CN100540869C - 用于内燃机的可变阀正时控制器 - Google Patents

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Abstract

根据目标电动机速度、实际电动机速度和发动机速度来估计电动机电流(电动机的驱动电流)。当估计的电动机电流超过与发热限制电流相当的上限值时，通过对从ECU(30)向EDU(31)输出的目标电动机速度的改变量(电动机速度F/B量)进行限制，来限制电动机电流。如果目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差超过预定值的情况延续，则估计的电动机电流超过该上限值，并且对电动机电流实施的限制行为也延续。

Description

用于内燃机的可变阀正时控制器
技术领域
本发明涉及可变阀正时控制器，它包括电动机作为驱动源。使电动机的转速变化以调节凸轮轴相对于曲轴的转动相位，从而对内燃机进气阀和/或排气阀的阀正时进行调整。
背景技术
为了对可变阀正时控制进行电子控制，已经开发了由电动机作为驱动源的可变阀正时控制器。JP-2006-70754A(US2006/0042578A1)中描述的可变阀正时控制器包括第一齿轮、第二齿轮、相位改变齿轮和电动机、第一齿轮(外齿轮)与凸轮轴同轴布置，并由曲轴的旋转驱动力带动旋转。第二齿轮(内齿轮)与凸轮轴一起旋转。相位改变齿轮(行星齿轮)将第一齿轮的转矩传送到第二齿轮，并使第二齿轮相对于第一齿轮的转动相位改变。电动机与凸轮轴同心设置，以便控制相位改变齿轮的公转速度。第一齿轮、第二齿轮以及相位改变齿轮的齿数被确定为使得凸轮轴可以以曲轴转速的一半转速进行旋转。在不改变阀正时的时候，电动机的转速与凸轮轴的转速一致，相位改变齿轮的公转速度与凸轮轴的转速一致。在改变阀正时的时候，使电动机速度相对于凸轮轴旋转速度发生变化，并使相位改变齿轮的公转速度相对于凸轮轴转速发生变化。由此，可以改变第一齿轮和第二齿轮的相位之间的差。
在上述电动机驱动式可变阀正时控制器中，在可变阀正时控制期间，随着电动机的驱动电流(“电动机电流”)增大，电动机热值也增大，线圈温度升高。对电动机电流进行反馈控制，从而降低目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差。如果偏差大于预定值的情况持续一段较长时间，则电动机电流可能增大，电动机的线圈温度可能超过允许温度，这会造成电动机耐久性变差以及故障。
发明内容
本发明是考虑到上述问题作出的，本发明的一个目的是提供一种可变阀正时控制器，它利用电动机来调节阀正时，并能够限制电动机线圈的温度过度升高。
根据本发明，一种可变阀正时控制器包括目标电动机速度计算装置，该装置用于根据内燃机的转速、以及目标凸轮轴相位与实际凸轮轴相位之间的偏差，来计算目标电动机速度。该控制器还包括电动机驱动控制装置，用于以使目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差减小的方式，对电动机电流进行反馈控制，所述电动机电流表示电动机的驱动电流。该控制器还包括电动机电流限制装置，用于在电动机电流估计装置估计的电动机电流超过上限值时对电动机电流进行限制。上限值以这样的方式来建立：当目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差不小于指定值这样的情况持续时，估计的电动机电流超过上限值，并使由电动机电流限制装置对电动机电流实施的限制操作也持续。
在目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差未变小的这种状态会延续的情况下，可以延续对电动机电流实施的限制行为，并可以限制电动机电流。因此，电动机的热值不会超过发热限制，并可以防止电动机的线圈温度超过允许温度范围。可以防止电动机的耐久性变差以及故障。
