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往复 活塞式 内燃机 凸轮轴相对于 曲轴的转角 位置的调整方法

阅读：1006发布：2020-06-16

专利汇可以提供往复活塞式内燃机凸轮轴相对于曲轴的转角位置的调整方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且在一种用于调整往复活塞式内燃机的凸轮轴相对于曲轴的转角位置的方法中，曲轴经由三轴传动装置与凸轮轴相连接。三轴传动装置具有一在曲轴上固定的主动轴、一在凸轮轴上固定的从动轴和一由电机驱动的调整轴。检测一曲轴传感器信号，其在曲轴的一转角变化时改变其状态。此外检测一调整轴传感器信号，其在调整轴的一转位变化时改变其状态。从一基准转角值开始，在曲轴传感器信号和/或调整轴传感器信号的一状态变化时跟踪一相位角信号并将其调到一提供的额定相位角信号。接着切断内燃机的点火和/或将曲轴的转速降到一预定的最小转速值以下。在曲轴和/或凸轮轴仍旋转的过程中这样给电机供电，使凸轮轴向一相对于曲轴的预定的基准位置的方向旋转。在内燃机下次起动时按基准位置定位凸轮轴和曲轴并且借助于一传感器进行检测。将相位角信号设到一基准值上并然后调到额定相位角信号。，下面是往复活塞式内燃机凸轮轴相对于曲轴的转角位置的调整方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.往复活塞式内燃机的凸轮轴(3)相对于曲轴(5)的转角位置的调整方法，其中曲轴(5)经由一调整传动装置(1)与凸轮轴(3)处于传动连接，调整传动装置构成为包括一在曲轴上固定的主动轴、一在凸轮轴上固定的从动轴和一与电机(4)处于传动连接的调整轴的三轴传动装置，其中曲轴(5)旋转并且一曲轴传感器信号被检测，在曲轴(5)的一转角变化时该曲轴传感器信号改变其状态，其中调整轴旋转并且一调整轴传感器信号被检测，在调整轴的一转位变化时该调整轴传感器信号改变其状态，其中从一个为一基准转角位置配置的基准转角值开始，在曲轴传感器信号或调整轴传感器信号的一状态变化时跟踪一相位角信号，其中将相位角信号调节到一提供的额定相位角信号，并且其中切断内燃机的点火或将曲轴(5)的转速降到一预定的最小转速值以下，在切断点火时或在低于曲轴(5)的最小转速值以后，在曲轴(5)或凸轮轴(3)仍旋转的过程中这样给电机(4)供电，使凸轮轴(3)向一相对于曲轴(5)的预定的基准位置的方向旋转，其特征在于，在切断点火时或低于最小转速值以后检测基准位置时将电机(4)的供电变为一保持供电，以便保持基准位置。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在曲轴(5)和凸轮轴(3)停转时或曲轴(5)重新达到最小转速值时结束保持供电。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在切断点火以后或在低于最小转速值以后继续进行相位角信号的调节，直到控制装置产生额定相位角信号和曲轴(5)的转速超过一预定的极限值为止，并且接着将凸轮轴(3)借助于电机(4)向相对于曲轴(5)的基准位置的方向旋转。
