CN101363369A - 用于内燃机的可变气门控制装置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于内燃机的可变气门控制装置及其操作方法。在该可变气门控制装置中，发动机控制单元(ECM)计算进气门的气门升程(VEL)的目标值并将该目标值发送到具有第二控制单元(VEL－C/U)的控制装置中。VEL－C/U基于VEL目标值控制VEL，检测VEL实际值并将VEL实际值发送到ECM中。ECM计算气门正时(VTC)的目标值并且对VTC进行控制。此外，ECM根据VEL实际值来控制VTC目标值的极限值。当通信单元或传感器发生异常时进行故障保护控制。为了在从发生异常到检测出异常的时间段内可靠地进行控制，通过将根据VEL实际值设定的极限基本值偏移在检测出异常所需时间内的位移量来计算极限值。

Description

用于内燃机的可变气门控制装置及其操作方法
技术领域
本发明涉及用于内燃机的可变气门控制装置及其操作方法。更具体而言，本发明涉及这样一种可变气门控制装置及其操作方法，其中该可变气门控制装置包括可以改变气门正时的第一可变气门机构和可以改变气门升程的第二可变气门机构。
背景技术
用于内燃机的可变气门控制装置在某些方面是公知的。例如，未经审查的日本专利申请公开No.2002-285871披露了这样一种用于内燃机的可变气门控制装置：其中当将要控制气门正时和气门升程时，根据气门正时和气门升程中之一的控制状态来限制气门正时和气门升程中的另一个的控制范围。
具体而言，计算进气门的气门升程的目标值从而基于该目标值来控制气门升程。此外，检测气门升程的实际值，进而基于该气门升程的实际值来设定进气门的气门正时的提前角极限值，从而控制气门正时使其不超过该提前角极限值。从而，防止进气门与活塞干涉。
用于内燃机的可变气门控制装置检测系统的异常并试图进行故障保护控制。然而，如果由于异常而难于协同地控制气门正时和气门升程，那么由于异常检测可能占用的时间长而导致在检测出异常之前气门正时变为超过极限值的数值。因此，在故障保护控制开始之前进气门可能会与活塞干涉。
发明内容
根据上述情形，本发明的目的在于在从发生异常到检测出异常的时间段内可靠地控制进气门或排气门。相应地，本发明的实施例提供了一种用于内燃机的可变气门控制装置。在所述可变气门控制装置中，根据第一可变气门机构和第二可变气门机构中之一的控制状态来设定第一可变气门机构和第二可变气门机构中的另一个的极限值，并且所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中的另一个的操作极限值是包括下述位移量的操作极限值：所述位移量是所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中之一在异常检测单元检测出异常所需的时间内可以移动的位移量。
因此，即使当可变气门机构在从发生异常到检测出异常的时间段内移动使得可变气门机构超过极限值的位移量时，由于通过考虑该位移量来设定极限值，因而进气门或排气门也不会与活塞相干涉。因此，可以可靠地控制进气门或排气门。
附图说明
并入本文并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的优选实施例，并且结合上述概要说明和下述详细说明共同解释本发明的技术特征。
图1为显示根据本发明实施例的发动机实例的系统图；
图2为显示可变气门机构实例的框图；
图3为由可变气门机构提供的气门升程特性图的实例；
图4为显示控制系统实例的框图；
图5为显示ECM中的主控制实例的流程图；
图6为显示VEL-C/U中的主控制实例的流程图；
图7为显示用于检测ECM中的通信异常的操作实例的流程图；
图8为显示用于检测VEL-C/U中的通信异常的操作实例的流程图；
图9为显示用于检测ECM中的传感器异常的操作实例的流程图；
图10为显示用于检测VEL-C/U中的传感器异常的操作实例的流程图；
图11为显示VTC目标值限制处理的子程序实例的流程图；
图12为显示VEL目标值限制处理的子程序实例的流程图；以及
图13为显示用于检测通信异常的消息计数器实例的说明图。
具体实施方式
下面将参考附图详细说明本发明的示例性实施例。
图1为显示根据本发明实施例的诸如直喷火花点火式内燃机等的发动机实例的系统图。发动机1具有其中设置有电控节流阀3的进气通道2。利用发动机控制单元(在下文中称为ECM)10控制电控节流阀3的开度。由电控节流阀3控制的空气通过进气门(进气阀)4进入发动机1的燃烧室5。
进气门4设置有：可变气门正时机构(VTC机构，称为VTC致动器51)，其作为第一可变气门机构可以连续改变进气门4的气门正时(气门动作角的中心相位)；以及可变气门动作角及升程机构(VEL机构，称为VEL致动器49)，其作为第二可变气门机构可以连续改变进气门4的气门升程具体为气门动作角(开启时期)和升程。稍后将详细说明这些组件。
