CN115917129A - 可变阀正时装置的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的技术问题是获得一种可变阀正时装置的控制装置，在内燃机即将停止之前到内燃机停止之后，可以将相位控制在任意的固定阀正时。本发明的可变阀正时装置的控制装置的特征在于，在内燃机的发动机停止处理过程中，进行如下控制：正常控制，在曲柄轴的转速为第1阈值以上时，使凸轮轴的相对旋转相位向最提前角位置或最延迟角位置变化；以及低旋转控制，在从曲柄轴的转速低于第1阈值起到成为零旋转的期间，将提供给电动机的电流或电压固定为恒定，将凸轮轴的相对旋转相位保持在最提前角位置或最延迟角位置。

Description

可变阀正时装置的控制装置
技术领域
本发明涉及可变阀正时装置的控制装置，其使将以电动机为驱动源的进气阀或排气阀的阀正时(开闭正时)变化。
背景技术
以往，对于作为内燃机的输出轴的曲柄轴，存在正时滑轮、链轮或齿轮等作为用于使进气阀用凸轮轴、排气阀用凸轮轴同步旋转的驱动力传递机构，而装配在它们中、根据内燃机的运转状态来调整进气阀的阀正时的可变阀正时装置是已知的。近年来，从液压式可变阀正时装置逐渐向电动式可变阀正时装置替换，其可控温度和可控发动机转速有扩大的趋势。但是，在现有的电动式可变阀正时装置中，特别是在发动机低转速下的控制比较困难，在汽车的发动机停止时，难以将进气阀的阀正时控制在任意的定时。实际上一直采取的方式是控制在所谓可变阀正时装置的默认位置和机械到位的位置，等待下次的发动机启动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2009－197591号公报
专利文献2：日本专利特开2019－157750号公报
专利文献3：日本专利特开2018－131985号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
电动式可变阀正时装置包括用于使驱动进气阀或排气阀的凸轮轴的相位变化的机构。本机构中，来自电动机的输出由减速器放大并传递到凸轮轴。如果想在内燃机下次启动时从任意的阀正时启动，那么在停止过程中即使对电动机通电也很难转换凸轮轴的相位，因此最好在内燃机即将停止之前转换凸轮轴的相位。内燃机运行过程中的凸轮轴的相位是根据凸轮角传感器和曲柄角传感器的相对值来计算的，但在内燃机即将停止之前，随着转速的降低，检测周期出现粗糙，由凸轮角传感器和曲柄角传感器获取的信号会变得极端粗糙，因此存在难以将阀正时控制在正确的相位的问题。
针对这种问题，作为目前的公知例中的可变阀正时装置的控制方式，例如日本专利特开2009-197591号公报(专利文献1)的控制方式中，对向电动机的供电作业进行占空比控制以使其逐渐接近目标提前角位置，防止在目标相位处的过冲。
进一步地，在日本专利特开2019-157750号公报(专利文献2)的控制方式中，液压式可变阀正时装置中，通过使发动机由主机电动机驱动的曲柄起动状态下的进气阀的阀正时延迟，从而降低实际压缩比，降低曲柄起动时的所需能量。
在上述专利文献1中，记载了可变阀正时装置中以防止过冲为目的的目标相位附近的控制，但是对于发动机停止时的动作没有记载，因此难以从任意的相位重新启动发动机。而在上述专利文献2中，通过液压式的可变阀正时装置实现了将发动机重新启动时的进气阀控制在任意位置的状态，但是还存在如下问题：不能在电动式的可变阀正时装置中展开，并且没有考虑应用于快闭型的米勒循环发动机。
本发明考虑到这种内燃机在低旋转时的问题，其目的在于提供一种可变阀正时装置的控制装置，在电动可变阀正时装置中，在内燃机即将停止之前到内燃机停止之后，可以将相位控制在任意的固定阀正时。
解决技术问题的技术方案
为了达到上述目的，本发明的可变阀正时装置的控制装置中，该控制装置适用于具备通过调整连接到凸轮轴的电动机的电动机转速来改变所述凸轮轴相对于内燃机的曲柄轴的相对旋转相位的可变阀正时装置的内燃机，具有控制所述可变阀正时装置的控制部，其特征在于，所述控制部在所述内燃机的发动机停止处理过程中，进行如下控制：正常控制，在所述曲柄轴的转速为第1阈值以上时，根据所述曲柄轴的转速来调整提供给所述电动机的电流或电压，使所述凸轮轴的相对旋转相位向最提前角位置或最延迟角位置变化；以及低旋转控制，在从所述曲柄轴的转速低于第1阈值起到成为零旋转的期间，将提供给所述电动机的电流或电压固定为恒定，将所述凸轮轴的相对旋转相位保持在最提前角位置或最延迟角位置。
发明效果
根据本发明，可以将进气阀的阀正时的相位控制在最提前角位置或最延迟角位置，直到曲柄轴的转速降低至任意的转速，内燃机完全停止。与本发明相关的其他特征将从本说明书的描述、附图中变得显而易见。另外，上述以外的问题、结构及效果通过以下实施方式的说明来进行明确。
附图说明
图1是应用本发明的可变阀正时装置的控制装置的本实施方式的发动机系统的结构图。
图2是表示本实施方式的可变阀正时装置的整体结构的图。
图3是本实施方式的可变阀正时装置中的减速器的剖视图。
图4是本实施方式的可变阀正时装置的控制装置的控制框图。
