图1为在本发明实施例中的
汽车发动机的系统
框图。
在图1中
电子控制节气门104设置在内燃机101的进气管102处。
电子控制节气门104是通过节气门
马达103a来控制打开和关闭节 气门103b的装置。
然后通过电子控制节气门104和进气门105将空气抽进发动机101 的
燃烧室106中。
发动机101的废气通过排气门107从燃烧室106排出,之后通过前催 化转化器108和后催化转化器109
净化该废气,并将它排放到大气中。
控制排气门107打开和关闭,以便通过由排气侧凸轮轴110所枢轴
支撑的凸轮111保持给定的升程,工作角度以及气门正时。
另一方面,在进气门105侧设置一可变气门作用和升程(VEL)机构 112,用来顺序改变进气门105的升程以及工作角度。
另外,在进气门105侧设有一可变气门正时控制(VTC)机构113,它 通过改变位于进气侧的凸轮轴相对于曲轴120的转动相位而顺序改变 进气
阀105的工作角度的中心相位。
其中内置有微型计算机的
发动机控制单元(ECU)114控制VEL机构 112和VTC机构113,从而获得与所需的转矩相对应的所需进气量,所需 的气缸残留气体比例等,另一方面,控制电子控制节气门104,从而获 得所需的吸入压
力。
将来自用来检测内燃机101的进气量的气流计115、用来检测
油门 开度的油门
踏板传感器116、用来从曲轴120提取出每个单位曲柄角的 单位角度信号POS的曲柄角传感器117、用于检测节气门103b开度TVO 的节气门传感器118、用来检测内燃机101中的
冷却水温度的水温传感 器119、以及用来从凸轮轴提取凸轮信号CAM的凸轮传感器132的检测信 号输入给ECU114。
这里,曲柄角传感器117检测相对于旋转体旋转每隔10°曲柄角设 置从而与曲轴120成一体的所要检测的部分,并据此,如图11所示,曲 柄角传感器117每隔10°曲柄角度输出一个单位角度信号POS。但是曲柄 角传感器117如此构成,从而因为在间隔180°曲柄角的两个点处连续省 去了所要检测的部分的两个点,所以不会连续输出这些单位角度信号 POS两次。
要指出的是,在本发明中180°曲柄角对应于在四缸发动机中的气 缸之间的冲程
相位差。
于是,根据单位角度信号POS的输出周期等来检测出在单位角度信 号POS短时间中断的部分,并且例如根据在单位角度信号POS中断之后 第一次输出的单位角度信号POS来检测出曲轴120的基准转动位置。
ECU114通过计算在检测到基准转动位置之间的周期或在每隔预定 时间产生出单位角度信号POS的次数来计算出发动机转速。
要指出的是,它可以是这样一种结构,其中曲柄角传感器117没有 任何忽略地分开输出在曲轴120的每个基准转动位置(每180°角度)处 的基准角度信号REF和单位角度信号POS。
另外,凸轮传感器132通过检测在旋转体旋转时设置成与凸轮轴成 一体的所要检测部分来输出凸轮信号CAM,该凸轮信号CAM通过每隔与 如图11所示的180°曲柄角对应的90°凸轮角的脉冲数来表示气缸数(第 一至第四气缸)。
进气口130位于每个气缸中的进气门105上游侧,在进气口130处设 有电磁燃油喷射阀131。
将燃油喷射阀131控制成通过来自ECU114的喷射脉冲信号来打开 该阀门,并且喷射出其量与喷射脉冲信号的喷射脉冲宽度成比例的燃 油。
图2至图4详细显示出VEL机构112的结构。
在图2至4中所示的VEL机构112具有一对进气门105和105、被支撑 为可在气缸盖11的凸轮
轴承14的作用下自由枢转的中空凸轮轴13(驱 动轴)、作为由凸轮轴13枢轴支撑的旋转凸轮的两个偏心凸轮15和 15(驱动凸轮)、被支撑为可以在凸轮轴13上方的位置处在相同凸轮轴 承14的作用下自由枢转的控制轴16、一对被支撑为可以在控制轴16的 作用下通过
控制凸轮17自由摇摆的
摇臂18和18、以及一对通过气门挺 杆19和19设置在相应进气门105和105的顶端部分处的分开的摇臂凸轮 20和20。
偏心凸轮15和15以及摇臂18和18通过
