CN116635620A - 电动气门正时控制装置和电动气门正时控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的电动气门正时控制装置控制电动气门正时装置，该电动气门正时装置利用与凸轮轴连结的电机使凸轮轴相对于内燃机的曲轴的相对旋转相位变化来使气门正时变化，电动气门正时控制装置包括控制部，该控制部在内燃机的停止处理后利用电动气门正时装置使凸轮轴的相对旋转相位变化时，基于凸轮轴的当前相位与目标相位的关系，改变使凸轮轴从当前相位向目标相位变化的相位变更方法。

Description

电动气门正时控制装置和电动气门正时控制方法
技术领域
本发明涉及使以电机为驱动源的进气门(进气阀)或排气门(排气阀)的气门正时(开闭时刻)变化的电动气门正时控制装置和电动气门正时控制方法。
背景技术
现有技术中，作为用于使进气门用凸轮轴、排气门用凸轮轴相对于作为内燃机的输出轴的曲轴同步旋转的驱动力传递机构，存在同步带轮、链轮或齿轮等。并且，已知有组装在它们中的、根据内燃机的运转状态调整进气门的气门正时的可变气门正时装置。
近年来，从油压式的气门正时装置向电动式的气门正时装置的置换正在发展，其能够控制的温度、能够控制的发动机转速存在增大的趋势。但是，在既有的电动气门正时装置中尤其是低发动机转速的控制比较困难，尤其在汽车的发动机停止时，将进气门的相位控制在任意的时刻(timing，正时)是困难的。实际上，采用将进气门控制在所谓的电动气门正时装置的默认位置和机械上到达的位置，等待下次的发动机启动这样的方式。
电动气门正时装置具有使驱动进气门或排气门的凸轮轴的相位变化的机构。本机构构成为，来自电动气门正时装置的电机的输出被减速器放大而传递到凸轮轴。在内燃机的下次启动(也称为起动)时想要从任意的气门正时启动的情况下，在内燃机的停止后通过对电机通电能够使凸轮轴的相位变换。
但是，在内燃机停止后驱动电动气门正时装置的情况下，与在内燃机动作(工作)期间驱动电动气门正时装置的情况相比摩擦增大。因此，在停止后的电动气门正时装置的驱动中，作为驱动开始时的电机的冲击电流被施加大电流，担心对电动气门正时装置的驱动电路、配线施加大的负荷。因此，在内燃机停止后的凸轮轴的相位变化中，存在必须采用抑制电流值的使用方式的问题。
作为针对这样的问题的电动气门正时装置的控制方式，例如有专利文献1公开的技术。在专利文献1公开的技术中，在内燃机的停止中使电动气门正时装置动作时，通过使对电动气门正时装置的电机通电的电流比通常增加，即使在内燃机停止时也能容易地动作。
此外，在专利文献2中，在内燃机停止时使电动气门正时装置动作时，采用使凸轮轴暂且动作至减速器的停止位置，之后控制到任意相位的方式。由此，即使在来自凸轮角传感器的信号中断的区域中，也能够进行凸轮轴的高精度的相位变化动作。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-94581号公报
专利文献2：日本特开2007-198314号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，在专利文献1中，在内燃机停止时使电动气门正时装置动作时，增加了电机的通电量。因此，由于电流本身的消耗量恶化，因此仍然存在不能达到电流值的抑制这个目的的技术问题。
另外，在专利文献2中，一旦经由停止位置，会使电动气门正时装置进行无效的动作，因此与电流值的抑制这一目的不切合。
根据上述状况，希望实现一种技术方案，在从内燃机的转速降低的即将停止时至停止后，能够抑制电机的电流并且将电动气门正时装置控制在任意的气门正时。
用于解决技术问题的技术方案
为了解决上述技术问题，本发明的一个方式的电动气门正时控制装置控制电动气门正时装置，该控制电动气门正时装置利用与凸轮轴连结的电机使凸轮轴相对于内燃机的曲轴的相对旋转相位变化来使气门正时变化。上述电动气门正时控制装置包括控制部，该控制部在内燃机的停止处理后利用电动气门正时装置使凸轮轴的相对旋转相位变化时，基于凸轮轴的当前相位与目标相位的关系，改变使凸轮轴从当前相位向目标相位变化的相位变更方法。
发明效果
依据本发明的至少一个方式，从内燃机即将停止时至停止后，能够抑制电机的电流并且能够将电动气门正时装置控制为任意的气门正时。由此，能够防止过剩的电流的产生导致电机和电机驱动器的过热，并且从内燃机即将停止时至停止后能够将气门(阀)的相位控制在任意相位。
上述以外的技术问题、结构和效果通过以下的实施方式的说明能够更加清楚。
附图说明
图1是表示具有电动气门正时装置的发动机的结构例的概略图。
图2是表示电动气门正时装置的结构例的侧视图。
图3是表示电动气门正时装置内的减速器的例子的截面图。
图4是包括应用了电动气门正时装置的ECU的控制系统的框图。
图5是表示发动机停止处理中的每个发动机状态的动作名的定义的图表。
