专利名称：内燃机的可变阀控制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用内燃机所产生的进气负压来操作配件或制动装置的控制技术。特别地，本发明涉及在具有可变阀机构的内燃机中对用于使配件或制动装置工作的进气负压的控制。
背景技术：
通常，在汽车的制动装置内组合有用于增大制动力的制动助力器。该制动助力器通常是使用进气歧管内的负压的制动助力器。另一方面，在具有可变阀机构的内燃机中，设置该可变阀机构的控制目标值以降低进气负压，从而可提高燃料经济性。 结果，在一些情况下无法可靠地提供制动所需的负压。此外，作为配件的操作，利用进气负压来进行用于将燃料蒸汽从燃料箱吸入燃烧室内的净化操作、以及用于将已从内燃机的燃烧室泄漏出的空气燃料混合物吸入曲轴箱内或者吸引作为燃烧气体的吹漏气的操作。此时，利用配置有相移角足够的可变阀机构的内燃机，可以通过改变相位来增加或降低进气负压。已知有控制可变阀机构以确保制动助力器所需的进气负压的技术。例如,在后面所述的日本特开2005-163635中公开了一种这样的技术。近来，以抑制与节流阀关闭相关联的进气阻力增加并降低怠速状态下的进气负压的方式来设置汽油内燃机，从而提高燃料经济性。在内燃机的传统可变阀机构控制设备中，即使当进气负压暂时变低时，制动助力器容量也使得能够进行助力器机构操作。然而，如果进气负压在稍长的时间段内保持为低，则助力器机构操作根据制动器的使用频率而劣化，并且助力器机构操作最终丧失。结果，仅驾驶员的操作力使制动装置工作，这不方便。此外，即使当进气负压暂时变低时，在该期间也仅停止配件的操作。然而，如果进气负压在稍长的时间段内保持为低，则无法对燃料蒸气和吹漏气进行处理，结果，由于在一些情况下润滑油的劣化可能加速并且未燃烧的气体可能被排出到大气内，因而导致不便。然而，如果在怠速状态下进行控制从而将进气负压设置得低，则在例如当内燃机负荷高时或者在大气压低的高海拔处的一些情况下，可能无法可靠地提供所需的进气管压力。例如，如日本特开2009-085145所公开的，在通过检测制动助力器负压来改变可变阀机构的相位的情况下，通过制动操作来降低该负压。因此，可以实现通过改变相位来增加制动助力器负压。此外，在进行该控制的同时，可以与该控制相关联地进行配件的操作。然而，如果高海拔处持续上坡，在未利用制动器并且针对制动助力器确保了负压的情形下，则对可变阀机构不进行用于确保制动器装置的负压的相位改变控制。因此，进气负压持续保持极低，并由于对燃料蒸气和吹漏气进行处理的机会大幅减少而导致不便。
因此，本发明的一方面的目的是确保怠速状态、减速状态、滑行状态以及减速滑行状态下的负压，并且利用确保的进气负压可靠地操作配件或制动装置。
发明内容
为了消除上述的不便，本发明的一方面提供一种内燃机的可变阀机构控制设备，其包括可变阀机构，用于改变内燃机阀的工作角的相位；以及控制装置，用于改变所述可变阀机构的相位，其中，在所述内燃机的温度大于能够被看作预热后状态的特定值、加速器开度小于能够被看作怠速状态的特定值、并且进气负压小于预定值的情况下，所述相位改变并收敛于出现预定进气负压的预定相位。如上详细所述，根据本发明的一方面，提供一种内燃机的可变阀机构控制设备，其包括可变阀机构，用于改变内燃机阀的工作角的相位；以及控制装置，用于改变所述可变阀机构的相位，其中，在所述内燃机的温度大于能够被看作预热后状态的特定值、加速器开度小于能够被看作怠速状态的特定值、并且进气负压小于预定值的情况下，所述相位改变 并收敛于出现预定进气负压的预定相位。结果，当在内燃机已经过了预热操作之后的怠速状态下进气负压低时，通过利用可变阀机构改变相位来增加进气负压。因此，可以确保制动装置和配件的操作。此外，在进气负压高的其它情况下，可以提供满足燃料经济性的要求和排气净化性能的要求的相位，同时可以确保良好的燃料经济性和确保制动装置以及配件的操作。
图I是示出本发明的第一实施例中的可变阀机构的控制过程的流程图；图2是本发明的第一实施例中的内燃机的系统图；图3是示出本发明的第一实施例中的进气阀升程量、排气阀升程量和曲柄角之间的关系的图；以及图4是本发明的第二实施例中的内燃机的系统图。
