专利名称：用于内燃机的阀控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制吸气阀和/或排气阀的打开和关闭操作的阀控制装置，特别是用于控制阀关闭正时。
背景技术：
通常，为了提高内燃机的燃料经济性和功率输出以及减小该内燃机的废气排放，已经提出了各种阀控制装置，这些阀控制装置可变地控制吸气阀和/或控制阀的打开和关闭正时或阀升程，以便使吸气和排气性能与发动机的工作状态相适应。作为一种这样的普通阀控制装置，一种已知类型是改变吸气凸轮相对于凸轮轴的相位，从而连续改变吸气凸轮的打开和关闭正时(例如日本专利公报特开平7-301144)。不过，在这种阀控制装置中，吸气阀在固定的阀打开时期中打开，这样，当吸气阀的打开正时确定时，它的关闭正时也自动确定。这使得不能对于发动机转速和发动机负载的所有区域都同时获得最佳阀打开正时和最佳阀关闭正时，该发动机负载无极变化。
而且，还已知另一种普通阀控制装置(例如日本专利公报特开昭62-12811)，其中，各吸气凸轮和排气凸轮由高速凸轮和低速凸轮，该高速凸轮和低速凸轮各自有彼此不同的预定凸轮型面，且各凸轮在低速凸轮和高速凸轮之间转换，以便分别用于发动机的低转速和高转速。不过，在这种阀控制装置中，凸轮型面在两级之间变化，因此，吸气/排气阀的打开和关闭正时以及阀升程也只能在两级之间变化。因此，该装置也不能对于转速和负载的所有区域都获得最佳阀打开/关闭正时和阀升程。
而且，已知还有一种类型的阀控制装置(例如日本专利公报特开平8-200025)，它采用电磁体来打开和关闭吸气阀和排气阀。在这种阀控制装置中，两个吸气阀和两个排气阀用于各气缸，这四个吸气和排气阀通过相应的电磁阀驱动机构来驱动(下文中，这种阀控制装置称为“完全电磁阀控制装置”)。各电磁阀驱动机构包括一对彼此相对的电磁体；电枢，该电枢布置在电磁体之间，并与相应的吸气/排气阀相连；以及两个弹簧线圈，这两个弹簧线圈推压该电枢。在这种电磁阀驱动机构中，对两个电磁体的通电进行控制，以便使电枢能够以交替方式吸引到一个电磁体上，从而打开和关闭吸气/排气阀。因此，通过控制通电的正时，就可以根据希望控制吸气/排气阀的打开和关闭正时，从而可以对转速和负载的所有区域都实现最佳打开和关闭正时，并优化燃料经济性、功率输出等。应当知道，当两个电磁体没有通电时，电枢通过两个线圈弹簧的推压力平衡而保持在中间位置。不过，在这种完全电磁阀控制装置中，所有的吸气/排气阀都各自由电磁阀驱动机构驱动，这减小了燃料经济性的提高效果。而且，电磁阀驱动机构的电磁体和电枢由磁性物质形成，这使得装置的重量和制造成本增加。
作为该问题的还一解决方案，本申请人已经在日本专利申请No.2001-012300中提出了一种阀控制装置(下文中称为“第一阀控制装置”)，该阀控制装置只通过与上述类似的电磁阀驱动机构来驱动用于一个气缸的两个吸气阀中的一个，另一个吸气阀以及排气阀通过与发动机的旋转同步的凸轮型阀驱动机构来驱动。在该第一阀控制装置中，一个吸气阀的打开正时和关闭正时将通过使用电磁阀驱动机构而根据发动机的工作状态而合适设定，从而可以实现最佳打开和关闭正时，且燃料经济性的改进以及功率输出的增强可以兼容。而且，与完全电磁阀驱动机构相比，电磁阀驱动机构的数目减小了四分之一，这将通过减小电力消耗而有利于燃料经济性，并减小重量和制造成本。
本申请人在日本专利公报特开昭63-289208中公开了另一种阀控制装置(下文中称为“第二阀控制装置”)。该第二阀控制装置包括凸轮型阀驱动机构，用于通过使用在凸轮轴上的凸轮而由摇臂打开和关闭吸气阀；以及电磁促动器，用于将吸气阀保持在打开位置。该电磁促动器包括一个螺线管，该螺线管固定在气缸盖上；电枢，该电枢固定在吸气阀的阀杆上；以及冲击吸收弹簧，该冲击吸收弹簧布置在该电枢和保持器之间，且该电磁促动器根据发动机的工作状态而在吸气阀到达开口位置时使该螺线管通电，以便产生作用在电枢上的吸引力，从而使吸气阀保持在打开位置，以便控制吸气阀的关闭正时。
不过，尽管第一阀控制装置减轻了完全电磁阀控制装置所遇到的问题，因为它使用了电磁阀驱动机构来用于部分阀，但是它仍然在以下方面有改进空间该阀控制装置需要一个电磁阀驱动机构用于一个气缸，因此两个电磁体用于一个气缸。这导致电能消耗增加，并减小了由于吸气阀的可变打开和关闭正时而提高燃料经济性的有利效果，且与普通凸轮驱动类型的阀控制装置相比，重量和制造成本仍然较大。而且，通过使用电磁阀驱动机构可获得的发动机最大转速将由于各线圈弹簧的弹簧常数而大大减小。当装置用于最大转速较高(例如大约9000rpm)的内燃机时，需要将线圈弹簧的弹簧常数设置为较大值，因此也需要使用能提供较大吸引力的电磁体。这导致电能消耗增加，并较低了在较低至中等转速工作区域内的燃料经济性，而发动机通常在该区域中工作比在其它区域更频繁，这使得很难以兼容方式达到提高燃料经济性和实现更高转速和更高功率输出。
而且，第二阀控制装置只需要一个电磁体用于各气缸的一个吸气阀，因此，它优于第一阀控制装置的优点是能够进一步减小电力消耗和提高燃料经济性。不过，它仍然在以下方面有改进空间在第二阀控制装置中，不管电磁促动器是否起作用，电枢的重量和冲击吸收弹簧的弹簧力总是作用在吸气阀上。这增加了吸气阀在电磁促动器处于暂停(inactive)状态时的惯性质量，这限制了最大发动机转速和最大功率输出。这时，为了增加最大发动机转速，需要增加阀弹簧的弹簧常数。这由于电力消耗增加而降低了燃料经济性，且不能以兼容方式达到提高燃料经济性和实现更高转速和更高功率输出，或者大大减小重量和制造成本。而且，对于该阀控制装置，为了在其中安装螺线管、电枢、冲击吸收弹簧，需要改变气缸盖和吸气阀的设计，这必然需要很高成本。
本发明用于提供一种解决这些问题的方法，本发明的目的是提供一种用于内燃机的阀控制装置，它能够根据发动机的工作状态来优化设置发动机的关闭正时，同时将发动机阀的惯性质量的增加减至最小，从而以相容方式达到提高燃料经济性和实现更高发动机转速和更高功率输出，并降低它的成本和重量。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于内燃机的阀控制装置，用于控制发动机阀的打开和关闭操作，该阀控制装置包括凸轮型阀驱动机构，该凸轮型阀驱动机构通过与发动机的旋转同步驱动的凸轮来驱动发动机阀，以便打开和关闭发动机阀；促动器，该促动器阻挡已经打开的发动机阀，从而使发动机阀保持在打开状态；以及控制装置，用于控制促动器的操作，从而控制发动机阀的关闭正时。
根据用于内燃机的该阀控制装置，通过与凸轮型阀驱动机构的旋转同步驱动的凸轮来打开和关闭发动机阀。而且，在控制装置的控制下，促动器阻挡已经打开的发动机阀，以便使该发动机阀保持在打开状态，而且，通过消除该保持，可以控制发动机阀的关闭正时。
如上所述，根据本发明，当通过凸轮型驱动机构驱动发动机阀时，根据需要操作促动器，从而可以合适控制发动机阀的关闭正时。这可以对于发动机的工作状态获得最佳燃料经济性和功率输出。例如，当发动机阀为吸气阀时，在低转速/低负载状态下，吸气阀的关闭正时根据发动机的工作状态而控制为延迟关闭，从而使吸气阀的泵压损失减至最小，因此可以提高燃料经济性。另一方面，在高转速/高负载区域中，促动器设置成暂停，只有凸轮型阀驱动机构驱动吸气凸轮，从而可以获得更高转速和更高功率输出，同时不会受到促动器的随动性能的影响。而且，当发动机阀为排气阀时，通过改变排气阀的关闭正时，可以控制交叠量，从而可以提高功率输出，并可以降低废气排放。