图6是表示在本发明的第一实施方式的迟闭(延迟关闭)米勒循环中，将进气门设定在最大提前(最大提前角)相位的情况下的进气门的轮廓曲线的图。
图7是表示在本发明的第一实施方式的迟闭米勒循环中，将进气门设定在最大滞后(最大滞后角)相位的情况下的进气门的轮廓曲线的图。
图8是表示按照图7的进气轮廓曲线运行发动机循环时的发动机缸内的状态的示意图。
图9是表示发动机停止时的进气凸轮的角度和旋转方向和电机驱动电流的关系的图。
图10是表示本发明的第一实施方式的ECU的内部结构例的框图。
图11表示本发明的第一实施方式的发动机停止后的作为第一相位变更方法的“单一动作(single-action)”的一例。
图12表示本发明的第一实施方式的发动机停止后的作为第二相位变更方法的“双重动作(double action)”的一例。
图13是表示本发明的第一实施方式的电动气门正时控制方法的次序例的流程图。
图14是表示在本发明的第二实施方式的早闭(提前关闭)米勒循环中，将进气门设定为最大提前相位的情况下的进气门的轮廓曲线的图。
图15是表示在本发明的第二实施方式的早闭米勒循环中，将进气门设定为最大滞后的相位的情况下的进气门的轮廓曲线的图。
图16是表示本发明的第二实施方式的电动气门正时控制方法的次序例的流程图。
具体实施方式
以下，关于用于实施本发明的方式的例子，参照附图进行说明。本说明书和附图中关于具有实质上相同的功能或结构的构成要素，标注相同的附图标记而省略重复说明。
<第一实施方式>
首先，关于搭载电动式可变气门正时装置的发动机的结构，参照图1进行说明。本实施方式中，说明使用内燃机作为发动机的例子。以下，设想将本发明应用于具有牵引电机(traction motor)和发动机这2个动力的混合动力方式的车辆的情况进行说明，但是本发明也能够适用于仅以发动机为动力的车辆。
[发动机结构]
图1表示具有电动气门正时装置的发动机50的结构例。图1所示的发动机50作为串联3气缸(三联气缸)的自然进气发动机构成。发动机50中，由气缸盖1和气缸体2、以及插入在气缸体2中的活塞3形成燃烧室。活塞3经由连杆4与曲轴5连结。设置在曲轴5的附近的曲柄角传感器6检测曲轴5的转速(发动机转速)。
朝向1个气缸的燃烧室，进气管7和排气管8分别分支为2个而连接。分别设置有2个进气门9和排气门10，以对燃烧室与进气管7及排气管8的各自的连接部分的开口部进行开闭。在进气门9的上部设置进气凸轮11，在排气门10的上部设置排气凸轮12。通过进气凸轮11旋转而开闭进气门9，通过排气凸轮12旋转而开闭排气门10。
在发动机50的侧部设置有与进气凸轮11连结的进气凸轮滑轮、与排气凸轮12连结的排气凸轮滑轮、与曲轴5连结的曲柄滑轮，它们经由正时带(timing belt)被连接，但是这里没有图示。由此在发动机50动作时，通过曲轴5进行旋转，而使进气凸轮11和排气凸轮12旋转。以使得在曲轴5旋转2圈期间进气凸轮11和排气凸轮12旋转1圈的方式，设定进气凸轮滑轮和排气凸轮滑轮。
在进气凸轮11设置有能够变更(改变)进气凸轮11(进气门9)的相位的电动气门正时装置27(参照后述的图2)。另外，在曲轴5，设置有在发电时作为发电机工作，在发动机50启动(即，起动)时、停止时作为电机工作的电动发电机。利用设置在进气凸轮11的进气凸轮角传感器13，检测进气凸轮11的角度的变化即进气凸轮11的转速。
在燃烧室的进气(进气)侧设置有喷射器14，在燃烧室上部设置有火花塞15和点火线圈16。燃料储藏在燃料箱17中，由进料泵18经燃料配管输送到高压燃料泵19。高压燃料泵19通过排气凸轮12被驱动，升压后的燃料被输送到共轨20。在共轨20设置有燃压传感器21，能够检测燃料压力(记作“燃压”)。共轨20与设置在各气缸的喷射器14通过燃料配管连接。
在进气管7的上游设置有与其它部分相比空气流路的直径较大的集流器(collector)7c。进气管7从该集流器7c连接到各气缸。另外，在集流器7c的上游侧设置有能够改变吸入到气缸中的空气量的节流阀(省略图示)。
在排气管8的下游侧设置有三元催化剂22，在其下游设置有氧传感器23。在三元催化剂22设置有温度传感器24，温度传感器24检测三元催化剂22的温度。在气缸体2设置有测量流经气缸体2的周围的水的温度的水温传感器25。
各传感器输出的水温、发动机转速等的信号被输入到发动机控制单元(ECU：Engine Control Unit)26。ECU26基于根据这些信号获得的信息来控制燃料喷射的开/关、电动气门正时装置27(凸轮轴、进气凸轮11)的相位。以下，有时将电动气门正时装置记载为VTC(Valve Timing Control，气门正时控制)。
[电动气门正时装置的结构和驱动原理]
接着，关于电动气门正时装置27的结构和驱动原理进行说明。
