专利名称：用于可变气门正时机构的控制装置和控制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于可变气门正时机构的控制装置和控制方法，该控制装置和该控制方法改变凸轮轴相对于曲轴的旋转相位以改变进气门和/或排气门的气门正时。
背景技术：
日本未审查专利公报第2004-019658号公开了一种可变气门正时机构的典型示例，其利用从发动机气门传送到凸轮的反作用力使得油在提前室(advance chamber)与延迟室(retard chamber)之间移动，由此改变凸轮轴相对于曲轴的旋转相位。
这里，凸轮扭矩所作用的方向与发动机旋转同步地周期性反转，并且根据该凸轮扭矩所作用的方向来确定油的移动方向。
因此，例如，即使用于从提前室向延迟室传输油的通路被打开，也仅在生成对应于该传输方向的凸轮扭矩时油才从该提前室向该延迟室移动。
因此，如果控制装置每隔一固定时间执行对用于反馈控制的操纵量(manipulated variable)的计算，则可能在由于凸轮扭矩所作用的方向与油要移动的方向不对应从而油不移动的状态下，重复进行对该操纵量的计算。此外，如果在油不移动的情况下重复进行对该操纵量的计算，则由于反馈控制的偏差并未减小，因此该操纵量可能被过度地改变，从而导致过冲或振荡(hunting)的发生。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服传统可变气门正时机构所存在的上述缺陷。
本发明的另一目的在于提供一种用于控制可变气门正时机构的控制技术，通过该控制技术，可以防止过度地设定用于反馈控制的操纵量。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于可变气门正时机构的控制装置，该控制装置改变凸轮轴相对于曲轴的旋转相位以改变发动机的气门的气门正时，该控制装置包括第一检测部，该第一检测部检测所述旋转相位；设定部，该设定部设定所述旋转相位的目标值；第二检测部，该第二检测部与作用在所述凸轮轴上的扭矩的变化周期同步地检测计算定时；以及第一操纵部，该第一操纵部根据由所述第一检测部检测到的所述旋转相位与所述目标值的偏差，在所述计算定时计算要输出到所述可变气门正时机构的操纵量。
根据本发明的另一方面，提供了一种可变气门正时机构的控制方法，该控制方法改变凸轮轴相对于曲轴的旋转相位以改变发动机的气门的气门正时，该控制方法包括以下步骤检测所述旋转相位；设定所述旋转相位的目标值；与作用在所述凸轮轴上的扭矩的变化周期同步地检测计算定时；根据所述旋转相位的检测值与所述目标值的偏差，在各所述计算定时计算用于所述可变气门正时机构的操纵量；以及将所述操纵量输出到所述可变气门正时机构。
根据下面参照附图进行的描述，本发明的其他目的、特征和优点将变得容易理解。
图1是示出了应用了本发明的发动机的系统图。
图2是示出了针对该发动机设置的可变气门正时机构的液压回路的图。
图3是示出了该发动机中的凸轮信号、凸轮扭矩和气门正时之间的相互关系的时序图。
图4是示出了对该可变气门正时机构进行的控制的第一实施例的流程图。
图5是示出了对该可变气门正时机构进行的控制的第二实施例中的控制模式切换的流程图。
图6是示出了第二实施例中的时间同步的控制的流程图。
图7是示出了第二实施例中的与扭矩变化同步的控制的流程图。
图8是示出了凸轮扭矩的变化周期与固定时间段之间的相互关系的时序图。
具体实施例方式
图1是车辆发动机的系统图。
在图1中，在发动机101的进气管102中设置有电控节气门104。然后，经由电控节气门104和进气门105将空气吸入燃烧室106中。
电控节气门104包括节气门电动机103a和节气门阀103b。
燃料喷射阀131被布置在位于进气门105上游的进气口130处。当根据来自发动机控制单元114的喷射脉冲信号驱动燃料喷射阀131使其打开时，燃料喷射阀131向进气门105喷射燃料。
通过火花塞(图中未示出)的火花点火点燃燃烧室106中的燃料使其燃烧。