连杆臂25和25相互连接,并 且摇臂18和18以及摇臂凸轮20和20通过连杆构件26和26相互连接。
上述摇臂18和18、连杆臂25和25以及连杆构件26和26构成一传动 机构。
如图5所示,偏心凸轮15形成为基本上环形,并且由一小直径凸轮 主体15a和凸缘部分15b形成,该凸缘部分15b设置成与凸轮主体15a的 外端表面成一体,并且凸轮轴通孔15c形成为沿着内部轴向方向穿过, 并且凸轮主体15a的轴线X与凸轮轴13的轴线Y偏离预定量。
另外,偏心凸轮15通过凸轮轴通孔15c相对于凸轮轴13固定成压配 在不会与气门挺杆19干涉的两个外侧。
如图4所示,摇臂18形成为成基本上曲柄状并被盘绕,并且在其中 央处的基底部分18a由控制凸轮17支撑为可以自由枢转。
与连杆臂25的顶端部分连接的销21压配在销孔18d中,该销孔18d 形成为穿过设置成在基底部分18a的外端部分处伸出的一个端部18b, 并且另一方面,将在后面所述的与每个连杆构件26的一个端部26a连接 的销28压配到销孔18a中,该销孔18a形成在设置成在基底部分18a的内 端部分处伸出的另一个端部18c处。
控制凸轮17形成为圆柱形状,并且固定在控制轴16的外周上,且 如图2所示,固定在轴线P1的位置与控制轴16的轴线P2偏离α的位置。
如图2、图6和图7中所示,摇臂凸轮20基本上为水平U形,并且轴 承孔22a形成为穿过基本上为环形的基底端部22,凸轮轴13通过装配可 自由枢转地支撑在该轴承孔22a中,并且销孔23a形成为穿过设在摇臂 18的另一个端部18c处的端部23。
另外,在基底端部22侧的基本圆形表面24a和从基本圆形表面24a 成圆弧形延伸至端部23边缘侧的凸轮面24b形成在摇臂凸轮20的底面 处,并且基本圆形表面24a和凸轮面24b构成为根据摇臂凸轮20的摆动 位置
接触在每个气门挺杆19的顶面上的预
定位置。
也就是说,从在图8中所示的升程特征的角度看,在基本圆形表面 24a上的预定角度范围θ1设定为如图2所示的
基圆区域,并且从基圆区 域θ1到在凸轮面24b上的预定角度范围θ2的区域设定为所谓的斜面区 域,而且从斜面区域θ2到在凸轮面24b上的预定角度范围θ3的区域设定 为升程区域。
另外,连杆臂25具有环形基底部分25a和伸出端部25b(该伸出端 部25b设置成在基底部分25a的外周表面上的预定位置处伸出),并且装 配有可自由枢转的偏心凸轮15的凸轮主体15a的外周面中的装配孔25c 形成在基底部分25a的中心位置处,并且销孔25d形成为穿过伸出端部 25b,销21可自由枢转地插入到该销孔25d中。
而且,连杆构件26形成为具有预定长度的笔直形状,并且销通孔 26c和26d形成为穿过两个圆形端部26a和26b,相应销28和29的端部和 摇臂凸轮20的端部23可自由转动地插入到销通孔26a和26d中,销28和 29已经压配进摇臂18的另一个端部18c的相应销孔18d和23a中。
要指出的是,用来调节连杆臂25和连杆构件26沿着轴向方向运动 的卡环30、31和32设置在相应销21、28和29的一个端部上。
在上述结构中,如图6和图7所示,升程根据控制轴16的轴线P2和 控制凸轮17的轴线P1之间的位置关系变化,并且通过控制控制轴16转 动来改变控制轴16的轴线P2相对于控制凸轮17的轴线P1的位置。
根据如图10所示的结构,通过DC伺服马达(促动器)121控制控制轴 16在由止动件所限定的预定转动角度范围内转动,并且由于促动器121 所改变的控制轴16的角度,使进气门105的升程和工作角度在由止动件 所限定的在最大升程和最小升程之间的范围内连续改变(参照图9)。
在图10中,DC伺服马达121如此设置,从而使其旋
转轴与控制轴16 平行,并且伞
齿轮122枢轴支撑在
旋转轴的顶端处。
另一方面,一对支杆123a和123b固定在控制轴16的顶端上,并且
螺母124围绕一轴可摆动地被支撑,该轴平行于与该对支杆123a和123b 的顶端部分连接的控制轴16。
与伞齿轮122
啮合的伞齿轮126枢轴支撑在与上述螺母124啮合的