通过将由曲柄角传感器6和进气凸轮角传感器13检测到的、曲轴5、进气凸轮11和排气凸轮12的转速信号输入到ECU26，计算曲轴5与进气凸轮轴的相对的相位差。在本实施方式的发动机50的结构中，曲柄角传感器6按每6deg.CA(Crank Angle，曲柄角)检测信号，进气凸轮角传感器13按每180deg.CA检测信号。
以下，在本说明书中，将进气凸轮轴相对于曲轴5的相对旋转相位记载为“相对相位”。另外，也存在代替进气凸轮轴而使用进气凸轮11，说明相对于曲轴5的相对相位的情况。
图2是表示电动气门正时装置27的结构例的侧视图。
图3是表示电动气门正时装置27内的减速器27a的例子的截面图。
在图2中，电动气门正时装置27从进气凸轮11侧起依次由具有链轮27d的减速器27a、进气凸轮驱动用的电机27b、UVW控制单元27c构成。链轮27d、减速器27a和电机27b通过共同的旋转轴旋转。在UVW控制单元27c内部，作为用于电机驱动的运算部具有通用IC271和电机驱动器272。关于UVW控制单元27c的结构和动作，参照后述的图4进行说明。
在此，关于基于电动气门正时装置27的进气凸轮11和曲轴5的相位变更方法进行说明。
如图3所示，电动气门正时装置27的减速器27a在内部构造中由具有凹部28a的驱动旋转体28、和具有凸部29a的从动旋转体29构成。在驱动旋转体28的外周的一部分沿着周向形成有凹部28a，在从动旋转体29的内周的一部分沿着周向形成有凸部29a。驱动旋转体28的凹部28a被插入至从动旋转体29的凸部29a。通过驱动旋转体28的凹部28a的端部28b或端部28c、碰上从动旋转体29的凸部29a的端部，构成关于上述的进气门9的相位物理地决定最大提前位置和最大滞后位置的机构。图3之(1)和(2)的各自的箭头表示凹部28a的端部28b及端部28c碰上凸部29a时的驱动旋转体28的旋转方向。
在图3之(1)中，驱动旋转体28的凹部28a的端部28b与从动旋转体29的凸部29a抵接，表示进气凸轮11处于最大提前位置的状态。在图3之(2)中，驱动旋转体28的凹部28a的端部28c与从动旋转体29的凸部29a抵接，表示进气凸轮11处于最大滞后位置的状态。
通过这样的结构，在物理上的最大提前位置(与端部28b相当)和最大滞后位置(与端部28c相当)的范围内能够使驱动旋转体28与从动旋转体29的相对相位变化。并且，通过使驱动旋转体28与从动旋转体29的相对相位偏离，由与驱动旋转体28连接的进气凸轮轴进行轴支承的进气凸轮11、和经由正时带与从动旋转体29连接的曲轴5的相对相位发生变化。
[包括ECU的控制系统]
接着，关于包括ECU26的控制系统，参照图4进行说明。
图4是表示包括应用了电动气门正时装置27的ECU26的控制系统的框图。参照图4，关于ECU26获取电动气门正时装置27的电机27b的实际转速和旋转方向的路径进行说明。
首先，设置在UVW控制单元27c的通用IC271内的霍尔IC电路(电机传感器的例子)检测通过电动气门正时装置27的电机(图中“VTC电机”)27b的旋转而产生的霍尔电压。并且，通用IC271从霍尔IC电路获取与霍尔电压相应的霍尔IC信号(数字输出)。通用IC271将霍尔IC信号转换为电机27b的转速和旋转方向并输出至ECU26，由此ECU26获取电机27b的转速和旋转方向。
进一步，计算逐次的最佳的进气凸轮11的相位，以将进气凸轮11的相位控制在适当相位。于是，ECU26基于进气凸轮11的实际相位的计算结果，根据要求发动机转速和要求发动机扭矩计算适当的气门正时。ECU26将计算出的适当的气门正时转换为电动气门正时装置27的电机27b的目标旋转方向和目标转速，作为基于占空比(duty)控制的PWM信号发送到电动气门正时装置27的UVW控制单元27c。
在UVW控制单元27c中，经由未图示的目标电机速度接收部，由通用IC271接收电机27b的目标转速和目标旋转方向的指示。在通用IC271中，获取电动气门正时装置27的电机27b的实际转速和实际旋转方向，根据电机27b的目标旋转方向和目标转速的信号实施反馈控制，之后对电机驱动器272发送控制信号，以使得成为适当的电机转速。电机驱动器272利用来自电池的供给电源将该控制信号转换为UVW的三相交流信号，并作为UVW驱动信号输出到电机27b，由此来驱动电机27b。
如果曲轴5和进气凸轮轴不旋转一定角度以上，则曲柄角传感器6和进气凸轮角传感器13不能检测出各自的旋转。因此，由霍尔IC电路检测电机27b的旋转，在ECU26中基于其检测结果对输向UVW控制单元27c的指示值进行插补。
在本实施方式的通用IC271中，从ECU26接收的电机27b的旋转方向和转速的指示信号采用以下的规格。将与凸轮轴的旋转方向相同方向的旋转作为正旋转，将相反方向的旋转作为反旋转，正旋转/反旋转根据输入PWM的频率来区別。正旋转时PWM的频率为400Hz，反旋转时PWM的频率为200Hz。
