CN102410095A - 可变气门正时机构的控制装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可变气门正时机构的控制装置及控制方法，其用于变更内燃机的进气门的关闭正时。可变气门正时机构在下述两个凸轮之间进行切换：第1凸轮，其使进气门的工作角较大，且使进气门的关闭正时(IVC)为进气下止点后；和第2凸轮，其使进气门的工作角比第1凸轮下的工作角小，且使进气门的关闭正时(IVC)成为比第1凸轮下的关闭正时(IVC)接近进气下止点的关闭正时(IVC)。在此，在内燃机停止时，切换至第1凸轮，在初次的进气冲程中，进行有效压缩比较小的运转，以抑制提前点火的发生。在第二次以后的进气冲程中，从第1凸轮切换至第2凸轮，提高有效压缩比以获得更高的燃烧扭矩，由此，加快内燃机转速的上升，并使起动时的电力消耗降低。

Description

可变气门正时机构的控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及用于变更内燃机的进气门的关闭正时的可变气门正时机构的控制装置及控制方法。
背景技术
在日本特开2010-138737号公报中公开了一种能够改变进气门的工作角的工作角可变机构的控制器。所述控制器在内燃机起动前，控制进气门的工作角，以使进气门的关闭正时处于活塞的下止点后。并且，对于所述控制器，在从使内燃机起动的指示信号被输入至燃烧开始为止的起动状态中，如果内燃机的温度比阈值低，则使进气门的工作角比起动前小，以使进气门的关闭正时接近活塞下止点。
在所述控制器的控制中，使进气门的关闭正时接近活塞下止点的控制的结束正时是在起动电动机的旋转、换而言之是在起动旋转稳定之后。
但是，在使进气门的关闭正时向活塞下止点后大幅地延迟了的状态下，即，在减压状态下，有效压缩比较低，从而能够实现对提前点火的抑制和起振力的降低。但是，当有效压缩比较低时，内燃机的燃烧扭矩降低，因此，在起动状态中的内燃机转速的上升变慢，从而使起动时间变长。
因此，在使进气门的关闭正时接近活塞下止点的控制的结束正时较迟的、所述控制器进行的控制中，存在内燃机起动时的电力消耗增多这一问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能够在内燃机起动时抑制提前点火和降低起振力，同时能够降低电力消耗的可变气门正时机构的控制装置及控制方法。
为了达到上述目的，本发明的可变气门正时机构的控制装置的特征在于：在所述内燃机起动时，将所有气缸中的最先处于进气冲程的气缸的进气冲程中的所述进气门的关闭正时控制为比进气下止点靠延迟角侧的第1关闭正时，并从所述内燃机的起动开始到与第二次进气冲程对应的气缸的进气冲程中的所述进气门的关闭正时为止，将所述进气门的关闭正时变更为比所述第1关闭正时接近进气下止点的第2关闭正时。
此外，本发明的可变气门正时机构的控制方法的特征在于，其包括下述两个步骤：在所述内燃机起动时，将所有气缸中的最先处于进气冲程的气缸的进气冲程中的所述进气门的关闭正时控制为比进气下止点靠延迟角侧的第1关闭正时的步骤；和从所述内燃机的起动开始到与第二次进气冲程对应的气缸的进气冲程中的所述进气门的关闭正时为止，将所述进气门的关闭正时变更为比所述第1关闭正时接近进气下止点的第2关闭正时的步骤。
本发明的其他目的和特征可参考附图并根据下文的描述来进行理解。
附图说明
图1是本发明的实施方式的混合动力车辆的整体结构图。
图2是本发明的实施方式的发动机的结构图。
图3是本发明的实施方式的可变气门正时机构的剖视图。
图4是示出本发明的实施方式的可变气门正时机构的特性的图。
图5是示出本发明的实施方式的起动时的气门正时的控制的流程图。
图6是示出本发明的实施方式的起动时的气门正时的变化的时间图。
图7是示出本发明的实施方式的起动时的气门正时的控制的流程图。
图8是本发明的实施方式的可变气门正时机构的立体图。
图9是图8所示的可变气门正时机构的剖视图。
图10是示出本发明的实施方式的起动时的气门正时的控制的流程图。
具体实施方式
图1所示的混合动力车辆1具有下述两个动力源：内燃机2，其应用本发明所涉及的可变气门正时机构的控制装置及控制方法；和电动马达3，其为交流马达。
内燃机2的驱动力经由变速器4、差动齿轮5以及车轴6传递至驱动轮7、7。
使电动马达3的转子与位于内燃机2和变速器4之间的输出轴8直接连结。另外，也可以经由齿轮等动力传递机构将输出轴8和电动马达3的转子连结。
电动马达3是电动机/发电机。电动马达3在作为电动机工作的情况下，输出车辆1的驱动力。此外，电动马达3通过被内燃机2或驱动轮7、7驱动旋转，来作为发电机进行动作，从而输出电力。
逆变器9将电池10储蓄的直流电力转换成交流电力，以供给至电动马达3。此外，在再生制动时或发电时，逆变器9将电动马达3所输出的交流电力转换成直流电力储蓄在电池10内。
综合控制器11将用于检测车辆的运转条件的各种传感器和开关的信号输入其中，基于此来判断运转模式，并且，对内燃机2的扭矩指令值、电动马达3的扭矩指令值进行计算并输出。
作为对综合控制器11输出信号的各种传感器或开关，设置有钥匙开关、油门开度传感器、制动开关、车速传感器、电池电压传感器等。
并且，具备微型计算机的综合控制器11将运转模式、扭矩指令值等运转指令输出至用于控制内燃机2的发动机控制器12、和用于控制电动马达3的电动机/发电机控制器13。
综合控制器11、发动机控制器12和电动机/发电机控制器13构成为能够相互通信。电动机/发电机控制器13基于综合控制器11所发送的运转指令、以及电动马达3的转速和电流等信息来生成并输出用于控制逆变器9的PWM(Pulse WidthModulation：脉宽调制)信号。
