专利名称:内燃机的可变气门致动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机的可变气门致动系统，并且更特别地涉及能够抑制或减少在发动机起动期间，例如曲柄转动初期阶段期间产生的噪音和振动的系统。
背景技术：
近几年来，已经提出和开发了多种可变气门致动系统，其能够根据内燃机的工作情况可变地调整调节发动机气门正时。在日本专利临时公开No.10-227236(以下称作“JP10-227236”)中已经公开了一种这样的可变气门致动系统。在JP10-227236中公开的可变气门致动系统包括所谓的旋转叶片式气门正时控制(VTC)系统。在这种旋转叶片式VTC系统中，工作流体压力可选择地供应到限定在旋转叶片壳体中的相位超前和相位滞后腔室中的任一个内，并且工作流体压力从另一个中排出，以这样的方式使固定连接到凸轮轴上的叶片沿正转和反转方向中的任一个方向旋转，从而根据发动机工作情况可变地控制进气门正时(进气门打开正时和进气门闭合正时)。
当起动冷态发动机时，该发动机的冷却剂温度较低，发动机曲轴沿反转方向以预定曲柄角度旋转用于通过移动到其最大相位超前位置的叶片来起动发动机。这是因为有效压缩比在利用保持在最大相位超前位置处的叶片起动发动机时变大，因此发动机起动性能在冷起动操作的曲柄旋转周期内得以提高。
在发动机已经变热并且冷却剂温度变得足够高的情况下，叶片根据曲轴沿正转方向转动的正常曲柄转动操作而转动到其最大相位滞后位置。这是因为有效压缩比在利用保持在最大相位滞后位置处的叶片起动发动机时变小。即，通过这种减压，可以在起动热发动机时使噪音和振动衰减或减小。
发明内容然而，在JP10-227236公开的可变气门致动系统中，如果发动机工作状态为热(即，高冷却剂温度)的话，发动机在相位滞后于进气行程上的活塞下止点(BDC)位置且对应于最大相位滞后位置的进气门闭合正时情况下曲柄转动并起动。因此，一方面，可以通过减压作用减小噪音和振动。另一方面，进气门工作角(即，进气门打开周期)必须设定为较大值。由于永久压迫进气门保持关闭的气门弹簧的弹簧力的作用，存在气门操作系统的摩擦损失增大的趋势。
增大的摩擦导致曲柄转动初期阶段期间的曲轴转速不能充分提高，因此降低了发动机起动性能。
在混合动力车辆上，每辆车都使用自动发动机停止-重新起动系统，其能够在空转期间不根据司机的意愿临时地自动停止内燃机，例如，在自动变速器的选择手柄保持在其空挡位置的特定条件下时，车辆速度为零，发动机转速为空转转速，刹车踏板压下，从车辆静止状态自动重新起动发动机，发动机停止和重新起动操作被频繁地执行。在混合动力车辆上配备的这种发动机停止-重新起动系统中，车辆操作性能极大地受到发动机起动性能下降的影响。
因此，鉴于现有技术中的上述缺陷，本发明的目的是提供一种内燃机的可变气门致动系统，其能够有效地减少发电机起动周期内，特别地是曲柄转动的初期阶段期间的噪音和振动，并且还能够通过减少气门操作系统的摩擦而提高发动机起动性能。
为了实现本发明的上述及其他目的，内燃机的可变气门致动系统包括可变地调节至少进气门闭合正时的可变气门致动器，和配置为连接到至少可变气门致动器上用于根据发动机工作情况可变地控制进气门闭合正时的控制单元，所述控制单元包括处理器，其被编程为在发动机起动周期内将进气门闭合正时调节到进气行程上的活塞下止点之前的正时值，其中所述可变气门致动器包括偏压装置，其将气门闭合正时永久地压向进气行程上的活塞上止点位置。
根据本发明的另一方面，内燃机的可变气门致动系统包括可变地调节至少进气门闭合正时的可变气门致动器；和配置为连接到至少可变气门致动器上用于根据发动机工作情况可变地控制进气门闭合正时的控制单元，所述控制单元包括在发动机停止期间通过可变气门致动器将进气门闭合正时调节到进气行程上的活塞上止点位置之后且活塞下止点位置之前的正时值的停止控制装置；用于在从发动机停止时刻到发动机重新起动时刻的时间周期内将进气门闭合正时保持在进气行程上的活塞TDC位置之后且活塞BDC位置之前的正时值的保持装置；以及当发动机曲柄旋转以重新起动发动机并且曲轴转速增大到预定转速值时通过可变气门致动器使进气门闭合正时相位滞后到接近进气行程上的BDC位置的正时值的控制装置。
根据本发明的另一方面，内燃机的可变气门致动系统包括可变地调节至少进气门闭合正时的可变气门致动器；和配置为连接到至少可变气门致动器上用于根据发动机工作情况可变地控制进气门闭合正时的控制单元，所述控制单元包括处理器，其被编程为在发动机起动周期和发动机停止周期中的至少一个期间内将进气门闭合正时相位超前到进气行程上的活塞上止点之后且活塞下止点之前的预定正时值，其中所述可变气门致动器包括偏压装置，其将进气门闭合正时永久地压向预定正时值。
根据本发明的另一方面，一种控制内燃机的可变气门致动系统的方法，所述可变气门致动系统使用可变地调节至少进气门闭合正时的可变气门致动器，该方法包括在发动机停止期间通过可变气门致动器将进气门闭合正时相位超前到进气行程上的活塞上止点之后且活塞下止点之前的预定正时值，在从发动机停止时刻到发动机重新起动时刻的时间段内将进气门闭合正时保持在进气行程上的活塞TDC位置之后且活塞BDC位置之前的预定正时值，以及在发动机曲柄旋转以重新起动发动机并且曲柄转速增大到预定转速值时通过可变气门致动器将进气门闭合正时相位滞后到进气行程上的BDC位置之后且在其附近的正时值。
通过参照附图的下列说明将理解本发明的其他目的和特征。
图1是显示了可使用一实施例的可变气门致动系统的内燃机的示意系统图。
图2是显示了该实施例的可变气门致动系统的透视图，其包括连续可变的气门动作和提升控制(VEL)机构及可变气门正时控制(VTC)机构。
图3A-3B是显示了在小提升控制模式期间进气门VEL机构操作的轴向后视图。
图4A-4B是显示了在大提升控制模式期间进气门VEL机构操作的轴向后视图。
图5是可变进气门提升和动作(工作角)以及相位特性图，其由该实施例的可变气门致动系统的进气门VEL和VTC机构两者获得。
图6是显示了包括在该实施例的可变气门致动系统中的VTC机构的剖视图。
图7是沿图6的直线A-A剖开的横向剖面图，并且显示了VTC机构的最大相位超前状态。
图8是沿图6的直线A-A剖开的横向剖面图，并且显示了VTC机构的最大相位滞后状态。
图9是显示了在曲柄转动期间进气门闭合正时和进气门打开正时的特性图。
图10是显示了在结合到该实施例的可变气门致动系统中的控制器内执行的控制程序的流程图。
图11是显示了第一改进控制程序的流程图。
图12是显示了第二改进控制程序的流程图。
具体实施方式现在参见附图，尤其是参见图1-2，图中显示了该实施例的可变气门致动系统在每个气缸具有四个气门，即，两个进气门4、4(参见图1-2)和两个排气门5、5(参见图1)的四冲程多气缸内燃机中举例说明。
该多气缸内燃机的结构参照图1的系统图在下文详细描述，该实施例的可变气门致动系统可应用到该内燃机中。图1的发动机由具有气缸孔的气缸体SB、可在该气缸孔中移动或滑动通过一冲程的往复式活塞01、气缸体SB上的气缸盖SH、形成在气缸盖SH上的进气口IP和排气口EP、两个进气门4、4、和两个排气门5、5构造而成，所述每个进气门可滑动地安装在气缸盖SH上用于打开和关闭进气口IP的开口端，所述每个排气门可滑动地安装在气缸盖SH上用于打开和关闭排气口EP的开口端。
活塞01经连杆03连接到发动机曲轴02上。燃烧室04界定在活塞01的活塞顶和气缸盖SH的下侧之间。
电子控制的节气门装置SV设置在进气口IP上游并位于连接到进气口IP的进气管I的进气歧管Ia的内部空间中，用于控制吸入空气量。吸入空气量可以利用可变气门致动装置，简单地说，利用该可变气门致动系统的可变气门致动器(随后详细描述)进行主要控制，同时电子控制的节气门装置SV可以设置为辅助地控制吸入空气量，这是出于安全目的并且为了生成存在于进气系统中的真空，以便使泄漏气体再循环系统中的泄漏烟气再循环和/或在通常安装在实践中内燃机上的燃油蒸气污染控制装置中进行滤毒罐净化。电子控制的节气门装置SV包括圆盘形节气门、节气门位置传感器和节气门致动器，所述节气门致动器由例如步进电机的电动机驱动。节气门位置传感器设置为检测该节气门的实际节气门打开量。节气门致动器响应于来自控制器，准确地说是电子发动机控制单元(ECU)22(随后描述)的控制命令信号调节节气门打开量。燃料喷射器或燃料喷射阀(未显示)设置在节气门装置SV的下游。火花塞05大体上位于气缸盖SH的中部。
如图1中清楚显示的，发动机曲轴02可以利用可逆起动电机(或可逆曲柄转动电机)07经小齿轮机构06沿反转方向和正转方向旋转。
如图1-2，特别是图2中清楚显示的，该实施例的可变气门致动系统的可变气门致动器(可变气门操作装置)包括可变气门动作和提升控制(VEL)机构1和可变气门正时控制(VTC)机构(或可变相位控制机构)2。VEL机构1能够同时控制、调节或改变进气门4、4中每一个的气门提升和提升周期(工作角或气门打开周期)。VTC机构2只能够使进气门4、4中每一个的相位超前或滞后，同时使每个进气门4的气门提升和工作角特性保持不变。该实施例的可变气门致动系统使用了如日本专利临时公开NO.2003-172112中所公开的连续可变的气门动作和提升控制机构作为VEL机构1。简要地说，如图2所示，VEL机构1包括圆柱形空心驱动轴6、环形驱动凸轮7、两个可摇摆凸轮9、9和多节连杆运动传动机构(或运动转换装置)，所述多节连杆运动传动机构机械地连接在驱动凸轮7和可摇摆凸轮对(9，9)之间，用于传送由驱动凸轮(偏心凸轮)7产生的扭矩作为可摇摆凸轮9、9中每一个的摆动力。圆柱形空心驱动轴6由气缸盖SH的上部中的轴承可旋转地支撑。驱动凸轮7形成为压配合或整体连接到驱动轴6的外周上的偏心凸轮。可摇摆凸轮9、9摆动或摇摆地支撑在驱动轴6的外周上并与两个气门挺杆8、8各自的上接触表面形成滑动接触，所述气门挺杆8、8位于进气门4、4的气门杆端部处。换句话说，运动传送机构(或运动转换装置)设置为将驱动凸轮7的旋转运动(输入扭矩)转换成每个进气门4的上下运动(气门打开作用力)(即产生每个可摇摆凸轮9的摆动运动的摆动力)。