通常，(曲轴5的转速)：(进气凸轮11的转速)为2：1。为了通过电动气门正时装置27使进气凸轮11相对于曲轴5的相位变化，需要进行控制，使进气凸轮11的转速高于或者低于曲轴5的转速的1/2倍。瞬间提高凸轮轴的转速，对进气门9或者排气门10向在发动机循环内早开早闭的方向进行相位控制，将此称为提前控制。另一方面，执行将凸轮轴的转速瞬间降低地控制，对进气门9或者排气门10向在发动机循环内迟开迟闭的方向进行相位控制，将此称为滞后控制。
在通过搭载电动气门正时装置27而实施米勒循环的发动机的类型中，存在迟闭米勒循环(参照后述的图6和图7)、和早闭米勒循环(参照后述的图14和图15)。在本实施方式中，设想将电动气门正时装置27搭载在进气凸轮11，能够进行迟闭米勒循环的类型的发动机。“迟闭米勒循环”是指，在四冲程发动机的压缩冲程中活塞3到达下止点后关闭进气门9的发动机冲程。本实施方式中采用的发动机50，通过利用搭载的电动气门正时装置27使进气凸轮11向滞后侧进行相位变化，能够使迟闭米勒循环成立。
[发动机停止时的电动气门正时动作顺序(sequence)和效果]
接着，根据基于电动气门正时装置27的相位变化驱动原理，说明发动机停止时的动作顺序。在此，在图5中表示发动机停止顺序中从发动机低速旋转时至发动机停止后的、每个时间序列的动作名的定义。
图5是表示发动机停止处理中的每个发动机状态的动作名的定义的图表。横轴表示时间[sec]，纵轴表示发动机转速[rpm]。
将从接受来自ECU26的发动机停止要求、喷射器14停止燃料喷射至发动机转速完全成为零为止的称为惯性行驶(coasting，惰行)的期间定义为“发动机停止处理中”。另外，将发动机进行动作的期间中发动机停止处理前的期间定义为“发动机动作中”。另外，将经过发动机停止处理中的期间，发动机转速完全成为零后的期间定义为“发动机停止后”。
对发动机停止时的电动气门正时装置27的要求动作为，通过电动气门正时装置27控制发动机50的进气门9(进气凸轮11)的相位，使得在发动机停止前成为最大滞后位置(图3之(2))，并保持该相位不变地使发动机50停止。如果通过发动机停止时的相位控制，在发动机停止后也能够将进气门9的相位保持在最大滞后位置，则在下一次发动机再启动时能够使进气门9的相位从最大滞后位置再启动。
作为在将进气门9的气门正时控制在最大滞后位置(图3之(2))的状态下进行发动机50的再启动的效果，能够列举在通过初爆前的发电机使旋转提高的电动回转(Motoring，用电机使输出轴转动)期间，导致流向气缸内的进气流量的降低。通过进气流量降低，压缩冲程中的空气流量减少，因此能够降低泵送损失(pumping loss，进排气损失)。电动回转时的泵送损失的抑制能够降低对活塞3的上下运动造成的负荷，抑制发动机转速上升的转速变动。最终，通过抑制该发动机转速变动能够降低使发动机50再启动时的振动。因此，将使发动机再启动时的进气门9的相位为最大滞后位置作为本实施方式中的要求。
[迟闭米勒循环中的进气门和排气门的相位与上升(lift)量的关系]
接着，关于上述的迟闭米勒循环中的进气门和排气门的相位与上升量的关系进行说明。
图6表示在迟闭米勒循环中，将进气门9设定在最大提前相位的情况下的进气门9的轮廓曲线9a。
图7是表示在迟闭米勒循环中，将进气门9设定在最大滞后的相位的情况下的进气门9的轮廓曲线9b。
在图6和图7的横轴表示按膨胀冲程、排气冲程、进气冲程、压缩冲程的顺序发动机冲程发生变化的样子，纵轴表示进气门9和排气门10的上升量[mm]。
图6和图7所示的进气门9和排气门10的各轮廓曲线，表示进气门9和排气门10的开闭时刻、每个发动机冲程的上升量。图6中，用轮廓曲线9a表示在迟闭米勒循环中进气门9的最大提前时的开闭时刻(正时)和上升量的变化，用轮廓曲线9b表示进气门9的最大滞后时的开闭时刻和上升量的变化。另外，用轮廓曲线10a表示在迟闭米勒循环中排气门10的开闭时刻和上升量的变化。在迟闭米勒循环中，在四冲程发动机的压缩冲程中活塞3到达下止点(BDC：Bottom Dead Center，下死点)后进气门9关闭。
轮廓曲线9b为在减速器27a中进气门9处于物理上的最大滞后位置(图3之(2))的情况下的发动机循环动作。在本实施方式中目的在于，在图7的进气门9的轮廓曲线9b中，即，使进气门9的气门正时极度滞后至最大提前位置的状态下进行发动机50的再启动。本实施方式中的进气凸轮11(进气凸轮轴)和排气凸轮12(排气凸轮轴)的作用角分别为240deg.CA。在使进气凸轮11为最大滞后的相位时，进气门9的相位滞后至IVC(IntakeValve Close：进气门关闭)140deg.CA_ABDC(通过曲轴5在进气下止点后的140deg后进气门9关闭的气门正时)。
在此，关于按图7所示的进气凸轮11的轮廓曲线9b使发动机循环运行时的发动机缸内的状态，参照图8进行说明。
