可变气门正时设备和用于其的控制方法

专利名称：可变气门正时设备和用于其的控制方法
技术领域：
本发明涉及可变气门正时设备和用于其的控制方法。更具体而言，本 发明涉及可变气门正时设备，其使用的致动器以根据命令值的转矩工作来 改变气门被开启/关闭的正时，并且本发明涉及用于这种设备的控制方法。
背景技术：
传统上已知VVT (可变气门正时)，VVT根据运行状况来改变进气 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 诸如液压机构或电动机之类的致动器来使凸轮轴旋转。具体地，在电动机 用来使凸轮轴旋转的情况下，与以液压的方式使凸轮轴旋转的情况相比， 难以获得用于使凸轮轴旋转的转矩。因而，在电动机用来使凸轮轴旋转的 情况下，由减速器机构等降低电动机的输出轴的转速，由此使凸轮轴旋 转。在此情况下，相位改变的程度受到减速器机构的限制。
日本专利早期公开No. 2004-150397公开了一种相位改变的自由程度 较大的气门正时调节装置。在日本专利公开No. 2004-150397中公开的气 门正时调节装置设置于用于将来自内燃机的驱动轴的驱动转矩传递到用于 开启和关闭进气门和排气门中至少一者的从动轴的传递系统，以调节进气 门和排气门中至少一者被开启和关闭的正时。这种气门正时调节装置包 括第一旋转器，其通过来自驱动轴的驱动转矩绕旋转中心线旋转；第二 旋转器，其与第一转子的旋转一起沿着与第一转子相同方向绕该旋转中心 线旋转，以使从动轴同步旋转，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构件离旋转中心线的径向 距离。第一转子具有第一孔，第一孔形成第一轨道，第一轨道延伸成使其 离旋转中心线的径向距离变化。第一孔与经过第一轨道的控制构件接触，
7第一孔与控制构件之间的接触发生在第一孔的两侧，第一转子向这两侧旋 转。第二转子具有第二孔，第二孔形成第二轨道，第二轨道延伸成使其离 旋转中心线的径向距离变化并与经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，第二转子向这两侧旋转。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。
根据该文献公开的气门正时调节装置，第一转子的第一孔形成第一轨 道并与经过第一轨道的控制构件接触，第一轨道延伸成使其离旋转中心线 的径向距离变化，第一孔与控制构件之间的接触发生在第一孔的两侧，第 一转子向这两侧旋转。此外，第二转子的第二孔形成第二轨道并与经过第 二轨道的控制构件接触，第二轨道延伸成使其离旋转中心线的径向距离变 化，第二孔与控制部件之间的接触发生在第二孔的两侧，第二转子向这两 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，在控制装置要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 构件既经过第一轨道又经过第二轨道，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。通过使第一轨道和第二轨道延伸以使它们离旋转 中心线的径向距离变化，在确定轨道的长度和相互倾斜方面实现了相对的 自由度。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，因而增大了设定从动轴相对于驱动轴的相位改变程度的自由度。
然而，如日本专利早期公开No. 2004-150397中公开的气门正时调节 装置所做的那样，如果电动机用作致动器，则考虑到例如电力消耗和发热 而必须控制电动机。此外，由于取决于VVT的机械结构确定例如与最大 延迟角对应的相位，电动机必须被控制以不损坏VVT。但是，日本专利早 期公开No. 2004-150397没有包括关于考虑到这些因素的控制的任何描 述。
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发明内容
本发明的目的是提供一种能抑制机械损坏、电力消耗和发热的可变气 门正时设备等。
根据本发明的可变气门正时设备改变进气门和排气门中至少一者的开 启和关闭正时。可变气门正时设备包括致动器，其以对于越大的命令值 就越大的转矩工作，从而使所述可变气门正时设备工作；以及运算单元。 运算单元控制命令值，使得根据所述可变气门正时设备的工作状态来改变
所述命令值的上限。
根据该可变气门正时设备，使可变气门正时设备工作的致动器以对于 越大的命令值就越大的转矩工作。命令值由运算单元控制。根据可变气门 正时设备的工作状态改变命令值的上限。因而，通过提供更小的上限，能 约束致动器过大的转矩。因而，能约束致动器的转矩以抑制由于致动器的 工作对VVT的损坏，并抑制致动器的电力消耗和发热。因而，可以提供 一种能够抑制机械损坏、电力消耗和发热的可变气门正时设备。