经由排气门107排出燃烧室106中的废气，并通过前催化转换器108和后催化转换器109将废气净化，然后排放到大气中。
分别通过设置在进气凸轮轴134和排气凸轮轴110上的凸轮来驱动进气门105和排气门107以使其打开或关闭。
这里，进气凸轮轴134上设置有可变气门正时机构113，该可变气门正时机构113改变进气凸轮轴134相对于曲轴120的旋转相位，以连续地改变进气门105的工作角的中心相位。
包括微型计算机的发动机控制单元114按照先前存储的程序对来自各种传感器的检测信号进行计算，以输出用于电控节气门104、可变气门正时机构113、燃料喷射阀131等的控制信号。
设置有作为上述各种传感器的以下传感器加速器开度传感器116，其用于检测加速器的开度；空气流量计115，其用于检测发动机101的吸入空气量Q；曲柄角度传感器117，其用于检测曲轴120的旋转角度；节气门传感器118，其用于检测节气门阀103b的开度TVO；水温传感器119，其用于检测用于冷却发动器101的冷却水的温度；凸轮传感器132，其用于检测进气凸轮轴134的旋转角度；等等。
这里，在曲轴120的旋转过程中，曲柄角度传感器117在各基准曲柄角度位置处输出基准曲柄角度信号REF，并且每隔单位曲柄角度还输出单位角度信号POS，此外，在凸轮轴110的旋转过程中，凸轮传感器132在每个基准凸轮角度处输出凸轮信号CAM。
这里，发动机101是直列式四缸发动机，将基准曲柄角度信号REF设定为每当曲轴120旋转了180°时输出，并且将凸轮信号CAM设定为每当进气凸轮轴134旋转了90°时输出。
此外，曲轴120每旋转一圈，进气凸轮轴134旋转1/2圈，因此，进气凸轮轴134的90°等同于曲轴120的180°。
发动机101中的各气缸的工作行程在每一180°的曲柄角度按进气→压缩→膨胀→排气的顺序改变。在四缸发动机101中，各气缸的工作行程被设定为其相位彼此错开180°的曲柄角度，因此，每经过180°的曲柄角度，处于进气行程的气缸从一个气缸变为另一个气缸。
因此，以180°的曲柄角度作为一个周期，从进气门105传送到进气凸轮轴134的反作用力反复地增加或减小。
通过测量从基准曲柄角度信号REF的输出定时直到输出凸轮信号CAM为止的角度，在每180°的曲柄角度可以检测到可变气门正时机构113的气门正时的提前角(advance angle)量。
接下来，将基于图2描述可变气门正时机构113的结构。
在可变气门正时机构113中，在设置有凸轮滑轮的外壳200中设置有连接到进气凸轮轴134的叶片201，从而形成其间具有叶片201的两个室。
在被叶片201彼此分隔的两个室中，其中的一个室是用于提前进气凸轮轴134的旋转相位的提前室202，而另一个室是用于延迟进气凸轮轴134的旋转相位的延迟室203。
然后，根据提前室202中的油量与延迟室203中的油量之间的相互关系，叶片201在外壳200中进行相对旋转，因此，改变了进气凸轮轴134相对于曲轴120的旋转相位，从而改变了进气门105的气门正时。
即，当延迟室203中的油移动到提前室202中时，提前室202中的压力增大，因此叶片201沿增大提前室202的容量的方向进行相对旋转，从而提前了进气门105的气门正时。
与以上相反的是，当提前室202中的油移动到延迟室203中时，延迟室203中的压力增大，因此叶片201沿增大延迟室203的容量的方向进行相对旋转，从而延迟了进气门105的气门正时。
油在提前室202与延迟室203之间的移动是利用凸轮扭矩(其是从进气门105传送到进气凸轮轴134的反作用力)进行的，通过短管阀(spoolvalve)210来控制油的移动方向和油的移动量。
提前室202通过提前油路204与短管阀210连通，而延迟室203通过延迟油路205与短管阀210连通。
提前油路204和延迟油路205通过连接油路206在其中部彼此连通，从连接油路206的中部分支出旁路油路207从而与短管阀210连通。