图8是表示按图7中的进气凸轮11的轮廓曲线9b使发动机循环运行时的发动机缸内的状态的示意图，表示将进气门9控制为最大滞后位置(图3之(2))时的发动机循环中的各冲程的、发动机缸内的状态(进气门9、排气门10)的例子。
在图8的上侧表示与图7同样的轮廓曲线9b、10a。
在图8的下侧按每个时刻(1)～(4)表示由轮廓曲线9b、10a规定的进气门9和排气门10的动作的样子。令图8的下侧表示的进气管7和排气管8、燃烧室的示意图中，左侧的管为进气管7，右侧的管为排气管8。另外，在时刻(1)～(4)，粗点的区域表示进气管7的新气，细点的区域表示排气管8的排气。
(1)在排气冲程前的下止点(BDC)仅排气门10为开状态。
(2)在排气冲程后至IVO(Intake Valve Open，进气门打开)80deg.CA_ATDC为止，进气门9和排气门10均为闭状态(燃烧室内为负压)。
(3)在进气冲程开始后，在下止点排气门10关闭，仅进气门9为开状态。
(4)在进气冲程中活塞位置降低，在IVC140deg.CA_ABDC进气门9关闭。在以后的压缩冲程中成为加压状态，从上止点起为40deg.CA量的实际进气量。
这样，通过将进气门9的相位控制在IVC140deg.CA_ABDC而使发动机50启动，能够使压缩冲程时施加于活塞3的压缩负荷与现有的发动机启动(IVC60deg.CA_ABDC)相比降低到大约1/3程度。
[发动机停止后的电动气门正时控制和相位计算方法]
如利用图4～图8所说明的那样，进气凸轮11相对于曲轴5的旋转的相位，基本上根据ECU26所获取到的曲柄角传感器6和进气凸轮角传感器13的信号计算。在搭载有本实施方式的电动气门正时装置27的车辆中，获取进气凸轮角传感器13的信号的频度为每180deg.CA，精度低。因此，在直至从进气凸轮角传感器13获取下个信号为止的期间，根据来自搭载在电动气门正时装置27内的电机27b的霍尔IC电路的信号对进气凸轮11的角度进行插补。
并且，在驱动电动气门正时装置27的电机27b而使得进气门9相对于曲轴5的相位发生变化的情况下，与搭载在电动气门正时装置27的减速器27a的减速比的量相应地减速。因此，能够更高精度地通过ECU26计算进气凸轮11的相位。在发动机转速为一定值以上的情况下，通过上述方法能够没有问题地算出进气凸轮11的相位，但是在发动机转速降低的发动机即将停止前、发动机刚再启动后，用上述方法难以计算。例如，由于曲柄盘(crankplate，曲柄板)的齿间为6deg，因此曲柄角传感器6对曲轴5的旋转仅能够按每6deg进行检测。另外，进气凸轮角传感器13对进气凸轮轴的旋转仅能够按每180deg.CA进行检测。由此，在发动机低速旋转区域，相对于时间被输入的检测信号的数量少，由于检测信号的间隔变大，因此进气凸轮11的相位的检测精度降低。
如上所述，发动机动作中的进气门9的相位，基本上通过曲柄角传感器6和进气凸轮角传感器13计算，在其传感器信号之间根据电机27b的转速进行补充(插补)。利用这样的三种信号计算相对于曲轴5的相对值。但是，关于发动机停止后的进气凸轮11的相位变化，曲柄角传感器6和进气凸轮角传感器13的信号不被输出。因此，在发动机停止后，基本上ECU26通过仅监视电动气门正时装置27内的电机27b的转速来进行相位控制。
进一步，在发动机停止时受到进气凸轮11的凸轮凸角11m(参照图9)的反作用力、或发动机刚停止后的曲柄反旋转等的影响，有一定的概率发生：控制在最大滞后的进气门9的相位向提前侧偏移的现象。为了满足上述的发动机再启动时的动作要求，要求在发动机停止后变更进气门9的相位，重新控制到最大滞后。对于发动机停止后由上述那样的干扰导致的意外的相位变化，也能够根据电动气门正时装置27内的电机27b的转速计算该进气门9的相位变更量。
本发明中，能够用ECU26获取发动机停止后的进气门9的意外的相位变化量，将发生了相位变化的量有意地变更至发动机刚停止后的最大滞后的相位(以下“目标相位”)。这时，因为是发动机停止时，所以在摩擦大的状态下实施进气门9的相位变化。
[VTC角度和电机驱动电流]
在此，关于电动气门正时装置27的相位(进气凸轮11的角度)与进气门9驱动用的电机27b中流动的驱动电流的关系，参照图9进行说明。
图9表示发动机停止时的进气凸轮11的角度、旋转方向和电机驱动电流的关系。在图9的上层，示意性地表示进气凸轮11经由接触件90与气门弹簧抵接的结构。进气凸轮11是截面为蛋形的偏心凸轮。在气门弹簧的前端设置有作为从动件的进气门9。另外，在图9的上层，表示了发动机停止时的进气凸轮11的角度(图中“VTC角度”)、和发动机旋转方向。在图9的中层表示了在使进气凸轮11从提前侧向滞后侧(逆时针)旋转了的情况下的、进气凸轮11的角度[deg.CA]的时间变化。在图9的下层表示了电机27b的驱动电流[A]的时间变化。图9的左侧是进气凸轮11不越过处于长径上的凸轮凸角(凸轮凸部)11m的动作例，图9的右侧是进气凸轮11越过处于长径上的凸轮凸角11m的动作例。所谓越过凸轮凸角11m的动作是指，通过一次的相位变化接触件90登上进气凸轮11的凸轮凸角11m后从该凸轮凸角11m下来的动作，也能够说是进气凸轮11通过接触件90按压气门弹簧的动作(压缩动作)。