附图说明
图1是示出了根据本发明一种实施例的发动机控制系统的示意图。
图2是示出可变阀正时控制器的示意图。
图3是示出可变阀正时控制器的控制系统结构的框图。
图4是示出目标电动机速度运算程序的处理流程图。
图5是示出电动机电流估计程序的处理流程图。
图6是示意性示出电动机速度F/B量对照图的曲线图。
图7是示意性示出上下警戒值对照图的曲线图。
图8是示意性示出估计的电动机电流对照图的曲线图。
图9是对通常控制进行说明的时序图。
图10是对响应性变差的控制进行说明的时序图。
具体实施方式
下面将对本发明的实施例进行说明。
图1示意性示出了一种发动机控制系统的整体结构。内燃机11在下文中将称为发动机，它包括曲轴12。曲轴12的驱动力经过正时链13(或正时带)以及链轮14、15传送到进气凸轮轴16和排气凸轮轴17。可变阀正时控制器18包括电动机，并耦合到进气凸轮轴16。可变阀正时控制器18使进气凸轮轴16的转动相位(凸轮轴相位)相对于曲轴12变化，从而调节进气阀(未示出)的阀正时。
凸轮角度传感器19设在进气凸轮轴16附近。每隔进气凸轮轴16的预定凸轮角度时，凸轮角度传感器19输出凸轮角度信号。曲柄角度传感器20设在曲轴12附近。每隔预定曲柄角度，曲柄角度传感器20输出曲柄角度信号。
参考图2，对可变阀正时控制器18的结构进行说明。可变阀正时控制器18包括相位控制机构21。相位控制机构21包括外齿轮22(第一齿轮)、内齿轮23(第二齿轮)和行星齿轮24(相位改变齿轮)。外齿轮22与进气凸轮轴16同心布置，并具有内部齿。内齿轮23与外齿轮22同心布置，并具有外部齿。行星齿轮24布置在外齿轮22与内齿轮23之间，并与这两个齿轮22、23啮合。外齿轮22与链轮14一体旋转，链轮14与曲轴12同步旋转；内齿轮23与进气凸轮轴16一体旋转。在与外齿轮22和内齿轮23啮合的情况下，行星齿轮24围绕内齿轮23旋转，将转动力从外齿轮22传送到内齿轮23。通过使行星齿轮24的公转速度相对于内齿轮23的转速发生变化，来对内齿轮23相对于外齿轮22的转动相位(凸轮轴相位)进行调节。
外齿轮22、内齿轮23和行星齿轮24的齿数以这样的方式确定，即，进气凸轮轴16以曲轴12转速的一半速度转动。
(进气凸轮轴16的转速)＝(曲轴12的转速)×1/2
发动机11设有电动机26，电动机26使行星齿轮24的公转速度发生变化。电动机26的旋转轴27布置成与进气凸轮轴16、外齿轮22和内齿轮23同心。连接轴28将旋转轴27与行星齿轮24的支撑轴25相连接。在对电动机26通电时，行星齿轮24在支撑轴25上旋转并围绕内齿轮23做轨道运动。此外，电动机26还设有电动机速度传感器29，该传感器输出转动电动机速度信号。
在未对电动机26通电时，旋转轴27与进气凸轮轴16同步转动。即，当电动机26的转速RM与进气凸轮轴16的转速RC一致、并且行星齿轮24的公转速度与内齿轮23的转速一致时，外齿轮22的转动相位与内齿轮23的转动相位之间的差保持在当前差，使阀正时(凸轮轴相位)保持在当前阀正时。
当使电动机26的转速RM高于进气凸轮轴16的转速RC时，即，当使行星齿轮24的公转速度高于内齿轮23的转速时，内齿轮23的转动相位相对于外齿轮22提前，从而使进气阀的阀正时提前。
当使电动机26的转速RM低于进气凸轮轴16的转速RC时，即，当使行星齿轮24的公转速度低于内齿轮23的转速时，内齿轮23的转动相位相对于外齿轮22延迟，从而使进气阀的阀正时延迟。
传感器的输出被输入到电子控制单元30中，电子控制单元30在下文中将称为ECU 30。ECU 30包括微计算机，该微计算机执行储存在ROM(只读存储器)中的发动机控制程序，从而根据发动机驱动状况对燃料喷射和点火正时进行控制。
