可变气门正时设备和用于可变气门正时设备的控制方法

专利名称：可变气门正时设备和用于可变气门正时设备的控制方法
技术领域：
本发明涉及可变气门正时设备和用于可变气门正时设备的控制方法。 具体而言，本发明涉及将气门开启/关闭时的正时改变达根据致动器操作量
的变化量的可变气门正时设备，并涉及用于该可变气门正时设备的控制方 法。
背景技术：
传统上已知VVT (可变气门正时)，VVT根据运转状况来改变进气 门或排气门开启/关闭的相位(曲轴转角)。通常，VVT通过使凸轮轴相 对于链轮等旋转来改变相位，所述凸轮轴使进气门或排气门开启/关闭。由 例如液压机构或电动机作为致动器来使凸轮轴旋转。特别是，在用电动机 来使凸轮轴旋转的情况下，与用液压方式旋转凸轮轴的情况相比，难以获 得使凸轮轴旋转的转矩。因此，在用电动机来旋转凸轮轴的情况下，电动 机的输出轴的转速由减速机构等降低，从而使凸轮轴旋转。在从情况下， 相位改变的程度受到减速机构的限制。
日本专利早期公开No. 2004-150397公开了一种气门正时调节装置， 其具有较大的相位改变自由度。日本专利早期公开No.2004-150397中公开 的气门正时调节装置被设置到变速器系统，该变速器系统用于将驱动转矩 从内燃机的驱动轴向从动轴传递，以使进气门和排气门中的至少一者开启 和关闭，来调节进气门和排气门中至少一者开启和关闭的正时。这种气门 正时调节装置包括第一转子，其通过来自驱动轴的驱动转矩而绕旋转中 心线旋转；第二转子，其与第一转子的旋转一起并沿与第一转子相同的方 向绕旋转中心线旋转，以使得从动轴同步旋转，其中，第二转子能够相对 于第一转子旋转；以及控制装置，其具有控制构件并改变控制部件与旋转 中心线的径向距离。第一转子界定了第一孔，第一孔形成第一轨道，第一
轨道延伸以改变其与旋转中心线的径向距离。第一孔与穿过第一轨道的控 制部件接触，第一孔与控制部件之间的接触发生在第一孔的两侧，第一转 子向着所述两侧旋转。第二转子界定了第二孔，第二孔形成第二轨道，第 二轨道延伸以改变其与旋转中心线的径向距离，第二孔与穿过第二轨道的 控制部件接触，第二孔与控制部件之间的接触发生在第二孔的两侧，第二 转子向着所述两侧旋转。第一轨道和第二轨道沿第一转子的旋转方向和第 二转子的旋转方向朝向彼此倾斜。在这种气门正时装置中，在电动机不产 生转矩的情况下，相位得到维持。
根据该公报中公开的气门正时调节装置，第一转子的第一孔形成第一 轨道(第一轨道延伸以改变其离旋转中心线的径向距离)，并且与穿过第 一轨道的控制构件进行接触，第一孔与控制构件之间的接触发生在第一孔 的两侧，第一转子向着所述两侧旋转。此外，第二转子的第二孔形成第二 轨道(第二轨道延伸以改变其离旋转中心线的径向距离)，并与穿过第二 轨道的控制构件接触，第二孔与控制构件之间的接触发生在第二孔的两 侧，第二转子向着所述两侧旋转。这里，第一轨道和第二轨道沿第一转子 的旋转方向和第二转子的旋转方向朝向彼此倾斜。因而，在控制装置工作 以改变控制构件离旋转中心线的径向距离时，控制构件压靠第一孔与第二 孔中的至少一者，从而使控制构件穿过第一轨道和第二轨道两者，因而使 第二转子相对于第一转子旋转。在以上述方式工作的气门正时调节装置 中，第二转子相对于第一转子的相位改变程度取决于第一轨道和第二轨道 的长度以及第一轨道和第二轨道朝向彼此倾斜的程度。通过延伸第一轨道 和第二轨道使得它们改变与旋转中心线的径向距离，在确定轨道的长度和 彼此倾斜方面实现了相对的自由。这样，还增大了设定第二转子相对于第 一转子的相位改变程度的自由度，因而增大了从动轴相对于驱动轴的相位 改变程度。
然而，如日本专利早期公开No. 2004-150397中公开的气门正时调节 装置中那样，当电动机不产生转矩时，即在对电动机的电力供应停止时， 为了维持相位，作为相位改变量相对于电动机操作量的比率的减速比必须 增大，使得电动机的输出轴不会由从凸轮轴传递到电动机的转矩而旋转。
然而，如果减速比相对较高，则能够改变开启/关闭正时的区域变窄。

发明内容
本发明的目的是提供一种可变气门正时设备等，其能够通过停止对致 动器的电力供应来维持相位并能够在较宽的范围上改变开启/关闭正时。
根据本发明一方面的可变气门设备改变进气门和排气门中至少任何一 者的开启/关闭正时。可变气门正时设备包括致动器，其操作可变气门正 时设备；改变机构，其在开启/关闭正时处于第一区域中的情况下相对于致 动器的操作量以第一变化量改变开启/关闭正时，并在开启/关闭正时处于 与第一区域不同的第二区域中的情况下相对于致动器的操作量以第二变化 量改变开启/关闭正时；以及操作单元。操作单元通过控制对致动器的电力
供应来控制幵启/关闭正时，并且在开启/关闭正时处于第一区域中的情况 下，操作单元通过停止对致动器的电力供应来控制开启/关闭正时使得开启 /关闭正时得到维持。
根据本发明，在开启/关闭正时处于第一区域中的情况下相对于致动器 的操作量以第一变化量改变开启/关闭正时。在开启/关闭正时处于第二区 域中的情况下相对于致动器的操作量以比第一变化量大的第二变化量改变 开启/关闭正时。因而，能够在第二区域中较宽地改变开启/关闭正时。另 一方面，在第一区域中，开启/关闭正时的变化量较小。换言之，减速比是 较高的。因而，例如，即使在致动器不产生转矩的状态下，也可以使得在 发动机运行时由作用在凸轮轴上的转矩来驱动致动器而引起的开启/关闭正 时的变化受到抑制。因而，在第一区域中，对致动器的电力供应停止，由 此开启/关闭正时得到维持。因而，可以提供一种能够通过停止对致动器的 电力供应来维持开启/关闭正时并能够在宽的范围上改变开启/关闭正时的 可变气门正时设备。
优选地，除了在开启/关闭正时处于第一区域中的情况下相对于致动器 的操作量以第一变化量改变开启/关闭正时，并在开启/关闭正时处于第二 区域中的情况下相对于致动器的操作量以第二变化量改变开启/关闭正时之 外，改变机构还在开启/关闭正时处于与第一区域和第二区域不同的第三区
