专利名称：内燃机中可变气门机构的控制装置及方法
技术领域：
本发明涉及内燃机中可变气门机构的相位控制。
背景技术：
关于使每个气缸所具有的进气门、排气门动作的凸轮轴，采用外侧的外凸轮轴和配置在该外凸轮轴内侧的内凸轮轴这样的双轴构造，主凸轮安装在外凸轮轴上而副凸轮安装在内凸轮轴上的可变气门机构被日本特开2002 - 054410号公报、日本特开2009 —144521号公报等公开。这种可变气门机构相对于进气门及排气门中的任意一方或双方设置，通过使凸轮的相位适当变化，可变地控制气门从打开到关闭的工作正时。通常，在可变气门机构中，外凸轮轴决定凸轮相对于曲轴角的相位，内凸轮轴调节副凸轮相对于主凸轮的相位来决定两者的相位差。通过这样相位控制主凸轮和副凸轮，使气门打开及关闭的各正时提前或延迟，而且，能够可变地控制从打开到关闭的打开期间的长度(工作角)。如上所述，在通过双轴构造的凸轮轴对主凸轮和副凸轮进行相位控制的可变气门机构中，外凸轮轴和内凸轮轴中的任意一方发生卡死不良的情况下，会对内燃机的有效运转带来影响。即，例如在对进气门设置的可变气门机构中，主凸轮的外凸轮轴在提前角位置卡死的情况下，排气门和进气门的重叠(两者同时打开的期间)被较长地维持。由此，在空转时等发生残余气体增加的现象，可能导致燃烧不稳定等不良情况。
发明内容
本发明鉴于上述情况，其目的是提供能够在凸轮轴的任意一个上发生了卡死的情况下执行故障安全控制的内燃机中的可变气门机构的控制装置及方法。为实现上述目的，本发明的内燃机中的可变气门机构的控制装置(方法)如下地构成。本发明的内燃机中可变气门机构的控制装置，其特征在于，所述可变气门机构具有外侧凸轮轴和内侧凸轮轴组成的双轴构造的凸轮轴，分别在内外凸轮轴上安装凸轮，能够相对于一个所述凸轮轴的凸轮调节另一个所述凸轮轴的凸轮的相位，通过这一对凸轮使内燃机的一对进气门及一对排气门中的至少一方动作，所述控制装置由当前相位判定部和相位控制部构成，在一对所述凸轮轴中的一个凸轮轴被检测出异常时，该当前相位判定部判定该检测出异常的凸轮轴上的凸轮的当前相位；该相位控制部与所判定的一方凸轮的当前相位相应地，对另一个凸轮轴上的凸轮进行相位控制。本发明的内燃机中可变气门机构的控制装置，其特征在于，所述可变气门机构具有外侧凸轮轴和内侧凸轮轴组成的双轴构造的凸轮轴，分别在内外凸轮轴上安装凸轮，能够相对于一个所述凸轮轴的凸轮调节另一个所述凸轮轴的凸轮的相位，通过这一对凸轮使内燃机的一对进气门及一对排气门的至少一方动作，所述控制装置由当前相位判定机构和相位控制机构构成，在一对所述凸轮轴中的一个凸轮轴被检测出异常时，该当前相位判定机构判定该产生异常的凸轮轴上的凸轮的当前相位；该相位控制机构与所判定的一方凸轮的当前相位相应地，对另一个凸轮轴上的凸轮进行相位控制。本发明的内燃机中可变气门机构的控制方法，所述可变气门机构具有外侧凸轮轴和内侧凸轮轴组成的双轴构造的凸轮轴，分别在内外凸轮轴上安装凸轮，能够相对于一个所述凸轮轴的凸轮调节另一个所述凸轮轴的凸轮的相位，通过这一对凸轮使内燃机的一对进气门及一对排气门中的至少一方动作，所述控制方法的特征在于，包括在一对所述凸轮轴中的一个凸轮轴被检测出异常时，判定该检测出异常的凸轮轴上的凸轮的当前相位的步骤，与所判定的一方凸轮的当前相位相应地，对另一个凸轮轴上的凸轮进行相位控制的步骤。本发明中的其他结构和特征，从参考附图的以下说明理解。
图1是表示可变气门机构及控制装置的实施方式的示意图。图2 (A) (C)是表示双轴构造的凸轮轴的实施方式的剖视图。图3 (A) (C)是用于说明与运转状况相应的通常控制时的凸轮的相位的一例的正时图。图4 (A) (D)是用于说明对进气门设置的可变气门机构中的主凸轮和副凸轮的相位控制例的正时图。图5 (A) (D)是用于说明对排气门设置的可变气门机构中的主凸轮和副凸轮的相位控制例的正时图。图6是表示任意的凸轮轴发生卡死时的控制例的概要的一览表。图7是表不任意的凸轮轴发生卡死时的控制例的详细情况的一览表。图8是接着图7的一览表。图9是表示实施方式的控制装置执行的相位控制的第一例的流程图。图10是表示实施方式的控制装置执行的相位控制的第二例的流程图。图11是表示实施方式的控制装置执行的相位控制的第三例的流程图。图12是表示实施方式的控制装置执行的相位控制的第四例的流程图。