图2是示出内燃机2的结构的图。
在内燃机2的进气通道22设置有燃料喷射阀23，该燃料喷射阀23所喷射的燃料与空气一同经由进气门24被吸入燃烧室25内，并通过火花塞26的火花点火而点火燃烧。燃烧室25内的燃烧气体经由排气门27被排出至排气通道28。
利用节气门马达29进行开闭的电子控制节气门30设置在进气通道22的比配设有燃料喷射阀23的部分靠上游侧的位置，通过该电子控制节气门30的开度来调整发动机2的吸入空气量。
此外，内燃机2具备可变气门正时机构31，所述可变气门正时机构31改变进气门24的工作角从而改变打开正时IVO和关闭正时IVC。另外，进气门24的工作角是从打开正时IVO至关闭正时IVC为止的曲柄角度。
例如日本特开2007-113435号公报所公开的那样，可变气门正时机构31为下述这样公知的机构：在凸轮轴设置凸轮轮廓不同的两种凸轮，并切换与此相接触的摇臂，由此，使内燃机气门的打开特性在两种类型间进行切换。通过利用马达使控制轴旋转来进行所述摇臂的切换。
图3示出了可变气门正时机构31的结构。
进气门24被气门弹簧52朝向阻塞图外的进气口的方向施力，所述气门弹簧52是分别由设置于各气门杆端部(ステムエンド)的弹簧限位器51弹性保持的施力部件。
小工作角凸轮54和大工作角凸轮55对应于各进气门24而设置在凸轮轴53的外周面。
可变气门正时机构31具备：主摇臂56，其与小工作角凸轮54的外周面抵接；副摇臂57，其与该主摇臂56相邻并被支撑成能够摆动自如；以及连结机构58，其将副摇臂57连结于主摇臂56。
如图4(B)所示，小工作角凸轮54被设定为下述这样的凸轮轮廓：使进气门24的打开正时IVO大约为进气上止点TDC后的10deg～60deg，使进气门24的关闭正时IVC大约为进气下止点BDC～进气下止点BDC后的30deg。另外，优选使基于小工作角凸轮54的进气门24的关闭正时IVC为进气下止点BDC。
如果使进气门24的关闭正时IVC为进气下止点BDC，则有效压缩比达到最大。因此，如果使用小工作角凸轮54驱动进气门24、并在进气下止点BDC附近关闭进气门24，则能够通过较高的有效压缩比来获得较大的燃烧扭矩。
另一方面，如图4(A)所示，大工作角凸轮55被设定为下述这样的凸轮轮廓：使进气门24的打开正时IVO大约为进气上止点TDC～进气上止点TDC后的30deg，使进气门24的关闭正时IVC大约为进气下止点BDC后的60deg～进气下止点BDC后的110deg。
优选使基于大工作角凸轮55的关闭正时IVC为进气下止点BDC后的90deg左右。
另外，基于小工作角凸轮54和大工作角凸轮55的打开正时IVO/关闭正时IVC并不限定于上述设定，只要将基于大工作角凸轮55的第1关闭正时IVC设定在进气下止点后，并将基于小工作角凸轮54的第2关闭正时IVC设定成比基于大工作角凸轮55的关闭正时IVC更靠近进气下止点即可。
小工作角凸轮54以在内燃机2的通常运转状态下的使用为前提来设定其凸轮轮廓，与此相对，大工作角凸轮55如后述那样用于在内燃机2起动时使有效压缩比降低。并且，使基于大工作角凸轮55的第1关闭正时IVC为进气下止点后、且比基于小工作角凸轮54的第2关闭正时IVC延迟，由此，与使用小工作角凸轮54的情况相比能够使有效压缩比降低。
换而言之，如果从使用大工作角凸轮55来驱动进气门24的状态切换至使用小工作角凸轮54来驱动进气门24的状态，则进气门24的关闭正时IVC从进气下止点后提前而接近进气下止点，且有效压缩比切换为更大的值。
如上述那样，与通过小工作角凸轮54进行驱动的情况相比，进气门24的工作角在通过大工作角凸轮55进行驱动的情况下变大，此外，进气门24的关闭正时IVC在使用小工作角凸轮54时被设定在下止点BDC附近。并且，在通过大工作角凸轮55来驱动进气门24的情况下，进气门24的关闭正时IVC被延迟至下止点BDC后，在通过大工作角凸轮55来驱动进气门24的情况下，设定成有效压缩比比在通过小工作角凸轮54来驱动进气门24的情况下降低。
对于所述主摇臂56，基端部56a经由在各气缸中共同的中空状的主摇臂轴59被气缸盖支撑为能够摆动自如，并且，臂部56b的末端与进气门24的气门杆顶部抵接。
对于所述副摇臂57，基端部57a经由副摇臂轴57b在主摇臂56的基端部56a侧被支撑为能够相对地摆动自如，并且，所述副摇臂57不具备与进气门24抵接的部位。凸轮从动部57c在副摇臂57的末端突出形成为圆弧状，该凸轮从动部57c是上表面与大工作角凸轮55滑动接触的副凸轮从动件。
在凸轮从动部57c的下侧配置有螺旋弹簧60，该螺旋弹簧60将凸轮从动部57c向大工作角凸轮55推压。该螺旋弹簧60经由弹簧限位器61与形成于主摇臂56的基部56a末端的凸部62的上表面弹性接触。
连结机构58具备：杆部件63，其连结主摇臂56和副摇臂57；柱塞64，其滑动自如地设置在凸部62的内部所具有的滑动孔62a内，且一端侧与所述杆部件63的下端突部63a抵接；控制轴65，其旋转自如地设置在主摇臂轴59的内部；以及控制凸轮66，其一体形成于该控制轴65的外周面，且经由主摇臂轴59的切口窗59a与柱塞64的另一端侧抵接。
所述杆部件63经由支承轴67朝向副摇臂57被支撑成能够摆动自如，并且，根据摆动位置，所述杆部件63在上端面63b相对于所述凸轮从动部57c的末端下表面所具有的卡合面57d卡合的状态、和解除所述卡合的状态之间进行切换。
此外，该杆部件63被施力机构69朝向解除杆部件63与凸轮从动部57c的卡合的方向施力。