在连接油路206的比旁路油路207的连接部更靠近提前油路204的一侧，设置有使油可以流向提前油路204的止回阀208。
此外，在连接油路206的比旁路油路207的连接部更靠近延迟油路205的一侧，设置有使油可以流向延迟油路205的止回阀209。
提前油路204、旁路油路207和延迟油路205沿短管阀210的轴向依次连接到短管阀210。
卷簧210a将短管阀210推向图2中的左方，而在向螺线管211提供电力时，杆211a向图2中的右方移位，以将短管阀210逆着卷簧210a的推力而移向图2中的右方。
在停止向螺线管211提供电力的状态下，卷簧210a的推力使得短管阀210位于初始位置，在该状态下，短管阀210关闭延迟油路205，但打开旁路油路207和提前油路204。
在以上初始位置处，从延迟室203流出的油被短管阀210和止回阀209阻档，但是提前室202中的油可以通过以下通路移动到延迟室203中提前油路204→短管阀210→旁路油路207→止回阀209→延迟油路205。
这里，当打开进气门105时，沿阻止进气凸轮轴134旋转的方向对进气凸轮轴134施加了扭矩(正凸轮扭矩)，而当关闭进气门105时，沿促进进气凸轮轴134旋转的方向对进气凸轮轴134施加了扭矩(负凸轮扭矩)。
由于叶片201连接到进气凸轮轴134，因此交替地重复以下两种状态经由叶片201对延迟室203进行加压的状态、以及经由叶片201对提前室202进行加压的状态。
然后，当在初始位置上对提前室202进行加压而对延迟室203进行减压时，油从提前室202内移动到延迟室203中，从而提前室202中的油量减少而延迟室203中的油量增加，从而延迟了进气凸轮轴134的旋转相位。
另一方面，在向螺线管211提供电力因此短管阀210向图2中的右方移位从而使得短管阀210关闭提前油路204而打开旁路油路207和延迟油路205的状态下，延迟室203中的油可以通过以下通路移动到提前室202中延迟油路205→短管阀210→旁路油路207→止回阀208→提前油路204。
然后，当在上述状态下对延迟室203进行加压而对提前室202进行减压时，油从延迟室203内移动到提前室202中，从而延迟室203中的油量减少而提前室202中的油量增加，从而提前了进气凸轮轴134的旋转相位。
此外，如图2所示，在将短管阀210控制在中间位置的状态下，由于短管阀210关闭了延迟油路205以及提前油路204，因此油从提前室202内到延迟室203中的移动以及油从延迟室203内到提前室202中的移动均被阻挡，从而进气凸轮轴134的旋转相位被保持为当时的状态。
即，当将短管阀210从图2中所示的中间位置向左方移位时，进气凸轮轴134的旋转相位被延迟，而当将短管阀210从图2中所示的中间位置向右方移位时，进气凸轮轴134的旋转相位被提前。
发动机控制单元114根据旋转相位的检测值与其目标值之间的偏差来控制占空信号的占空比，该占空比是用于对提供给螺线管211的电力进行控制的操纵量。
此外，例如根据以上偏差通过比例加积分加微分作用(proportionalplus integral plus derivative action)来执行以上反馈控制。
然而，反馈控制并不限于基于比例加积分加微分作用的反馈控制。例如，可以仅通过比例加积分作用(proportional plus integral action)来执行反馈控制，此外，还可以将滑动模式控制(sliding mode control)应用于反馈控制。
如上所述，可变气门正时机构113用于通过延迟室203与提前室202之间的油移动来改变进气凸轮轴134的旋转相位。
因此，理想的是，可以仅通过闭合通路内的油的移动来改变旋转相位，而无需使用从液压源220流到可变气门正时机构113中的油。然而，由于在可变气门正时机构113运转期间油会泄漏，因此为了补充由于该泄漏而导致的油的损失部分，经由设置有止回阀221的补充通路222将来自液压源220的油补充到可变气门正时机构113。