具体实施例方式图1示出了作为实施方式设置在DOHC型四气缸发动机的进气门侧的可变气门机构及其控制装置。本实施方式的情况下，在排气门侧没有设置进气门侧那样的可变气门机构，但也可以仅在排气门侧或在进气门、排气门双方设置同样的可变气门机构。本实施方式的可变气门机构具有双轴构造的凸轮轴，该双轴构造是外侧的筒状的外凸轮轴I和被插入该外凸轮轴I内部的内侧的内凸轮轴2。外凸轮轴I借助链轮IS通过正时带与未图示的曲轴同步地旋转。在该外凸轮轴I上与第一 第四气缸对应地安装有主凸轮MC，按每个气缸使未图示的第一进气门动作。该主凸轮MC的旋转相位通过设置在外凸轮轴I端部上的第一气门正时设定部IVT被向提前角侧或延迟角侧控制。内凸轮轴2能够相对转动地被配置在外凸轮轴I的内部并与外凸轮轴I 一起旋转。在该内凸轮轴2上与第一 第四气缸对应地安装有副凸轮SC，按每个气缸使未图示的第二进气门动作。通过设置在内凸轮轴2端部上的第二气门正时设定部2VT，相对地调节该副凸轮SC相对于主凸轮MC的旋转相位。这样，在可变气门机构中，外凸轮轴I决定主凸轮MC及副凸轮SC相对于曲轴角的相位(基本相位)，内凸轮轴2调节副凸轮SC相对于主凸轮MC的相对相位来决定两者的相位差。此外，关于执行这样的相位控制的第一气门正时设定部IVT及第二气门正时设定部2VT的详细构造，如前述的专利文献1、2等公开的那样，是公知技术。第一气门正时设定部IVT及第二气门正时设定部2VT通过凸轮控制器3被控制。由微机等构成的凸轮控制器3作为与发动机EClXElectronicControl Unit,电子控制单元)相独立的设备而图示，但也可以与发动机ECU集成在同一芯片内，也可以作为发动机ECU的一部分功能。检测外凸轮轴I的旋转状态的磁气式或光学式等公知的凸轮传感器4及检测内凸轮轴2的旋转状态的同样的凸轮传感器5的输出信号被输入凸轮控制器3。另外，还输入有从设置在曲轴上的公知的曲柄传感器6输出的信号。而且，从发动机ECU接受与发动机转速、负荷、发动机温度(冷却水温等)等运转状况相关的信息的提供，基于这些输入，控制第一气门正时设定部IVT及第二气门正时设定部2VT。关于通过第一气门正时设定部IVT及第二气门正时设定部2VT被控制的外凸轮轴I及内凸轮轴2、和根据这些凸轮轴相对地被相位调节的主凸轮MC及副凸轮SC，如图2所
/Jn ο在外凸轮轴I上，长圆的通孔Ia沿圆周方向形成在副凸轮SC的位置，通过该通孔Ia连结内凸轮轴2和副凸轮SC。即，副凸轮SC能够滑动地被嵌入外凸轮轴I的周围，通过穿过通孔Ia的连结销2a被连结在内凸轮轴2上。因此，能够以圆周方向上为长圆的通孔Ia中的连结销2a的可动范围的量，调整副凸轮SC相对于主凸轮MC的相对相位。如图2A所示，主凸轮MC和副凸轮SC重合的状态是基准位置，两者的凸轮轮廓一致。图2B示出了使副凸轮SC为最大提前角时的相位差的状态，此时的进气门根据副凸轮SC而成为进气门打开(IV0)，根据主凸轮MC而成为进气门关闭(IVC)，并具有最大的
工作角。图2C示出了使副凸轮SC为最大延迟角时的相位差的状态，此时的进气门根据主凸轮MC而成为IV0，根据副凸轮SC而成为IVC，该情况下，也具有最大的工作角。关于如上所述地与通过凸轮控制器3被控制的主凸轮MC及副凸轮SC相应的进气门的工作正时，与排气门的工作正时一起作为一例如图3所示。图3所示的是基于由发动机ECU提供的运转状况信息被通常控制时的凸轮相位。此外，排气门被仅能够调整凸轮相对于曲轴角的相位的气门机构驱动。图3A是默认的，主凸轮MC相对于曲轴角被控制成基准的相位(0° )，并且副凸轮SC相对于该主凸轮MC被调节成基准位置(0° )。而且，排气门的凸轮也被控制成基准的相位。图中，IVO =进气门打开，IVC =进气门关闭，EVO =排气门打开，EVC =排气门关闭。
图3A的情况下，以排气门在上死点前成为EVC、且进气门在上死点后成为IVO的方式控制凸轮相位，并设定进气门、排气门不存在重叠(O / L)的正时。图3B是中负荷时的通常控制，在维持主凸轮MC的基准相位(0° )的状态下(基本相位相对于曲轴角不变)，将副凸轮SC向延迟角(50° )调节，由此，仅将进气门的IVC设定成迟闭。而且，将排气门向延迟角(30° )控制，由此，将EVO设定成迟开且将EVC设定成迟闭，由此，设定在上死点后存在进气门、排气门重叠的正时。图3C是高负荷时的通常控制，将主凸轮MC向提前角(30° )控制(基本相位相对于曲轴角变更)的同时，将副凸轮SC维持在基准位置(0° )，由此，将进气门的IVO设定成早开。而且，通过将排气门维持在基准相位(0° )，设定在上死点前存在进气门、排气门重叠的正时。图4示出了主凸轮MC及副凸轮SC的基本相位及相对相位的控制例。图4A是在对主凸轮MC进行提前角控制且对副凸轮SC进行提前角调节的情况下，执行进气门的超早开且早闭。图4B是在对主凸轮MC进行提前角控制且对副凸轮SC进行延迟角调节的情况下，执行进气门的早开和工作角扩大。图4C是在对主凸轮MC进行延迟角控制且对副凸轮SC进行提前角调节的情况下，执行进气门的早开和工作角扩大。图4D是在对主凸轮MC进行延迟角控制且对副凸轮SC进行延迟角调节的情况下，执行进气门的迟开且超迟闭。