图5是表示搭载早闭米勒循环发动机时(实施例1)的进气凸轮轴最提前角时的进气/排气凸轮的分布的图。
图6是表示搭载早闭米勒循环发动机时(实施例1)的进气凸轮轴最延迟角时的进气/排气凸轮的分布的图。
图7是利用图5所示的进气分布来转动发动机循环时的发动机缸内的示意图。
图8是表示发动机停止处理中的发动机转速的变化的图。
图9是说明从发动机停止到重新启动时的发动机转速、进气阀的相位和指示占空比的关系的图。
图10是说明从发动机停止到重新启动时的发动机转速、进气阀的相位和向电路的负载电流的关系的图。
图11是用于说明发动机停止时的进气阀的相位控制的流程图。
图12是表示发动机停止时的正常控制时的发动机转速与PWM信号的关系的图。
图13是表示发动机停止时的低旋转控制时的发动机转速与PWM信号的关系的图。
图14是表示用于说明发动机停止时的进气阀的相位控制的流程图的图。
图15是表示发动机启动时的正常控制时的发动机转速与PWM信号的关系的图。
图16是表示发动机启动时的低旋转控制时的发动机转速与PWM信号的关系的图。
图17是表示搭载迟闭米勒循环发动机时(实施例2)的进气凸轮轴最提前角时的进气/排气凸轮的分布的图。
图18是表示搭载迟闭米勒循环发动机时(实施例2)的进气凸轮轴最延迟角时的进气/排气凸轮的分布的图。
具体实施方式
以下，利用附图，对本发明的可变阀正时装置的具体实施例进行说明。另外，在各图中，赋予相同标号的部分表示相同或相当的部分。
[实施例1]
＜发动机结构＞
图1是应用本发明的可变阀正时装置的本实施方式的发动机系统的结构图。
本实施方式的发动机系统是搭载行驶用牵引电动机和发电专用发动机的串联式混合动力汽车的系统。在串联式混合动力汽车中，当电池充电容量低于某个阈值时，使发动机动作而发电，当电池充电容量高于某个阈值时，进行控制使得发动机停止。
发动机是由四循环发动机组成的内燃机，燃烧室由气缸盖1、气缸体2和插入气缸体2的活塞3形成。活塞3经由连杆4连结到曲柄轴5，利用曲柄角传感器6可以检测曲柄轴的转速、即发动机转速。
朝向燃烧室连接有进气管7和排气管8。进气管7和排气管8相对于一个气缸分别分岔成两个而连接，并且进气阀9和排气阀10分别设置有两个，以打开和关闭向燃烧室开口的开口部。在进气阀9和排气阀10的上部分别设置有进气凸轮11和排气凸轮12，并且通过这些凸轮11和12的旋转，打开和关闭进气阀9和排气阀10。在未图示的发动机侧部设有与进气凸轮连结的进气凸轮滑轮、与排气凸轮连结的排气凸轮滑轮和与曲柄轴5连结的曲柄轴滑轮，它们之间通过正时皮带连接。由此，在发动机动作时曲柄轴5旋转，从而进气凸轮11和排气凸轮12旋转。曲柄滑轮和凸轮滑轮的大小设定为当曲柄轴5旋转两圈时进气凸轮11和排气凸轮12旋转一圈。在进气凸轮11的凸轮轴设置有能够变更相对于曲柄轴5的相位(相对旋转相位)的可变阀正时装置27。可变阀正时装置27具有通过调整连结到凸轮轴的电动机(VTC电动机)的电动机转速来使进气凸轮11的凸轮轴相对于曲柄轴5的相位变化的结构。在曲柄轴5连结有电动发电机，该电动发电机在发电时用作发电机，并且在发动机启动或停止时用作电动机。在进气凸轮11设置进气凸轮角传感器13，检测凸轮角的转速。
在燃烧室的进气侧设置喷射器14，在燃烧室的上部设置火花塞15和点火线圈16。燃料存储在燃料箱17中，并利用进料泵18通过燃料管发送到高压燃料泵19。高压燃料泵19由排气凸轮12驱动，升压后的燃料被发送到共轨20。燃料压力传感器21设置在共轨20上，可以检测燃料压力。共轨20和设置在各气缸中的喷射器14通过燃料管连接。
三元催化剂22设置在排气管8的前端，氧传感器23设置在其下游。温度传感器24设置在三元催化剂22中，检测三元催化剂22的温度。在气缸体2设置有用于测量流过气缸体2的水温的水温传感器25。
水温和发动机转速的信号被输入到发动机控制单元(ECU)26，根据这些信息来控制燃料喷射的开启/关闭、可变阀正时装置27的相位。也就是说，ECU 26构成可变阀正时装置27的控制装置。ECU 26具有CPU、存储器，CPU构成可变阀正时装置27的控制装置的控制部。
＜电动式可变阀正时装置的整体结构和驱动原理＞
通过将由上述曲柄角传感器6和凸轮角传感器13检测到的曲柄轴5和进气凸轮11、排气凸轮12的转速信号输入到ECU 26，从而计算曲柄轴5和凸轮轴之间的相对相位差。在本发动机结构中，曲柄角为每6deg.CA获得角度，凸轮角为每180deg.CA获得角度。设置在上述进气凸轮11的可变阀正时装置27设为电动式，其结构如图2和图3所示。
电动式可变阀正时装置27从进气凸轮11侧起，包括具有链轮27d的减速器27a、进气凸轮驱动用电动机27b和控制单元27c。图3示出减速器27a的剖视图。另外，对于电动式可变阀正时装置27的机械结构部分的结构，例如可以应用专利文献3所示的结构。在上述控制单元27c内部，具有通用IC27c-a和电动机驱动器27c-b作为用于电动机驱动的运算部。图4示出基于这些的本实施例的控制框图。
