專利名稱：相位角檢測裝置和用于內(nèi)燃機的采用了該相位角檢測裝置的可變氣門正時控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來檢測在至少兩個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間的旋轉(zhuǎn)相位差的相位角檢測裝置，更具體地說，涉及用于內(nèi)燃機的可變氣門正時控制裝置的相位角檢測裝置，所述可變氣門正時控制裝置根據(jù)發(fā)動機工況可變地控制內(nèi)燃機的進氣側(cè)或排氣側(cè)氣門的開/關(guān)正時。
背景技術(shù)：
近年來，已經(jīng)提出并且開發(fā)出各種可變氣門正時控制裝置。在與US7143730(B2)對應(yīng)的日本專利臨時公開文獻No.2005-180307(在下面稱為“JP2005-180307”)中已經(jīng)披露了一種這樣的可變氣門正時控制裝置。
在JP2005-180307中所披露的可變氣門正時控制裝置包括正時鏈輪，從發(fā)動機的曲軸向該正時鏈輪傳遞轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)動力)；凸輪軸，該凸輪軸相對于正時鏈輪被可在預(yù)定角度范圍內(nèi)相對轉(zhuǎn)動地支撐；固定連接在凸輪軸上的套筒；以及旋轉(zhuǎn)相位控制機構(gòu)(或相對角度相位控制或改變機構(gòu))，該旋轉(zhuǎn)相位控制機構(gòu)設(shè)在正時鏈輪和套筒之間，以便根據(jù)發(fā)動機工況控制或改變凸輪軸相對于正時鏈輪的旋轉(zhuǎn)相位。
旋轉(zhuǎn)相位控制機構(gòu)包括形成在正時鏈輪中的徑向方向?qū)虼?；形成在螺旋?dǎo)盤表面上的螺旋引導(dǎo)件(螺旋導(dǎo)槽)；具有兩個端部的聯(lián)桿構(gòu)件；可樞轉(zhuǎn)地設(shè)置的基端部分和可滑動地支撐在徑向方向?qū)虼爸械捻敹瞬糠郑瑥亩敹瞬糠挚梢匝刂鴱较蚍较驅(qū)虼霸趶较蚍较蛏匣瑒?；接合部分，它設(shè)在聯(lián)桿構(gòu)件的頂端部分處，并且其頂端(球形部分或半球形凸起)與螺旋引導(dǎo)件接合；以及磁滯制動器，用于根據(jù)發(fā)動機工況向螺旋導(dǎo)盤施加制動力。
在給磁滯制動器的電磁線圈通電時，電磁制動器通過磁滯構(gòu)件對螺旋導(dǎo)盤施加作用。通過這個制動動作，聯(lián)桿構(gòu)件的接合部分(頂端部分)在由螺旋引導(dǎo)件引導(dǎo)的同時沿著徑向方向?qū)虼霸趶较蚍较蛏线\動或滑動。套筒(還有凸輪軸)因此可以相對于正時鏈輪在預(yù)定的角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。由此，根據(jù)發(fā)動機工況可變地控制進氣門的開/關(guān)正時。

發(fā)明內(nèi)容
在JP2005-180307中的可變氣門正時控制裝置中，對于檢測在正時鏈輪和凸輪軸之間的相對轉(zhuǎn)動角度或相位的方法而言，將來自用于檢測凸輪軸的凸輪轉(zhuǎn)動角度的凸輪角傳感器的凸輪角信息和來自用于檢測曲柄軸轉(zhuǎn)動角度的曲柄角傳感器的曲柄角信息輸入到控制器中，然后該控制器對上述兩個輸入信息進行計算，并且獲得凸輪軸的凸輪轉(zhuǎn)動角度相對于曲柄軸的曲柄轉(zhuǎn)動角度的相位差。
另外，在電磁制動式可變氣門正時控制裝置中，在發(fā)動機停止?fàn)顟B(tài)中，通過彈簧力來正常控制螺旋導(dǎo)盤向最延遲的轉(zhuǎn)動角度側(cè)轉(zhuǎn)動。并且，在發(fā)動機起動之后，通過隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速提高而施加電磁制動，控制螺旋導(dǎo)盤向提前的轉(zhuǎn)動角度側(cè)轉(zhuǎn)動。
但是，為了改善在發(fā)動機起動時的發(fā)動機起動性能，在最延遲的轉(zhuǎn)動角度側(cè)附近改變螺旋導(dǎo)盤的螺旋引導(dǎo)件的曲率。也就是說，螺旋引導(dǎo)件的外端側(cè)稍微向內(nèi)折彎或彎曲，從而凸輪軸的旋轉(zhuǎn)相位在發(fā)動機起動時相對于曲柄軸的旋轉(zhuǎn)相位變?yōu)樯晕⑻崆暗南辔?。因此，螺旋引?dǎo)件的外端側(cè)形成為使得在發(fā)動機起動之后，通過施加電磁制動，使凸輪軸的旋轉(zhuǎn)相位從稍微提前的相位變?yōu)樽钛舆t的相位。另外，剩余部分的螺旋引導(dǎo)件形成為通過進一步施加相同的電磁制動，使凸輪軸的旋轉(zhuǎn)相位從最延遲相位變?yōu)樽钐崆跋辔弧?br> 在螺旋引導(dǎo)件的外端側(cè)的曲率在最延遲轉(zhuǎn)動角側(cè)附近變化的情況下，在從發(fā)動機起動開始施加電磁制動時，由于延遲控制和提前控制這兩者連續(xù)地進行，所以難以通過凸輪角傳感器和曲柄角傳感器檢測出相對旋轉(zhuǎn)相位差。也就是說，由于通過通電施加相同的電磁制動而使凸輪軸的旋轉(zhuǎn)相位向不同的方向、即沿著延遲相位方向和提前相位方向變化，所以難以只是通過凸輪角和曲柄角傳感器來精確地執(zhí)行相位控制。
換句話說，在只是通過由凸輪角和曲柄角傳感器檢測出的相應(yīng)信息來執(zhí)行相位控制的情況中，用于電磁制動式可變氣門正時控制裝置的受控變量的精度不夠，因此不能精確地執(zhí)行氣門正時控制。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種相位角檢測裝置，該相位角檢測裝置能夠高精度地檢測出在至少兩個旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間的旋轉(zhuǎn)相位差。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，相位角檢測裝置包括中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，該中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件改變由驅(qū)動構(gòu)件驅(qū)動的從動構(gòu)件的工作角；檢測單元，該檢測單元檢測與從動構(gòu)件的工作角對應(yīng)的中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角，并且將該轉(zhuǎn)動角作為檢測脈沖信號輸出；控制器，該控制器接收檢測脈沖信號并且計算在檢測脈沖信號和預(yù)先設(shè)定的參考脈沖信號之間的脈沖上升時間差，并且該控制器根據(jù)脈沖上升時間差，由從動構(gòu)件的所有工作角中檢測出從動構(gòu)件的預(yù)定中間角度位置。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，相位角檢測裝置包括驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，它與發(fā)動機曲柄軸同步地由發(fā)動機曲柄軸轉(zhuǎn)動；從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，它與具有用來打開/關(guān)閉發(fā)動機氣門的凸輪的凸輪軸連接，并且由驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件驅(qū)動；相位改變機構(gòu)，它具有中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，并且，通過改變中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角，改變從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)相位角；檢測單元，該檢測單元檢測中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角并且將該轉(zhuǎn)動角作為檢測脈沖信號輸出；控制器，該控制器計算出在檢測脈沖信號和與驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角對應(yīng)的參考脈沖信號之間的脈沖上升時間差，并且該控制器根據(jù)脈沖上升時間差，從從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的所有旋轉(zhuǎn)相位角中檢測出從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的預(yù)定中間角度位置。