CN100564838C - 用于内燃机的可变阀正时控制器 - Google Patents

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Abstract

ECU(30)向EDU(31)输出表示目标电动机速度的信号，目标电动机速度是根据目标凸轮轴相位与实际凸轮轴相位之间的偏差计算的。EDU(31)执行对EDU(31)的输出电流(电动机电流)的反馈控制以减小该偏差，从而使实际凸轮轴相位反馈到目标凸轮轴相位。当EDU(31)的供电电压低于工作限制电压时，对目标电动机速度的变化进行限制，其中工作限制电压设定成高于最小工作确保电压。由此，EDU(31)的输出电流受到限制；此外，当供电电压低于最小工作确保电压时，切断EDU(31)的输出电流。

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，它包括作为驱动源的电动机。使电动机的转速变化以调节凸轮轴相位对于曲轴的转动相位，从而对进气阀和/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)与凸轮轴同心布置，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。电动机与凸轮轴同轴设置，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的转速变化，并使相位改变齿轮的公转速度相对于凸轮轴的转速变化。从而使第一齿轮与第二齿轮的转动相位之间的差变化。
在对电动机进行控制时，从发动机控制单元向电动机驱动电路输出表示目标电动机速度的控制信号。对开关元件(例如功率MOSFET)的占空比进行调节，以控制从电动机驱动电路到电动机的输出电流。电动机驱动电路从电池接收供电电压。在某些情况下，由于充电不足或者车载设备的电能消耗增加而造成供电电压降低。在供电电压降低到最小的工作保证电压达较长时间的情况下，存在着开关元件产生热量造成其故障的可能性。
发明内容
本发明是考虑到上述问题而作出的，本发明的一个目的是提供一种可变阀正时控制器，它能够预先防止由于电源电压降低而造成电动机驱动电路的开关元件失效。
根据本发明，一种可变阀正时控制器通过以改变凸轮轴相对于内燃机的曲轴的转动相位的方式，使电动机的速度相对于凸轮轴的转速发生改变，从而调节进气阀和/或排气阀的阀正时。这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。该可变阀正时控制器包括电动机驱动电路，用于对电动机的驱动电流进行控制，以使目标电动机速度与实际电动机速度之间的偏差减小。该控制器还包括电压检测装置，用于对供给电动机驱动电路的供电电压进行检测；以及电动机电流限制装置，用于在电压检测装置所检测到的供电电压低于工作限制电压时对电动机驱动电路的输出电流进行限制，其中工作限制电压设定为高于电动机驱动电路的最小工作保证电压。
在此情况下，供电电压降低到接近电动机驱动电路的最小工作保证电压时，电动机驱动电路的输出电流(电动机电流)受到限制，电动机驱动电路的开关元件导通时段变短。由此，可以限制因电源电压降低而造成开关元件的发热和温度上升，并可以预先防止开关元件失效。在此情况下，当电动机驱动电路的输出电流(电动机电流)受到限制时，以较慢的响应执行阀正时控制。
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是示意性示出转速F/B校正量对照图的曲线图。
图6是示意性示出上下警戒值对照图的曲线图。
图7是对控制处理进行说明的时序图。
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，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。
(进气凸轮轴的转速)＝(曲轴的转速)×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。ECU 30包括供电电压检测电路，该电路对电池电压进行检测。
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到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”。
此外，ECU 30在发动机工作期间执行图4所示的目标电动机速度运算程序。当EDU 31的供电电压(电池电压)低于工作限制电压时，对输出到EDU 31的目标电动机速度的变化量(转速F/B校正量)进行限制，其中工作限制电压被设定为高于EDU 31的最小工作保证电压。此外，当EDU 31的供电电压低于EDU 31的最小工作保证电压时，向EDU 31输出通电关断信号，并切断EDU 31的输出电流(电动机电流)。参考图4，下面将对目标电动机速度运算程序的处理进行说明。
在发动机工作期间，每隔预定周期执行目标电动机速度运算程序。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5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。在转速F/B校正量对照图中，随着凸轮轴相位偏差(CPD)增大，转速F/B校正量也增大。此外，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。在对EDU 31的供电电压(电池电压)进行检测之后，过程前进到步骤104，在该步骤对EDU 31的供电电压是否高于工作限制电压进行判定。这里，工作限制电压被确定为用于设定电压区域的最大值，在所述电压区域中，EDU 31的开关元件(例如功率MOSFET)的热值因供电电压的降低而增大。工作限制电压被设定为比EDU 31的最小工作保证电压高出预定的电压。
在步骤104，在判定为EDU 31的供电电压高于工作限制电压时，不必对EDU 31的输出电流进行限制。过程前进到步骤108，在该步骤中，根据下面的式子设定目标电动机速度，而不对转速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。
另一方面，当步骤104中判定为EDU 31的供电电压不高于工作限制电压时，过程前进到步骤105。在步骤105，对EDU 31的供电电压是否高于最小工作保证电压(工作限制电压≥供电电压＞最小工作保证电压)进行判定。当步骤105中的结果为“是”时，过程前进到步骤106。即，必须对开关元件的发热进行限制。在步骤106，根据图6所示警戒对照图，基于发动机速度来对转速F/B校正量计算上警戒值和下警戒值。
在图6所示的警戒对照图中，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。此外，可以根据发动机速度和凸轮轴相位偏差来建立上警戒值和下警戒值。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107，在该步骤中，利用步骤102中计算出的上警戒值和下警戒值来对转速F/B校正量进行警戒处理。即，在转速F/B校正量大于上警戒值的情况下，使转速F/B校正量达到上警戒值。在转速F/B校正量小于下警戒值的情况下，使转速F/B校正量达到下警戒值。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105、106和107，施加到电动机的电流受到限制。
随后，过程前进到步骤108，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。
同时，在步骤105，当判定为EDU 31的供电电压不高于最小工作保证电压时，判定为超过了EDU 31的开关元件的发热限制，使过程前进到步骤109。从ECU 30向EDU 31输出供电关断信号，强制性地关断EDU31的开关元件，并切断EDU 31的输出电流(电动机电流)。在步骤105和109，电动机电流被切断。
下面将根据图7所示时序图，对本实施例的控制处理进行说明。
在图7中，在时刻t1，目标凸轮轴相位以阶跃方式改变，实际凸轮轴相位以跟随其的方式开始改变。随后，在时刻t2，开始进行输出电流限制处理，此时EDU 31的供电电压变得小于工作限制电压。在输出电流限制处理期间，从ECU 30向EDU 31输出的目标电动机速度的变化量(转速F/B校正量)受到限制，从而使EDU 31的输出电流(电动机电流)受到限制。
在本实施例中，在执行输出电流限制处理期间，EDU 31的供电电压也下降。在时刻t3，供电电压变得小于最小工作保证电压，输出电流限制处理改变为输出电流切断处理，从ECU 30向EDU 31输出通电关断信号。强制性地关断EDU 31的开关元件，并切断EDU 31的输出电流(电动机电流)。
根据本实施例，当EDU 31的供电电压低于工作限制电压时，从ECU30向EDU 31输出的目标发动机速度的变化量(转速F/B校正量)受到限制，EDU 31的输出电流(电动机电流)也受到限制，其中工作限制电压被设定为高于EDU 31的最小工作保证电压。由此，当EDU 31的供电电压下降到接近最小工作保证电压时，EDU 31的输出电流(电动机电流)受到限制，EDU 31的开关元件的导通时段变短。因此，可以限制由于电源电压降低而造成的开关元件发热和温度上升，并可以预先防止开关元件失效。在此情况下，在电动机电流受到限制时，可变阀正时控制的响应速度变慢。
此外，在本实施例中，当EDU 31的供电电压低于最小工作保证电压时，从ECU 30向EDU 31输出通电关断信号，EDU 31的输出电流(电动机电流)被切断。由此，当EDU 31的供电电压低于最小工作保证电压时，可以完全关断EDU 31的开关元件，可以可靠地限制开关元件的发热和温度上升，并可以预先防止开关元件失效。
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 (5)