接下来，将描述本实施例中的直到阀正时装置的ECU 26获取进气凸轮驱动用电动机27b的实际转速和旋转方向的信息为止的获取路径。首先，通过设置在控制单元27c中的霍尔IC检测进气凸轮驱动用电动机27b的旋转，并通过设置在控制单元内的电路中的通用IC 27c-a获取所产生的电压。在通用IC27c-a内部，将输入的电压转换为进气凸轮驱动用电动机27b的转速和旋转方向，并输出到ECU 26，从而ECU 26获取电动机转速和旋转方向的信息。
此外，寻求计算逐次的最佳可变阀正时装置27的相位并将其控制在适当的相位。因此，ECU 26基于上述实际相位的计算结果，根据要求发动机转速和要求发动机转矩计算适当的阀正时。将计算出的适当的阀正时在ECU 26中转换为上述可变阀正时装置27的进气凸轮驱动用电动机27b的目标旋转方向和目标转速，并且将其作为占空比控制的PWM信号发送到阀正时装置的控制单元27c。
在控制单元27c中，经由目标电动机速度接收部，由通用IC 27c-a接收电动机目标转速和电动机目标旋转方向的指示。在通用IC 27c-a中，获取上述可变阀正时装置27的进气凸轮驱动用电动机27b的实际转速和实际旋转方向，并根据电动机目标旋转方向和电动机目标转速的信号施加反馈控制，然后将信号发送到电动机驱动器27c-b，以获得适当的电动机转速。电动机驱动器27c-b将其转换为UVW的三相交流信号，并将其作为UVW驱动信号输出到进气凸轮驱动用电动机27b，从而驱动进气凸轮驱动用电动机27b。进气凸轮驱动用电动机27b由作为UVW驱动信号从电动机驱动器27c-b提供的电流和电压驱动。
在本实施例中的通用IC 27c-a中，接收来自ECU 26的进气凸轮驱动用电动机27b的旋转方向和转速指令的信号具有以下规格。设与凸轮轴的旋转方向相同方向的旋转为正旋转，相反方向的旋转为反旋转，正旋转/反旋转根据输入PWM的频率来区分。正旋转为100Hz，反旋转为200Hz。
通常，曲柄轴5的转速：进气凸轮11的转速为2：1，但是为了利用可变阀正时装置27转换曲柄轴5和进气凸轮11的相位，需要将进气凸轮11的转速控制得高于或低于曲柄轴5的转速的1/2倍。将凸轮轴的转速瞬间提高，将进气阀或排气阀10在发动机循环内朝早开早关方向进行相位控制，将其称为提前角控制，另一方面，将转速瞬间控制得较低，将进气阀或排气阀10在发动机循环内朝迟开迟关方向进行相位控制，将其称为延迟角控制。
这里，对于通过搭载可变阀正时装置27来执行米勒循环的发动机类型，存在迟闭米勒循环和早闭米勒循环。在本实施例中，假定将可变阀正时装置27搭载在进气凸轮11上，并且能够进行早闭米勒循环的类型的发动机。早闭米勒循环是指在四次循环发动机的进气冲程中，活塞3到达下止点之前关闭进气阀9的发动机冲程。本实施例中举出的发动机具有通过搭载的电动式可变阀正时装置27将进气凸轮11向提前角侧进行相位转换来使得上述早闭米勒循环能成立的结构。
这里，将描述电动式可变阀正时装置27的进气凸轮11和曲柄轴5的相位转换方法。图3(1)是示出减速器27a处于最提前角的状态的图，图3(2)是示出减速器27a处于最延迟角的状态的图。如图3所示，上述电动式可变阀正时装置27的减速器27a在内部结构中包括具有凹部27j的驱动旋转体27e和具有凸部27i的从动旋转体27h。减速器27a具有驱动旋转体27e的凹部27j嵌合到从动旋转体27h的凸部27i的形状。凸部27i沿着进气凸轮11的凸轮轴的旋转方向在凹部27j内往复运动，并且与凹部27j的一侧的最提前角止动件27f或另一侧的最延迟角止动件27g抵接，从而成为针对上述的进气凸轮11的相位物理地确定最提前角位置和最延迟角位置的机构，能进行物理上的最提前角位置和最延迟角位置的范围内的相位转换。构成为通过进气凸轮11的驱动旋转体27e和从动旋转体27h的相位偏移，连接到驱动旋转体27e的进气凸轮11和经由正时皮带连接到从动旋转体27h的曲柄轴5的相位被转换。
＜发动机低旋转时的可变阀正时搭载目的与工作原理＞
接下来，基于上述可变阀正时装置27的相位转换驱动原理，示出发动机停止处理时的动作序列。发动机停止处理时的对可变阀正时装置27的要求动作是通过可变阀正时装置27的控制装置控制进气凸轮11的相位，使其在发动机停止前处于最提前角位置，并在保持上述相位的同时使发动机完全停止(零旋转)。
如果通过上述发动机停止处理时的相位控制，即使在发动机完全停止时也能够将进气凸轮11的相位保持在最提前角位置，则即使在下次发动机重新启动时，也能够使进气凸轮11的相位从最提前角位置重新启动。作为在将进气阀9的阀正时控制在最提前角位置的状态下重新启动发动机的效果，可举出在通过初爆前的发电机提高旋转的电动机运转期间，导致向发动机缸内的进气流量下降。在发动机启动时，进入发动机缸内的进气流量降低，从而减少发动机压缩冲程中的空气流量，因此减少泵送损耗。抑制电动机运转期间的泵送损耗减小了施加于活塞3的上下运动的负载，并且抑制了发动机转速上升时的转速变动。最终通过这种对发动机转速变动的抑制，可以减少重新启动发动机时的振动。因此，以将发动机重新启动时的进气凸轮11的相位设为最提前角位置为本实施例中的要求。