图5表示在对排气门设置了上述可变气门机构的情况下，主凸轮MC及副凸轮SC的基本相位及相对相位的控制例。图5A是在对主凸轮MC进行延迟角控制且对副凸轮SC进行延迟角调节的情况下，执行排气门的迟开且超迟闭。图5B是在对主凸轮MC进行延迟角控制且对副凸轮SC进行提前角调节的情况下，执行排气门的迟闭和工作角扩大。图5C是在对主凸轮MC进行提前角控制且对副凸轮SC进行延迟角调节的情况下，执行排气门的迟闭和工作角扩大。图是在对主凸轮MC进行提前角控制且对副凸轮SC进行提前角调节的情况下，执行排气门的超早开且早闭。图6是关于图4及图5所示的主凸轮MC和副凸轮SC的相位控制，将系统中产生的各种异常事项(凸轮轴的卡死)、每个事项的发生现象(气门的状态和发动机状态)和每个事项的故障措施的概要作为一览表表不。图6还示出了排气侧具有与进气侧同样的可变气门机构的情况。此外，在图中，将外凸轮轴I (主凸轮MC)驱动侧的可变气门机构作为第一可变气门机构表示，将内凸轮轴2(副凸轮SC)驱动侧的可变气门机构作为第二可变气门机构表示。箭头al是在通过如上所述地构成的进气侧的一对可变气门机构，将外凸轮轴I或内凸轮轴2的至少一方向提前角位置控制的情况下，进行该控制的可变气门机构在提前角侧位置引起了卡死(固着)不良的情况(后述的图7、8的A1、A3、X1、B3)。箭头a2是通过与进气侧同样地构成的排气侧的一对可变气门机构，将外凸轮轴I或内凸轮轴2的至少一方向延迟角位置控制的情况下，进行该控制的可变气门机构在延迟角侧位置引起了卡死不良的情况(图7、8的E4、F2、G2、G4)。 这些情况下，根据发动机运转状态，在al中，进气门的开时期IVO成为过提前角，另外，在a2中，排气门的闭时期EVC成为过延迟角且重叠成为过大，空转时等的燃烧变得不稳定，进而可能会导致发动机失速。因此，作为该情况下的故障安全措施，向使重叠缩小的方向驱动没有卡死的另一方的可变气门机构。但是，在a2中，将第一可变气门机构(外凸轮轴I)及第二可变气门机构(内凸轮轴2)都向延迟角位置控制时，外凸轮轴I在延迟角侧位置发生了卡死的情况下，即便实施将内凸轮轴2与外凸轮轴I一起从延迟角驱动的位置开始进行提前角驱动的故障安全措施，也不能充分地减少或消除重叠，由于不能获得重叠缩小效果，所以不执行该故障安全措施(图 7、8 的 G2)。箭头bl是在通过进气侧的一对可变气门机构将外凸轮轴I或内凸轮轴2的至少一方向提前角位置控制的情况下，进行该控制的可变气门机构在延迟角侧位置引起了卡死不良的情况(图7,8的A2、A4、X2、B4)。箭头b2是在通过排气侧的一对可变气门机构将外凸轮轴I或内凸轮轴2的至少一方向延迟角位置控制的情况下，进行该控制的可变气门机构在提前角侧位置引起了卡死不良的情况(图7、8的E3、F1、G1、G3)。这些情况下，在bl中，卡死侧的进气门的开时期IVO被延迟，在b2中，卡死侧的排气门的闭时期EVC被延迟，由此，任意情况下，重叠都缩小，产生油耗的恶化、尾气排放的恶化。因此，作为这些情况下的故障安全措施，将没有卡死的另一方的可变气门机构向使重叠扩大的方向驱动。但是，在b2中，将第一可变气门机构(外凸轮轴I)向延迟角位置控制、且将第二可变气门机构(内凸轮轴2)向前角位置控制的情况下，外凸轮轴I在提前角侧位置发生了卡死的情况下，即便实施将内凸轮轴2与外凸轮轴I一起从延迟角驱动的位置开始进行提前角驱动的故障安全措施，也不能充分地扩大重叠，由于不能获得重叠扩大效果，所以不执行该故障安全措施(图7、8的F1)。箭头c是在通过进气侧的一对可变气门机构进行使外凸轮轴I或内凸轮轴2的至少一方延迟而使进气门的闭时期IVC延迟到下死点后的迟闭控制的情况下，进行该控制的可变气门机构在提前角侧位置引起了卡死不良的情况(图7、8的X3、B 1、C1、C3)。该情况下，不能进行进气门的迟闭控制。因此，作为该情况的故障安全措施，以使另一方的凸轮的相位延迟而能够进行进气门的迟闭控制的方式驱动没有卡死的另一方的凸轮轴的可变气门机构。但是，将第一可变气门机构(外凸轮轴I)向延迟角侧、且将第二可变气门机构(内凸轮轴2)向提前角侧控制时，外凸轮轴I侧在提前角侧位置发生了卡死的情况下，即便实施将内凸轮轴2与外凸轮轴I一起从提前角驱动的位置开始进行延迟角驱动的故障安全措施，也不能充分地延迟，由于不能进行迟闭控制，所以不执行该故障安全措施(图7、8的BI)。箭头dl是在通过进气侧的一对可变气门机构将外凸轮轴I或内凸轮轴2的至少一方向延迟角位置控制的情况下，进行该控制可变气门机构在延迟角侧位置引起了卡死不良的情况(图7、8的X4、B2、C2、C4)。该情况下，成为始终迟闭，不能在要获得输出的运转区域中确保输出。箭头d2是在通过排气侧的一对可变气门机构将外凸轮轴I或内凸轮轴2的至少一方向提前角位置控制的情况下，进行该控制的可变气门机构在提前角侧位置引起了卡死不良的情况(图7、8的D1、D3、E1、F3)。