域中的情况下，根据致动器的操作量改变开启/关闭正时，使得致动器的操 作量和开启/关闭正时的变化量之间的比率变化。操作单元将开启/关闭正 时的目标正时设定在第一区域、第二区域和第三区域中除了第三区域以外 的区域中，并控制开启/关闭正时使得开启/关闭正时变为目标正时。
根据本发明，在开启/关闭正时处于第三区域中的情况下，改变开启/ 关闭正时，使得致动器的操作量和开启/关闭正时的变化量之间的比率 (即，减速比)变化。例如，在第一区域和第二区域之间的区域中，减速 比变化。因而，在将开启/关闭正时从第一区域改变到第二区域或者从第二 区域改变到第一区域的情况下，开启关闭正时的变化量相对于致动器的操 作量能够逐渐地增大或减小。因而，能够抑制开启/关闭正时的变化量的突 然阶跃改变。然而，在该第三区域中，难以预测相对于致动器的操作量的 开启/关闭正时的变化量，因而，可控制性会劣化，由此劣化了开启/关闭 正时的精度。因而，将开启/关闭正时的目标正时设定在第一区域、第二区 域和第三区域当中除了第三区域以外的区域中，然后控制开启/关闭正时， 使得实现此目标正时。因而，开启/关闭正时能够被设定为处于第一区域和 第二区域的至少一者中的正时。因而，开启/关闭正时的劣化的可控制性受 到抑制，并且开启/关闭正时的劣化的精度受到抑制。
更优选地，第一区域是相对于第二区域延迟的区域。
根据本发明，在延迟的区域中，停止对致动器的电力供应，由此维持 开启/关闭正时。因而，例如在开启/关闭正时更频繁地设置在延迟的区域 中的发动机中，能够增大停止对致动器的电力供应的频度。因而，燃料的 经济性最终得到提高。
优选地，可变气门正时设备通过使连接到内燃机的输出轴的凸轮轴旋 转来改变开启/关闭正时。在开启/关闭正时处于第一区域中的情况下，如 果内燃机的转速低于预定转速，则操作单元通过停止对致动器的电力供应 来控制开启/关闭正时，使得开启/关闭正时得到维持，并且如果内燃机的 转速高于预定转速，则操作单元通过向致动器提供电力供应来控制开启/关 闭正时，使得开启/关闭正时得到维持。
根据本发明，如果内燃机的转速(即，内燃机的输出轴的转速)低于
预定转速，则停止对致动器的电力供应，由此维持开启/关闭正时。如果内 燃机的转速高于预定转速，则向致动器提供电力供应，来维持开启/关闭正 时。因而，在因为由内燃机的驱动而引起的作用在凸轮轴上的转矩较小、 所以即使没有对致动器供应电力也能够维持开启/关闭正时的情况下，可以 停止对致动器的电力供应。在因为由内燃机的驱动而引起的作用在凸轮轴 上的转矩较大而会使开启/关闭正时改变的情况下，通过对致动器供应电力 而能够精确地维持开启/关闭正时。
优选地，可变气门正时设备通过使连接到内燃机的输出轴的凸轮轴旋 转来改变开启/关闭正时。在开启/关闭正时是在第一区域中的最大延迟正 时的情况下，如果内燃机的转速低于预定转速，则操作单元通过停止对致 动器的电力供应来控制开启/关闭正时，使得开启/关闭正时得到维持，并 且如果内燃机的转速高于预定转速，则操作单元通过向致动器提供电力供 应来控制开启/关闭正时，使得开启/关闭正时得到维持。
根据本发明，如果内燃机的转速(即，内燃机的输出轴的转速)低于 预定转速，则停止对致动器的电力供应，由此将开启/关闭正时维持在第一 区域中的最大延迟正时。如果内燃机的转速高于预定转速，则向致动器提 供电力供应，由此将开启/关闭正时维持在第一区域中的最大延迟正时。因 而，在因为由内燃机的驱动而引起的作用在凸轮轴上的转矩较小、所以即 使没有对致动器供应电力也能够将开启/关闭正时维持在最大延迟正时的情 况下，可以停止对致动器的电力供应。在因为由内燃机的驱动而引起的作 用在凸轮轴上的转矩较大而会使开启/关闭正时改变的情况下，通过对致动 器供应电力而能够将开启/关闭正时精确地维持在延迟正时。


图1的示意图示出了其上安装根据本发明第一实施例的可变气门正时 设备的车辆的发动机的构造。
图2示出了对进气门的相位进行界定的对照图。
图3是示出进气VVT机构的截面图。 图4是沿图3中的A-A的截面图。
图5是沿图3中的B-B的(第一)截面图。
图6是沿图3中的B-B的(第二)截面图。
图7是沿图3中的C-C的截面图。
图8是沿图3中的D-D的截面图。
图9示出了进气VVT机构整体的减速比。
图10示出了引导板相对于链轮的相位与进气门的相位之间的关系。 图11的流程示了由本发明第一实施例中的ECU执行的程序的控 制结构。
图12的对照图界定了本发明第二实施例中的进气门的相位。 图13的流程示了由本发明第三实施例中的ECU执行的程序的控 制结构。
图14的流程示了由本发明第四实施例中的ECU执行的程序的控 制结构。
具体实施例方式
参考附图，以下对本发明的实施例进行说明。在以下说明中，相似的 部件由相似的标号表示。它们也使用相同的名称并起相同作用。因此将不 再重复其详细说明。
第一实施例
参考图1，给出对车辆的发动机的说明，在该车辆上安装有根据本发 明第一实施例的可变气门正时设备。
发动机1000是V型8缸发动机，其具有"A"气缸列1010和"B" 气缸列1012，每个气缸列包括一组四个气缸。这里，也可以使用除了 V8 发动机之外的任何发动机。
空气从空气滤清器1020吸入发动机1000中。所吸入的空气量由节气 门1030调节。节气门1030是由电动机驱动的电子节气门。
空气经过进气歧管1032供应到气缸1040中。空气与燃料在气缸1040 (燃烧室)中混合。燃料从喷射器1050直接喷射到气缸1040中。换言 之，喷射器1050的喷射孔设置在气缸1040内。
在进气冲程中喷射燃料。燃料喷射正时不限于进气冲程。此外，在本
实施例中，将发动机1000描述为直喷发动机，其所具有的喷射器1050的 喷射孔设置在气缸1040内。但是，除了直喷喷射器1050外，还可以设置 进气口喷射器。而且，可以只设置进气口喷射器。