图5示出了本实施例中进气阀9的最提前角时的分布，图6示出了最延迟角时的分布。此外，图5和图6中的进气阀9的分布用标号9a(最提前角分布)和标号9b(最延迟角分布)表示，排气阀10的分布用标号10a表示。减速器27a中在物理最提前角位置处的发动机循环动作是进气阀9的最提前角分布9a。也就是说，在本实施例中，以图5中的进气阀9的分布、即将进气阀9的阀正时超前至最提前角位置的状态下执行发动机重新启动为目的。
在本实施例中的进气凸轮11和排气凸轮12的作用角为180deg.CA，当将进气凸轮11设置为最提前角的相位时，进气凸轮11的相位提前到IVC140deg.CA_ABDC(曲柄轴5在进气下止点之后旋转140deg的角度之后进气阀关闭的阀正时)。因此，图7示出将进气凸轮11控制在最提前角位置时发动机循环中的各场景的发动机缸内的状态。通过将本结构中的进气凸轮11的相位控制为IVC 140deg.CA_ABDC来启动发动机，与以往的发动机启动(IVC60deg.CA_ABDC)相比，压缩冲程时施加到活塞3的压缩负载减少到大约1/3左右。
如上述那样，通过相对于由ECU 26获得的曲柄角传感器6和进气凸轮角传感器13的转速，对可变阀正时装置27中的进气凸轮驱动用电动机27b的转速进行反馈控制，从而ECU 26计算进气凸轮11相对于搭载有可变阀正时装置27的发动机的曲柄轴5的旋转的相位。当发动机转速为恒定值以上时，可以通过上述方法毫无问题地计算进气凸轮11的相位。然而，在发动机即将停止之前或发动机刚重新启动之后等发动机转速低于恒定值的发动机低旋转区域中，使用上述方法难以计算。作为其理由，在以每6deg检测曲柄轴5的转速的曲柄角传感器6中，在发动机低旋转区域中，对于时间，输入到曲柄角传感器6的信号之间的间隔变得粗糙，检测周期出现粗糙。
因此，在本实施例中，在发动机低旋转区域中，通过从正常控制切换到特殊控制的方法，实现进气凸轮11的相位保证。发动机停止序列中的从发动机低旋转时到发动机停止后的、每个时间序列的动作名称的定义如图8所示。
从收到来自ECU 26的发动机停止要求并停止燃料喷射装置的燃料喷射到发动机转速完全为零旋转为止的被称为惰性运转(coasting)的期间定义为“发动机停止处理过程中”的期间。在经过发动机停止处理过程中的期间，发动机转速完全达到零旋转之后的期间定义为“发动机停止后”。图9示出从发动机动作过程中到发动机停止处理过程中、发动机停止后和下次发动机重新启动时的发动机转速、进气凸轮11的相位以及指示占空比的一系列序列。另外，一系列序列中的来自电池的流入电源供给线路的电流值的历史如图10所示。这里的指示占空比是指基于图4所示的从ECU 26到可变阀正时装置27的控制单元27c的PWM信号的电动机转速和电动机的旋转方向指示。
<本实施例的应用定时的定义>
接下来，对本实施例中的控制流程进行说明。在本实施例中，在ECU 26的燃料切断信号接通的状态下，将发动机转速200rpm定义为控制的切换条件(第1阈值)，将发动机转速200rpm以上的区域定义为正常控制区域，将发动机转速小于200rpm的区域定义为低旋转控制区域。
示出发动机转速下的正常控制和低旋转控制的判断方法的流程图如图11所示。另外，发动机停止时的占空比控制的示意图如图12和图13所示。图12示出作为正常控制，占空比与发动机转速成比例切换的情况，图13示出作为低旋转控制，不与发动机转速成比例而以恒定的占空比发出指令的情况。以下，将图11所示的流程图按步骤分开进行说明。在本流程图中，以发动机动作过程中为开始条件，以发动机停止后为结束条件。
《步骤S01》
在发动机动作过程中的可变阀正时装置27的控制如上所述，作为正常控制，将具有与ECU 26基于来自曲柄角传感器6的信号计算出的发动机转速成比例的占空比的PWM信号输出到控制单元27c。
《步骤S02》
ECU 26判断是否满足发动机停止标志。例如，确认电池充电容量。此时，将电池充电容量达到上限值的状态设为发动机停止准备完成。在电池充电容量未达到上限值的状态下，只要不进行钥匙关闭，即使车辆因交通信号或堵塞等而停止，发动机也不会熄火。
《步骤S03》
发动机在停止之前，会经历转移至停止燃料喷射的燃料切断运转的过程。此时，由于不需要发动机转矩，因此发动机进入燃料切断运转模式，将从ECU 26到喷射器14的燃料喷射信号断开，停止向燃烧室的燃料供给。在燃料切断后的燃料切断运转期间中，发动机因惯性而旋转，最终发动机转速为零。因此，将确认燃料喷射停止作为转移至发动机低旋转控制的标志之一。
《步骤S04、S05》
在开始燃料切断的同时，ECU 26执行控制，使得进气凸轮11的相位相对于可变阀正时装置27提前。燃料切断后的进气凸轮11的目标相位被设为最提前角位置(图5中进气凸轮的最提前角分布9a)，并且将完成到最提前角位置的相位转换作为转移到发动机低旋转控制的标志之一。
《步骤S06、S07》
作为在正常控制和低旋转控制之间切换的条件，如上所述，将发动机转速(＝曲柄轴的转速)作为阈值来切换。本实施例中的第1阈值设为发动机转速200rpm来进行说明。即，如上所述，进入低旋转控制的条件是发动机转速小于200rpm，且燃料切断，且进气凸轮11被相位控制在最提前角位置的与逻辑条件。