柱塞64从轴向的大致中央位置被分割形成为两部分，一端部位64a的下表面与所述杆部件63的下端突部63a抵接，另一方面，另一端部位64b所具有的小径圆柱部的末端与控制凸轮66抵接。
此外，在一端部位64a和另一端部位64b的对置端面之间设置有作为减震机构的螺旋弹簧状的弹簧部件70。该弹簧部件70形成为：将其弹力设定得比所述施力机构23的弹力大，从而不会对主摇臂56和副摇臂57的连结动作时的响应性产生影响。
经由图外的减速齿轮机构，从作为电动致动器的DC型电动马达68向控制轴65传递正转方向和反转方向的旋转力。
所述控制凸轮66形成为从切除至最大深度的部位起逐渐变浅，当控制凸轮66旋转而使最深部位与所述柱塞64抵接时，柱塞64被向控制轴65侧拉入，因此，杆部件63向顺时针方向转动，上端面63b从凸轮从动部57c的卡合面57d离开从而使卡合解除，其结果是，主摇臂56和副摇臂57的连结被解除。由此，主摇臂56遵从小工作角凸轮54的凸轮轮廓而摆动以驱动进气门24开闭，从而使进气门24的工作角变小，使关闭正时IVC位于下止点BDC附近。
另一方面，当柱塞64与控制凸轮66的最浅部位抵接时，由于柱塞64朝向离开控制轴65的方向突出，因此，杆部件63向逆时针方向转动，从而使上端面63b朝向与凸轮从动部57c的卡合面57d卡合的方向移动。由此，主摇臂56和副摇臂57成为连结状态，两个摇臂56、57一体地摆动。
在此，与小工作角凸轮54相比较，大工作角凸轮55形成为使进气门24的工作角和最大气门升程量一同变大。因此，当主摇臂56和副摇臂57一体化时，遵从更大气门升程量的大工作角凸轮55的凸轮轮廓来驱动进气门24，使得进气门24的工作角变大，并且，使得关闭正时IVC从下止点BDC附近延迟。
杆部件63的上端面63b与凸轮从动部57c的卡合面57d卡合的正时不是大工作角凸轮55的升程区域，而是大工作角凸轮55的基圆区域。
这样，在可变气门正时机构31中，通过电动马达68使控制轴65转动，对杆部件63和凸轮从动部57c的卡合/解除进行切换，从而对主摇臂56和副摇臂57的连结/解除进行切换，由此，将驱动进气门24的凸轮切换为小工作角凸轮54和大工作角凸轮55中的任何一个，从而对进气门24的工作角和打开正时IVO/关闭正时IVC进行切换。
发动机控制器12具备微型计算机，其对燃料喷射阀23的燃料喷射、火花塞26的点火、电子控制节气门30的开度、可变气门正时机构31对进气门24的打开特性所作的变更等进行控制。即，在本实施方式中，发动机控制器12相当于可变气门正时机构的控制装置。
但是，也可以在发动机控制器12之外另行设置对可变气门正时机构31进行驱动控制的可变气门传动控制器，进而，发动机控制器12对可变气门正时机构31的目标值进行计算并将其输出至可变气门传动控制器，可变气门传动控制器能够基于所述目标值和控制量对可变气门正时机构31的操作量进行反馈控制。
此外，将来自空气流量传感器35、旋转传感器36、水温传感器37以及空燃比传感器38等的检测信号输入至发动机控制器12，所述空气流量传感器35用于检测内燃机2的吸入空气流量QA，所述旋转传感器36用于检测内燃机2的转速NE(rpm)，所述水温传感器37用于检测内燃机2的冷却水温度TW，所述空燃比传感器38基于废气中的氧浓度来检测空燃比AF。此外，将综合控制器11所发送的运转模式和扭矩指令值等运转指令输入至发动机控制器12。
内燃机2的冷却水温度TW是代表内燃机温度的参数。
并且，发动机控制器12根据运转模式来控制内燃机2的运转/停止，另一方面，根据扭矩指令值来控制电子控制节气门30的开度，由此调整内燃机2的吸入空气量，进而调整内燃机2的输出扭矩。
此外，发动机控制器12根据吸入空气流量QA、内燃机转速NE、冷却水温度TW以及空燃比AF等来计算喷射脉冲宽度TI，并根据各个气缸的冲程将计算出的喷射脉冲宽度TI的喷射脉冲信号分别输出至各个燃料喷射阀23。
此外，发动机控制器12根据内燃机负载、内燃机转速NE、冷却水温度TW以及起动状态等来计算点火正时，并根据该点火正时来控制火花塞26的点火动作。
在此，根据图5的流程图来说明发动机控制器12对可变气门正时机构31的控制。每隔固定的时间便执行图5的流程图所示的程序。
首先，在步骤S101中，判断是否基于例如怠速停止(アイドルリダクシヨン)要求等运转模式而产生了内燃机2的运转的停止指令。然后，如果产生了停止指令，则进入步骤S102，在可变气门正时机构31中将用于进气门24的驱动的凸轮切换为大工作角凸轮55。
内燃机2停止运转时的凸轮的切换控制是为重新起动时做准备的、用于预先形成通过大工作角凸轮55来驱动进气门24的状态的控制。由此，在所有气缸中的最先处于进气冲程的气缸的进气冲程中，进气门24在进气下止点后的延迟了的正时关闭，从而有效压缩比降低。并且，通过降低有效压缩比，提前点火的发生得以抑制，降低了起振力，并且，降低了使内燃机2起动的电力。
即，预先调整基于大工作角凸轮55的关闭正时IVC，通过使其从有效压缩比最大的下止点延迟以降低有效压缩比，能够在内燃机2起动时抑制提前点火的产生、降低起振力、并降低使内燃机2起动的电力。
另外，如上述那样，由于大工作角凸轮55在内燃机2起动时被使用，因此，不会产生像高速旋转区域那样的惯性增压效果，越使进气门24的关闭正时IVC从下止点BDC延迟，有效压缩比就越低。
在步骤S102中，在内燃机2从内燃机2的停止指令的发出时刻开始利用惯性进行旋转的期间，从小工作角凸轮54切换至大工作角凸轮55，由此，使进气门24的关闭正时IVC从进气下止点BDC附近变化至进气下止点BDC后90deg附近。换而言之，在步骤S102中，使关闭正时IVC以从进气下止点BDC附近离开的方式延迟。