4.往复活塞式内燃机的凸轮轴(3)相对于曲轴(5)的转角位置的调整方法，其中曲轴(5)经由一调整传动装置(1)与凸轮轴(3)处于传动连接，调整传动装置构成为包括一在曲轴上固定的主动轴、一在凸轮轴上固定的从动轴和一与电机(4)处于传动连接的调整轴的三轴传动装置，其中曲轴(5)旋转并且一曲轴传感器信号被检测，在曲轴(5)的一转角变化时该曲轴传感器信号改变其状态，其中调整轴旋转并且一调整轴传感器信号被检测，在调整轴的一转位变化时该调整轴传感器信号改变其状态，其中从一个为一基准转角位置配置的基准转角值开始，在曲轴传感器信号或调整轴传感器信号的一状态变化时跟踪一相位角信号，其中将相位角信号调节到一提供的额定相位角信号，并且其中切断内燃机的点火或将曲轴(5)的转速降到一预定的最小转速值以下，在切断点火时或在低于曲轴(5)的最小转速值以后，在曲轴(5)或凸轮轴(3)仍旋转的过程中这样给电机(4)供电，使凸轮轴(3)向一相对于曲轴(5)的预定的基准位置的方向旋转，其特征在于，一挡块元件(6)连接于主动轴，而一对应挡块元件(7)连接于凸轮轴(3)，挡块元件(6)在基准位置贴靠在对应挡块元件(7)上，并且测量相位角信号的变化速度和借助该变化速度的数值上的下降检测基准位置的达到。
5.按照权利要求4所述的方法，在保持供电中借助于电机(4)将一转矩施加到调整轴上，该转矩使挡块元件(6)定位在对应挡块元件(7)上。
6.往复活塞式内燃机的凸轮轴(3)相对于曲轴(5)的转角位置的调整方法，其中曲轴(5)经由一调整传动装置(1)与凸轮轴(3)处于传动连接，调整传动装置构成为包括一在曲轴上固定的主动轴、一在凸轮轴上固定的从动轴和一与电机(4)处于传动连接的调整轴的三轴传动装置，其中曲轴(5)旋转并且一曲轴传感器信号被检测，在曲轴(5)的一转角变化时该曲轴传感器信号改变其状态，其中调整轴旋转并且一调整轴传感器信号被检测，在调整轴的一转位变化时该调整轴传感器信号改变其状态，其中从一个为一基准转角位置配置的基准转角值开始，在曲轴传感器信号或调整轴传感器信号的一状态变化时跟踪一相位角信号，其中将相位角信号调节到一提供的额定相位角信号，并且其中切断内燃机的点火或将曲轴(5)的转速降到一预定的最小转速值以下，在切断点火时或在低于曲轴(5)的最小转速值以后，在曲轴(5)或凸轮轴(3)仍旋转的过程中这样给电机(4)供电，使凸轮轴(3)向一相对于曲轴(5)的预定的基准位置的方向旋转，其特征在于，在切断点火之前或在将曲轴(5)的转速降到最小转速值以下之前，在达到曲轴(3)的一预定的基准转角位置时在曲轴传感器信号中产生一基准标记，在出现基准标记时将一转角测量信号设到一为基准转角位置配置的值上，在出现曲轴传感器信号的一状态变化时跟踪转角测量信号，将一位置测量信号设到一位置测量信号开始值上，在每次出现调整轴传感器信号的一状态变化时跟踪位置测量信号，在达到凸轮轴(3)的一预定的转角位置时产生一凸轮轴基准信号，在出现凸轮轴基准信号时分别确定转角测量信号和位置测量信号的当前的测量值并且利用这些测量值和传动特性参数求得相位角信号的值。