螺纹杆125的顶端处,并且通过DC伺服马达121的转动使该螺纹杆125 转动,并且使与螺纹杆125啮合的螺母124的位置沿着螺纹杆125的轴线 方向移动,因此使控制轴16转动。
这里,使螺母124的位置靠近伞齿轮126的方向为使气门升程减小 的方向,并且反之,使螺母124的位置远离伞齿轮126的方向为使气门 升程变大的方向。
如图10所示,用来检测控制轴16的角度的电位计系统角度传感器 127设在控制轴16的项端处,并且ECU114反馈控制着DC伺服马达121, 从而使由角度传感器127检测到的实际角度与目标角度一致(与目标升 程对应的数值)。
接下来将参照图12至图22对VTC机构113的结构进行说明。
如图12所示,VTC机构113具有:正时
链轮502,它可相对转动地装 配到凸轮轴13的前端部分中并且通过正时链条(未示出)与曲轴120连 接;装配角度改变装置504,用来改变在正时链轮502和凸轮轴13之间 的装配角度;操作力提供装置505,用来驱动装配角度改变装置504; 相对位移检测装置506,用来检测凸轮轴13相对于正时链轮502的相对 转动位移角度;以及VTC罩532,它罩着装配角度改变装置504和相对位 移检测装置506的前表面,并且安装在气缸盖的气缸盖罩上。
从动轴构件507通过凸轮销510固定在凸轮轴13的端部上。
凸缘507a与从动轴构件507成一体地设置。
正时链轮502由形成有与正时链条啮合的齿轮部分503的大直径圆 柱部分502a、小直径圆柱部分502b、和连接在圆柱部分502a和圆柱部 分502b之间的圆盘部分502c构成。
圆柱部分502b装配成可以通过球轴承530相对于从动轴构件507的 凸缘507a转动。
如图13至图15所示,三个沟槽508成放射图案沿着正时链轮502的 径向方向形成在位于圆盘部分502c的圆柱部分502b侧的表面处。
另外,沿着径向方向成放射图案伸出的三个伸出部分509形成为与 从动轴构件507的凸缘部分507a的凸轮轴1侧端表面成一体。
三个连杆511的底端分别与相应伸出部分509连接,从而可以通过 销512转动。
可自由摆动地与相应沟槽508接合的圆柱凸
耳513形成为与相应连 杆511的顶端成一体。
因为各个连杆511在其中相应凸耳513与相应沟槽508接合的状态 下通过销512与从动轴构件507连接,所以当连杆511的顶端侧面由于受 到外力而沿着沟槽508移动时,正时链轮502和从动轴构件507在相应连 杆511的作用下相对转动。
另外,向凸轮轴13侧打开的容纳孔514形成在相应连杆511的凸耳 513处。
将在后面所述的与
螺旋槽515接合的接合销516和使接合销516抵 靠在螺旋槽515上的
螺旋弹簧517容纳在容纳孔514中。
另一方面,盘式中间旋转体518通过轴承529可自由枢转地支撑在 从动轴构件507处,该从动轴构件507比伸出部分509更远地位于凸轮轴 1侧。
螺旋槽515形成在位于中间旋转体518的伸出部分509侧的端面处, 并且在相应连杆511的顶端处的接合销516与螺旋槽515接合。
螺旋槽515形成为其直径沿着正时链轮502的旋转方向逐渐减小。
因此,当中间旋转体518在其中相应接合销516与螺旋槽515接合的 状态中相对于正时链轮502沿着延迟方向相对移位时,相应连杆511的 顶端部分通过在被沟槽508引导同时被螺旋槽515引导,从而沿着径向 方向朝着内侧运动。
相反,当中间旋转体518相对于正时链轮502沿着提前方向相对移 位时,相应连杆511的顶端部分沿着径向方向朝着外侧运动。
装配角度改变装置504由正时链轮502的沟槽508、连杆511、凸耳 513、接合销516、中间旋转体518、螺旋槽515等构成。
当从操作力提供装置505向中间旋转体518输入用于转动的操作力 时,连杆511的顶端沿着径向方向移动,并且位移通过连杆511转变成 转动力,这改变了在正时链轮502和从动轴构件507之间的相对位移角 度。