当内燃机2在通过大工作角凸轮55来驱动进气门24的状态下停止时，在步骤S103中判断是否有例如解除怠速停止的要求等重新起动要求。
然后，当产生重新起动要求时，前进至步骤S104，使电动马达3起动，通过电动马达3的输出来驱动内燃机2的曲轴旋转，从而使内燃机2起动，并且，开始对内燃机2进行燃料喷射和点火。
在开始进行燃料喷射的情况下，通过对在进气冲程中途停止的气缸进行最初的燃料喷射来加快初爆(初爆)，然后，依次对处于进气冲程的气缸进行燃料喷射，对于进行了燃料喷射的气缸，向火花塞26供给点火能量以产生点火火花。
另外，除了电动马达3，还另外具备内燃机起动专用的起动电动机，能够通过该起动电动机使内燃机2起动。
当内燃机2开始起动时，在所有气缸中的最先处于进气冲程的气缸的进气冲程中，换而言之，在初次的进气冲程中，通过在内燃机2停止时预先切换成的大工作角凸轮所进行的进气阀24的驱动，进气门24在进气下止点BDC后的延迟了的正时关闭。
通过在初次的进气冲程中使用大工作角凸轮55，与使用小工作角凸轮54的情况相比，关闭正时IVC从进气下止点BDC延迟，从而使初次的进气冲程中的有效压缩比降低。因此，即使是像使内燃机2从怠速停止下重新起动的情况那样的、使内燃机2以完全预热的状态重新起动的情况下，并且是容易产生提前点火的条件下，也能够抑制提前点火的产生。
换而言之，将形成为能够抑制提前点火的产生的低有效压缩比的关闭正时IVC设定在下止点BDC以后，并将大工作角凸轮55设定成在该关闭正时IVC关闭进气门24的凸轮轮廓。
此外，通过降低初次进气冲程中的有效压缩比，能够降低起振力并抑制内燃机振动的产生，此外，通过减少压缩功，能够降低用于使内燃机起动的电力。
在步骤S105中，在所有气缸中的第二个处于进气冲程的气缸的进气冲程中，换而言之，在第二次进气冲程中，向小工作角凸轮54进行切换，以使进气门24的关闭正时IVC比初次进气冲程中的关闭正时IVC提前而接近进气下止点BDC。由此，在所有气缸中的第二个处于进气冲程的气缸的进气冲程中，使用小工作角凸轮54驱动进气门24，在进气下止点BCD附近使进气门24关闭。
在本实施方式所使用的可变气门正时机构31中，如前述那样，在副摇臂57被大工作角凸轮55的升程区域按压而摆动的状态下，不能进行杆部件63的卡合/解除，在大工作角凸轮55的基圆区域与凸轮从动部57c抵接的状态下，能够进行杆部件63的卡合/解除。
因此，如图6所示，在初次的进气冲程中且在第二次进气冲程开始之前，例如在初次进气冲程中的进气下止点BDC处解除杆部件63的卡合，并对可变气门正时机构31输出从大工作角凸轮55切换至小工作角凸轮54的操作量。
即使在初次进气冲程中的进气下止点BDC处进行切换至小工作角凸轮54的操作，对于与初次进气冲程对应的气缸，至关闭正时IVC为止，换而言之，至成为与对应于初次进气冲程的气缸的大工作角凸轮55的基圆抵接的状态为止，继续通过大工作角凸轮55进行驱动，在初次进气冲程结束的时刻，解除杆部件63的卡合，并切换至通过小工作角凸轮54来驱动进气门24的状态。
另一方面，对于在进行了切换操作的进气下止点BDC以后处于进气冲程的气缸，由于在进行了切换操作的时刻处于与大工作角凸轮55的基圆抵接的状态，因此，杆部件63的卡合立即被解除，从而切换至通过小工作角凸轮54来驱动进气门24的状态。
在通过小工作角凸轮54来驱动进气门24的情况下，关闭正时IVC处于进气下止点BDC附近，与通过大工作角凸轮55进行驱动时相比，有效压缩比增高，能够得到更高的燃烧扭矩。因此，如果从大工作角凸轮55切换至小工作角凸轮54，则能够加快内燃机2的转速NE的上升，从而能够缩短起动时间，换而言之，能够缩短通过马达的旋转驱动力来起动内燃机2的时间。
并且，如果能够缩短内燃机2的起动时间，则对起动所必需的电池电力的要求降低，因此，能够相对地增多在基于电动马达3的行驶中所使用的电池电力，从而能够使基于电动马达3的行驶距离变长。
如果利用可变气门正时机构31从大工作角凸轮55切换至小工作角凸轮54，则如前述那样，因有效压缩比的增大而使燃烧扭矩增加，从而使转速的上升加快，然而，当转速的上升变快时，相应地，存在转速NE的超调量增大的可能性。
因此，在本实施方式中，为了抑制内燃机转速NE的超调量而进行以下处理。
在步骤S106中，判断内燃机转速NE是否处于完爆判定速度SL以上。
完爆判定速度SL是能够判断出下述情况的转速：即便使电动马达3对内燃机2的起动停止，内燃机2也能够独立地继续旋转，该完爆判定速度SL例如设定为1000rpm左右。
如果内燃机转速NE达到了完爆判定速度SL，则无需通过电动马达3来进行内燃机2的起动，此外，如果依旧继续使用有效压缩比较高的小工作角凸轮54，则存在内燃机转速NE相对于目标怠速转速的超调量变得过大的可能性。
因此，在通过小工作角凸轮54来驱动进气门24的状态下，如果内燃机转速NE达到完爆判定速度SL，则前进至步骤S107，使电动马达3对内燃机2的起动停止，并且，此时以从大工作角凸轮55的基圆区域和副摇臂57抵接的气缸开始依次切换成大工作角凸轮55的方式使控制轴65转动。
如果从小工作角凸轮54切换至大工作角凸轮55，则进气门24的关闭正时IVC从进气下止点附近被延迟，有效压缩比降低，从而燃烧扭矩降低，由此，能够抑制内燃机转速NE的急速上升(吹け上がり)。
在步骤S108中，对是否通过从小工作角凸轮54切换至大工作角凸轮55而结束了内燃机转速的急速上升这一情况进行判断。
具体而言，在如下等时刻判断为急速上升结束：暂时越过了完爆判定速度SL而上升变化的内燃机转速NE向接近完爆判定速度SL的方向开始进行减少变化的时刻；或者内燃机转速NE的加速度的绝对值成为阈值以下的时刻；或者内燃机转速包含在含有目标怠速转速的转速区域内的状态持续了固定的时间以上的时刻。