扭矩从发动机曲轴02通过经正时链(未显示)固定连接到驱动轴6一个轴向端的正时链轮30传递到驱动轴6。如图2中箭头所示，驱动轴6的旋转方向设定为顺时针方向。
驱动凸轮7具有轴向孔，其与圆柱形驱动凸轮7的几何中心相偏移。驱动凸轮7固定连接到驱动轴6的外周上，使得驱动凸轮7的轴向孔的内周表面压配合到驱动轴6的外周上。因此，驱动凸轮7的中心沿径向方向以预定偏心距(或预定偏离值)偏离驱动轴6的轴心。
如图2、3A-3B和4A-4B所述的轴向后视图中最佳显示的，可摇摆凸轮9、9中的每一个都形成为大体雨滴形凸轮。可摇摆凸轮9、9具有相同的凸轮轮廓。可摇摆凸轮9、9与圆柱形空心凸轮轴10的各轴向端部整体形成。圆柱形空心凸轮轴10可旋转地支撑在驱动轴6上。与气门挺杆8的上接触表面形成滑动接触的可摇摆凸轮9的外周接触表面包括凸轮面9a。可摇摆凸轮9的基圆部分与凸轮轴10整体形成或整体连接到其上，以允许可摇摆凸轮9在驱动轴6轴线上进行摆动运动。可摇摆凸轮9的外周表面(凸轮面9a)由基圆表面、从该基圆表面延伸到凸轮鼻部分的圆弧形斜面、提供最大气门提升(或最大提升量)的顶圆表面(简单地说，顶面)和使所述斜面与顶面相连的提升面构成。所述基圆表面、斜面、提升面和顶面根据可摇摆凸轮9的摆动位置抵靠气门挺杆8的顶面的预定位置。
运动传送机构(运动转换装置)包括布置在驱动轴6上方的摇臂11、将摇臂11的一端(或第一臂部11a)机械连接到驱动凸轮7上的连杆臂12和将摇臂11的另一端(第二臂部11b)机械连接到可摇摆凸轮9的凸轮鼻部分上的连杆13。
摇臂11形成有轴向延伸中心孔(通孔)。摇臂11的摇臂中心孔可旋转地装配到控制凸轮18(随后描述)的外周上，从而导致摇臂11在控制凸轮18轴线上的枢转运动(或摆动运动)。摇臂11的第一臂部11a沿第一径向方向从轴向中心孔部分伸出，而摇臂11的第二臂部11b沿与所述第一径向方向完全相反的第二径向方向从轴向中心孔部分伸出。摇臂11的第一臂部11a利用连接销14可旋转地销接到连杆臂12上，而摇臂11的第二臂部11b利用连接销15可旋转地销接到连杆13的一端(第一端13a)。
连杆臂12包括较大直径的环形基部12a和较小直径的伸出端部12b，所述较小直径的伸出端部12b从大直径环形基部12a外周的预定部分径向向外伸出。大直径环形基部12a形成有驱动凸轮保持孔，其可旋转地装配到驱动凸轮7的外周上。另一方面，连杆臂12的小直径伸出端部12b利用连接销14销接到摇臂11的第一臂部11a上。
连杆13在另一端(第二端13b)利用连接销16销接到可摇摆凸轮9的凸轮鼻部分上。
还设置有运动转换装置姿态控制机构，其改变运动传送机构(或运动转换装置)的初始致动位置(摇臂11的摆动运动的支点)。如图3A-3B和4A-4B中清楚显示的，姿态控制机构包括控制轴17和控制凸轮18。控制轴17以沿发动机纵向方向延伸的方式位于驱动轴6的上方并与其平行布置，并且利用与驱动轴6相同的轴承构件可旋转地支撑在气缸盖SH上。控制凸轮18连接到控制轴17的外周上并滑动装配到且摆动支撑在形成于摇臂11中的控制凸轮保持孔内。控制凸轮18充当摇臂11的摆动运动的支点。控制凸轮18与控制轴17整体形成，使得控制凸轮18固定到控制轴17的外周上。控制凸轮18形成为具有圆柱形凸轮轮廓的偏心凸轮。控制凸轮18的轴线(几何中心)相对于控制轴17的轴线偏移预定距离。
如图2所示，姿态控制机构还包括驱动机构19。驱动机构19包括固定到外壳(未显示)一端上的齿轮电动机或电气控制轴致动器20，和将电机20产生的电机转矩传递给控制轴17的滚珠螺杆运动传送机构(简单地说，滚珠螺杆机构)21。更详细地，电机20由比例控制型直流(DC)电机构成。响应于控制信号对电机20进行控制，所述控制信号由ECU 22的输出接口电路产生并且其信号值根据发动机/车辆工作情况确定。
滚珠螺杆机构21包括与电机20的电机输出轴同轴对准并连接到其上的滚珠螺杆轴(或蜗杆轴)23、与滚珠螺杆轴23的外周螺纹接合的大致圆柱形可移动滚珠螺母24、固定连接到控制轴17的后端17a上的连杆臂25、将连杆臂25机械连接到滚珠螺母24上的连接构件26、以及插入到滚珠螺杆轴23的蜗杆齿和在滚珠螺母24的内周壁面中切出的导向槽之间的循环滚珠。按照传统的方式，滚珠螺杆轴23的旋转运动(输入扭矩)通过循环滚珠转换为滚珠螺母24的直线运动。滚珠螺母24由充当偏压设备或偏压装置的复位弹簧(盘簧)31的弹簧力以消除彼此螺纹接合的滚珠螺杆轴23和滚珠螺母24之间的间隙这样的方式轴向压向电机20。复位弹簧31的弹簧力(弹簧偏压)的方向对应于使VEL机构偏压到最小气门提升和工作角特性(换句话说，沿进气门闭合正时的最大相位超前方向)的方向。
下面将参照附图2、3A-3B、4A-4B和图5简要地描述VEL机构1的操作。在发动机停止期间，VEL机构1的电机20响应于发动机刚要进入停止状态之前从ECU 22的输出接口电路产生的控制信号进行驱动。因此，滚珠螺杆轴23通过由电机20产生的输入扭矩进行旋转，从而沿使滚珠螺母24接近电机20的一个滚珠螺母轴向方向产生滚珠螺母24的最大直线运动。因此，控制轴17通过包括连接构件26和连杆臂25在内的联动装置沿一个旋转方向进行转动。
如从图3A-3B中显示的控制凸轮18的角位置可以看出的，通过控制凸轮18中心围绕控制轴17中心的旋转运动，控制凸轮18的径向厚壁部分向上移动远离驱动轴6并且保持在向上移动位置，从而使摇臂11的第二臂部11b和连杆13的第一杆端13a之间的枢轴(利用连接销15的连接点)相对于驱动轴6向上移动。因此，可摇摆凸轮9、9中每一个的凸轮鼻部分通过连杆13的第二杆端13b受力拉起。从驱动轴6的后端观察，图3A-3B中显示的每个可摇摆凸轮9的角位置从图4A-4B中显示的每个可摇摆凸轮9的角位置向反时针方向相对移动。
由于控制凸轮18保持在图3A-3B中显示的角位置处，当驱动凸轮7旋转时，驱动凸轮7的旋转运动通过连杆臂12、摇臂11的第一臂部11a、摇臂11的第二臂部11b和连杆13转换成可摇摆凸轮9的摆动运动，而可摇摆凸轮9的几乎基圆表面区域与气门挺杆8的上接触表面形成滑动接触(参见图3A-3B)。因此，实际的进气门提升变成小提升L1，同时实际的进气门工作角变成小工作角D1(参见图5中显示的小进气门提升L1和小工作角D1特性)。
因此，在发动机刚刚完全停止之前，进气门4、4中每一个的进气门闭合正时IVC可以调节到相位超前的气门闭合正时值P1。此外，通过复位弹簧31的弹簧力，可以使VEL机构确定无疑地压向最小提升L1和最小工作角D1特性。即，由于复位弹簧31的弹簧偏压，VEL机构1倾向于稳定地保持为小提升和工作角特性。不管是否存在摩擦阻力，都可以通过复位弹簧31的弹簧力更稳定、确定无疑地将VEL机构1转换到小提升和工作角特性。上述摩擦阻力通常起因于(i)在连杆臂12的驱动凸轮保持孔内克服驱动凸轮7(固定到驱动轴6上的偏心凸轮)滑动的摩擦，和(ii)在摇臂11的摇臂中心孔内克服控制凸轮18(固定到控制轴17上的偏心凸轮)滑动的摩擦。
当发动机起动时，首先，点火开关接通，从而驱动起动电动机07以启动曲轴02的曲柄转动操作。在曲柄转动的初期阶段，气门提升由于复位弹簧31的弹簧力而维持在小提升特性。同时，工作角变成小工作角D1。因此，进气门4、4中每一个的进气门闭合正时(通常缩写成“IVC”)相位超前于活塞BDC位置。因此，通过小提升和工作角特性实现的减压作用和低摩擦作用的协同作用，使迅速提高曲轴转速成为可能。另一方面，在发动机起动周期内(发动机起动期间)，进气门打开正时(通常缩写为“IVO”)设定为活塞上止点(TDC)位置附近的正时值。TDC附近的进气门打开正时值有利地消除了气门重叠。由于在先提出的适当的IVO和IVC设定，可以将进气门特性设定为小提升和工作角特性。
当曲轴转速一增大到预定速度值时，电机20就响应于控制信号沿反转方向旋转，所述控制信号由ECU 22的输出接口电路产生。因此，滚珠螺杆轴23也通过电机20的电机输出轴的反向旋转而沿反转方向旋转，从而产生滚珠螺母24的反向直线运动。因此，控制轴17通过联动装置(25，26)沿相反的转动方向旋转。
通过控制凸轮18的中心围绕控制轴17的中心的旋转运动，控制凸轮18的径向厚壁部分朝向驱动轴6略微向下移动并保持在略微向下移动的位置。因此，摇臂11的姿势从图3A-3B中显示的摇臂11的角位置略微顺时针移动，从而摇臂11的第二臂部11b和连杆13的第一杆端13a之间的枢轴(通过连接销15而成的连接点)也略微向下移动。因此，可摇摆凸轮9、9中每一个的凸轮鼻部分通过连杆13的第二杆端13b而被略微向下推动。从驱动轴6的后端观察，图3A-3B中显示的每个可摇摆凸轮9的角位置从图3A-4B中显示的每个可摇摆凸轮9的角位置向顺时针方向相对移动。
由于控制凸轮18从图3A-3B所示的角位置移动到位于图3A-3B所示角位置和图4A-4B所示的角位置的大致中部的中间角位置，在驱动凸轮7转动期间，驱动凸轮7的旋转运动通过连杆臂12、摇臂11的第一臂部11a、摇臂11的第二臂部11b和连杆13转换成可摇摆凸轮9的摆动运动。此时，基圆表面区域、斜面区域、提升面区域和顶面区域的一部分与气门挺杆8的上接触表面形成滑动接触。因此，当从图3A-3B所示的控制凸轮18的角位置向中间角位置变化时，实际的进气门提升和工作角特性可以从小进气门提升L1和小工作角D1迅速变化到中间进气门提升L2和中间角位置D2特性(参见图5)。即，进气门工作角和进气门提升可以同时增大。由于气门提升增大(L1→L2)和工作角增大(D1→D2)，进气门闭合正时IVC相位滞后并且被控制到BDC附近的正时值。因此，有效压缩比变高以确保良好的燃烧。此外，新鲜空气的充填效率倾向于变大，从而导致燃烧产生扭矩的增大和发动机转速的平稳提高，并因此利用压缩空气-燃料混合物的令人满意的燃烧确保并实现完全爆燃。
在发动机加温之后的低速低负载范围内，实际的进气门提升和工作角特性利用VEL机构1进行控制或减少到小进气门提升L1和小工作角D1特性。同时，进气门闭合正时IVC利用VTC机构2相位滞后。因此，其间进气门和排气门4、5至少部分打开的气门重叠周期变短，从而提高了燃烧稳定性。此外，由于小提升的原因，气门操作系统的摩擦损失变小，从而确保改进的燃料经济性。