操作力提供装置505具有螺旋弹簧519和磁滞制动器520,该螺旋弹 簧519沿着正时链轮502的旋转方向推压中间旋转体518,该磁滞制动器 520产生使中间旋转体518沿着与正时链轮502的转动方向相反的方向 转动的制动力。
这里,ECU114根据内燃机101的操作状态控制磁滞制动器520的制 动力,并且据此,可以使中间旋转体518相对于正时链轮502相对转动 至使得螺旋弹簧519的推压力和磁滞制动器520的制动力平衡的位置。
如图16所示,螺旋弹簧519设置在正时链轮502的圆柱部分502a中, 并且外圆周端部519a与圆柱部分502a的内周边接合,并且内周边端部 519b与中间旋转体518的基底部分518a的接合槽518b接合。
磁滞制动器520具有一磁滞环523、用作磁场控制装置的电磁线圈 524、和用于感应产生电磁线圈524的磁性的线圈磁轭525。
磁滞环523通过紧固板522和设置成与紧固板522的后端表面成一 体的凸起522a安装在中间旋转体518的后端部分上。
根据发动机的工作状态并通过ECU114来控制给电磁线圈524通电 (励磁
电流)。
磁滞环523由圆盘形基底部分523a和圆柱部分523b构成,该圆柱部 分523b通过螺钉523c与基底部分523a的外周边侧连接。
它如此构成,从而由于相应凸起522a压配到设在沿着周向均匀间 隔开的位置处的衬套521中,而使得基底部分523a与紧固板522连接。
另外,磁滞环523由具有以下特性的材料形成,即磁通相对于外部 磁场变化具有一
相位延迟地变化(参照图17),并且圆柱部分523b接收 由线圈磁轭525产生出的制动作用。
线圈磁轭525形成为包围着电磁线圈524,并且其外周表面固定在 图外的气缸盖上。
另外,线圈磁轭525的内周侧面通过
滚针轴承528可自由枢转地支 撑着凸轮轴13,并且磁滞环523的基底部分523a侧由
滚珠轴承531可自 由枢转地支撑。
然后,在线圈磁轭525的中间旋转体518侧形成有通过环形间隙彼 此面对的一对面对表面526和527。
如图18所示,构成磁场产生单元的多个凸形部分526a和527a沿着 周向以均匀的间隔形成在这些面对表面526和527处。
在一个面对表面526上的凸形部分526a和在另一个面对表面527上 的凸形部分527a沿着周向交替地设置,并且这些面对表面526和527的 相邻凸形部分526a和527a沿着周向完全偏移。
因此,通过电磁线圈524的激励在面对表面526和527的彼此相邻的 凸形部分526a和527a之间产生出在沿着周向偏转的磁场(参照图19)。
在非接触的状态下,将磁滞环523的圆柱部分523a设置在两个面对 表面526和527之间的间隙中。
当使磁滞环523在位于面对表面526和527之间的磁场中移动时,由 于在磁通方向和磁滞环523内的磁场方向之间的分散而产生出制动力。
使该制动力的数值与磁场强度,即电磁线圈524的励磁电流的大小 基本上成正比,而与在面对表面526和527和磁滞环523之间的相对速度 无关。
如图12、图20和图21所示,相对位移检测装置506由设在从动轴构 件507侧的磁场产生机构和设在VTC罩532侧的传感器机构构成,该VTC 罩532侧作为固定单元侧并且用来检测来自磁场产生机构的磁场变化。
磁场产生机构具有:由固定在凸缘507a的前端侧的非磁性材料形 成的磁体底座533、容纳在形成于磁体底座533的顶端部分处的沟槽 533a中并且由销533c固定的
永磁体534、固定在正时链轮502的圆柱部 分502b的顶端边缘处的传感器底座535、以及通过圆柱磁轭
支架536固 定在传感器底座535的前端表面处的第一磁轭构件537和第二磁轭构件 538。
要指出的是,防止污垢等进入传感器机构的密封构件551设在磁体 底座533的外周表面和传感器底座535的内周表面之间。
如图20所示,磁体底座533具有一组形成有沟槽533a的伸出壁533b 和533b,沟槽533a的顶部和底部敞开,并且永磁体534容纳在两个伸出 壁533b和533b之间。
永磁体534沿着细长沟槽533a的方向形成为长椭圆形形状,并且顶 端部分的中央和底端部分的中央分别设置为北极和南极中央。