《步骤S08》
如上所述，在燃料切断状态下，当发动机转速低于200rpm的瞬间，从图12所示的正常控制切换到图13所示的低旋转控制，并且从ECU 26输出到可变阀正时装置27的控制单元27c的PWM信号的占空比固定为规定值10％。当从ECU 26向控制单元27c以占空比10％发出指令时，原本成为相当于电动机转速100rpm的转速的指令(发动机转速换算为200rpm)。
然而，由于进气凸轮11的相位已经由可变阀正时装置27控制在物理上的最提前角位置，因此进气凸轮驱动用电动机27b只能产生与其定时的实际发动机转速相对应的电动机转速。例如，进气凸轮驱动用电动机27b在发动机100rpm时的转速变为50rpm。也就是说，在直到发动机完全停止的期间，在最提前角位置进一步在提前角方向上，即在从动旋转体27h的凸部27i压向驱动旋转体27e的最提前角止动件27f的方向上，继续产生过量的电动机转矩。因此，进气凸轮11可以保持相位控制在最提前角位置的状态，直到发动机完全停止。
此外，通过将低旋转控制时的占空比固定为10％，可以降低施加到可变阀正时装置27的控制单元27c中的电路和各电路部件的电流或电压。这里，当来自ECU 26的PWM输出的占空比不固定为10％而向控制单元27c发出转速指令时，可变阀正时装置27的进气凸轮驱动用电动机27b可能产生过大的电动机转矩，从而可能引起进气凸轮驱动用电动机27b的加热所导致的故障、或电路部件的发热所导致的故障。
另一方面，如果从ECU 26提供给控制单元27c的占空比的指令过小，则进气凸轮驱动用电动机27b的电动机转矩过小，并且受到与曲柄轴5的旋转联动的进气凸轮11的旋转中的凸轮反作用力等的影响，从动旋转体27h的凸部27i可能与驱动旋转体27e的凹部27j的最提前角止动件27f远离，从而使进气凸轮11的相位从最提前角位置向延迟角侧偏移。因此，在发动机低旋转时切换的固定的占空比所产生的转速指示需要根据所搭载的发动机种类、凸轮宽度和凸轮升程量，切换到最佳数值。在本实施例中，从电动机驱动器27c-b提供给进气凸轮驱动用电动机27b的设定电流和设定电压设定为进气凸轮驱动用电动机27b和电路的额定电流的3％以上且20％以下。
《步骤S09、S10》
在某一固定期间内没有输入从曲柄角传感器6到ECU 26的信号的定时，判定为发动机旋转完全停止的发动机停止，从ECU 26到控制单元27c的PWM信号的占空比10％固定的输出停止，进入待机状态。
<本实施例的应用效果>
通过设为切换来自上述ECU 26的PWM输出的占空比的配置，可以通过可变阀正时装置27将发动机停止时的进气凸轮11的相位控制在最提前角位置，并且可以在下次发动机重新启动时将进气凸轮11的相位从最提前角位置进行起动。
如上所述，在发动机重新启动时的点火前时期即称为电动机运转的期间，通过将进气凸轮11的相位控制在最提前角位置，从而将进气阀9的阀正时的分布设置为最提前角分布9a，以力图实现发动机重新启动时的发动机转速变动的降低和NVH(Noise、Vibration、Harshness：噪声、振动、声振粗糙度)的降低。为此，如图9所示，与发动机停止处理过程中同样，即使在发动机重新启动时，也需要在将进气凸轮11的相位控制在最提前角位置的状态下使发动机转速上升。因此，在发动机重新启动时，也同样在发动机低旋转时的控制和发动机转速上升后的正常控制之间切换。
图14示出基于发动机重新启动时的低旋转控制的流程图。另外，发动机启动时的占空比控制的示意图如图15和图16所示。图15示出作为正常控制，占空比与发动机转速成比例切换的情况，图16示出作为低旋转控制，与发动机转速无关而以恒定的占空比发出指令的情况。以下，将图14所示的流程图按步骤分开进行说明。在本流程图中，以发动机停止过程中为开始条件，以发动机重新启动后切换到正常控制为结束条件。
《步骤S11、S12》
将上一次发动机停止以后到下一次发动机重新启动之间作为待机状态，进行各装置的准备。
《步骤S13》
在各设备的起动条件标志全部为打开(ON)之后，当来自ECU 26的发动机启动判定标志变为打开时，向可变阀正时装置27的控制单元27c发出旋转指令，开始向进气凸轮驱动用电动机27b的通电。
《步骤S14、S15》
向可变阀正时装置27提供沿最提前角止动件27f的方向按压的旋转指令。此时的旋转指令与发动机停止处理过程中同样，作为低旋转控制，提供占空比10％的固定值作为朝与凸轮轴的旋转方向相同方向的旋转指令。ECU 26接收来自曲柄角传感器6的信号并计算曲柄轴5的转速。当曲柄轴5的转速超过作为第2阈值的200rpm的阶段，结束低旋转控制，并转移至步骤S16。
《步骤S16》
在步骤S16中，从低旋转控制切换到正常控制。这里，通过正常控制将进气凸轮11的相位保持控制在最提前角，该正常控制使发动机转速与从ECU 26到控制单元27c的PWM输出的占空比成比例。
《步骤S17》
为了减少上述发动机重新启动时的NVH，在本实施例中，将发动机转速1000rpm设为第3阈值，并且将进气凸轮11的相位保持控制在最提前角位置，直到发动机转速变为1000rpm为止。也就是说，在步骤S17中，监控从低旋转控制切换到正常控制之后的发动机转速，具有在用于降低NVH的相位和初爆的相位之间切换的触发的作用。