其后，当发动机/车辆工作情况从低速低负载范围向中速中负载范围转换时，实际的进气门提升和工作角特性利用由ECU 22电子控制的VEL机构1控制或增大到中间进气门提升L2和中间工作角D2特性。同时，进气门闭合正时IVC利用VTC机构2相位超前。由于VEL机构1的气门提升和工作角控制与VTC机构2的相位超前控制相结合，使得气门重叠周期变长，从而减少进压排气损失并确保减小的燃料消耗。
此后，当发动机/车辆工作情况从低或中负载范围向高负载范围转换时，电机20响应于控制信号沿反转方向进一步驱动，所述控制信号从ECU 22的输出接口电路产生并根据所述高发动机负载条件确定。因此，滚珠螺杆轴23进一步通过电机20的电机输出轴的反向旋转而沿反转方向旋转，从而产生滚珠螺母24的进一步反向直线运动。因此，控制轴17通过联动装置(25，26)沿相反的转动方向进一步旋转。通过控制凸轮18的中心围绕控制轴17的中心的进一步旋转运动，控制凸轮18的径向厚壁部分进一步向下移动并保持在向下移动位置。因此，摇臂11的姿态进一步顺时针移动，从而使摇臂11的第二臂部11b和连杆13的第一杆端13a之间的枢轴(通过连接销15而成的连接点)进一步向下移动。因此，可摇摆凸轮9、9中每一个的凸轮鼻部分通过连杆13的第二杆端13b进一步受力而被向下推动。从驱动轴6的后端观察，每个可摇摆凸轮9的角位置进一步顺时针移动。当控制凸轮18移动到图4A-4B中显示的角位置(适合于高负载运转)时，在驱动凸轮7旋转期间，驱动凸轮7的旋转运动通过运动传送机构(连杆11，12和13)转换为可摇摆凸轮9摆动运动。此时，基圆表面区域、斜面区域、提升面区域和顶面区域的一部分与气门挺杆8的上接触表面形成滑动接触。因此，当从控制凸轮18的中间角位置(适合于中等负载运转)转换到图4A-4B中显示的角位置(适合于高负载运转)时，实际的进气门提升和工作角特性可以从中间进气门提升L2和中间工作角D2特性向大进气门提升L3和大工作角D3特性连续变化(参见图5)。
如从图5中显示的多个进气门提升L和进气门工作角D特性曲线(或多个进气门提升L和提升周期D特性曲线)可以理解，根据结合到该实施例的可变气门致动系统中的VEL机构1，在从低发动机负载到高发动机负载的所有发动机工作情况中，进气门提升和工作角特性可以从小进气门提升L1和工作角D1特性经过中间进气门提升L2和工作角D2特性向大进气门提升L3和工作角D3特性连续地受控或调节，或者反之亦然。即，进气门提升和工作角特性可以被控制或调节到适于有关发动机工作情况的最近最新信息的最佳特性。
在所示实施例中，在先描述的VTC机构2包括所谓的液压操作的旋转叶片式VTC机构。如图6和7中所显示的，VTC机构2包括固定连接到驱动轴6上用于转矩传递的正时链轮30、固定连接或螺栓连接到驱动轴6的轴端并且可旋转地容纳在正时链轮30的内部空间中的四叶叶片构件32以及液压回路33，所述液压回路33以这种方式液压操作叶片构件32，即使得叶片构件32沿正转和反转方向中选定的一个进行转动。
正时链轮30包括在其中可旋转地容纳叶片构件32的大致圆柱形的相位转换器壳体34、密封覆盖壳体34的前部开口端的盘形前盖35和密封覆盖壳体34的后部开口端的盘形后盖36。壳体34和前后盖35-36通过拧紧四个螺栓37彼此轴向整体连接。
壳体34为大体圆柱形形状并且在两个轴向端部开放。壳体34具有四个围绕其整个圆周均匀隔开的极靴34a、34a、34a、34a，并且作为四个从壳体内周径向向内延伸的隔壁。
极靴34a中的每一个都是截头圆锥形的(或梯形)形状，并且具有形成在其大致中心部分中的轴向延伸螺栓插入孔34b，从而使得螺栓37插入到该螺栓插入孔中。如图7中最佳显示的那样，极靴34a中的每一个都具有形成在其顶部的轴向伸长的密封槽。四个细长的油密封件38、38、38、38放入并保持在极靴34a的各密封槽中，所述每个油密封件都具有大致C形的横截面。尽管在图7中没有清楚显示，但实际上，四个片簧以这样的方式，即使得各油密封件38径向向内压靠在叶片转子32a(随后描述)的外周壁表面上的方式放入并保持在极靴34a的各密封槽中。
前述盘形前盖35具有较大直径的中心支撑孔35a和在周向上等距隔开的螺栓孔(未标号)，其被钻制成与壳体34的极靴34a的各螺栓插入孔34b轴向相配。
前述盘形后盖36在其后端整体形成有带齿部分36a，其与正时链相啮合。而且，后盖36具有大致中心轴承孔36b，该轴承孔具有较大直径。
叶片构件32包括形成有中心螺栓插入孔的大致环形叶片转子32a以及轴向延伸的四个叶片32b、32b、32b、32b，其围绕叶片转子32a的整个圆周均匀隔开并且整体形成在叶片转子32a的外周上。
叶片转子32a的小直径、圆柱形空心前端部可旋转地支撑在前盖35的中心孔35a中。叶片转子32a的小直径、圆柱形空心后端部也可旋转地支撑在后盖36的轴承孔36b中。
叶片构件32的叶片转子32a具有轴向延伸的中心孔14a，叶片安装螺栓39b插入到该中心孔14a中从而通过轴向拧紧叶片安装螺栓39b而将叶片构件32用螺栓紧固到驱动轴6的前轴向端部上。
四个叶片32b、32b、32b、32b之一配置为具有倒截头圆锥形的形状的横截面，而剩余的三个叶片配置为具有大致矩形的横截面。所述剩余的三个叶片具有几乎相同的周向宽度和相同的径向长度。考虑到叶片构件32的总重量平衡，即，减小具有四个叶片32b的叶片构件32的旋转失衡，具有倒截头圆锥形形状的所述一个叶片的周向宽度尺寸大于剩余三个矩形叶片中每一个的周向宽度。
四个叶片32b、32b、32b、32b中每一个都布置在界定于相关两个相邻极靴34a、34a之间的内部空间中。如图7中最佳显示的那样，四个顶部密封件40、40、40和40放入并保持在形成于四个叶片32b的顶部中的各密封槽内，每个顶部密封件都具有大致C形的横向截面，使得叶片32b中的每一个可沿相位转换器壳体34的内周壁表面滑动。尽管在图7中没有清楚显示，实际上，四个片簧以这样的方式，即使得各顶部密封件40径向向内压靠在壳体34的内周壁表面上的方式放入并保持在叶片32b顶部的各密封槽中。每个叶片32b的后向侧壁表面具有大致圆形的两个凹槽32c和32c，作为用于两排复位弹簧55-56的弹簧保持孔，所述后向侧壁表面与驱动轴6的旋转方向相反。复位弹簧55-56布置在设置于叶片32b的后向侧壁表面中的弹簧保持孔和与叶片32b的后向侧壁表面相对的极靴34a的弹簧保持侧壁表面之间。
叶片构件32的四个叶片32b和壳体34的四个极靴34a彼此配合以界定四个可变容积相位超前室41和四个可变容积相位滞后室42。更详细地，相位超前室41中的每一个都界定在设置于叶片32b的后向侧壁表面中的弹簧保持孔和相对的极靴34a的弹簧保持侧壁表面之间。相位滞后室42中的每一个都界定在设置于叶片32b的前向侧壁表面中的无弹簧保持孔和相对的极靴34a的无弹簧保持侧壁表面之间。
如图6中清楚显示的，液压回路33包括第一液压管路43和第二液压管路44，所述第一液压管路43设置为向相位超前室41中的每一个提供工作流体(液体压力)并将其排出，所述第二液压管路设置为向相位滞后室42中的每一个提供工作流体(液体压力)并将其排出。即、液压回路33包括双液压管路系统(43，44)。液压管路43、44中的每一个都通过电磁螺线管操作的方向控制阀47连接到工作流体供给通道45和工作流体排出通道46上。单向油泵49设置在供给通道45中用于吸入油盘48中的工作流体并从其排出口排放加压工作流体。排出通道46的下游端与油盘48连通。
第一和第二液压管路43、44形成为大致圆柱形流动通道结构39。流动通道结构39的一端(即，第一端部)穿过叶片转子32a的小直径、圆柱形空心前端部的左侧轴向开口端插入形成于叶片转子32a中的圆柱形孔32d中。流动通道结构39的另一端(即，第二端部)连接到电磁螺线管操作的方向控制阀47上。三个环状密封件39s、39s、39s设置在流动通道结构39的第一端的外周和叶片转子32a的圆柱形孔32d的内周之间。更详细地，环状密封件39s放入并保持在形成于流动通道结构39的第一端的外周中的各密封槽内。这些环状密封件39s以液密方式隔在第一液压管路43的相位超前室连通端口和第二液压管路44的相位滞后室连通端口之间。
第一液压管路43还具有工作流体室43a和四个支管43b、43b、43b、43b。第一液压管路43穿透流动通道结构39的第一端面，并且第一液压管路43的轴向通道与工作流体室43a连通。工作流体室43a形成为叶片转子32a的圆柱形孔32d的面向驱动轴6的内半部分。四个支管43b以这样的方式，即从圆柱形孔32d的内周大致径向伸出的方式形成在叶片转子32a中。四个相位超前室41通过各自的支管43b与工作流体室43a连通。
另一方面，第二液压管路44的轴向通道延伸接近流动通道结构39的第一端面。第二液压管路44还具有环形室44a和第二工作流体通道44b。环形室44a形成在流动通道结构39第一端的圆柱形部分的外周中。尽管在附图中没有清楚显示，但是第二工作流体通道44b具有大致L形状并且形成在叶片转子32a中。环形室44a和相位滞后室42中的每一个通过第二工作流体通道44b彼此连通。
在所示实施例中，电磁螺线管操作的方向控制阀47由弹簧偏置的螺线管激励的三位四通方向控制阀构成。方向控制阀47使用滑动阀芯改变通过方向控制阀的流路。对于阀芯的给定位置来说，在气门内存在唯一的流路配置。具体地，方向控制阀47设计成能在阀芯的三个位置，即图6中显示的弹簧偏置位置、封闭位置(由于平衡的相对作用力，即，复位弹簧作用力和螺线管产生的电磁力产生的中间位置)和完全螺线管激励位置之间切换。在弹簧偏置位置，建立了第一液压管路43和供给通道45之间的流体连通，以及第二液压管路44和排出通道46之间的流体连通。在封闭位置，第一和第二液压管路43-44中的每一个与供给通道45和排出通道46中的每一个之间的流体连通被阻断。在完全螺线管激励位置，建立了第一液压管路43和排出通道46之间的流体连通，以及第二液压管路44和供给通道45之间的流体连通。方向控制阀47的阀芯的三个位置之间的切换操作响应于从ECU22的输出接口电路产生的送向螺线管的控制命令信号而执行。