如图20和图21中所示,第一磁轭构件537由固定在传感器底座535 上的板状底座部分537a、设置成与底座部分537a的内圆周边缘成一体 的扇形磁轭部分537b、和设置成与扇形磁轭部分537b的枢轴部分成一 体的圆柱中央磁轭部分537c构成。
中央磁轭部分537c的后端表面设置在永磁体534的前表面处。
第二磁轭构件538由固定在传感器底座535上的板状底座部分 538a、设置成与底座部分538a的上端边缘成一体的板形圆弧磁轭部分 538b、和设置成以相同的
曲率与圆弧形磁轭部分538b的后端部分成一 体的环形磁轭部分538c构成。
环形磁轭部分538c设置成包围着将在后面所述的第四磁轭构件 542的外周侧。
传感器机构具有环形元件支架540、用作整流磁轭的第三磁轭构件 541、用作整流磁轭的瓶状圆柱第四磁轭构件542、
合成树脂保护帽543、 保护构件544和霍耳元件545。
元件支架540设在VTC罩532内侧,并且通过位于内周侧的滚珠轴承 539可自由转动地支撑磁轭支架536的前端部分。
第三磁轭构件541设置成通过气隙G面对着第一磁轭构件537的中 央磁轭部分537c。
第四磁轭构件542通过
螺栓固定在元件支架540的内圆周上。
保护帽543固定在第四磁轭构件542的圆柱部分的内周表面上,并 且支撑着第三磁轭构件541。
保护构件544装配到圆柱凸起542的外圆周上,该圆柱凸起542设置 成与第四磁轭构件542的底壁中央成一体。
霍耳元件545保持在第三磁轭构件541和第四磁轭构件542的凸起 542c之间,并且从霍耳元件545中引出一
导线545a。
如图20所示,在元件支架540处沿着周向以均匀的间隔一体地设有 三个伸出部分540a,从而将销546的端部分别固定成压配到固定孔中, 该固定孔通过将相应的伸出部分540a钻孔而形成。
另外,在VTC罩532的内侧沿着周向以均匀的间隔形成有三个孔 532a,并且将
橡胶衬套547分别固定在孔532a的内侧上。
销546的另一个端部在插入到在橡胶衬套547中央处的这些孔中, 由此将元件支架540支撑在VTC罩532上。
另外,如图12所示,滚珠轴承539的外座圈固定成压配到元件支架 540中。
另外,由于设在VTC罩532的内表面和第四磁轭构件542之间的螺旋 弹簧549的弹簧力,滚珠轴承539的外座圈被沿着凸轮轴13的方向施力, 由此进行沿着轴向方向的定位,并且防止产生松动。
要指出的是,用来堵住在相应保持孔506a的外侧的开口的止动件 主体548拧在VTC罩532上。
第三磁轭构件541形成为圆盘形式,并且设置成以具有预定宽度 (大约1mm)的气隙G从轴向方向面对着第一磁轭构件537的中央磁轭构 件537c。
另外,在第二磁轭构件538的环形磁轭部分538c的内周表面和第四 磁轭构件542的圆柱部分542b的外周表面之间形成有一气隙G1。
第四磁轭构件542具有固定在元件支架540上的圆盘式底座部分 542a、设置成与底座部分542a的霍耳元件545的侧端表面成一体的小直 径圆柱部分542b以及设在由圆柱部分542b包围的底壁处的凸起542c。
凸起542c与永磁体534、第一磁轭构件537的中央磁轭构件537c和 第三磁轭构件541同轴设置。
霍耳元件545的导线545a与ECU114连接。
根据具有上述结构的VTC机构113,在发动机停止的时期内,由于 磁滞制动器520的电磁线圈524被断电,所以使中间旋转体518在储能弹 簧519(见图13)的力的作用下相对于正时链轮502沿着发动机转动的 方向以最大速度转动,并且使进气门105的工作角度的中心相位保持在 最大延迟侧。
然后,使发动机从该状态开始驱动,并且当磁滞制动器520的电磁 线圈524根据改变中心相位使其处于提前侧的
请求而退出时,抵抗螺旋 弹簧519的力的制动力施加在中间旋转体518上。
由此,中间旋转体518沿着与正时链轮502相反的方向转动,并且 由此在连杆511的顶端处的接合销516被引导至螺旋槽515,并且连杆 511的顶端部分沿着径向方向沿着沟槽508向内移动。