该情况下，排气门的开时期EVO始终被提前并成为早开，与dl的情况同样地，不能在要获得输出的运转区域中确保输出。因此，作为这些dl、d2的情况的故障安全措施，驱动没有卡死的另一方的凸轮轴的可变气门机构，在dl中，使进气门的闭时期IVC提前，在d2中，使排气门的开时期EVO延迟，由此分别确保输出区域中的输出。箭头e是在通过排气侧的一对可变气门机构将外凸轮轴I或内凸轮轴2的至少一方向提前角位置控制的情况下，进行该控制的可变气门机构在延迟角侧位置引起了卡死不良的情况(图7,8的D2、D4、E2、F4)。该情况下，使排气门的开时期EVO提前变得困难，但由此带来的影响小，从而不需
要故障安全措施。图7及接着其的图8是关于图4及图5所示的主凸轮MC和副凸轮SC的相位控制，将系统目标的提前角/延迟角控制的目的、和凸轮轴发生了卡死的情况的不良情况及其故障措施的详细情况作为一览表表示。图中,Fr-Valve所示的是主凸轮MC的相位,Rr-Valve所示的是副凸轮SC的相位。例如，关于进气门，参考图7及图8中的箭头X所示的横栏时，对主凸轮MC(Fr-Valve)进行提前角控制且对副凸轮SC (Rr-Valve)进行延迟角调节的目的是对于主凸轮MC的IV0，扩大与排气门的重叠(重叠)，对于副凸轮SC的IVC，扩大迟闭产生的工作角。此时，如图7及图8中的箭头Xl的栏所示，外凸轮轴I在提前角引起卡死不良，主凸轮MC成为提前角卡死时(异常凸轮轴的凸轮的当前相位)，IVO在过提前角，重叠成为过大，由此，发生空转时的燃烧不稳定，进而可能会导致发动机失速。因此，该情况下，使副凸轮SC (另一方的凸轮轴的凸轮)的相位进一步延迟，以使第二进气门的IVO没有重叠的方式减小重叠中的进气门开面积，执行使重叠缩小的控制。也就是说，向极力地抑制因外凸轮轴I的卡死使内燃机运转的不良情况的方向(接近最佳效率的运转)，对内凸轮轴2的副凸轮SC进行相位控制。另外，如图7及图8中的箭头X2的栏所示，外凸轮轴I在延迟角弓丨起卡死不良，主凸轮MC成为延迟角卡死时，不使IVO提前，导致重叠不足的情况。因此，该情况下，执行如下控制使副凸轮SC的相位提前，以补充不足的重叠量的方式实现重叠的扩大。而且，如图7及图8中的箭头X3的栏所示，内凸轮轴2在提前角引起卡死不良，副凸轮SC成为提前角卡死时，不能扩大工作角，不能迟闭，由此导致油耗的恶化。
因此，该情况下，执行如下控制使主凸轮MC的相位延迟，以实现作为目标的IVC的方式使IVC延迟。而且，如图7及图8中的箭头X4的栏所示，内凸轮轴2在延迟角引起卡死不良，副凸轮SC成为延迟角卡死时，IVC在过延迟角处，工作角过大，导致输出不足。因此，该情况下，执行如下控制使主凸轮MC的相位提前，以实现作为目标的IVC的方式使IVC提前。凸轮控制器3根据图9 图12的流程图执行上述图7及图8所示的对于当前要求的提前角/延迟角控制的故障安全控制。用于执行该处理流程的程序被存储在凸轮控制器3的内置存储器，根据该程序，凸轮控制器3作为当前相位判定部(或当前相位判定机构)、相位控制部(或相位控制机构)等工作，流程被执行。图9 图12所示的各处理例如在 发动机启动后数ms或μ s单位内被反复执行。图9的流程图是在根据从发动机ECU提供的运转状况信息对主凸轮MC的基本相位进行提前角控制且对副凸轮SC的相对相位进行提前角调节时(图7及图8中的箭头A所示的横栏)，凸轮轴1、2中的任意一个发生了卡死时，凸轮控制器3执行的处理。凸轮控制器3在步骤S I中从凸轮传感器4、5及曲柄传感器6的输出信号监视外凸轮轴I或内凸轮轴2的异常。例如，监视凸轮传感器4、5的传感器值在规定的期间中是否达到控制目标，来判定可变气门机构的卡死。若步骤S I中判定为正常，则进入步骤S2，并继续进行通常控制，返回并重复进行可变气门机构卡死判定。步骤SI的结果，判定为卡死发生的情况下的凸轮控制器3在步骤S3中判断凸轮传感器4、5中的哪一个输出信号是异常的，由此判断卡死在主凸轮MC的外凸轮轴I发生，还是在副凸轮SC的内凸轮轴2发生。若是主凸轮MC侧发生卡死的情况下，凸轮控制器3在步骤S4中从凸轮传感器4的输出信号判断主凸轮MC在提前角位置或延迟角位置中的哪一个发生了卡死。而且，凸轮控制器3是在提前角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头Al的栏)，在步骤S5中，与该主凸轮MC的当前相位(提前角卡死)相应地，对副凸轮SC进行相位控制。该步骤S5的凸轮控制器3为使第二进气门的IVO延迟而使重叠缩小，将副凸轮SC的控制目标设定成最大延迟角。