控制器(ECU)22为VEL机构1和VTC机构2所共有。返回图1，ECU 22通常包括微型计算机。ECU 22包括输入/输出接口电路(I/O)、存储器(RAM，ROM)，以及微处理器或中央处理器(CPU)。ECU 22的输入/输出接口电路(I/O)接收来自各个发动机/车辆开关和传感器即曲柄角度传感器27、发动机转速传感器、加速器打开传感器、车速传感器、范围齿轮位置开关(range gear position switch)、驱动轴角位置传感器28、控制轴角位置传感器29和空气流量计08的输入信息。在ECU 22内部，中央处理器(CPU)允许通过I/O接口对从前述的发动机/车辆开关和传感器输入的信息数据信号进行存取。ECU 22的处理器根据来自发动机/车辆开关和传感器的输入信息确定当前发动机/车辆运行情况。将曲柄角度传感器27设置成用以检测曲轴02的角位置(曲柄转角)。驱动轴角位置传感器28设置为检测驱动轴6的角位置。同样，根据来自曲柄角度传感器27和驱动轴角位置传感器28的两个传感器信号，检测驱动轴6相对于正时链轮30的角相位。控制轴角位置传感器29设置为检测控制轴17的角位置。空气流量计08设置为测量或检测流过进气管I的空气量，并因此检测或估计发动机负载值。ECU 22的CPU负责传送存储于存储器中的控制程序并能够执行必要的算术和逻辑操作，例如，由可逆起动电机07执行的起动电动机控制、通过电子控制的节气门装置SV的节气门致动器实现的电子节气门打开控制、通过电子燃料喷射系统实现的电子燃料喷射控制、由电子点火系统实现的电子点火控制、由VEL机构1执行的气门提升和工作角控制以及由VTC机构2执行的相位控制。计算结果(算术计算结果)，即，计算的输出信号通过ECU 22的输出接口电路传送给输出级，即，电子控制的节气门装置SV的节气门致动器、燃料喷射系统的电子控制的燃料喷射器、电点火系统的电子控制的火花塞05、VEL机构1的电机20、用于VTC机构2的方向控制阀47的螺线管以及用于起动电动机控制的可逆起动电机(可逆曲柄转动电机)07。
对于包括至少VEL机构1的进气门提升和工作角控制系统来说，通过方向控制阀47的切换操作，工作油供应到用于在发动机起动期间使进气门闭合正时IVC超前的可变容积的相位超前室41中。其后，当刚刚达到期望曲轴转速时，通过方向控制阀47的切换操作，工作油供应到用于使进气门闭合正时IVC滞后的可变容积的相位滞后室42中。
还在叶片构件32和外壳34之间设置有锁紧机构(或联锁设备或联锁装置)，用于通过使叶片构件32和外壳34锁紧并接合而使叶片构件32不能相对于外壳34进行旋转运动，以及通过使叶片构件32和外壳34松脱(或脱离)而使叶片构件32能够相对于外壳34进行旋转运动。即，如随后所描述的，通过联锁装置，进气门4、4中每一个的进气门闭合正时IVC可锁定或固定为进气冲程上的TDC之后且BDC之前的预定正时值X(IVC)(参见图9)。
如从图6的纵剖面可以看出的，锁紧机构(联锁装置)包括锁销滑动运动允许孔(简单地说，锁销孔)50、锁紧销51、具有大致C形横截面并压入形成于后盖36中的通孔内的接合孔构件52、界定在C形接合孔构件52中的接合孔52a、弹簧限位器53和复位弹簧(卷绕式压缩弹簧)54。锁销孔50形成在较大周向宽度(最大周向宽度)的倒截头圆锥形叶片32b中及形成在后盖36中，使得锁销孔50沿驱动轴6的轴向方向延伸。锁紧销51可滑动地容纳在锁销孔50中并具有一端封闭的圆柱形孔。锁紧销51的锥形头部51a与接合孔52a接合或脱离。弹簧限位器53放入由前盖35的内周壁面和锁销孔51界定的空间中。复位弹簧54设置为使锁紧销51永久地压向接合孔52a的内部空间。尽管在图6中没有清楚显示，但是由前后盖35-36和圆柱形外壳34所构造的相位转换器外壳结构也设计成能通过形成在相位转换器外壳结构中的油孔将相位滞后室42中的工作油(液体压力)和/或由油泵49排出的工作油(液体压力)供给到接合孔52a中。
通过复位弹簧54的弹簧力，锁紧销51工作以通过使锁紧销51的锥形头部51a与接合孔52a锁定并接合在叶片构件32到达其最大相位超前位置的预定位置而使正时链轮30和驱动轴6不能相对旋转。在从相位滞后室42和/或油泵49传送到接合孔52a中的液体压力作用下，通过使锁紧销51的锥形头部51a与接合孔52a松脱(或脱离)而使正时链轮30和驱动轴6能够相对旋转。即，锁紧销51的锥形头部51a在从相位滞后室42和/或油泵49供给到接合孔中的液体压力作用下被压出接合孔52a。
如先前参照图7所描述的，其中每个都作为偏压设备或偏压装置的两排复位弹簧55-56布置在设置于叶片32b的后向侧壁表面中的弹簧保持孔和极靴34a的弹簧保持侧壁表面之间，用于将相关叶片32b(叶片构件32)永久地压向相位超前侧。在所示实施例中，复位弹簧55-56由具有相同尺寸和相同弹簧刚度的盘簧构造而成。
如图7-8中所示，两个复位弹簧55-56彼此平行地布置。如从图7的横剖面可以看出的，弹簧55-56中每一个的轴向长度的尺寸制成大于设置在叶片32b的后向侧壁表面中的弹簧保持孔和极靴34a的弹簧保持侧壁表面之间的周向距离，并且叶片32b保持在最大相位超前位置。复位弹簧(盘簧)55-56具有相同的自由高度。
两个平行盘簧55-56的轴线之间的距离预设为预定距离，使得在盘簧55-56中每一个的最大压缩变形的情况下盘簧55-56的外周不彼此接触(参见图8)。面向相关叶片32b的盘簧55-56中每一个的一端保持在装入凹槽(弹簧保持孔)32c中的薄板弹簧保持器(未显示)内。
下文将详细描述VTC机构2的操作，其通常在发动机停止期间没有任何故障的情况下运行。
当发动机转换到停机状态时，从ECU 22向方向控制阀47的螺线管的控制电流(激励电流)的输出也停止。因此，方向控制阀47的阀芯移动到其弹簧偏置位置，其中第一液压管路43和供给通道45之间形成流体连通，并且同时第二液压管路44和排出通道46之间形成流体连通。因此，叶片构件32有朝向相位超前侧旋转的趋势，但是从油泵49供给并作用在叶片构件32的叶片32b上的液体压力由于发动机转速逐渐下降至基本零转速而变成零。
在这些条件下，如图7中显示的那样，通过复位弹簧55-56的弹簧力，叶片构件32顺时针即沿驱动轴6的旋转方向(由图7中箭头所指示的)旋转。因此，最大周向宽度的倒截头圆锥形叶片32b与面向相位滞后室42的极靴34a的侧壁形成抵靠接合。因此，正时链轮30和驱动轴6之间的相对相位变为最大相位超前侧。
即，利用在复位弹簧55-56的弹簧力作用下与极靴34b受压形成接触的倒截头圆锥形叶片32b，如图9中所显示的那样，根据与VEL机构1的气门提升和工作角控制(换句话说，气门动作和提升控制)相结合的VTC机构2的相位控制，传送其进气冲程的发动机气缸的两个进气门4、4中每一个的进气门闭合正时IVC可以偏置到进气冲程上的TDC之后(ATDC)且在BDC之前(BBDC)并且大致位于TDC和BDC中点处的正时值(参见图9中由“X(IVC)”指示的角位置)。
同时，通过复位弹簧54的弹簧力使锁紧销51的锥形头部51a与接合孔52a以这样的方式即使得正时链轮30和驱动轴6之间不能相对旋转的方式形成接合。
VTC机构2的前述操作对应于发动机停止期间正常的(无故障的)VTC系统操作。相对而言，假如VTC系统的方向控制阀47中发生机械故障，例如卡住阀芯发生的话，所述阀芯会卡在封闭位置，其中第一和第二液压管路43-44中每一个与供给和排出通道45-46中每一个之间的流体连通被截断。在图6-8中显示的弹簧加载的四叶片旋转叶片式VTC机构的情况下，即使阀芯卡住，通过复位弹簧55-56的弹簧力也可以使叶片构件32被偏压到相位超前侧。因此，在故障的VTC系统状态(故障VTC系统状态)和无故障VTC系统状态(正常VTC系统状态)下，也可以通过复位弹簧55-56的弹簧力将VTC机构切换到最大相位超前位置。在先说明的锁紧机构或联锁装置(50，51，52，52a，53，54)为有利或有效的，以通过锁紧销51将叶片构件32锁定且接合在适当位置上而使叶片构件32必定不能相对于外壳34进行旋转运动。如前所述，可以通过复位弹簧55-56的弹簧力将VTC机构临时移动到最大相位超前位置。因此，为了降低VTC系统成本并简化VTC机构，可以取消锁紧机构或联锁装置(50，51，52，52a，53，54)。相对而言，为了机械高精度VTC控制，联锁装置可以设置在VEL机构1和VTC机构2中，用于确定可靠地将进气门闭合正时(IVC)固定为图9的预定正时值X(IVC)，通过偏压设备，即，复位弹簧31和55-56使进气门闭合正时(IVC)永久偏置到该正时值。
接下来，在发动机起动期间，当点火开关接通时，起动电动机07被驱动以启动用于曲轴02的曲柄转动操作。在这一曲柄转动初期阶段，进气门闭合正时IVC保持在BDC之前且大致位于TDC和BDC的中点处的正时值。
当曲柄转动的初期阶段结束时，方向控制阀47的螺线管响应于来自ECU 22的控制信号而切换到其全螺线管激励位置，使得第二液压管路44和供给通道45之间建立流体连通，且在第一液压管路43和排出通道46之间建立流体连通。在这些条件下，一方面，由油泵49产生的液体压力通过供给通道45和第二液压管路44供给到每一个相位滞后室42中。另一方面，不存在以与发动机停止状态相同的方式向每个相位超前室41中供给液体压力。即，液体压力通过第一液压管路43和排出通道46从每一个相位超前室41排放到油盘48中，从而每个相位超前室41中的液体压力保持在较低水平。大约同时，供给到相位滞后室42中的工作流体也从相位滞后室42被输送到接合孔52a中。因此，锁紧销51向后移动抵抗复位弹簧54的弹簧偏压，随后，锁紧销51的锥形头部51a被压出接合孔52a。
因此，叶片构件32与固定外壳34松脱或脱离。由于相位滞后室42中的液体压力升高，叶片构件32克服复位弹簧55-56的弹簧力逆时针旋转(参见图8)。这导致驱动轴6相对于相位滞后侧的正时链轮30进行转动。
出于上述原因，进气门闭合正时IVC相位滞后到BDC附近的正时值以增大有效压缩比，因此确保了良好燃烧。另外，可以提高进气充填效率，从而导致由燃烧产生的扭矩增大，因此确保和实现了完全爆燃和平稳的发动机转速提升。
