāng)前轉(zhuǎn)角測量信號(hào)和位置測量信號(hào)的測量值，并且通過該測量值和傳動(dòng)特性參數(shù)確定對(duì)于絕對(duì)相角信號(hào)的值；測量內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速并與給定的轉(zhuǎn)速閾值比較，并且當(dāng)超過轉(zhuǎn)速閾值時(shí)繼續(xù)以絕對(duì)相角信號(hào)作為實(shí)際值信號(hào)調(diào)節(jié)相角。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5之一所述的方法，其中，將絕對(duì)相角信號(hào)與給定的取值范圍比較，并且只有當(dāng)相角信號(hào)位于給定的取值范圍中時(shí)才利用絕對(duì)相角信號(hào)繼續(xù)調(diào)節(jié)相角。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6之一所述的方法，其中，首先對(duì)于曲軸(5)的轉(zhuǎn)速檢測至少一個(gè)轉(zhuǎn)速測量值，并且在此之后才繼續(xù)利用絕對(duì)相角信號(hào)調(diào)節(jié)相角。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7之一所述的方法，其中，在制動(dòng)元件(6)對(duì)靠反制動(dòng)元件(7)定位之前，電機(jī)(4)被通過帶有預(yù)給的占空比的脈寬調(diào)制在參考位置的方向預(yù)調(diào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，占空比依賴于轉(zhuǎn)速測量值的檢測而改變，其中一旦檢測了轉(zhuǎn)速測量值，就優(yōu)選地增大占空比。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9之一所述的方法，其中，在制動(dòng)元件(6)對(duì)靠反制動(dòng)元件(7)定位之前，相角信號(hào)被微分以形成相位速度信號(hào)；該相位速度信號(hào)與相位速度閾值比較；并且對(duì)于相位速度信號(hào)大于閾值的情況，將相位速度信號(hào)和額定值信號(hào)比較，并且在出現(xiàn)偏差時(shí)，電機(jī)(4)被控制以減小偏差。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10之一所述的方法，其中，在檢測到達(dá)到參考位置之前，電機(jī)(4)的工作電流和/或工作電壓和/或轉(zhuǎn)速被限制和/或被調(diào)整。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)整活塞式內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸相對(duì)于曲軸的轉(zhuǎn)角位置的方法。曲軸通過變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和凸輪軸建立傳動(dòng)連接，該變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為三軸變速器構(gòu)成，具有與曲軸固定的傳動(dòng)軸、與凸輪軸固定的從動(dòng)軸和與電機(jī)形成傳動(dòng)連接的調(diào)節(jié)軸。制動(dòng)元件與傳動(dòng)軸相連并且反制動(dòng)元件與凸輪軸相連的。在內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng)過程中，檢測曲軸轉(zhuǎn)角測量信號(hào)和調(diào)節(jié)軸轉(zhuǎn)角的位置測量信號(hào)。借助于轉(zhuǎn)角測量信號(hào)、位置測量信號(hào)和變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特性參數(shù)，確定與開始位置相關(guān)的凸輪軸相對(duì)于曲軸的轉(zhuǎn)角位置的相角信號(hào)。此后，如果曲軸和凸輪軸在參考位置相對(duì)彼此拉緊并且檢測到達(dá)到參考位置，則測量相對(duì)于參考位置的相角并將其調(diào)節(jié)至額定值信號(hào)。
文檔編號(hào)F01L1/352GK101035967SQ200580034107
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2005年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月6日
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