然后,如图14和图15中所示,由于连杆511的作用而使在正时链轮 502和从动轴构件507之间的装配角度改变至处于提前侧,并且根据电 磁线圈524的励磁电流的大小来控制将要处于提前侧的变化。
要指出的是,图14显示出在最大提前处的状态,并且图15显示出 在中间提前处的状态。
通过相对位移检测装置506如下检测相对位移角度。
改变在凸轮轴13和正时链轮502之间的相对转动相位,并且当使相 对位移检测装置506的永磁体534如图22所示例如转动θ角度时,从北极 中央P输出的磁场Z传递给第一磁轭构件537的扇形磁轭部分537b,并且 传递给中央磁轭构件537c,而且磁场Z借助气隙G通过第三磁轭构件541 传递给霍耳元件545。
已经传递给霍耳元件545的磁场Z借助第四磁轭构件542的凸起 542c从霍耳元件545传递给圆柱部分542b,并且进一步通过气隙G1传递 给第二磁轭构件538的环形磁轭部分538c,并且返回到永磁体534的南 极。
然后,因为磁场Z的磁通密度由于永磁体534的转动角度θ顺序变化 而顺序变化,所以通过霍耳元件545检测到在磁通密度中的顺序变化, 并且将在其
电压中的变化输出给ECU114。
在ECU114处,通过根据从霍耳元件545通过导线545a输出的顺序检 测信号(在电压中的变化)进行计算,从而找出凸轮轴13相对于曲轴120 的相对转动位移角度(转动相位的提前值)。
另外,ECU114计算出在VTC机构113中的转动相位的提前目标,并 且反馈控制电磁线圈524的励磁电流以便使实际转动相位与提前目标 一致。
图23的流程图显示出由ECU114对VTC机构113进行反馈控制的主要 程序。
首先,在步骤S31处,读出作为凸轮轴13相对于曲轴120的转动相 位的提前目标的目标VTC角度TGVTC。
在步骤S32处,读出根据从曲轴120的基准转动位置到凸轮轴13的 基准转动位置的角度检测出的转动相位的提前值REVTCref。
通过统计出在以下角度处的单位角度信号POS,来进行根据基准转 动位置对转动相位的检测,该角度从曲轴120的基准转动位置到从凸轮 传感器132输出凸轮信号CAM(在每180°曲柄角处的先头信号)的位置, 该曲轴120的基准转动位置是通过检测忽略了来自曲柄角传感器117的 单位角度信号POS的位置而检测出来的。
更具体地说,使计数器统计每次单位角度信号POS的产生,并且另 一方面,使计数器在曲轴120的基准转动位置处重置为零,并且在图24 的流程图中步骤S11(其中于每次输出凸轮信号CAM(在每个180°曲柄角 处的头信号)时执行中断的)处,通过判断该时刻在计数器中的数值来 检测出转动相位。
上述功能对应于本实施例的第一检测装置。
因此,在每次从凸轮传感器132输出凸轮信号CAM时,(每隔180° 曲柄角)将基于基准转动位置的转动相位的检测数值更新,并且在步骤 S32处,读出已经在产生出最后凸轮信号CAM时更新的数值。
在步骤S33处,读出根据来自霍耳元件545(第二检测装置)的检 测信号计算出的提前值REVTCnow。
因为在步骤S32处读取的转动相位的提前值REVTCref每隔恒定的 曲柄角被更新,所以在这样的情况(其中由于发动机转速较低而使更 新周期较长)中,时间在从最后更新时刻到执行主要程序时刻的期间 内流逝,并且当改变转动相位时,相对于实际转动相位出现误差。
另一方面,因为在步骤S33读取的提前值REVTCnow是根据在该时刻 来自霍耳元件545的检测信号确定的,所以提前值REVTCnow表示在该时 刻的转动相位。
在步骤S34处,将已经在步骤S32处
读出的提前值REVTCref和已经在步骤S33处读出的提前值 REVTCnow相互比较,并且选择更小的一个,换句话说,更延迟的数值。
然后,在步骤S35处,根据在步骤S34处选择的转动相位的提前值 和在该时刻的目标提前值TGVTC之间的差值来计算出VTC机构113的反 馈控制量(电磁线圈524的励磁电流值)。