而且，发动机阀基本由凸轮型驱动机构来驱动，促动器只需要在一个方向上阻挡发动机阀。而且，因为促动器只能在需要时工作，因此可以节省能量，并可以通过该特征而提高燃料经济性。而且，因为发动机阀可以只通过凸轮型驱动机构来驱动，因此，即使促动器上发生故障时，也可以很容易克服该故障。
优选是，如权利要求1所述的阀控制装置还包括工作状态检测装置，用于检测发动机的工作状态，且控制装置根据发动机的检测工作状态来控制促动器的操作。
根据该优选实施例，促动器的操作根据发动机的检测工作状态来控制。这使得可以对于所有转速区域和负载区域都根据发动机的实际工作状态来优化设置促动器的动作或暂停状态以及发动机阀的关闭正时。
更优选是，如权利要求2所述的阀控制装置还包括转换机构，用于使促动器的工作模式在动作模式和暂停模式之间进行转换，在该动作模式中，促动器阻挡发动机阀，而在该暂停模式中，阀促动器并不阻挡发动机阀；以及工作模式确定装置，用于根据发动机的检测工作状态来确定促动器的工作模式，且控制装置根据该确定的工作模式来控制转换机构的操作。
根据该优选实施例，促动器根据由发动机的工作状态确定的工作模式而在动作状态和暂停状态之间进行转换，这样，促动器根据发动机的实际工作状态只有在需要时才合适设置为动作。而且，当促动器的工作模式设置为暂停模式时，转换机构使该促动器处于并不阻挡发动机阀的状态，从而使该促动器强行设置为暂停。因此，即使当促动器自身出现故障，发动机阀也可以通过凸轮型驱动机构而毫无问题地进行驱动，同时防止该故障对发动机阀的操作产生不利影响，这可以防止燃烧状态的恶化和废气排放的恶化。
优选是，在权利要求2所述的阀控制装置中，转换机构由液压转换机构形成，用于对促动器的工作模式进行液压转换，且当发动机起动时，该控制装置使促动器设置为暂停。
根据该优选实施例，转换机构由液压转换机构形成，且促动器的工作模式为在动作模式和暂停模式之间进行液压转换。另一方面，在发动机起动时，将花费时间来增加油压，因此不能获得足够油压。因此，很难对液压转换机构进行可靠操作，从而担心促动器不能稳定保持发动机阀。因此，在发动机起动时使促动器设置成暂停，该发动机只是由凸轮型阀驱动机构驱动，以便保证发动机阀的稳定工作。
优选是，在如权利要求1至4中任一项所述的阀控制装置中，由电磁促动器形成的促动器包括单个电磁体，该电磁体有线圈，该线圈的通电将通过控制装置来控制；电枢，该电枢在线圈通电时吸引到电磁体上；以及止动器，该止动器与电枢形成一体，用于在电枢已经吸引到电磁体上时阻挡处于打开状态的发动机阀。
根据该优选实施例，促动器由电磁促动器形成，而且，电磁促动器设置成通过由单个电磁促动器只沿一个方向驱动电枢而阻挡发动机阀。这使得一个电磁体足够用于一个发动机阀，因此可以降低重量和成本，并使电功率消耗减至最小。
优选是，如权利要求1至5中任一项所述的阀控制装置还包括液压减冲击机构，该液压减冲击机构将减小通过促动器的操作而引起的、作用在发动机阀上的冲击。
根据该优选实施例，液压减冲击机构能够减小当解除促动器对发动机阀的保持之后该发动机阀返回通电阀关闭位置时该发动机阀所受到的冲击，并抑制由该冲击产生的噪音。而且，当采用液压减冲击机构时，在非常低的温度下起动时的非常低滑油温度状态下或在最大转速状态的较高滑油温度状态下，液压油的粘性有较大变化，这可能使它无法保持减冲击性能。在这样的苛刻温度条件下，促动器可以设置成暂停，从而可以充分保证减冲击性能。
而且优选是，如权利要求3所述的阀控制装置还包括摇臂轴；驱动摇臂，该驱动摇臂可枢轴转动地支承在摇臂轴上，用于与发动机阀相抵，并由吸气凸轮驱动，以便驱动发动机阀，从而打开和关闭该发动机阀；以及保持摇臂，该保持摇臂可枢轴转动地支承在摇臂轴上，用于使促动器与它相抵，从而将发动机阀保持在打开状态，且转换机构通过使驱动摇臂和保持摇臂之间的状态在连接状态和脱开状态之间转换，从而使促动器的工作模式在动作和暂停之间转换，在该连接状态，驱动摇臂和保持摇臂彼此连接，而在该脱开状态，驱动摇臂和保持摇臂彼此脱开。
根据该优选实施例，发动机阀通过由吸气凸轮驱动的驱动摇臂而打开和关闭。而且，促动器与保持摇臂相抵，该保持摇臂作为与驱动摇臂分开的部件。这时，在促动器的动作模式中，保持摇臂和驱动摇臂通过转换机构而连接，从而使发动机通过保持摇臂和驱动摇臂而由促动器保持在打开状态。而且，在促动器的暂停模式中，驱动摇臂和保持摇臂通过转换机构而彼此脱开。这样，当处于暂停模式中时，驱动摇臂进行枢轴运动，不会受到保持摇臂以及促动器的惯性质量的不利影响，该促动器与它们完全脱开，这可以节约能量，并提高阀系统在高转速时的随动性能。
还更优选是，在如权利要求7所述的阀控制装置中，驱动摇臂包括多个驱动摇臂，且该阀控制装置还包括第一液压转换机构，用于使多个驱动摇臂的状态在连接状态和脱开状态之间进行液压转换，在该连接状态中，该多个驱动摇臂彼此连接，而在该脱开状态中，该多个驱动摇臂彼此脱开，转换机构由第二液压转换机构形成，多个驱动摇臂中的一个形成有用于第一液压转换机构的滑油腔，且保持摇臂布置在形成有滑油腔的驱动摇臂附近。
根据该优选实施例，保持摇臂布置在其中形成有用于第一液压转换机构的滑油腔的驱动摇臂附近。因此，用于第一和第二液压转换机构的滑油通道可以布置成彼此接近，从而有利于该滑油通道的机械加工和成形，并可以减小油压损失。
更优选是，在如权利要求7或8所述的阀控制装置中，与驱动摇臂的、与发动机阀相抵的抵靠部分相比，保持摇臂的、与促动器相抵的抵靠部分布置在离摇臂轴更远的位置处。
根据该优选实施例，与驱动摇臂的、与发动机阀相抵的抵靠部分相比，保持摇臂的、与促动器相抵的抵靠部分布置在离摇臂轴更远的位置处，该摇臂轴作为两个摇臂的支承件。因此，用于保持发动机阀所需的驱动器保持力可以减小，从而可以减小促动器的尺寸，并可以节省能量。而且，因为保持摇臂和驱动摇臂彼此分离，因此，即使与促动器相抵的抵靠部分如上述布置，也可以避免驱动摇臂的尺寸增加以及在暂停模式中惯性质量的增加。
更优选是，在如权利要求7或8所述的阀控制装置中，与驱动摇臂的、与发动机阀相抵的抵靠部分相比，保持摇臂的、与促动器相抵的抵靠部分布置在离摇臂轴更近的位置处。
根据该优选实施例，与驱动摇臂的、与发动机阀相抵的抵靠部分相比，保持摇臂的、与促动器相抵的抵靠部分布置在离摇臂轴更近的位置处。因此，保持发动机阀所需的促动器冲程可以减小。而且，因为保持摇臂是与驱动摇臂分开的部件，因此，即使与促动器相抵的抵靠部分如上述布置，也可以避免与布置在它附近的部件例如第一液压转换机构进行干涉，从而使促动器可以沿它的操作方向布置成紧凑结构。
更优选是，在如权利要求7至10中任一项所述的阀控制装置中，转换机构在发动机处于低转速状态时将驱动摇臂和保持摇臂的状态转换成连接状态，并在发动机处于高转速状态时转变成脱开状态。
根据该优选实施例，在发动机处于低转速时，保持摇臂与驱动摇臂连接，而在发动机的高转速过程中，保持摇臂与驱动摇臂脱开。这可以避免驱动摇臂的惯性质量增加，特别是在发动机的高转速过程中，从而可以提高阀系统的随动性能。
通过下面结合附图的详细说明，可以更清楚本发明的上述和其它目的、特征和优点。
图1是示意表示根据本发明第一实施例，用于内燃机的阀控制装置的结构的方框图；图2是表示吸气阀和排气阀的结构的视图；图3是吸气阀和阀控制装置的侧视图；图4是沿图3中的线IV-IV的剖视图；图5是电磁促动器的剖视图；图6是表示通过阀控制装置执行的吸气和排气阀操作的实例的视图；图7是由图1中表示的ECU执行的阀控制处理的流程图；