优选地，运算单元在第一控制模式下控制命令值，在第二控制模式下 以允许命令值大于在第一控制模式中被控制的命令值的方式控制命令值， 并根据可变气门正时设备的工作状态选择第一控制模式和第二控制模式中 一者以改变命令值的上限。
根据该可变气门正时设备，根据可变气门正时设备的工作状态选择第 一控制模式和第二控制模式中的一者以改变命令值的上限。第二控制模式 能提供比第二控制模式的命令值大的命令值。即，在第一控制模式下的命 令值的上限小于在第二控制模式下的命令值的上限。因而，例如在选择第 一控制模式时，能约束致动器过大的转矩。因而，能约束致动器的转矩以 抑制由于致动器的工作对VVT的损坏，并抑制致动器的电力消耗和发 热。结果，能抑制机械损坏、电力消耗和发热。
还优选地，运算单元在开启和关闭正时处于第一区域中时选择第一控 制模式，并且在开启和关闭正时处于相对于第一区域提前的第二区域中时 选择第二控制模式。
9根据该可变气门正时设备，在开启和关闭正时处于第一区域中的情况 下，选择第一控制模式。在开启和关闭正时处于相对于第一区域提前的第 二区域中的情况下选择第二控制模式。因而，当要延迟开启和关闭正时 时，可以进行从第二控制模式到第一控制模式的改变。因而，当开启和关 闭正时要延迟到由于可变气门正时设备的结构限制而不能改变开启和关闭 正时的最大延迟角的正时时，能抑制致动器的转矩。结果，能抑制对可变 气门正时设备的损坏并能抑制当开启和关闭正时保持在最大延迟角时的电 力消耗和发热。
还优选地，第一控制模式是反馈控制模式，并且第二控制模式是反馈 控制模式。
根据该可变气门正时设备，能使用反馈控制模式来精确地控制命令值。
还优选地，第一控制模式是前馈控制模式，并且第二控制模式是前馈 控制模式。
根据该可变气门正时设备，能使用前馈控制模式来精确地控制命令值。
还优选地，第一控制模式是前馈控制模式，并且第二控制模式是反馈 控制模式。
根据该可变气门正时设备，能使用前馈控制模式和反馈控制模式来精 确地控制命令值。
还优选地，第一控制模式是反馈控制模式，并且第二控制模式是前馈 控制模式。
根据该可变气门正时设备，能使用反馈控制模式和前馈控制模式来精 确地控制命令值。
还优选地，可变气门正时设备还包括驱动器单元，其驱动致动器，使 得当命令值越大时，致动器以越大的转矩工作。命令值从运算单元输出到 驱动器单元。
根据该可变气门正时设备，对于将命令值从运算单元输出到用于驱动 致动器的驱动器单元的可变气门正时设备，能抑制机械损坏、电力消耗和发热。
还优选地，命令值是电压。
根据该可变气门正时设备，对于具有以根据电压的力来进行工作的致 动器的可变气门正时设备，能抑制机械损坏、电力消耗和发热。 还优选地，命令值是电流。
根据该可变气门正时设备，对于具有以根据电流的力来进行工作的致 动器的可变气门正时设备，能抑制机械损坏、电力消耗和发热。


图1是示出其上安装根据本发明实施例的可变气门正时设备的车辆的 发动机的构造的示意图。
图2示出了限定进气门的相位的对照图。
图3是示出进气VVT机构的横截面。 图4是沿着图3中的A-A所取的横截面。 图5是沿着图3中的B-B所取的(第一)横截面。 图6是沿着图3中的B-B所取的(第二)横截面。 图7是沿着图3中的C-C所取的横截面。 图8是沿着图3中的D-D所取的横截面。 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是示出了由图1中的ECU执行的程序的控制结构的(第一)流 程图。
图12是示出了由图1中的ECU执行的程序的控制结构的(第二)流 程图。
具体实施例方式
参考附图，下面对本发明的实施例进行说明。在下面的说明中，相似 的元件由相似的附图标记表示。它们也使用相同的名称并起相同作用。因 此将不再对其重复进行详细说明。参考图1，对车辆的发动机给出说明，在该发动机上安装有根据本发 明实施例的可变气门正时设备。
发动机1000是V型8缸发动机，具有"A"气缸列1010和"B"气 缸列1012， "A"气缸列和"B"气缸列各包括一组四个气缸。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。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的喷射孔设在气缸1040内。
燃料在进气冲程中被喷射。燃料喷射正时不限于进气冲程。此外，在 本实施例中，发动机1000被描述为直喷发动机，其具有的喷射器1050的 喷射孔布置在气缸1040内。但是，除了直喷喷射器1050外，也可以设置 进气口喷射器。而且也可以只设置进气口喷射器。