并且，当判断为内燃机转速NE的急速上升结束时，前进至步骤S109，从大工作角凸轮55返回至小工作角凸轮54，以更高的有效压缩比使内燃机2高效地运转。
但是，在起动时的初次进气冲程中，使用大工作角凸轮55来驱动进气门24是为了通过大工作角凸轮55的驱动使有效压缩比降低，以抑制提前点火的发生。因此，在不是提前点火的发生条件的情况下，能够从初次进气冲程开始使用小工作角凸轮54，以得到因较高的有效压缩比而产生的较高的燃烧扭矩。
因此，在图7的流程图所示、发动机控制器12对可变气门正时机构31的控制中，基于是否是提前点火的发生条件，来决定在初次进气冲程中使用大工作角凸轮55和小工作角凸轮54中的哪一个。
每隔固定的时间便执行图7的流程图，首先，在步骤S201中判断是否基于例如怠速停止要求等运转模式而产生了内燃机2的运转的停止指令，如果产生了停止指令，则前进至步骤S202，判断提前点火的产生条件是否成立。
具体而言，判断当时的冷却水温度TW和/或进气温度是否是高达预测出提前点火的发生的程度的区域的温度，在该温度处于预测出提前点火的发生的高温区域内的情况下，判断为提前点火的发生条件成立。
然后，在提前点火的发生条件成立的情况下，前进至步骤S203，在可变气门正时机构31中将用于进气门24的驱动的凸轮切换为大工作角凸轮55，以备重新起动。
另一方面，在提前点火的发生条件不成立的情况下，换而言之，在推断出不会发生提前点火的情况下，前进至步骤S204，将用于进气门24的驱动的凸轮保持为小工作角凸轮54。
在步骤S205中判断是否有例如怠速停止的解除要求等重新起动要求。
然后，当产生重新起动要求时，前进至步骤S206，使电动马达3起动，通过电动马达3的输出来驱动内燃机2的曲轴旋转，从而使内燃机2起动，并且，开始对内燃机2进行燃料喷射和点火。
在此，在当内燃机2停止时推断出重新起动时不会发生提前点火、并维持小工作角凸轮54地使内燃机2停止了的情况下，能够从初次进气冲程开始便以小工作角凸轮54来驱动进气门24，从而能够从初次进气冲程开始便以较高的有效压缩比进行燃烧，因此，能够提高内燃机转速NE的上升响应。
另一方面，如果当内燃机2停止时推断出重新起动时会发生提前点火这一情况，则切换至大工作角凸轮55，因此，在初次进气冲程中以大工作角凸轮55来驱动进气门24，从而能够通过有效压缩比较小的燃烧来抑制提前点火的产生。
当开始内燃机2的起动操作时，在步骤S207中判断在初次进气冲程中是设定成了以大工作角凸轮55来驱动进气门24、还是设定成了以小工作角凸轮54来驱动进气门24。
在步骤S207中基于提前点火的发生的预测而设定成在初次进气冲程中以大工作角凸轮55来驱动进气门24的情况下，前进至步骤S208。
在步骤S208中，在所有气缸中的第二个处于进气冲程的气缸的进气冲程中，即，在第二次进气冲程中，向小工作角凸轮54进行切换，以使进气门24的关闭正时IVC比初次进气冲程中的关闭正时IVC提前而接近进气下止点BDC。
即，在预测出会发生提前点火的情况下，通过在初次进气冲程中使用大工作角凸轮55来抑制提前点火的发生，并从第二次进气冲程开始使用小工作角凸轮54，从而从第二次进气冲程以后开始通过以较高的有效压缩比进行的燃烧来使内燃机转速NE快速上升。
另一方面，在预测出提前点火不会发生、并从初次进气冲程开始使用了小工作角凸轮54的情况下，通过在第二次进气冲程以后还连续使用小工作角凸轮54，能够使内燃机转速NE快速上升，因此，绕开步骤S208而前进至步骤S209。
在步骤S209中，判断在使用小工作角凸轮54来驱动进气门24的状态下内燃机转速NE是否处于完爆判定速度SL以上。
并且，在使用小工作角凸轮54获得了较高的有效压缩比的状态下，如果内燃机转速NE达到完爆判定速度SL，则前进至步骤S210，使电动马达3对内燃机2的起动停止，并且，此时以从大工作角凸轮55的基圆区域和副摇臂57抵接的气缸开始依次切换成大工作角凸轮55的方式使控制轴65转动。
如上述那样，通过切换至有效压缩比较低的大工作角凸轮55，能够抑制内燃机转速NE的急速上升。
在步骤S211中，对是否通过从小工作角凸轮54切换至大工作角凸轮55而结束了内燃机转速NE的急速上升这一情况进行判断。
并且，当判断为内燃机转速NE的急速上升结束时，前进至步骤S212，从大工作角凸轮55返回至小工作角凸轮54，以更高的有效压缩比使内燃机2运转。
但是，作为可变气门正时机构31，除了上述实施方式所示出的在小工作角凸轮54与大工作角凸轮55之间进行切换的机构外，也可以使用能够连续地改变关闭正时IVC的机构。
作为能够连续地改变关闭正时IVC的可变气门正时机构31，例如可以使用工作角可变机构31A和中心相位可变机构31B的组合，所述工作角可变机构31A能够通过图8和图9所示那样的结构来使最大气门升程量与工作角一起连续地改变，所述中心相位可变机构31B能够通过使凸轮轴相对于曲轴的旋转相位连续地改变来使工作角的中心相位连续地改变。
如图8所示，在进气门24的上方，被图外的曲轴驱动旋转的凸轮轴53沿着气缸排列方向被支撑成能够旋转。
摆动凸轮84以能够相对旋转的方式外嵌于凸轮轴53，该摆动凸轮84与进气门24的气门提升器24a抵接以驱动进气门24开闭。
用于连续改变进气门24的工作角和气门升程量的工作角可变机构31A设置在凸轮轴53和摆动凸轮84之间。
在凸轮轴53的一端部配设有中心相位可变机构31B，该中心相位可变机构31B通过使凸轮轴53相对于曲轴的旋转相位变化，来连续地改变进气门24的工作角的中心相位。