在发动机停止中使电动气门正时装置27工作时，与发动机旋转中相比需要过大的旋转扭矩。特别是根据发动机50的曲轴5的停止位置与进气凸轮轴(进气凸轮11)的相位的关系，在越过凸轮凸角11m而变更电动气门正时装置27的进气凸轮11的相位时，对于电机27b和电机驱动器272施加过大的电流。从电路发热、电路的故障耐久性的观点考虑，要求抑制较大的电流的产生。
在图9的左侧，在使进气凸轮11的相位向滞后侧变化时，由于进气凸轮11不越过凸轮凸角11m，因此电机27b的驱动电流低于由虚线表示的目标电流(例如峰电流为20A以下)。但是，在图9的右侧，在使进气凸轮11的相位向滞后侧变化时，由于进气凸轮11越过凸轮凸角11m，因此电机27b的驱动电流大幅度地超过目标电流。尤其是进气凸轮11开始行动时产生更大的电流。
于是，本发明根据发动机停止后的进气凸轮11的相位、和进气凸轮11的相位变化方向(旋转方向)，利用从通常的相位变更控制(参照图11)向特殊的相位变更控制(参照图12)切换的方法，实现进气凸轮11的相位变化。
[ECU的内部结构]
接着，关于实施气门正时控制的ECU26的内部结构和动作，参照图10进行说明。
图10是表示ECU26的内部结构例的框图。ECU26(电动气门正时控制装置的例子)对具有能够变更进气门9的相位的电动气门正时装置(VTC)27的发动机50进行控制。ECU26实施本实施方式的电动气门正时控制方法，控制具有电动气门正时装置27的发动机50。
ECU26包括CPU(Central Processing Unit：中央处理器)30、RAM(Random AccessMemory：随机存储器)31和ROM(Read Only Memory：只读存储器)32。
对ECU26输入例如点火线圈16的电压传感器(未图示)检测到的1次电压、点火线圈16的电流传感器(未图示)检测到的2次电流、油门开度传感器(未图示)检测到的油门踩踏信息(油门开度)、曲柄角传感器6和进气凸轮角传感器13检测到的角度信息(曲柄角度、进气凸轮角度)和发动机50的转速、来自节流阀(未图示)的节流阀开度、电池电压传感器(未图示)检测到的电池电压(电池容量)等输入信号等。
输入到ECU26的各传感器的输入信息暂时保存在RAM31中，由CPU30按照规定的控制程序进行运算处理。在RAM31中暂时写入在CPU30的运算处理的中途产生的变量、参数等，这些变量、参数等由CPU30适当读取。但是，也可以代替CPU30而使用MPU(Micro ProcessingUnit：微处理器)。
ROM32永久地记录CPU30动作所需的程序、数据等，作为保存了由ECU26执行的程序的、计算机可读取的非暂时性的记录介质的一例使用。因此，记述了由CPU30进行的运算处理的内容的控制程序被预先写入ROM32中，通过CPU30适当读取而执行。另外，在ROM32中例如存储有用于相位变更方法的选择的映射信息321。但是，也可以是在ECU26设置非易失性存储部，映射信息321通过网络存储在非易失性存储部中的结构。
如上所述，通过由CPU30执行的控制程序，实现图中所示的发动机状态判断部301、气门相位检测部302、相位变更方法选择部303和气门相位变更部304的各功能。由此，CPU30控制电动气门正时装置27，该电动气门正时装置27通过与进气凸轮轴连结的电机27b使进气凸轮轴相对于发动机50的曲轴5的相对旋转相位发生变化，从而使气门正时发生变化。
发动机状态判断部301判断发动机50的状态即发动机50是否停止着，将判断结果向气门相位检测部302输出。
气门相位检测部302在由发动机状态判断部301判断为发动机50停止着的情况下，检测进气门9即进气凸轮轴(进气凸轮11)相对于曲轴5的相对旋转相位。
相位变更方法选择部303在发动机50停止后通过电动气门正时装置27使进气凸轮轴的相对旋转相位变化时，基于凸轮轴的当前相位与目标相位的关系，选择使进气凸轮轴从当前相位向目标相位变化的方法。更具体而言，在发动机50停止后通过电动气门正时装置27使进气凸轮轴的相对旋转相位变化时，基于映射信息321中记载的进气凸轮轴的当前相位与目标相位的关系，切换第一相位变更方法和第二相位变更方法。
例如，在映射信息321中，分别在第一轴设定进气凸轮轴的当前相位，在第二轴设定进气凸轮轴的目标相位，在第一轴与第二轴的交叉点定义相位变更方法。相位变更方法选择部303参照映射信息321切换相位变更方法。