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，根據(jù)發(fā)動機工況控制發(fā)動機氣門的開/關(guān)正時的內(nèi)燃機的可變氣門正時控制裝置包括驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，它與發(fā)動機曲柄軸同步地由發(fā)動機曲柄軸轉(zhuǎn)動；從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，它與具有用來打開/關(guān)閉發(fā)動機氣門的凸輪的凸輪軸連接，并且由驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件驅(qū)動；相位改變機構(gòu)，它具有改變從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)相位角的中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，并且通過控制中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角來改變凸輪的旋轉(zhuǎn)相位角；檢測系統(tǒng)，它檢測中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角；控制器，它計算出在中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間的旋轉(zhuǎn)相位差；并且該控制器根據(jù)旋轉(zhuǎn)相位差，從從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的所有旋轉(zhuǎn)相位角中檢測出從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的中間角度位置，該中間角度位置與在發(fā)動機氣門開/關(guān)正時的延遲和提前方向控制區(qū)域之間的中點對應(yīng)。
參照附圖，從下面的說明中將了解本發(fā)明的其它目的和特征。


圖1為內(nèi)燃機的可變氣門正時控制裝置的縱向剖視圖，其上應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的相位角檢測裝置。
圖2為從后側(cè)方向觀察時該可變氣門正時控制裝置的分解透視圖。
圖3為從前側(cè)方向觀察時該可變氣門正時控制裝置的分解透視圖。
圖4為沿著圖1的A-A線截取的該可變氣門正時控制裝置的剖視圖。
圖5是顯示出從圖1的箭頭B方向觀察時的第一和第二目標(biāo)凸起的圖示。
圖6為示意圖，顯示出在第一和第二目標(biāo)凸起以及引導(dǎo)接合銷的螺旋導(dǎo)槽之間的位置關(guān)系。
圖7為沿著圖1的A-A線截取的可變氣門正時控制裝置的剖視圖。
圖8為在驅(qū)動和從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間的旋轉(zhuǎn)相位變?yōu)樽钛舆t的相位位置的情況下、沿著圖1的C-C線截取的可變氣門正時控制裝置的剖視圖。
圖9為在驅(qū)動和從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間的旋轉(zhuǎn)相位變?yōu)樽钐崆暗南辔晃恢玫那闆r下、沿著圖1的C-C線截取的可變氣門正時控制裝置的剖視圖。
圖10為曲線圖，顯示出在螺旋導(dǎo)盤的轉(zhuǎn)動角和螺旋導(dǎo)槽距螺旋導(dǎo)盤中心的位置以及凸輪相位之間的關(guān)系。
圖11A、11B和11C顯示出在發(fā)動機起動時(圖11A)、在最延遲的相位位置(圖11B)、以及在最提前的相位位置(圖11C)的第一和第二目標(biāo)凸起的脈沖信號。
圖12為顯示出根據(jù)本發(fā)明由控制器進行相位檢測的方式的流程圖。
圖13為控制器的控制流程圖。
具體實施例方式
下面將參照這些附圖，對應(yīng)用于內(nèi)燃機的可變氣門正時控制裝置的相位角檢測裝置的實施方案進行說明。在下面的說明中，術(shù)語“前”和“后”用于確定一個元件相對于另一個元件的位置，而不應(yīng)該解釋為限定性術(shù)語。并且，在圖2和3中，“前側(cè)”為扭簧16側(cè)(后面將要描述)，而“后側(cè)”為凸輪1a側(cè)(也將在后面描述)。另外，雖然下面的每個實施方案都應(yīng)用于內(nèi)燃機進氣門的開/關(guān)正時控制，但是也能夠應(yīng)用于排氣門的開/關(guān)正時控制。
首先，將參照圖1至9對采用了該相位角檢測裝置的可變氣門正時控制裝置進行說明。該可變氣門正時控制裝置包括可轉(zhuǎn)動地支承在發(fā)動機的缸蓋(未示出)上的凸輪軸1、可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在凸輪軸1的前側(cè)的正時鏈輪2(作為驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件或驅(qū)動構(gòu)件)、以及設(shè)置在正時鏈輪2內(nèi)以便改變或控制凸輪軸1和正時鏈輪2之間的相對旋轉(zhuǎn)相位(或簡稱為相對相位)的相對角度相位控制機構(gòu)(簡稱相位轉(zhuǎn)換器或相位改變機構(gòu))3。
凸輪軸1具有用于各個氣缸的兩個凸輪1a、1a，它們設(shè)置在凸輪軸1的外周面上，以驅(qū)動相應(yīng)的進氣門；從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(從動軸構(gòu)件或者從動構(gòu)件)4，其通過凸輪螺栓5與凸輪軸1的前端連接，以便從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4和凸輪軸1相互同軸地對齊；以及螺旋并固定在從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4的前端部分上的套筒6。
從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4具有圓柱形軸部分4a和大直徑階梯狀凸緣部分4b。軸部分4a設(shè)有用于容納從中穿過的凸輪螺栓5的孔。另外，軸部分4a在其前端部分處的外周表面上形成有外螺紋，以便將套筒6擰在其上。凸緣部分4b在軸部分4a的后端部分處(在與凸輪軸1的前端軸向?qū)?yīng)的位置)與軸部分4a形成為一體。
套筒6在其后端部分處的內(nèi)周表面上形成有內(nèi)螺紋6a，以便將軸部分4a擰入。而且，通過環(huán)形斂縫器將套筒6斂縫，以便防止在將套筒6完全并緊緊地擰到軸部分4a上并且固定在軸部分4a上之后、該套筒6轉(zhuǎn)動。
對于正時鏈輪2而言，多個鏈輪齒2a沿著圓周方向與正時鏈輪2的外周形成為一體。然后，將具有這種環(huán)形鏈輪齒2a的正時鏈輪2連接到發(fā)動機曲柄軸(未示出)上，并且通過正時鏈條(未示出)轉(zhuǎn)動。另外，正時鏈輪2在鏈輪齒2a內(nèi)側(cè)具有板構(gòu)件2b，其形狀基本上為盤形。板構(gòu)件2b在其中心處設(shè)有孔2c，用于容納從中穿過的從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4的軸部分4a。板構(gòu)件2b(正時鏈輪2)因此由從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4的軸部分4a的外周面可轉(zhuǎn)動地支撐。在正時鏈輪2的后端(在凸輪軸1側(cè)的端部)，用于驅(qū)動輔助設(shè)備的第二鏈輪2’(未示出)由螺栓與正時鏈輪2聯(lián)接。
另外，板構(gòu)件2b設(shè)有分別由平行相對的側(cè)壁形成的兩個徑向方向?qū)虼?、7(作為徑向引導(dǎo)件)。更具體地說，每個徑向方向?qū)虼?、7貫通板構(gòu)件2b形成(即，徑向方向?qū)虼?、7穿透板構(gòu)件2b)，從而每個徑向方向?qū)虼?、7沿著正時鏈輪2的直徑方向設(shè)置。另外，在板構(gòu)件2b中于徑向方向?qū)虼?、7之間分別設(shè)有兩個導(dǎo)孔2d、2d(這兩個導(dǎo)孔2d、2d也穿透板構(gòu)件2b)。這些徑向方向?qū)虼?和導(dǎo)孔2d設(shè)置用于接收從中穿過的聯(lián)桿構(gòu)件8(隨動部分，將在后面描述)的頂端部分8b(也將在后面描述)和基端部分8a(也將在后面描述)，并且因此頂端部分8b和基端部分8a能夠分別沿著徑向方向?qū)虼?和導(dǎo)孔2d運動或滑動。