具体实施例方式以下将基于附图来详细说明本发明的实施例。图I至图3示出本发明的第一实施例。图2示出内燃机21的可变阀机构控制设备I。如图2所示，该可变阀机构控制设备I配置有可变阀机构(还被称为“可变阀正时机构”或“VVT机构”)2，用于对用以确定进气阀22的升程时间的工作角的相位进行改变；以及控制装置3，用于对可变阀机构2进行控制以在预定操作条件成立时改变相位。该控制装置3具有如下的VVT控制功能，其中该VVT控制功能用于在输入了各种信号并且预定操作条件成立的情况下改变可变阀机构2的相位。此外，可变阀机构控制设备I在控制装置3的输入侧上配置有水温传感器4、曲柄角传感器5、进气凸轮角传感器6、节流阀加速器开度传感器7、大气压传感器8和进气压传感器9。这里，水温传感器4检测冷却水的温度以检测内燃机21的温度。
曲柄角传感器5检测曲柄角。进气凸轮角传感器6检测进气凸轮轴24的相位。
节流阀加速器开度传感器7检测加速器开度。大气压传感器8检测大气压。进气压传感器9检测进气负压(还被称为“进气歧管内压”)。S卩，可变阀机构控制设备I测量内燃机21的温度、加速器开度以及进气负压作为预定操作条件。此外，在可变阀机构控制设备I中，在控制装置3的输出侧上设置有可变阀机构2。此外，可变阀机构控制设备I具有如下的结构当所测量出的内燃机21的温度大于可被看作预热后状态的特定值、所测量出的加速器开度小于可被看作怠速状态的特定值、并且所测量出的进气负压小于预定值时，改变进气阀22的工作角相位以使其收敛于发生预定进气负压的预定相位。详细来说，可变阀机构控制设备I判断所测量出的内燃机21的温度是否大于可被看作预热后状态的特定值，即水温传感器4所测量出的冷却水的温度T是否大于用作温度条件的特定值t。此外，可变阀机构控制设备I判断所测量出的加速器开度是否小于可被看作怠速状态的特定值，即节流阀加速器开度传感器7所测量出的加速器开度A是否小于用作加速器开度条件的特定值a。此外，可变阀机构控制设备I判断所测量出的进气负压是否小于预定值，即进气压传感器9所测量出的进气负压P_A-P_I是否小于用作负压条件的预定值P。此时，该进气负压P_A-P_I是通过从大气压P_A中减去进气歧管内压P_I所计算出的。此外，当冷却水的温度T大于特定值t、加速器开度A小于特定值a并且进气负压P_A-P_I小于预定值p时，可变阀机构控制设备I改变进气阀22的工作角相位以使其收敛于发生预定进气负压的预定相位。结果，当在内燃机21已经过了预热操作之后的怠速状态下进气负压低时，通过可变阀机构2的控制来增加进气负压。因此，可以确保制动装置和配件的操作。此外，在进气负压高的其它情况下，可以对相位进行调整以满足燃料经济性的要求以及排气净化性能的要求，并且可以同时确保良好的燃料经济性和确保制动装置以及配件的操作这两者。另外，当操作可变阀机构2时，进气量改变，并且相应地，进气歧管25内的负压改变。通常，设置可变阀机构2的控制目标值以使得负压降低，从而确保燃料经济性。另一方面，当诸如空调和交流发电机等的配件的负荷高时，在一些情况下，制动负压可能变得不足。为了防止该情况，通过根据安装至进气歧管25的进气压传感器9所测量出的负压值改变可变阀机构2的控制目标值来确保制动负压。此外，在可变阀机构控制设备I中，仅进气阀22设置有可变阀机构2。S卩，如图2所示，该可变阀机构2配置有OCV(还被称为“油控制阀”)10以对进气阀22设置最佳阀正时(提前量和延迟量)。此外，在可变阀机构控制设备I中，将发生预定进气负压的预定相位设置为进气负压增加的中间提前角位置，其中，该中间提前角位置是通过与反冲相关联的进气负压降低和由于与相对于排气阀23的阀重叠相关联的内部EGR(Exhaust Gas Recirculation,排气再循环)的增加所引起的进气负压降低之间的平衡所定义的，其中，该反冲随着进气阀22的工作角相位延迟而增加，该相对于排气阀23的阀重叠随着进气阀22的工作角相位提前而增加。