其后，车辆开始行驶并且发动机加温进一步提高。当到达预定的低发动机转速范围时，方向控制阀47的阀芯响应于来自ECU 22的控制信号移动到其弹簧偏置位置，以建立第一液压管路43和供给通道45之间的流体连通，以及第二液压管路44和排出通道46之间的流体连通。
因此，每一个相位滞后室42中的液体压力通过第二液压管路44和排出通道46被排放到油盘48中，因此每一个相位滞后室42中的液体压力变低。相反地，每一个相位超前室41中的液体压力变高。
因此，由于相位超前室41中的液体压力增加以及复位弹簧55-56的弹簧力的原因，使得叶片构件32顺时针旋转。这导致驱动轴6相对于相位超前侧的正时链轮30进行转动。另一方面，VEL机构1被控制至较大的进气门提升和工作角特性。因此，进气和排气门都打开的气门重叠周期变长，从而导致减小的进压排气损失和提高的燃料经济性。
当将发动机工作情况从低速范围转换到中速范围、并进一步转换到高速范围时，如图7中显示的那样，由于提供给相位超前室41的液体压力下降以及相位滞后室42中的液体压力升高，叶片构件32克服复位弹簧55-56的弹簧力逆时针旋转。因此，正时链轮30和驱动轴6之间的相对相位变为相位滞后侧。通过由VTC机构2执行的相位滞后控制与由VEL机构1执行的最大进气门提升和最大工作角控制相结合，可以使进气门闭合正时IVC充分相位滞后，同时确保一定的气门重叠，从而提高新鲜空气充填效率，并因此确保高发动机功率输出。
下文将参照图10的流程图对发动机起动期间在ECU 22内部执行的具体发动机控制程序进行详细描述。图10的控制程序执行为时间触发的中断程序，其每隔诸如10毫秒的预定时间间隔而被触发。
在步骤S1，例如当点火开关(按键开关)断开时发动机刚要进入其停止状态之前进行检查以确定是否满足发动机停止条件。当对步骤S1的答复为否定(NO)时，程序返回到第一个步骤S1。相反地，当对步骤S1的答复为肯定(YES)时，程序从步骤S1前进到步骤S2。
在步骤S2，通过VTC机构2的相位控制与VEL机构1的气门提升和工作角控制相结合而执行根据IVC相位超前控制，进气门闭合正时IVC相对于BDC超前并且控制至进气冲程上ATDC且BBDC并且大致位于TDC和BDC的中点处的正时值(参见图9中由“X(IVC)”指示且对应于最大相位超前位置的角位置)。
在步骤S3，进行检查以确定由于步骤S2的相位超前控制所获得的实际进气门闭合正时IVC与期望正时值的偏差(即，误差信号值IVCE)是否小于或等于预定临界值TH1。当对步骤S3的答复为否定(NO)时，即，当偏差大于预定临界值(即，IVCE＞TH1)时，程序从步骤S3返回到步骤S2，从而重新执行相位超前控制。相反地，当对步骤S3的答复为肯定(YES)时，即，当偏差小于或等于预定临界值(即，IVCE≤TH1)时，程序从步骤S3前进到步骤S4。
在步骤S4，ECU 22输出发动机停止信号用于完全停止发动机。在步骤S4之后，出现一系列适于发动机起动周期的步骤S5-S9。
在步骤S5，进行检查以确定是否满足发动机起动条件，例如点火开关接通条件。当对步骤S5的答复为否定(NO)时，即，当点火开关保持断开时，程序再次返回到步骤S5。相反地，当对步骤S5的答复为肯定(YES)时，即，在点火开关刚切换到其接通状态之后，程序从步骤S5前进到步骤S6。
在步骤S6，借助于起动电动机07通过驱动曲轴02从而启动曲柄转动操作。更加具体地，在步骤S6的初始阶段，ECU 22的处理器确认或确定曲柄转动操作是否刚好在发动机完全停止之前通过步骤S1-S3启动，并且进气门闭合正时IVC相位超前到由图9中的“X(IVC)”指示的最大相位超前位置。假定曲柄转动操作在相位超前到最大相位超前位置的进气门闭合正时IVC时起动的话，在曲柄02第一圈期间，进气门闭合正时IVC保持BDC之前且大致位于TDC和BDC的中点处的正时值。因此，在曲柄02第一圈期间活塞通过BDC时，气缸内压力倾向于变成低于大气压的负压值。当曲轴进一步旋转时，气缸内压力压缩到略高于大气压的压力值。因此，有效压缩比变小，从而导致发动机的减压状态。因此，可以充分减少曲柄转动初期阶段发动机的噪音和振动。通过所述减压作用可以提高曲柄转动初期阶段的曲柄转速。在曲柄转动的初期阶段，最好将进气门打开正时IVO控制至TDC附近的正时值以便消除气门重叠周期。另一方面，在曲柄转动的初期阶段，进气门闭合正时IVC被控制至BDC之前的正时值。因此，可以通过VEL机构1将进气门4、4中每一个的工作角设定为前述小工作角D1，从而有效减少气门操作系统的摩擦损失，并进一步提高曲轴转速。这确保了提高的起动性。除上述之外，由于曲轴转速提高的作用，可以有效降低起动电动机07上的负载。另外，即使当包括在VTC机构2中的方向控制阀47的阀芯卡住和/或即使当VEL机构1中由于(i)抵抗连杆臂12的驱动凸轮保持孔内部的驱动凸轮7的滑移运动的摩擦和(ii)抵抗摇臂11的摇臂中心孔内部的控制凸轮18的滑移运动的摩擦而产生较大摩擦阻力时，也可以通过包括在VTC机构2中的复位弹簧55-56的弹簧偏压和/或包括在VEL机构1中的复位弹簧31的弹簧偏压将进气门闭合正时IVC从BDC(相位滞后侧)强制偏压或移动到TDC附近的正时值(相位超前侧)。如上所述，可以确保减压作用。换句话说，可以通过VEL机构1的复位弹簧31和VTC机构2的复位弹簧55-56提供机械的故障保险作用。当ECU 22的处理器在上述曲柄转动起动步骤S6开始时确定进气门闭合正时IVC还没有超前到由图9中“X(IVC)”指示的最大相位超前位置时，在启动曲柄转动操作之前或在初始曲柄转动期间，进气门闭合正时IVC通过由彼此结合的VEL机构1和VTC机构2而被控制至最大相位超前位置。步骤S6之后，步骤S7发生。
在步骤S7，进行检查以确定关于曲轴转速的最近最新的信息是否达到其期望转速值。即，进行检测以确定有关曲柄单位时间转数的最新信息数据是否达到预定曲轴转速值。当对步骤S7的答复为否定(NO)时，程序再次返回到步骤S7。相反地，当对步骤S7的答复为肯定(YES)时，程序从步骤S7前进到步骤S8。
在转换到步骤S8的时间点，通过由前述小提升和工作角特性实现的减压作用和低摩擦作用的协同作用，曲轴转速迅速提高，同时有效地抑制或减少曲柄转动期间(发动机起动期间)不希望的振动。
在步骤S8，进气门4、4中每一个的工作角通过由VEL机构1执行的工作角增大控制而变大或增大。同时，通过由VTC机构2执行的相位控制，驱动轴6相对于曲轴02的角相位被控制至相位滞后侧。即，通过由彼此结合的VEL和VTC机构1-2执行的IVC相位滞后控制，进气门4、4中每一个的进气门闭合正时IVC可以迅速调节到相位滞后侧，因此，进气门闭合正时IVC可以滞后到稍微通过BDC位置的正时值，即，在BDC之后且其附近的正时值(参见图9中由“Y(IVC)”指示的角位置)。
在步骤S9，燃料在进气门闭合正时IVC刚刚相位滞后到由“Y(IVC)”指示的正时值之后开始喷入每个发动机气缸中，随后对喷射的燃料点火。这样，实现了良好的完全爆燃。
假定进气门闭合正时IVC固定为适合于曲柄转动初期阶段的相位超前正时值。在这种情况下，存在由于较低有效压缩比的原因而在点燃喷射燃料时燃烧恶化增大的趋势，因此，通过燃烧不可能产生足够的扭矩(令人满意的传动转矩)。相对而言，根据该实施例的可变气门致动系统，在快速的曲轴转速提高之后，进气门闭合正时IVC可以迅速调节到相位滞后侧(由图9中“Y(IVC)”指示的正时值)。因此，可以将有效压缩比调高，从而确保喷射到燃烧室中的燃料的良好点燃性，因而缩短完全爆燃时间。因此，在从曲柄转动开始到完全爆燃的发动机起动期间，可以获得良好的起动性，从而确保足够的驱动转矩。此外，在冷态发动机起动期间，可以使发动机稳定旋转，从而确保足够的驱动扭矩(即，由燃烧产生的足够扭矩)。
如上所述，根据该实施例的可变气门致动系统，在曲柄转动初期阶段，进气门闭合正时IVC可以通过彼此结合的VEL和VTC机构1-2保持在进气冲程上的ATDC且BBDC并且大致位于TDC和BDC的中点处的正时值(参见图9中由“X(IVC)”指示的角位置)。因此，由于在初始曲柄转动期间由减压实现的发动机振动减少和曲轴转速提高，以及由于通过将进气门工作角适当地设定到小工作角D1特性实现的气门操作系统的摩擦减少和进一步曲轴转速提高，可以使两个矛盾的要求，即降低的发动机噪音/振动和提高的起动性(迅速的曲轴转速提高)协调或平衡。
特别地，根据该实施例的系统，VEL机构1与VTC机构2一起使用，因此可以使进气门闭合正时IVC朝向活塞TDC位置进一步接近或进一步相位超前。因此，可以更加确定地实现或促进开始周期噪音/振动减少作用和提高的发动机起动性。
此外，根据所示实施例的系统，在发动机停止状态下，可以通过锁紧机构或联锁装置(50，51，52，52a，53，54)将VTC机构2的叶片构件32锁定在适当位置(例如，最大相位超前位置)。因此，这有效防止或避免了在发电机起动期间由交变扭矩引起的叶片构件32的不稳定的顺时针和逆时针运动(卡嗒卡嗒的(rattling)运动)。因此，可以更加确定无疑地实现发电机起动期间减少的发动机噪音/振动以及提高的起动性。
另外，根据该实施例的系统，在刚刚达到预定曲轴转速之后，通过VEL机构1可以对进气门4、4进行前述的工作角增大控制，从而延长进气门打开周期。在延长的进气门打开期间，由于气门弹簧力使气门操作系统的摩擦趋于增大，但是VTC机构2操作以通过所述增大的摩擦将进气门闭合正时IVC偏置到相位滞后侧。这是因为由于克服旋转的负载(摩擦)增大，使叶片构件32(惯性质量)趋于在正时链轮30左侧。特别地，在发动机停止期间，由于气门操作系统的摩擦和/或作用在凸轮轴上的交变扭矩的原因，存在进气门打开正时IVO和进气门闭合正时IVC相对于曲轴02的旋转的滞后增大的趋势。因此，在已经达到预定曲轴转速之后，由于气门操作系统增大的摩擦，VTC机构2的叶片构件32(惯性质量)的相位可以朝向最大相位滞后位置调节。由于上面讨论的原因，在发动机起动期间，可以避免朝向相位滞后侧的VTC机构2的相位控制的响应性恶化，这可能由于永久强制或偏置进气门闭合正时IVC到相位超前侧的复位弹簧55-56的弹簧力而出现。