導(dǎo)孔2d、2d中的每一個在孔2c的徑向外側(cè)沿著圓周方向形成為弧形。并且，導(dǎo)孔2d沿著圓周方向的長度設(shè)定為與基端部分8a的可動范圍相對應(yīng)的長度(換句話說，導(dǎo)孔2d的長度設(shè)定為與在凸輪軸1和正時鏈輪2之間的相對旋轉(zhuǎn)相位的相位變化范圍相對應(yīng)的長度)。
兩個聯(lián)桿構(gòu)件8、8(作為可動構(gòu)件)中的每一個形成為弧形，并且在從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4的凸緣部分4b的前側(cè)，具有上述兩個端部基端部分8a和頂端部分8b?；瞬糠?a和頂端部分8b兩者都形成為圓柱形，并且分別朝著板構(gòu)件2b伸出。另一方面，在凸緣部分4b的后側(cè)(在凸輪軸1側(cè))形成有兩個徑向伸出的杠桿凸起4p、4p。另外，在每個杠桿凸起4p處設(shè)有穿過杠桿凸起4p和凸緣部分4b的孔4h。于是，基端部分8a由銷9支撐并且可轉(zhuǎn)動或可樞轉(zhuǎn)地固定在從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4上。并且，銷9的一個端部壓配合在上述孔4h中。
如上所述，聯(lián)桿構(gòu)件8的頂端部分8b可滑動地接合在徑向方向?qū)虼?中。頂端部分8b形成有朝著前方方向打開的保持孔10。另外，在該保持孔10中，設(shè)有在前端具有球形端部的接合銷11(作為被接合部分)和將接合銷11朝著前方方向(朝著螺旋導(dǎo)槽或螺旋槽15(將在后面描述))偏壓穿過徑向方向?qū)虼?的螺旋彈簧12。接合銷11的球形端部可滑動地接合在螺旋導(dǎo)盤13(或螺旋盤，將在后面描述)的螺旋導(dǎo)槽15(也將在后面描述)中，并且因此，頂端部分8b在被沿著螺旋導(dǎo)槽15引導(dǎo)的同時、在徑向方向?qū)虼?中并且沿著該徑向方向?qū)虼?徑向運動或滑動。
更具體地說，頂端部分8b可滑動地與徑向方向?qū)虼?接合，并且基端部分8a通過銷9可轉(zhuǎn)動地固定在從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4上。通過這一設(shè)置或配置，在頂端部分8b借助由螺旋導(dǎo)槽15引導(dǎo)的接合銷11所引起的外力、在徑向方向?qū)虼?中并且沿著該徑向方向?qū)虼?徑向地運動或滑動時，基端部分8a在導(dǎo)孔2d中并且沿著導(dǎo)孔2d運動或滑動。從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4因此相對于正時鏈輪2沿著與頂端部分8b的徑向運動方向?qū)?yīng)的圓周方向轉(zhuǎn)動確定的角度，該確定的角度與頂端部分8b的位移對應(yīng)(也就是說，從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4的工作角由于螺旋導(dǎo)盤13的轉(zhuǎn)動而改變)。
至于面對著板構(gòu)件2b的前側(cè)的螺旋導(dǎo)盤13，如圖1所示，螺旋導(dǎo)盤13包括具有滾珠軸承14的圓柱形部分13a和在圓柱形部分13a的后端處與圓柱形部分13a形成一體的圓盤部分13b。然后，利用滾珠軸承14將螺旋導(dǎo)盤13可轉(zhuǎn)動地支撐在從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4的軸部分4a上。兩個螺旋導(dǎo)槽15、15中的每一個形成在螺旋導(dǎo)盤13的后表面上(也就是說，形成在凸輪軸1側(cè))。用作螺旋引導(dǎo)件的螺旋導(dǎo)槽15的橫截面為半圓形。聯(lián)桿構(gòu)件8的接合銷11的球形端部11a可滑動地與螺旋導(dǎo)槽15接合，從而被沿著螺旋導(dǎo)槽15引導(dǎo)。
螺旋導(dǎo)盤13通過高密度燒結(jié)工藝形成(高密度燒結(jié)工藝在對模制成中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的粉末金屬進行加壓成型和初始燒結(jié)(初始燒結(jié)工藝)之后，在高壓下壓制中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的初始燒結(jié)壓實體(再加壓工藝))。因此，在通過高密度燒結(jié)工藝形成螺旋導(dǎo)盤13的燒結(jié)合金或燒結(jié)金屬的同時，還形成螺旋導(dǎo)槽15，然后形成中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。
從圖6、8和9中可以看出，螺旋導(dǎo)槽15、15中的每一個彼此分開布置。另外，每個螺旋導(dǎo)槽15形成為使得其螺旋半徑沿著正時鏈輪2的旋轉(zhuǎn)方向逐漸減小。更具體地說，位于螺旋導(dǎo)槽15的最外面部分處的最外面的溝槽部分15a(即，從彎曲點15c到頂端的部分)形成為在彎曲點15c處以預(yù)定的角度向內(nèi)彎曲。另外，在最外面的溝槽部分15a的縱向長度的中央部分周圍，該最外面的溝槽部分15a稍微向內(nèi)進一步彎曲一小角度。
也就是說，螺旋導(dǎo)槽15具有兩個部分最外面的溝槽部分15a和除了最外面的溝槽部分15a之外的正常部分15b。正常部分15b的螺旋變化率(旋轉(zhuǎn)相位變化率)(或者正常部分15b的收斂速度)是恒定的。換句話說，正常部分15b的螺旋半徑沿著正時鏈輪2的轉(zhuǎn)動方向逐漸減小。另一方面，最外面的溝槽部分15a的收斂速度比正常部分15b的收斂速度小。也就是說，最外面的溝槽部分15a沿著螺旋導(dǎo)盤13的切線基本上成直線地形成，并且最外面的溝槽部分15a的長度L設(shè)定為相對較長。
另外，減速器或減速機構(gòu)由上面的螺旋導(dǎo)盤13、螺旋導(dǎo)槽15、聯(lián)桿構(gòu)件8、接合銷11等構(gòu)成，如圖10所示，在凸輪軸1和正時鏈輪2之間與相對于正時鏈輪2的相位的凸輪相位對應(yīng)的相對轉(zhuǎn)動相變角θ1(或轉(zhuǎn)換角θ1)根據(jù)螺旋導(dǎo)盤13的轉(zhuǎn)動而變化。更具體地說，轉(zhuǎn)換角θ1相對于螺旋導(dǎo)盤13的轉(zhuǎn)動角θ的變化率(被稱為減速比)在分別與最外面的溝槽部分15a和正常部分15b對應(yīng)的A部分和B部分之間是不同的。在該實施方案中，與最外面的溝槽部分15a對應(yīng)的減速比被設(shè)定為大于正常部分15b的減速比，并且，與最外面的溝槽部分15a對應(yīng)的減速比被設(shè)定為大于或等于6(至少θ∶θ1＝1∶6)。
當(dāng)螺旋導(dǎo)盤13在接合銷11與螺旋導(dǎo)槽15接合的情況下相對于正時鏈輪2沿著延遲方向相對轉(zhuǎn)動時，聯(lián)桿構(gòu)件8的頂端部分8b在被螺旋導(dǎo)槽15引導(dǎo)的同時、在徑向方向?qū)虼?中并且沿著該徑向方向?qū)虼?在徑向向內(nèi)方向上運動。這時，凸輪軸1沿著提前方向轉(zhuǎn)動。圖9顯示出最提前的相位位置(狀態(tài))。另一方面，在螺旋導(dǎo)盤13相對于正時鏈輪2沿著提前方向相對轉(zhuǎn)動時，頂端部分8b沿著徑向向外方向運動。這里，當(dāng)接合銷11(還有頂端部分8b)在被引導(dǎo)的同時到達彎曲點15c時，使凸輪軸1最延遲。圖8顯示出最延遲的相位位置(狀態(tài))。
另外，當(dāng)控制螺旋導(dǎo)盤13進一步轉(zhuǎn)動時，接合銷11(還有頂端部分8b)被引導(dǎo)并且定位在最外面的溝槽部分15a處。這時，凸輪軸1的相位從上述最延遲相位位置(圖8)稍微改變到適合于發(fā)動機起動的稍微提前的相位位置(簡稱發(fā)動機起動相位)。