在发动机1的燃烧室5中设置有火花塞6和燃料喷射阀7。与发动机1的旋转同步地响应在进气冲程或压缩冲程从ECM 10输出的喷射脉冲信号而将电流施加到螺线管上时，燃料喷射阀7打开，从而允许压力被调节为预定值的燃料被喷射入燃烧室5。
喷射入燃烧室5的燃料形成燃料空气混合物。火花塞6在ECM10确定的点火正时点火引燃该燃料空气混合物并进行燃烧。燃烧之后的废气通过排气门8排出到排气路径9中。ECM 10具有发动机运转条件，所述发动机运转条件例如包括由加速踏板传感器11检测到的加速踏板开度APO、由曲柄转角传感器12检测到的发动机速度(发动机转速)Ne以及由气流计13检测到的进气量Qa。
接下来将参照图2说明进气门4的可变气门机构。
绕着自身轴线受到旋转驱动并与曲轴(未示出)联动的凸轮轴41设置在位于进气门4(对每个气缸设置两个进气门4)端部的气门挺杆40的上方并且沿着气缸排列方向延伸。摆动凸轮42针对每个进气门4可摆动地安装在凸轮轴41的外周上。当摆动凸轮42接触并按压对应的气门挺杆40时，进气门4克服气门弹簧(未示出)的弹簧力而打开或关闭。
在凸轮轴41与摆动凸轮42之间设置有可变气门动作角及升程机构(VEL机构)。该VEL机构通过改变凸轮轴41与摆动凸轮42之间的机械联接的姿态可以对进气门4的气门动作角(开启时期)和升程连续地进行可变控制。
VEL机构包括圆形驱动凸轮43、环状连杆44、控制轴45、圆形控制凸轮46、摇臂47以及杆状连杆48。驱动凸轮43以与凸轮轴41可一体旋转的方式偏心地设置在凸轮轴41上。环状连杆44按照可相对于驱动凸轮43旋转的方式装配在驱动凸轮43的外周上。控制轴45沿气缸排列方向与凸轮轴41大致平行地延伸。控制凸轮46以与控制轴45可一体旋转的方式偏心地设置在控制轴45上。摇臂47按照可相对于控制凸轮46旋转的方式装配在控制凸轮46的外周上。摇臂47以可相对于环状连杆44旋转的方式在端部与环状连杆44的末端连接。杆状连杆48以可旋转的方式连接到摇臂47的另一端上并且与摆动凸轮42的末端相连接，由此设置摇臂47与摆动凸轮42之间的机械联接。
凸轮轴41和控制轴45经由轴承座可旋转地支撑在发动机1的气缸盖上。控制轴45的一端连接到可变气门动作角及升程致动器(VEL致动器)49的输出端。VEL致动器49使控制轴45在预定的控制角度范围内绕着自身轴线受到旋转驱动并且保持在预定的旋转相位。
根据这种构造，当凸轮轴41与曲轴联动旋转时，环状连杆44经由驱动凸轮43大致同步地运转。此外，摇臂47绕着控制凸轮46摆动，并且摆动凸轮42经由杆状连杆48而摆动。相应地，进气门4打开或关闭。
此外，当VEL致动器49旋转控制轴45时，作为摇臂47的摆动中心的控制凸轮46的中心位置改变，连杆44和48的姿态改变，并且摆动凸轮42的摆动角度范围改变。相应地，在气门动作角的中心相位大致保持恒定的同时气门动作角及升程连续变化。具体而言，当控制轴45沿着一个方向旋转时气门动作角及升程增加，而当控制轴45沿着另一方向旋转时气门动作角及升程减小。
当对VEL致动器49的电流量进行占空比控制时，控制轴45的旋转相位改变。因此，可以改变进气门4的气门动作角及升程(参见图3中的线A)，由此构成可变气门动作角及升程机构(VEL机构)。
当经由同步齿形带将曲轴的旋转输入到链轮50上时驱动凸轮轴41。为了改变气门正时，在链轮50与凸轮轴41之间安装旋转型致动器(VTC致动器)51。该VTC致动器51可以控制链轮50和凸轮轴41的旋转相位。
通过对VTC致动器51的电流量进行占空比控制，曲轴和凸轮轴41的旋转相位发生改变，并且可以改变进气门4的气门正时(气门动作角的中心相位)(参见图3中的线A)。根据这种构造，构成可变气门正时机构(VTC机构)。
参照示出控制系统的示例性构造的图4，作为第一控制单元的ECM 10对VTC致动器51或VTC机构进行控制，而与作为第一控制单元的ECM 10分离的第二控制单元(在下文中称为VEL-C/U)20对VEL致动器49或VEL机构进行控制。为了进行控制，ECM 10具有从VTC位置传感器51S接收信号并检测VTC实际值(实际气门正时)的功能，其中该VTC位置传感器51S用于检测VTC致动器51的实际位置；而VEL-C/U 20具有从VEL位置传感器49S接收信号并检测VEL实际值(实际气门升程)的功能，其中该VEL位置传感器49S用于检测VEL致动器49的实际位置。