《步骤S18、S19、S20》
如步骤S17所示，当发动机转速超过第3阈值1000rpm的阶段，结束对进气凸轮11的向最提前角位置的保持控制，并且开始进气凸轮11的相位转换。相位转换的理由是，由于进气凸轮11的相位存在于与最提前角止动件27f抵接的位置(阀分布9a)，因此进气压缩量不足，这样不能进行点火。因此，从超过第3阈值1000rpm的阶段开始，需要将进气阀的阀正时转换为预先设定的任意的初爆阀正时位置(步骤S19)。ECU 26确认到达了初爆的阀正时，朝向初爆，从ECU 26向喷射器14使燃料喷射信号接通，开始向燃烧室的燃料供给。
《步骤S21》
之后，切换到使发动机转速与占空比成比例、驱动可变阀正时装置27的正常控制，直到下一次发动机停止时为止。
通过以上控制，可以实现伴随从发动机停止到重新启动的发动机转速变动的降低以及车体振动(NVH)的降低。
[实施例2]
＜应用发动机结构＞
在本实施例中，发动机及其周边设备的基本结构与实施例1相同，如图1所示。本实施例的发动机的类型是采用迟闭米勒循环的发动机。迟闭米勒循环的进气阀9和排气阀10的分布如图17和图18所示。图17示出在迟闭米勒循环发动机中将进气凸轮11的相位设定为最提前角位置时的分布，图18示出在迟闭米勒循环发动机中将进气凸轮11的相位设定为最延迟角位置时的分布。在具有迟闭米勒循环功能的发动机中，与具有早闭米勒循环功能的发动机的凸轮相比，作为凸轮外形，凸轮宽度和凸轮的升程量都有变大的趋势。
＜可变阀正时装置27的控制方法＞
在迟闭米勒循环中，期望在发动机重新启动时将进气凸轮11的相位控制在最延迟角位置的状态下重新启动。搭载迟闭米勒循环的发动机中，与早闭米勒循环相反，具有在四循环发动机的冲程中，在进气冲程中途打开进气阀9，在进入压缩冲程后能设为关闭进气阀9的相位的机构。因此，通过将发动机重新启动时的进气凸轮11的相位控制在最延迟角位置，可以降低压缩冲程的发动机缸内的空气流量，能力图实现发动机重新启动时的曲柄轴5旋转上升时的转速变动的降低以及发动机重新启动时的车体振动(NVH)的抑制。在本实施例中，该动作通过搭载在进气凸轮轴上的阀正时装置的相位转换来成立。
在本实施例中，通过根据发动机转速来切换控制，可以在发动机重新启动时将进气凸轮11的相位控制在最延迟角位置的状态下重新启动。在迟闭米勒循环发动机中，为了在发动机低旋转控制时将从动旋转体27h的凸部27i按压到最延迟角止动件27g，需要将进气凸轮驱动用电动机27b的转速控制为相对于凸轮轴的旋转方向反转或零旋转。
在本实施例的发动机低旋转控制中，作为相对于与凸轮轴的旋转相反的方向的转速指令，提供从ECU 26向可变阀正时装置27的控制器27c的PWM输出为频率200Hz、占空比10％的指令。由此，将提供给电动机的电流或电压固定在最延迟角位置处使凸轮轴的相对旋转相位沿延迟角方向变化的电流或电压。然后，可以将从动旋转体27h的凸部27i与凹部27j中的最延迟角止动件27g抵接并朝最延迟角止动件方向按压，在保持这样的情况下将从发动机停止时的发动机低旋转区域到发动机停止时的进气凸轮11的相位控制在最延迟角位置。
在本实施例中，在ECU 26的燃料切断信号接通的状态下，将发动机转速200rpm定义为控制的切换条件(第1阈值)，将发动机转速200rpm以上的区域定义为正常控制区域，将发动机转速小于200rpm的区域定义为低旋转控制区域。在ECU 26判断发动机停止并且喷射器14停止向缸内的燃料供给之后，发动机转速切换为基于惯性的旋转，因此发动机转速、即曲柄轴5的转速逐渐下降。ECU 26计算曲柄角传感器6的信号作为曲柄轴5的转速，如上所述，在转速低于200rpm的阶段，将阀正时装置的控制从正常控制切换到低旋转控制(200Hz，占空比固定为10％)。通过利用本方式进行控制，可以将进气凸轮11的相位控制在最延迟角位置，直到发动机停止时为止。
<本实施例的应用效果>
另一方面，通过上述方式，可以将发动机停止时的进气凸轮11的相位保持控制在最延迟角位置，之后在发动机停止时也可以将进气凸轮11的相位控制在最延迟角位置的情况下，即使在下次发动机重新启动时，也可以从最延迟角位置起动。对于发动机重新启动时的控制切换，也以发动机转速200rpm为阈值。在发动机重新启动时的等待初爆之前的期间内，ECU 26获取来自曲柄角传感器6的信号，计算发动机转速，在检测到200rpm以上的转速的阶段，从低旋转控制切换到正常控制，之后，将跟随发动机转速的占空比作为PWM信号从ECU 26输出到可变阀正时装置27的控制单元27c。
上述本实施例中的可变阀正时装置的控制装置能够将发动机停止处理过程中和发动机重新启动时的燃料切断过程中的阀正时相位控制在最提前角止动件位置或最延迟角止动件位置，在难以获得发动机转速的低旋转区域中，继续向进气凸轮驱动用电动机提供朝固定为低占空比的止动件方向的指令，在能够获得正确的发动机转速的区域中，向电动机发送与发动机转速成比例的可变占空比指令，并根据发动机转速切换控制，从而能在发动机低旋转时控制在任意的阀正时。