借助控制力或操作力施加機構(gòu)(將在后面描述)，相對于凸輪軸1對上述螺旋導(dǎo)盤13提供相對操作轉(zhuǎn)動力。在提供操作轉(zhuǎn)動力時，經(jīng)由由螺旋導(dǎo)槽15引導(dǎo)的接合銷11的球形端部11a借助操作力在徑向方向?qū)虼?中并且沿著該徑向方向?qū)虼?徑向移動。這時，通過運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)或聯(lián)桿構(gòu)件8的工作，從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4沿著其轉(zhuǎn)動方向移動，或者在轉(zhuǎn)動力的作用下相對于正時鏈輪2相對轉(zhuǎn)動。也就是說，可滑動地接合在徑向方向?qū)虼?和螺旋導(dǎo)槽15中的聯(lián)桿構(gòu)件8用于將頂端部分8b沿著徑向方向?qū)虼?的徑向移動轉(zhuǎn)換成基端部分8a沿著導(dǎo)孔2d的周向移動。換句話說，可搖擺地與徑向方向?qū)虼?和螺旋導(dǎo)槽15兩者聯(lián)接的聯(lián)桿構(gòu)件8用作運動轉(zhuǎn)換器，并且因此使從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4轉(zhuǎn)動。
如圖1所示，操作力施加機構(gòu)包括扭簧16(作為偏壓裝置，即用于施力的裝置)，該扭簧16經(jīng)由套筒6沿著正時鏈輪2的轉(zhuǎn)動方向永久性地向螺旋導(dǎo)盤13施力；磁滯制動器17(電磁制動器)，它有選擇地產(chǎn)生抵抗扭簧16的力的制動力，以便沿著與正時鏈輪2的轉(zhuǎn)動方向相反的方向向螺旋導(dǎo)盤13施力；以及控制器24(ECU電控單元，輸出部分)，它根據(jù)發(fā)動機工況控制磁滯制動器17的制動力。通過控制器24根據(jù)發(fā)動機工況適當(dāng)?shù)乜刂拼艤苿悠?7的制動力，螺旋導(dǎo)盤13相對于正時鏈輪2相對轉(zhuǎn)動，或者保持或維持這些轉(zhuǎn)動位置。
從圖1可以看出，扭簧16設(shè)置在套筒6外面。并且扭簧16的第一端部16a徑向插入到形成在套筒6的前端部分處的孔中并且固定在套筒6上。另一方面，扭簧16的第二端部16b插入到形成在圓柱形部分13a沿著軸向方向的前側(cè)處的孔中，并且固定到圓柱形部分13a上。扭簧16用來在發(fā)動機已經(jīng)停止之后沿著起動旋轉(zhuǎn)相位的方向?qū)β菪龑?dǎo)槽13施力并使其旋轉(zhuǎn)。
對于磁滯制動器17而言，該磁滯制動器17包括成一體地連接并且固定在螺旋導(dǎo)盤13的前部外周上的磁滯環(huán)18、布置在磁滯環(huán)18的前側(cè)處的環(huán)形線圈磁軛19、以及在圓周方向上用線圈磁軛19圍繞、以便在線圈磁軛19中感應(yīng)出磁通的電磁線圈20?？刂破?4根據(jù)發(fā)動機工況精確控制向電磁線圈20施加的電流，因此產(chǎn)生出相對較大的磁通量。
磁滯環(huán)18由磁性半硬化材料(即，磁滯材料)制成，該材料具有在外部磁場變化之后顯示出具有相位延遲的磁通量變化的特性。如圖4所示，磁滯環(huán)18的頂端部分18a被設(shè)置成使得頂端部分18a位于沿著圓周的相對的磁極齒21、22(將在后面描述)之間的圓柱形氣隙中，并與所述相對的磁極齒分離開(頂端部分18a不與磁極齒21、22接觸)，其中，所述相對的磁極齒21、22形成于線圈磁軛19的內(nèi)、外周表面上。磁滯環(huán)18因此受到來自線圈磁軛19的制動作用。
線圈磁軛19形成為基本上的圓柱形，從而線圈磁軛19沿圓周圍繞著電磁線圈20。另外，線圈磁軛19由發(fā)動機罩(未示出)通過振抖或間隙吸收機構(gòu)(或間隙消除器)不可轉(zhuǎn)動地保持著。還有，線圈磁軛19通過設(shè)在線圈磁軛19的圓柱形內(nèi)表面處的滾珠軸承23支撐在螺旋導(dǎo)盤13的圓柱形部分13a上，從而螺旋導(dǎo)盤13相對于線圈磁軛19轉(zhuǎn)動。
如將在下面針對磁極齒21、22所詳細描述的那樣，從圖2至4中可以看出，線圈磁軛19包括在其后側(cè)處(在螺旋導(dǎo)盤13側(cè))、在其內(nèi)部空間部分中的環(huán)形磁軛部分19a、和以規(guī)則的間距沿圓周布置在線圈磁軛19的內(nèi)部空間部分的內(nèi)周面和環(huán)形磁軛部分19a的外周面上的多個相對的磁極齒21、22。更具體地說，形成為突起形狀并且用來產(chǎn)生磁場的磁極齒21、22中的每一個(作為磁場產(chǎn)生部分)按照交錯的結(jié)構(gòu)沿圓周布置。也就是說，在磁極齒21、22的每個齒和磁極齒21、22的每個突起部分之間的每個凹入部分設(shè)置在圓周氣隙的相對側(cè)上。因此，當(dāng)給電磁線圈20通電時，在相對的相鄰?fù)黄鸩糠种g產(chǎn)生磁場。也就是說，相對于磁滯環(huán)18圓周方向以一定角度產(chǎn)生磁場。如上所述，磁滯環(huán)18的頂端部分18a位于沿圓周的相對的磁極齒21、22之間的圓柱形氣隙中，并且頂端部分18a不與磁極齒21、22接觸。更具體地說，在頂端部分18a的外周面與磁極齒21之間的氣隙和在頂端部分18a的內(nèi)周面與磁極齒22之間的氣隙被分別設(shè)定為極小的距離，以獲得大的磁力。
當(dāng)電磁線圈20在線圈磁軛19中感應(yīng)出磁通，而且磁滯環(huán)18轉(zhuǎn)動并且在相對的磁極齒21、22之間的磁場中移動時，由于在磁滯環(huán)18中的磁通方向和磁場方向之間的差異，而產(chǎn)生出制動力。因此，磁滯制動器17用來制動磁滯環(huán)18或者使磁滯環(huán)18的轉(zhuǎn)動停止。制動力的強度與磁滯環(huán)18的轉(zhuǎn)動速度(即，在磁滯環(huán)18和相對的磁極齒21、22之間的相對速度)無關(guān)，但是基本上與磁場的強度(即，提供給電磁線圈20的磁化電流的量)成正比。也就是說，如果提供給電磁線圈20的磁化電流的量恒定，則制動力的強度也不變。
相對角度相位控制機構(gòu)3具有正時鏈輪2的徑向方向?qū)虼?、聯(lián)桿構(gòu)件8、接合銷11、杠桿凸起4p、螺旋導(dǎo)盤13、螺旋導(dǎo)槽15、操作力施加機構(gòu)等。
如圖1、2、5和6所示，四個第一目標(biāo)凸起25固定地設(shè)在與正時鏈輪2的鏈輪齒2a相對的外周面上。四個第一目標(biāo)凸起25以規(guī)則的間隔(90°角)沿著圓周方向設(shè)置。該第一目標(biāo)凸起25設(shè)置用于通過轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27(檢測部分，將在后面描述)檢測正時鏈輪2(曲柄軸)的轉(zhuǎn)動角。也就是說，轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27獲取正時鏈輪2的轉(zhuǎn)動角(或轉(zhuǎn)動位置)，并且獲得基礎(chǔ)或參考脈沖信號。
另一方面，四個第二目標(biāo)凸起26固定地設(shè)在螺旋導(dǎo)盤13的外周面上，從而第二目標(biāo)凸起26在靠近第一目標(biāo)凸起25的位置處沿著凸輪軸1的方向面對著第一目標(biāo)凸起25。該四個第二目標(biāo)凸起26沿著圓周方向以規(guī)則的間隔(90°角)設(shè)置。該第二目標(biāo)凸起26設(shè)置用于通過轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27檢測螺旋導(dǎo)盤13的轉(zhuǎn)動角。也就是說，轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27還獲取螺旋導(dǎo)盤13的轉(zhuǎn)動角(或轉(zhuǎn)動位置)，并且獲得脈沖信號。這里，關(guān)于在第一和第二目標(biāo)凸起25、26的位置之間的關(guān)系，在圖5、6和11A中可以看出，在發(fā)動機停止?fàn)顟B(tài)下的初始位置中，第二目標(biāo)凸起26沿著與正時鏈輪2的轉(zhuǎn)動方向(發(fā)動機的轉(zhuǎn)動方向)相反的方向與第一目標(biāo)凸起25間隔開20°角(度)。這是為了防止第一和第二目標(biāo)凸起25、26的脈沖信號在圖10中從初始位置到彎曲點15c的A部分或區(qū)域中重疊。
另外，第一和第二目標(biāo)凸起25、26分別設(shè)置有四個原因在于，轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27能夠?qū)崟r地檢測正時鏈輪2和螺旋導(dǎo)盤13的轉(zhuǎn)動角，并且還能夠防止上述的脈沖在A部分中的重疊和通過。