气缸1040中的空气燃料混合物被火花塞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。空气燃料混合物被燃烧以下压活塞1080，从而使曲轴1090 旋转。
进气门1100和排气门1110设在气缸1040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由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 法不限于前述这种。
由电动机2060 (图1中未示出)使进气VVT机构2000工作。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以液压方式工作。这里，进气VVT机构2000也 可以以液压方式工作，而可以由电动机使排气VVT机构3000工作。
表示曲轴1090的转速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(相位在旋转方向上的凸轮轴位置)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。从凸轮位置传感器5010还输入表示进气凸轮轴1120和排气凸轮轴 1130的各自转速的信号。
此外，表示发动机1000的水温(冷却剂温度)的信号从冷却剂温度 传感器5020输入到ECU 4000，表示发动机1000的进气量(吸入或取入 发动机1000的空气的量)的信号从气流计5030输入到ECU 4000。
此外，表示电动机2060的输出轴的转速的信号从转速传感器5040输 入到ECU 4000。
基于从传感器输入的这些信号以及存储在存储器(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以所期望的运行作状态运行。
在本实施例中，ECU 4000基于图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转速NE和进气量KL作为参数。存储了多 个用于各个冷却剂温度的对照图来确定进气门1100的相位。
下面将进一步说明进气VVT机构2000。这里，排气VVT机构3000 可以与如下所述进气VVT机构2000相同地构造。
如图3所示，进气VVT机构2000由链轮2010、凸轮板2020、连杆 机构2030、引导板2040、减速器2050和电动机2060构成。
链轮2010经过链条等连接到曲轴1090。链轮2010的转速是曲轴 1090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，
13并可相对于链轮2010旋转。
凸轮板2020利用销(1) 2070连接到进气凸轮轴1120。凸轮板2020在链轮2010的内侧与进气凸轮轴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A-A所取的横截面，如图4所示，链轮2010内设有一对臂(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所取的横截面，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由臂(2) 2032连接。
臂(2) 2032被支撑为使得该臂能够绕销(3) 2074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，从而改变进气门1100的相位。这样，即使这对连杆机构2030之一由于任何损坏等的原因而断裂，也可以用另一连杆机构来改变进气门1100的相位。
再参考图3，控制销2034设在各个连杆机构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在引导板2040中设置的引导槽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所取的横截面，如图7所示，引导槽2042被形成为螺旋形状，因而引导板2040的旋转使各个控制销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的轴向中心沿径向偏移越大，进气门1100的相位延迟程度就越大。换言之，相位的改变量具有与由控制销2034的径向偏移所产生的连杆机构2030的操作量相对应的值。可选地，也可以是控制销2034从引导板2040的轴向中心沿径向偏移越大，进气门1100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与引导槽2042的端部抵靠时的相位是最大延迟角或最大提前角。