图8是图7的阀控制处理的一部分的流程图；图9表示了用于图7的阀控制处理的工作区域图的实例；图10表示了用于故障情况时的工作区域图的实例；图11是用于控制电磁促动器的控制方法的流程图；图12是表示第一吸气阀在低发动机转速状态下的阀关闭正时的设置实例的视图；图13是根据本发明的第二实施例，用于内燃机的阀控制装置的侧视图；图14是沿图13中的线XIV-XIV的剖视图；图15是根据本发明的第三实施例，用于内燃机的阀控制装置的剖视图；图16表示了在图15的阀控制装置中的第一和第二吸气阀和电磁促动器的操作设置实例的表格；图17表示了用于图16中的操作设置的操作区域图的实例；图18表示了阀控制装置的变化形式的剖视图；图19是根据本发明第四实施例，用于内燃机的阀控制装置的剖视图；图20是表示由图19的阀控制装置执行的吸气和排气阀的操作的实例的视图；图21表示了在图19的阀控制装置中的第一和第二吸气阀和电磁促动器的操作设置实例的表格；以及图22表示了用于图21中的操作设置的操作区域图的实例。
具体实施例方式
下面将参考附图介绍根据本发明实施例的、用于内燃机的阀控制装置。图1示意表示了阀控制装置的结构，本发明用于该阀控制装置。其中表示的内燃机(下文中称为“发动机”)3为四缸(图2中只表示了一个缸)直列式DOHC发动机，该发动机安装在未示出的车辆上。如图2所示，各气缸4提供有作为发动机阀的第一和第二吸气阀IV1、IV2以及第一和第二排气阀EV1、EV2。如表示第一吸气阀IV1的实例的图3所示，吸气阀IV1、IV2布置成这样，即它们分别可以在用于关闭发动机3 的吸气口3a的关闭位置(图3中表示)以及用于打开该吸气口3a的打开位置(未示出)之间运动，在该打开位置，吸气阀伸出到燃烧转换器3b内，同时被线圈弹簧3c压向关闭位置。
如图1中所示，阀控制装置1包括凸轮型阀驱动机构5，该凸轮型阀驱动机构5布置在吸气侧，用于打开和关闭两个吸气阀IV1、IV2；以及凸轮型阀驱动机构6，该凸轮型阀驱动机构6布置在排气侧，用于打开和关闭两个排气阀EV1、EV2；可变阀关闭正时装置7，用于改变第一吸气阀IV1的关闭正时；凸轮型面转换机构13，用于在凸轮型阀驱动机构6的(下文中称为)吸气凸轮11的凸轮型面之间进行转换；以及ECU 2(控制装置)，用于控制这些装置的操作。
在吸气侧的凸轮型阀驱动机构5包括凸轮轴10；吸气凸轮，该吸气凸轮成一体地形成于凸轮轴10上；以及摇臂12，该摇臂12由吸气凸轮驱动，并可枢轴运动，以便将凸轮轴10的旋转运动转变成吸气阀IV1、IV2的往复运动。凸轮轴10通过从动链轮和正时链条(都未示出)而与发动机3的曲轴(未示出)连接，并由该曲轴驱动，以便这样旋转，即曲轴每旋转两圈时它旋转一圈。
如图1中所示，吸气凸轮11包括低速凸轮11a；暂停凸轮(inactivecam)11b，该暂停凸轮11b有非常低的凸轮尖端；以及高速凸轮11c，该高速凸轮11c布置在两个凸轮11a、11b之间，并要比低速凸轮11a更高的凸轮型面。摇臂12包括作为驱动摇臂的低速摇臂12a、暂停摇臂12b、以及高速摇臂12c。这些低速摇臂12a、暂停摇臂12b、以及高速摇臂12c可枢轴转动地安装在摇臂轴14上，并布置成分别与低速、暂停和高速凸轮11a至11c相连，这样，这些凸轮11a至11c通过相应滚子15a至15c与它们可滑动地接触。低速摇臂12a和暂停摇臂12b分别与第一吸气阀IV1和第二吸气阀IV2的上端相抵。而且，摇臂轴14形成有两条滑油通路用于凸轮型面转换机构13的第一滑油通路16a以及用于可变阀关闭正时装置7的第二滑油通路16b(见图4)。
凸轮型面转换机构(下文中称为“VTEC”)13包括第一转换阀17，用于在低速和暂停摇臂12a、12b以及高速摇臂12c的连接和脱开之间进行液压转换；以及第一滑油压力转换机构18，用于在供给和切断通向第一转换阀17的油压之间进行转换。
如图4所示，第一转换阀17由活塞阀形成，并具有缸19a至19c，这些缸19a至19c彼此连续形成，并在与低速摇臂、暂停摇臂、高速摇臂12a至12c的滚子15a至15c相对应的各个位置；以及活塞20a至20c，这些活塞20a至20c分别可滑动地布置在缸19a至19c中，并彼此轴向抵靠。活塞20a中形成有滑油腔21，该滑油腔21在远离暂停摇臂12b的一侧，且线圈弹簧22布置在活塞20b和缸19b之间，用于将该活塞20b压向低速摇臂12a。
而且，滑油腔21通过滑油通道23和第一滑油通道16a而与第一滑油压力转换机构18连通，该滑油通道23穿过低速摇臂12a形成，而该第一滑油通道16a穿过摇臂轴14形成。第一滑油压力转换机构18包括电磁阀和线轴(未示出)，并与油泵(未示出)连接。机构18由来自ECU2的控制信号驱动，用于在供给和切断通过第一滑油通道16a通向第一转换阀17的油压之间进行转换。
根据上述结构，当从第一滑油压力转换机构18通向第一转换阀17的油压供给切断时，第一转换阀17的活塞20a至20c通过线圈弹簧22的推压力而保持在图4中所示的各个位置，并只是分别与缸19a至19c啮合。因此，低速、暂停和高速摇臂12a至12c彼此脱开，并因此相互独立旋转。因此，通过凸轮轴10的旋转，低速摇臂12a由低速凸轮11a驱动，从而使第一吸气阀IV1以与低速凸轮11a的凸轮型面相对应的低速阀正时(下文中称为“Lo.V/T”)进行打开和关闭，而暂停摇臂12b由暂停凸轮12b驱动，从而使第二吸气阀IV2以与暂停凸轮11b的凸轮型面相对应的暂停阀正时(下文中称为“暂停V/T”)而以很小阀升程进行打开和关闭。应当知道，在上述情况中，尽管高速摇臂12c也由高速凸轮11c驱动，但是因为第一转换阀17使高速摇臂12c和低速摇臂12a之间以及高速摇臂12c和暂停摇臂12b之间机械脱开，因此高速摇臂12c的操作不会影响第一和第二吸气阀IV1、IV2的工作。下文中，通过VTEC13而实现的、两个吸气阀IV1、IV2的该操作模式可以称为“Lo.-暂停V/T模式”。在Lo.-暂停V/T模式中，在气缸4中产生涡流，该涡流从第一吸气阀IV1流向第二吸气阀IV2，这保证即使当混合物贫油时也能够稳定燃烧。
另一方面，尽管未示出，当油压从第一滑油压力转换机构供给第一转换阀17的滑油腔21时，第一转换阀17的活塞逆着线圈弹簧22的推压力而朝着该线圈弹簧22滑动，从而使活塞20a以桥接方式与缸19a和19c啮合，同时使中心的活塞20c以桥接方式与缸19b、19c啮合。这使得低速和暂停摇臂12a、12b与高速摇臂12c(未示出)连接，且这些臂一起枢轴转动。因此，通过凸轮轴10的旋转，低速和暂停摇臂12a、12b通过具有最高凸轮尖端的高速凸轮11c而由高速摇臂12c驱动，从而使第一和第二吸气阀IV1、IV2通过与高速凸轮11c的凸轮型面相对应的高速阀正时(下文中称为“Hi.V/T”)而打开和关闭。下文中，通过VTEC 13而实现的、两个吸气阀IV1、IV2的该操作模式可以称为“Hi.V/T模式”。在Hi.V/T模式中，第一和第二吸气阀IV1、IV2都通过较大升程进行打开和关闭，从而增加吸入空气量，以便提供更大的功率输出。
而且，用于驱动第一和第二排气阀EV1、EV2的凸轮型阀驱动机构6包括排气凸轮轴24、安装在排气凸轮轴24上的排气凸轮25a、25b、排气摇臂(未示出)等，如图1中所示。排气阀EV1、EV2以与排气凸轮25a、25b的凸轮型面相对应的阀升程以及打开和关闭正时而进行打开和关闭。应当知道，凸轮型阀驱动机构6也可以构成为设置有凸轮型面转换机构，从而使第一和第二排气阀EV1、EV2在低速阀正时和高速阀正时之间转换。