另外，為了讓轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27區(qū)分或識別相應(yīng)的目標(biāo)凸起，將第一目標(biāo)凸起25在圓周方向上的寬度“W”設(shè)定為大于第二目標(biāo)凸起26的寬度“W1”。(也就是說，與曲柄軸的轉(zhuǎn)動角對應(yīng)的參考脈沖信號的脈沖寬度和與螺旋導(dǎo)盤13的轉(zhuǎn)動角對應(yīng)的檢測脈沖信號的脈沖寬度相互不同。這里，為了識別出相應(yīng)的轉(zhuǎn)動角，代替不同的凸起寬度，也可以使目標(biāo)凸起的形狀相互不同。)轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27還用作檢測發(fā)動機rpm(轉(zhuǎn)速)的常規(guī)曲柄角傳感器。該轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27采用了常規(guī)的霍耳元件，并且傳感器27的頂端部分靠近第一和第二目標(biāo)凸起25、26的邊緣設(shè)置。于是，轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27通過Hall IC檢測第一和第二目標(biāo)凸起25、26，并且將相應(yīng)的脈沖電壓輸出給控制器24。這里，檢測單元或系統(tǒng)由第一和第二目標(biāo)凸起25、26和轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27構(gòu)成。
控制器24，根據(jù)來自作為曲柄角傳感器的用于檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速(發(fā)動機rpm)的轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27、用于檢測凸輪軸1的轉(zhuǎn)動角的凸輪角傳感器、用于從進氣量檢測出發(fā)動機負載的氣流計、節(jié)氣門打開傳感器、發(fā)動機溫度傳感器以及其它部件(這些未示出)的輸入信息，檢測當(dāng)前的發(fā)動機工況，然后根據(jù)該發(fā)動機工況輸出提供給電磁線圈20的控制電流信號。
另外，控制器24根據(jù)來自轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27的輸入脈沖信號，從相應(yīng)的轉(zhuǎn)動角中檢測出在正時鏈輪2和螺旋導(dǎo)盤13之間的旋轉(zhuǎn)相位差。
在下面將對相對角度相位控制機構(gòu)3和操作力施加機構(gòu)的操作進行詳細說明。當(dāng)磁滯制動器17的電磁線圈20在點火開關(guān)關(guān)掉的發(fā)動機停止?fàn)顟B(tài)中斷電時，螺旋導(dǎo)盤13通過扭簧16的力相對于正時鏈輪2沿著發(fā)動機的轉(zhuǎn)動方向完全轉(zhuǎn)動。這時，如圖6所示，接合銷11的球形端部11a移位并且定位于螺旋導(dǎo)槽15的最外面的溝槽部分15a的頂端部分處，因此凸輪軸1相對于發(fā)動機曲柄軸的旋轉(zhuǎn)相位變?yōu)榘l(fā)動機起動相位，這是與最延遲相位位置相比稍微提前的相位位置，并且保持在該位置處。也就是說，在發(fā)動機起動時的發(fā)動機氣門開關(guān)正時被設(shè)定為適合于發(fā)動機起動的正時。如上所述，對于這時在第一和第二目標(biāo)凸起25、26之間的位置關(guān)系而言，第二目標(biāo)凸起26位于沿著與正時鏈輪2的轉(zhuǎn)動方向相反的方向與第一目標(biāo)凸起25間隔20°角(度)的位置處。
除此之外，在接通點火開關(guān)以進行發(fā)動機起動時，存在這樣一種可能性，即，由于在起動發(fā)動機時出現(xiàn)或產(chǎn)生干擾力、例如交變轉(zhuǎn)矩或正和/或負轉(zhuǎn)矩波動，所以螺旋導(dǎo)盤13被意外地轉(zhuǎn)動。更詳細地說，在發(fā)動機起動期間出現(xiàn)正和/或負轉(zhuǎn)矩波動，并且這些波動被傳遞給螺旋導(dǎo)盤13。因此，存在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)盤13可能會克服扭簧16的力而被意外轉(zhuǎn)動的危險。但是，如上所述，由于接合銷11(球形端部11a)穩(wěn)定地保持或維持在最外面的溝槽部分15a的頂端15d處，所以凸輪軸1相對于發(fā)動機曲柄軸的旋轉(zhuǎn)相位保持在適合于發(fā)動機起動的相位位置處。因此，這能夠改善發(fā)動機的起動性能。
另外，在該實施方案中，螺旋導(dǎo)槽15的最外面的溝槽部分15a向內(nèi)彎曲，并且其減速比設(shè)定為大于或等于6。因此，由于設(shè)置在最外面的溝槽部分15a(頂端15d)處的接合銷11反抗最外面的溝槽部分15a的操作或工作阻力變大，所以將螺旋導(dǎo)盤13穩(wěn)定地保持在那里。因此避免了螺旋導(dǎo)盤13的意外轉(zhuǎn)動，而且在發(fā)動機起動時穩(wěn)定地維持了凸輪軸1的旋轉(zhuǎn)相位，并且確保了良好的發(fā)動機起動性能。
在發(fā)動機起動之后，在發(fā)動機以低轉(zhuǎn)速工作、例如怠速狀態(tài)期間，當(dāng)通過控制器24向電磁線圈20提供控制電流時，在磁滯制動器17處產(chǎn)生的磁力用作在螺旋導(dǎo)盤13上克服扭簧16的力的制動力。這時，向電磁線圈20提供與正常情況相比相對更大的控制電流，以便被引導(dǎo)的接合銷11從頂端15d側(cè)迅速向彎曲點15c運動。若就此更詳細地說明，則如從圖8中可以看出的那樣，在提供該控制電流并且將制動力作用在螺旋導(dǎo)盤13上時，螺旋導(dǎo)盤13沿著與正時鏈輪2的轉(zhuǎn)動相反的方向相對轉(zhuǎn)動。同時，正時鏈輪2在接合著頂端部分8b(還有由螺旋導(dǎo)槽15引導(dǎo)的接合銷11)的同時，在徑向方向?qū)虼?中保持轉(zhuǎn)動。因此，接合銷11在螺旋導(dǎo)槽15中迅速朝著彎曲點15運動，并且，頂端部分8b也通過上述提供的控制電流在徑向方向?qū)虼?中沿著該徑向方向?qū)虼?在徑向向外方向上運動。因此，從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4相對于正時鏈輪2的旋轉(zhuǎn)相位通過運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)或聯(lián)桿構(gòu)件8的工作向最延遲的相位位置改變。因此，凸輪軸1相對于發(fā)動機曲柄軸的旋轉(zhuǎn)相位(即，在凸輪軸1和發(fā)動機曲柄軸之間的旋轉(zhuǎn)相位)朝著適合于低轉(zhuǎn)速工況的最延遲的相位位置改變。這不僅能夠改善發(fā)動機轉(zhuǎn)動的穩(wěn)定性，而且還能夠改善在怠速狀態(tài)下的燃油經(jīng)濟性。
在該狀態(tài)之后，在正常駕駛狀態(tài)下發(fā)動機以高轉(zhuǎn)速工作期間，為了使旋轉(zhuǎn)相位朝著最提前的相位位置改變，通過控制器24向電磁線圈20提供更大的控制電流。在螺旋導(dǎo)盤13的磁滯環(huán)18通過上述控制電流而受到制動力時，螺旋導(dǎo)盤13沿著與正時鏈輪2的轉(zhuǎn)動相反的方向進一步相對轉(zhuǎn)動。因此，在圖9中可以看出，接合銷11由螺旋導(dǎo)槽15引導(dǎo)，并且朝著正常部分15b的最里面的部分運動，并且頂端部分8b也在徑向方向?qū)虼?中沿著該徑向方向?qū)虼?在徑向向內(nèi)方向上運動。因此，從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件4相對于正時鏈輪2的旋轉(zhuǎn)相位通過運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)或聯(lián)桿構(gòu)件8的工作朝著最提前的相位位置改變。因此，凸輪軸1相對于發(fā)動機曲柄軸的旋轉(zhuǎn)相位朝著最提前的相位位置改變。這能夠?qū)е掳l(fā)動機產(chǎn)生出高功率。
這里，在圖10中顯示出上述的螺旋導(dǎo)槽和相對于螺旋導(dǎo)盤13的轉(zhuǎn)動角θ的旋轉(zhuǎn)相位的特性。在圖10中可以看出，螺旋導(dǎo)槽15的形狀、即螺旋導(dǎo)槽離螺旋導(dǎo)盤13中心的距離或位置對應(yīng)于實線X。也就是說，在螺旋導(dǎo)槽15的中部位置或點(或部分)處(不是在螺旋導(dǎo)槽15的兩個端部處)，設(shè)定或定位最延遲的相位位置。另一方面，實線Y顯示出相對于正時鏈輪2(曲柄軸)的相位的凸輪相位。