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由外齿齿轮2052和内齿齿轮2054组成。外齿齿轮2052相对于链轮2010固定，因而该齿轮与链轮2010 —起旋转。
内齿齿轮2054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。内齿齿轮2054被支撑为可绕耦合器(coupling) 2062的偏心轴线2066旋转，所述耦合器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所取的横截面。内齿齿轮2054被设置为使其部分齿与外齿齿轮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，耦合器2062和内齿齿轮2054以与外齿齿轮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1100的相位得以保持。
在电动机2060使耦合器2062绕轴心2064相对于外齿齿轮2052旋转时，在内齿齿轮2054绕偏心轴线2066自转的同时，内齿齿轮2054作为整体相应地绕轴心2064公转。内齿齿轮2054的旋转运动使引导板2040相对于链轮2010旋转，从而进气门1100的相位被改变。
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，使进气门1100的相位改变。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作为总体的减速比(电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的转速与相位改变量的比率)可以具有根据进气门1100的相位的值。在本实施例中，减速比越高，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而言的相位的变化量就越小。
在进气门1100的相位处于从最大延迟角至CA(1)的延迟区域中的情况下，进气VVT机构2000总体的减速比为R(l)。在进气门1100的相位处于从CA(2) (CA(2)比CA(1)提前)至最大提前角的提前区域中的情况下，进气VVT机构2000总体的减速比为R(2) (R(1)>R(2))。
在进气门1100的相位处于从CA(1)至CA(2)之间的中间区域中的情况下，进气VVT机构2000总体的减速比以预定改变率((R(2)-R(1))/(CA(2)-CA(l)))改变。
下面将说明这种可变气门正时设备的进气VVT机构2000的工作。
在要使进气门1100 (进气凸轮轴1120)的相位提前的情况下，使电动机2060工作，以使引导板2040相对于链轮2010旋转，从而如图10所示使进气门IIOO的相位提前。
在进气门IIOO的相位处于最大延迟角与CA(1)之间的延迟区域中的情况下，电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的转速被以减速比R(1)降低，以使进气门IIOO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提前区域中的情况下，电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的转速被以减速比R(2)降低，以使进气门IIOO的相位提前。
在要使进气门UOO的相位延迟的情况下，使电动机2060的输出轴沿与要使其相位提前的情况下的方向相反的方向相对于链轮2010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下类似，当进气门1100的相位处于最大延迟角与CA(1)之间的延迟区域中时，电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的转速被以减速比R(l)降低，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提前区域中时，电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的转速被以减速比R(2)降低，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)之间的延迟区域以及CA(2)与最大提前
16角之间的提前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提前区域，可以使该相位提前更多或延迟
更多。这样，可以在较宽的范围上改变相位。