可变阀关闭正时装置7包括用于电磁促动器29的摇臂26(保持摇臂)，该摇臂26位于低速摇臂12a附近，并可枢轴转动地安装在摇臂轴14上。如图4所示，该摇臂(下文中称为“EMA摇臂”)26比低速和暂停摇臂12a、12b向外凸出更远。可变阀关闭正时装置7还包括第二转换阀27(转换机构)，用于在使EMA摇臂26和低速摇臂12a连接和脱开之间进行液压转换；第二滑油压力转换机构(转换机构)，用于在供给和切断通向第二转换阀27的油压之间进行转换；电磁促动器29，用于通过EMA摇臂26和低速摇臂12a而形成与已经打开的第一吸气阀的阻挡或锁定啮合，以便保持该第一吸气阀；液压减冲击机构30，用于减小由电磁促动器29的操作引起的、作用在第一吸气阀IV1上的冲击；以及滞动弹簧26a，用于当EMA摇臂26和低速摇臂12a彼此脱开时防止EMA摇臂26由于电磁促动器29的随动(follow-up)弹簧41而向下枢轴运动。
如图4所示，第二转换阀27由活塞阀形成，与VTEC 13的第一转换阀17类似，并包括活塞31a、31b，这些活塞可滑动地布置成用于低速和EMA摇臂12a、26，并彼此轴向相抵；滑油腔32，该滑油腔32形成于活塞31a内；以及线圈弹簧33，该线圈弹簧33布置在活塞31b和EMA摇臂26之间，用于将活塞31b推压向低速摇臂12a。滑油腔32通过滑油通道34和第二滑油通道16b而与第二滑油压力转换机构28连通，该滑油通道34穿过低速摇臂12a形成，而该第二滑油通道16b穿过摇臂轴14形成。与VTEC 13的第一滑油压力转换机构18类似，第二滑油压力转换机构28包括电磁阀和线轴(未示出)，并与油泵(未示出)相连。该第二滑油压力转换机构28通过来自ECU 2的控制信号驱动，用于在供给和切断通过第二滑油通道16b等通向第二转换阀27的油压。
因此，在中断油压从第二滑油压力转换机构28向第二转换阀27供给的过程中，第二转换阀27的活塞31a、31b通过线圈弹簧33的推压力而保持在图4中所示的各个位置，其中，活塞31a、31b分别单独与低速和EMA摇臂12a、26啮合，从而使两个摇臂12a、26彼此脱开，并相互独立地枢轴运动。另一方面，尽管未示出，当油压从第二滑油压力转换机构28供给第二转换机构27的滑油腔32中时，活塞31a、31b逆着线圈弹簧33的推压力而朝着该线圈弹簧33滑动，这样，活塞31b以桥接方式与低速和EMA摇臂12a、26啮合，因此，两个摇臂12a、26相互连接，并一起枢轴运动。
如图5所示，作为促动器的电磁促动器(下文中称为“EMA”)29包括壳体35；电磁体38，该电磁体由装入该壳体35的底部空间内的轭铁36和线圈37形成；电枢39，该电枢39装于它们上面；止动器杆40(止动器)，该止动器杆40与电枢39形成一体，并穿过电磁体38和壳体35向下伸向EMA摇臂26；以及随动线圈弹簧41，用于将电枢39向下推压，从而使电枢39随着EMA摇臂26的运动而运动。线圈37与ECU 2相连，且它的通电由ECU 2控制。
应当知道，如图3和4所示，EMA摇臂26的抵靠部分29A(EMA 29的止动器40与该抵靠部分29A相抵)布置在比低速摇臂12a的抵靠部分12d(第一吸气阀IV1与该抵靠部分12d相抵)更远离摇臂轴14的位置。该结构使得能够减小EMA 29用于保持第一吸气阀IV1所需的保持力，从而可以减小EMA 29的尺寸，并节省能量。而且，因为EMA摇臂26是与低速摇臂12a分开的部件，因此，即使当抵靠部分12d如上述布置时，也可以避免低速摇臂12a的尺寸增大以及因此使得在EMA 29的暂停模式中的惯性质量增大。而且，因为抵靠部分29a布置成比抵靠部分12d更远离摇臂轴14，因此EMA 29的保持力可以更小，因此可以减小EMA 29的尺寸。
根据上述结构，当通过凸轮轴10进行普通的阀打开和关闭操作时，第二转换阀27使低速和EMA摇臂12a、26之间脱开，这样，电枢39和止动器杆40通过随动线圈弹簧41的推压力而沿阀升高(阀打开)方向(图3中向下)按压EMA摇臂26。这时，该EMA摇臂26通过滞动弹簧26而保持在凸轮轴10的基圆上(处于第一吸气阀IV1未升高的状态)，该滞动弹簧26设置成弹簧力比随动线圈弹簧41的弹簧力更大，因此，EMA摇臂26保持成可与低速摇臂12a连接的状态。因此，凸轮轴10的基圆作为止动器，并限制EMA摇臂26的进一步运动，这防止了比所需力更大的推压力作用在EMA 29和液压减冲击机构30上，从而可以提高EMA 29和液压减冲击机构30的耐久性。
另一方面，当满足由ECU 2设置的工作状态时，为了获得对于该工作状态的最佳阀关闭正时，第二转换阀27由第二滑油压力转换机构28来操作，从而使EMA摇臂26与在凸轮轴10的基圆上的低速摇臂12a连接。这时，当通过吸气凸轮11进行的阀打开和关闭操作开始时，当第一吸气阀IV1沿阀升高方向运动时，EMA摇臂26逆着滞动弹簧26a的推压力而被吸气凸轮11向下驱动，因此，电枢39和止动器杆40通过随动线圈弹簧41而以跟随EMA摇臂26的方式升高。而且同时，线圈37在合适正时通电，以便磁化轭铁36。然后，刚好在第一吸气阀IV1到达最大升程(例如0.01至0.85mm)之前，电枢39置于轭铁36上(图6中的CRK1)，然后，EMA摇臂26离开止动器杆40。然后，当第一吸气阀IV1在到达最大升程之后再次与止动器杆40相抵时(图6中的CRK3)，轭铁36形成磁化状态(图6中的CRK2)，这样，电枢39通过轭铁36的保持力而保持置于轭铁36上的状态，该保持力将克服第一吸气阀IV1的线圈弹簧3c的推压力。因此，第一吸气阀IV1将通过低速摇臂12a和EMA摇臂26而与止动器杆40进行阻挡(或卡住)啮合，并在打开状态下保持与止动器杆40的凸出位置相对应的预定升程(下文中称为“保持升程”)VLL。
然后，当通过暂停线圈37的通电并因此使轭铁36退磁，从而解除由EMA 29对第一吸气阀IV1的保持时，第一吸气阀IV1通过线圈弹簧3c的推压力而关闭。因此，EMA 29的操作使得不仅能够比第一吸气阀IV1由吸气凸轮11驱动时更迟地关闭该第一吸气阀IV1，而且可以通过控制线圈37的断电正时而合适地控制第一吸气阀IV1的关闭正时。
液压减冲击机构30减小以下冲击，即，当通过解除由EMA 29对第一吸气阀IV1的保持而使该第一阀IV1关闭时施加的冲击。如图3和4所示，液压减冲击机构30包括壳体30a，该壳体30a中确定了滑油腔30b；活塞30c，该活塞30c可水平滑动地插入滑油腔30b内，同时一端从壳体30a中凸出；阀腔30d，该阀腔30d布置在滑油腔30b中，并在远离活塞30c的一侧上形成有口30e；滚珠30f，该滚珠30f装于阀腔30d内，用于打开和关闭该口30e；以及线圈弹簧30g，该线圈弹簧30g布置在滚珠30f和活塞30c之间，用于向外推压活塞30c。活塞30c与EMA摇臂26的、在与抵靠部分29a(EMA 29的止动器杆40与该抵靠部分29a相抵)相反的一侧的向上延伸部分相抵。
根据上述结构，当吸气阀IV1关闭时，液压减冲击机构30处于图3中所示的状态，也就是，因为EMA摇臂26已经沿图中逆时针方向枢轴转动，因此活塞30c的位置靠左，从而使线圈弹簧30g压缩，且滚珠30f关闭该口30e。从该状态，当吸气阀IV1沿阀打开方向运动时，EMA摇臂26沿顺时针方向枢轴转动，从而使活塞向右滑动。因此，滚珠30f打开该口30e，以便使滑油充满阀腔30d，且线圈弹簧30g膨胀。然后，当在解除由EMA 29对第一吸气阀的保持后，该第一吸气阀IV1沿阀关闭方向运动，EMA摇臂26通过线圈弹簧30g的推压力以及油压而制动，从而减小作用在第一吸气阀IV1上的冲击。