此外，ECU 30还根据凸轮角度传感器19和曲柄角度传感器20的输出，来计算凸轮轴16相对于曲轴12的转动相位(实际凸轮轴相位)。ECU 30根据发动机工作状况来计算目标凸轮轴相位(目标阀正时)。ECU 30根据发动机速度、以及目标凸轮轴相位与实际凸轮轴相位之间的偏差，来计算目标电动机速度。如图3所示，ECU 30向电动机驱动电路(EDU)31输出表示目标电动机速度的信号。
EDU 31具有模拟转速反馈电路32，该电路对施加到电动机26的电压占空(duty)进行反馈控制，从而减小目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差。EDU 31执行实际电动机速度对目标电动机速度的反馈控制，并执行实际凸轮轴相位到目标凸轮轴相位的反馈控制。“反馈”在下文中表示为“F/B”。
ECU 30根据目标电动机速度和实际电动机速度来估计电动机26的驱动电流(电动机电流)。当估计的电动机电流超过了与发热限制电流相当的上限值时，ECU 30对待向EDU 31输出的目标电动机速度的变化进行限制。这种变化对应于电动机速度F/B量。
由于在根据目标电动机速度、实际电动机速度和发动机速度估计电动机电流时出现的估计误差是不可避免的，所以在实际电动机电流超过了上限值的情况下，估计的电动机电流可能低于上限值。EDU 31对电动机的驱动电流进行控制，以减小目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差。如果目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差较大已经持续了较长时间，则实际电动机电流可能增大到超过上限值。如果在有估计误差的情况下，估计的电动机电流小于上限值，则会取消对电动机电流的限制行为。实际电动机电流增大，电动机的线圈温度可能超过允许温度，并造成电动机耐久性变差以及故障。
对此，在本发明中，如果目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差大于指定值已经达到某个时间长度，则估计的电动机电流超过上限值，对电动机电流实施的限制行为将继续下去。在目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差没有变小的这种状态继续的情况下，可以继续对电动机电流实施的限制行为，并可以限制电动机电流。因此，电动机26的热值不会超过发热限制，并可以防止电动机26的线圈温度超过允许温度范围。可以防止电动机26的耐久性变差以及失效。
下文中将对图4和图5中ECU 30执行的每个程序的处理进行说明，
[目标电动机速度计算程序]
在发动机工作期间，ECU 30执行图4所示目标电动机速度计算程序。
在步骤101，计算目标凸轮轴相位与实际凸轮轴相位之间的偏差。这种偏差称为凸轮轴相位偏差。
凸轮轴相位偏差(CPD)＝目标凸轮轴相位(TCP)-实际凸轮轴相位(ACP)
随后，过程前进到步骤102，在该步骤中，参照图6所示转速F/B校正量对照图，计算与当前发动机速度和凸轮轴相位偏差相应的转速F/B校正量。如图6的转速F/B校正量对照图所示，随着凸轮轴相位偏差(CPD)增大，转速F/B校正量也增大；随着发动机速度增大，转速F/B校正量也增大。
在计算了转速F/B校正量之后，过程前进到步骤103，在该步骤中执行图5所示电动机电流估计程序。在步骤103，根据瞬时目标电动机速度和瞬时实际电动机速度来对估计的电动机电流进行计算。之后，过程前进到步骤104，在该步骤中，对估计的电动机电流是否超过了与发热限制电流值相当的上限值进行判定。在本实施例中，当偏差超过指定值的情况在继续时，即使估计的电动机电流超过了这个上限值，也继续对电动机电流实施限制行为。