首先，關(guān)于實線X，它在A部分從發(fā)動機起動的早期階段的初始位置“a”(與頂端15d對應(yīng))朝著怠速狀態(tài)的最延遲的相位位置“b”(與彎曲點15c對應(yīng))上升。另一方面，在B部分或區(qū)域中從最延遲的相位位置“b”到在正常驅(qū)動狀態(tài)下高轉(zhuǎn)速發(fā)動機工況的最提前的相位位置“c”(與正常部分15b的最里面的部分對應(yīng))，實線X平緩下降。至于實線Y，它在A部分中從發(fā)動機起動的早期的初始位置“a’”向怠速狀態(tài)的最延遲的相位位置“b’”下降。另一方面，在B部分中從最延遲的相位位置“b’”到高轉(zhuǎn)速發(fā)動機工況的最提前的相位位置“c’”，實線Y平緩上升。
因此，在該實施方案中，通過螺旋導(dǎo)槽15的特定形狀的最外面的溝槽部分15a的設(shè)置，即通過設(shè)置具有小相變速度(大減速比)的最外面的溝槽部分15a，發(fā)動機能夠容易地起動的提前相位區(qū)域或范圍加寬，并且因此，在該提前相位區(qū)域中的接合銷11的工作阻力變大。也就是說，在螺旋導(dǎo)盤13受到由于干擾力而導(dǎo)致的不期望有的轉(zhuǎn)矩時，螺旋導(dǎo)盤13試圖沿著使接合銷11朝著彎曲點15c運動的轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)動。并且這時，接合銷11試圖在最外面的溝槽部分15a的頂端15d處沿著徑向向外方向(由圖6中的箭頭所示)運動。但是，由于接合銷11的運動被頂端15d的外邊緣擋住，所以能夠限制該運動。因此，即使在沿著轉(zhuǎn)動方向的干擾、例如交變轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)并且被傳遞給聯(lián)桿構(gòu)件8或螺旋導(dǎo)盤13的情況下，螺旋導(dǎo)盤13也不會出現(xiàn)不期望有的轉(zhuǎn)動。因此，在接合銷11和最外面的溝槽部分15a之間的緊固力在發(fā)動機起動時得到改善，并且由此確保了穩(wěn)定且良好的發(fā)動機起動性能。
另外，在發(fā)動機起動之后，通過增加提供給電磁線圈20的控制電流，能夠利用增強的制動力來使螺旋導(dǎo)盤13沿著與正時鏈輪2的轉(zhuǎn)動方向相反的方向迅速轉(zhuǎn)動。因此，能夠防止在最延遲和提前方向上氣門正時控制的響應(yīng)變差。
在圖10中，關(guān)于虛線P和Q，它們是在整個螺旋導(dǎo)槽以恒定的曲率形成、而不是象這個實施方案那樣在彎曲點15c處向內(nèi)彎曲的情況中，螺旋導(dǎo)槽和相對于螺旋導(dǎo)盤13的旋轉(zhuǎn)角θ的旋轉(zhuǎn)相位的特性。
如上所述，轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27和控制器24精確地檢測在A和B部分之間的中部點中的相位角。也就是說，如圖11A至11C所示，通過轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27獲取并且輸出脈沖信號(電壓)。在圖11A中所示的發(fā)動機起動的早期階段的初始位置中，第一目標(biāo)凸起25的脈沖信號S和第二目標(biāo)凸起26的脈沖信號D以20°角(度)的規(guī)則間隔發(fā)送或輸出。
當(dāng)在發(fā)動機起動之后狀態(tài)變?yōu)榈∷贍顟B(tài)時，通過給電磁線圈20供電，將制動力作用在螺旋導(dǎo)盤13上，因此，螺旋導(dǎo)槽15的位置(接合銷11在螺旋導(dǎo)槽15上的位置)和凸輪相位分別向圖10中的中部點“b”、“b”改變。在圖11B中所示的最延遲的相位位置中，第一和第二目標(biāo)凸起25、26間隔預(yù)定的角度。更詳細地說，第二目標(biāo)凸起26的脈沖信號D從圖11A的初始位置進一步改變50.5°角。也就是說，第二目標(biāo)凸起26的每個脈沖信號D(1’、2’、3’和4’)與第一目標(biāo)凸起25的每個脈沖信號S(1、2、3和4)間隔70.5°角。
另外，在狀態(tài)從正常驅(qū)動狀態(tài)向高轉(zhuǎn)速發(fā)動機工況改變時，制動力保持作用在螺旋導(dǎo)盤13上，因此，上述位置向最提前的相位位置“c”、“c’”改變。第一和第二目標(biāo)凸起25、26如圖11C所示，相互進一步間隔開251°角。
這樣，轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27將該相對角度改變或變化輸出給控制器24。然后，可以通過下面的檢測方式檢測出在凸輪軸1和正時鏈輪2之間的相對轉(zhuǎn)動角(提前-最延遲-最提前)。
圖12和13為相對轉(zhuǎn)動角的檢測和控制的流程圖?？刂破?4根據(jù)來自轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27的第一和第二目標(biāo)凸起25、26的輸出脈沖信號，按該流程檢測和控制相對轉(zhuǎn)動角。
首先，在圖12中的步驟S1處，控制器24從正時鏈輪2(曲柄軸)的旋轉(zhuǎn)速度中讀取出發(fā)動機速度N(rpm)，所述旋轉(zhuǎn)速度是從由轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27獲取的第一目標(biāo)凸起25的轉(zhuǎn)動位置獲得的。
在步驟S2中，控制器24通過對從轉(zhuǎn)動角檢測傳感器27輸出的第一和第二目標(biāo)凸起25、26的脈沖寬度進行比較來識別脈沖信號S(參考脈沖信號)和脈沖信號D。這時，控制器24判斷較寬的脈沖為脈沖信號S，而較窄的脈沖為脈沖信號D。
在步驟S3中，控制器24檢測在脈沖信號S和D之間的上升時間差Δt。在步驟S4中，控制器24通過下面的公式由上升時間差Δt計算出相位差θ1。
θ1＝Δt/(N/60)×360×2(°CA)在步驟S5中，控制器24由公式θ＝θ1-20°(初始設(shè)定值的轉(zhuǎn)動角20°(曲柄角40°))計算出正時鏈輪2和凸輪軸1之間的轉(zhuǎn)換角θ。
這樣，在該實施方案中，由在第一和第二目標(biāo)凸起25、26之間的相對轉(zhuǎn)動位置，可以檢測出螺旋導(dǎo)盤13的轉(zhuǎn)動角θ、即在正時鏈輪2和凸輪軸1之間的相對轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換角θ。
接下來，將根據(jù)圖13對A和B部分的判斷方式和控制的改變方式進行說明。
在步驟S11中，控制器24檢測螺旋導(dǎo)盤13的當(dāng)前轉(zhuǎn)動角θ。在步驟S12中，對當(dāng)前轉(zhuǎn)動角θ是否大于或等于相位角θt進行判斷。這里，θt為與最延遲相位位置“b、b’”(螺旋導(dǎo)槽15的彎曲點15c)對應(yīng)的相位角。在該實施方案中，將相位角θt設(shè)定為50.5°(凸輪角)。
在該步驟S12中，如果判斷轉(zhuǎn)動角(轉(zhuǎn)換角)θ等于點“b、b’”的相位角θt，則控制器24能夠判斷出螺旋導(dǎo)盤13處于中部位置或點(最延遲的相位位置)。另一方面，如果判斷轉(zhuǎn)動角θ大于相位角θt，則控制器24能夠判斷螺旋導(dǎo)盤13從點“b、b’”定位到點“c、c’”側(cè)(在提前側(cè))。
當(dāng)在步驟S12中控制器24判斷轉(zhuǎn)動角θ大于或等于相位角θt時，該程序前進至步驟S13。在該步驟S13中，控制器24根據(jù)發(fā)動機工況判斷控制器24將轉(zhuǎn)動角θ控制到延遲側(cè)還是提前側(cè)。
這里，例如，在控制轉(zhuǎn)動角θ向延遲側(cè)(沿著延遲相位方向)變化的情況中，該程序前進至步驟S14。在步驟S14中，控制器24執(zhí)行使提供給電磁線圈20的控制電流減小的控制。通過該電流控制，螺旋導(dǎo)盤13在扭簧16的彈簧力作用下沿著延遲相位方向(沿著點“b”的方向)轉(zhuǎn)動。
另一方面，在步驟S13中，在控制轉(zhuǎn)動角θ向提前側(cè)(沿著提前相位方向)改變的情況中，該程序前進至步驟S15。在步驟S15中，控制器24執(zhí)行使提供給電磁線圈20的控制電流增大的控制。通過該電流控制，制動力作用在螺旋導(dǎo)盤13上，并且螺旋導(dǎo)盤13因此而相對于正時鏈輪2沿著提前相位方向相對轉(zhuǎn)動。
返回步驟S12，在控制器24判斷轉(zhuǎn)動角θ小于相位角θt時，即，在判斷轉(zhuǎn)動角θ小于中部位置(最延遲的相位位置)時，該程序前進至步驟S16。