说明书全文

往复 活塞式 内燃机 凸轮轴相对于 曲轴的转角 位置的调整方

法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用以调整往复活塞式内燃机的凸轮轴相对于曲轴的转角位置的方法，其中曲轴经由一调整传动装置与凸轮轴处于传动连接，调整传动装置构成为包括一在曲轴上固定的主动轴、一在凸轮轴上固定的从动轴和一与电机处于传动连接的调整轴的三轴传动装置，其中曲轴旋转并检测一曲轴传感器信号，其在曲轴的一转角变化时改变其状态，其中调整轴旋转并检测一调整轴传感器信号，其在调整轴的一转位变化时改变其状态，其中从一为一基准转角位置配置的基准转角值开始，在曲轴传感器信号和/或调整轴传感器信号的一状态变化时跟踪一相位角信号，其中将相位角信号调到一提供的额定相位角信号，并且其中切断内燃机的点火和/或将曲轴的转速降到一预定的最小转速值以下。

背景技术

[0002] 一这样的方法由DE 41 10 195 A1是已知的。其中借助于一电机调整凸轮轴相对于曲轴的转角位置，电机驱动三轴传动装置的调整轴，该三轴传动装置设置在曲轴与凸轮轴之间。在三轴传动装置的主动轴上设置一凸轮轴齿轮，其经由一链条由一与曲轴抗旋转地连接的曲轴齿轮驱动。三轴传动装置的从动轴与凸轮轴抗旋转地连接。为了将凸轮轴相对于曲轴所具有的转角位置或相位调节到一提供的额定相位角信号，测量相位角并与额定值信号相比较。在出现一偏差时控制电机以减小该偏差。为了即使在调整装置的故障情况下也可保持电机功能，将相对调整借助于连接于主动轴的挡块元件限制到一最大的调整角，该挡块元件与一在凸轮轴上固定的对应挡块元件相配合。与一相应的以恒定的相位运行的往复活塞式内燃机相比，由此产生一更好的气缸充气，借此可以节省燃料，减少有害物质排出量和/或提高内燃机的输出功率。但这只有条件地适用于内燃机的起动过程，因为在起动过程期间部分还没有关于凸轮轴的相位的测量值，并因此不可能最好地调整相位。

发明内容

[0003] 因此本发明的目的在于，提供一种开头所述型式的方法，其在内燃机的起动过程期间能够实现一微小的有害物质排出量和一较低的燃料消耗量。

[0004] 该目的在一开头所述型式的方法中这样达到，即在切断点火时和/或在低于曲轴的最小转速值以后，在曲轴和/或凸轮轴仍旋转的过程中这样给电机供电使凸轮轴向一相对于曲轴的预定的基准位置的方向旋转。

[0005] 在这种情况下有利地在内燃机下次起动时凸轮轴在起动过程的开始已设置在相对于曲轴的基准位置的旁边或附近。因此在内燃机起动时可以将凸轮轴及早地定位在基准位置，以便借助于传感器检测该位置。接着可以在基准位置上将相位角信号设到一为该基准位置配置的基准值上并然后调到提供的额定相位角信号。因此可以将转角位置已在内燃机起动后短时内较精确地调到额定相位角信号，这在起动过程期间能够实现内燃机的微小的有害物质排出量和较低的燃料消耗量。

[0006] 在本发明的一有利的实施形式中，在切断点火时和/或低于最小转速值以后检测基准位置时，将电机的供电变为一保持供电，以便保持基准位置。如果在内燃机的凸轮轴和/或曲轴停转以前已应该调准基准位置，则通过保持供电达到使相位不会由于仍处于运动的内燃机部分偏移基准位置。

[0007] 符合目的地，在曲轴和凸轮轴停转时或曲轴重新达到最小转速值时结束保持供电。在内燃机的曲轴已达零转速以后，因此立即切断保持供电，以便一方面防止电机过载而另一方面保护内燃机的蓄电池。如果曲轴重新达到最小转速值，在将曲轴转速首先通过在曲轴上施加一相应的制动力矩降到最小转速值以下以后，同样结束保持供电，以便重新将相位调到额定相位角信号。

[0008] 在本发明的一优选的实施形式中，一挡块元件连接于主动轴而一对应挡块元件连接于凸轮轴，其中挡块元件在基准位置上贴靠在对应挡块元件上，并且测量相位角信号的变化速度和借助变化速度的数值上的下降检测基准位置的达到。在使挡块元件和对应挡块元件借助于电机在挡块移动时相互相向运动以便将凸轮轴定位在基准位置的过程中，将相位角信号的变化速度优选调到一预定的值。在达到基准位置时降低变化速度而不管该速度调整，这按简单的方式就能够检测基准位置。

[0009] 有利的是，在保持供电中借助于电机将一转矩施加到调整轴上，该转矩相对对应挡块元件定位挡块元件。于是挡块元件向对应挡块元件偏压，这能够使凸轮轴和曲轴精确地定位在基准位置。优选以预定的电流强度实现保持供电。