此外，根据该实施例的系统，即使当包括在VTC机构2中的方向控制阀47的阀芯卡住，也可以通过包括在VTC机构2中的复位弹簧55-56的弹簧偏压使进气门闭合正时IVC从BDC(相位滞后侧)强制偏置或移动到由图9中“X(IVC)”指示的最大相位超前位置。因此，可以更加确定无疑地提供由这种机械故障保险功能(即，复位弹簧55-56)实现的减压作用。
此外，根据该实施例的系统，VEL机构1通过电机20致动，同时VTC机构2由液压驱动。因此，即使当液体压力在曲柄转动期间(或在曲柄转动初期阶段)未充分提高时，进气门4、4中每一个的工作角也可以通过电机驱动的VEL机构1迅速增大，从而使气门操作系统的摩擦趋于立即增大。如在先所述那样，由于气门操作系统增大的摩擦作用，可以提高液压致动的VTC机构2向相位滞后侧的切换操作的响应性。在使用彼此结合的VEL和VTC机构1-2的实施例的可变气门致动系统的情况下，可以确保VTC机构2的相位滞后控制的充分高的响应性。
该实施例的在先描述的可变气门致动系统使用液压致动的VTC机构。驱动轴6相对于正时链轮的角相位，即，进气门4的气门正时变化可以通过使用如日本专利临时公开No.2004-11537(对应于美国专利NO.6,805,081)中所公开的设置于螺旋盘式VTC机构中的滞后制动装置而实现，而代替使用液压驱动的旋转叶片式VTC机构。对于设置在螺旋盘形VTC机构中的滞后制动装置的具体结构而言，美国专利No.6,805,081的示教结合在此作为参考。简要地讲，相对相位角变换器(相对相位改变装置)设置在装接在正时链轮30上且由曲轴02驱动的驱动环和固定连接到驱动轴6的前端的从动构件之间，用于改变驱动轴6(从动构件)相对于正时链轮30(驱动环)的角相位。相对相位角变换器包括螺旋盘和运动转换联动装置。运动转换联动装置的径向外部机械地连接到正时链轮30和螺旋盘上，使得联动装置的径向外部沿形成在正时链轮30中的导向槽滑动并沿形成在螺旋盘中的螺旋导向槽滑动。另一方面，联动装置的径向内部固定连接到驱动轴6上。当螺旋盘相对于正时链轮30的相位角变化时，联动装置的外部相对于驱动轴6轴线的径向位置改变，并且因此出现驱动轴6相对于正时链轮30的相位变化。为了改变螺旋盘相对于驱动轴6的相位角，使用了滞后制动装置。螺旋盘式VTC机构的滞后制动装置相对于螺旋盘的制动作用响应于控制电流进行控制，所述控制电流由ECU 22产生并且其当前值根据有关发动机/车辆工作情况的最近最新的信息进行适当调节或调整，使得由曲柄角表示的进气门4的相位得到适当控制(相位超前或相位滞后)。即，螺旋盘大体上与正时链轮的旋转同步地转动。螺旋盘相对于正时链轮的角位置可以根据发动机/车辆工作情况通过滞后制动装置进行控制。根据螺旋盘相对于正时链轮的角位置的变化，驱动轴6与曲轴02的相对相位受到控制(超前或滞后)。
因此，在使用设置于螺旋盘式VTC机构中的滞后制动装置和电机驱动的VEL机构的可变气门致动系统的情况下，设置在螺旋盘式VTC机构中的滞后制动装置不包括复位弹簧，如设置在液压致动的VTC机构中用于在发动机停止期间通过弹簧偏压使进气门闭合正时IVC强制偏置到图9中由“X(IVC)”指示的最大相位超前位置的复位弹簧。因此，取代复位弹簧，设置于螺旋盘式VTC机构中的滞后制动装置具有螺旋盘停止位置控制装置(简单地说，停止控制装置)，用于在发动机刚要进入其停止状态之前将螺旋盘停止或锁定在相对于正时链轮的预定角位置上。还设置有螺旋盘保持装置，简单地说是保持装置(换句话说，IVC相位保持装置)，用于将螺旋盘保持在前述预定角位置上。停止控制装置和保持装置由电动辅助制动装置构造而成。辅助制动装置插入到正时链轮和螺旋盘之间，并且响应于由ECU22产生的控制电流而致动或停止。当控制电流较大(接通)时，辅助制动装置被致动以停止或保持螺旋盘相对于正时链轮的旋转。相反地，当控制电流较小(断开)时，辅助制动装置被停止以允许螺旋盘相对于正时链轮旋转。这样，辅助制动装置设计成能通过螺旋盘使进气门4、4中每一个的进气门闭合正时IVC保持或维持在由图9中“X(IVC)”指示的最大相位超前位置。
取代使用辅助制动装置，可以使用内置步进电机作为停止控制装置和保持装置。所述内置步进电机能够可变地调节螺旋盘相对于正时链轮的角相位。
下文将参照图11的流程图详细描述第一改进发动机控制程序，其在结合于使用设置在螺旋盘式VTC机构中的滞后制动装置和电动VEL机构1的可变气门致动系统中的ECU 22内部执行。
在步骤S11，例如当点火开关(按键开关)断开时发动机刚要进入其停止状态之前进行检查以确定是否满足发动机停止条件。当对步骤S11的答复为否定(NO)时，程序返回到第一个步骤S11。相反地，当对步骤S11的答复为肯定(YES)时，程序从步骤S11前进到步骤S12。
在步骤S12，根据通过与VEL机构1的气门提升和工作角控制相结合的设置于螺旋盘式VTC机构中的滞后制动装置的相位控制而执行的IVC相位超前控制，进气门闭合正时IVC相对于BDC相位超前并且调节至进气冲程上ATDC且BBDC并且大致位于TDC和BDC的中点处的正时值(参见图9中由“X(IVC)”指示且对应于最大相位超前位置的角位置)。
在步骤S13，进行检查以确定由于步骤S12的相位超前控制所获得的实际进气门闭合正时IVC与期望正时值的偏差(即，误差信号值IVCE)是否小于或等于预定临界值TH1。当对步骤S13的答复为否定(NO)时，即，当偏差大于预定临界值(即，IVCE＞TH1)时，程序从步骤S13返回S12，从而重新执行相位超前控制。相反地，当对步骤S13的答复为肯定(YES)时，即，当偏差小于或等于预定临界值(即，IVCE≤TH1)时，程序从步骤S13前进到步骤S14。
在步骤S14，对于IVC相位保持控制来说，通过设置于螺旋盘式VTC机构中的滞后制动装置的辅助制动装置使制动力施加给螺旋盘，从而通过使螺旋盘保持在预定角位置上而使进气门闭合正时IVC保持在由图9中“X(IVC)”指示的最大相位超前位置上。另一方面，通过复位弹簧31的弹簧偏压将VEL机构1调节到最小提升L1和最小工作角D1特性。
在步骤S15，ECU 22输出发动机停止信号用于完全停止发动机。
在步骤S16，为了在从发动机停止时刻到发动机重新起动时刻的时间段内将进气门闭合正时IVC连续地保持在预定正时值(即，由图9中“X(IVC)”指示的最大相位超前位置)，辅助制动装置被致动以利用由该辅助制动装置产生的制动力使螺旋盘相对于正时链轮的旋转停止而将螺旋盘保持在适当的位置上。在步骤S16之后，出现一系列适于发动机起动周期的步骤S17-S22。
在步骤S17，进行检查以确定是否满足发动机起动条件，例如点火开关接通。当对步骤S17的答复为否定(NO)时，即，当点火开关保持断开时，程序再次返回到步骤S17。相反地，当对步骤S17的答复为肯定(YES)时，即，在点火开关刚切换到其接通状态之后，程序从步骤S17前进到步骤S18。
在步骤S18，借助于起动电动机07通过驱动曲轴02启动曲柄转动操作。更加具体地，在步骤S18的初始阶段，ECU 22的处理器确认或确定曲柄转动操作是否在发动机刚完全停止之前，在进气门闭合正时IVC相位超前到由图9中的“X(IVC)”指示的最大相位超前位置处启动。假定曲柄转动操作在超前到最大相位超前位置的进气门闭合正时IVC时起动的话，在曲柄02第一圈期间，进气门闭合正时IVC保持在BDC之前且大致位于TDC和BDC的中点处的正时值。因此，当活塞在曲柄02第一圈期间通过BDC时，气缸内压力倾向于变成低于大气压的负压值。当曲轴进一步旋转时，气缸内压力压缩到略高于大气压的压力值。因此，有效压缩比变小，从而导致发动机的减压状态。因此，可以充分减少曲柄转动初期阶段发动机的噪音和振动。可以通过所述减压作用促进曲轴转速提高及有效减少曲柄转动的初期阶段时的开始周期的发动机振动。此外，在曲柄转动的初期阶段，进气门闭合正时IVC调节到BDC之前且大致位于TDC和BDC的中点处的正时值。因此，可以通过VEL机构1将进气门4、4中每一个的工作角设定为前述小工作角D1，从而有效减少气门操作系统的摩擦损失，并进一步提高曲轴转速。这确保了提高的发动机起动性。除上述之外，由于曲轴转速提高作用，可以有效降低起动电动机07上的负载。步骤S18之后，出现步骤S19。
在步骤S19，进行检查以确定关于曲轴转速的最近最新的信息是否达到其期望转速值。即，进行检测以确定有关曲柄单位时间转数的最新信息数据是否达到预定曲轴转速值。当对步骤S19的答复为否定(NO)时，程序再次返回到步骤S19。相反地，当对步骤S19的答复为肯定(YES)时，程序从步骤S19前进到步骤S20。
在步骤S20，对于IVC相位保持释放控制来说，进行辅助的制动释放处理以通过设置于螺旋盘式VTC机构中的滞后制动装置的辅助制动装置释放施加到螺旋盘上的制动力。
在步骤S21，进气门4、4中每一个的工作角通过由VEL机构1执行的工作角增大控制而变大或增大。同时，通过利用滞后制动装置控制设置于螺旋盘式VTC机构中的滞后制动装置的螺旋盘的旋转，驱动轴6相对于曲轴02的角相位调节到相位滞后侧。即，通过由彼此结合的VEL机构1和设置在螺旋盘式VTC机构中的滞后制动装置执行的IVC相位滞后控制，进气门闭合正时IVC可以迅速调节到相位滞后侧，因此，进气门4、4中每一个的进气门闭合正时IVC可以滞后到稍微通过BDC位置的正时值，即，在BDC之后且在其附近的正时值(参见图9中由“Y(IVC)”指示的角位置)。
在步骤S22，燃料在进气门闭合正时IVC的相位滞后控制刚调节到由“Y(IVC)”指示的正时值之后开始喷入每个发动机气缸中，随后对喷射的燃料点火。这样，实现了良好的完全爆燃。如上所述，使用设置于螺旋盘式VTC机构中的滞后制动装置和电动VEL机构1的第一改型的可变气门致动系统(参见图11)可以提供与使用液动旋转叶片式VTC机构和电机驱动VEL机构1的实施例的可变气门致动系统(参见图1-10)相同的作用。
此外，在发电机起动期间，可以通过辅助制动装置确定无疑地将进气门闭合正时IVC保持在预定正时值，从而避免由作用在驱动轴6上的交变扭矩引起的不稳定的顺时针和逆时针运动(卡嗒卡嗒的运动)，从而防止设置于螺旋盘式VTC机构中的滞后制动装置的不稳定的相位控制。