气缸1040中的空气燃料混合物由火花塞1060点燃，并因而燃烧。燃 烧之后的空气燃料混合物(即排气)由三元催化剂1070净化，随后被排 放到车辆外部。燃烧空气燃料混合物对活塞1080下压，从而使曲轴10卯 旋转。
进气门1100和排气门1110设置在气缸1040的顶部。进气门1100由 进气凸轮轴1120驱动。排气门1110由排气凸轮轴1130驱动。进气凸轮轴 1120和排气凸轮轴1130通过例如链条和齿轮之类的零件连接，从而以相 同的转速旋转。进气门1100和排气门1110通过正时带或者链条连接到曲轴1090。进 气门1100和排气门1110随着曲轴1090的旋转而旋转。
进气门1100的相位(开启/关闭正时)由设置于进气凸轮轴1120的进 气VVT机构2000控制。排气门1110的相位(开启/关闭正时)由设置于 排气凸轮轴1130的排气VVT机构3000控制。
在本实施例中，由VVT机构使进气凸轮轴1120和排气凸轮轴1130 旋转，以控制进气门1100和排气门1110各自的相位。这里，相位控制方 法不限于前述的这一种方法。
进气VVT机构2000由电动机2060 (图3中未示出)操作。电动机 2060由ECU (电子控制单元)4000控制。电动机2060的电流和电压由安 培表(未示出)和伏特表(未示出)检测，测量结果被输入到ECU 4000。
排气VVT机构3000以液压方式操作。这里，进气VVT机构2000也 可以以液压方式操作，而排气VVT机构3000可以由电动机操作。
表示曲轴1090的转速(即，发动机速度NE)和曲轴转角的信号从曲 轴转角传感器5000输入到ECU 4000。此外，表示进气凸轮轴1120和排 气凸轮轴1130各自的相位(相位凸轮轴在旋转方向上的位置)的信号
(表示进气门1100和排气门1110各自的相位的信号)从凸轮位置传感器
5010输入到ECU 4000。
此外，来自冷却剂温度传感器5020的表示发动机1000的水温(冷却 剂温度)的信号以及来自气流计5030的表示发动机1000的进气量(吸入 或取入发动机1000的空气的量)的信号输入到ECU 4000。
根据从传感器输入的这些信号以及储存在存储器(未示出)中的对照 图和程序，ECU 4000控制例如节气门开度、点火正时、燃料喷射正时、 喷射燃料量、进气门1100的相位和排气门1110的相位，从而使发动机 1000以所期望的运行状态运行。
在本实施例中，ECU 4000根据图2所示的对照图来确定进气门1100 的相位，该对照图使用发动机速度NE和进气量KL作为参数。储存了针 对各个冷却剂温度的多个对照图来确定进气门1100的相位。
以下，将给出进气VVT机构2000的进一步说明。这里，排气VVT 机构3000可以与如下所述的进气VVT机构2000相同地构造。
如图3所示，进气VVT机构2000包括链轮2010、凸轮板2020、连 杆机构2030、引导板2040、减速器2050和电动机2060。
链轮2010经过链条等连接到曲轴1090。链轮2010的转速是曲轴 1090的转速的一半。进气凸轮轴1120设置成与链轮2010的旋转轴线同 心，并可相对于链轮2010旋转。
凸轮板2020用销(1) 2070连接到进气凸轮轴1120。凸轮板2020在 链轮2010的内部与进气凸轮轴1120—起旋转。这里，凸轮板2020和进气 凸轮轴1120可以集成为一个单元。
连杆机构2030由臂(1) 2031和臂(2) 2032构成。图4是沿图3中 的A-A所取的截面，如图4所示，链轮2010内设置有一对臂(1) 2031， 使得这些臂关于进气凸轮轴1120的旋转轴线彼此点对称。每个臂(1) 2031连接到链轮2010，使得该臂能够绕销(2) 2072摆动。
图5是沿图3中的B-B所取的截面，图6示出了进气门1100的相位 相对于图5中的状态提前的状态，如图5和图6所示，臂(1) 2031和凸 轮板2020通过臂(2) 2032连接。
臂(2) 2032被支撑为使得该臂能够绕销(3) 2074且相对于臂(1) 2031摆动。此外，臂(2) 2032还被支撑为使得该臂能够绕销(4) 2076 且相对于凸轮板2020摆动。
一对连杆机构2030使进气凸轮轴1120相对于链轮2010旋转，并从而 改变进气门1100的相位。因此，即使成对的连杆机构2030中的一个连杆 机构由于任何损坏等原因而断裂，也可以用另一个连杆机构来改变进气门 1100的相位。
再参考图3，控制销2034设置在每个连杆机构2030 (臂(2) 2032) 的表面处，所述表面是连杆机构2030的面向引导板2040的表面。控制销 2034与销(3) 2074同心地设置。每个控制销2034在设置于引导板2040 中的引导槽2042中滑动。
每个控制销2034在引导板2040的引导槽2042中滑动以沿径向偏移。 每个控制销2034的径向偏移使进气凸轮轴1120相对于链轮2010旋转。
图7是沿图3中的C-C所取的截面，如图7所示，弓l导槽2042被形 成为螺旋形状，由此引导板2040的旋转使每个控制销2034沿径向偏移。 这里，引导槽2042的形状不限于此。
控制销2034从引导板2040的轴心沿径向偏移越大，进气门1100的相 位的延迟程度就越大。换言之，相位的变化量具有与由控制销2034的径 向偏移所产生的连杆机构2030的操作量对应的值。或者，也可以是控制 销2034从引导板2040的轴心沿径向偏移越大，进气门IIOO的相位提前程 度就越大。
如图7所示，在控制销2034抵靠引导槽2042的端部时，连杆机构 2030的操作受到限制。因此，控制销2034抵靠引导槽2042的端部时的相 位是最大延迟角或最大提前角的相位。
再参考图3，在引导板2040中，在其面向减速器2050的表面中设有 多个凹入部分2044，用于使引导板2040和减速器2050彼此连接。