第一相位变更方法(以下称为“单一动作”)为，在使进气凸轮轴的相对旋转相位变化时，使进气凸轮轴在从当前相位靠近目标相位的第一方向上旋转，使进气凸轮轴变化到目标相位的方法。第二相位变更方法(以下称为“双重动作”)为，通过第一次动作使进气凸轮轴在远离目标相位的第二方向上旋转规定相位量后，通过第二次动作使进气凸轮轴在第一方向旋转而使进气凸轮轴变化到目标相位的方法。其中，在选择了第二相位变更方法的情况下，通过第一次动作旋转的规定相位量采用从ROM32读取的值。规定相位量可以是一定的，也可以按当前相位与目标相位的每个组合来设定。关于第一相位变更方法和第二相位变更方法的详情，参照图11和图12在后文说明。
气门相位变更部304按照由相位变更方法选择部303选择的相位变更方法，使进气凸轮轴从当前相位向目标相位变更。
此外，在本实施方式中，采用在ECU26内具有发动机状态判断部301、气门相位检测部302、相位变更方法选择部303、气门相位变更部304和映射信息321的结构，但不限定于该结构。例如，也可以将发动机状态判断部301、气门相位检测部302、相位变更方法选择部303、气门相位变更部304和映射信息321的一部分或者全部安装在不同于ECU26的另外的装置中。
[发动机停止后的相位变更控制手法]
(第一相位变更方法)
图11表示第一实施方式中发动机停止后的第一相位变更方法即“单一动作”的例子。在本例中，表示在发动机停止后使进气凸轮11的相位变化时，进气凸轮11的应该动作的方向(在此为最大滞后方向)为电机27b的电流较小一侧的情况下的动作模式。该动作模式为通过一次旋转动作完成相位变更的通常的相位变更控制的例子。
在图11的上侧表示了进气凸轮11、接触件90和气门弹簧的关系、和进气门9的上升量。图11的横轴表示按照膨胀冲程、排气冲程、进气冲程、压缩冲程的顺序发动机冲程发生变化的样子，在纵轴表示进气门9的上升量[mm]。
以在发动机50停止后，进气凸轮轴的相位由于意外的提前动作从最大滞后停止位置110向提前侧的位置100偏移的状况(相位偏移)发生了的情况为前提。这时，气门相位检测部302根据按6deg.CA的间隔计算的曲柄角传感器6、和电动气门正时装置27内的电机27b的转速，计算曲轴5与进气凸轮轴的相位的相对值(相对位置关系)，计算这时的接触件90与进气凸轮11的凸轮凸角11m的相对值。
在图11所示的例子中，能够确认进气凸轮11的相位从最大滞后停止位置110(轮廓曲线9b)变动到提前侧的位置100(轮廓曲线9c)。根据上述的计算结果，在将进气凸轮11从位置100向从凸轮凸角11m下来的方向、即滞后方向控制的情况下，不产生大的电流值。因此，将进气凸轮11再次控制在最大滞后停止位置110时，从ECU26对电动气门正时装置27输出用于将进气凸轮11向滞后方向(靠近最大滞后停止位置110的方向)驱动的指示，由此能够实现发动机停止后的向最大滞后方向的控制。
(第二相位变更方法)
图12表示在第一实施方式中发动机停止后的第二相位变更方法即“双重动作”的例子。本例中，在发动机停止后使进气凸轮11的相位变化时，进气凸轮11应该动作的方向(在此，最大滞后方向)为电机27b的电流超过目标电流的较大侧的情况下的动作模式。该动作模式是通过二次旋转动作完成相位变更的特别的相位变更控制的例子。
在图12中表示了，虽然在进气凸轮11的相位为最大滞后停止位置110(轮廓曲线9b)发动机停止了，但是由于之后的干扰，进气凸轮11的相位偏移至了提前方向的位置101(轮廓曲线9d)的例子。在该情况下也与图11中的说明同样地，将进气凸轮11向滞后方向(最大滞后停止位置110)驱动，计算接触件90与凸轮凸角11m的相对位置关系。
其结果是，如位置101(轮廓曲线9d)所示，当使进气凸轮11向滞后方向旋转了时，在凸轮凸角11m与接触件90抵接的情况下，实施暂时使进气凸轮11提前至远离最大滞后停止位置110的位置120(轮廓曲线9e)的动作(箭头121)。之后，实施从凸轮凸角11m的影响小的位置120滞后至最大滞后停止位置110(轮廓曲线9b)的动作(箭头122)。第二相位变更方法也可以说是将第一次的向反相位侧的动作的反作用用于第二次的动作中。
由此，能够降低驱动电动气门正时装置27时的最大扭矩。即，能够抑制相位变更控制时的电机27b的冲击电流。因此，在登上凸轮凸角11m的方向与存在目标相位的区域的方向(在此，滞后方向)一致的情况下，在将进气凸轮11向提前方向控制时，不产生大电流值。
即，在将进气凸轮11再次控制到最大滞后停止位置110时，从ECU26对电动气门正时装置27发出用于暂时将进气凸轮11向提前方向(远离最大滞后停止位置110的方向)驱动的指示，旋转至任意位置(能够抑制冲击电流值的接触件90与凸轮凸角11m的相对位置)。之后，发出用于将进气凸轮11向滞后方向(靠近最大滞后停止位置110的方向)驱动的指示，由此能够在发动机停止后实现向最大滞后方向的控制。