由于ECM 10接收到与发动机运转条件相关的各种传感器的信号，因而ECM 10同时具有根据发动机运转条件计算VEL目标值(目标气门升程)的功能和根据发动机运转条件计算VTC目标值(目标气门正时)的功能。因此，ECM 10和VEL-C/U 20经由通信单元(控制器区域网络，CAN)30连接。将VEL目标值(目标气门升程)从ECM 10发送到VEL-C/U 20。CAN通过两条通信线路连接各控制单元并且在其间提供串行通信，由此在各控制单元之间提供数据发送。基于诸如下面所讨论的理由，VEL-C/U 20将VEL实际值(实际气门升程)发送到ECM 10中。
应该各自独立地进行气门正时控制和气门升程控制。对气门正时控制和气门升程控制的控制范围进行设定从而根据各控制特性最大限度地提高发动机性能(运转性能、尾气净化控制性能等)。在结合气门正时控制和气门升程控制的情况下，例如如图3中的线B所示，当将气门正时控制于提前角侧并将气门升程控制于高升程侧时，气门升程在活塞上止点可能变得极大。
对进气门的VTC机构的最大提前角和VEL机构的最大升程进行限制从而防止气门升程在活塞上止点附近的位置变得过大。此时，如果利用制动器等机械地进行限制，那么控制范围将减小，并且即使对于不会引起进气门与活塞之间干涉的气门正时和气门升程来说，控制量的上限也将受到限制。因此，通过进气门的气门正时控制与气门升程控制的结合而带来的动力增大和排放性能的提高的优势不明显。
假设进气门的VEL机构比VTC机构具有更高的响应性，那么根据VEL实际值(实际气门升程)来对VTC目标值(目标气门正时)设定提前角极限值，并且当计算VTC目标值时限制该VTC目标值使其不超过上述提前角极限值。由此，具有检测VEL实际值的功能的VEL-C/U 20将VEL实际值发送到具有计算VTC目标值的功能的ECM 10中。
可以注意到在下面参照图5所示流程图说明的实施例中，当将要计算VEL目标值时根据VTC实际值(实际气门正时)来限制VEL目标值(目标气门升程)。由于ECM 10具有计算VEL目标值的功能和检测VTC实际值的功能，因此ECM 10还进行限制处理，并且将限制处理之后的VEL目标值(目标气门升程)发送到VEL-C/U 20中。
图5为显示ECM 10中的主控制实例的流程图。在步骤S10中，判断是否存在系统异常。如果不存在异常，则处理转入步骤S11。稍后将说明存在异常时的处理。
在步骤S11中，基于VTC位置传感器的检测信号来检测VTC实际值(实际气门正时)。在步骤S12中，读取VEL实际值(实际气门升程)，其中VEL-C/U基于VEL位置传感器的检测信号检测出该VEL实际值并且经由通信单元从VEL-C/U接收该VEL实际值。
在步骤S13中，基于发动机速度Ne与代表发动机负荷的基本燃料消耗量Tp(＝K×Qa/Ne，其中K为常数)并参考映射关系以计算VTC目标值(目标气门正时)。在步骤S14中，例如根据如图11所示的子程序(稍后将说明)对VTC目标值(目标气门正时)进行限制处理(当数值超过极限值时将该数值限制为该极限值的处理)。
在步骤S15中，计算VTC目标值(目标气门正时)与VTC实际值(实际气门正时)之间的偏差VTCERR。在步骤S16中，根据偏差VTCERR计算并输出对VTC致动器的控制输出，以使VTC实际值与VTC目标值一致，由此进行反馈控制，从而控制气门正时。
具体而言，首先，基于各反馈增益Gp(比例值)、Gi(积分值)以及Gd(微分值)通过以下各式得到比例控制量VTCp、积分控制量VTCi以及微分控制量VTCd：
VTCp＝Gp·VTCERR
VTCi＝VTCiz+Gi·VTCERR
VTCd＝Gd·(VTCERR-VTCERRz)
其中z为前一次值。
然后，通过将基本占空比值BASDTYvtc与各控制量VTCp、VTCi、VTCd相加(见下式)计算VTC占空比值VTCDTY，从而基于所计算出的数值作为输出信号来驱动VTC致动器：
VTCDTY＝BASDTYvtc+VTCp+VTCi+VTCd
这里，当VTC占空比值VTCDTY等于基本占空比值BASDTYvtc(例如50％)时VTC致动器的位置保持在当前位置。当存在偏差时，驱动VTC致动器将其位置设定为正侧或负侧。当偏差消除或VTC占空比值VTCDTY变为等于基本占空比值BASDTYvtc时，VTC致动器的位置保持在当前位置。
在步骤S17中，基于发动机速度Ne与代表发动机负荷的基本燃料消耗量Tp并参考映射关系以计算VEL目标值(目标气门升程)。在步骤S18中，根据图12中的子程序(稍后将说明)对VEL目标值(目标气门升程)进行限制处理(当数值超过极限值时将该数值限制为该极限值的处理)。在步骤S19中，经由通信单元将VEL目标值发送到VEL-C/U。
图6为显示VEL-C/U 20中的主控制实例的流程图，下面将进行说明。
在步骤S20中，判断是否存在系统异常。如果不存在异常，则处理转入步骤S21。稍后将说明存在异常时的处理。
在步骤S21中，基于VEL位置传感器的检测信号来检测VEL实际值(实际气门升程)。经由通信单元将检测到的VEL实际值发送到ECM中。