另一方面，在延迟角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头Α2的栏)的凸轮控制器3在步骤S6中与该主凸轮MC的当前相位(延迟角卡死)相应地，为使第二进气门的IVO提前而使重叠扩大，将副凸轮SC的控制目标设定成与必要的重叠(不足的重叠量)相应的提前角。此时的“必要的重叠”能够根据从发动机ECU提供的运转状况信息判断。设定了副凸轮目标之后的凸轮控制器3在步骤S7中控制第二气门正时设定部2VT将副凸轮SC向目标驱动，并通过凸轮传感器5监视。然后，返回并从步骤SI开始重复。步骤S3中的副凸轮SC侧发生了卡死的情况下的凸轮控制器3在步骤S8中从凸轮传感器5的输出信号判断副凸轮SC在提前角位置或延迟角位置中的哪一个发生了卡死。而且，凸轮控制器3是在提前角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头A3的栏)，在步骤S9中与该副凸轮SC的当前相位(提前角卡死)相应地，对主凸轮MC进行相位控制。该步骤S9的凸轮控制器3为使第一进气门的IVO延迟而使重叠缩小，将主凸轮MC的控制目标设定成至少第一进气门的IVO没有重叠的程度的延迟角。此时的“没有重叠的程度”能够作为IVO = EVC判断。另一方面，在延迟角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头A4的栏)的凸轮控制器3是在步骤SlO中与该副凸轮SC的当前相位(延迟角卡死)相应地，为使第一进气门的IVO提前而使重叠扩大，将主凸轮MC的控制目标设定成与上述必要的重叠(不足的重叠量)相应的提前角。设定了主凸轮目标之后的凸轮控制器3在步骤S 11中控制第一气门正时设定部IVT将主凸轮MC向目标驱动，并通过凸轮传感器4监视。然后，返回并从步骤SI开始重复。图10的流程图是根据从发动机ECU提供的运转状况信息对主凸轮MC的基本相位进行提前角控制且对副凸轮SC的相对相位进行延迟角调节时(图7及图8中的箭头X所示的横栏)，在凸轮轴1、2中的任意一个发生了卡死时，凸轮控制器3执行的处理。凸轮控制器3是在步骤S20中与上述同样地从凸轮传感器4、5及曲柄传感器6的输出信号监视外凸轮轴I或内凸轮轴2的异常，并判定可变气门机构的卡死。若步骤S20中判定为正常，则进入步骤S21并继续进行通常控制，返回并重复可变气门机构卡死判定。步骤S20的结果，判定为卡死发生的情况下的凸轮控制器3在步骤S22中与上述同样地基于凸轮传感器4、5的输出信号，判断卡死在主凸轮MC的外凸轮轴I发生，还是在副凸轮SC的内凸轮轴2发生。若是在主凸轮MC侧发生卡死的情况下，凸轮控制器3在步骤S23中从凸轮传感器4的输出信号判断主凸轮MC在提前角位置或延迟角位置中的哪一个发生了卡死。而且，凸轮控制器3是在提前角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头Xl的栏)，在步骤S24中与该主凸轮MC的当前相位(提前角卡死)相应地，对副凸轮SC进行相位控制。该步骤S24的凸轮控制器3为使第二进气门的IVO延迟而使重叠缩小，将副凸轮SC的控制目标设定成第二进气门的IVO没有重叠的程度的延迟角。另一方面，在延迟角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头X2的栏)的凸轮控制器3在步骤S25中与该主凸轮MC的当前相位(延迟角卡死)相应地，为使第二进气门的IVO提前而使重叠扩大，将副凸轮SC的控制目标设定成与必要的重叠(不足的重叠量)相应的提前角。设定了副凸轮目标之后的凸轮控制器3在步骤S26中控制第二气门正时设定部2VT将副凸轮SC向目标驱动，并通过凸轮传感器5监视。然后，返回并从步骤S20开始重复。步骤S22中副凸轮SC侧发生了卡死的情况下的凸轮控制器3在步骤S27中从凸轮传感器5的输出信号判断副凸轮SC在提前角位置或延迟角位置中的哪一个发生了卡死。而且，凸轮控制器3是在提前角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头X3的栏)，在步骤S28中与该副凸轮SC的当前相位(提前角卡死)相应地，对主凸轮MC进行相位控制。该步骤S28的凸轮控制器3为使第一进气门的IVC延迟而使整体的IVC延迟，将主凸轮MC的控制目标设定成与最佳的IVC相应的延迟角。此时的“最佳的IVC”能够根据从发动机E⑶提供的运转状况信息判断。另一方面，在延迟角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头X4的栏)的凸轮控制器3在步骤S29中与该副凸轮SC的当前相位(延迟角卡死)相应地，为使第一进气门的IVC提前而使整体的IVC提前，将主凸轮MC的控制目标设定成与上述最佳的IVC相应的提前角。