减速器2050由外齿轮2052和内齿轮2054组成。外齿轮2052相对于 链轮2010固定，因而该齿轮与链轮2010—起旋转。
内齿轮2054在其上具有多个突起部分2056，这些突起部分被接纳在引导板2040的凹入部分2044中。内齿轮2054被支撑为可绕联轴器2062 的偏心轴线2066旋转，所述联轴器2062被形成为相对于电动机2060的输 出轴的轴心2064偏心。
图8示出了沿图3中的D-D所取的截面。内齿轮2054被设置为使其 齿的一部分与外齿轮2052啮合。在电动机2060的输出轴的转速与链轮 2010的转速相同的情况下，联轴器2062和内齿轮2054以与外齿轮2052 (链轮2010)相同的转速旋转。在此情况下，引导板2040以与链轮2010 相同的转速旋转，因而进气门IIOO的相位得以维持。
在电动机2060使联轴器2062绕轴心2064相对于外齿轮2052旋转 时，在内齿轮2054绕偏心轴线2066旋转的同时内齿轮2054作为整体相应 地绕轴心2064公转。内齿轮2054的旋转运动使引导板2040相对于链轮 2010旋转，从而改变进气门UOO的相位。
通过减速器2050、引导板2040和连杆机构2030使电动机2060的输 出轴与链轮2010之间的相对旋转的转速(电动机2060的操作量)减小， 来改变进气门1100的相位。这里，也可以增大电动机2060的输出轴与链 轮2010之间的相对旋转的转速来改变进气门1100的相位。
如图9所示，进气VVT机构2000整体的减速比(电动机2060的输出 轴与链轮2010之间的相对旋转的转速对于相位变化量的比率)可以具有 基于进气门1100的相位的值。在本实施例中，减速比越高，相位的变化 量相对于电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的转速就越 小。
在进气门1100的相位处于从最大延迟角至CA(1)的第一区域中时，进 气VVT机构2000整体的减速比为R(l)。在进气门1100的相位处于从 CA(2) (CA(2)相比CA(1)提前)至最大提前角的第二区域中时，进气VVT 机构2000整体的减速比为R(2) (R(1)>R(2))。
在进气门1100的相位处于从CA(1)至CA(2)的第三区域中时，进气 VVT机构2000整体的减速比以预定改变率((R(2)-R(1))/(CA(2)-CA(1))) 改变。
以下将说明这种可变气门正时设备的进气VVT机构2000的功能。
在要使进气门1100 (进气凸轮轴1120)的相位提前的情况下，操作
电动机2060使引导板2040相对于链轮2010旋转，从而如图10所示使进 气门1100的相位提前。
在进气门1100的相位处于最大延迟角与CA(1)之间的第一区域中的情 况下，以减速比R(l)降低电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋 转的转速，以使进气门1100的相位提前。
在进气门1100的相位处于CA(2)与最大提前角之间的第二区域中的情 况下，以减速比R(2)降低电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋 转的转速，以使进气门1100的相位提前。
在要使进气门1100的相位延迟的情况下，使电动机2060的输出轴相 对于链轮2010沿与要使其相位提前的情况下的方向相反的方向旋转。在 要使该相位延迟的情况下，与要使该相位提前的情况类似，当进气门1100 的相位处于最大延迟角与CA(1)之间的第一区域中时，以减速比R(l)降低 电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的转速，以使该相位延 迟。此外，在进气门1100的相位处于CA(2)与最大提前角之间的第二区域 中时，以减速比R(2)降低电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋 转的转速，以使该相位延迟。
因此，只要电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的方向 相同，则对于最大延迟角与CA(1)之间的第一区域以及CA(2)与最大提前 角之间的第二区域两者都可以使进气门1100的相位提前或延迟。这里， 对于CA(2)与最大提前角之间的第二区域，可以使该相位提前更多或延迟 更多。这样，可以在较宽的范围内改变相位。
此外，由于对于最大延迟角与CA(1)之间的第一区域的减速比较高， 所以为了由随着发动机1000运转而作用在进气凸轮轴1120上的转矩使电 动机2060的输出轴旋转，需要较大的转矩。因此，在例如电动机2060停 机的情况下，即使电动机2060不产生转矩，也可以对由作用在进气凸轮 轴1120上的转矩引起的电动机2060的输出轴的旋转进行限制。因此，可 以限制实际相位从根据控制确定的相位发生改变。
在进气门1100的相位处于CA(1)与CA(2)之间的第三区域中的情况
下，电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的转速以减速比 (该减速比以预定改变率改变)进行减速，这可以造成进气门1100的相 位提前或延迟。
因此，在该相位从第一区域改变到第二区域或从第二区域改变到第一 区域的情况下，相位变化量相对于电动机2060的输出轴与链轮2010之间 的相对旋转的转速可以逐渐增大或减小。以此方式，可以对相位的变化量 的突然阶跃式的改变进行限制，从而限制相位的突然改变。因此，可以改 善控制相位的能力。
参考图11，将说明由对根据本实施例的可变气门正时控制设备进行控 制的ECU4000执行的程序的控制结构。