在步骤S22中，读取VEL目标值(目标气门升程)，其中通过ECM计算该VEL目标值并且经由通信单元从ECM接收该VEL目标值。在步骤S23中，计算出VEL目标值(目标气门升程)与VEL实际值(实际气门升程)之间的偏差VELERR。
在步骤S24中，根据偏差VELERR计算并输出对VEL致动器的控制输出，以使VEL实际值与VEL目标值一致，由此进行反馈控制，从而控制气门升程。该反馈控制的细节与在ECM中对VTC致动器进行的反馈控制相类似。
与此同时，如果由于例如微型计算机的通信功能(通信驱动器)发生故障、配线连接器发生故障或噪声等原因致使系统中ECM 10与VEL-C/U 20之间设置的通信单元30发生通信异常，那么将要经由通信单元30发送的VEL目标值或VEL实际值可能变得异常，从而导致在ECM 10中基于VEL实际值的包括VTC极限值设定在内的VTC控制(气门正时控制)和在VEL-C/U 20中基于VEL目标值的VEL控制(气门升程控制)不能正确地进行。因此，对通信单元30的通信异常进行检测，并且当检测出通信异常时进行故障保护控制。
下面将简要地说明对通信异常的检测。
各控制单元(ECM 10和VEL-C/U 20)分别具有通信异常检测单元，该通信异常检测单元监视在每个预定时钟周期内被累加起来同时经由通信单元从另一控制单元发送来的消息计数值从而检测通信异常。具体而言，参照图13，ECM 10在每个预定周期累加消息计数值ECMVELCK同时将该消息计数值ECMVELCK发送到VEL-C/U 20中。VEL-C/U 20监视该消息计数值ECMVELCK，如果ECM 10没有在每个预定周期累加消息计数值ECMVELCK，则VEL-C/U 20将该状态识别为异常的。
此外，VEL-C/U 20在每个预定周期累加消息计数值VELECMCK同时将该消息计数值VELECMCK发送到ECM 10中。ECM 10监视该消息计数值VELECMCK，如果VEL-C/U 20没有在每个预定周期累加消息计数值VELECMCK，则ECM 10将该状态识别为异常的。
图7为显示用于检测ECM的通信异常的操作实例的流程图(每单位时间进行)，下面将对该操作实例进行说明。在步骤S101中，得到来自VEL-C/U的消息计数值VELECMCK与上一个计数值VELECMCKz之间的差值(计数值偏差)，并且判断该差值是否为除了1以外的数字。如果结果为否定(差值＝1)，则状态正常。处理转入步骤S102，其中将累加计数值VELECMNG设定为0(VELECMNG＝0)。
相反，如果结果为肯定(差值≠1)，则累加出现错误，于是状态为异常的。处理转入步骤S103，其中将累加计数值VELECMNG加1(VELECMNG＝VELECMNGz+1)。
在步骤S104中，判断累加计数值VELECMNG是否至少为预定的异常确定判断值CNG(VELECMNG≥CNG)。如果结果为否定(VELECMNG<CNG)，则状态正常。处理转入步骤S105，其中将第一故障保护标记fECMFS1设定为0(fECMFS1＝0)。
相反，如果结果为肯定(VELECMNG≥CNG)，则确定存在通信异常。处理转入步骤S106，其中将第一故障保护标记fECMFS1设定为1(fECMFS1＝1)，从而使处理切换为故障保护控制。
图8为显示用于检测VEL-C/U 20的通信异常的操作实例的流程图(每单位时间进行)，下面将对该操作实例进行说明。在步骤S201中，得到来自ECM的消息计数值ECMVELCK与上一个计数值ECMVELCKz之间的差值(计数值偏差)，并且判断该差值是否为除了1以外的数字。如果结果为否定(差值＝1)，则状态正常。处理转入步骤S202，其中将累加计数值ECMVELNG设定为0(ECMVELNG＝0)。
相反，如果结果为肯定(差值≠1)，则累加出现错误，于是状态为异常的。处理转入步骤S203，其中将累加计数值ECMVELNG加1(ECMVELNG＝ECMVELNGz+1)。
在步骤S204中，判断累加计数值ECMVELNG是否至少为预定的异常确定判断值CNG(ECMVELNG≥CNG)。如果结果为否定(ECMVELNG<CNG)，则状态正常。处理转入步骤S205，其中将第一故障保护标记fVELFS1设定为0(fVELFS1＝0)。
相反，如果结果为肯定(ECMVELNG≥CNG)，则确定存在通信异常。处理转入步骤S206，其中将第一故障保护标记fVELFS1设定为1(fVELFS1＝1)，从而使处理切换为故障保护控制。
在上述系统中，如果VTC位置传感器51S或VEL位置传感器49S发生传感器异常(故障)，则会错误地进行VTC控制(气门正时控制)或VEL控制(气门升程控制)。因此，当检测出VTC位置传感器51S或VEL位置传感器49S的传感器异常时，即当检测到传感器异常时，进行故障保护控制。
图9为显示用于检测ECM 10中的传感器异常的操作实例的流程图，下面将对该操作实例进行说明。