根据使用设置于螺旋盘式VTC机构中的滞后制动装置和电机驱动VEL机构1的第一改型的可变气门致动系统(参见图11)，VTC机构的VTC相位可以通过滞后制动装置进行电气控制而非液压控制。此外，在使螺旋盘的角位置相对于正时链轮保持在预定位置时，利用电动辅助制动装置对螺旋盘进行制动。甚至在寒冷区域或甚至在寒带，无论工作流体的粘度如何，都可以容易可靠地将进气门闭合正时IVC调节到在BDC之前且大致位于TDC和BDC的中点处的正时值。
如上所述的发明构思可以应用于使用并联混合系统的混合动力车辆(HV)的内燃机，所述并联混合系统使用发动机和电动发电机(电动机)作为车辆的驱动能源。在该发明构思可以应用于混合动力车辆的发动机的情况下，可以提供与图1-10所示实施例的系统和图11所示第一改型的系统相同的操作和作用，即，曲柄转动期间减少的发动机振动、平稳曲轴转速提高、缩短的完全爆燃时间(快速完全爆燃)，所有这些都有助于提高的起动性。在频繁地执行发动机停止和重新起动操作的混合动力车辆所具有的发动机停止重新起动系统中，提高的发动机起动性的优点极大。在这种混合动力车辆中，重新起动操作自动启动而不依赖于驾驶员的意愿。因此，发动机噪音/振动降低作用是极为有利的，以消除驾驶员在发动机重新起动操作期间经受令人不舒服的发动机噪音/振动的任何不自然的感觉。此外，在混合车辆发动机的情况下，发动机可以通过电动发电机(电动机)而不是利用起动电动机进行曲轴旋转。因此，可以通过电动发电机使发动机曲轴更快地旋转。
还是在使用电气连接到汽车电池上的电动发电机并能够进行电力运行方式和再生运行方式的混合动力车辆的情况下，电动发电机在用于能量再生的再生运行方式期间用作发电机，其通过再生制动作用发电并且对电池充电。在车辆减速期间，可以利用彼此结合的VEL和VTC机构1-2将进气门闭合正时IVC调节到进气冲程上的TDC之后(ATDC)且BDC之前(BBDC)并且大致位于TDC和BDC的中点处的正时值(参见图9中由“X(IVC)”指示的角位置)而降低发动机制动，从而确保增大的再生能量(再生电能)。因此，可以显著提高混合动力车辆的燃料经济性。
如在先描述的，在利用VEL和VTC机构1-2将进气门闭合正时IVC调节至进气冲程上的ATDC且BBDC并且大致位于TDC和BDC的中点处的正时值(参见图9中由“X(IVC)”指示的角位置)时，该实施例的可变气门致动系统配置为通过由VEL机构1的复位弹簧31和VTC机构2的复位弹簧55-56所产生的机械的故障保险功能而将进气门闭合正时IVC稳定地偏置到最大相位超前侧，从而确保将进气门闭合正时IVC切换到进气冲程上的ATDC且BBDC并且大致位于TDC和BDC的中点处的正时值(对应于图9中由“X(IVC)”指示的最大相位超前位置)的高响应性。因此，可以缩短对再生制动开始点的响应时间并确保提高的燃料经济性。
此外，根据该实施例的系统，适合于车辆减速期的进气门闭合正时可设定为与适合于发电机起动周期和发动机停止周期中任意一个的进气门闭合正时大体相同。通过这种对于车辆减速期的IVC设置，可以将进气门闭合正时IVC保持在基本恒定的正时值，而不管VEL机构1的操作响应性和VTC机构2的操作响应性如何，也不管从车辆开始减速的时刻到发动机已经完全停止的时刻的所用时间如何。因此，在发动机停止期间，可以有效地将进气门闭合正时IVC时的不希望波动抑制或减小至最低，从而确保稳定的发动机起动性。
另外，在发动机停止期间，ECU 22的处理器可以配置为利用混合动力车辆的电动发电机(还作为大扭矩性能曲柄转动电机)以这样的方式即使得发动机完全停止在进气门4、4打开的相位(或曲轴02的曲柄角)的方式控制曲轴02的角相位。
在曲柄转动的初期阶段，气缸内压力在进气门4、4打开的时间段内变成大气压。其后，在进气门4、4关闭，即在进气门闭合正时的时间点，气缸内压力保持在大气压左右。与从进气门闭合正时开始的活塞的进一步下行冲程相一致，气缸内压力进一步降低。因此，当发动机起动时，空气燃料混合物的压缩变得稳定。尽管很难经常发生，假定发动机已经停止在进气门闭合正时IVC之后的曲柄角(曲轴02的角相位)，进气门4、4保持关闭，即，处于压缩冲程开始时。在这些条件下，即，当发动机停止在进气门4、4关闭的曲轴02的角相位，由于大气逐渐流入发动机气缸，随着时间流逝，每个发动机气缸的气缸内压力变成大气压。因此，气缸内压力在发动机重新起动时保持在大气压左右。在气缸内压力大致保持在大气压的条件下起动曲柄转动操作的情况下，由于曲轴02的初始角相位波动，压缩冲程上的TDC时的空气燃料混合物压缩倾向于变得过大或波动。这导致不稳定的发动机起动性的问题。相对而言，通过在先讨论的曲轴停止角位置控制，根据该控制，曲柄02的角相位调节至进气门4、4打开的预定曲柄角，从而可以避免上述问题。
现在参见图12，其显示了在ECU 22内部执行的第二改进发动机控制程序，所述ECU 22结合在使用VEL和VTC机构1-2的可变气门致动系统中，充分考虑了VEL和VTC机构1-2中任意一个的故障与否。即使当VEL和VTC机构1-2中任意一个在IVC相位控制期间发生故障，其中进气门闭合正时在达到预定曲柄转速之后变化到相位滞后侧，所述系统可以执行图12的第二改进程序，根据该程序，进气门闭合正时IVC可以利用VEL和VTC机构1-2中无故障的机构可靠地调节至相位滞后侧。
在能够执行图12的第二改进程序的可变气门致动系统的情况下，可以通过VEL和VTC机构1-2中无故障的机构将进气门闭合正时IVC调节到相位滞后侧，从而确保缩短的完全爆燃时间。
另外，在利用VEL和VTC机构1-2中无故障的机构将进气门闭合正时IVC调节到相位滞后侧时，与为无故障机构预设或预编程的常规期待值相比，可以逐渐补偿由无故障机构执行的相位滞后控制的控制量的期望值。由于只通过无故障机构执行的相位滞后控制的适当补偿的期望值，进气门闭合正时的实际相位滞后量可以更接近由正常操作的VEL和VTC机构执行的总IVC相位滞后量。因此，当可以提高发动机起动性，在从曲柄转动开始点到完全爆燃的发动机启动期间，当VEL和VTC机构1-2中任意一个出现故障时所获发动机起动性可提高至VEL和VTC机构1-2都正常操作时所获的发动机起动性。下文将参照图12的流程图详细描述第二改进发动机控制程序，充分考虑了针对VEL和VTC机构1-2中任意一个出现故障的防范措施。
在步骤S31，例如当点火开关接通时发动机刚要进入其起动状态之前进行检查以确定是否满足发动机起动条件。当对步骤S31的答复为否定(NO)时，程序返回到第一个步骤S31。相反地，当对步骤S31的答复为肯定(YES)时，程序从步骤S31前进到步骤S32。
在步骤S32，根据与VEL机构1的小气门提升和小工作角相结合的由VTC机构2的相位超前控制执行的IVC相位超前控制，进气门闭合正时IVC相对于BDC超前并且调节至BDC之前且大致位于TDC和BDC的中点处的正时值。由于包括在VEL机构1中的复位弹簧31的弹簧偏压和包括在VTC机构2中的复位弹簧55-56的弹簧偏压，进气门闭合正时IVC可以稳定地偏置到由图9中“X(IVC)”指示并对应于最大相位超前位置的预定角位置。因此，可以容易且快速地实现IVC相位超前控制。
在步骤S33，曲柄转动操作利用起动电动机07通过驱动曲轴02而起动，随后由于由小进气门提升和小工作角产生的前述减压作用和低摩擦损失作用，使曲轴转速倾向于迅速提高。
在步骤S34，进行检查以确定关于曲轴转速的最近最新的信息是否达到其期望转速值。即，进行检测以确定有关曲柄单位时间转数的最新信息数据是否达到预定曲轴转速值。当对步骤S34的答复为否定(NO)时，程序再次返回到步骤S34。相反地，当对步骤S34的答复为肯定(YES)时，程序从步骤S34前进到步骤S35。
在步骤35，VEL和VTC机构1-2都以这样的方式即使得进气门闭合正时IVC被调节至BDC之后且其附近的正时值(参见由图9中“Y(IVC)”指示的角位置)的方式操作。
在步骤36，进行检查以确定在从VTC机构2的相位滞后控制的开始点计算的预定经过时间(预定时间周期)之后是否已经达到VTC机构2的期望相位滞后位置。当对步骤S36的答复为否定(NO)时，ECU 22的处理器确定在VTC机构2中出现故障(即，VTC系统故障)，因此程序从步骤S36前进到步骤S37。相反地，当对步骤S36的答复为肯定(YES)时，即，当ECU 22的处理器确定VTC机构2无故障(正常操作)时，程序从步骤S36前进到S38。
在步骤S37，VEL机构1(VEL和VTC机构1-2中无故障的一个)的期望气门提升L和工作角D特性逐渐得到补偿，使得期望工作角设定为大于中间工作角D2的工作角，用于仅通过无故障的VEL机构1将进气门闭合正时IVC调节到大致对应于由图9中“Y(IVC)”指示的角位置的正时值。
在步骤38，进行检查以确定在从VEL机构1的气门提升和动作控制(具体地，工作角增大控制)的开始点计算的预定经过时间之后是否已经达到VEL机构1的期望工作角D2。当对步骤S38的答复为否定(NO)时，ECU 22的处理器确定在VEL机构1中出现故障(即，VEL系统故障)，因此程序从步骤S38前进到步骤S39。相反地，当对步骤S38的答复为肯定(YES)时，即，当ECU 22的处理器确定VEL机构1无故障(正常操作)时，程序从步骤S38前进到S40。
在步骤S39，VTC机构2(VTC机构1-2中无故障的一个)的期望相位滞后量逐渐得到补偿，使得到相位滞后侧的期望相位转换角增大，用于仅通过无故障的VTC机构2将进气门闭合正时IVC调节到大致对应于由图9中“Y(IVC)”指示的角位置的正时值。
在步骤S40，为了完全爆燃控制，通过电子燃油喷射系统和电子点火系统对燃料喷射和点火定时进行电子控制。在步骤S40开始的时间点，进气门闭合正时IVC已经调节到由图9中“Y(IVC)”指示的期望正时值，因此，进气充填效率变高。因此，可以实现良好的完全爆燃。