在步骤S36处,根据反馈控制量输出用于控制励磁电流的负载信 号。
在当前实施例中,其中通过用VEL机构112调节进气门105的升程并 且用VTC机构113调节工作角度的中心相位来控制气缸进气量,中心相 位的延迟侧为进一步增加空气量的方向。
因此,选择在提前值REVTCref和提前值REVTCnow之间更延迟的数 值意味着确定在这时的中心相位更加延迟,并且将该中心相位控制成 比其中选择在提前侧的数值的情况更加提前,并且将中心相位控制成 处于降低进气量的一侧。
在当前实施例中,在其中通过用VEL机构112调节进气门105的升程 来控制发动机的进气量的结构的情况下,因为在低气门升程处使得空 气量的变化相对于中心相位变化较大,所以当在延迟控制期间根据与 实际值相比更加提前的检测结果来控制转动相位时,进气门的工作角 度的中央过度地设置在延迟侧,因此气缸进气量可能增大超过所需量。
相反,如上所述,假设选择在提前值REVTCref和提前值REVTCnow 之间更延迟的数值,则当在延迟控制期间在更新提前值REVTCref中出 现延迟时,可以根据离实际值更近的提前值REVTCnow来控制VTC机构 113,并且防止进气量由于过度延迟控制而增大超过所需量。
而且,即使在由于传感器故障而使提前值REVTCref和提前值 REVTCnow中的一个为与实际值大大不同的数值时,至少也可以通过选 择在更延迟的数值进行反馈控制来抑制转动相位过度设置在延迟处。
因此,由于选择了在提前值REVTCref和提前值REVTCnow之间更延 迟的数值,所以控制发动机输出进一步降低,并且控制进气门105的工 作角度的中心相位处于更安全的一侧。
另一方面,在由VEL机构112进行的升程/工作角度控制中,因为升 程/工作角度的限制值根据在该时刻的工作角度的中心变化,所以 ECU114通过在图25的流程图中所示的主要程序来设置限制值,并且限 制了VEL机构112的操作。
在图25的流程图中,在步骤S41处,读出在VEL机构112中的控制轴 16的目标角度TGVELO。
在步骤S42处,按照与在步骤S32处相同的方式,读出对于每个来 自凸轮传感器132的凸轮信号CAM检测/更新的转动相位的提前值 REVTCref的最新数值。
在步骤S43处,按照与在步骤S33处相同的方式,读出根据来自霍 耳元件545(第二检测装置)的检测信号计算出提前值REVTCnow。
然后,在步骤S44处,将在步骤S42处读出的提前值REVTCref和在 步骤S43处读出的提前值REVTCnow进行比较,选择比另一个值更大的数 值,换句话说在提前侧更远的数值。
在步骤S45处,根据在步骤S44处选择的转动相位的提前值来计算 出角度限制。
该角度限制设置在这样的角度处,从而可以根据在步骤S44处选择 的转动相位的提前值来确定可以避免在活塞和进气门105之间出现干 涉的进气门105的最大工作角度或最大升程,并且将最大工作角度或最 大升程转变成VEL机构112的控制轴16的角度。
在步骤S46处,将目标角度TGVELO限制为不会超过角度限制,并且 设定最终目标角度TGVEL。
为了在相同的工作角度/升程的状态对这些情况进行比较,进气门 105的工作角度的中心相位越提前设置,则在
上止点处在活塞和进气门 105之间的距离越短。
因此,假设根据在提前值REVTCref和提前值REVTCnow之间处于提 前侧更远处的数值来设定角度限制,则目标角度TGVEL被限制以便确保 在上止点处的活塞和进气门105之间的距离更长,这可以正确地避免在 活塞和进气门105之间的干涉。
据此,可以避免将工作角度/升程控制成在过渡地改变转动相位时 或在传感器出故障时在活塞和进气门105之间产生干涉的工作角度/升 程。
在当前实施例中,霍耳元件545用来检测由于永磁体534的转动角 度变化而导致的磁通密度变化,并用作检测提前值REVTCnow的第二检 测装置。但是,由于代替霍耳元件545设置了在图26中所示的第二凸轮 传感器133,并且通过组合第二凸轮传感器133和曲柄角传感器117,所 以可以构成能够在任意时刻检测进气门105的中心相位的第二检测装 置。