根据本发明，通过在发动机低旋转时将进气凸轮11的相位控制在任意位置的状态下停止发动机，可以在下次发动机重新启动时从任意相位启动进气凸轮11，从而可以降低向发动机缸内的进气量，降低发动机转速变动和发动机重新启动时的车体NVH。
本发明1是一种控制装置，该控制装置适用于具备通过调整连结到凸轮轴的电动机的电动机转速来改变所述凸轮轴相对于内燃机的曲柄轴的相对旋转相位的可变阀正时装置的内燃机，具有控制所述可变阀正时装置的控制部，其特征在于，所述控制部在所述内燃机的发动机停止处理过程中，进行如下控制：正常控制，在所述曲柄轴的转速为第1阈值以上时，根据所述曲柄轴的转速来调整提供给所述电动机的电流或电压，使所述凸轮轴的相对旋转相位向最提前角位置或最延迟角位置变化；以及低旋转控制，在从所述曲柄轴的转速低于第1阈值起到成为零旋转的期间，将提供给所述电动机的电流或电压固定为恒定，将所述凸轮轴的相对旋转相位保持在最提前角位置或最延迟角位置。
根据本发明1，可以将凸轮轴的相对旋转相位保持在最提前角位置或最延迟角位置，直到曲柄轴的转速降低至任意的转速，内燃机完全停止。因此，可以应用于早闭型米勒循环发动机。特别是在发动机即将停止前的发动机旋转不稳定的状态下，可以防止因凸轮脊的摩擦或阀弹簧的反作用力而使得凸轮轴的相对旋转相位从最提前角位置返回到延迟角侧、或者从最延迟角位置返回到提前角侧。
本发明2是在本发明1所记载的控制装置中，其特征在于，所述控制部在所述低旋转控制中，进行将提供给所述电动机的电流或电压固定为在所述最提前角位置使所述凸轮轴的相对旋转相位在提前角方向上变化的电流或电压、或者在所述最延迟角位置使所述凸轮轴的相对旋转相位在延迟角方向上变化的电流或电压的控制。
根据本发明2，可以在最提前角位置沿提前角方向对凸轮轴施力，并且可以在最延迟角位置沿延迟角方向对凸轮轴施力。因此，可以将凸轮轴的相对旋转相位保持在最提前角位置或最延迟角位置，直到曲柄轴的旋转完全停止。
本发明3是在本发明2所记载的控制装置中，其特征在于，所述控制部将在所述低旋转控制中固定的所述电动机的电流或电压设定为与在所述正常控制中根据所述第1阈值设定的所述电动机的电流或电压相同的值。
根据本发明3，由于发动机停止处理使曲柄轴的转速逐渐降低，因此凸轮轴与曲柄轴联动而旋转，其转速逐渐降低。另一方面，在低旋转控制中，将根据第1阈值设定的电流或电压提供给电动机。因此，凸轮轴在最提前角位置沿提前角方向被施力，并且在最延迟角位置沿延迟角方向被施力。因此，可以将凸轮轴的相对旋转相位保持在最提前角位置或最延迟角位置。
本发明4是在本发明1所记载的控制装置中，其特征在于，所述控制部以向所述内燃机的燃料供给停止、且所述曲柄轴的转速小于所述第1阈值、并且所述凸轮轴的相对旋转相位被控制在所述最提前角位置或最延迟角位置为条件，将所述正常控制切换为所述低旋转控制。
根据本发明4，在内燃机即将停止前，随着转速的降低，检测周期会出现粗糙，由凸轮角传感器或曲柄角传感器获取的信号会变得极端粗糙，但可在适当的定时切换到低旋转控制，可将阀正时控制在正确的相位。
本发明5是在本发明1所记载的控制装置中，其特征在于，所述可变阀正时装置包括电动机驱动器，该电动机驱动器基于具有指示脉冲的PWM信号向所述电动机提供电流或电压以驱动所述电动机，所述控制部在所述正常控制中，向所述电动机驱动器输出具有与所述曲柄轴的转速成比例的占空比的PWM信号，并且在所述低旋转控制中，向所述电动机驱动器输出具有固定为恒定值的固定占空比的PWM信号。
根据本发明5，当曲柄轴的转速为第1阈值以上时，电动机驱动器基于与曲柄轴的转速成比例的占空比的PWM信号驱动电动机，当曲柄轴的转速低于第1阈值时，电动机驱动器使用固定为恒定值的固定占空比驱动电动机。因此，通过使用PWM信号控制电动机，可以使凸轮轴的相对旋转相位变化至最提前角位置，并将其保持在最提前角位置或最延迟角位置。
本发明6是在本发明5所记载的控制装置中，其特征在于，在从所述控制部输入有固定为恒定值的固定占空比的所述PWM信号时，所述电动机驱动器向所述电动机提供设定电流值以下的电流或设定电压值以下的电压。
根据本发明6，可以在低旋转控制时控制电动机以将其保持在最提前角位置或最延迟角位置。
本发明7是在本发明1所记载的控制装置中，其特征在于，所述控制部在所述内燃机的发动机重新启动时的电动机运转期间中，进行如下控制：低旋转控制，在所述曲柄轴的转速从零旋转上升到第2阈值的期间，将提供给所述电动机的电流或电压固定为恒定，将所述凸轮轴的相对旋转相位保持在最提前角位置或最延迟角位置；以及正常控制，以所述曲柄轴的转速超过第2阈值为条件，根据所述曲柄轴的转速来调整提供给所述电动机的电流或电压，使所述凸轮轴的相对旋转相位向最提前角位置或最延迟角位置变化。
根据本发明7，在发动机重新启动时的电动机运转期间内，在曲柄轴的转速从零旋转上升至第2阈值为止之间，可以将凸轮轴的相对旋转相位保持在最提前角位置或最延迟角位置。
本发明8是在本发明7所记载的控制装置中，其特征在于，所述控制部以所述曲柄轴的转速超过大于第2阈值的第3阈值为条件，进行将所述凸轮轴的相对旋转相位转换到初爆阀正时位置的控制。