在可变气门正时机构113中，由于油利用凸轮扭矩而在延迟室203与提前室202之间移动，因此除非施加了与油要移动的方向相对应的凸轮扭矩，否则油不移动，因此，进气凸轮轴134的旋转相位没有改变(参见图3)。
然后，如果在油不移动的状态下根据控制偏差来重复计算占空比，则积分作用使操纵量增大，而当凸轮扭矩的方向与油的移动方向相对应时，油过度移动，从而导致旋转相位的过冲。
将基于图4的流程图对能够防止这种旋转相位的过冲的旋转相位控制的第一实施例进行描述。
图4的流程图示出了进行计算以输出上述占空比的例程，每当从凸轮传感器132输出凸轮信号CAM时执行该流程。
每当曲轴120旋转了180°时输出凸轮信号CAM。此外，在四缸发动机101中，曲轴120的180°等同于一个凸轮扭矩变化周期，并包括以下两个区间增加进气门105的提升量以打开它的区间；以及减小进气门105的提升量以关闭它的区间(参见图3)。
在增加进气门105的提升量的区间中，产生沿阻止进气凸轮轴134旋转的方向的正凸轮扭矩，而在减小进气门的提升量的区间中，产生沿促进进气凸轮轴134旋转的方向的负凸轮扭矩。
在可变气门正时机构113中，使用负凸轮扭矩来提前旋转相位，而使用正凸轮扭矩来延迟旋转相位。
因此，如果每当输出凸轮信号CAM时计算占空比，并将该计算出的占空比的占空信号输出到螺线管211，则在与新给定的占空比相适的量的油移动之后，接着对占空比进行更新。因此，可以防止在包括积分作用的反馈控制中将占空设定为过度的值。
如果以比输出凸轮信号CAM的周期短的周期更新占空比，则由于在与要将旋转相位改变到的方向不对应的凸轮扭矩生成状态下执行对占空比的更新，因此存在占空被积分作用过度改变的可能性。
然而，如上所述，如果与凸轮扭矩的变化周期同步地计算占空比，则即使在低旋转状态下也可以可靠地执行以下处理在油根据占空比的更新结果而被移动之后，对占空比进行更新。
因此，可以防止积分作用过度地改变占空比，从而可以在避免过冲或振荡的同时稳定地控制旋转相位。
此外，可以在以相同周期输出的各基准曲柄角度信号REF(代替来自凸轮传感器132的凸轮信号CAM)处，执行图4的流程图中所示的例程。
下面，将详细描述图4的流程图中所示的控制内容。
当从凸轮传感器132输出凸轮信号CAM时，首先，在步骤S1中，对由可变气门正时机构113改变的气门正时的提前角量进行检测。
在对提前角量的检测中，对从自曲轴120输出基准曲柄角度信号REF到自凸轮传感器132输出凸轮信号CAM的时间内的旋转角度进行测量，并在每当凸轮传感器132输出凸轮信号CAM时更新该提前角量。
在接下来的步骤S2中，根据发动机101此时的运转状况来确定提前角量的目标值。该运转条件包括发动机负载、发动机转速等。
在步骤S3中，对在步骤S1中检测到的实际提前角量与在步骤S2中设定的目标提前角量之间的偏差进行计算。
在步骤S4中，根据计算出的偏差，通过比例加积分加微分作用计算校正量。
在步骤S5中，将该校正量加到与延迟油路205和提前油路204均被短管阀210关闭的状态相对应的基本占空，从而确定最终占空比。基本占空例如为50％。
在步骤S6中，将在步骤S5中确定的占空比的占空信号输出到螺线管211。
接下来，在低旋转区域中，在每一凸轮扭矩变化周期执行对占空比的计算，而在高旋转区域中，每隔固定时间执行对占空比的计算。下面将根据图5到图7的流程图来描述旋转相位控制的第二实施例。
此外，本实施例中，以上固定时间为10ms。
每隔10ms执行图5的流程图中的例程。
首先，在步骤S21中，读入发动机转速Ne的检测结果。
根据从曲柄角度传感器117输出的基准曲柄角度信号REF或单位角度信号POS来检测发动机转速Ne。更具体地说，通过测量在固定时间段内基准曲柄角度信号REF的生成周期或单位角度信号POS的生成数量，来检测发动机转速Ne。
在步骤S22中，判断标记F是否为1，标志F指示是否执行时间同步的控制。
标记F的初始值为0，并在F＝0的状态下，执行与凸轮扭矩变化同步的控制。当建立了执行时间同步的控制的条件时，如下所述地将标记F设定为1。