在所示实施例中，作为可变气门致动装置，可变气门动作和提升(VEL)机构1和可变气门正时控制(VTC)机构2都被使用。使用VEL和VTC机构1-2两者不总是必需的。进气门闭合正时IVC和进气门打开正时IVO可以通过VEL和VTC机构1-2中任意一个进行改变。尽管使用VEL机构1作为可变气门提升机构，作为其替代可以使用另一种可变气门提升机构，例如两级或多级可变气门提升(VVL)机构。尽管可以使用液压致动的旋转叶片式VTC机构或者设置于螺旋盘式VTC机构中的滞后制动装置作为可变气门正时控制机构，但是作为其替代可以使用另一种相位控制机构，例如可轴向移动的螺旋齿轮型VTC机构。
如从图5所示的气门间隙线和相位超前气门闭合正时值P1可以理解，在所示实施例中，进气门4、4中每一个的进气门闭合正时IVC被定义为进气门座的位置。可选地，进气门闭合正时IVC可以定义为实际的有效闭合定时，例如，除了适度倾斜斜面区域之外的提升面区域的结束点。在所述斜面区域，气体流速充分小。从有效进气门闭合正时的观点看，可以不考虑斜面区域。
日本专利申请No.2006-247523(于2006年9月13日申请)和No.2005-377011(于2005年12月28日申请)的全部内容在此引入作为参考。
尽管上面描述了执行本发明的具体实施方式
，但是应该理解，本发明不局限于在此显示和描述的特定实施例，在不脱离本发明精神和范围的情况下可以进行各种变化和改进，如下列权利要求
所限定的那样。
权利要求
1.一种内燃机的可变气门致动系统，包括可变气门致动器，其可变地调节进气门的至少进气门闭合正时；和控制单元，其配置为连接到至少可变气门致动器上，用于根据发动机工作情况可变地控制进气门闭合正时；所述控制单元包括处理器，其被编程为在发动机起动期间将进气门闭合正时调节到进气冲程上的活塞下止点(BDC)位置之前的正时值，其中，可变气门致动器包括偏压装置，其永久地将进气门闭合正时朝进气冲程上的活塞上止点(TDC)偏置。
2.如权利要求
1所述的可变气门致动系统，其特征在于所述可变气门致动器包括可变气门正时控制机构，其只改变进气门的相位，同时保持进气门的气门提升和工作角特性不变。
3.如权利要求
1所述的可变气门致动系统，其特征在于所述可变气门致动器包括可变气门动作和提升控制机构，其同时改变进气门的气门提升和工作角。
4.如权利要求
1所述的可变气门致动系统，其特征在于所述可变气门致动器包括同时改变进气门的气门提升和工作角的可变气门动作和提升控制机构；和只改变进气门的相位同时保持进气门的气门提升和工作角不变的可变气门正时控制机构。
5.如权利要求
1所述的可变气门致动系统，其特征在于所述控制单元进一步编程为当曲轴转速增大到预定转速值时，将进气门闭合正时调节至接近进气冲程上的BDC位置的正时值。
6.如权利要求
4所述的可变气门致动系统，其特征在于所述控制单元进一步编程为当曲轴转速增大至预定转速值时，通过由可变气门动作和提升控制机构执行的工作角增大控制和由可变气门正时控制机构执行的相位滞后控制将进气门闭合正时调节至接近进气冲程上的BDC位置的正时值。
7.如权利要求
6所述的可变气门致动系统，其特征在于所述可变气门动作和提升控制机构是电机驱动的，并且所述可变气门正时控制机构为液压致动的。
8.如权利要求
1所述的可变气门致动系统，其特征在于所述可变气门致动器和控制单元安装在应用并联混合系统的混合动力车辆上，所述并联混合系统使用用于车辆的电动机和发动机。
9.如权利要求
8所述的可变气门致动系统，其特征在于所述控制单元进一步编程为在车辆减速期间，将进气门闭合正时调节至进气冲程上的活塞BDC位置之前的正时值。
10.如权利要求
9所述的可变气门致动系统，其特征在于适合于车辆减速期的进气门闭合正时设定为与适合于发动机停止周期和发动机起动周期中任意一个的进气门闭合正时大体上相同。
11.如权利要求
1所述的可变气门致动系统，还包括可逆曲柄转动电机，其适于使发动机曲轴沿反转方向和正转方向旋转，其中，处理器进一步编程为在发动机停止期间，通过可逆曲柄转动电机以这样的方式，即在进气门打开的相位处完全停止发动机的方式控制曲轴的角相位。
12.如权利要求
6所述的可变气门致动系统，其特征在于所述控制单元进一步编程为当可变气门动作和提升控制机构与可变气门正时控制机构中任意一个发生故障时，通过可变气门动作和提升控制机构与可变气门正时控制机构中的无故障机构将进气门闭合正时调节至进气冲程上的活塞BDC位置之前的正时值。
13.如权利要求
12所述的可变气门致动系统，其特征在于所述控制单元进一步编程为增大无故障机构的控制量的期望值。
14.一种内燃机的可变气门致动系统，包括可变气门致动器，其可变地调节至少进气门闭合正时；和控制单元，其配置为连接到至少可变气门致动器上，用于根据发动机工作情况可变地控制进气门闭合正时；该控制单元包括(a)停止控制装置，用于在发动机停止期间通过可变气门致动器将进气门闭合正时调节到进气冲程上的活塞上止点(TDC)之后且活塞下止点(BDC)位置之前的正时值；(b)保持装置，用于在从发动机停止时刻到发动机重新起动时刻的时间段内将进气门闭合正时保持在进气冲程上的活塞TDC位置之后且活塞BDC位置之前的正时值；和(c)控制装置，用于在发动机由曲柄起动而用于发动机重新起动并且曲柄转速增大至预定转速值时，通过可变气门致动器将相位滞后的进气门闭合正时到接近进气冲程上的BDC位置的正时值。
15.如权利要求
2所述的可变气门致动系统，还包括设置在可变气门正时控制机构中的联锁装置，用于将进气门闭合正时固定为进气冲程上的活塞BDC位置之前的正时值。
16.如权利要求
3所述的可变气门致动系统，还包括设置在可变气门动作和提升控制机构中的联锁装置，用于将进气门闭合正时固定为进气冲程上的活塞BDC位置之前的正时值。
17.一种内燃机的可变气门致动系统包括可变气门致动器，其可变地调节进气门的至少进气门闭合正时；和控制单元，其配置为连接到至少可变气门致动器上，用于根据发动机工作情况可变地控制进气门闭合正时；所述控制单元包括处理器，其编程为在发动机起动和发动机停止中的至少一个期间，将进气门闭合正时相位超前到进气冲程上的活塞上止点(TDC)之后且活塞下止点(BDC)位置之前的正时值，其中，所述可变气门致动器包括偏压装置，其永久地将进气门闭合正时朝预定正时值偏置。
18.如权利要求
17所述的可变气门致动系统，其特征在于所述可变气门致动器包括同时改变进气门的气门提升和工作角的可变气门动作和提升控制机构和只改变进气门的相位同时保持进气门的气门提升和工作角特性不变的可变气门正时控制机构中的至少一个。
19.如权利要求
18所述的可变气门致动系统，其特征在于所述控制单元进一步编程为当曲轴转速增大到预定转速值时，将进气门闭合正时相位滞后到进气冲程上的BDC位置之后且在其附近的正时值。
20.如权利要求
18所述的可变气门致动系统，其特征在于所述控制单元进一步编程为当曲轴转速增大至预定转速值时，通过由可变气门动作和提升控制机构执行的工作角增大控制和由可变气门正时控制机构执行的相位滞后控制将进气门闭合正时相位滞后到进气冲程上的BDC位置之后且在其附近的正时值。
21.如权利要求
20所述的可变气门致动系统，其特征在于所述可变气门动作和提升控制机构是电机驱动的，并且所述可变气门正时控制机构为液压致动的。
22.如权利要求
17所述的可变气门致动系统，其特征在于所述可变气门致动器和控制单元安装在应用并联混合系统的混合动力车辆上，所述并联混合系统使用用于驱动的电动机和发动机。
23.如权利要求
22所述的可变气门致动系统，其特征在于所述控制单元进一步编程为在车辆减速期间，将进气门闭合正时相位超前到进气冲程上的活塞TDC位置之后且活塞BDC位置之前的正时值。
24.如权利要求
23所述的可变气门致动系统，其特征在于适合于车辆减速期的进气门闭合正时设定为与适合于发动机停止周期和发动机起动周期中任意一个的进气门闭合正时大体上相同。
25.如权利要求
17所述的可变气门致动系统，还包括可逆曲柄转动电机，其适于使发动机曲轴沿反转方向和正转方向旋转，其中，处理器进一步编程为在发动机停止期间，通过可逆曲柄转动电机以这样的方式即在进气门打开的相位处完全停止发动机的方式控制曲轴的角相位。
26.如权利要求
20所述的可变气门致动系统，其特征在于所述控制单元进一步编程为当可变气门动作和提升控制机构和可变气门正时控制机构中任意一个出现故障时，通过可变气门动作和提升控制机构和可变气门正时控制机构中的无故障机构将进气门闭合正时相位滞后到进气冲程上的活塞TDC位置之后且在活塞BDC位置之前的预定正时值。
27.如权利要求
26所述的可变气门致动系统，其特征在于所述控制单元进一步编程为增大无故障机构的控制量的期望值。
28.如权利要求
17所述的可变气门致动系统，还包括联锁装置，用于将进气门闭合正时临时固定为预定正时值，所述进气门闭合正时通过偏压装置永久地偏置到该预定正时值。
29.一种控制内燃机的可变气门致动系统的方法，所述可变气门致动系统使用可变地调节至少进气门闭合正时的可变气门致动器，所述方法包括在发动机停止期间，通过可变气门致动器将进气门闭合正时相位超前到进气冲程上的活塞上止点(TDC)之后且在活塞下止点(BDC)位置之前的正时值；在从发动机停止时刻到发动机重新起动时刻的时间段内，将进气门闭合正时相位保持在进气冲程上的活塞TDC位置之后且在活塞BDC位置之前的预定正时值；和当发动机由曲柄起动而用于发动机重新起动并且曲轴转速增大到预定转速值时，将进气门闭合正时相位滞后到进气冲程上的BDC位置之后且在其附近的正时值。
专利摘要
在内燃机的可变气门致动系统中，该可变气门致动系统使用能够根据发动机工作情况可变地调节至少进气门闭合正时的可变气门致动器，控制单元的处理器被编程为在发电机起动和发动机停止中至少一个期间，将进气门闭合正时相位超前到进气冲程上的活塞上止点位置之后且活塞下止点之前的预定正时值。可变气门致动器包括偏压装置，通过该装置将进气门闭合正时永久偏压到预定正时值。
文档编号F02D13/02GK1991135SQ200610156232
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月27日
发明者中村信, 原诚之助 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan