【2】已经使用一种可变气门正时(VVT)系统，其基于发动机运行状态来 改变进气门或排气门打开/关闭的相位(即，曲轴转角)。这种可变气门正 时系统通过使打开/关闭进气门或排气门的凸轮轴相对于例如链轮转动而改 变进气门或排气门的相位。凸轮轴以液压的方式被转动或者借助于例如电 动机的致动器而被转动。
【3】特别地，对于以液压的方式驱动凸轮轴的可变气门正时系统，在寒冷 的环境下或发动机起动时，可变气门正时控制有时候不会像应该的那样精 确地得到执行。出现这种情况是因为在此情形下用于驱动凸轮轴的液压压 力不足或者凸轮轴相对于液压控制的响应较慢。为了消除这种情况，例如 在日本专利申请公报No.JP-05-104978(JP-A-05-104978)、美国专利申请 公报No.US2005/0252469A1、日本专利申请公报No.JP-2004-190663(JP- A-2004-190663)所描述的，已经提出了一种通过电动机驱动凸轮轴的可变 气门正时系统。
【4】JP-A-05-104978描述了一种将步进电机用作致动器的可变气门正时系 统。所述可变气门正时系统设置有控制可变气门正时系统的VVT ECU (电子控制单元)和控制发动机的发动机ECU。VVT ECU独立于发动机 ECU运行。美国专利申请公报No.US2005/0252469A1描述了一种系统 (即，可变气门正时系统)，该系统将电动机用作致动器来控制凸轮轴相 对于曲轴的转角。所述系统设置有用于电动机的控制单元(即用于可变气 门正时系统的控制单元)以及发动机控制元件，该电动机用作用于可变气 门正时系统的致动器。用于电动机的控制单元独立于发动机控制元件运 行。
【5】JP-A-2004-190663描述了一种可变气门正时系统，所述可变气门正时 系统通过相对于凸轮轴的转速改变电动机速度而改变气门正时。
【6】然而，在JP-A-05-104978描述的系统中，VVT ECU在收到表示发动 机运行状态的信号时计算适合的气门重叠量，即适合的气门正时，并且还 输出用于步进电机的控制信号从而实现适合的气门正时。VVT ECU产生 用于选定步进电机的励磁线圈的信号。因此，VVT ECU具有多种功能， 包括设定气门正时的目标值和产生用于控制步进电机以适合地执行气门正 时控制的控制信号。这增加了VVT ECU的处理负载，该VVT ECU设计 为通过执行程序而执行软件处理。从而，ECU的处理能力需要增大从而以 更高速度控制可变气门正时。
【7】至于在美国专利申请公报US2005/0252469A1中描述的系统，表示曲 轴转角的信号和表示凸轮轴转角的信号被传送到可变气门正时控制单元。 可变气门正时控制单元执行反馈控制从而使得实际气门正时与所期望的气 门正时匹配。如在日本专利申请公报JP-A-05-104978中描述的可变气门正 时系统的情况那样，这会增加用于可变气门正时系统的控制单元的处理负 载。
【8】根据JP-A-2004-190663，用作发动机控制电路的ECU计算目标气门正 时和实际气门正时，并基于实际气门正时和目标气门正时的偏差而计算电 动机控制值(例如，施加到电动机的电压和用于电动机的最终占空比的 值)。在此构造中，执行发动机控制的ECU的处理负载过度增大。在JP- A-2004-190663中，ECU设计为执行软件处理。从而，ECU的处理能力需 要增大从而以更高速度控制可变气门正时。
【9】而且，在上述公报中描述的可变气门正时控制中，气门正时相位控制 的反馈循环(气门位置控制)形成为用于甚至包括电动机控制的整个系 统。因此，如果对反馈循环的构造进行改进，则可以提高控制速度。

【10】本发明提供一种可变气门正时系统，所述可变气门正时系统具有一种 控制构造，所述控制构造提高控制速度却不会过度地增大每个控制器上的 处理负载。
【11】本发明的一方面涉及一种可变气门正时系统，所述可变气门正时系统 改变设置在发动机中的进气门和排气门中至少一者的打开/关闭正时，并包 括改变机构、第一传感器、第二传感器、第一控制器和第二控制器。改变 机构以对应于用作致动器的电动机相对于驱动所述气门的凸轮轴的转速差 的改变量来改变所述气门的打开/关闭正时。第一控制器至少基于来自所述 第一传感器的信号和来自所述第二传感器的信号来计算所述气门的打开/关 闭正时的当前值，并基于所述打开/关闭正时的所述当前值与所述打开/关 闭正时的目标值的偏差来生成用于所述电动机的转速指令值，使得所述打 开/关闭正时按照所述目标值变化，所述目标值基于所述发动机的运行状态 设定。第二控制器从所述第一控制器接收表示所述转速指令值的信号，并 基于由所述第二传感器检测到的所述电动机的转速来控制供应到所述电动 机的电力，使得所述电动机按照所述转速指令值运行。
【12】至于根据本发明的第一方面的可变气门正时系统，第一控制器对气门 相位执行反馈控制，而第二控制器控制致动器的转速。从而，可以通过高 速地控制用作致动器的电动机而高速执行气门正时控制，而不会使控制器 的功能复杂化或者过度增大控制器的处理负载。
【13】在本发明的第一方面中，所述第二控制器可以通过以组合的方式执行 基于由所述第一控制器设定的所述转速指令值的设定控制和基于所述电动 机的实际转速与所述转速指令值的偏差的反馈控制来控制所述电动机的转 速。
【14】在本发明的第一方面中，第二控制器可包括电力转换电路、第一设定 单元、第二设定单元和驱动单元。电力转换电路控制供应到电动机的电 力。第一设定单元基于由所述第二传感器检测到的所述电动机的转速与由 来自所述第一控制器的信号表示的所述转速指令值的偏差来设定对供应到 所述电动机的电力量进行控制的调节量。第二设定单元基于预定特性根据 由来自所述第一控制器的信号表示的所述转速指令值来设定调节量。驱动 单元基于由所述第一设定单元设定的调节量与由所述第二设定单元设定的 调节量之和来生成用于所述电力转换电路的控制信号。
【15】对于此构造，通过以组合的方式使用用在第一设定单元中的反馈项和 用在第二设定单元中的预设项来执行电动机速度控制。以此方式，与简单 反馈控制(即，仅仅使用在第一设定单元中使用的反馈项执行的转速控 制)相比，即使电动机的转速变化，也使得电动机的转速与转速指令值更 迅速地匹配。
【16】在本发明的第一方面中，第二控制器可与电动机一体地形成并包括第 二传感器。而且，第一控制器可通过从第一控制器延伸到第二控制器的信 号线接收来自于第二传感器的表示电动机的转速的信号。
【17】从而，布置传感器的空间得以缩小以缩小系统尺寸。在本发明的第一 方面中，第一控制器可由具有执行控制发动机的程序的功能的电子控制单 元形成。
【18】本发明的所述方面提供了所述可变气门正时系统，其具有提高控制速 度而不会过度增大每个控制器的处理负载的控制构造。
附图说明
【19】参照附图从以下对实施例进行的描述，将会明白本发明的前述和其它 目的、特征和优点，其中相同或相应的特征将会由相同的附图标记表示， 其中：
图1是示意性地示出设置有根据本发明实施例的可变气门正时系统的 车辆发动机的结构的视图；
图2是示出限定进气凸轮轴的相位的对照图的图形；
图3是示出进气VVT机构的横截面视图；
图4是沿着图3中IV-IV线剖开的横截面视图；
图5是沿着图3中V-V线剖开的第一横截面视图；
图6是沿着图3中V-V线剖开的第二横截面视图；
图7是沿着图3中VII-VII线剖开的横截面视图；
图8是沿着图3中VIII-VIII线剖开的横截面视图；
图9是示出进气VVT机构的元件协作实现的减速比的图形；
图10是示出导板相对于链轮的相位与进气凸轮轴的相位之间的关系 的图形；
图11是图示由根据本发明实施例的可变气门正时系统执行的对进气 门的相位进行控制的构造的示意性框图；
图12是图示在图11中示出的控制构造中反馈控制循环的形式的示意 性框图；
图13是图示由ECU执行的对进气门的相位进行反馈控制的功能框 图；
图14是图示对电动机的转速控制的图形；以及
图15是图示电动机EDU的构造的功能框图。

【20】下面，参照附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同或相应 的特征将用相同的附图标记来表示。具有相同附图标记的特征的名称和功 能也相同。因此，具有相同附图标记的特征的描述在下面将只出现一次。
【21】首先，参照图1描述具有根据本发明的实施例的可变气门正时系统的 车辆发动机。
【22】发动机1000是包括第一列1010和第二列1012的八缸V型发动机， 每列具有四个缸。注意，根据本发明实施例的可变气门正时系统可以应用 于任何类型的发动机。即，可变气门正时系统可以应用于除八缸V型发动 机以外的任何发动机。
【23】流经空气滤清器1020的空气被供应到发动机1000。节气门1030调节 供应到发动机1000的空气量。节气门1030是由电动机驱动的电控节气 门。
【24】空气通过进气通道1032被引入到气缸1040。然后，空气与燃料在形 成于气缸1040内的燃烧室中混合。燃料从喷射器1050直接喷射到气缸 1040中。即，喷射器1050的喷射孔位于气缸1040内。
【25】在进气冲程中燃料被喷射到气缸1040中。燃料喷射的时间不必在进 气冲程内。提供与本发明的实施例有关的描述的前提是：发动机1000是 直喷发动机，其中喷射器1050的喷射孔位于气缸1040内。除了用于直喷 的喷射器1050，还可提供用于端口喷射的喷射器。可选地，也可仅提供用 于端口喷射的喷射器。
【26】气缸1040中的空气燃料混合物由火花塞1060点燃，然后燃烧。燃烧 后的空气燃料混合物(即排气)由三元催化剂1070净化，然后被排出到 车辆外部。活塞1080由于空气燃料混合物的燃烧而被向下推动，从而转 动曲轴1090。
【27】进气门1100和排气门1110设置在气缸1040顶部。进气门1100由进 气凸轮轴1120驱动，排气门1110由排气门1130驱动。进气凸轮轴1120 和排气凸轮轴1130彼此通过例如链条或齿轮连接，并以相同的转数(为 曲轴1090转数的一半)转动。因为转动体(例如，轴)的转数(通常是 每分钟的转数(rpm))通常是指转速，所以在下面的描述中将使用术语 “转速”。
【28】进气门1100的相位(打开/关闭正时)由装配到进气凸轮轴1120的进 气VVT机构2000控制。排气门1110的相位(打开/关闭正时)由装配到 排气凸轮轴1130的排气VVT机构3000控制。
【29】在本发明的实施例中，进气凸轮轴1120和排气凸轮轴1130分别由 VVT机构2000和3000转动，从而进气门1100的相位和排气门1110的相 位受到控制。然而，用于控制相位的方法不限于此。
【30】进气VVT机构2000由电动机2060(如图3所示)操作。电动机 2060由电子控制单元(ECU)4000控制。流经电动机2060的电流强度由 安培表(未示出)检测，施加到电动机2060的电压由电压表(未示出) 检测，并且表示电流强度的信号和表示电压的信号被传送到ECU 4000。
【31】排气VVT机构3000以液压的方式被操作。注意，进气VVT机构 2000可以是以液压的方式被操作。注意，排气VVT机构3000也可由电动 机操作。
【32】ECU 4000从曲轴转角传感器5000接收表示曲轴1090的转速和曲轴转 角的信号。ECU 4000还从凸轮轴位置传感器5010接收表示进气凸轮轴 1120的相位的信号和表示排气凸轮轴1130的相位(这些凸轮轴在转动方 向上的位置)的信号。
【33】此外，ECU 4000从冷却液温度传感器5020接收表示发动机1000的冷 却液的温度(冷却液温度)的信号，从气流计5030接收表示供应到发动 机1000的空气量的信号。
【34】ECU 4000基于从上述传感器接收到的信号以及存储在存储器(未示 出)中的对照图和程序而控制节气门开度、点火正时、燃料喷射正时、燃 料喷射量、进气门1100的相位、排气门1110的相位等，使得发动机1000 进入所希望的运行状态。
【35】根据本发明的实施例，ECU 4000基于使用表示发动机运行状态的参 数的对照图(通常是使用发动机速度NE和进气量KL作为参数的对照 图，如图2所示)而设定进气门1100的目标相位。一般地，用于在多个 冷却液温度下设定进气门1100的相位的多个对照图存储在存储器中。
【36】下面，将更详细地描述进气VVT机构2000。注意，排气VVT机构 3000可具有与下述进气VVT机构2000相同的结构。可选地，进气VVT 机构2000和排气VVT机构3000中的每一个都可具有与下述进气VVT机 构2000相同的结构。
【37】如图3所示，进气VVT机构2000包括链轮2010、凸轮盘2020、连 杆机构2030、导板2040、减速器2050和电动机2060。用于控制电动机 2060的电动机EDU4100与电动机2060一体地形成。电动机2060和电动 机EDU 4100可放置在相同的壳体中。可选地，电动机2060电动机EDU 4100可容纳在单独的壳体中，然后彼此连接。
【38】链轮2010通过例如链条连接到曲轴1090。如进气凸轮轴1120和排气 凸轮轴1130的情况那样，链轮2010的转速是曲轴1090的转速的一半。进 气凸轮轴1120设置为使得进气凸轮轴1120与链轮2010同轴并相对于链轮 2010转动。
【39】凸轮盘2020由第一销钉2070连接到进气凸轮轴1120。在链轮2010 中，凸轮盘2020与进气凸轮轴1120一起转动。凸轮盘2020和进气凸轮轴 1120彼此可一体地形成。
【40】每个连杆机构2030由第一臂2031和第二臂2032形成。图4是沿图3 中IV-IV线剖开的横截面视图，如图4所示，成对的第一臂2031设置在链 轮2010中从而关于进气凸轮轴1120的轴线对称。每个第一臂2031连接到 链轮2010从而绕第二销钉2072枢转。
【41】如图5(即为沿图3中V-V线剖开的横截面视图)以及图6(其示出 通过使进气门1100的相位从图5中示出的状态提前所实现的状态)所 示，第一臂2031和凸轮盘2020彼此通过第二臂2032而连接。
【42】每个第二臂2032被支撑为绕第三销钉2074相对于第一臂2031枢转。 每个第二臂2032被支撑为绕第四销钉2076相对于凸轮盘2020枢转。
【43】该对连杆机构2030使得进气凸轮轴1120相对于链轮2010转动，由此 进气门100的相位得以改变。因此，即使其中一个连杆机构2030断裂并 折断，进气门1100的相位也可由另一连杆机构2030改变。
【44】如图3所示，控制销钉2034装配在每个连杆机构2030(更具体地， 第二臂2032)的一个面上，所述面靠近导板2040。控制销钉2034设置为 与第三销钉2074同轴。每个控制销钉2034在形成于导板2040中的导槽 2042内滑动。
【45】每个控制销钉2034沿径向运动，同时在形成于导板2040中的导槽 2042内滑动。每个控制销钉2034沿径向的运动使得进气凸轮轴1120相对 于链轮2010转动。
【46】如图7(即为沿图3中VII-VII线剖开的横截面视图)所示，导槽 2042形成为螺旋形式使得控制销钉2034随着导板2040的转动而沿径向运 动。然而，导槽2042的形状不限于此。
【47】随着控制销钉2034和导板2040的轴线在径向上的距离增大，进气门 1100的相位更延迟。即，相位的改变量对应于每个连杆机构2030根据控 制销钉2034在径向上的运动而被操作的量。注意，随着控制销钉2034和 导板2040的轴线在径向上的距离增大，进气门1100的相位也可更提前。
【48】如图7所示，当控制销钉2034到达导槽2042的端部时，连杆机构 2030的操作受到限制。因此，控制销钉2034到达导槽2042的端部的相位 是进气门1100的最大提前相位或最大延迟相位。
【49】如图3所示，多个凹部2044形成于导板2040的一个面中，所述面靠 近减速器2050。凹部2044用于将导板2040和减速器2050彼此连接。
【50】减速器2050由外齿轮2052和内齿轮2054形成。外齿轮2052固定到 链轮2010从而与链轮2010一起转动。
【51】多个突出部2056形成于内齿轮2054上，所述多个突出部配合在导板 2040的凹部2044中。内齿轮2054被支撑为可绕着联接器(coupling) 2062的偏心轴线2066转动，所述联接器2062的轴线从电动机2060的输 出轴的轴线2064偏离。
【52】图8示出沿图3中VIII-VIII线剖开的横截面视图。内齿轮2054设置 为使得其多个齿的一部分与外齿轮2052啮合。当电动机2060的输出轴的 转速等于链轮2010的转速时，联接器2062和内齿轮2054以与外齿轮 2052(链轮2010)相同的转速转动。在此情形下，导板2040以与链轮 2010相同的转速转动，并且进气门1100的相位得以保持。
【53】当电动机2060使得联接器2062绕着轴线2064相对于外齿轮2052转 动时，整个内齿轮2054绕着轴线2064转动，同时，内齿轮2054绕着偏心 轴2066转动。内齿轮2054的转动运动促使导板2040相对于链轮2010转 动，由此进气门1100的相位得以改变。
【54】通过使用减速器2050、导板2040和连杆机构2030减小电动机2060 的输出轴与链轮2010之间的相对转速(电动机2060的操作量)，从而改 变进气门1100的相位。可选地，可通过增大电动机2060的输出轴与链轮 2010之间的相对转速而改变进气门1100的相位。电动机2060的输出轴设 置有电动机转角传感器5050，所述传感器输出表示输出轴转角(输出轴在 其转动方向上的位置)的信号。一般地，电动机转角传感器5050每当电 动机2060的输出轴转动预定角度时产生一个脉冲信号。基于从电动机转 角传感器5050输出的信号，检测电动机2060的输出轴的转速(下面在适 合的地方简称为“电动机2060的转速”)。
【55】如图9所示，进气VVT机构2000的元件协作实现的减速比R(θ)，即 电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对转速与进气门1100的相位的 改变量的比率，可以选取与进气门1100的相位相对应的值。根据本发明 的实施例，当减速比增大时，相位的改变量与电动机2060的输出轴与链 轮2010之间的相对转速的比率减小。
【56】当进气门1100的相位位于从最大延迟相位延伸到CA1的第一区域内 时，进气VVT机构2000的元件协作实现的减速比为R1。当进气门1100 的相位位于从CA2(CA2是比CA1更提前的相位)延伸到最大提前相位 的第二区域内时，进气VVT机构2000的元件协作实现的减速比为R2 (R1>R2)。
【57】当进气门1100的相位位于从CA1延伸到CA2的第三区域内时，进气 VVT机构2000的元件协作实现的减速比以预定比率((R2-R1)/(CA2-CA1)) 改变。
【58】这样构造的根据本发明实施例的可变气门正时系统的进气VVT机构 2000的效果将在下面描述。
【59】当进气门1100的相位(进气凸轮轴1120)提前时，电动机2060运行 使得导板2040相对于链轮2010转动。因而，如图10所示，进气门1100 的相位提前。
【60】当进气门1100的相位位于从最大延迟相位延伸到CA1的第一区域内 时，电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对转速以减速比R1减 小。因而，进气门1100的相位提前。
【61】当进气门1100的相位位于从CA2延伸到最大提前相位的第二区域内 时，电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对转速以减速比R2减 小。因而，进气门1100的相位提前。
【62】当进气门1100的相位延迟时，电动机2060的输出轴相对于链轮2010 在与进气门1100的相位提前的方向相反的方向上转动。当相位延迟时， 电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对转速以与当相位提前时的方 式类似的方式减小。当进气门1100的相位位于从最大延迟相位延伸到 CA1的第一区域内时，电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对转速 以减速比R1减小。因而，进气门1100的相位延迟。当进气门1100的相 位位于从CA2延伸到最大提前相位的第二区域内时，电动机2060的输出 轴与链轮2010之间的相对转速以减速比R2减小。因而，进气门1100的 相位延迟。
【63】因此，只要电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对转动方向保 持不变，进气门1100的相位就可在从最大延迟相位延伸到CA1的第一区 域内和从CA2延伸到最大提前相位的第二区域内都被提前或延迟。在此情 形下，在从CA2延伸到最大提前相位的第二区域中的相位提前或延迟的量 大于在从最大延迟相位延伸到CA1的第一区域中的相位提前或延迟的量。 因此，在相位变化宽度方面，第二区域比第一区域大。
【64】在从最大延迟相位延伸到CA1的第一区域中，减速比较大。因此，需 要大扭矩以使用伴随着发动机1000的运行而施加到进气凸轮轴1120的扭 矩来转动电动机2060的输出轴。因而，即使在电动机2060不产生扭矩时 (例如，即使在电动机2060不运行时)，电动机2060的输出轴的转动也 受到限制，所述转动由施加到进气凸轮轴1120的扭矩引起的。这抑制了 实际相位与控制中所使用的相位的偏差。此外，当停止对用作致动器的电 动机2060的电力供应时，发生不期望的相位变化也受到抑制。
【65】优选地，电动机2060相对于链轮2010转动的方向和相位的提前/延迟 之间的关系被设定为使得进气门1100的相位在电动机2060的输出轴的转 速低于链轮2010时延迟。从而，当在发动机正在运行的同时用作致动器 的电动机2060变得不运行时，进气门1100的相位逐渐延迟，最后与最大 延迟相位一致。即，即使进气门相位控制变得不可执行，进气门1100的 相位也进入到在发动机1000中稳定地进行燃烧的状态。
【66】当进气门1100的相位位于从CA1延伸到CA2的第三区域内时，电动 机2060的输出轴与链轮2010之间的相对转速以某一减速比减小，其中所 述减速比以预定变化率变化。因而，进气门1100的相位提前或延迟。
【67】当进气门1100的相位从第一区域转移到第二区域时，或者从第二区 域转移到第一区域时，相位相对于电动机2060的输出轴与链轮2010之间 的相对转速的改变量逐渐增大或减小。因此，相位的改变量的急剧的阶跃 变化受到抑制，从而抑制相位的急剧变化。因而，进气门1100的相位更 为适合地受到控制。
【68】至于本发明实施例的可变气门正时系统的进气VVT机构2000，当进 气门1100的相位位于从最大延迟相位延伸到CA1的第一区域内时，进气 VVT机构2000的元件协作实现的减速比为R1。当进气门1100的相位位 于从CA2延伸到最大提前相位的第二区域内时，进气VVT机构2000的元 件协作实现的减速比为小于R1的R2(R1>R2)。因此，只要电动机2060 的输出轴与链轮2010之间的相对转动方向保持不变，进气门1100的相位 就可在从最大延迟相位延伸到CA1的第一区域内和从CA2延伸到最大提 前相位的第二区域中都被提前或延迟。
【69】在此情形下，在从CA2延伸到最大提前相位的第二区域内的相位提前 或延迟的量大于在从最大延迟相位延伸到CA1的第一区域内的相位提前或 延迟的量。因此，在相位变化宽度方面，第二区域比第一区域大。
【70】在从最大延迟相位延伸到CA1的第一区域中，减速比较大。因此，可 以限制电动机2060的输出轴的转动，所述转动由伴随发动机1000的运行 而施加到进气凸轮轴1120的扭矩引起。这抑制了实际相位与控制中所使 用的相位的偏差。因此，可以以较大的量改变相位，并且可以精确地控制 相位。
【71】图11是图示根据本发明实施例的可变气门正时系统执行的对进气门 1100的相位进行控制的构造的示意性框图。
【72】如图11所示，如之前在图1中所述，发动机1000构造为使得动力从 曲轴1090分别通过链轮2010和链轮2012由正时链条1200(或正时皮 带)而传递到进气凸轮轴1120和排气凸轮轴1130，。凸轮轴位置传感器 5010每当进气凸轮轴1120转动预定凸轮角度时就输出凸轮角度信号Piv， 所述凸轮轴位置传感器5010装配在进气凸轮轴1120的外周上。曲轴转角 传感器5000每当曲轴1090转动预定曲轴转角时就输出曲轴转角信号 Pca，曲轴转角传感器5000装配在曲轴1090的外周上。电动机转角传感器 5050每当电动机2060转动预定转角时就输出电动机转角信号Pmt，所述 电动机转角传感器5050装配到电动机2060。这些凸轮转角信号Piv、曲轴 转角信号Pca和电动机转角信号Pmt被传送到ECU 4000。
【73】ECU 4000基于从检测发动机1000的运行状态和运行条件(驾驶员实 施的踏板操作、当前车辆速度等)的传感器输出的信号来控制发动机1000 的运行，使得发动机1000产生所需的输出功率。作为发动机控制的一部 分，ECU 4000基于图2中示出的对照图设定进气门1100的相位的目标值 和排气门1110的相位的目标值。此外，ECU 4000生成用于电动机2060的 转速指令值Nmref，所述电动机用作用于进气VVT机构2000的致动器。 如果电动机2060以转速指令值Nmref转动，则进气门1100的相位与目标 值(目标相位)匹配。转速指令值Nmref基于电动机2060的输出轴与链 轮2010(进气凸轮轴1120)之间的相对转速而设定，所述相对转速相当 于致动器的操作量，如下详细描述。
【74】电动机EDU(电子驱动单元)4100基于由来自于ECU 4000的信号所 表示的转速指令值Nmref来控制电动机2060的转速。
【75】在由根据本发明实施例的可变气门正时系统所执行的进气门相位控制 中，如图12所示，用于进气门相位的反馈控制循环7000由ECU 4000形 成。在反馈控制循环7000中，ECU 4000检测进气门1100的相位并使得所 述进气门相位与目标相位匹配。电动机EDU 4100形成用于电动机速度的 反馈控制循环7100。在反馈控制循环7100中，供应到电动机2060的电力 PW受到控制，使得电动机2060的转速与由来自于ECU 4000的信号所表 示的转速指令值Nmref匹配。更具体地，电动机EDU 4100形成作为局部 循环的反馈控制循环7100，所述循环是整个反馈控制循环7000的一部 分。
【76】此外，当电动机EDU 4100与电动机2060一体形成时，如图3所示， 由霍尔元件等形成的电动机转角传感器5050可设置在电动机EDU 4100 中。以此方式，进气VVT机构2000的尺寸得以减小。来自于转角传感器 5050的电动机转角信号Pmt和表示由于例如断线而电动机转角信号Pmt的 异常状况的诊断信息通过从ECU 4000延伸到电动机EDU 4100的信号线 4005而传送到ECU 4000。
【77】图13是图示由ECU 4000执行的对进气门的相位进行反馈控制的功能 框图。
【78】如图13所示，致动器操作量设定单元6000对进气门相位执行反馈控 制，并包括气门相位检测单元6010、凸轮轴相位改变量计算单元6020、 相对转速设定单元6030、凸轮轴转速检测单元6040和转速指令值生成单 元6050。致动器操作量设定单元6000相当于ECU 4000所实现的功能 块。通常，致动器操作量设定单元6000的功能通过根据事先存储在ECU 4000中的预定程序以预定控制周期执行控制例程而实现。
【79】气门相位检测单元6010基于来自于曲轴转角传感器5000的曲轴转角 信号Pca、来自于凸轮轴位置传感器5010的凸轮角度信号Piv以及来自于 用于电动机2060的转角传感器5050的电动机转角信号Pmt来计算进气门 1100的实际相位IV(θ)(下面称之为“实际进气门相位IV(θ)”)。
【80】气门相位检测单元6010基于曲轴转角信号Pca和凸轮角度信号Piv来 计算进气凸轮轴1120的当前相位IV(θ)。例如，当凸轮角度信号Piv产生 时，通过将凸轮角度信号Piv的产生和曲轴转角信号Pca的产生之间的时 间差转换成曲轴1090和进气凸轮轴1120之间的转动相位差而计算当前气 门相位IV(θ)(第一相位计算方法)。
【81】可选地，对于根据本发明实施例的进气VVT机构2000，可以基于用 作致动器的电动机2060的操作量(相对转速ΔNm)精确地保持对进气门 相位的改变量的跟踪。更具体地，实际相对转速ΔNm基于从传感器输出 的信号计算，然后，通过基于所计算的实际相对转速ΔNm的计算处理， 计算每单位时间内(在一个控制周期期间)进气门相位的改变量dIV(θ)。 因此，气门相位检测单元6010可以通过累计相位改变量dIV(θ)逐次计算 进气凸轮轴1120的当前相位IV(θ)(第二相位计算方法)。气门相位检测 单元6010可通过考虑例如发动机速度的稳定性和ECU上的计算负载来适 合地使用第一相位计算方法或第二相位计算方法来计算当前气门相位 IV(θ)。
【82】凸轮轴相位改变量计算单元6020包括计算单元6022和所需相位改变 量计算单元6025。计算单元6022计算实际进气门相位IV(θ)与目标相位 IV(θ)r的偏差ΔIV(θ)(ΔIV(θ)＝IV(θ)—IV(θ)r)。所需相位改变量计算单 元6025基于计算单元6022计算的偏差ΔIV(θ)来计算在当前控制周期中进 气凸轮轴1120需要改变的量Δθ(下面，称之为“进气凸轮轴1120的所需 相位改变量Δθ”)。
【83】例如，事先设定在单个控制周期中所需相位改变量Δθ的最大值。所 需相位改变量计算单元6025设定所需相位改变量Δθ，所述所需相位改变 量Δθ对应于偏差ΔIV(θ)并且等于或者小于所述最大值。最大值可以是固 定值。可选地，最大值可由所需相位改变量计算单元6025基于发动机 1000的运行状态(发动机速度、进气量等)以及实际进气门相位IV(θ)与 目标相位IV(θ)r的偏差ΔIV(θ)可变地设定。
【84】相对转速设定单元6030计算电动机2060的输出轴相对于链轮2010 (进气凸轮轴1120)的转速ΔNm。需要实现相对转速ΔNm以获得由所需 相位改变量计算单元6025计算的所需相位改变量Δθ。例如，当进气门 1100的相位提前时，相对转速ΔNm被设定为正值(ΔNm>0)。另一方 面，当进气门1100的相位延迟时，相对转速ΔNm被设定为负值 (ΔNm<0)。当保持进气门1100的当前相位时(Δθ＝0)，相对转速ΔNm 被设定为基本上等于零的值(ΔNm＝0)。
【85】在相当于一个控制周期的每单位时间ΔT内的所需相位改变量Δθ与相 对转速ΔNm之间的关系由下面示出的方程1表示。在方程1中，如图9 所示，R(θ)是随着进气门1100的相位而变化的减速比。
【86】Δθ∝ΔNm×360°×(1/R(θ))×ΔT       (方程1)
根据方程1，相对转速设定单元6030计算电动机2060相对于链轮 2010的转速的相对转速ΔNm，相对转速ΔNm需要被实现以获得在控制周 期ΔT期间凸轮轴的所需相位改变量Δθ。
【87】凸轮轴转速检测单元6040通过将曲轴1090的转速除以2来计算链轮 2010的转速，即进气凸轮轴1120的实际转速IVN。可选地，凸轮轴转速 检测单元6040可基于来自于凸轮轴位置传感器5010的凸轮角度信号Piv 来计算进气凸轮轴1120的实际转速IVN。一般地，在进气凸轮轴1120的 一个转动期间输出的凸轮角度信号的数目小于在曲轴1090的一个转动期 间输出的曲轴转角信号的数目。因此，通过基于曲轴1090的转速来检测 凸轮轴转速IVN，提高了检测精度。
【88】转速指令值生成单元6050通过将由凸轮轴转速检测单元6040算得的 进气凸轮轴1120的实际转速IVN加到由相对转速设定单元6030设定的相 对转速ΔNm而生成用于电动机2060的转速指令值Nmref。表示由转速指 令值生成单元6050生成的转速指令值Nmref的信号被传送到电动机EDU 4100。从而，实现如图12所示的用于进气门相位的反馈控制循环7000。
【89】电动机EDU 4100执行转速控制，使得电动机2060的转速与转速指令 值Nmref匹配。例如，电动机EDU 4100基于电动机2060的实际转速Nm 与转速指令值Nmref的偏差(Nmref—Nm)来控制电力用半导体元件(例 如晶体管)的导通/关断状态，以控制供应到电动机2060的电力(通常， 流经电动机的电流强度Imt和施加到电动机的电压的幅度)。例如，在电 力用半导体元件的导通/关断操作中使用的占空比受到控制。
【90】为了更有效地控制电动机2060，如下面的方程2所示，电动机EDU 4100控制占空比DTY，所述占空比是供应到电动机2060的电力受到控制 的调节量。
【91】DTY＝DTY(ST)+DTY(FB)        (方程2)
在方程2中，DTY(FB)是基于使用上述偏差和预定控制增益(通常， 一般的P控制或PI控制)的控制计算的反馈项。
【92】如图13所示，方程2中的DTY(ST)是预设项，其基于电动机2060的 转速指令值Nmref和算得的相对转速ΔNm设定。
【93】图14是图示对电动机2060进行转速控制的图形。如图14所示，事先 在图表中示出与当相对转速ΔNm为零(ΔNm＝0)时(即，当基于转速指 令值Nmref电动机2060以与链轮2010相同的转速转动时)所需的电动机 电流值相对应的占空比特性6060。方程2中的DTY(ST)基于占空比特性 6060设定。可选地，方程2中的DTY(ST)可以通过从基于占空比特性 6060的基准值相对地增大或减小与相对转速ΔNm相对应的占空比的值而 设定。
【94】执行转速控制，其中供应到电动机2060的电力通过以组合方式使用 预设项和反馈项而得以控制。以此方式，与简单反馈控制(即，仅使用方 程2中的反馈项DTY(FB)控制供应到电动机2060的电力的转速控制)相 比，即使转速指令值Nmref改变，电动机EDU 4100也促使电动机2060的 转速与转速指令值Nmref更迅速地匹配。
【95】图15是图示电动机EDU 4100的构造的功能框图。如图15所示，电 动机EDU 4100包括脉冲计数器4110和4120、减法电路4130、控制计算 电路4140、占空预设电路4150、加法电路4155、驱动电路4160、DC/DC 转换器4170和逆变器4180。
【96】脉冲计数器4110对表示来自于ECU 4000的转速指令值Nmref的脉冲 信号Pref的脉冲数进行计数。脉冲信号Pref的频率对应于转速指令值 Nmref。脉冲计数器4120对电动机转角信号Pmt的脉冲数进行计数。减法 电路4130输出表示由脉冲计数器4110计数的脉冲数与由脉冲计数器4120 计数的脉冲数之间的差值ΔNp的信号。即，从减法电路4130输出的信号 对应于电动机2060的转速与转速指令值Nmref的偏差。
【97】控制计算电路4140根据已知控制计算方法(例如P控制或PI控制) 输出表示基于电动机2060的转速与转速指令值Nmref的偏差的调节量的 信号，即表示方程2中反馈项DTY(FB)的控制电压Vfb。占空预设电路 4150根据从脉冲计数器4110输出的信号基于图14中示出的占空比特性 6060而输出表示控制电压Vst的信号，控制电压Vst表示方程2中的预设 项DTY。
【98】加法电路4155输出表示控制电压Vdty的信号，所述控制电压Vdty是 由来自于控制计算电路4140的信号表示的控制电压Vfb与由来自于占空 预设电路4150的信号表示的控制电压Vst之和。控制电压Vdty是表示方 程2中占空比DTY的电压。
【99】DC/DC转换器4170例如由斩波电路形成。源电压VB根据电路中电 力用半导体元件的占空比而升压或降压。逆变器4180例如由一般的三相 逆变器形成，并施加交流电压，所述交流电压的峰值与来自DC/DC转换 器4170的输出电压Vac匹配。
【100】驱动电路4160根据来自加法电路4155的控制电压Vdty控制DC/DC 转换器4170中的电力用半导体元件的驱动控制信号Sdv的占空比 (DTY)。从而，实现如图12所示的用于电动机转速的反馈控制循环 7100。
【101】在根据以上所述本发明实施例的可变气门正时系统执行的进气门相位 控制中，电动机EDU 4100控制电动机2060的转速，作为局部循环，所述 局部循环是由ECU 4000执行的对进气门相位的反馈控制的一部分。
【102】因此，作为用于致动器的控制单元的电动机EDU 4100和ECU 4000， 都能通过高速控制用作致动器的电动机2060同时不会使其功能复杂化或 促使处理负载过度增大，从而高速执行气门正时控制。
【103】如上所述，ECU 4000包括存储程序、对照图等的存储器(RAM、 ROM)以及执行所述程序的中央处理单元(CPU)。因而，ECU 4000执 行的控制处理基本上是软件处理。另一方面，电动机EDU 4100执行的控 制处理优选地借助硬件(例如，IC兼容(集成电路兼容)的电子电路)实 现。这使得可以以更高速度控制电动机2060的转速。从而，可以提高整 个反馈控制对进气门相位的控制稳定性。
【104】在本发明的实施例中，ECU 4000可被认为是根据本发明的“第一控 制器”，电动机EDU 4100可被认为是根据本发明的“第二控制器”。图 15中示出的控制计算电路4140可被认为是根据本发明的“第一设定单 元”，图15中示出的占空预设电路4150可被认为是根据本发明的“第二 设定单元”，图15中示出的驱动电路4160可被认为是根据本发明的“驱 动单元”，并且图15中示出的DC/DC转换器4170可被认为是根据本发 明的“电力转换电路”。
【105】在说明书中已经公开的本发明实施例在各个方面都应该被认为是解释 性的而不是限制性的。本发明的技术范围由权利要求限定，并且在权利要 求的等同的含义和范围内的所有变化因而都应该被包括在其内。