当标记F＝0时，该例程进行到步骤S23，在步骤S23中，判断发动机转速Ne是否超过第一阈值Ne1。
此外，当标记F＝0并且此外发动机转速Ne等于或小于第一阈值Ne1时，本例程终止，同时将标记F保持为0，以在每一凸轮扭矩变化周期执行占空比的计算和输出。
另一方面，当在步骤S23中判断出发动机转速Ne超过第一阈值Ne1时，该例程进行到步骤S24。
在步骤S24中，将标记F设定为1，从而将在每一凸轮扭矩变化周期计算和输出占空比切换为每隔固定时间计算和输出占空比。
此外，在步骤S22中判断出标记F被设定为1的情况下，即，每隔固定时间执行对占空比的计算和输出的情况下，该例程进行到步骤S25，在步骤S25中，判断发动机转速Ne是否低于第二阈值Ne2(Ne2＜Ne1)。
然后，当发动机转速Ne低于第二阈值Ne2时，该例程进行到步骤S26，在步骤S26中，将标记F重置为0，从而将每隔固定时间计算和输出占空比切换为在每一凸轮扭矩变化周期计算和输出占空比。
另一方面，当将标记F设定为1并且此外发动机转速Ne等于或大于第二阈值Ne2时，本例程终止，同时将标记F保持为1。
如上所述，在低旋转区域中，在每一凸轮扭矩变化周期执行对占空比的计算和输出，而在高旋转区域中，每隔固定时间执行对占空比的计算和输出。此外，设置了滞后(hysteresis)特性，以避免在旋转区域的边界附近切换控制模式时的振荡。
如上所述，将第一阈值Ne1和第二阈值Ne2设定为Ne2＜Ne1。将第二阈值Ne2设定为等于或大于每隔固定时间执行对占空比的计算和输出的时间周期与一个凸轮扭矩变化周期一致时的发动机转速Ne。与第二阈值Ne2相比，将第一阈值Ne1设定为必需且足以抑制振荡的最小值。
结果，当每隔固定时间执行对占空比的计算和输出时，计算周期不短于一个凸轮扭矩变化周期。
如果使一个凸轮扭矩变化周期在作为控制周期的固定时间之内，则必须将以下区间都包括在计算周期内响应于提前气门正时的命令(负凸轮扭矩的生成状态)的区间；以及响应于延迟气门正时的命令(正凸轮扭矩的生成状态)的区间(参见图8)。
因此，在改变了与经更新的占空比相对应的旋转相位之后，可以得到下一计算定时，从而避免了过度地改变占空比。
这里，通过与凸轮扭矩的变化周期同步地执行对占空比的计算和输出，可以将响应于提前气门正时的命令(负凸轮扭矩的生成状态)的区间和响应于延迟气门正时的命令(正凸轮扭矩的生成状态)的区间都包括在计算周期内。然而，在发动机转速增加时，该计算周期被过度地缩短，从而可能增加计算负载，并且此外，无法充分确保对气门正时改变的响应时间，从而可能过度地改变占空比。
因此，在一个凸轮扭矩变化周期比预先设定的时间段短的高旋转区域中，按以上时间段执行对占空比的计算和输出，而在一个凸轮扭矩变化周期比预先设定的时间段长的低旋转区域中，与凸轮扭矩的变化周期同步地执行对占空比的计算和输出，以避免在旋转相位没有改变的状态下重复地更新占空比。
接下来，将对时间同步的控制的细节以及与凸轮扭矩变化同步的控制的细节进行描述。
图6的流程图示出了每隔10ms执行的时间同步的控制。
首先，在步骤S31中，判断标记F是否被设定为1。
这里，在标记F被设定为0的情况下，由于要在每一凸轮扭矩变化周期执行对占空比的计算和输出，因此本例程终止，不进行到后续步骤。
另一方面，在标记F被设定为1的情况下，该例程进行到步骤S32以及后续步骤，以执行对占空比的计算和输出。
在步骤S32中，读入由可变气门正时机构113进行的气门正时的提前角量的检测值。
通过测量从自曲轴120输出基准曲柄角度信号REF时直到输出凸轮信号CAM为止的旋转角度，来检测提前角量，并且每当输出凸轮信号CAM时对其进行更新。
在接下来的步骤S33中，根据发动机101此时的运转条件来确定该提前角量的目标值。运转条件包括发动机负载、发动机转速等。
在步骤S34中，计算在步骤S32中检测到的实际提前角量与在步骤S33中设定的目标提前角量之间的偏差。