[0010] 特别有利的是，在切断点火以后和/或在低于最小转速值以后继续进行相位角信号的调节，直到控制装置产生额定相位角信号和曲轴的转速超过一预定的极限值为止，并且接着将凸轮轴借助于电机向相对于曲轴的基准位置的方向旋转，通过这样的措施在内燃机停止时也可以达到微小的有害物质排出量和较低的燃料消耗量。

[0011] 在本发明的一符合目的的实施形式中，在切断点火之前和/或在将曲轴的转速降到最小转速值以下之前，在达到曲轴的一预定的基准转角位置时在曲轴传感器信号中产生一基准标记，其中在出现基准标记时将一转角测量信号设到一为基准转角位置配置的值上，其中在出现曲轴传感器信号的一状态变化时跟踪转角测量信号，其中将一位置测量信号设到一位置测量信号开始值上，其中在每次出现调整轴传感器信号的一状态变化时跟踪位置测量信号，其中在达到凸轮轴的一预定的转角位置时产生一凸轮轴基准信号，其中在出现凸轮轴基准信号时分别确定转角测量信号和位置测量信号的当前的测量值并且利用这些测量值和传动特性参数求得相位角信号的值。借此可以以很高的精度测量凸轮轴相对于曲轴的绝对相位。附图说明

[0012] 以下借助附图更详细地说明本发明的一个实施例。其中：

[0013] 图1一往复活塞式内燃机的示意的局部图，其具有一用以调整凸轮轴相对于曲轴的相位的装置；

[0014] 图2一凸轮轴调整装置；

[0015] 图3一用于调节凸轮轴相对于曲轴的相位的状态信号的图解图，其中横坐标表示以秒为单位的时间和纵坐标表示状态信号；

[0016] 图4一用于内燃机点火的接通信号的图解图，其中横坐标表示以秒为单位的时间和纵坐标表示接通信号；

[0017] 图5一内燃机的转速变化的图解图，其中横坐标表示以秒为单位的时间和纵坐标表示转速(转/分)；

[0018] 图6实际的相位角(阴影线)和一相位角的额定值信号(非阴影线)的图解图，其中横坐标表示时间(秒)和纵坐标表示相位角(度)；

[0019] 图7一电机的操作电流的图解图，其中横坐标表示时间(秒)和纵坐标表示操作电流(安)。

具体实施方式

[0020] 一用于往复活塞式内燃机的凸轮轴3相对于曲轴5的转角位置的调整装置按图1具有一调整传动装置1，其构成为包括一在曲轴上固定的主动轴、一在凸轮轴上固定的从动轴和一调整轴的三轴传动装置。调整传动装置可以是一行星齿轮传动机构，优选一行星齿轮箱。

[0021] 主动轴与一凸轮轴齿轮2抗旋转地连接，其以本来已知的方式经由一链条或一齿形带与一在内燃机的曲轴5上抗旋转地设置的曲轴齿轮处于传动连接。从动轴与凸轮轴3抗旋转地连接。调整轴与一电机4的转子抗旋转地连接。调整传动装置1结合于凸轮轴齿轮2的轮毂中。

[0022] 为了限制内燃机的凸轮轴3与曲轴5之间的转角，调整装置具有一与调整传动装置1的主动轴固定连接的挡块元件6和一对应挡块元件7，后者与凸轮轴3抗旋转地连接并且在工作位置在一止挡位置贴靠在挡块元件6上。

[0023] 在图1中可看出，为了测定曲轴转角设置一磁性探测器8，其检测一由导磁材料构成的在曲轴5上设置的齿圈9的齿面。齿圈9的一齿槽或轮齿比其他的齿槽或轮齿具有较大的宽度并且标示曲轴5的一基准转角位置。

[0024] 在达到基准转角位置时在磁性探测器8的传感器信号(以下也称为曲轴传感器信号)中，产生一基准标记。这这样达到，即曲轴齿圈9在基准转角位置比在其其余的轮齿之间具有一较大的齿槽。一旦在曲轴传感器信号中检测到基准标记，就将一转角测量信号设到一为基准转角位置配置的值上。然后在曲轴传感器信号的状态的每一变化时跟踪转角测量信号，同时在一控制装置的一操作程序中引起一中断，其中增加转角测量信号量。