另一方面，曲轴角传感器42(工作状态检测装置)环绕曲轴布置。该曲轴角传感器42检测在各个预定曲柄角位置处作为脉冲信号的CYL信号、TDC信号以及CRK信号，并将这些信号传递给ECU 2。CYL信号在特定气缸的预定曲柄角位置处产生。TDC信号表示在活塞的吸气冲程开始后，各气缸4的活塞(未示出)处于TDC(上死点)位置附近的预定曲柄角位置处，且对于本实施例的四缸发动机，当曲轴旋转通过180度时发送一个TDC信号脉冲。而且，CRK信号的产生周期比TDC信号的产生周期更短，即当曲轴旋转通过例如30度时。ECU 2根据这些CYL、TDC和CRK信号而一个气缸一个气缸地确定各气缸的相应曲柄角位置，并根据CRK信号计算转速(下文中称为“发动机转速”)Ne。
来自加速器打开程度传感器(工作状态检测装置)并表示加速器打开程度ACC(它是加速器踏板(未示出)的踩下量)的信号以及来自升程传感器44并表示第一吸气阀IV1的阀升程VL的信号也输入ECU 2。
下面将总体参考图6来介绍阀控制装置1的操作。该图表示了第一吸气阀IV1和第二吸气阀IV2分别在Lo.V/T和暂停V/T情况下进行打开和关闭时的实例。如图所示，第一和第二排气阀EV1、EV2通过随着排气凸轮25a、25b的各凸轮型面运动而进行驱动，从而使它们在排气冲程之前的BDC的稍微前面的曲柄角位置处开始打开，并在吸气冲程之前的TDC的稍微后面的曲柄角位置处完成关闭。第二吸气阀IV2通过随着暂停凸轮11a的凸轮型面运动而在吸气冲程的结束部分过程中打开非常小的升程。
而且，吸气阀IV1通过随着低速凸轮11a的凸轮型面运动而进行驱动，因此在吸气冲程之前的TDC的稍微前面处开始打开，当EMA29暂停时，它的关闭操作在压缩冲程之前的BDC的稍微后面处完成(下文中称为“BDC关闭”)。另一方面，当EMA 29起作用时，线圈37在第一吸气阀IV1的升程VL到达预定保持升程VLL之前的正时处通电。当发动机转速NE越高，该通电开始正时越早，以便能够保证操作EMA 29所需的时间。例如，最迟的正时设置为与电枢39就位的正时(图6中的CRK1)基本相同，最早的正时设置为比TDC更早的正时(图6中的CRKO)。在EMA 29的电枢39置于轭铁36上之后，使轭铁36在预定正时(CRK2)形成磁化状态。期间，第一吸气阀IV1的升程VL随着低速凸轮11a的凸轮型面而进行变化，当该升程等于在经过最大升程之后的保持升程VLL时，EMA摇臂26阻挡止动器杆40，从而使该吸气阀保持为保持升程VLL(CRK3)。
然后，直到暂停线圈37的通电，第一吸气阀IV1的升程VL都保持为该保持升程VLL，因此，低速凸轮11a离开第三摇臂12a并自由旋转。然后，线圈37断电(例如CRK4)，以便减小作用在电枢39上的磁力，从而释放由EMA 29对第一吸气阀IV1的保持，且该第一吸气阀IV1通过线圈弹簧3c的弹簧力而沿阀升程曲线VLDLY1运动至阀关闭位置。然后，在阀关闭位置稍微前面的曲柄角位置(CRK6)处，液压减冲击机构30开始起作用，从而使第一吸气阀IV1减速，该第一吸气阀IV1最终以缓冲状态到达阀关闭位置(CRK7)。
应当知道，上述阀升程曲线VLDLY1表示线圈37最迟断电的情况。也就是，由两个阀升程曲线VLDLY1、VLDLY2包围的阴影区域表示第一吸气阀IV1的延迟关闭区域，其中，延迟关闭可以通过可变阀关闭正时装置7来实现。因此，通过控制线圈37断电的正时，可以将第一吸气阀IV1的关闭正时合适控制在该延迟关闭区域内。
在本实施例中的ECU 2形成控制装置、工作状态检测装置和工作模式检测装置，并通过包括CPU、RAM、ROM和输入/输出界面(未示出)的微型计算机来执行。由传感器42至44检测的上述指示信号在A/D转换和通过输入/输出界面成形之后输入CPU。CPU通过储存在ROM中的控制程序而根据这些输入信号来确定发动机3的工作状态，并以如下方式控制可变阀关闭正时装置7和VTEC 13的操作
图7和8表示了当产生TDC信号脉冲时由ECU 2执行的阀控制处理的流程图。在该阀控制处理中，首先在步骤61(图中表示为“S61”，该规则也同样用于以下说明中)中，判断在EMA 29中是否产生故障。该判断例如根据由升程传感器44检测的第一吸气阀IV1的升程VL来进行。特别是，当EMA 29工作时，如果升程VL并没有保持为保持升程VLL，则判断EMA 29是否处于不工作状态，或者当升程VL持续保持在保持升程VLL超过预定时期，则判断EMA 29的止动器杆40是否处于不能返回退回位置的状态(不能暂停的状态)，从而判断在EMA 29中产生了故障。
当对步骤61的问题的回答为否定(NO)时，即当EMA 29上没有发生故障时，判断发动机3是否处于起动模式(步骤62)。该判断例如根据发动机转速Ne来进行，当发动机转速Ne等于或小于预定转速(例如500rpm)时，判断发动机处于起动模式。当该问题的回答为肯定(YES)时，则发动机3处于起动模式，第一吸气阀IV1的阀正时和第二吸气阀IV2的阀正时通过VTEC 13而分别设置成Lo.V/T和暂停V/T(步骤63)，且EMA 29设置成暂停模式(步骤64)。也就是，当发动机处于起动模式时，EMA 29为暂停。
另一方面，当对步骤62的问题的回答为否定(NO)时，即当发动机3并不处于起动模式时，判断发动机3是否处于工作区域A(步骤65)。图9表示了确定发动机3的工作区域的图的实例。工作区域A对应于空转工作区域，其中，发动机转速Ne低于第一预定值N1(例如800rpm)，且加速器打开程度ACC小于第一预定值AC1(例如10％)；工作区域B对应于低转速/低负载区域B，其中，Ne值低于第二预定值N2(例如3500rpm)，ACC值低于第二预定值AC2(例如80％)，且不包括工作区域A；工作区域C对应于低转速/高负载区域，其中，Ne值低于第二预定值N2，且ACC值等于或高于第二预定值AC2；且工作区域D对应于高转速区域，其中，Ne值等于或高于第二预定值N2。
当对步骤65的问题的回答为肯定(YES)，因此发动机3处于工作区域A(空转工作区域)中时，与发动机3处于起动模式的情况类似，第一和第二吸气阀IV1、IV2分别设置成Lo.V/T以及暂停V/T(步骤66)，且EMA 29设置成暂停模式(步骤67)。
当对步骤65的问题的回答为否定(NO)时，判断发动机3是否处于工作区域B(步骤68)。当对该问题的回答为肯定(YES)时，第一和第二吸气阀IV1、IV2设置成Lo.V/T和暂停V/T(步骤69)，与发动机3处于空转工作区域中的情况类似，但EMA 29设置成动作模式(步骤70)。换句话说，当发动机3处于低转速/低负载区域中时，EMA 29起作用，从而控制第一吸气阀IV1以便延迟关闭。这可以延迟第一吸气阀IV1的关闭正时，从而降低泵压损失，并提高燃料经济性。
当对步骤S68的问题的回答为否定(NO)时，判断发动机3是否处于工作区域C中(步骤71)。当对该问题的回答为肯定(YES)时，第一和第二吸气阀IV1、IV2分别设置为Lo.V/T和暂停V/T(步骤72)，而EMA29设置成暂停模式(步骤73)。换句话说，当发动机处于低转速/高负载区域中时，EMA 29暂停，从而使第一吸气阀IV1的关闭正时将通过低速凸轮11a设置成BDC关闭，从而使实际冲程容积可以增加，以便增加功率输出。