设定了主凸轮目标之后的凸轮控制器3在步骤S30中控制第一气门正时设定部IVT将主凸轮MC向目标驱动，并通过凸轮传感器4监视。然后，返回并从步骤S20开始重复。图11的流程图是根据从发动机ECU提供的运转状况信息对主凸轮MC的基本相位进行延迟角控制且对副凸轮SC的相对相位进行提前角调节时(图7及图8中的箭头B所示的横栏)，在凸轮轴1、2中的任意一个发生了卡死时，凸轮控制器3执行的处理。凸轮控制器3在步骤S40中与上述同样地从凸轮传感器4、5及曲柄传感器6的输出信号监视外凸轮轴I或内凸轮轴2的异常，并判定可变气门机构的卡死。若步骤S40中判定为正常，则进入步骤S41并继续进行通常控制，返回并重复可变气门机构卡死判定。步骤S40的结果，判定为卡死发生的情况下的凸轮控制器3在步骤S42中与上述同样地基于凸轮传感器4、5的输出信号判断卡死在主凸轮MC的外凸轮轴I发生，还是在副凸轮SC的内凸轮轴2发生。若是主凸轮MC侧发生了卡死的情况下，凸轮控制器3在步骤S43中从凸轮传感器4的输出信号判断主凸轮MC在提前角位置或延迟角位置中的哪一个发生了卡死。而且，凸轮控制器3是在提前角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头BI的栏)，在步骤S44中不对副凸轮SC进行特别的相位控制，而继续进行通常控制(但是，该情况下，也可以将副凸轮SC向延迟角控制)。另一方面，在延迟角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头B2的栏)的凸轮控制器3在步骤S45中与该主凸轮MC的当前相位(延迟角卡死)相应地，为使第二进气门的IVC提前而以最佳的正时成为IVC，将副凸轮SC的控制目标设定成与最佳的IVC相应的提前角。此时的“最佳的IVC”能够根据从基于从发动机ECU提供的运转状况信息得到的目标的IVC与发生了卡死的主凸轮MC的当前的基本相位的IVC之差算出的修正值来决定。发生了卡死的主凸轮MC的IVC比基于运转状况信息得到的目标的IVC延迟的情况下，使副凸轮SC提前而成为目标IVC，由此，能够以目标IVC使气门开面积减小，而接近最佳控制。设定了副凸轮目标之后的凸轮控制器3在步骤S46中控制第二气门正时设定部2VT并将副凸轮SC向目标驱动，并通过凸轮传感器5监视。然后，返回并从步骤S40开始重复。步骤S42中副凸轮SC侧发生了卡死的情况下的凸轮控制器3在步骤S47中从凸轮传感器5的输出信号判断副凸轮SC在提前角位置或延迟角位置中的哪一个发生了卡死。而且，凸轮控制器3是在提前角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头B3的栏)，在步骤S48中与该副凸轮SC的当前相位(提前角卡死)相应地，对主凸轮MC进行相位控制。该步骤S48的凸轮控制器3为使第一进气门的IVO延迟而使重叠缩小，将主凸轮MC的控制目标设定成至少第一进气门的IVO没有重叠的程度的延迟角。另一方面，在延迟角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头B4的栏)的凸轮控制器3在步骤S49中与该副凸轮SC的当前相位(延迟角卡死)相应地，为使第一进气门的IVO提前而使重叠扩大，将主凸轮MC的控制目标设定成与必要的重叠(不足的重叠量)相应的提前角。设定了主凸轮目标之后的凸轮控制器3在步骤S50中控制第一气门正时设定部IVT并将主凸轮MC向目标驱动，并通过凸轮传感器4监视。然后，返回并从步骤S40开始重复。图12的流程图是根据从发动机E⑶提供的运转状况信息对主凸轮MC的基本相位进行延迟角控制且对副凸轮SC的相对相位进行延迟角调节时(图7及图8中的箭头C所示的横栏)，在凸轮轴1、2中的任意一个发生了卡死时，凸轮控制器3执行的处理。凸轮控制器3在步骤S60中与上述同样地从凸轮传感器4、5及曲柄传感器6的输出信号监视外凸轮轴I或内凸轮轴2的异常，并判定可变气门机构的卡死。若步骤S60中判定为正常，则进入步骤S61并继续进行通常控制，返回并重复可变气门机构卡死判定。步骤S60的结果,判定为卡死发生的情况下的凸轮控制器3在步骤S62中与上述同样地基于凸轮传感器4、5的输出信号判断卡死在主凸轮MC的外凸轮轴I发生,还是在副凸轮SC的内凸轮轴2发生。若是主凸轮MC侧发生了卡死的情况下，凸轮控制器3在步骤S63中从凸轮传感器4的输出信号判断主凸轮MC在提前角位置或延迟角位置中的哪一个发生了卡死。而且，凸轮控制器3是在提前角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头Cl的栏)，在步骤S64中与该主凸轮MC的当前相位(提前角卡死)相应地，对副凸轮SC进行相位控制。