当步骤104中的结果为“否”时，过程前进到步骤107，在该步骤中，根据下面的式子建立目标电动机速度，而不对步骤102中计算出的转速F/B校正量进行限制。
目标电动机速度(TMS)＝基本目标电动机速度(BTMS)
+转速F/B校正量(RSFBC)
其中，基本目标电动机速度是与凸轮轴转速(曲轴转速×1/2)一致的电动机速度。
当步骤104中的结果为“是”时，过程前进到步骤105，在该步骤中，根据图7所示上下警戒值对照图，基于瞬时发动机速度来计算上警戒值和下警戒值。如图7所示，随着发动机速度增大，上警戒值和下警戒值的绝对值也增大。可以根据发动机速度和凸轮轴相位偏差来建立警戒值。为了简化数据处理，也可以将警戒值建立成预定的常数值。
随后，过程前进到步骤106，在该步骤中，利用步骤105中计算出的上警戒值和下警戒值来对步骤102中计算出的电动机速度F/B量进行警戒处理。即，当电动机速度F/B量大于上警戒值时，用上警戒值来对电动机速度F/B量进行限制，电动机速度F/B量与上警戒值一致。当电动机速度F/B量小于下警戒值时，用下警戒值来对电动机速度F/B量进行限制，电动机速度F/B量与下警戒值一致。在转速F/B校正量处于上警戒值与下警戒值之间的范围内时，不改变转速F/B校正量。在步骤104、105和106，施加到电动机的电流受到限制。
随后，过程前进到步骤107，在该步骤中利用经警戒处理的转速F/B校正量来计算目标电动机速度。
目标电动机速度(TMS)＝基本目标电动机速度(BTMS)
+经警戒处理的转速F/B校正量(G-RSFBC)
ECU 30向EDU 31输出表示由上述处理计算出的目标电动机速度的信号。
[电动机电流估计程序]
图5所示电动机电流估计程序是图4的步骤103中执行的子程序。在步骤201中，判定是否执行了最大延迟控制。在最大延迟控制中，将凸轮轴相位固定在最大延迟相位(参考相位)。在步骤201的结果为“是”时，过程前进到步骤202，在该步骤中将指示电流设定为估计的电动机电流。指示电流是根据最大延迟控制下的指示占空而确定的电动机电流。
同时，在步骤201的结果为“否”时，过程前进到步骤203，在该步骤中，将目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差乘以F/B增益G，以获得电动机速度F/B量。
电动机速度F/B量＝G×(目标电动机速度-实际电动机速度)
随后，过程前进到步骤204，在该步骤中，将步骤203中计算出的电动机速度F/B量加到目标电动机速度，以获得电动机控制量。
电动机控制量＝目标电动机速度+电动机速度F/B量
随后，过程前进到步骤205，在该步骤中，参照图8所示估计的电动机电流对照图，计算与发动机速度和瞬时电动机控制量相应的估计的电动机电流。在图8的估计的电动机电流对照图中，随着电动机控制量增大，估计的电动机电流也增大；随着发动机速度增大，估计的电动机电流也增大。此外，也可以只根据电动机控制量来对估计的电动机电流进行计算。
此外，也可以根据以目标电动机速度、实际电动机速度和发动机速度为参数的对照图来对估计的电动机电流进行计算。或者，也可以根据以目标电动机速度和实际电动机速度为参数的对照图来对估计的电动机电流进行计算。也可以考虑除了上述之外的其他参数(例如电池电压、凸轮轴相位偏差)来对估计的电动机电流进行计算。
下面将根据图9和图10所示时序图来说明本实施例的控制处理。
图9示出了一种控制示例，其中，实际凸轮轴相位(实际电动机速度)根据目标凸轮轴相位(目标电动机速度)的改变以通常的响应性而变化。在时刻t1，目标电动机速度以阶跃方式改变，此时目标凸轮轴相位也以阶跃方式改变。因此，实际电动机速度开始改变，估计的电动机电流开始增大。因此，实际凸轮轴相位开始向目标凸轮轴相位改变。