结果，与排气阀23的关闭时刻无关，即使当将进气阀22的开度角设置为大于180度的曲柄角时，该相位也可以收敛于进气负压最高的位置，同时反冲和内部EGR得以平衡。S卩，如果进气阀22的工作角相位延迟并且阀关闭时刻延迟，则进气反冲量增大，并且如果进气反冲量增大，则进气负压降低。另一方面，如果进气阀22的工作角相位提前并且阀开启时刻提前，则阀重叠增加，结果，内部EGR增加。因此，如果内部EGR增加，则进气负压降低。这样，进气反冲量改变为相对于进气阀22的工作角相位的提前角变化而减小。然而，由于内部EGR改变为增加，因此进气负压在预定相位处取峰值，并且无论相对于预定相 位提前或者相对于预定相位延迟，进气负压都降低。因此，当进气负压P_A_P_I低于预定值p时，控制装置3将可变阀机构2的相位可变范围内进气负压变为最高的中间相位位置设置为目标。另外，在配置有可变阀机构控制设备I的内燃机21中，如图3所示，可变阀机构
2使阀开启关闭的时刻从基准初始位置偏移至提前角侧。在图3中，TDC表示上止点(TopDead Center, TDC)。此外，使用如下的可变阀机构2 :将进气阀22的工作角设置为与活塞进气冲程相对应的大于180度的角度(例如，比180度大了约10% 40%的角度)。此外，内燃机21是这样的在加速器开度A小于特定值a的怠速状态下，对进气阀22进行设置以使其在稍晚的时刻关闭，S卩，将进气阀22设置为在晚于下止点(Bottom DeadCenter, BDC)的时刻关闭。结果，在活塞上升以进行压缩冲程时，在进气阀22处要被吸入燃烧室内的预定量气体返回至进气歧管25侧，即通过反冲来减少泵气损失。因此，进气负压降低。如图3所示，通过使阀开启关闭的时刻向着提前角方向、即向着进气阀22较早关闭的方向偏移，可以减少反冲并且可以确保负压。即，为了确保负压，使可变阀机构2的工作角向着提前角方向、即进气阀较早关闭的方向偏移。另一方面，如果进行该提前、并且进气阀22的开启时刻变得早于排气阀23的关闭时刻，则发生阀重叠。当阀重叠增加时，作为结果，内部EGR(作为累积或再吸引的结果而残留在燃烧室内的排气)增加。内部EGR是指作为从排气口再次吸入燃烧室内或者在燃烧室内累积的结果而残留在燃烧室内的排气。排气的压力相对高于进气管内压。因此，如果过度执行提前，则作为气流和压力彼此相互影响的结果，进气负压过度降低。这里，设置进气负压增加的中间提前角位置，其中，该中间提前角位置是通过与反冲相关联的进气负压降低和由于与相对于排气阀23的阀重叠增加相关联的内部EGR增加所引起的进气负压降低之间的平衡所定义的，该反冲随着进气阀22的关闭时刻延迟超过下止点而增加，该阀重叠随着进气阀22的工作角相位提前而增加，即，将进气负压增加的该中间提前角位置定义为处于权衡(trade-off)关系的这两者的谷间的位置，由此以使得阀开启关闭的时刻收敛于该位置的方式操作可变阀机构2。因此，提前角量在很大程度上依赖于各个内燃机的规格，并且为了针对内燃机个体确定固有的提前角量的设置，需要通过实验预先确定提前角量与负压之间的相关性。在预热操作期间内燃机温度低的情况下，例如，在一些情况下可能不足以确保可变阀机构2的可控制性。另一方面，通过进行用于较早完成预热操作的快速怠速控制，对进气量和燃料喷射量进行校正来使这两者增大。因此，在这种情形下，优选不进行用于确保负压的该控制。由于进气负压在接近以大气压作为基准的绝对压力零时增加，因此进气负压P_A-P_I小于预定值p表示相比于预定值P，进气负SP_A-P_I更接近大气压。此外，在内燃机21的加速器开度A小于设置开度a的怠速工作状态下，将进气阀22的关闭时刻设置为迟于下止点的时刻。由于该阀关闭时刻设置，因此发生如下的反冲， 即在活塞下降的进气冲程期间被吸入气缸内的空气，在活塞上升的压缩冲程期间返回至进气系统。结果，在进气负压降低时，泵气损失减少。这里，根据上述怠速操作期间的阀正时的设置，如果如图3所示进气阀22的工作角相位改变为提前、由此使进气阀22的关闭时刻提早，则在压缩冲程期间返回至进气系统的空气量减少，因而进气负压增加。