此外，由于对于最大延迟角与CA(1)之间的延迟区域，减速比较大，所以为了通过在发动机1000运行时作用在进气凸轮轴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，也可以限制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。因此，可以限制实际相位从在控制下确定的相位发生改变。
在进气门1100的相位处于CA(1)与CA(2)之间的中间区域中的情况下，电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的转速被以以预定改变率改变的减速比减速，这可能造成进气门IIOO的相位提前或延迟。
因此，在该相位从延迟区域改变到提前区域或从提前区域改变到延迟区域的情况下，相位改变量，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，能够被逐渐增大或减小。这样，可以限制相位的变化量的突然改变，从而限制相位的突然改变。因此，可以改善控制相位的能力。
再参照图3，电动机2060被ECU 4000通过EDU (电子驱动器单元)4002占空控制。此处"占空控制"是指通过设定占空比(其是EDU 4002的开关元件(未示出)的开时段的比率)由此使开关元件以此占空比工作来对电动机2060的工作电压进行的控制。
换言之，电动机2060的工作电压是根据此占空比确定的电压。占空比越高，工作电压就越高。工作电压越高，由电动机2060产生的转矩就越大。此外，工作电流越高，电动机2060产生的转矩就越大。
表示由ECU 4000设定的占空比的信号被输出到EDU 4002。 EDU4002然后根据占空比输出电压，并因而驱动电动机2060。
代替设定占空比，可以直接设定电动机2060的工作电压或者工作电流。在此情况下，可以使用设定的工作电压或者工作电流来驱动电动机2060。电动机2060的转速是根据由电动机2060产生的转矩所确定的转速。电动机2060的转速由转速传感器5040检测，并且表示检测结果的信号传输到ECU 4000。
参照图11，描述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。以下描述的程序以具有预定的时段的周期重复执行。
在步骤(以下简写为S) 100， ECU 4000使用以上所述的图2的对照图以基于发动机转速NE和进气量KL确定进气门1100的目标相位。
在S102， ECU 4000判定所确定的目标相位是否为能被进气VVT机构2000实施的相位中的延迟到最大程度的相位(以下还称为最大延迟相位)。当目标相位是最大延迟相位(在S102中为"是")时，此处理进行到S104。否则(在S102中为"否")，处理进行到S202。
在S104， ECU 4000基于从凸轮位置传感器5010传输的信号检测进气凸轮轴1120的相位，即，进气门1100的相位。
在S106， ECU 4000判定进气门IIOO的相位是否为相对于阈值CA(FF)延迟的相位。当进气门1100的相位是相对于阈值CA(FF)延迟的相位(在S106中为"是")时，处理进行到S200。否则(在S106中为"否")，处理进行到S202。
在S200中，ECU 4000通过前馈控制来控制电动机2060。在前馈控制下，预定的占空命令值(命令EDU 4002所要具有的占空比)传输到EDU4002。
在本实施例中，在前馈控制下传输到EDU 4002的占空命令值被设定为以上如图7所示在控制销2034抵靠进气VVT机构2000的引导槽2042的端部时不会引起进气VVT机构2000损坏的值。预先通过实验、模拟等方法设定该占空命令值。
在S202， ECU 4000通过反馈控制控制电动机2060。参照图12，描述当ECU 4000通过反馈控制来控制电动机2060时由ECU 4000执行的程序的控制结构。此程序以具有预定时段的周期重复执行。
18在S300， ECU 4000基于从凸轮位置传感器5010传输的信号检测进气 凸轮轴1120的转速和相位(进气门1100的相位)。在S302， ECU 4000 计算目标相位与所检测的相位之间的差值ACA。
在S304， ECU 4000基于目标相位和所检测的相位之间的差值ACA计 算电动机2060的输出轴与链轮2010之间的转速差(输出轴与链轮之间的 相对旋转的转速)的要求值(此要求值以下称为"要求转速差")。例如 使用以ACA作为参数来准备的对照图计算要求转速差。计算要求转速差 的方法不限于以上所述的那种。
在S306， ECU 4000计算电动机2060的输出轴的转速的要求值(以下 称为要求转速)。通过确定在S304中计算的要求转速差和进气凸轮轴 1120的转速之和来计算要求转速。
在S308， ECU 4000基于要求转速计算电动机2060的基础占空比。将 基础占空比计算为使得要求转速越高，所计算出的基础占空比的值越 大。使用例如以要求转速作为参数准备的对照图计算基础占空比。计算基 础占空比的方法不限于以上所述的那种。