[0025] 作为电机4设置一EC电机，其具有一转子，在转子的圆周上设置一系列交替地向彼此相反的方向磁化的磁铁部分，它们经由一气隙与一定子的各齿磁性地协同操作。各齿由一绕组缠绕，该绕组经由一控制装置供给电流。

[0026] 各磁铁部分相对于定子的位置并从而调整轴转角借助于一测量装置检测，该测量装置在定子上具有多个磁场传感器10，它们沿定子的圆周方向彼此位错地设置，使转子的每一整转通过许多磁铁部分-传感器组合。各磁场传感器10产生一数字传感器信号，其通过一顺序的传感器信号状态，各状态在转子的机械的整转时常常象测量装置具有多个磁场传感器10那样重复。该传感器信号以下也称为调整轴传感器信号。

[0027] 在内燃机起动时，与转子或调整轴正好所处的位置无关，将一位置测量信号设到一位置测量信号开始值上。然后使调整轴旋转，此时在调整轴传感器信号的每一状态变换时在控制装置的操作程序中引起一中断，其中跟踪位置测量信号。

[0028] 作为凸轮轴转角的基准信号传感器设置一霍尔传感器11，其与一在凸轮轴3上设置的触发轮12协同操作。在达到凸轮轴3的一预定的转角位置时在一凸轮轴基准信号中产生一齿面。当霍尔传感器11检测到该齿面时，在一控制装置的一操作程序中引起一中断，其中中间存储曲轴转角和调整轴转角用以调节继续处理用的相位角。该中断以下也称为凸轮轴中断。最后在控制装置的操作程序中也还引起一定时盘控制的(zeitscheibengesteuert)中断，其以下称为循环的中断。

[0029] 借助于曲轴转角测量信号、位置测量信号和一传动特性参数，亦即传动比，调整传动装置1在主动轴停转时在调整轴与凸轮轴3之间具有该传动比，算出当前的相位角εActl(t)：

[0030]

[0031] 其中：

[0032] 电机4的转子从最后识别的曲轴基准标记到当前的循环中断的转角；

[0033] 曲轴5从最后识别的曲轴基准标记到当前的循环中断的转角；

[0034] 电机4的转子从最后识别的曲轴基准标记到最后的凸轮轴中断的转角；

[0035] 曲轴5从最后识别的曲轴基准标记到最后的凸轮轴中断的转角；

[0036] εAbs绝对的相位角，其在每一凸轮轴中断时通过测定求得并且等于到该时刻的曲轴转角

[0037] 因此从一基准转角值开始，在曲轴传感器信号和/或调整轴传感器信号的一状态变化时跟踪相位角信号。将这样求得的相位角信号调到一额定相位角信号，该额定相位角信号由一控制装置例如电机控制装置提供。在图3至7所示的实施例中在曲轴转速约-11000min 时在时刻t＝0.5s与t＝0.6s之间以125°的额定相位角进行这样的调整。

[0038] 当在运行的内燃机中切断内燃机的点火和/或将曲轴的转速降到一预定的最小转速值以下时，例如由于使内燃机熄火，则导入一发动机停止对策。在按图3至7的实施例中到时刻t＝0.6s切断点火。在图5中可明显看出，从该时刻起曲轴5的转速大致成斜坡形降到零值。暂时仍继续进行相位角信号的调整，直到控制装置产生额定相位角信号和曲轴5的转速超过一预定的极限值为止。

[0039] 一旦曲轴5的基准转角位置和/或在凸轮轴基准信号中的齿面在低于预定的极限值时由于强烈的振荡不再或只不可靠地识别，就关于最后可靠地识别的基准转角位置求得相位角：

[0040]