在步驟S16中，螺旋導(dǎo)盤13從中部點(最延遲的相位位置)“b、b’”定位到點“a，a’”側(cè)?？刂破?4根據(jù)發(fā)動機工況判斷控制器24將轉(zhuǎn)動角θ朝著延遲側(cè)還是提前側(cè)控制。這里，在將轉(zhuǎn)動角θ控制為從點“a、a’”側(cè)向中部點側(cè)改變的情況下，該程序前進至步驟S17。
在步驟S17中，控制器24執(zhí)行使提供給電磁線圈20的控制電流增大的控制。通過該電流控制，制動力作用到螺旋導(dǎo)盤13上，并且螺旋導(dǎo)盤13朝著最延遲的相位側(cè)(向中部點)轉(zhuǎn)動，并且經(jīng)過最延遲的相位位置向提前側(cè)進一步轉(zhuǎn)動。
另一方面，在步驟S16中，在控制轉(zhuǎn)動角θ朝著點“a、a’”側(cè)進一步改變的情況下，該程序前進至步驟S18。在步驟S18中，控制器24執(zhí)行使提供給電磁線圈20的控制電流減小的控制。通過該電流控制，螺旋導(dǎo)盤13借助扭簧16的彈簧力沿著提前相位方向(沿著點“a”的方向)轉(zhuǎn)動。
如上所述，根據(jù)該實施方案，控制器不檢測凸輪軸1的旋轉(zhuǎn)相位角，而是直接檢測螺旋導(dǎo)盤13的旋轉(zhuǎn)相位角，然后通過螺旋導(dǎo)盤13的檢測脈沖信號D和參考脈沖信號S檢測出在正時鏈輪2和凸輪軸1之間的相位角差。因此，能夠檢測出在正時鏈輪2和凸輪軸1之間的相對旋轉(zhuǎn)相位，并且檢測中部轉(zhuǎn)動角(最延遲的相位角)也變得可能。并且與通過凸輪角和曲柄角傳感器獨自或單獨檢測出轉(zhuǎn)動角的情況相比，能夠改善相位角檢測的精度。
采用該檢測方法或方式，控制器24能夠判斷控制器24是通過提高提供給電磁線圈20的控制電流來執(zhí)行相位提前控制還是相位延遲控制。還有，控制器24能夠判斷控制器24是通過減小提供給電磁線圈20的控制電流來執(zhí)行相位提前控制還是相位延遲控制。
關(guān)于脈沖檢測，在通過施加制動力使螺旋導(dǎo)盤13從中部位置(最延遲的相位位置)向提前側(cè)(沿著提前相位方向)轉(zhuǎn)動時，如圖11C所示，第二目標(biāo)凸起26(脈沖信號D)通過第一目標(biāo)凸起25(脈沖信號S)。因此，不能從在第一和第二目標(biāo)凸起25、26之間的相對位置檢測出相位差。在該情況中，在該第一目標(biāo)凸起25(脈沖信號S)為參考位置(參考脈沖信號)的情況下，控制器24通過將由凸輪角傳感器檢測出的凸輪角信號與脈沖信號S進行比較，檢測出在正時鏈輪2和凸輪軸1之間的相對旋轉(zhuǎn)相位差。
在該實施方案中，磁滯制動器17用于相對角度相位控制機構(gòu)3。因此，通過提高提供給電磁線圈20的控制電流，能夠獲得相當(dāng)高的制動力。因此，通過在發(fā)動機起動和正常操作控制初期之間增大控制電流，可以容易且有效地防止從發(fā)動機起動到正常工況的相位變化響應(yīng)變差。
另外，螺旋導(dǎo)槽15除了變化速率小的最外面的溝槽部分15a之外，可以形成為所期望的形狀。因此，在發(fā)動機起動之后，能夠在不影響控制的情況下執(zhí)行所期望的控制。
如上所述，通過根據(jù)發(fā)動機工況改變控制電流量來控制磁滯制動器17的制動力，具有相位控制的可變氣門正時控制裝置不僅能夠?qū)⒃谇S和凸輪軸1之間的相對旋轉(zhuǎn)相位向最延遲/提前旋轉(zhuǎn)相位控制，而且還可以向任意旋轉(zhuǎn)相位控制。因此，例如，通過在扭簧16的彈簧力和磁滯制動器17的制動力之間的平衡，還可以將相對旋轉(zhuǎn)相位保持或維持在凸輪角為50.5°的大致中部位置處。
本發(fā)明不限于上述實施方案的結(jié)構(gòu)，作為相對角度相位控制機構(gòu)，螺旋導(dǎo)盤13可以由齒輪減速機構(gòu)或機械減速齒輪機構(gòu)形成，它具有多個齒輪并且以預(yù)定的齒輪比輸出單向旋轉(zhuǎn)力(轉(zhuǎn)矩)。在該情況中，為了由傳感器獲取并且產(chǎn)生(輸出)脈沖信號，可以在齒輪減速機構(gòu)的輸出側(cè)設(shè)置至少一個目標(biāo)凸起。
另外，作為與發(fā)動機曲柄軸同步地由發(fā)動機曲柄軸轉(zhuǎn)動的驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，可以采用由彈性正時帶驅(qū)動的正時帶輪或由齒輪嚙合而不是鏈輪驅(qū)動的構(gòu)件。
另外，代替電磁制動器，相對角度相位控制機構(gòu)可以具有斜齒輪類型制動器。
而且，作為用于對螺旋導(dǎo)盤施力以便使其沿著一個方向轉(zhuǎn)動的單元或機構(gòu)，代替使用扭簧，也可以采用以下裝置。即，按照下述方式設(shè)定螺旋導(dǎo)槽的收斂速率通過采用在凸輪軸處產(chǎn)生的正、負轉(zhuǎn)矩波動之間的轉(zhuǎn)矩差作為動力源，將螺旋導(dǎo)盤朝著適合于發(fā)動機起動的轉(zhuǎn)動位置轉(zhuǎn)動。
關(guān)于徑向方向?qū)虼?，代替該機構(gòu)，也可以采用用來可滑動地保持和引導(dǎo)接合部分的滑動凸起或?qū)Р邸?br> 在上述實施方案中，采用具有底部的螺旋導(dǎo)槽。但是，也可采用沒有底部的螺旋導(dǎo)槽，即，穿透中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(螺旋導(dǎo)盤13)的螺旋導(dǎo)槽。進而，可以通過形成凸起來形成螺旋導(dǎo)槽。另外，可動構(gòu)件可以形成為任意適當(dāng)?shù)男螤睿⑶铱梢栽诳蓜訕?gòu)件的頂端部分處設(shè)置作為滑動構(gòu)件的輥或滾珠。
另外，在上述實施方案中，設(shè)有四個目標(biāo)凸起。目標(biāo)凸起的數(shù)量不局限于四個。在正時鏈輪2和螺旋導(dǎo)盤13處可以分別設(shè)有至少一個目標(biāo)凸起。
另外，在上述實施方案中，為了檢測正時鏈輪2和螺旋導(dǎo)盤13的轉(zhuǎn)動角，設(shè)有目標(biāo)凸起。但是，代替目標(biāo)凸起，可以形成用于檢測相應(yīng)轉(zhuǎn)動角的標(biāo)記或標(biāo)記部分、例如槽口。還是在該情況中，為了識別出相應(yīng)的轉(zhuǎn)動角(為了產(chǎn)生出兩個不同的脈沖信號)，標(biāo)記的形狀或長度在正時鏈輪2和螺旋導(dǎo)盤13之間是不同的。
該申請基于2006年6月21日提交的在先日本專利申請No.2006-171420。該日本專利申請No.2006-171420的整個內(nèi)容通過參照被結(jié)合在本文中。
雖然上面已經(jīng)參照本發(fā)明的某些實施方案對本發(fā)明進行了說明，但是本發(fā)明不限于上述實施方案。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在上面教導(dǎo)的啟示下能夠?qū)@些實施方案作出各種改變和變化。本發(fā)明的范圍參照以下權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種相位角檢測裝置，包括中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，該中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件改變由驅(qū)動構(gòu)件驅(qū)動的從動構(gòu)件的工作角；檢測單元，該檢測單元檢測與從動構(gòu)件的工作角對應(yīng)的中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角，并且將該轉(zhuǎn)動角作為檢測脈沖信號輸出；控制器，該控制器接收檢測脈沖信號，并且計算在檢測脈沖信號和預(yù)先設(shè)定的參考脈沖信號之間的脈沖上升時間差，并且該控制器根據(jù)所述脈沖上升時間差，從從動構(gòu)件的所有工作角中檢測出從動構(gòu)件的預(yù)定中間角度位置。