在步骤S111中，判断VTC位置传感器的输出是否为正常的。与旋转同步地得到VTC位置传感器的输出。因此，如果没有在与旋转同步的时刻得到输出，或者如果输出值显著偏离正常范围，则判断为输出是异常的。
当判断为输出是正常的时，处理转入步骤S112，其中将第二故障保护标记fECMFS2设定为0(fECMFS2＝0)。相反，如果判断为输出是异常的，则处理转入步骤S113，其中将第二故障保护标记fECMFS2设定为1(fECMFS2＝1)，从而使处理切换为故障保护控制。
图10为显示用于检测VEL-C/U 20中的传感器异常的操作实例的流程图，下面将对该操作实例进行说明。
在步骤S211中，判断VEL位置传感器的输出是否为正常的。与旋转同步地得到VEL位置传感器的输出。因此，如果没有在与旋转同步的时刻得到输出，或者如果输出值显著偏离正常范围，则判断为输出是异常的。
如果判断为输出是正常的，则处理转入步骤S212，其中将第二故障保护标记fVELFS2设定为0(fVELFS2＝0)。相反，如果判断为输出是异常的，则处理转入步骤S213，其中将第二故障保护标记fVELFS2设定为1(fVELFS2＝1)，从而使处理切换为故障保护控制。
注意到，将在ECM 10中设定的第一故障保护标记fECMFS1和第二故障保护标记fECMFS2经由通信单元30发送到VEL-C/U 20中。另一方面，将在VEL-C/U 20中设定的第一故障保护标记fVELFS1和第二故障保护标记fVELFS2经由通信单元30发送到ECM 10中。于是，尽可能多地共享信息。
接下来，再参照图5和图6中的流程图说明当检测到异常时所进行的故障保护控制操作实例。在图5所示的ECM 10中的主控制中，在步骤S10中判断是否存在系统异常。具体而言，当第一故障保护标记fECMFS1＝1(通信异常)或第二故障保护标记fECMFS2＝1(VTC位置传感器异常)时确定存在系统异常。然后，处理转入步骤S100。此外，当ECM 10从VEL-C/U 20接收到表示第一故障保护标记fVELFS1＝1(通信异常)或第二故障保护标记fVELFS2＝1(VEL位置传感器异常)的信息时确定存在系统异常。然后，处理转入步骤S100。
在步骤S100中，进行VTC故障保护控制。具体而言，将气门正时控制为预定值(例如最大滞后角位置)。
在图6所示的VEL-C/U 20中的主控制中，在步骤S20中判断是否存在系统异常。具体而言，当第一故障保护标记fVELFS1＝1(通信异常)或第二故障保护标记fVELFS2＝1(VEL位置传感器异常)时确定存在系统异常。然后，处理转入步骤S200。此外，当VEL-C/U20从ECM 10接收到表示第一故障保护标记fECMFS1＝1(通信异常)或第二故障保护标记fECMFS2＝1(VTC位置传感器异常)的信息时确定存在系统异常。然后，处理转入步骤S200。
在步骤S200中，进行VEL故障保护控制。具体而言，将气门升程控制为预定值(例如中间升程)。或者切断VEL功率继电器。从而，强行将VEL致动器的VEL占空比设定为0％以便将气门升程控制为最小升程。如果在ECM 10中设置有切断VEL功率继电器的功能，则ECM 10进行切断操作。
接下来，将说明图11中的VTC目标值限制处理的子程序。在图5所示的ECM 10中的主控制中在步骤S14中执行该子程序。
在步骤S141中，参照基于VEL实际值(实际气门升程)的表对VTC目标值(目标气门正时)计算朝向提前角侧的极限基本值。当VEL实际值(实际气门升程)处在低升程侧的范围内时，即使将VTC控制为最大提前角位置，进气门与活塞也不会彼此干涉。因此，将VTC目标值(目标气门正时)的极限基本值设定为与VTC的限动机构所规定的最大提前角位置相同。
当进气门的气门升程处在高升程侧的范围内时，随着VTC接近最大提前角位置，进气门与活塞可能会在活塞上止点彼此干涉。因此，逐渐朝向滞后角侧设定VTC目标值的极限基本值。
在步骤S142中，读取偏移量OFS1，其中该偏移量OFS1是VTC在通信异常检测单元检测出通信异常所需的时间内可以移动的位移量。此步骤用于预先朝向滞后角侧偏移VTC极限值，从而在从发生通信异常到检测出通信异常的时间段内即使当VTC发生位移时也可防止进气门与活塞彼此干涉。
检测出通信异常所需的时间可以是恒定时间，从而该时间不受发动机速度Ne的影响。因此，偏移量OFS1可以是预定的恒定值(固定值)。检测出通信异常所需的时间不仅包括数值到达用作在图7所示流程图中的步骤S104中确定异常的阈值的CNG的时间，而且还可包括用于数据传输所需的时间、判断之后的处理时间等，从而得到更可靠的设定。