在S310， ECU 4000基于从转速传感器5040传输的信号检测电动机 2060的输出轴的转速。在S312， ECU 4000计算输出轴的要求转速和所检 测的转速之间的转速差AN。
在S314， ECU 4000基于输出轴的要求转速和所检测的转速之间的转 速差AN来计算电动机2060的校正占空比。例如通过转速差乘以校正因子 K来计算校正占空比。计算校正占空比的方法不限于以上所述的那种。
在S316, ECU 4000通过计算基础占空比和校正占空比之和来计算电 动机2060的占空命令值。此占空命令值可以具有比以上所述的S200中的 占空命令值更大的值。换言之，此占空命令值具有更高的上限。
在S318， ECU 4000将占空命令值传输到EDU 4002。 S口 ，电动机 2060以根据占空命令值确定的电压工作。
基于以上所述的结构和流程图，根据本实施例来描述可变气门正时设 备的工作。
在发动机1000运行时，以上所述的图2所示的对照图被用来基于发动机转速NE和进气量KL确定进气门1100的目标相位(S100)。当所确 定的目标相位不是最大延迟相位(在S102中为"否")时，以反馈控制 来控制电动机2060 (S202)并因而控制进气门IIOO的相位。
具体地，基于从凸轮位置传感器5010传输的信号，检测进气凸轮轴 1120的转速和相位(进气门1100的相位)(S300)。
计算目标相位和所检测的相位之间的差ACA (S302)。基于ACA， 计算电动机2060的输出轴与链轮2010之间的要求转速差(S304)。
确定要求转速差和进气凸轮轴1120的转速之和以计算电动机的输出 轴的要求转速(S306)。基于要求转速，计算电动机2060的占空比 (S308)。
此外，基于从转速传感器5040传输的信号，检测电动机2060的输出 轴转速(S310)并计算要求转速与所检测的输出轴转速之间的转速差AN
(S312)。基于此转速差AN，计算电动机2060的校正占空比(S314)， 并确定基础占空比和校正占空比之和以计算电动机2060的占空命令值
(S316)。
这样计算的占空命令值传输到EDU 4002 (S318)。因而，电动机 2060以根据占空命令值确定的电压工作。因而，借助于反馈控制，能精确 地控制进气门1100的相位。
当所确定的目标相位是最大延迟相位(在S102中为"是")并且进 气门IIOO的相位是相对于阈值CA(FF廣前的相位(在S106中为"否") 时，反馈控制用来控制进气门1100的相位，即如在所确定的目标相位不 是最大延迟相位(S102中为"否")的情况下那样控制占空命令值。
相反，当所确定的目标相位是最大延迟相位(在S102中为"是") 并且进气门1100的相位是相对于阈值CA(FF)延迟的相位(在S106中为 "是")时，通过反馈控制的相位控制不一定是优选的。
具体地，在由反馈控制确定的占空命令值被用来使电动机2060工作 的情况下，电动机2060的输出转矩会过大，而在进气VVT机构2000的 控制销2034抵靠引导槽2042的端部时引起进气VVT机构2000的损坏。
因而，当所确定的目标相位是最大延迟相位(在S102中为"是")
20并且进气门1100的相位是相对于阈值CA(FF)延迟的相位(在S106中为 "是")时，通过前馈控制(S200)代替反馈控制来控制电动机2060，以 控制相位。
具体地，将预先设定到不使进气VVT机构2000被损坏的值的占空命 令值传输到EDU 4002。换言之，传输比在进气门IIOO具有相对于阈值 CA(FF)提前的相位的情况下确定的占空命令值的上限小的占空命令值。
因而，抑制了当进气VVT机构2000的控制销2034抵靠引导槽2042 的端部时发生的冲击。此外，当相位保持在最大延迟相位时，能抑制电动 机的电力消耗和发热。
如上所述，根据本实施例的可变气门正时设备，当所检测的相位是相 对于阈值CA(FF)延迟的相位时传输到EDU的占空命令值小于在所检测的 相位是相对于阈值CA(FF)提前的相位的情况下确定的占空命令值的上 限。因而，能抑制了当进气VVT机构的控制销抵靠引导槽的端部时发生 的冲击。此外，当相位保持在最大延迟相位时，能抑制电动机的电力消耗 和发热。因而，能抑制对进气VVT机构的损坏以及电动机的电力消耗和 发热。
代替在所检测的相位是相对于阈值CA(FF)延迟的相位的情况下将占 空命令值为比在所检测的相位是相对于阈值CA(FF)提前的相位的情况下 设定的占空命令值的上限更小的值的方式，当满足预定条件时设定的占空 命令值可以设定成小于当不满足该条件时占空命令值的上限、