当对步骤S71的问题的回答为否定(NO)时，即当发动机3处于工作区域D中时，第一和第二吸气阀IV1、IV2都设置为Hi.V/T(步骤74)，且EMA 29设置成暂停模式(步骤75)。换句话说，当发动机处于高转速区域中时，第一和第二吸气阀IV1、IV2设置成Hi.V/T，从而使升程增加，以便增加吸入空气量，且第一吸气阀IV1的关闭正时设置成BDC关闭，以便增加实际冲程容积，这可以使功率输出增至最大。
另一方面，当对步骤S61的问题的回答为肯定(YES)时，即当在EMA 29中出现故障时，程序前进到图8中的步骤77，其中，判断发动机3是否处于工作区域E，图10表示了确定当发生故障时用于阀控制处理的发动机工作区域的实例，其中，工作区域E对应于低转速区域，其中，发动机转速Ne低于第三预定值N3(例如3500rpm)，而工作区域F对应于高转速区域，其中，Ne值等于或高于第三预定值N3。
当对步骤S77的问题的回答为肯定(YES)，因此发动机3处于工作区域E(低转速区域)中时，第一和第二吸气阀IV1、IV2分别设置成Lo.V/T和暂停V/T(步骤78)，且EMA 29设置成暂停模式(步骤S79)。另一方面，当对步骤S77的问题的回答为否定(NO)，因此发动机3处于工作区域F中时，第一和第二吸气阀IV1、IV2都设置成Hi.V/T(步骤80)，且EMA 29为暂停，因此，将防止由于EMA 29的故障而对第一和第二吸气阀IV1、IV2的工作产生不利影响，且这些阀的阀正时根据发动机3的转速区域而变换，从而使第一和第二吸气阀IV1、IV2能够在没有任何问题的情况下由凸轮型阀驱动机构5来驱动。
参考图7，在步骤64、67、70、73、75、79或81后面的步骤76中，执行用于EMA 29的控制处理(下文中称为“EMA控制处理”)。在EMA控制处理中，根据在步骤S64、67、70、73、75、79或81中设定的EMA 29的模式，判断EMA 29是动作还是暂停，且当EMA 29为动作时，控制四个气缸4的各个EMA(EMA1至EMA4)的各个线圈37的通电。
图11表示了EMA控制处理的子程序。在该处理中，首先判断EMA 29的工作模式是否设置成动作模式(步骤101)。当对该问题的回答为否定(NO)，因此EMA 29设置成暂停模式时，切断对用于向EMA 29的线圈37和第二滑油压力转换机构28供电的驱动电路(未示出)的供电(步骤102)，随后终止本程序。这使得当EMA 29设置成暂停模式时通过暂停线圈37的通电而使EMA 29暂停。而且，这时，即使当由于EMA 29自身产生故障而使得通过暂停线圈37的通电也不能使EMA 29暂停时，也可以通过暂停向第二滑油压力转换机构28供电并因此使第二转换阀27暂停工作，从而使低速摇臂12a与EMA摇臂26脱开。因此，EMA 29不再与第一吸气阀IV1连接，因此不能保持该第一吸气阀IV1。这使得第一吸气阀IV1能够在没有任何问题的情况下通过凸轮型阀驱动机构5来驱动，同时确实防止EMA 29的故障对第一吸气阀IV1的操作产生的不利影响。
另一方面，当对步骤101的问题的回答为肯定(YES)，因此EMA 29设置成动作模式时，接通对驱动电路的供电(步骤103)，从而可以使得线圈37通电，并通过驱动第二滑油压力转换机构28而使第二转换阀27工作，从而使低速摇臂12a和EMA摇臂26彼此连接。
然后，判断EMA1是否处于开始通电的正时(步骤104)，当对该问题的回答为肯定(YES)时，EMA1开始通电(步骤105)。如上所述，用于开始通电的正时将根据发动机转速Ne来设置。当对步骤104的问题的回答为否定(NO)时，判断EMA1是否处于暂停通电的正时(步骤106)。当对该问题的回答为肯定(YES)时，EMA1的通电终止(步骤107)。用于暂停通电的正时将根据发动机转速Ne和加速器打开程度ACC来设置，如后面所述。
因此，与上述类似，在步骤108至111、步骤112至115以及步骤116至119中，分别对EMA2至EMA4通电的开始和暂停进行控制，随后终止程序。
图12表示了在低转速状态下(例如1500rpm)第一吸气阀IV1的关闭正时的实例。如图所示，当由加速器打开程度ACC表示的发动机负载较低时，第一吸气阀IV1的关闭正时基本设置为更迟正时，例如，当加速器打开程度ACC为大约20％时，吸气阀IV1设置为大约BDC+130度的、较大延迟的关闭正时。这可以使得在发动机低转速/低负载区域(发动机通常在该区域中工作)中的泵压损失减至最小，从而可以使燃料经济性提高至最大。而且，阀关闭正时构成为这样，当负载增加时，它逐渐接近BDC，从而使功率输出增加。应当知道，对于非常小的负载状态，用于延迟关闭的区域变窄，以便克服由于阀关闭正时较早而引起的燃烧波动问题，因为当发动机处于非常低的负载状态下时将开始产生燃烧波动。
如上所述，根据本实施例的阀控制装置，凸轮型阀驱动机构5驱动第一和第二吸气阀IV1、IV2，且EMA 29根据需要进行操作，从而可以合适控制第一吸气阀IV1的关闭正时。这可以以适用于发动机的任意工作状态的方式来获得最大的燃料经济性和功率输出。也就是，如上所述，在低转速/低负载工作区域中，第一吸气阀IV1的关闭正时以适用于发动机3的各个可能工作状态的方式来控制为延迟关闭，从而使泵压损失减至最小，并因此大大提高燃料经济性。而且，在高转速/高负载区域，EMA20设置为暂停，第一吸气阀IV1只通过凸轮型阀驱动机构5来驱动，从而可以实现更高转速和更高功率输出，而不受EMA 29的随动性能的影响。
而且，第一吸气阀IV1基本由凸轮型阀驱动机构5驱动，且EMA 29只需要通过一个电磁体38沿一个方向阻挡第一吸气阀IV1，因此，一个电磁体38就足够用于一个气缸4，这能够减小装置的重量和成本。而且，因为EMA 29只有当满足它的工作状态时才能工作，一个电磁体38的该价值和使用可以减小电力消耗，并通过减小电力消耗而进一步提高燃料经济性。
而且，因为第一吸气阀IV1可以只通过凸轮型阀驱动机构5来操作，因此，即使当EMA 29出现故障(例如不同步)时，第一吸气阀IV1可以毫无问题地由凸轮型阀驱动机构5驱动。而且，即使当EMA 29不会由于故障而失效时，也可以通过暂停向第二滑油压力转换机构28供电而迫使EMA 29不能阻挡第一吸气阀IV1。因此，可以确实防止EMA 29的故障对第一吸气阀IV1的不利影响，并防止燃烧状态恶化和废气排放增加。
而且，在发动机3起动时(这时需要一定时间来增加油压)，EMA 29为暂停，第一吸气阀IV1只由凸轮型阀驱动机构5驱动，这保证第一吸气阀IV1稳定工作。
而且，液压减冲击机构30减小当第一吸气阀IV1在消除由EMA 29对它的保持后返回阀关闭位置时所受到的冲击，并能够减小由冲击引起的噪音。这时，当液压油处于非常低温度状态或高温状态时(这时液压油的粘性易于变化，因此不能保持该减冲击性能)，EMA 29将失效，从而充分保证机构30的减冲击性能。
图13和14表示了本发明第二实施例的阀控制装置。该实施例与使用EMA摇臂26的第一实施例不同，其中没有EMA摇臂26，而是使EMA 29直接作用在低速摇臂12a上。由于没有EMA摇臂26，因此也可以省略用于使该EMA摇臂26与低速摇臂12a连接的第二转换阀27和第二滑油压力转换机构28，且摇臂轴14只形成有用于VTEC 13的第一滑油通道16。而且，液压减冲击机构30使它的活塞30c与低速摇臂12a相抵，因此作用在第一吸气阀IV1上的冲击将通过低速摇臂12a而减小。而且，EMA 29上安装有液压暂停机构45(转换机构)，用于使EMA 29暂停。该液压暂停机构45由ECU 2控制，并设置成在其工作过程中液压锁定止动器杆40，该装置的其它结构特征与第一实施例的结构特征相同。