在步骤(下文中简写为S) 100， ECU 4000使用如上所述的图2所示 的对照图以基于发动机速度NE和进气量KL来确定进气门1100的目标相 位。
在S102， ECU 4000使电动机260操作，使得进气门1100的相位变成 目标相位。
在S104， ECU 4000基于从凸轮位置传感器5010传输的信号，来检测 进气凸轮轴1120的相位，即进气门1100的相位。
在S106， ECU 4000判定进气门1100的相位与目标相位之间的差是否 等于或低于阈值。在进气门1100的相位与目标相位之间的差等于或低于 阈值时(S106为"是")，处理进行到S108。否则(S106为"否")， 处理返回S102。
在S108， ECU 4000判定进气门1100的相位是否处于最大延迟角与 CA(1)之间的第一区域中。如果进气门1100的相位处于第一区域中(S108 为"是")，则处理进行到SllO。否则(S108为"否")，处理进行到 S112。
在SllO， ECU 4000停止对电动机2060供电。在S112， ECU 4000继 续对电动机2060供电以防止电动机2060的输出轴与链轮2010之间发生相 对旋转。更具体地，在继续对电动机2060供电的状态下，进气门1100的 相位变化被停止。
现在将根据上述结构和流程图来说明根据本实施例的可变气门正时设 备的操作。
在发动机1000的运行过程中，使用以上所述的图2所示的对照图，
基于发动机速度NE和进气量KL，确定进气门1100的目标相位 (S100)。电动机2060操作，使得实现此目标相位(S102)。
当进气门1100的相位与目标相位之间的差等于或低于阈值时(S106 为"是")，对进气门1100的相位是否处于最大延迟角与CA(1)之间的第 一区域中进行判定(S108)。
如上所述，在第一区域中(S208为"是")，减速比是较高的。因 此，即使处于电动机2060不产生转矩的状态，电动机2060的输出轴也不 大可能由作用在进气凸轮轴1120上的转矩而旋转。换言之，尽管电动机 2060的输出轴被以与链轮2010相同的转速旋转(被强制旋转)，但不大 可能造成电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转，进气门1100 的相位不大可能变化。
然后，停止对电动机2060供电(S110)。这样，在停止对电动机 2060供电的状态下，可以维持进气门1100的相位。因此可以最终提高燃 料经济性。
另一方面，在第一区域之外(S108为"否")，减速比不高。因此， 在电动机2060不产生转矩的状态下，由作用在进气凸轮轴1120上的转矩 使电动机2060的输出轴相对于链轮2010旋转，因而不能维持进气门1100 的相位。因此，继续对电动机2060供电，以产生不引起电动机2060的输 出轴与链轮2010之间相对旋转的转矩(S112)。
如上所述，在根据本实施例的可变气门正时设备中，在进气门的相位 处于从最大延迟角到CA(1)的第一区域中的情况下，进气VVT机构整体的 减速比是R(l)。在进气门的相位处于从CA(2)到最大延迟角的第二区域中 的情况下，进气VVT机构整体的减速比是小于R(l)的R(2)。因此，在第 二区域中相位能够较宽地变化。此外，如果进气门的相位处于第一区域 中，则即使在电动机不产生转矩的状态下进气门的相位也不太可能改变。 因而，停止对电动机的电力供应。结果，燃料的经济性最终得到提高。
注意，仅在进气门1100的相位是作为第一区域一部分的相位(例
如，最大延迟角的相位)的情况下，可以停止对电动机2060的电力供应 以维持该相位。
代替或者附加于基于从凸轮位置传感器5010传输的信号来检测进气 门1100的相位，可以基于电动机2060的转速(累计的转数)来检测进气 门1100的相位。
第二实施例
以下，将说明本发明第二实施例。本实施例与前述第一实施例不同之 处在于不将进气门1100的目标相位确定在CA(1)和CA(2)之间的第三区 域中。其它结构与前述第一实施例相同。功能也相同。因而，此处将不再 重复其详细的说明。
如图12所示，在用于确定进气门1100的相位(目标相位)的对照图 中，界定在最大延迟角与CA(1)之间的第一区域中的相位和在CA(2)与最 大提前角之间的第二区域中的相位。另一方面，没有界定在CA(1)与CA(2) 之间的第三区域中的相位。
因而，能够受到限制的情况是进气VVT机构2000被控制成相位落 在减速比变化的第三区域中。因而，能够限制的情况是相位被控制在由 于变化的减速比而难以预测相位的变化量的区域中。结果，能够防止相位 精度的劣化。
此外，如图12所示的对照图被形成为进气门1100的相位更频繁地是 在第一区域中的相位。因而，能够通过停止对电动机2060的电力供应来 增大相位得到维持的频度。因而，能够进一步提高燃料经济性。
第三实施例
以下，将说明本发明的第三实施例。本实施例与前述第一实施例不同 在于，在进气门的相位处于从最大延迟角到CA(1)的第一区域中的情况 下，如果发动机速度NE等于或低于阈值NE(O)，则停止对电动机2060的 电力供应以维持相位。其它结构与前述第一实施例相同。功能也相同。因 而，此处将不再重复其详细说明。
参照图13，将说明由控制根据本实施例的可变气门正时设备的ECU4000执行的程序的控制结构。注意，与前述第一实施例相同的处理用相同
的步骤编号表示，并且此处将不再重复其描述。
在S200， ECU 4000基于从曲轴转角传感器5000传输的信号来检测发 动机速度NE。在S202， ECU 4000判定发动机速度NE是否等于或低于阈 值NE(O)。如果发动机速度NE等于或者低于阈值NE(O)(步骤S202为 "是")，则处理进行到SI 10。否则(S202为"否")，处理进行到 S112。
将根据上述结构和流程图来说明根据本实施例的可变气门正时设备的 操作。