实际电动机速度在时刻t2达到目标电动机速度。此后，随着目标凸轮轴相位与实际凸轮轴相位之间的偏差减小，电动机速度F/B量也减小。目标电动机速度减小，实际电动机速度也减小。估计的电动机电流也减小。由于这种控制是在估计的电动机电流总是小于或等于上限值的区域中执行的，所以不对电动机电流实施限制行为(对电动机速度F/B量的警戒处理)。
同时，图10示出了一种示例，其中，实际凸轮轴相位(实际电动机速度)相对于目标凸轮轴相位(目标电动机速度)改变的响应性变差了。实际凸轮轴相位(实际电动机速度)不能跟随目标凸轮轴相位(目标电动机速度)，电动机26以凸轮轴转速(曲轴转速×1/2)转动。
在这种控制示例中，即使目标凸轮轴相位在时刻t1以阶跃方式改变，目标电动机速度也不以阶跃方式改变。实际凸轮轴相位(实际电动机速度)的改变也比通常情况更小。因此，由于电动机速度F/B量比通常情况更大，所以估计的电动机电流超过了上限值，并在时刻t2开始对电动机电流实施限制行为(对电动机速度F/B量进行警戒处理)。当估计的电动机电流暂时降低并小于上限值时，在时刻t3取消对电动机电流实施的限制行为。因此，估计的电动机电流再次增大，并超过上限值。在时刻t4再次开始对电动机电流实施限制行为。因此，实际凸轮轴相位(实际电动机速度)不能跟随目标凸轮轴相位(目标电动机速度)，但是在两种偏差情况下，超过指定值的状态都会继续下去。因此，估计的电动机电流以超过了上限值的方式保持，并继续对电动机电流实施限制行为。
根据本实施例，根据目标电动机速度、实际电动机速度和发动机速度来估计电动机电流。在估计的电动机电流超过了上限值时，向EDU 31输出的目标电动机速度的变化(电动机速度F/B量)受到限制，电动机电流也受到限制。因此，可以限制电动机电流，使得电动机26的热值不会超过发热限制。
EDU 31对电动机的驱动电流进行控制，以减小目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差。如果目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差大于预定值的情况持续了较长时间，则实际电动机电流可能增大到超过上限值。如果在有估计误差的情况下，估计的电动机电流小于上限值，则会取消对电动机电流实施的限制行为。实际电动机电流增大，电动机的线圈温度可能超过允许温度，并造成电动机耐久性变差和故障。
在本实施例中，当目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差大于指定值的情况已经持续某个时间长度时，估计的电动机电流超过上限值，并且对电动机电流实施的限制行为将继续。在目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差未变小的状态将继续的情况下，可以继续对电动机电流实施限制行为，所以可以限制电动机电流。因此，电动机26的热值不会超过发热限制，并可以防止电动机26的线圈温度超过允许温度范围。可以防止电动机26的耐久性变差以及失效。
在本发明中，将作为电动机电流的信息的施加到电动机26的电压的占空进行估计，并在估计的占空超过了上限值时可以对电动机电流进行限制。可以用与图8相同的对照图来执行对占空的估计。
此外，本发明不限于进气阀的可变阀正时控制器，而是还可以应用于排气阀的可变阀正时控制器。此外，可变阀正时装置18的相位改变机构不限于行星齿轮机构。在通过相对于凸轮轴转速改变电动机转速来改变阀正时的情况下，也可以采用其他机构。

Claims (9)

1.一种可变阀正时控制器，其通过以改变凸轮轴相位的方式使电动机(26)的速度相对于凸轮轴(16、17)的转速发生改变，来调节进气阀和/或排气阀的阀正时，所述凸轮轴相位表示所述凸轮轴相对于内燃机的曲轴(12)的转动相位，所述可变阀正时控制器包括：
目标电动机速度计算装置，用于根据所述内燃机(11)的转速、以及目标凸轮轴相位与实际凸轮轴相位之间的偏差，来计算目标电动机速度；