如图8和图9所示，工作角可变机构31A具有：圆形的驱动凸轮91，其偏心地固定设置于凸轮轴53；环状连杆92，其以能够相对旋转的方式外嵌于该驱动凸轮91；控制轴93，其与凸轮轴53大致平行地沿着气缸排列方向延伸；圆形的控制凸轮94，其偏心地固定设置于该控制轴93；摇臂95，其以能够相对旋转的方式外嵌于该控制凸轮94，且该摇臂95的一端与环状连杆92的末端连结；以及杆状连杆96，其与该摇臂95的另一端和摆动凸轮84连结。
控制轴93经由齿轮组98被马达97驱动旋转。
根据上述结构，当凸轮轴53与曲轴联动地旋转时，环状连杆92经由驱动凸轮91大致并进移动，同时，摇臂95绕控制凸轮94的轴心摆动，从而使摆动凸轮84经由杆状连杆96摆动，以驱动进气门24。
此外，通过控制马达97来使控制轴93的旋转角度变化，由此，使作为摇臂95的摆动中心的控制凸轮94的轴心位置变化，从而使摆动凸轮84的姿势发生变化。
由此，在保持进气门24的工作角的中心相位大致固定的状态下，进气门24的工作角和最大气门升程量连续地变化，根据该工作角的变化，进气门24的关闭正时IVC连续地变化。
并且，可以将工作角可变机构31A构成为根据工作角和最大气门升程量的变化来使工作角的中心相位也连续地变化。
来自用于检测控制轴93的旋转角CA的角度传感器99的检测信号被输入至发动机控制器12，为了使所述控制轴93转动至与目标气门升程量对应的目标角度位置，基于角度传感器99的检测结果对控制相对于马达97的供给电力的操作量进行反馈控制。
另一方面，作为中心相位可变机构31B，可以采用日本特开2010-077813号公报所公开的那样的叶轮式的中心相位可变机构，此外，也可以采用将螺旋形花键和电磁减速器组合而成的中心相位可变机构、或将螺旋形花键和油压组合而成的中心相位可变机构、或利用电磁制动力的中心相位可变机构等。此外，在使用油压的中心相位可变机构31B中，能够使用机械驱动的油泵或电动油泵。
根据图10的流程图来说明内燃机2中的发动机控制器12对可变气门正时机构31的控制，该内燃机2使用将工作角可变机构31A和中心相位可变机构31B组合而成的可变气门正时机构31。
另外，在本实施方式中，中心相位可变机构31B具备锁定机构，该锁定机构将工作角的中心相位机械地锁定在适合于起动时的中间的相位位置。
每隔固定的时间便执行图10的流程图所示出的程序，首先，在步骤S301中，判断是否基于例如怠速停止要求等运转模式而产生了内燃机2的运转的停止指令。然后，如果产生了内燃机2的停止指令，则前进至步骤S302，将工作角可变机构31A控制为默认的最小工作角，并通过中心相位可变机构31B的锁定机构将进气门24的工作角的中心相位锁定于起动时用的相位位置。
在步骤S303中判断是否有例如怠速停止的解除要求等重新起动要求。
然后，当产生重新起动要求时，前进至步骤S304，基于冷却水温度TW和/或进气温度来判断是否是提前点火的发生条件。
在提前点火的发生条件成立的情况下，前进至步骤S305，控制工作角可变机构31A，以使进气门24的工作角成为作为适于抑制提前点火的值而预先设定的目标大工作角。
所述目标大工作角设定成：在进气门24的工作角的中心相位被中心相位可变机构31B的锁定机构锁定于起动时用的相位位置的状态下，使进气门24的关闭正时例如为进气下止点BDC后的60deg～110deg的范围内、优选为ABDC(进气下止点BDC后)90deg附近的关闭正时IVC。
另一方面，在预测到不会发生提前点火的情况下，前进至步骤S306，控制工作角可变机构31A以使进气门24的工作角成为目标小工作角，该目标小工作角比所述目标大工作角小，并且该目标小工作角的关闭正时IVC比目标大工作角的关闭正时IVC更接近进气下止点BDC从而有效压缩比高。
所述目标小工作角设定成：在进气门24的工作角的中心相位被中心相位可变机构31B的锁定机构锁定于起动时用的相位位置的状态下，使进气门24的关闭正时IVC例如在从进气下止点BDC至进气下止点后的30deg的范围内。
在步骤S307中，使电动马达3起动，通过电动马达3的输出来驱动内燃机2的曲轴旋转，从而使内燃机2起动，并且，开始对内燃机2进行燃料喷射和点火。
当内燃机2开始起动时，在所有气缸中的最先处于进气冲程的气缸的进气冲程中，在预测到会发生提前点火的情况下，设定为下述这样的大工作角：使进气门24的关闭正时IVC成为在进气下止点后的90deg附近的第1关闭正时。
通过在初次的进气冲程中设定为使关闭正时IVC处于进气下止点后的90deg附近这样的大工作角，降低了初次进气冲程中的有效压缩比。因此，即使是容易发生提前点火的条件，也能够抑制提前点火的发生。
换而言之，将形成为能够抑制提前点火的产生的程度的较低的有效压缩比那样的第1关闭正时IVC设定在进气下止点BDC以后，将使进气门24在该第1关闭正时IVC关闭那样的工作角的目标作为目标大工作角进行设定，并基于该目标大工作角来控制工作角可变机构31A。
另一方面，在不是提前点火的发生条件的情况下，在初次的进气冲程中，设定为下述这样的小工作角：与是提前点火的发生条件的情况相比使进气门24的关闭正时IVC更接近进气下止点BDC，从而使得有效压缩比变得更高。
如果能够从初次的进气冲程开始以较高的有效压缩比进行燃烧，则能够从初爆获得较高的燃烧扭矩，使内燃机转速的上升响应加快，从而能够缩短起动时间，进而能够节约起动所需要的电池电力。
在步骤S308中，在初次的进气冲程中设定为使进气门24的关闭正时IVC处于进气下止点后的90deg附近这样的大工作角的情况下，在初次的进气冲程结束后，详细而言，在所有气缸中的最先处于进气冲程的气缸的进气门24的关闭正时IVC以后，对工作角可变机构31A进行控制，以变更为使进气门24的关闭正时IVC成为更加接近进气下止点BDC的关闭正时IVC的小工作角。