[0041] 其中：

[0042] εRef最后的凸轮轴中断时的绝对的相位角，此时已可靠地识别出基准转角位置；

[0043] 电机4的转子在最后的凸轮轴中断时的转角，此时已可靠地识别出基准转角位置；

[0044] 曲轴5在最后的凸轮轴中断时的转角，此时已可靠地识别出基准转角位置；

[0045] 电机4的转子从最后的凸轮轴中断起的转角，此时已可靠地识别出基准转角位置；以及

[0046] 曲轴5从最后的凸轴中断起的转角，此时已可靠地识别出基准转角位置。

[0047] 到时刻t＝0.8s结束相位角信号的调节。然后在曲轴5和/或凸轮轴3仍旋转的过程中给电机4供电使挡块元件6向对应挡块元件7运动并且贴靠于其上。在按图3至7的实施例中在时刻t＝0.8s开始挡块移动。在图6中可看出，在t＝0.8s与t＝0.94s之间的相位角大致以曲轴每秒约250°的速度成斜坡地增加，直到在154°的相位角时达到止挡位置。这这样达到，即将相位角信号的变化速度(相位速度)在挡块移动的过程中调节到曲轴每秒250°的值。但也有可能，在挡块移动的过程中通过脉冲宽度调制以一预定的脉冲-间歇比例控制电机4。凸轮轴3在相对于曲轴5的止挡位置所具有的相位角值是已知的并且例如存储于控制装置。该相位角以下也称为基准位置。

[0048] 在t＝0.94s时达到该基准位置。借助在基准位置出现的相位速度的下降在t＝0.9655s时检测基准位置，随后将电机4的供电转换到一保持供电(Haltebestromung)。这使挡板元件压向对应挡块元件。图7中可看出，该保持供电在t＝0.9655s开始而在t＝
1s结束，如果曲轴转速达到零值的话，在t＝1s时结束向电机4的电流供给，以便防止其过载。

[0049] 在图3至7所示的实施例中在切断点火以后仍约200ms继续进行调整。在发动机停止时结束的挡块移动在随后的内燃机起动过程中能够提前地调节相对于基准位置的相位。如图5中可看出的，在t＝1.12s时重新起动内燃机，紧接着曲轴转速成斜坡形升到-11000min 的值，其相当于内燃机的空转转速。

[0050] 在t＝1.14s与t＝1.16s之间给电机4供电，使挡块元件6相对对应挡块元件7定位。约在t＝1.16s时，亦即已在发动机起动以后40ms，检测基准位置并将相位角信号设到基准值上。然后将相位角信号调到额定相位角信号。从时刻t＝1.4s起关于基准转角位置调节相位角。

[0051] 因此在往复活塞式内燃机的凸轮轴3相对于曲轴5的转角位置的调整方法中，曲轴经由三轴传动装置与凸轮轴3相连接。该三轴传动装置具有一在曲轴上固定的主动轴、一在凸轮轴上固定的从动轴和一由电机4驱动的调整轴。检测一曲轴传感器信号，其在曲轴5的一转角变化时改变其状态。此外检测一调整轴传感器信号其在调整轴的一转位变化时改变其状态。从一基准转角值开始，在曲轴传感器信号和/或调整轴传感器信号的一状态变化时跟踪一相位角信号并将其调到一提供的额定相位角信号。接着切断内燃机的点火和/或将曲轴5的转速降到一预定的最小转速值以下。在曲轴5和/或凸轮轴3仍旋转的过程中，给电机4供电，使凸轮轴3向一相对于曲轴5的预定的基准位置的方向旋转。在内燃机下次起动时按基准位置定位凸轮轴3和曲轴5并且借助于一传感器进行检测。将相位角信号设到一基准值上并然后调到额定相位角信号。

[0052] 附图标记清单

[0053] 1 调整传动装置

[0054] 2 凸轮轴齿轮

[0055] 3 凸轮轴

[0056] 4 电机

[0057] 5 曲轴

[0058] 6 挡块元件

[0059] 7 对应挡块元件

[0060] 8 磁性探测器

[0061] 9 齿圈

[0062] 10 磁场传感器

[0063] 11 霍尔传感器

[0064] 12 触发轮

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