在步骤S35中，根据计算出的偏差，通过比例加积分加微分作用计算校正量。
在步骤S36中，通过将该校正量加到与延迟油路205和提前油路204均被短管阀210关闭的状态相对应的基本占空，来确定最终占空比。基本占空例如为50％。
在步骤S37中，将在步骤S36中确定的占空比的占空信号输出到螺线管211。
因此，在标记F被设定为1情况下，每隔10ms执行对占空比的计算和输出。然而，计算周期并不限于10ms。
图7的流程图示出了与凸轮扭矩变化同步的控制，每当从凸轮传感器132输出凸轮信号CAM时执行该控制。
每当曲轴120旋转180°时，输出凸轮信号CAM。此外，在四缸发动机101中，曲轴120的180°等同于一个凸轮扭矩变化周期，曲轴120的180°包括以下区间增加进气门105的提升量以打开它的区间；以及减小进气门105的提升量以关闭它的区间(参见图8)。
在增加进气门105的提升量的区间中，生成沿阻止进气凸轮轴134旋转的方向的正凸轮扭矩，而在减小进气门105的提升量的区间中，生成沿促进进气凸轮轴134旋转的方向的负凸轮扭矩。
在可变气门正时机构113中，利用负凸轮扭矩来提前旋转相位，而利用正凸轮扭矩来延迟旋转相位。
因此，如果每次输出凸轮信号CAM时计算占空比并将计算出的占空比的占空信号输出到螺线管211，则在与新给定的占空比相适的量的油移动之后，接着对占空比进行更新。因此，可以防止在包括积分作用的反馈控制中将占空设定为过度的值。
如果以比输出凸轮信号CAM的周期短的周期更新占空比，则由于在与要将旋转相位改变到的方向不对应的凸轮扭矩生成状态下执行对占空比的更新，因此存在占空被积分作用过度地改变的可能性。
然而，如上所述，如果与凸轮扭矩的变化周期同步地计算占空比，则即使在低旋转状态下也可以可靠地执行以下处理在油根据占空比的更新结果而移动之后，对占空比进行更新。
因此，可以防止积分作用过度地改变占空比，从而可以在避免过冲或振荡的同时稳定地控制旋转相位。
此外，可以在按相同周期输出的各基准曲柄角度信号REF(代替来自凸轮传感器132的凸轮信号CAM)处执行图7的流程图中所示的例程。
当从凸轮传感器132输出凸轮信号CAM时，首先在步骤S41中，判断标记F是否被设定为0。
这里，在标记F被设定为1的情况下，由于要每隔固定时间段执行对占空比的计算和输出，因此本例程终止，不进行到后续步骤。
另一方面，在标记F被设定为0的情况下，该例程进行到步骤S42以及后续步骤，以执行对占空比的计算和输出。
步骤S42至步骤S47中的每个步骤的处理内容与步骤S32至步骤S37中的每个步骤的处理内容相同，因此，这里略去对其的描述。
在以上各个实施例中，在与凸轮扭矩的变化周期同步的控制中，每当输出凸轮信号CAM时，对占空比进行计算以输出。然而，可以将凸轮扭矩渐增地改变的区间以及凸轮扭矩渐减地改变的区间都包括在占空比的计算和输出周期中，因此，占空比的计算和输出周期不限于凸轮信号CAM的输出周期。
例如，可以每当多次(二次至四次)输出凸轮信号CAM时执行对占空比的计算和输出，换言之，在长为一个凸轮扭矩变化周期的n(等于或大于1的整数)倍的各周期执行对占空比的计算和输出。
此外，当发动机转速增加时，可以将数值n改变为较大的值。
然而，由于可以使执行对占空比的计算和输出的周期的最小值为一个凸轮扭矩变化周期，因此该计算和输出周期不必是一个凸轮扭矩变化周期的整数倍，只要该计算和输出周期等于或大于该最小周期即可。此外，计算和输出的定时与凸轮扭矩变化之间的相位关系不必恒定。
此外，可变气门正时机构并不限于上述叶片型可变气门正时机构，如果该可变气门正时机构是凸轮扭矩方向的影响难以改变旋转相位或易于改变旋转相位的可变气门正时机构，则可以通过与上述控制相似的控制来获得相似的效果。
因此，本发明除了可以应用于液压型可变气门正时机构之外，还可以应用于使用电磁制动器的可变气门正时机构。
另外，在以上实施例中，示出了改变进气门105的气门正时的可变气门正时机构。然而，本发明也可以应用于改变排气门107的气门正时的可变气门正时机构。