如图26所示,第二凸轮传感器133如此形成,从而与凸轮轴13一体 地转动的旋转体133a的半径沿着周向连续变化,并且如图27所示,固 定成面对着旋转体133a的周边的间隙传感器133b的输出构成为这样, 即,由于在间隙传感器133b和旋转体133a的周边之间的距离随着凸轮 轴的转动而变化而连续变化。
这里,如图28中所示,因为在凸轮轴的角度位置和间隙之间的关 系是恒定的,所以间隙传感器133b的输出和凸轮轴的角度位置具有恒 定的相互关系,并且可以根据间隙传感器133b的输出来检测出凸轮轴 的角度位置。
这里假设间隙传感器133b的输出为凸轮角信号CAMA。
通过统计出来自曲轴120的基准转动位置的单位角度信号POS的产 生次数而检测出曲轴120的角度位置,并根据来自第二凸轮传感器133 的凸轮角度信号CAMA检测出凸轮轴13的角度位置,所述曲轴120的基准 转动位置是通过检测忽略了来自曲柄角传感器117的单位角度信号POS 的位置而检测出来的。
假设一直统计来自凸轮轴120的基准转动位置的单位角度信号POS 的产生次数,则可以在任意时刻以10°的最小单位确定出曲轴120的角 度位置,并且可以通过从第二凸轮传感器133读取凸轮角度信号 CAMA(间隙传感器133b的输出)来在任意时刻确定凸轮轴13的角度位 置。
然后,在其中每隔预定微时间(例如,10ms)进行中断的图29的流 程图中的步骤S21处,根据在该时刻的曲轴120的角度位置和凸轮轴13 的角度位置计算出凸轮轴13相对于曲轴120的转动相位的提前值 REVTCnow。
然后,在步骤S33和S43处,读出已经在步骤S21处确定出的提前值 REVTCnow的最新数值。
在步骤S21处确定的提前值REVTCnow为每隔一定微时间更新的最 新数值,并且与提前值REVTCref相比不会出现很大延迟,并且使之代 替霍耳元件545而具有必要而足够的检测响应性。
要指出的是,由于通过间隙传感器检测出角度位置的传感器设在 曲轴120侧,所以可以根据在曲轴120侧的间隙传感器和间隙传感器 133b的检测结果在任意时刻检测出中心相位。
要指出的是,可改变凸轮轴13相对于曲轴120的转动相位的机构和 可改变工作角/升程的机构并不限于上述VTC机构113和VEL机构112,也 可以恰当地使用其它公知机构。
另外,可以改变开度特性的发动机气门不限于进气门105,它还可 以为这样的结构,其中VTC机构113和VEL机构设在排气门107侧,并且 设有与第一检测装置和第二检测装置对应的装置,并且在通过那些装 置检测的中心相位的结果之间,选择其中将排气门的开度特性控制为 处于更安全的一侧的结果,并且根据所选的检测中心相位的结果来控 制排气门的开度特性。
例如,因为在将中心相位设定为更延迟时使上止点处的排气门107 和活塞之间的距离更短,所以如果通过选择更延迟的检测结果来限制 排气门的工作角度/升程,就会将排气门的开度特性控制为更安全。
另外,单独对用于检测中心相位的各个传感器进行诊断,并且在 传感器正常的情况下,可以进行这样的处理,其中只在低发动机速度 处选择两个检测结果中的一个,由此使得提前值REVRCref的更新周期 更长,或者可以进行这样的处理,其中只在中心相位处于过渡的状态 中选择这两个检测结果中的一个,而且可以进行这样的处理,其中根 据过渡改变受限的转动相位的方向来选择两个检测结果中的一个。
另外,可以根据提前值REVTCref来校准提前值REVTCnow。
2004年2月26日提交的日本专利
申请No.2004-051639和2004年12 月28日提交的日本专利申请No.2004-380637的全部内容通过引用结合 于此。
虽然只选择几个实施例来对本发明进行说明,但是对于本领域普 通技术人员显而易见的是,在不脱离由所附
权利要求限定的本发明的 范围的情况下可以作出各种改变和变化。
另外,根据本发明实施例的上面说明只是用来进行举例说明,而 不是为了对由所附权利要求及其等同方案所限定的本发明进行限定。