1.一种可变阀正时控制器，其通过以改变凸轮轴(16、17)相对于内燃机(11)的曲轴(12)的转动相位方式，使电动机(26)的速度相对于所述凸轮轴的转速发生改变，从而调节进气阀和/或排气阀的阀正时，所述可变阀正时控制器包括：
目标电动机速度计算装置(30)，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；
电动机驱动电路(31)，其对所述电动机(26)的驱动电流进行控制，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；
电压检测装置(30)，用于检测供给所述电动机驱动电路(31)的供电电压；和
电动机电流限制装置(30)，用于在所述电压检测装置检测到的供电电压低于工作限制电压时对所述电动机驱动电路(31)的输出电流进行限制，所述工作限制电压设定为高于所述电动机驱动电路的最小工作保证电压。
2.根据权利要求1所述的可变阀正时控制器，还包括：
电动机电流切断装置(30)，用于在所述电压检测装置检测到的供电电压低于所述电动机驱动电路的最小工作保证电压时，切断所述电动机驱动电路(31)的输出电流。
3.根据权利要求1或2所述的可变阀正时控制器，其中，
在所述电压检测装置检测到的供电电压低于所述工作限制电压时，所述电动机电流限制装置(30)对目标电动机速度的变化进行限制，以限制所述电动机驱动电路的输出电流。
4.根据权利要求3所述的可变阀正时控制器，其中，
所述目标电动机速度计算装置(30)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，并通过用所述电动机速度校正量对与所述凸轮轴转速对应的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，并且
所述电动机电流限制装置(30)在所述电压检测装置检测到的供电电压低于所述工作限制电压时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。
5.根据权利要求4所述的可变阀正时控制器，其中，
所述电动机电流限制装置(30)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区域。
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