此外，发动机101并不限于四缸发动机，本发明也可以应用于进气行程在气缸之间重叠的六缸发动机。
通过引用，将要求其优先权的于2006年3月31日提交的日本专利申请第2006-096676号以及于2006年3月31日提交的日本专利申请第2006-096798号的全部内容合并与此。
虽然仅选择了选定实施例来说明本发明，但是本领域的技术人员从本公开中容易想到，在不脱离如所附权利要求书所限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变和变型。
此外，提供根据本发明的实施例的上述描述仅是出于说明的目的，而并非出于对由所附权利要求书及其等同物限定的本发明进行限制的目的。
权利要求
1.一种用于可变气门正时机构的控制装置，该控制装置改变凸轮轴相对于曲轴的旋转相位以改变发动机的气门的气门正时，该控制装置包括第一检测部，其被构造成检测所述凸轮轴的当前旋转相位；设定部，其被构造成设定所述旋转相位的目标值；第二检测部，其被构造成与作用在所述凸轮轴上的扭矩的变化周期同步地检测计算定时；以及第一操纵部，其被构造成根据由所述第一检测部检测到的所述当前旋转相位与所述目标值的偏差，在所述计算定时计算要输出到所述可变气门正时机构的操纵量。
2.根据权利要求1所述的装置，该控制装置还包括第二操纵部，其被构造成根据由所述第一检测部检测到的所述当前旋转相位与所述目标值的偏差，每隔先前设定的时间计算要输出到所述可变气门正时机构的所述操纵量；以及切换部，其被构造成在发动机转速超过阈值的高旋转区域中允许所述第二操纵部实现对所述操纵量的计算和输出，而在所述发动机转速等于或小于所述阈值的低旋转区域中允许所述第一操纵部实现对所述操纵量的计算和输出。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述切换部确定所述低旋转区域包括其中一个扭矩变化周期比所述先前设定的时间长的旋转区域。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述切换部执行的对所述发动机转速的确定包括滞后特性。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二检测部以这样的周期来检测所述计算定时，该周期为作用在所述凸轮轴上的扭矩的一个变化周期的“n”倍，其中，“n”表示等于或大于1的整数。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第二检测部响应于发动机转速的增加，将所述整数“n”设定为较大的数值。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二检测部包括在所述凸轮轴的各基准角度位置处输出凸轮信号的凸轮传感器，并根据所述凸轮信号的输出定时来检测所述计算定时。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述发动机是四缸发动机；并且所述第二检测部在每180度的曲柄角度检测所述计算定时中的一个。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可变气门正时机构是液压型可变气门正时机构，该液压型可变气门正时机构利用作用在所述凸轮轴上的扭矩，使油在提前室与延迟室之间移动，从而改变所述凸轮轴的旋转相位。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述可变气门正时机构设置有短管阀，其能够控制所述提前室与所述延迟室之间的油的移动量和通路；以及螺线管，其被构造成驱动所述短管阀；并且其中所述操纵量是用于控制提供给所述螺线管的电力的占空信号的占空比。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，针对进气门和/或排气门设置所述可变气门正时机构。