此外，可以根据进气门1100的相位来改变在所检测的相位是相对于 阈值CA(FF)延迟的相位的情况下确定的占空命令值。在此情况下，在所 检测的相位是相对于阈值CA(FF)的延迟相位的情况下确定的占空命令值 的上限可以设定为小于在所检测的相位是相对于阈值CA(FF)提前的相位 的情况下确定的占空命令值的上限。
其它实施例
在所检测的相位是相对于阈值的延迟相位的情况和所检测的相位是相 对于阈值的提前相位的情况这两种情况下，都可以通过前馈控制来控制相 位(即，占空命令值)，使得在所检测的相位是相对于阈值延迟的相位的情况下确定的占空命令值的上限小于在所检测的相位是相对于阈值提前的 相位的情况下确定的占空命令值的上限。
可选地，在所检测的相位是相对于阈值的延迟相位的情况和所检测的 相位是相对于阈值的提前相位的情况这两种情况下，都可以通过反馈控制 来控制相位，使得在所检测的相位是相对于阈值延迟的相位的情况下确定 的占空命令值的上限小于在所检测的相位是相对于阈值提前的相位的情况 下确定的占空命令值的上限。
此外，可以在所检测的相位是相对于阈值的延迟相位的情况下通过反 馈控制来控制相位，并且可以在所检测的相位是相对于阈值的提前相位的 情况下通过前馈控制来控制相位，使得在所检测的相位是相对于阈值延迟 的相位的情况下确定的占空命令值的上限小于在所检测的相位是相对于阈 值提前的相位的情况下确定的占空命令值的上限。
应当注意，这里所公开的实施例在任何方面都应理解为示意性而非限 制性的。本发明的范围由各项权利要求而不是上述说明书来限定，并意在 将落在权利要求的等同方案的范围和含义内的任何改变都包括在内。
2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)中至少一者(1100、1110)的开启和关闭正时，所述可变气门正时设备包括致动器(2060)，其以对于越大的命令值就越大的转矩工作，从而使所述可变气门正时设备工作；以及运算单元(4000)，其控制所述命令值，使得根据所述可变气门正时设备的工作状态来改变所述命令值的上限。
2. 根据权利要求1所述的可变气门正时设备，其中 所述运算单元(4000)在第一控制模式下控制所述命令值， 所述运算单元(4000)在第二控制模式下以允许所述命令值大于在所述第一控制模式下被控制的所述命令值的方式控制所述命令值，并且所述运算单元(4000)根据所述可变气门正时设备的工作状态选择所 述第一控制模式和所述第二控制模式中的一者以改变所述命令值的所述上 限。
3. 根据权利要求2所述的可变气门正时设备，其中 所述运算单元(4000)在所述开启和关闭正时处于第一区域中时选择所述第一控制模式，并且在所述开启和关闭正时处于相对于所述第一区域 提前的第二区域中时选择所述第二控制模式。
4. 根据权利要求2所述的可变气门正时设备，其中 所述第一控制模式是反馈控制模式，并且 所述第二控制模式是反馈控制模式。
5. 根据权利要求2所述的可变气门正时设备，其中 所述第一控制模式是前馈控制模式，并且 所述第二控制模式是前馈控制模式。
6. 根据权利要求2所述的可变气门正时设备，其中所述第一控制模式是前馈控制模式，并且 所述第二控制模式是反馈控制模式。
7. 根据权利要求2所述的可变气门正时设备，其中所述第一控制模式是反馈控制模式，并且所述第二控制模式是前馈控制模式。
8. 根据权利要求1所述的可变气门正时设备，还包括驱动器单元(4002)，所述驱动器单元(4002)驱动所述致动器(2060)，使得当所述命令值越大时，所述致动器(2060)以越大的转矩工作，并且所述命令值从所述运算单元(4000 )输出到所述驱动器单元(4002)。
9. 根据权利要求1所述的可变气门正时设备，其中所述命令值是电压。
10. 根据权利要求1所述的可变气门正时设备，其中所述命令值是电流。
11. 一种控制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)中至少一者(1100、 1110)的开启和关闭正时，并包括致动器(2060)，所述致动器(2060)以对于越大的命令值就越大的转矩工作，从而使所述可变气门正时设备工作，所述控制方法包括以下步骤控制所述命令值，使得根据所述可变气门正时设备的工作状态来改变所述命令值的上限。
12. 根据权利要求12所述的控制可变气门正时设备的控制方法，其中所述控制所述命令值的步骤包括以下步骤在第一控制模式下控制所述命令值在第二控制模式下以允许所述命令值大于在所述第一控制模式下被控制的所述命令值的方式控制所述命令值；并且根据所述可变气门正时设备的工作状态选择所述第一控制模式和所述第二控制模式中的 一者以改变所述命令值的所述上限。
13. 根据权利要求12所述的控制可变气门正时设备的控制方法，其中所述选择所述第一控制模式和所述第二控制模式中的一者以改变所述命令值的所述上限的步骤包括以下步骤在所述开启和关闭正时处于第一区域中时选择所述第一控制模式，并且在所述开启和关闭正时处于相对于所述第一区域提前的第二区域中时选择所述第二控制模式。