在发动机1000的运行过程中，使用以上所述的图2所示的对照图， 基于发动机速度NE和进气量KL，来确定进气门1100的目标相位 (S100)。电动机2060操作，使得实现此目标相位(S102)。
当进气门1100的相位与目标相位之间的差等于或低于阈值时(S106 为"是")，对进气门llOO的相位是否处于最大延迟角与CA(l)之间的第 一区域中进行判定(S108)。
在第一区域中(在S108为"是")，减速比是较高的。因此，即使 处于电动机2060不产生转矩的状态，电动机2060的输出轴也不大可能由 作用在进气凸轮轴1120上的转矩而旋转。换言之，尽管电动机2060的输 出轴以与链轮2010相同的转速旋转(被强制旋转)，但不大可能造成电 动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转，进气门1100的相位不大 可能变化。
然而，如果发动机速度NE较高，即如果进气凸轮轴1120的转速较 高，则较大的转矩会作用在进气凸轮轴1120上。在此情况下，电动机 2060的输出轴可以由作用在进气凸轮轴1120上的转矩而旋转。
因而，检测发动机速度NE (S200)，并且如果检测到的发动机速度 NE等于或低于阈值NE(O)(在S202为"是")，则停止对电动机2060供 电(S110)。
即使进气门1100的相位处于最大延迟角和CA(1)之间的第一区域中 (在S108为"是")，如果发动机速度NE高于阈值NE(O)(在S202为
"否")，则继续对电动机2060供电，以产生使得在电动机2060的输出 轴与链轮2010之间不相对旋转的转矩(S112)。
因而，能够受到限制的情况是在电动机2060的输出轴可以由作用 在进气凸轮轴1120上的转矩而旋转的状态下，停止对电动机2060的电力 供应。因而，能够精确地维持相位。
如上所述，在根据本实施例的可变气门正时设备中，如果发动机速度 NE等于或低于阈值NE(O)，则停止对电动机的电力供应，并且如果发动机 速度NE高于阈值NE(O)，则继续对电动机的电力供应以维持该相位。因 而，在电动机的输出轴可以由作用在进气凸轮轴而旋转的状态下，不停止 对电动机的电力供应，电力供应继续。因而，能够精确地维持相位。
注意，在进气门1100的相位是作为第一区域一部分的相位(例如， 最大延迟角的相位)的情况下，如果发动机速度NE等于或低于阈值 NE(O)，则可以停止对电动机2060的电力供应以维持该相位，并且如果发 动机速度NE高于阈值NE(O),可以继续对电动机2060的电力供应，以维 持该相位。
第四实施例
以下，将说明本发明的第四实施例。本实施例与前述第一实施例不同
在于在进气门的相位是最大延迟角的相位的情况下，如果发动机速度
NE等于或低于阈值NE(O)，则停止对电动机2060的电力供应以维持相
位。其它结构与前述第一实施例相同。功能也相同。因而，此处将不再重 复其详细说明。
参照图14，将说明由控制根据本实施例的可变气门正时设备的ECU 4000执行的程序的控制结构。注意，与前述第一实施例相同的处理用相同 的步骤编号表示，并且此处将不再重复其描述。
在S300， ECU 4000判定进气门1100的相位是否是最大延迟角的相 位，即，在第一区域中最大延迟角的相位。如果进气门1100的相位是最 大延迟角的相位(在S300为"是")，则处理进行到S302。否则(在 S300为"否")，处理进行到S112。
在S302， ECU 4000基于从曲轴转角传感器5000传输的信号来检测发
动机速度NE。在S304， ECU4000判定发动机速度NE是否等于或低于阈 值NE(O)。如果发动机速度NE等于或低于阈值NE(O)(在S304为 "是")，则处理进行到SllO。否则(在S304为否)，处理进行到 S112。
在发动机1000的运行过程中，使用以上所述的图2所示的对照图， 基于发动机速度NE和进气量KL，确定进气门1100的目标相位 (S100)。电动机2060操作，使得实现此目标相位(S102)。
当进气门1100的相位与目标相位之间的差等于或低于阈值时(在 S106为"是")，对进气门1100的相位是否是最大延迟角的相位进行判 定(S300)。
最大延迟角的相位是在第一区域中的相位。如上所述，由于在第一区 域中减速比是较高的，所以即使处于电动机2060不产生转矩的状态，电 动机2060的输出轴也不大可能由作用在进气凸轮轴1120上的转矩而旋 转。换言之，尽管电动机2060的输出轴以与链轮2010相同的转速旋转 (被强制旋转)，但不大可能造成电动机2060的输出轴与链轮2010之间 的相对旋转，进气门1100的相位不大可能变化。
然而，如果发动机速度NE较高，即如果进气凸轮轴1120的转速较 高，则较大的转矩会作用在进气凸轮轴1120上。在此情况下，电动机 2060的输出轴可以由作用在进气凸轮轴1120上的转矩而旋转。
因而，检测发动机速度NE (S200)，并且如果检测到的发动机速度 NE等于或低于阈值NE(O)(在S304为"是")，则停止对电动机2060供 电(S110)。
即使进气门IIOO的相位是最大延迟角的相位(在S300为"是")， 如果发动机速度NE高于阈值NE(O)(在S304为"否")，则继续对电动 机2060供电，以产生使得在电动机2060的输出轴与链轮2010之间不相对 旋转的转矩(S112)。在本实施例中，继续对电动机2060的电力供应， 使得控制销2034压靠引导槽2042的端部，由此将相位维持在最大延迟角 的相位处。
因而，能够受到限制的情况是在电动机2060的输出轴可以由作用 在进气凸轮轴1120上的转矩而旋转的状态下，停止对电动机2060的电力 供应。因而，能够精确地维持相位。