12.一种用于可变气门正时机构的控制装置，该控制装置改变凸轮轴相对于曲轴的旋转相位以改变发动机的气门的气门正时，该控制装置包括第一检测装置，其用于检测所述凸轮轴的当前旋转相位；设定装置，其用于设定所述旋转相位的目标值；第二检测装置，其用于与作用在所述凸轮轴上的扭矩的变化周期同步地检测计算定时；以及第一操纵装置，其用于根据由所述第一检测装置检测到的所述当前旋转相位与所述目标值之间的偏差，在所述计算定时计算要输出到所述可变气门正时机构的操纵量。
13.一种用于控制可变气门正时机构的方法，该方法改变凸轮轴相对于曲轴的旋转相位以改变发动机的气门的气门正时，该方法包括以下步骤检测所述凸轮轴的当前旋转相位；设定所述旋转相位的目标值；与作用在所述凸轮轴上的扭矩的变化周期同步地检测计算定时；根据检测到的所述旋转相位的当前值与所述目标值之间的偏差，在各所述计算定时计算用于所述可变气门正时机构的操纵量；以及将所述操纵量输出到所述可变气门正时机构。
14.根据权利要求13所述的方法，该方法还包括以下步骤判断是其中发动机转速超过阈值的高旋转区域还是其中所述发动机转速等于或小于所述阈值的低旋转区域；在所述高旋转区域中，禁止在各所述计算定时计算所述操纵量；以及在所述高旋转区域中，根据所述检测到的当前旋转相位与所述目标值之间的偏差，每隔先前设定的时间计算用于所述可变气门正时机构的所述操纵量。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述低旋转区域包括其中一个扭矩变化周期比所述先前设定的时间长的旋转区域。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，判断是所述低旋转区域还是所述高旋转区域的步骤包括具有滞后特性的判断，执行该判断以对所述旋转区域是高旋转区域还是低旋转区域进行判定。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，检测所述计算定时的步骤包括以下步骤以这样的周期来检测计算定时，该周期为作用在所述凸轮轴上的扭矩的一个变化周期的“n”倍，其中“n”为等于或大于1的整数。
18.根据权利要求17所述的方法，该方法还包括以下步骤响应于发动机转速的增加，将所述整数“n”设定为较大的数值。
19.根据权利要求13所述的方法，其中，检测所述计算定时的步骤包括以下步骤检测所述凸轮轴的基准角度位置；以及根据对所述基准角度位置的检测结果，检测各个所述计算定时。
20.根据权利要求13所述的方法，其中，所述发动机是四缸发动机；并且检测所述计算定时的步骤在每180度的曲柄角度检测各个所述计算定时。
21.根据权利要求13所述的方法，其中，所述可变气门正时机构是液压型可变气门正时机构，该液压型可变气门正时机构利用作用在所述凸轮轴上的扭矩使油在提前室与延迟室之间移动，从而改变所述凸轮轴的旋转相位。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述可变气门正时机构设置有短管阀，其能够控制所述提前室与所述延迟室之间的油量和通路；以及螺线管，其被构造成驱动所述短管阀；并且计算所述操纵量的步骤计算用于对提供给所述螺线管的电力进行控制的占空信号的占空比。
23.根据权利要求13所述的方法，其中，针对进气门和/或排气门设置所述可变气门正时结构。
全文摘要
本发明提供了一种用于可变气门正时机构的控制装置和控制方法。通过根据凸轮轴的旋转相位的检测值与其目标值之间的偏差在各个扭矩周期计算操纵量来实现对液压型可变气门正时机构的控制，所述控制利用作用在所述凸轮轴上的扭矩使油在提前室与延迟室之间移动从而使得所述凸轮轴的旋转相位发生变化。
文档编号F02D13/02GK101046168SQ200710091400
公开日2007年10月3日 申请日期2007年3月30日 优先权日2006年3月31日
发明者渡边悟 申请人:株式会社日立制作所