14. 根据权利要求12所述的控制可变气门正时设备的控制方法，其中所述第一控制模式是反馈控制模式，并且所述第二控制模式是反馈控制模式。
15. 根据权利要求12所述的控制可变气门正时设备的控制方法，其中所述第一控制模式是前馈控制模式，并且所述第二控制模式是前馈控制模式。
16. 根据权利要求12所述的控制可变气门正时设备的控制方法，其中所述第一控制模式是前馈控制模式，并且所述第二控制模式是反馈控制模式。
17. 根据权利要求12所述的控制可变气门正时设备的控制方法，其中所述第一控制模式是反馈控制模式，并且所述第二控制模式是前馈控制模式。
18. 根据权利要求11所述的控制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还包括驱动器单元(4002)，所述驱动器单元(4002)驱动所述致动器(2060)，使得当所述命令值越大时，所述致动器(2060)以越大的转矩工作，并且将所述命令值输出到所述驱动器单元(4002)。
19. 根据权利要求11所述的控制可变气门正时设备的控制方法，其中所述命令值是电压。
20. 根据权利要求11所述的控制可变气门正时设备的控制方法，其中所述命令值是电流。
21. —种可变气门正时设备，其改变进气门(1100)和排气门(1110)中至少一者(1100、 1110)的开启和关闭正时，所述可变气门正时设备包括致动器(2060)，其以对于越大的命令值就越大的转矩工作，从而使所述可变气门正时设备工作；以及控制装置(4000)，其用于控制所述命令值，使得根据所述可变气门正时设备的工作状态来改变所述命令值的上限。
22. 根据权利要求21所述的可变气门正时设备，其中所述控制装置(4000)包括第一控制装置(4000)，其用于在控制模式下控制所述命令值；第二控制装置(4000)，其用于在控制模式下以允许所述命令值大于由所述第一控制装置(4000)控制的所述命令值的方式控制所述命令值；以及选择装置(4000)，其用于根据所述可变气门正时设备的工作状态选择由所述第一控制装置(4000)进行的控制和由所述第二控制装置(4000 )进行的控制中的 一者以改变所述命令值的所述上限。
23. 根据权利要求22所述的可变气门正时设备，其中所述选择装置(4000)包括用于在所述开启和关闭正时处于第一区域中时选择由所述第一控制装置(4000)进行的控制模式、并且在所述开启和关闭正时处于相对于所述第一区域提前的第二区域中时选择由所述第二控制装置(4000)进行的控制模式的装置。
24. 根据权利要求22所述的可变气门正时设备，其中所述第一控制装置(4000)包括用于在反馈控制模式下控制所述命令值的装置，并且所述第二控制装置(4000)包括用于在反馈控制模式下控制所述命令值的装置。
25. 根据权利要求22所述的可变气门正时设备，其中所述第一控制装置(4000)包括用于在前馈控制模式下控制所述命令值的装置，并且所述第二控制装置(4000)包括用于在前馈控制模式下控制所述命令值的装置。
26. 根据权利要求22所述的可变气门正时设备，其中所述第一控制装置(4000)包括用于在前馈控制模式下控制所述命令值的装置，并且所述第二控制装置(4000)包括用于在反馈控制模式下控制所述命令值的装置。
27. 根据权利要求22所述的可变气门正时设备，其中所述第一控制装置(4000)包括用于在反馈控制模式下控制所述命令值的装置，并且所述第二控制装置(4000)包括用于在前馈控制模式下控制所述命令值的装置。
28. 根据权利要求21所述的可变气门正时设备，还包括驱动器装置(4002)，所述驱动器装置(4002)用于驱动所述致动器(2060)，使得当所述命令值越大时，所述致动器(2060)以越大的转矩工作，并且所述命令值从所述控制装置(4000 )输出到所述驱动器装置(4002)。
29. 根据权利要求21所述的可变气门正时设备，其中所述命令值是电压。
30. 根据权利要求21所述的可变气门正时设备，其中所述命令值是电流。
全文摘要
ECU执行包括以下步骤的程序当进气门的相位是相对于阈值CA(FF)提前的相位时(在S106中为“否”)时，通过反馈控制来控制使进气VVT机构工作的电动机(S202)；并且当进气门的相位是相对于阈值CA(FF)延迟的相位时(在S106中为“是”)时，通过前馈控制来控制电动机。在前馈控制下，输出比在反馈控制下的占空命令值的上限小的占空命令值。
文档编号F01L1/34GK101466919SQ20078002128
公开日2009年6月24日 申请日期2007年3月22日 优先权日2006年6月6日
发明者井上靖通, 漆畑晴行, 益城善一郎, 高木登 申请人:丰田自动车株式会社