该步骤S64的凸轮控制器3为使第二进气门的IVC延迟而成为与运转状况相应的目标的IVC，将副凸轮SC的控制目标设定成与最佳的IVC相应的延迟角。另一方面，在延迟角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头C2的栏)的凸轮控制器3在步骤S65中与该主凸轮MC的当前相位(延迟角卡死)相应地，为使第二进气门的IVC提前而成与运转状况相应的目标的IVC，将副凸轮SC的控制目标设定成与最佳的IVC相应的提前角。设定了副凸轮目标之后的凸轮控制器3在步骤S66中控制第二气门正时设定部2VT并将副凸轮SC向目标驱动，并通过凸轮传感器5监视。然后，返回并从步骤S60开始重复。步骤S62中副凸轮SC侧发生了卡死的情况下的凸轮控制器3在步骤S67中从凸轮传感器5的输出信号判断副凸轮SC在提前角位置或延迟角位置中的哪一个发生了卡死。而且，凸轮控制器3是在提前角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头C3的栏)，在步骤S68中与该副凸轮SC的当前相位(提前角卡死)相应地，对主凸轮MC进行相位控制。该步骤S68的凸轮控制器3为使第一进气门的IVC延迟而使整体的IVC延迟，将主凸轮MC的控制目标设定成与最佳的IVC相应的延迟角。另一方面，在延迟角位置发生了卡死的情况下(图7及图8中的箭头C4的栏)的凸轮控制器3在步骤S69中与该副凸轮SC的当前相位(延迟角卡死)相应地，为使第一进气门的IVC提前而使整体的IVC提前，将主凸轮MC的控制目标设定成与上述最佳的IVC相应的提前角。设定了主凸轮目标之后的凸轮控制器3在步骤S70中控制第一气门正时设定部IVT并将主凸轮MC向目标驱动，并通过凸轮传感器4监视。然后，返回并从步骤S60开始重复。如上所述，凸轮控制器3能够与发生了卡死的凸轮的当前相位相应地，将没有卡死的另一方的凸轮的相位，向使重叠的期间最佳化的方向、或者使进气门的IVO或IVC正时最佳化的方向，进行故障安全控制。可以理解，图9 图12的流程图对于可变气门机构被设置在排气门这一侧的情况，也能用于实现与凸轮轴的卡死状态相应的适当的EV0/EVC。
权利要求
1.一种内燃机中可变气门机构的控制装置，其特征在于， 所述可变气门机构具有外侧凸轮轴和内侧凸轮轴组成的双轴构造的凸轮轴，分别在内外凸轮轴上安装凸轮，能够相对于一个所述凸轮轴的凸轮调节另一个所述凸轮轴的凸轮的相位，通过这一对凸轮使内燃机的一对进气门及一对排气门中的至少一方动作， 所述控制装置由当前相位判定部和相位控制部构成， 在一对所述凸轮轴中的一个凸轮轴被检测出异常时，该当前相位判定部判定该检测出异常的凸轮轴上的凸轮的当前相位； 该相位控制部与所判定的一方凸轮的当前相位相应地，对另一个凸轮轴上的凸轮进行相位控制。
2.如权利要求1所述的可变气门机构的控制装置，其特征在于， 所述相位控制部中的另一个所述凸轮轴上的凸轮的相位控制是向使所述进气门和所述排气门的重叠期间最佳化的方向进行控制。
3.如权利要求1所述的可变气门机构的控制装置，其特征在于， 所述相位控制部中的另一个所述凸轮轴上的凸轮的相位控制是向使所述进气门和所述排气门的打开正时或关闭正时最佳化的方向进行控制。
4.如权利要求2所述的可变气门机构的控制装置，其特征在于， 所述当前相位判定部在所述凸轮轴中的一个凸轮轴被检测出卡死时，判定该产生卡死的凸轮轴上凸轮的当前相位为提前角位置还是延迟角位置， 所述相位控制部与所判定的凸轮的当前相位相应地，以使所述进气门和所述排气门的重叠期间最佳化的方式，对另一个凸轮轴上的凸轮进行提前角控制或延迟角控制。
5.如权利要求3所述的可变气门机构的控制装置，其特征在于， 所述当前相位判定部在所述凸轮轴中的一个凸轮轴被检测出卡死时，判定该产生卡死的凸轮轴上凸轮的当前相位为提前角位置还是延迟角位置， 所述相位控制部与所判定的凸轮的当前相位相应地，以使所述进气门或所述排气门的打开正时或关闭正时最佳化的方式，对另一个凸轮轴上的凸轮进行提前角控制或延迟角控制。
6.如权利要求4所述的可变气门机构的控制装置，其特征在于， 在所述当前相位判定部判定为产生卡死的一个凸轮轴上凸轮的当前相位是提前角位置时，所述相位控制部对另一个凸轮轴上的凸轮进行延迟角控制， 在所述当前相位判定部判定为产生卡死的一个凸轮轴上凸轮的当前相位是延迟角位置时，所述相位控制部对另一个凸轮轴上的凸轮进行提前角控制，由此，使所述进气门和所述排气门的重叠期间最佳化。
7.如权利要求5所述的可变气门机构的控制装置，其特征在于， 在所述当前相位判定部判定为产生卡死的一个凸轮轴上凸轮的当前相位是提前角位置时，所述相位控制部对另一个凸轮轴上的凸轮进行延迟角控制， 在所述当前相位判定部判定为产生卡死的一个凸轮轴上凸轮的当前相位是延迟角位置时，所述相位控制部对另一个凸轮轴上的凸轮进行提前角控制，由此，使所述进气门或所述排气门的打开正时或关闭正时最佳化。