在步骤S143中，读取发动机速度Ne。在步骤S144中，参考基于发动机速度Ne的表计算偏移量OFS2，其中该偏移量OFS2是VTC在传感器异常检测单元检测出传感器异常所需的时间内可以移动的位移量。此步骤用于预先朝向滞后角侧偏移VTC极限值，从而在从发生传感器异常到检测出传感器异常的时间段内即使当VTC发生位移时也可防止进气门与活塞彼此干涉。
检测出传感器异常所需的时间会随着发动机速度Ne而变化。随着发动机速度Ne增大，该时间减短(因为认为存在与旋转同步的输出)。因此，偏移量OFS2随着发动机速度Ne的增大而减小。检测出传感器异常所需的时间可包括传感器的检测延迟时间，从而得到更可靠的设定。
在步骤S145中，通过从VTC极限基本值中减去偏移量OFS1与OFS2中较大的一个从而计算出VTC极限值(见下式)：
VTC极限值＝VTC极限基本值-max(OFS1，OFS2)
这里，max(OFS1，OFS2)即偏移量OFS1与OFS2中较大的一个是VTC在异常检测单元检测出异常所需的时间内可以移动的位移量。
在步骤S146中，将在步骤S13(图5)中得到的VTC目标值与在步骤S145中得到的VTC极限值进行比较。如果VTC目标值>极限值(如果VTC目标值相对于极限值处于提前角侧)，则处理转入步骤S147，其中设定成VTC目标值＝极限值，由此限制VTC目标值，然后处理返回。如果VTC目标值≤极限值(如果VTC目标值相对于极限值处于滞后角侧)，则处理直接返回。
接下来，将说明图12中的VEL目标值限制处理的子程序。在图5所示的ECM 10中的主控制中在步骤S18中执行该子程序。
在步骤S181中，参照基于VTC实际值(实际气门正时)的表对VEL目标值(目标气门升程)计算极限基本值。当VTC实际值(实际气门正时)处在滞后角侧的范围内时，即使将VEL控制为最大升程，进气门与活塞也不会彼此干涉。因此，将VEL目标值(目标气门升程)的极限基本值设定为与VEL的限动机构所规定的最大升程相同。
当进气门的气门正时处在提前角侧的范围内时，随着VEL接近最大升程，进气门与活塞可能会在活塞上止点彼此干涉。因此，逐渐朝向低升程侧设定VEL目标值的极限基本值。
在步骤S182中，读取偏移量OFS3，其中该偏移量OFS3是VEL在通信异常检测单元检测出通信异常所需的时间内可以移动的位移量。此步骤用于预先朝向低升程侧偏移VEL极限值，从而在从发生通信异常到检测出通信异常的时间段内即使当VEL发生位移时也可防止进气门与活塞彼此干涉。
检测出通信异常所需的时间可以是恒定时间，从而该时间不受发动机速度Ne的影响。因此，偏移量OFS3可以是预定的恒定值(固定值)。
在步骤S183中，读取发动机速度Ne。在步骤S184中，参考基于发动机速度Ne的表计算偏移量OFS4，其中该偏移量OFS4是VEL在传感器异常检测单元检测出传感器异常所需的时间内可以移动的位移量。此步骤用于预先朝向低升程侧偏移VEL极限值，从而在从发生传感器异常到检测出传感器异常的时间段内即使当VEL发生位移时也可防止进气门与活塞彼此干涉。
检测出传感器异常所需的时间会随着发动机速度Ne而变化。随着发动机速度Ne增大，该时间减短(因为认为存在与旋转同步的输出)。因此，偏移量OFS4随着发动机速度Ne的增大而减小。
在步骤S185中，通过从VEL极限基本值中减去偏移量OFS3与OFS4中较大的一个从而计算出VEL极限值(见下式)：
VEL极限值＝VEL极限基本值-max(OFS3，OFS4)
这里，max(OFS3，OFS4)即偏移量OFS3与OFS4中较大的一个是VEL在异常检测单元检测出异常所需的时间内可以移动的位移量。
在步骤S186中，将在步骤S17(图5)中得到的VEL目标值与在步骤S185中得到的VEL极限值进行比较。如果VEL目标值>极限值(如果VEL目标值相对于极限值处于高升程侧)，则处理转入步骤S187，其中设定成VEL目标值＝极限值，由此限制VEL目标值，然后处理返回。如果VEL目标值≤极限值(如果VEL目标值相对于极限值处于低升程侧)，则处理直接返回。
尽管以上说明了用于进气门的可变气门机构的实例，但本发明的实施例也可应用为用于排气门(排气阀)的可变气门机构。这是因为当气门正时控制和气门升程控制两者均应用于排气门时，也会出现与进气门相类似的问题。具体而言，当将排气门的气门正时控制于滞后角侧并将排气门的气门升程控制于高升程侧时，排气门的升程可能在接近活塞上止点的位置变得极大。
根据本文所述实施例，用于内燃机的可变气门控制装置包括可以改变气门正时的第一可变气门机构(VTC机构)和可以改变气门升程的第二可变气门机构(VEL机构)。至少在进气门与排气门中之一设置第一和第二可变气门机构。该可变气门控制装置还包括：操作限制单元，其基于第一可变气门机构和第二可变气门机构中至少之一的控制状态来控制第一可变气门机构和第二可变气门机构中的另一个；以及异常检测单元，其检测出可变气门控制装置的异常从而进行故障保护控制。