如上所述，在根据本实施例的可变气门正时设备中，如果发动机速度 NE等于或低于阈值NE(O)，则停止对电动机的电力供应，并且如果发动机 速度NE高于阈值NE(O)，则继续对电动机的电力供应以维持该相位。因 而，在电动机的输出轴可以由作用在进气凸轮轴而旋转的状态下，不停止 对电动机的电力供应，电力供应继续。因而，能够精确地维持相位。
注意，这里所公开的实施例在所有方面都是示意性而非限制性的。本 发明的范围由各项权利要求而不是上述说明来限定，并因此意图将落在各 项权利要求的等同方案的含义和范围内的所有改变包含在内。
权利要求
1. 一种可变气门正时设备，其改变进气门(1100)和排气门(1110)中至少任何一者的开启/关闭正时，所述可变气门正时设备包括致动器(2060)，其操作所述可变气门正时设备；改变机构(2000，3000)，其在所述开启/关闭正时处于第一区域中的情况下相对于所述致动器(2060)的操作量以第一变化量改变所述开启/关闭正时，并在所述开启/关闭正时处于与所述第一区域不同的第二区域中的情况下相对于所述致动器(2060)的操作量以第二变化量改变所述开启/关闭正时，所述第二变化量大于所述第一变化量；以及操作单元(4000)，其中，所述操作单元(4000)通过控制对所述致动器(2060)的电力供应来控制所述开启/关闭正时，并且在所述开启/关闭正时处于所述第一区域中的情况下，通过停止对所述致动器(2060)的电力供应来控制所述开启/关闭正时，使得所述开启/关闭正时得到维持。
2. 根据权利要求1所述的可变气门正时设备，其中， 除了在所述开启/关闭正时处于所述第一区域中的情况下相对于所述致动器(2060)的操作量以所述第一变化量改变所述开启/关闭正时，并在所 述开启/关闭正时处于所述第二区域中的情况下相对于所述致动器(2060) 的操作量以所述第二变化量改变所述开启/关闭正时之外，所述改变机构 (2000， 3000)还在所述开启/关闭正时处于与所述第一区域和所述第二区 域不同的第三区域中的情况下，根据所述致动器(2060)的操作量改变所 述开启/关闭正时，使得所述致动器(2060)的操作量和所述开启/关闭正 时的变化量之间的比率变化，并且所述操作单元(4000)将所述开启/关闭正时的目标正时设定在所述第 一区域、所述第二区域和所述第三区域中除了所述第三区域以外的区域 中，并控制所述开启/关闭正时使得所述开启/关闭正时变为所述目标正 时。
3. 根据权利要求1所述的可变气门正时设备，其中，所述第一区域是相对于所述第二区域延迟的区域。
4. 根据权利要求1所述的可变气门正时设备，其中，所述可变气门正时设备通过使连接到内燃机(1000)的输出轴的凸轮 轴(1120， 1130)旋转来改变所述开启/关闭正时，并且在所述开启/关闭正时处于所述第一区域中的情况下，如果所述内燃机 (1000)的转速低于预定转速，则所述操作单元(4000)通过停止对所述 致动器(2060)的电力供应来控制所述开启/关闭正时，使得所述开启/关 闭正时得到维持，并且如果所述内燃机(1000)的转速高于所述预定转 速，则所述操作单元(4000)通过向所述致动器(2060)提供电力供应来 控制所述开启/关闭正时，使得所述开启/关闭正时得到维持。
5. 根据权利要求1所述的可变气门正时设备，其中， 所述可变气门正时设备通过使连接到内燃机(1000)的输出轴的凸轮轴(1120， 1130)旋转来改变所述开启/关闭正时，并且在所述开启/关闭正时是在所述第一区域中的最大延迟正时的情况下， 如果所述内燃机(1000)的转速低于预定转速，则所述操作单元(4000) 通过停止对所述致动器(2060)的电力供应来控制所述开启/关闭正时，使 得所述开启/关闭正时得到维持，并且如果所述内燃机(1000)的转速高于 所述预定转速，则所述操作单元(4000)通过向所述致动器(2060)提供 电力供应来控制所述开启/关闭正时，使得所述开启/关闭正时得到维持。
6. —种用于可变气门正时设备的控制方法，所述可变气门正时设备改 变进气门(1100)和排气门(1110)中至少任何一者的开启/关闭正时，所 述可变气门正时设备包括致动器(2060)和改变机构(2000， 3000)，所 述致动器(2060)操作所述可变气门正时设备，所述改变机构(2000， 3000)在所述开启/关闭正时处于第一区域中的情况下相对于所述致动器(2060)的操作量以第一变化量改变所述开启/关闭正时，并在所述开启/ 关闭正时处于与所述第一区域不同的第二区域中的情况下相对于所述致动 器(2060)的操作量以第二变化量改变所述开启/关闭正时，所述第二变化 量大于所述第一变化量，所述控制方法包括以下步骤通过控制对所述致动器(2060)的电力 供应来控制所述开启/关闭正时，所述控制所述开启/关闭正时的步骤包括以下步骤在所述开启/关闭 正时处于所述第一区域中的情况下，通过停止对所述致动器(2060)的电 力供应来控制所述开启/关闭正时，使得所述开启/关闭正时得到维持。
7. 根据权利要求6所述的用于可变气门正时设备的控制方法，其中，除了在所述开启/关闭正时处于所述第一区域中的情况下相对于所述致动器(2060)的操作量以所述第一变化量改变所述开启/关闭正时，并在所述开 启/关闭正时处于所述第二区域中的情况下相对于所述致动器(2060)的操 作量以所述第二变化量改变所述开启/关闭正时之外，所述改变机构(2000， 3000)还在所述开启/关闭正时处于与所述第一区域和所述第二区 域不同的第三区域中的情况下，根据所述致动器(2060)的操作量改变所 述开启/关闭正时，使得所述致动器(2060)的操作量和所述开启/关闭正 时的变化量之间的比率变化，所述控制方法还包括以下步骤:将所述开启/关闭正时的目标正时设定 在所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域中除了所述第三区域以外 的区域中，并且所述控制所述开启/关闭正时的步骤包括以下步骤控制所述开启/关 闭正时使得所述开启/关闭正时变为所述目标正时。