2.一種相位角檢測裝置，包括驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，該驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件與發(fā)動機曲柄軸同步地由發(fā)動機曲柄軸轉(zhuǎn)動；從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，該從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件與具有用來打開/關(guān)閉發(fā)動機氣門的凸輪的凸輪軸連接，并且由驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件驅(qū)動；相位改變機構(gòu)，該相位改變機構(gòu)具有中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，并且通過改變中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角，相對地改變從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)相位角；檢測單元，該檢測單元檢測中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角，并且將該轉(zhuǎn)動角作為檢測脈沖信號輸出；控制器，該控制器計算出在檢測脈沖信號和與驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角對應(yīng)的參考脈沖信號之間的脈沖上升時間差，并且該控制器根據(jù)脈沖上升時間差，從從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的所有旋轉(zhuǎn)相位角中檢測出從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的預(yù)定中間角度位置。
3.一種內(nèi)燃機的可變氣門正時控制裝置，該裝置根據(jù)發(fā)動機工況控制發(fā)動機氣門的開/關(guān)正時，該裝置包括驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，該驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件與發(fā)動機曲柄軸同步地由發(fā)動機曲柄軸轉(zhuǎn)動；從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，該從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件與具有用來打開/關(guān)閉發(fā)動機氣門的凸輪的凸輪軸連接，并且由驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件驅(qū)動；相位改變機構(gòu)，該相位改變機構(gòu)具有中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，該中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對地改變從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件相對于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)相位角，并且該相位改變機構(gòu)通過控制中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角來改變凸輪的旋轉(zhuǎn)相位角；檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)檢測中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角；控制器，該控制器計算出在中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件和驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間的旋轉(zhuǎn)相位差，并且該控制器根據(jù)旋轉(zhuǎn)相位差，從從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的所有旋轉(zhuǎn)相位角中檢測出從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的中間角度位置，該中間角度位置與在發(fā)動機氣門開/關(guān)正時的延遲和提前方向控制區(qū)域之間的中間點對應(yīng)。
4.如權(quán)利要求2所述的相位角檢測裝置，其中所述中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件由具有螺旋溝槽的螺旋盤形成，用于將凸輪的轉(zhuǎn)動位置控制在從最提前的相位位置經(jīng)過中間位置到最延遲的相位位置的范圍內(nèi)，所述驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件由將發(fā)動機曲柄軸的轉(zhuǎn)動力傳遞給凸輪軸的鏈輪形成，從動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件具有在沿著螺旋溝槽運動的同時、在鏈輪的徑向方向上運動的隨動部分，并且通過控制螺旋盤的轉(zhuǎn)動方向來控制隨動部分的徑向運動。
5.如權(quán)利要求4所述的相位角檢測裝置，其中所述螺旋盤在其外表面上具有至少一個標(biāo)記部分，用于由檢測單元檢測螺旋盤的轉(zhuǎn)動角。
6.如權(quán)利要求5所述的相位角檢測裝置，其中所述標(biāo)記部分由目標(biāo)凸起形成。
7.如權(quán)利要求2所述的相位角檢測裝置，其中所述中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件由齒輪減速機構(gòu)形成，該齒輪減速機構(gòu)具有多個齒輪并且以預(yù)定的齒輪比輸出單向轉(zhuǎn)動力。
8.如權(quán)利要求7所述的相位角檢測裝置，其中所述齒輪減速機構(gòu)在其輸出側(cè)具有至少一個標(biāo)記部分，用于由檢測單元檢測齒輪減速機構(gòu)的轉(zhuǎn)動角。
9.如權(quán)利要求8所述的相位角檢測裝置，其中所述標(biāo)記部分由目標(biāo)凸起形成。
10.如權(quán)利要求2所述的相位角檢測裝置，其中與中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的檢測轉(zhuǎn)動角對應(yīng)的檢測脈沖信號和與驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角對應(yīng)的參考脈沖信號至少在脈沖寬度上是不同的，并且利用設(shè)在檢測單元中的一個傳感器對檢測脈沖信號和參考脈沖信號進行檢測。
11.如權(quán)利要求10所述的相位角檢測裝置，其中所述控制器通過脈沖信號的脈沖寬度差來識別檢測脈沖信號和參考脈沖信號，并且，計算出檢測脈沖信號相對于參考脈沖信號的延遲。
12.如權(quán)利要求2所述的相位角檢測裝置，其中與中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的檢測轉(zhuǎn)動角對應(yīng)的檢測脈沖信號和與驅(qū)動旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角對應(yīng)的參考脈沖信號在發(fā)動機起動時相互改變。
13.如權(quán)利要求12所述的相位角檢測裝置，其中檢測脈沖信號在發(fā)動機起動時相對于參考脈沖信號改變20°角。
全文摘要
一種相位角檢測裝置，包括中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，該中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件改變由驅(qū)動構(gòu)件驅(qū)動的從動構(gòu)件的工作角；檢測單元，該檢測單元檢測與從動構(gòu)件的工作角對應(yīng)的中間旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動角，并且將該轉(zhuǎn)動角作為檢測脈沖信號輸出；控制器，該控制器接收檢測脈沖信號，并且計算在檢測脈沖信號和預(yù)先設(shè)定的參考脈沖信號之間的脈沖上升時間差。該控制器根據(jù)脈沖上升時間差，從從動構(gòu)件的所有工作角中檢測出從動構(gòu)件的預(yù)定中間角度位置。
文檔編號F01L1/34GK101092889SQ20071011203
公開日2007年12月26日 申請日期2007年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月21日
發(fā)明者小林喜幸, 渡邊正彥, 齊藤導(dǎo)德 申請人:株式會社日立制作所