8.一种内燃机中可变气门机构的控制装置，其特征在于，所述可变气门机构具有外侧凸轮轴和内侧凸轮轴组成的双轴构造的凸轮轴，分别在内外凸轮轴上安装凸轮，能够相对于一个所述凸轮轴的凸轮调节另一个所述凸轮轴的凸轮的相位，通过这一对凸轮使内燃机的一对进气门及一对排气门的至少一方动作， 所述控制装置由当前相位判定机构和相位控制机构构成， 在一对所述凸轮轴中的一个凸轮轴被检测出异常时，该当前相位判定机构判定该产生异常的凸轮轴上的凸轮的当前相位； 该相位控制机构与所判定的一方凸轮的当前相位相应地，对另一个凸轮轴上的凸轮进行相位控制。
9.一种内燃机中可变气门机构的控制方法， 所述可变气门机构具有外侧凸轮轴和内侧凸轮轴组成的双轴构造的凸轮轴，分别在内外凸轮轴上安装凸轮，能够相对于一个所述凸轮轴的凸轮调节另一个所述凸轮轴的凸轮的相位，通过这一对凸轮使内燃机的一对进气门及一对排气门中的至少一方动作，所述控制方法的特征在于，包括 在一对所述凸轮轴中的一个凸轮轴被检测出异常时，判定该检测出异常的凸轮轴上的凸轮的当前相位的步骤， 与所判定的一方凸轮的当前相位相应地，对另一个凸轮轴上的凸轮进行相位控制的步骤。
10.如权利要求9所述的可变气门机构的控制方法，其特征在于， 控制所述另一个凸轮轴上的凸轮的相位的步骤是向使所述进气门和所述排气门的重叠期间最佳化的方向进行控制的步骤。
11.如权利要求9所述的可变气门机构的控制方法，其特征在于， 控制所述另一个凸轮轴上的凸轮的相位的步骤是向使所述进气门和所述排气门的打开正时或关闭正时最佳化的方向进行控制的步骤。
12.如权利要求10所述的可变气门机构的控制方法，其特征在于， 判定检测出异常的凸轮轴上的凸轮的当前相位的步骤，是在所述凸轮轴中一个凸轮轴被检测出卡死时，判定该产生卡死的凸轮轴上凸轮的当前相位是提前角位置还是延迟角位置， 对另一个凸轮轴上的凸轮进行相位控制的步骤，是与所判定的凸轮的当前相位相应地，以使所述进气门和所述排气门的重叠期间最佳化的方式，对另一个凸轮轴上的凸轮进行提前角控制或延迟角控制。
13.如权利要求11所述的可变气门机构的控制方法，其特征在于， 判定检测出异常的凸轮轴上的凸轮的当前相位的步骤，是在所述凸轮轴中一个凸轮轴被检测出卡死时，判定该产生卡死的凸轮轴上凸轮的当前相位是提前角位置还是延迟角位置， 对另一个凸轮轴上的凸轮进行相位控制的步骤，是与所判定的凸轮的当前相位相应地，，以使所述进气门或所述排气门的打开正时或关闭正时最佳化的方式，对另一个凸轮轴上的凸轮进行提前角控制或延迟角控制。
14.如权利要求12所述的可变气门机构的控制方法，其特征在于， 在判定检测出异常的凸轮轴上凸轮的当前相位的步骤中，当判定为产生卡死的一个凸轮轴上凸轮的当前相位是提前角位置时，在对另一个凸轮轴上的凸轮进行相位控制的步骤中，对另一个凸轮轴上的凸轮进行延迟角控制， 在判定检测出异常的凸轮轴上凸轮的当前相位的步骤中，当判定为产生卡死的一个凸轮轴上凸轮的当前相位是延迟角位置时，在对另一个凸轮轴上的凸轮进行相位控制的步骤中，对另一个凸轮轴上的凸轮进行提前角控制，由此，使所述进气门和所述排气门的重叠期间最佳化。
15.如权利要求13所述的可变气门机构的控制方法，其特征在于， 在判定检测出异常的凸轮轴上的凸轮的当前相位的步骤中，判定为产生卡死的一个凸轮轴上凸轮的当前相位是提前角位置时，在对另一个凸轮轴的凸轮进行相位控制的步骤中，对另一个凸轮轴的凸轮进行延迟角控制， 在判定检测出异常的凸轮轴上的凸轮的当前相位的步骤中，判定为产生卡死的一个凸轮轴上凸轮的当前相位是延迟角位置时，在对另一个凸轮轴的凸轮进行相位控制的步骤中，对另一个凸轮轴的凸轮进行提前角控制，由此，使所述进气门或所述排气门的打开正时或关闭正时最佳化。
全文摘要
本发明提供一种内燃机中可变气门机构的控制装置及方法，能够在双轴构造的凸轮轴中的任一个发生了卡死的情况下执行故障安全控制。该可变气门机构的控制装置(3)具有外凸轮轴(1)和内凸轮轴(2)组成的双轴构造的凸轮轴，分别在凸轮轴(1、2)上安装主凸轮(MC)和副凸轮(SC)，能够相对于外凸轮轴(1)的主凸轮(MC)调节内凸轮轴(2)的副凸轮(SC)的相位，通过这些凸轮使内燃机的进气门及排气门的至少一方动作，监视凸轮轴(1、2)的异常，在凸轮轴(1、2)中的一个凸轮轴(1或2)被检测出异常时，判定该异常凸轮轴的凸轮的当前相位，与该判定的凸轮的当前相位相应地，对另一方凸轮轴(2或1)的凸轮进行相位控制。
文档编号F01L1/34GK103016087SQ20121032757
公开日2013年4月3日 申请日期2012年9月6日 优先权日2011年9月20日
发明者新屋典宏, 町田宪一 申请人:日立汽车系统株式会社