根据本发明8，可将上述凸轮轴的相对旋转相位转换为初爆阀正时位置并确保进气压缩量，对发动机缸内的混合气进行点火。
以上对本发明的实施方式进行了详述，但本发明并不局限于上述的实施方式，在不脱离权利要求书所记载的本发明精神的范围内，可以进行各种设计变更。例如，上述的实施方式是为了便于理解地说明本发明而详细说明的，并不限于必须要具备所说明的所有结构。另外，可将某个实施方式的结构的一部分替换成其他实施方式的结构，另外，也可将其他实施方式的结构加入某个实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，能够进行其他结构的追加、删除、置换。
标号说明
1…缸盖、2…气缸体、3…活塞、4…连杆，5…曲柄轴、6…曲柄角传感器、7…进气管、8…排气管、9…进气阀、10…排气阀、11…进气凸轮、12…排气凸轮、13…进气凸轮角传感器、14…喷射器、15…火花塞、16…点火线圈、17…燃料箱、18…进料泵、19…高压燃料泵；20…共轨，21…燃料压力传感器；22…三元催化剂、23…氧传感器、24…温度传感器、25…水温传感器、26…ECU(控制装置)、27…可变阀正时装置、27a…减速器、27b…进气凸轮驱动用电动机、27c…控制单元、27d…凸轮轴链轮、27e…驱动旋转体、27j…驱动旋转体凹部、27f…驱动旋转体凹部最提前角止动件、27g…驱动旋转体凹部最延迟角止动件、27h…从动旋转体、27i…从动旋转体凸部、27c-a…通用IC、27c-b…电动机驱动器、9a…早闭米勒循环最提前角进气阀分布、9b…早闭米勒循环最延迟角进气阀分布、10a…早闭米勒循环排气阀分布、9c…迟闭米勒循环最提前角进气阀分布、9d…迟闭米勒循环最延迟角进气阀分布、10c…迟闭米勒循环排气阀分布。

Claims (8)

1.一种可变阀正时装置的控制装置，该控制装置适用于具备通过调整连结到凸轮轴的电动机的电动机转速来改变所述凸轮轴相对于内燃机的曲柄轴的相对旋转相位的可变阀正时装置的内燃机，具有控制所述可变阀正时装置的控制部，其特征在于，
所述控制部在所述内燃机的发动机停止处理过程中，进行如下控制：正常控制，在所述曲柄轴的转速为第1阈值以上时，根据所述曲柄轴的转速来调整提供给所述电动机的电流或电压，使所述凸轮轴的相对旋转相位向最提前角位置或最延迟角位置变化；以及低旋转控制，在从所述曲柄轴的转速低于第1阈值起到成为零旋转的期间，将提供给所述电动机的电流或电压固定为恒定，将所述凸轮轴的相对旋转相位保持在最提前角位置或最延迟角位置。
2.如权利要求1所述的可变阀正时装置的控制装置，其特征在于，
所述控制部在所述低旋转控制中，进行将提供给所述电动机的电流或电压固定为在所述最提前角位置使所述凸轮轴的相对旋转相位在提前角方向上变化的电流或电压、或者在所述最延迟角位置使所述凸轮轴的相对旋转相位在延迟角方向上变化的电流或电压的控制。
3.如权利要求2所述的可变阀正时装置的控制装置，其特征在于，
所述控制部将在所述低旋转控制中固定的所述电动机的电流或电压设定为与在所述正常控制中根据所述第1阈值设定的所述电动机的电流或电压相同的值。
4.如权利要求1所述的可变阀正时装置的控制装置，其特征在于，
所述控制部以向所述内燃机的燃料供给停止、且所述曲柄轴的转速小于所述第1阈值、并且所述凸轮轴的相对旋转相位被控制在所述最提前角位置或最延迟角位置为条件，将所述正常控制切换为所述低旋转控制。
5.如权利要求1所述的可变阀正时装置的控制装置，其特征在于，
所述可变阀正时装置包括电动机驱动器，该电动机驱动器基于具有指示脉冲的PWM信号向所述电动机提供所述电流或电压以驱动所述电动机，
所述控制部在所述正常控制中，向所述电动机驱动器输出具有与所述曲柄轴的转速成比例的占空比的PWM信号，并且在所述低旋转控制中，向所述电动机驱动器输出具有固定为恒定值的固定占空比的PWM信号。
6.如权利要求5所述的可变阀正时装置的控制装置，其特征在于，
在从所述控制部输入有固定为恒定值的固定占空比的所述PWM信号时，所述电动机驱动器向所述电动机提供设定电流值以下的电流或设定电压值以下的电压。
7.如权利要求1所述的可变阀正时装置的控制装置，其特征在于，
所述控制部在所述内燃机的发动机重新启动时的电动机运转期间中，进行如下控制：低旋转控制，在所述曲柄轴的转速从零旋转上升到第2阈值的期间，将提供给所述电动机的电流或电压固定为恒定，将所述凸轮轴的相对旋转相位保持在最提前角位置或最延迟角位置；以及正常控制，以所述曲柄轴的转速超过第2阈值为条件，根据所述曲柄轴的转速来调整提供给所述电动机的电流或电压，使所述凸轮轴的相对旋转相位向最提前角位置或最延迟角位置变化。
8.如权利要求7所述的可变阀正时装置的控制装置，其特征在于，
所述控制部以所述曲柄轴的转速超过大于第2阈值的第3阈值为条件，进行将所述凸轮轴的相对旋转相位转换到初爆阀正时位置的控制。
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