操作限制单元这样计算极限值：即，将根据第一可变气门机构和第二可变气门机构中之一的控制状态而对第一可变气门机构和第二可变气门机构中的另一个所设定的极限基本值偏移下述位移量：所述位移量是上述第一可变气门机构和第二可变气门机构中之一在异常检测单元检测出异常所需的时间内可以移动的位移量。由于在从发生异常到检测出异常的时间段内即使当第一可变气门机构和第二可变气门机构中之一移动超过极限值的位移量时也将该位移量考虑在内来设定极限值，因此可以可靠地控制进气门或排气门而不会使进气门或排气门与活塞干涉。此外，不必设置利用限动装置等的机械限制，因此可以增加各可变气门机构的控制范围，由此例如可降低燃料消耗量。此外，可以防止由于为了避免气门与活塞干涉而使活塞的气门凹槽深度增加所造成的动力损失、燃料消耗量增加以及排放性能降低。
另外，在本文所述的实施例中，可变气门控制装置还包括：第一控制单元(ECM 10)，其控制第一可变气门机构(VTC机构)；第二控制单元(VEL-C/U 20)，其控制第二可变气门机构(VEL机构)；以及通信单元(30)，其设置在第一控制单元与第二控制单元之间。异常检测单元包括检测通信单元(30)的通信异常的单元。异常检测单元检测出异常所需的时间包括用于检测通信异常所需的时间。从而，可以提供对通信异常的可靠的响应。
在这些实施例中，检测出通信异常所需的时间为预定恒定时间或大致恒定的时间。从而，可以容易地设定偏移量OFS1和OFS3。
各控制单元(ECM 10和VEL-C/U 20)分别具有通信异常检测单元，该通信异常检测单元监视在每个预定时钟周期内被累加起来同时经由通信单元从另一控制单元发送来的消息计数值(ECMVELCK和VELECMCK)从而检测通信异常。从而，可以容易而可靠地检测出通信异常。
另外，在本文所述实施例中，可变气门控制装置还包括检测第一可变气门机构(VTC机构)的实际气门正时的传感器(VTC位置传感器)和检测第二可变气门机构(VEL机构)的实际气门升程的传感器(VEL位置传感器)。异常检测单元包括检测传感器中之一的异常的单元。异常检测单元检测出异常所需的时间包括用于检测传感器中之一的异常所需的时间。从而，可以提供对传感器异常的可靠的响应。
此外，根据发动机速度来设定用于检测传感器中之一的异常所需的时间，从而使得该时间随着发动机速度的增加而减短。从而，可以适当地设定偏移量OFS2和OFS4，因此不必设置额外的限制。
尽管以上已经参考一些优选实施例披露了本发明，但是在不脱离所附权利要求书及其等同内容所限定的本发明的领域和范围的条件下，可以对所述实施例进行多种变型、变化以及修改。从而，本发明并不局限于上述实施例，而是覆盖所附权利要求书的表达所限定的全部范围。
本申请要求2007年8月10日提交的日本专利申请No.2007-210042的优先权，该日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

Claims (16)

1.一种用于内燃机的可变气门控制装置，包括：
第一可变气门机构，其改变气门正时；
第二可变气门机构，其改变气门升程，所述第一可变气门机构和第二可变气门机构至少设置在进气门与排气门中之一上；
操作限制单元，其基于所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中之一的极限值来控制所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中至少之一，其中基于所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中的另一个的控制状态设定所述极限值；以及
异常检测单元，其检测所述可变气门控制装置的异常以便进行故障保护控制，
其中，所述操作限制单元设定的所述极限值是包括所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中的所述另一个在所述异常检测单元检测出异常所需时间内可以移动的位移量在内的极限值。
2.根据权利要求1所述的用于内燃机的可变气门控制装置，其中，
所述操作限制单元设定的极限值是将根据所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中的另一个的控制状态而对所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中之一所设定的极限基本值偏移下述位移量而得到的极限值：所述位移量是所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中的另一个在所述异常检测单元检测出异常所需的时间内可以移动的位移量。
3.根据权利要求1所述的用于内燃机的可变气门控制装置，还包括：
第一控制单元，其控制所述第一可变气门机构；
第二控制单元，其控制所述第二可变气门机构；以及