8. 根据权利要求6所述的用于可变气门正时设备的控制方法，其中， 所述第一区域是相对于所述第二区域延迟的区域。
9. 根据权利要求6所述的用于可变气门正时设备的控制方法，其中， 所述可变气门正时设备通过使连接到内燃机(1000)的输出轴的凸轮轴(1120， 1130)旋转来改变所述开启/关闭正时，并且在所述开启/关闭正时处于所述第一区域中的情况下，所述控制所述开 启/关闭正时的步骤包括以下步骤如果所述内燃机(1000)的转速低于预 定转速，则通过停止对所述致动器(2060)的电力供应来控制所述开启/关 闭正时，使得所述开启/关闭正时得到维持，并且如果所述内燃机(1000) 的转速高于所述预定转速，则通过向所述致动器(2060)提供电力供应来 控制所述开启/关闭正时，使得所述开启/关闭正时得到维持。
10. 根据权利要求6所述的用于可变气门正时设备的控制方法，其中，所述可变气门正时设备通过使连接到内燃机(1000)的输出轴的凸轮 轴(1120， 1130)旋转来改变所述开启/关闭正时，并且在所述开启/关闭正时是在所述第一区域中的最大延迟正时的情况下， 所述控制所述开启/关闭正时的步骤包括以下步骤如果所述内燃机 (1000)的转速低于预定转速，则通过停止对所述致动器(2060)的电力 供应来控制所述开启/关闭正时，使得所述开启/关闭正时得到维持，并且 如果所述内燃机(1000)的转速高于所述预定转速，则通过向所述致动器 (2060)提供电力供应来控制所述开启/关闭正时，使得所述开启/关闭正 时得到维持。
11. 一种可变气门正时设备，其改变进气门(1100)和排气门 (1110)中至少任何一者的开启/关闭正时，所述可变气门正时设备包括致动器(2060)，其操作所述可变气门正时设备；改变机构(2000， 3000)，其在所述开启/关闭正时处于第一区域中的 情况下相对于所述致动器(2060)的操作量以第一变化量改变所述开启/关 闭正时，并在所述开启/关闭正时处于与所述第一区域不同的第二区域中的 情况下相对于所述致动器(2060)的操作量以第二变化量改变所述开启/关 闭正时，所述第二变化量大于所述第一变化量；以及控制装置(4000)，其用于通过控制对所述致动器(2060)的电力供 应来控制所述开启/关闭正时，所述控制装置(4000)包括用于如下控制的装置在所述开启/关闭正 时处于所述第一区域中的情况下，通过停止对所述致动器(2060)的电力 供应来控制所述开启/关闭正时，使得所述开启/关闭正时得到维持。
12. 根据权利要求11所述的可变气门正时设备，其中， 除了在所述开启/关闭正时处于所述第一区域中的情况下相对于所述致动器(2060)的操作量以所述第一变化量改变所述开启/关闭正时，并在所 述开启/关闭正时处于所述第二区域中的情况下相对于所述致动器(2060) 的操作量以所述第二变化量改变所述开启/关闭正时之外，所述改变机构(2000， 3000)还在所述开启/关闭正时处于与所述第一区域和所述第二区 域不同的第三区域中的情况下，根据所述致动器(2060)的操作量改变所 述开启/关闭正时，使得所述致动器(2060)的操作量和所述开启/关闭正 时的变化量之间的比率变化，所述可变气门正时设备还包括设定装置(4000)，所述设定装置用于 将所述开启/关闭正时的目标正时设定在所述第一区域、所述第二区域和所 述第三区域中除了所述第三区域以外的区域中，并且所述控制装置(4000)包括用于控制所述开启/关闭正时使得所述开启 /关闭正时变为所述目标正时的装置。
13. 根据权利要求11所述的可变气门正时设备，其中，所述第一区域 是相对于所述第二区域延迟的区域。
14. 根据权利要求11所述的可变气门正时设备，其中， 所述可变气门正时设备通过使连接到内燃机(1000)的输出轴的凸轮轴(1120， 1130)旋转来改变所述开启/关闭正时，并且在所述开启/关闭正时处于所述第一区域中的情况下，所述控制装置(4000)还包括用于如下控制的装置如果所述内燃机(1000)的转速低 于预定转速，则通过停止对所述致动器(2060)的电力供应来控制所述开 启/关闭正时，使得所述开启/关闭正时得到维持，并且如果所述内燃机(1000)的转速高于所述预定转速，则通过向所述致动器(2060)提供电 力供应来控制所述开启/关闭正时，使得所述开启/关闭正时得到维持。
15. 根据权利要求11所述的可变气门正时设备，其中， 所述可变气门正时设备通过使连接到内燃机(1000)的输出轴的凸轮轴(1120， 1130)旋转来改变所述开启/关闭正时，并且在所述开启/关闭正时是在所述第一区域中的最大延迟正时的情况下， 所述控制装置(4000)包括用于如下控制的装置如果所述内燃机(1000)的转速低于预定转速，则通过停止对所述致动器(2060)的电力 供应来控制所述开启/关闭正时，使得所述开启/关闭正时得到维持，并且 如果所述内燃机(1000)的转速高于所述预定转速，则通过向所述致动器(2060)提供电力供应来控制所述开启/关闭正时，使得所述开启/关闭正时得到维持。
全文摘要
ECU执行包括下述步骤的程序如果进气门的相位处于最大延迟角和CA(1)之间的第一区域中(在S108为“是”)，则停止对电动机的电力供应。在进气门的相位处于第一区域中的情况下，电动机的输出轴和链轮之间的相对旋转的转速以减速比R(1)减小，由此改变进气门的相位。在进气门的相位处于CA(2)和最大延迟角之间的第二区域中的情况下，该相对旋转的转速以减速比R(2)减小(R(2)＞R(1))，由此改变进气门的相位。
文档编号F01L1/352GK101389830SQ20078000633
公开日2009年3月18日 申请日期2007年2月7日 优先权日2006年2月22日
发明者井上靖通, 守谷嘉人, 漆畑晴行, 益城善一郎 申请人:丰田自动车株式会社