即，响应于对进气负压增加的请求，控制装置3使进气阀22的工作角相位向着提前角方向改变，从而使进气阀22较早关闭。然而，如果进气阀22的工作角相位的提前角量增加，则进气阀22的阀开启时刻变得较早，使得阀重叠增加。此外，如果阀重叠增加，则在排出至排气口的排气中，在阀重叠期间返回至气缸内的排气量增加，并且新吸入的空气量相对减少，这使得进气负压降低。S卩，进气负压不是随着阀正时相对于怠速状态下进气阀22的阀正时设置提前而增加，而是尽管起初进气负压相对于该提前的变化而增加，但在中途进气负压开始相对于该提前的变化而减小。结果，控制装置3采用进气负压变为最高的阀正时作为目标，并且使进气阀22的工作角相位提前以使得进气负压P_A-P_I变得高于预定值P。当进气负压P_A_P_I低于预定值p时，控制装置3使进气阀22的工作角相位逐渐提前，并且采用进气负压P_A-P_I开始展现相对于相位的提前角变化而减小的变化时的相位作为提前角极限，并且还可以停止提前角控制。此外，控制装置3使进气阀22的工作角相位的提前角量逐渐增加，并且可以在进气负压P_A_P_I已增加至预定值p附近时停止针对相位的提前角控制。此外，例如，控制装置3基于相位提前时进气负压的变化方向来判断使进气负压的变化增加的方向是延迟方向还是提前方向，并然后可以沿着使进气负压的变化增加的方向来逐渐改变相位。接着将参考图I所示的可变阀机构控制设备I的控制流程图来说明操作。当在步骤101中该可变阀机构控制设备I的控制程序开始时，该处理进入步骤102，其中在步骤102中判断所测量出的内燃机的温度是否大于可被看作预热后状态的特定值，即判断水温传感器4所测量出的冷却水的温度T是否大于特定值t。如果步骤102中关于水温传感器4所测量出的冷却水的温度T是否大于特定值t的判断结果为“否”，则该处理进入步骤106，其中在步骤106中，使后面所述的可变阀机构控制设备I的控制程序停止(也称为“结束状态”的停止状态)。如果步骤102中关于水温传感器4所测量出的冷却水的温度T是否大于特定值t的判断结果为“是”，则该处理进入步骤103，其中在步骤103中，衡量所测量出的加速度开度是否小于可被看作怠速状态的特定值，即判断节流阀加速器开度传感器7所测量出的加速器开度A是否小于特定值a。如果步骤103中关于加速器开度A是否小于特定值a的判断结果为“否”，则该处理进入可变阀机构控制设备I的控制程序的步骤106。如果步骤103中关于加速器开度A是否小于特定值a的判断结果为“是”，则该处理进入步骤104，其中在步骤104中，衡量所测量出的进气负压是否小于预定值，即判断进气压传感器9所测量出的进气负压P_A_P_I是否小于预定值P。如果步骤104中关于进气压传感器9所测量出的进气负压P_A_P_I是否小于预定值P的判断结果为“否”，则该处理进入步骤106 (停止状态)，其中在步骤106中使可变阀控制设备I的控制程序停止。·如果步骤104中关于进气压传感器9所测量出的进气负压P_A_P_I是否小于预定值P的判断结果为“是”，则该处理进入步骤105，其中在步骤105中将控制信号从控制装置3输出至可变阀机构2，并且使OCV 10工作以改变阀正时，并且在该步骤105之后，该处理进入步骤106 (停止状态)，其中在步骤106中使可变阀控制设备I的控制程序停止。图4示出本发明的第二实施例。在对与第一实施例功能相同元件分配相同的附图标记的情况下说明该第二实施例。该第二实施例的特征在于内燃机21的可变阀机构控制设备11对进气阀22和排气阀23分别设置可变阀机构12和16。即，如图4所示，可变阀机构控制设备11在控制装置13的输入侧上配置有水温传感器4、曲柄角传感器5、进气凸轮角传感器6、节流阀加速器开度传感器7、大气压传感器8、进气压传感器9和排气凸轮角传感器14。排气凸轮角传感器14测量排气凸轮轴26的相位。此外，如图4所示，可变阀机构12配置有用于对进气阀22设置最佳阀正时的OCV(可被称为“油控制阀” )10，并且可变阀机构16配置有用于对排气阀23设置最佳阀正时的OCV (可被称为“油控制阀” )15。这里，随着排气阀23的工作角相位提前，相对于进气阀22的阀重叠减少，并且随着阀重叠减少，内部EGR减少且进气负压增加。结果，可变阀机构控制设备11将发生预定进气负压的预定相位设置为排气阀23的工作角相位的最提前角位置。因此，即使进气阀22的工作角相位以各种方式改变，也不太可能受到来自这些控制状态的影响，并且可以基本稳定地增加进气负压。此外，由于仅对可变阀机构16的OCV 15进行控制，因此控制简单并且计算负荷低，从而可以确保控制稳定性。另外，根据内燃机21的规格以及可变阀机构12和16的操作状态，在一些情况下，还可以通过使排气阀23的工作角相位改变来确保负压。