通信单元，其设置在所述第一控制单元与第二控制单元之间，
其中，所述异常检测单元包括用于检测所述通信单元的通信异常的单元，并且
所述异常检测单元检测出异常所需的时间包括检测出所述通信异常所需的时间。
4.根据权利要求3所述的用于内燃机的可变气门控制装置，其中，
检测出所述通信异常所需的时间是预定的恒定时间。
5.根据权利要求1所述的用于内燃机的可变气门控制装置，还包括：
检测所述第一可变气门机构的实际气门正时的传感器；以及
检测所述第二可变气门机构的实际气门升程的传感器，
其中，所述异常检测单元包括用于检测所述传感器中之一的异常的单元，并且
所述异常检测单元检测出异常所需的时间包括检测出所述传感器中之一的异常所需的时间。
6.根据权利要求5所述的用于内燃机的可变气门控制装置，其中，
根据发动机速度来设定检测出所述传感器中之一的异常所需的时间，从而使得所述时间随着发动机速度的增加而减短。
7.根据权利要求1所述的用于内燃机的可变气门控制装置，还包括：
控制单元，其控制所述第一可变气门机构和所述第二可变气门机构，并且
其中，所述异常检测单元包括用于检测在所述控制单元进行控制的过程中的通信异常的单元，并且
所述异常检测单元检测出异常所需的时间包括检测出所述通信异常所需的时间。
8.根据权利要求7所述的用于内燃机的可变气门控制装置，其中，
检测出所述通信异常所需的时间是预定的恒定时间。
9.一种用于内燃机的可变气门控制装置的操作方法，包括：
操作用于改变气门正时的第一可变气门机构；
操作用于改变气门升程的第二可变气门机构，所述第一可变气门机构和第二可变气门机构至少设置在进气门与排气门中之一上；
基于所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中之一的极限值来控制所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中至少之一，其中基于所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中的另一个的控制状态设定所述极限值；以及
检测所述可变气门控制装置的异常以便进行故障保护控制，
其中，在所述控制步骤中所设定的极限值是包括所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中的所述另一个在检测出异常所需时间内可以移动的位移量在内的极限值。
10.根据权利要求9所述的用于内燃机的可变气门控制装置的操作方法，其中，
在所述控制步骤中所设定的极限值是将根据所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中的另一个的控制状态而对所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中之一所设定的极限基本值偏移下述位移量而得到的极限值：所述位移量是所述第一可变气门机构和第二可变气门机构中的另一个在检测出异常所需的时间内可以移动的位移量。
11.根据权利要求9所述的用于内燃机的可变气门控制装置的操作方法，还包括：
操作用于控制所述第一可变气门机构的第一控制单元；
操作用于控制所述第二可变气门机构的第二控制单元；以及
操作设置在所述第一控制单元与第二控制单元之间的通信单元，
其中，所述异常检测步骤包括检测所述通信单元的通信异常，并且
检测出异常所需的时间包括检测出所述通信异常所需的时间。
12.根据权利要求11所述的用于内燃机的可变气门控制装置的操作方法，其中，
检测出所述通信异常所需的时间是预定的恒定时间。
13.根据权利要求9所述的用于内燃机的可变气门控制装置的操作方法，还包括：
操作用于检测所述第一可变气门机构的实际气门正时的传感器；以及
操作用于检测所述第二可变气门机构的实际气门升程的传感器，
其中，所述异常检测步骤包括检测所述传感器中之一的异常，并且
检测出异常所需的时间包括检测出所述传感器中之一的异常所需的时间。
14.根据权利要求13所述的用于内燃机的可变气门控制装置的操作方法，其中，
根据发动机速度来设定检测出所述传感器中之一的异常所需的时间，从而使得所述时间随着发动机速度的增加而减短。
15.根据权利要求9所述的用于内燃机的可变气门控制装置的操作方法，还包括：
控制所述第一可变气门机构和所述第二可变气门机构，并且
其中，所述异常检测步骤包括检测在控制所述第一可变气门机构和第二可变气门机构的过程中的通信异常，并且
检测出异常所需的时间包括检测出所述通信异常所需的时间。
16.根据权利要求15所述的用于内燃机的可变气门控制装置的操作方法，其中，
检测出所述通信异常所需的时间是预定的恒定时间。
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