在此，由于进气门24的工作角的中心相位固定，因此，当将工作角变更得较小时，打开正时IVO延迟，关闭正时IVC提前，关闭正时IVC接近进气下止点。
由此，从所有气缸中的第二个处于进气冲程的气缸的进气冲程开始，关闭正时IVC比初次的进气冲程更接近进气下止点BDC，从而能够以更高的有效压缩比进行燃烧。因此，一边抑制提前点火的发生，一边在第二次进气冲程以后获得较高的燃烧扭矩，从而能够使内燃机转速NE的上升响应加快，并能够缩短起动时间，进而能够节约起动所需要的电池电力。
在将能够通过工作角可变机构31A而改变的工作角设定为使关闭正时IVC处于进气下止点或进气下止点稍后的目标小工作角的情况下，如前述那样，因有效压缩比的增大而使燃烧扭矩增加，从而使转速的上升加速，但是，当转速的上升加快时，相应地存在超调量变大的可能性。
因此，为了抑制内燃机转速的超调量而进行以下处理。在步骤S309中，判断内燃机转速NE是否处于完爆判定速度SL以上。
完爆判定速度SL是能够判断出下述情况的转速：即便使电动马达3对内燃机2的起动停止，内燃机2也能够独立地继续旋转，该完爆判定速度SL例如设定为1000rpm左右。
如果内燃机转速NE达到了完爆判定速度SL，则无需通过电动马达3来进行内燃机2的起动，此外，如果依旧继续维持有效压缩比较高的形成为下止点附近的第2关闭正时IVC的工作角，则存在内燃机转速NE相对于目标怠速转速的超调量变得过大的可能性。
因此，在控制为目标小工作角的状态下，如果内燃机转速NE达到了完爆判定速度SL，则前进至步骤S310，使电动马达3对内燃机2的起动停止，同时，将能够通过工作角可变机构31A而改变的工作角控制为所述目标大工作角。
在所述目标大工作角下，进气门24的关闭正时IVC向进气下止点后延迟，有效压缩比降低，因此，能够抑制内燃机转速NE的超调。
在步骤S311中，判断是否通过将工作角变更为目标大工作角而结束了内燃机转速NE的急速上升。
并且，如果判断为内燃机转速NE的急速上升结束，则前进至步骤S312，终止起动时用的工作角控制，基于例如内燃机负载或内燃机转速等内燃机运转条件来设定目标工作角，并根据该目标工作角来控制工作角可变机构31A。此外，解除中心相位可变机构31B的锁定机构的锁定状态，基于例如内燃机负载或内燃机转速等内燃机运转条件来设定目标中心相位，并根据该目标中心相位来控制中心相位可变机构31B。
在上述实施方式中，在起动时，通过工作角可变机构31A来变更进气门24的工作角和关闭正时IVC，然而，也可以通过与工作角可变机构31A对工作角的变更并行地进行中心相位可变机构31B对中心相位的变更，来控制起动时的进气门24的关闭正时IVC。此外，在不具备工作角可变机构31A、而具备响应较快的电动式中心相位可变机构31B的情况下，通过中心相位可变机构31B，能够控制起动时的进气门24的关闭正时IVC。
但是，在连续地变更工作角或工作角的中心相位的机构的情况下，控制量的切换响应较慢，难以将初次的进气冲程设定为大工作角、并从第二次以后的进气冲程开始响应良好地切换为较小的目标工作角。对此，如果使用切换成小工作角凸轮54和大工作角凸轮55中的任何一个的机构，则能够在初次进气冲程和第二次进气冲程中控制为各自的目标工作角，从而能够高水平地兼顾提前点火的抑制和内燃机转速NE的上升响应的提高。
此外，在使用了将工作角可变机构31A和中心相位可变机构31B组合而成的可变气门正时机构31的内燃机2中，在中心相位可变机构31B能够在内燃机停止状态或起动时那样的低旋转区域中改变中心相位的情况下，可以通过中心相位可变机构31B对中心相位的变更，来控制所有气缸中的最先处于进气冲程的气缸的进气冲程中的进气门24的关闭正时IVC、和与从起动开始第二次进气冲程对应的气缸的进气冲程中的进气门24的关闭正时IVC。
将2010年9月21日提交的日本专利申请No.2010-210923的全部内容作为参考引用于此。
虽然在本发明中仅对所选的实施方式进行了说明，但是显然本领域技术人员可以根据这些公开内容在不脱离权利要求书所界定的本发明的范围内进行各种变更和修改。
本发明的实施方式中的上述内容仅用于进行说明解释，并不用来限定由权利要求书及其等同方式所界定的本发明。

Claims (18)

1.一种可变气门正时机构的控制装置，其对用于变更内燃机的进气门的关闭正时的可变气门正时机构进行控制，所述可变气门正时机构的控制装置的特征在于，
在所述内燃机起动时，将所有气缸中的最先处于进气冲程的气缸的进气冲程中的所述进气门的关闭正时控制为比进气下止点靠延迟角侧的第1关闭正时，
从所述内燃机的起动开始到与第二次进气冲程对应的气缸的进气冲程中的所述进气门的关闭正时为止，将所述进气门的关闭正时变更为比所述第1关闭正时接近进气下止点的第2关闭正时。
2.根据权利要求1所述的可变气门正时机构的控制装置，其特征在于，
在所述内燃机的起动开始后所述内燃机的转速变得比判定速度要高的情况下，将所述进气门的关闭正时从所述第2关闭正时变更为所述第1关闭正时。
3.根据权利要求1所述的可变气门正时机构的控制装置，其特征在于，
对是否是提前点火发生的条件进行判断，
在不是所述提前点火发生的条件的情况下，在所述内燃机起动时，将所有气缸中的最先处于进气冲程的气缸的进气冲程中的所述进气门的关闭正时控制为所述第2关闭正时。
4.根据权利要求3所述的可变气门正时机构的控制装置，其特征在于，
基于所述内燃机的冷却水的温度和所述内燃机的进气的温度中的至少一方，对是否是提前点火发生的条件进行判断。