电动机驱动控制装置(31)，用于以使所述目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差减小的方式，对电动机电流进行反馈控制，所述电动机电流表示所述电动机(26)的驱动电流；
电动机电流估计装置，用于估计所述电动机电流；和
电动机电流限制装置，用于在所述电动机电流估计装置估计的电动机电流超过上限值时对所述电动机电流进行限制，其中，
所述上限值以这样的方式来建立：当所述目标电动机速度与所述实际电动机速度之间的偏差不小于指定值这样的情况持续时，所述估计的电动机电流超过所述上限值，并使由所述电动机电流限制装置对所述电动机电流实施的限制操作也持续。
2.根据权利要求1所述的可变阀正时控制器，其中，
所述上限值是根据所述内燃机(11)的转速建立的。
3.根据权利要求1所述的可变阀正时控制器，其中，
所述电动机电流估计装置根据所述目标电动机速度和所述实际电动机速度来估计所述电动机电流。
4.根据权利要求3所述的可变阀正时控制器，其中，
所述电动机电流估计装置根据所述目标电动机速度、所述实际电动机速度、以及所述内燃机(11)的转速来估计所述电动机电流。
5.根据权利要求1所述的可变阀正时控制器，其中，
所述电动机电流限制装置在所述估计的电动机电流超过所述上限值时通过对所述目标电动机速度的变化进行限制来限制所述电动机电流。
6.根据权利要求5所述的可变阀正时控制器，其中，
所述目标电动机速度计算装置根据所述内燃机(11)的转速、以及所述目标凸轮轴相位与所述实际凸轮轴相位之间的偏差来计算电动机速度校正量，并通过对基本目标电动机速度进行校正来计算所述目标电动机速度，所述基本目标电动机速度对应于所述凸轮轴(16、17)的转速，并且
所述电动机电流限制装置在所述估计的电动机电流超过所述上限值时通过对所述电动机速度校正量进行限制来限制所述目标电动机速度的变化。
7.根据权利要求6所述的可变阀正时控制器，其中，
所述电动机电流限制装置根据所述内燃机(11)的转速来改变所述电动机速度校正量的限制范围。
8.根据权利要求1所述的可变阀正时控制器，其中，
所述电动机驱动控制装置(31)对施加到所述电动机(26)的电压的占空比进行调节，以控制所述电动机电流，
所述电动机电流估计装置对作为所述电动机电流的信息的施加到所述电动机(26)的电压的所述占空比进行估计，并且
所述电动机电流限制装置在所述电动机电流估计装置估计的所述占空比超过所述上限值时对所述电动机电流进行限制。
9.一种可变阀正时控制器，其通过以改变凸轮轴相位的方式使电动机(26)的速度相对于凸轮轴(16、17)的转速发生改变，来调节进气阀和/或排气阀的阀正时，所述凸轮轴相位表示所述凸轮轴相对于内燃机的曲轴(12)的转动相位，所述可变阀正时控制器包括：
目标电动机速度计算器，其根据所述内燃机(11)的转速、以及目标凸轮轴相位与实际凸轮轴相位之间的偏差，来计算目标电动机速度；
电动机驱动控制器(31)，其以使所述目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差减小的方式，对电动机电流进行反馈控制，所述电动机电流表示所述电动机(26)的驱动电流；
电动机电流估计器，其估计所述电动机电流；和
电动机电流限制器，其在所述电动机电流估计器估计的电动机电流超过上限值时对所述电动机电流进行限制，其中，
所述上限值以这样的方式来建立：当所述目标电动机速度与所述实际电动机速度之间的偏差不小于指定值这样的情况持续时，所述估计的电动机电流超过所述上限值，并使由所述电动机电流限制器对所述电动机电流实施的限制操作也持续。
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