可变阀机构16使排气阀23的工作角相位从用作基准的初始位置偏移至延迟角侦U。这与用于使工作角相位从用作基准的初始位置偏移至提前角侧的可变阀机构12相反。在由于燃料经济性要求等而当内燃机21在怠速状态下工作时使排气阀23的工作角相位偏移至延迟角侧的那些情况下，可以通过使工作角相位提前从而使其返回至初始位置方向来增加负压。此外，在该内燃机21的情况下，在排气阀23的工作角相位的最提前角位置(初始位置)处观察到最高负压。可以识别并设置观察到内燃机21固有的最高负压的VVT位置。如果存在多个这种位置，则可以考虑根据基于其它条件的VVT控制偏移时的应答性来进行设置。
本发明不限于上述的第一实施例和第二实施例，并且可以进行各种应用和修改。例如，在不采用压力传感器的车辆的情况下，可以提供如下的特殊结构采用根据使用气流传感器测量出的实际流量所估计的进气歧管压力。此外，可以提供如下的特殊结构可变阀机构的目标值改变仅限于怠速工作状态，由此可以满足针对行驶状态下的燃料经济性的要求以及针对怠速状态所需的负压的要求这两者。此外，在可以测量出制动助力器压力的车辆中，可以提供如下的特殊结构代替进气歧管内压而采用制动助力器压力，由此可以对VVT目标值进行局限于制动要求的改变。
权利要求
1.一种内燃机的可变阀机构控制设备，包括 可变阀机构，用于改变内燃机阀的工作角的相位；以及 控制装置，用于改变所述可变阀机构的相位， 其中，在所述内燃机的温度大于能够被看作预热后状态的特定值、加速器开度小于能够被看作怠速状态的特定值、并且进气负压小于预定值的情况下，所述相位改变，从而收敛于发生预定进气负压的预定相位。
2.根据权利要求I所述的内燃机的可变阀机构控制设备，其特征在于， 所述可变阀机构是针对进气阀所设置的，并且 将发生预定进气负压的所述预定相位设置为中间提前角位置，其中，所述进气负压在所述中间提前角位置处增加，并且所述中间提前角位置是根据与进气反冲相关联的进气负压降低以及与内部排气再循环的增加相关联的进气负压降低所确定的，所述进气反冲随着所述进气阀的工作角相位延迟而增加，所述内部排气再循环的增加与相对于排气阀的阀重叠相对应，而所述阀重叠随着所述进气阀的工作角相位提前而增加。
3.根据权利要求I所述的内燃机的可变阀机构控制设备，其特征在于， 所述可变阀机构是针对进气阀所设置的，并且 将发生预定进气负压的所述预定相位设置为排气阀的工作角相位的最提前角位置，其中，在所述最提前位置处，所述进气负压与内部排气再循环的降低相关联地增加，所述内部排气再循环的降低与相对于进气阀的阀重叠相对应，而所述阀重叠随着所述排气阀的工作角相位提前而减少。
全文摘要
本发明公开了一种内燃机的可变阀机构控制设备，以确保怠速状态、减速状态、滑行状态以及减速滑行状态下的进气负压，从而在确保了进气负压的状态下可靠地使配件或制动装置工作。因此，所述可变阀机构控制设备包括可变阀机构，用于改变内燃机阀的工作角的相位；以及控制装置，用于改变所述可变阀机构的相位，其中，在所述内燃机的温度大于能够被看作预热后状态的特定值、加速器开度小于能够被看作怠速状态的特定值、并且进气负压小于预定值的情况下，所述相位改变并收敛于发生预定进气负压的预定相位。
文档编号F02D13/02GK102678344SQ20121007296
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月19日 优先权日2011年3月17日
发明者佐佐木幸盛 申请人:铃木株式会社