因此，在本实施例中，第一和第二吸气阀IV1、IV2的工作模式也可以在Lo.暂停V/T和Hi.V/T模式之间转换，且通过使EMA 29直接阻挡低速摇臂12a，第一吸气阀IV1的关闭正时可以合适变化。因此，可以获得与上述第一实施例相同的效果。而且，当在EMA 29上产生故障时，液压暂停机构45工作，从而使第一吸气阀毫无问题地由凸轮型阀驱动机构5驱动。对于EMA摇臂由于布局或其它限制而不能添加到凸轮型阀驱动机构5上的情况，本实施例尤其有利。
图15表示了本发明第三实施例的阀控制装置。该实施例与第一实施例的区别在于VTEC 13的结构，即本实施例的VTEC 13除了第一转换阀17外，还包括第三转换阀46，用于在使低速摇臂12a和暂停摇臂12b连接和脱开之间进行转换，因此，它设置成使第一和第二吸气阀IV1、IV2可以同时以Lo.V/T模式打开和关闭。
第三转换阀46的结构基本与第一转换阀17相同，也就是，它包括活塞47a、47b，这些活塞47a、47b可滑动地用于低速和暂停摇臂12a、12b；滑油腔48，该滑油腔48形成于活塞47b中；以及线圈弹簧49，用于朝着暂停摇臂12b推压活塞47a。滑油腔48通过滑油通道50和第三滑油通道16c而与第三滑油压力转换机构(未示出)连通，该滑油通道50穿过暂停摇臂12b形成，该第三滑油通道16c穿过摇臂轴14形成。该第三滑油压力转换机构由ECU 2控制，从而在供给和切断通向第三转换阀46的油压之间进行转换。
根据上述结构，当第三转换阀46没有供给油压时，活塞47a、47b通过线圈弹簧49的推压力而分别单独地与低速和暂停摇臂12a、12b啮合，从而使两个摇臂12a、12b彼此脱开和处于自由状态(图15中所示状态)。因此，在该状态下，第一转换阀17可以使第一和第二吸气阀IV1、IV2的操作在Lo.暂停V/T模式和Hi.V/T模式之间进行转换。另一方面，当油压暂停供给第一转换阀17，且向第三转换阀46供给油压时，活塞47b以桥接方式与低速和暂停摇臂12a、12b啮合，从而使摇臂12a、12b彼此连接，以便一起工作，这样，第一和第二吸气阀IV1、IV2都通过低速凸轮11a而以Lo.V/T模式(下文中称为“Lo.V/T模式”)打开和关闭。而且，在该Lo.V/T模式，通过将油压供给第二转换阀27以便使EMA 29工作，可以同时控制第一和第二吸气阀IV1、IV2的关闭正时。
如上所述，在本实施例中，第一和第二吸气阀IV1、IV2的工作模式可以在三个模式之间转换，即Lo.暂停V/T模式、Hi.V/T模式和Lo.V/T模式。而且，在Lo.暂停V/T模式中，可以控制第一吸气阀IV1的关闭正时，而在Lo.V/T模式中，可以同时控制第一和第二吸气阀LV1、LV2的关闭正时。
图16概括表示了第一和第二吸气阀IV1、IV2以及EMA 29对于发动机3的工作区域的工作设置的实例。图17表示了工作区域图的实例。在该工作区域图中，在图9中表示的工作区域D分成更小的区域，且在该工作区域D中，将以下区域设置为工作区域D1(中等转速/低负载区域)即，发动机转速Ne低于第四预定值N4、(例如4500rpm)且加速器打开程度ACC低于第二预定值AC2的区域，将以下区域设置为工作区域D2(中等转速/高负载区域)即，Ne值低于第四预定值N4且加速器打开程度ACC值等于或高于第二预定值AC2的区域，而将Ne值等于或高于第四预定值N4的区域设置为工作区域D3。
这时，如图16所示，在工作区域D1中，第一和第二吸气阀IV1、IV2都设置成Lo.V/T，而EMA 29为动作，因此，吸气阀IV1、IV2都控制为延迟关闭。而且，在工作区域D2中，吸气阀IV1、IV2设置成Lo.V/T，同时，EMA 29为暂停。在其它工作区域中的工作设置都与第一实施例中相同。
因此，在本实施例中，可以获得与第一和第二实施例相同的有利效果，此外，在工作区域D1中，即在中等转速/低负载区域中，第一和第二吸气阀IV1、IV2都控制为延迟关闭，这可以加宽使泵压损失减小的区域，从而可以进一步提高燃料经济性。
图18表示了阀控制装置的变化形式。当与图15相比时清楚可见，该变化形式与第三实施例的阀控制装置的区别在于EMA摇臂26的结构改变。EMA摇臂26形成为具有离开低速摇臂12a的L形弯头，且EMA摇臂26的抵靠部分29b(EMA 29的止动器杆40与该抵靠部分29b相抵)布置在与低速摇臂12a的抵靠部分12d(第一吸气阀IV1与该抵靠部分相抵)相比更靠近摇臂轴14的位置处。因此，可以减小保持第一吸气阀IV1所需的促动器冲程，所以止动器杆40的长度可以减小，从而减小装置沿止动器杆40的轴向的尺寸，而且，由于抵靠部分29b布置成更靠近摇臂轴14，因此，从摇臂轴14到低速摇臂12a的抵靠部分12d(第一吸气阀IV1与该抵靠部分12d相抵)的距离可以减小，这可以减小装置沿该方向的尺寸。因此，阀系统沿两个方向的尺寸都可以减小。而且，因为EMA摇臂26是与低速摇臂12a分开的部件，因此，即使当抵靠部分29b如上述布置时，也可以避免与布置在它附近的第一滑油压力转换机构18等干涉。因此，EMA 29可以沿止动器杆40的工作方向布置成紧凑结构。
图19表示了本发明第四实施例的阀控制装置。该实施例与第一至第三实施例的区别在于EMA 29的结构。该EMA 29包括一对上部和底部电磁体38a、38b，且与止动器杆40形成一体的电枢39布置在这些电磁体38a、38b之间。止动器杆40通过随动线圈弹簧41向下推压，同时与EMA摇臂26相连，以便一起工作。而且，如图20所示，EMA 29的冲程设置成大于第一吸气阀IV1在Lo.V/T模式中的最大冲程，同时小于该第一吸气阀IV1在Hi.V/T模式中的最大冲程。
因此，根据该结构，在EMA 29的动作模式中(其中，EMA摇臂26与低速摇臂12a相连)，通过控制上部和底部电磁体38的通电正时，可以控制第一吸气阀IV1的打开和关闭正时。特别是，如图20中阴影区域所示，不仅可以控制第一吸气阀IV1以便延迟关闭(与第一至第三实施例类似)，而且可以控制该第一吸气阀以便提早打开。而且，因为EMA 29的冲程大于第一吸气阀IV1在Lo.V/T模式中的最大升程，因此可以在Lo.V/T模式中提早打开该第一吸气阀IV1，并持续该状态，因此，即使对于Lo.V/T，也可以通过EMA 29而采用优选的阀正时。应当知道，在EMA 29的暂停模式中(其中EMA摇臂26与低速摇臂12a脱开)，与前述实施例类似，低速摇臂12a处于完全与EMA摇臂26脱开的状态，EMA 29不会由于它的惯性质量而产生不利影响。
图21表示了在本实施例中第一和第二吸气阀IV1、IV2以及EMA 29对于发动机3的工作区域的工作设置的实例。图22表示了这些工作区域图的实例。如图所示，在本实例中，在发动机转速Ne低于第五预定值N5(例如800rpm)且加速器打开程度ACC低于第三预定值AC3(例如10％)的工作区域G(低转速/低负载区域)中，第一吸气阀IV1和第二吸气阀IV2分别设置为Lo.V/T和暂停V/T，而EMA 29设置为暂停。而且，在Ne值等于或高于第五预定值N5和低于第六预定值N6(例如3500rpm)且ACC值低于第四预定值AC4(例如80％)的工作区域H(中等转速/低负载区域)中，第一吸气阀IV1和第二吸气阀IV2分别设置为Lo.V/T和暂停V/T，且EMA 29设置为动作，并控制成提早打开和延迟关闭。这可以在中等转速/低负载区域中引起内部EGR，从而减小废气排放。