5.根据权利要求1所述的可变气门正时机构的控制装置，其特征在于，
在所述内燃机起动时，对在所述内燃机的停止状态下停止于进气冲程中途的气缸进行最初的燃料喷射。
6.根据权利要求1所述的可变气门正时机构的控制装置，其特征在于，
所述第2关闭正时是所述内燃机的有效压缩比最大的正时。
7.根据权利要求1所述的可变气门正时机构的控制装置，其特征在于，
所述第2关闭正时是进气下止点。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的可变气门正时机构的控制装置，其特征在于，
在所述内燃机停止时，预先将所述进气门的关闭正时控制为所述第1关闭正时，由此，在所述内燃机起动时将最先处于进气冲程的气缸的进气冲程中的所述进气门的关闭正时控制为所述第1关闭正时。
9.根据权利要求1～7中的任一项所述的可变气门正时机构的控制装置，其特征在于，
在混合动力机动车中，所述内燃机和电动马达一同作为动力源使用，
基于所述混合动力机动车的运转模式所产生的起动指令，来进行所述内燃机的起动。
10.根据权利要求1～7中的任一项所述的可变气门正时机构的控制装置，其特征在于，
所述可变气门正时机构是通过利用马达使控制轴旋转来对所述进气门的工作角不同的两种凸轮进行切换的机构，
在利用所述两种凸轮中的工作角较大的一种凸轮来驱动所述进气门的情况下，所述进气门的关闭正时是所述第1关闭正时，在利用所述两种凸轮中的工作角较小的一种凸轮来驱动所述进气门的情况下，所述进气门的关闭正时是所述第2关闭正时。
11.根据权利要求1～7中的任一项所述的可变气门正时机构的控制装置，其特征在于，
所述可变气门正时机构包括：工作角可变机构，其能够通过利用马达使控制轴旋转，来连续地改变所述进气门的工作角和最大气门升程量；和中心相位可变机构，其能够通过使凸轮轴相对于曲轴的旋转相位变化，来连续地改变所述进气门的工作角的中心相位，
此外，所述中心相位可变机构包括锁定机构，该锁定机构将所述进气门的工作角的中心相位锁定在起动时用相位，
在利用所述锁定机构将所述进气门的工作角的中心相位锁定在起动时用相位的状态下，通过利用所述工作角可变机构使所述进气门的工作角变化，来将所述进气门的关闭正时控制为所述第1关闭正时和所述第2关闭正时中的任何一个。
12.一种可变气门正时机构的控制方法，其对用于变更内燃机的进气门的关闭正时的可变气门正时机构进行控制，其特征在于，
所述可变气门正时机构的控制方法包括下述步骤：
在所述内燃机起动时，将所有气缸中的最先处于进气冲程的气缸的进气冲程中的所述进气门的关闭正时控制为比进气下止点靠延迟角侧的第1关闭正时，
从所述内燃机的起动开始到与第二次进气冲程对应的气缸的进气冲程中的所述进气门的关闭正时为止，将所述进气门的关闭正时变更为比所述第1关闭正时接近进气下止点的第2关闭正时。
13.根据权利要求12所述的可变气门正时机构的控制方法，其特征在于，
所述可变气门正时机构的控制方法还包括下述步骤：
在所述内燃机的起动开始后，对所述内燃机的转速是否比判定速度高进行判断，
在所述内燃机的转速变得比所述判定速度要高的情况下，将所述进气门的关闭正时从所述第2关闭正时变更为所述第1关闭正时。
14.根据权利要求12所述的可变气门正时机构的控制方法，其特征在于，
所述可变气门正时机构的控制方法还包括下述步骤：
对是否是提前点火发生的条件进行判断，
在不是所述提前点火发生的条件的情况下，在所述内燃机起动时，将所有气缸中的最先处于进气冲程的气缸的进气冲程中的所述进气门的关闭正时控制为所述第2关闭正时。
15.根据权利要求12所述的可变气门正时机构的控制方法，其特征在于，
所述可变气门正时机构的控制方法还包括下述步骤：
在所述内燃机起动时，对在所述内燃机的停止状态下停止于进气冲程中途的气缸进行最初的燃料喷射。
16.根据权利要求12～15中的任一项所述的可变气门正时机构的控制方法，其特征在于，
控制为所述第1关闭正时的步骤在所述内燃机停止时预先将所述进气门的关闭正时控制为所述第1关闭正时。
17.根据权利要求12～15中的任一项所述的可变气门正时机构的控制方法，其特征在于，
所述可变气门正时机构是通过利用马达使控制轴旋转来对所述进气门的工作角不同的两种凸轮进行切换的机构，
控制为所述第1关闭正时的步骤通过利用所述两种凸轮中的工作角较大的一种凸轮驱动所述进气门，来将所述进气门的关闭正时设定为所述第1关闭正时，
控制为所述第2关闭正时的步骤通过利用所述两种凸轮中的工作角较小的一种凸轮驱动所述进气门，来将所述进气门的关闭正时设定为所述第2关闭正时。
18.根据权利要求12～15中的任一项所述的可变气门正时机构的控制方法，其特征在于，
所述可变气门正时机构包括：工作角可变机构，其能够通过利用马达使控制轴旋转来连续地改变所述进气门的工作角和最大气门升程量；和中心相位可变机构，其能够通过使凸轮轴相对于曲轴的旋转相位变化来连续地改变所述进气门的工作角的中心相位，
此外，所述中心相位可变机构包括锁定机构，该锁定机构将所述进气门的工作角的中心相位锁定在起动时用相位，
控制为所述第1关闭正时的步骤在利用所述锁定机构将所述进气门的工作角的中心相位锁定在起动时用相位的状态下，对所述工作角可变机构进行控制以形成使所述进气门的关闭正时为所述第1关闭正时的工作角，
控制为所述第2关闭正时的步骤在利用所述锁定机构将所述进气门的工作角的中心相位锁定在起动时用相位的状态下，对所述工作角可变机构进行控制以形成使所述进气门的关闭正时为所述第2关闭正时的工作角。
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