而且，在发动机转速Ne等于或高于第五预定值N5和低于第六预定值N6且ACC值等于或高于第四预定值AC4的工作区域I(中等转速/高负载区域)中，第一吸气阀IV1和第二吸气阀IV2分别设置为Lo.V/T和暂停V/T，而EMA 29为动作，并控制成提早打开。这可以增加在中等转速/高负载区域中的功率输出。而且，在Ne值等于或高于第六预定值N6的工作区域J(高转速区域)中，第一吸气阀IV1和第二吸气阀IV2都设置为Hi.V/TT，且EMA 29为暂停。应当知道，上述结构只是通过实例介绍，且工作区域结构、第一和第二吸气阀IV1、IV2的阀正时以及EMA 29的动作和暂停状态、以及它们的组合可以根据需要而变化。
应当知道，本发明并不局限于上述实施例，而是可以以各种形式实施。例如，尽管在实施例中，以本发明用于作为发动机阀的吸气阀时的情况进行了介绍，但是本发明并不局限于此，而且本发明可以用于排气阀，并可以控制该排气阀的阀关闭正时，这使得交叠量可以变化控制，从而提高功率输出和降低废气排放。而且，尽管在本实施例中，对于用于使吸气阀保持在打开状态的促动器，采用了电磁促动器，但是本发明并不局限于此，而是本发明也可以采用其它类型的促动器，例如液压类型和气动类型。
而且，尽管在实施例中，加速器打开程度ACC用作确定发动机3的工作区域的一个参数，以便确定EMA 29等的工作模式，但是本发明并不局限于此，而是可以使用吸气管绝对压力、节流阀打开程度、气缸内部压力、吸气量或其它表示发动机3的负载的类似参数。而且，尽管在本实施例中，用于强行使EMA 29转变成暂停模式的转换机构形成为液压类型，但是本发明并不局限于此，而是可以采用电或其它类型。
而且，尽管在上述实施例中，凸轮型阀驱动机构用于与VTEC 13组合，但是本发明并不局限于此，而是本发明可以用于凸轮型阀驱动机构，该凸轮型阀驱动机构与凸轮相位可变机构(与VTEC 13一起或代替该VTEC13)组合，用于连续改变凸轮相位。
工业实用性如前所述，根据本发明，用于内燃机的阀控制装置提高凸轮型驱动机构来驱动发动机阀，同时，根据发动机的工作状态，促动器将根据需要而成为动作，从而使发动机阀的关闭正时可以合适控制和优化设置。而且，当促动器为暂停时，该促动器与凸轮型阀驱动机构脱开，从而使发动机阀能够在不增加它的惯性质量的情况下进行打开和关闭。因此，本发明的阀控制装置能够合适用于内燃机，即内燃机需要提高燃料经济性以及以相容方式实现更高转速和更高功率输出，并降低它的成本和重量。
权利要求
1.一种用于内燃机的阀控制装置，用于控制发动机阀的打开和关闭操作，该阀控制装置包括凸轮型阀驱动机构，该凸轮型阀驱动机构通过与发动机的旋转同步驱动的凸轮来驱动发动机阀，以便打开和关闭所述发动机阀；促动器，该促动器阻挡已经打开的所述发动机阀，从而使所述发动机阀保持在打开状态；以及控制装置，用于控制所述促动器的操作，从而控制所述发动机阀的关闭正时。
2.根据权利要求1所述的阀控制装置，还包括工作状态检测装置，用于检测所述发动机的工作状态，其中，所述控制装置根据所述发动机的检测工作状态来控制所述促动器的操作。
3.根据权利要求2所述的阀控制装置，还包括转换机构，用于使所述促动器的工作模式在动作模式和暂停模式之间进行转换，在该动作模式中，所述促动器阻挡所述发动机阀，而在该暂停模式中，所述阀促动器并不阻挡所述发动机阀；以及工作模式确定装置，用于根据所述发动机的检测工作状态来确定所述促动器的工作模式，所述控制装置根据该确定的工作模式来控制所述转换机构的操作。
4.根据权利要求3所述的阀控制装置，其特征在于所述转换机构由液压转换机构形成，用于对所述促动器的工作模式进行液压转换，当所述发动机起动时，所述控制装置使所述促动器设置为暂停。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的阀控制装置，其特征在于，所述促动器由电磁促动器形成，它包括单个电磁体，该电磁体具有线圈，该线圈的通电通过所述控制装置来控制；电枢，该电枢在所述线圈通电时吸引到所述电磁体上；以及止动器，该止动器与所述电枢形成一体，用于在所述电枢已经吸引到电磁体上时阻挡处于打开状态的所述发动机阀。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的阀控制装置，还包括液压减冲击机构，该液压减冲击机构将减小通过所述促动器的操作而引起的、作用在所述发动机阀上的冲击。
7.根据权利要求3所述的阀控制装置，还包括摇臂轴；驱动摇臂，该驱动摇臂可枢轴转动地支承在所述摇臂轴上，用于与所述发动机阀相抵，并由所述吸气凸轮驱动，以便驱动所述发动机阀，从而打开和关闭所述发动机阀；以及保持摇臂，该保持摇臂可枢轴转动地支承在所述摇臂轴上，用于使所述促动器与该保持摇臂相抵，从而将所述发动机阀保持在打开状态，其中，所述转换机构通过使所述驱动摇臂和所述保持摇臂的状态在连接状态和脱开状态之间转换，从而使所述促动器的工作模式在动作模式和暂停模式之间转换，在该连接状态，所述驱动摇臂和所述保持摇臂彼此连接，而在该脱开状态，所述驱动摇臂和所述保持摇臂彼此脱开。
8.根据权利要求7所述的阀控制装置，其特征在于所述驱动摇臂包括多个驱动摇臂，该阀控制装置还包括第一液压转换机构，用于使所述多个驱动摇臂的状态在连接状态和脱开状态之间进行液压转换，在该连接状态中，所述多个驱动摇臂彼此连接，而在该脱开状态中，所述多个驱动摇臂彼此脱开，其中所述转换机构由第二液压转换机构形成，其中所述多个驱动摇臂中的一个形成有用于所述第一液压转换机构的滑油腔，其中所述保持摇臂布置在形成有所述滑油腔的所述驱动摇臂附近。
9.根据权利要求7或8所述的阀控制装置，其特征在于与所述驱动摇臂的、与所述发动机阀相抵的抵靠部分相比，所述保持摇臂的、与所述促动器相抵的抵靠部分布置在离所述摇臂轴更远的位置处。
10.根据权利要求7或8所述的阀控制装置，其特征在于与所述驱动摇臂的、与所述发动机阀相抵的抵靠部分相比，所述保持摇臂的、与所述促动器相抵的抵靠部分布置在离所述摇臂轴更近的位置处。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的阀控制装置，其特征在于所述转换机构在所述发动机处于低转速状态时将所述驱动摇臂和所述保持摇臂的状态转换成连接状态，并在所述发动机处于高转速状态时转变成脱开状态。
全文摘要
本发明提供了一种用于内燃机的阀控制装置，它能够根据发动机的工作状态来优化设置发动机的关闭正时，同时将发动机阀的惯性质量的增加减至最小，从而以相容方式达到提高燃料经济性和实现更高发动机转速和更高功率输出，并降低它的成本和重量。该阀控制装置控制发动机阀的打开和关闭操作。凸轮型阀驱动机构通过与发动机的旋转同步驱动的凸轮来驱动发动机阀，以便打开和关闭发动机阀。促动器阻挡已经打开的发动机阀，从而使发动机阀保持在打开状态。控制装置(ECU)控制促动器的操作，从而控制发动机阀的关闭正时。
文档编号F01L1/26GK1533469SQ0281453
公开日2004年9月29日 申请日期2002年7月26日 优先权日2001年7月26日
发明者酒井久夫, 清水康雄, 八卷利宏, 小泽英隆, 宏, 隆, 雄 申请人:本田技研工业株式会社