其中，在用箭头121表示的使进气凸轮11(进气凸轮轴)向远离目标相位的方向(第二方向)变化了规定相位量的动作中，能够在至少凸轮凸角11m的顶点不与接触件90抵接的范围内设定规定相位量。例如作为规定相位量，也可以设定在进气凸轮11在远离目标相位的方向旋转时，在电机27b的电流不超过目标电流的范围内，接触件90到达进气凸轮11的凸轮凸角11m的中途这样的值。该第二相位变更方法中的第一次动作的规定相位量，预先通过实验或计算求得并存储在ROM32(映射信息321)中。
[电动气门正时控制方法]
接着，关于第一实施方式中的电动气门正时控制方法，参照图13进行说明。
图13是表示第一实施方式的电动气门正时控制方法的顺序例子的流程图。该流程图所示的顺序，通过CPU30读取并执行记录在ROM32中的控制程序而实现。在此，作为下次发动机启动时的相位控制的要求，表示从发动机停止时到再启动使进气门9向最大滞后位置进行相位变更时的一系列的动作。以下，将图13所示的流程图分为每个处理步骤进行说明。本流程图中以发动机动作中为开始条件，以经由发动机停止且下次的发动机启动标志变为了ON(接通)的时刻为控制结束条件。
《步骤S1》
在发动机动作中的电动气门正时装置27的控制中，如上所述，ECU26内的CPU30作为通常控制基于来自曲柄角传感器6的信号计算与发动机转速成比例的占空比的PWM信号。CPU30将该PWM信号输出到UVW控制单元27c的通用IC271。
《步骤S2》
通过CPU30的发动机状态判断部301确认电池(参照图4)的充电容量。这时电池(蓄电池)的充电容量达到了上限值的状态时满足发动机停止条件，发动机停止准备完成(S2的“是”)。在电池充电容量没有达到上限值的状态下(S2的“否”)，发动机状态判断部301返回到步骤S1继续进行通常控制。ECU26只要不关机(key off)，则即使车辆由于信号、交通堵塞等而停止也不使发动机50停止。在被关机了的情况下，CPU30结束本流程图的处理。此外，作为其它的发动机停止条件，能够列举怠速停止、空调设备使用、催化剂温度到达阈值等。
《步骤S3》
CPU30的发动机状态判断部301在ECU26中判断燃料切断指令(断油制冷)是否为ON，当燃料切断指令为ON时转移到步骤S4(S3的“是”)，当燃料切断指令为OFF时返回到步骤S1继续进行通常控制(S3的“否”)。ECU26在使发动机50停止前，经过转移到使燃料喷射停止的燃料切断运转的过程(process)。这时，由于不需要发动机扭矩，因此发动机50进入燃料切断运转模式，使从CPU30输向喷射器14的燃料喷射信号为OFF(关断)，停止向燃烧室供给燃料。燃料切断后的燃料切断运转期间中(图3的发动机停止处理中)，发动机50利用惯性而旋转，最终发动机转速成为零。因此，将确认到燃料喷射的停止作为用于判断发动机停止时的标志之一。
《步骤S4》
CPU30的气门相位变更部304与燃料切断的开始同时对电动气门正时装置27进行控制，以使得进气门9的相位滞后(S4)。燃料切断后的进气门9的目标相位为最大滞后位置(驱动旋转体28的端部28c、图7的轮廓曲线9b)。将相位变化至最大滞后位置的完成作为用于判断发动机停止的标志之一。
《步骤S5》
进一步，CPU30的气门相位检测部302判断进气门9的相位是否为最大滞后，在进气门9的相位为最大滞后时转移到步骤S6(S5的“是”)。在进气门9的相位不是最大滞后时(S5的“否”)，CPU30的气门相位变更部304返回至步骤S4再次将进气门9的相位控制为最大滞后。在通过电动气门正时装置27将进气门9控制为最大滞后的状态下发动机50进行着驱动的情况下，来自电动气门正时装置27的电机27b的霍尔电压(霍尔IC信号)仅在向提前方向旋转时被输出。因此，来自电动气门正时装置27的电机27b的霍尔电压不是提前方向这一项目，也作为用于判断发动机停止的标志之一。
《步骤S6》
经过步骤S5的“是”判断，CPU30的发动机状态判断部301判断为发动机停止。在本实施方式中，判断为发动机停止的条件是：从CPU30输向喷射器14的燃料喷射信号成为OFF(S3的“是”)、来自曲柄角传感器6的脉冲信号没有被输入到CPU30、进气门9的相位被控制为最大滞后(S4、S5)、且电动气门正时装置27中的电机传感器的向提前方向的脉冲信号没有被输入CPU30中、这四个项目的和(AND)条件(逻辑积)。其中，四个项目的和条件是一例，例如也可以是一个以上的项目的组合。
《步骤S7》
将上述步骤S6所示的发动机停止的判断作为向步骤S7的输入条件。在步骤S7中表示从步骤S8至步骤S17的循环处理的继续条件。循环处理的结束条件是，下一次来自ECU26的发动机启动判断标志成为ON的时刻。即，CPU30的发动机状态判断部301，在向电机27b通电的状态且发动机50停止的情况下，总是执行本循环处理。
《步骤S8》
在进入上述步骤S7的循环处理后，CPU30的气门相位检测部302在发动机50停止着的期间，总是监视电动气门正时装置27中的电机27b的转速、以及曲柄角传感器6和进气凸轮角传感器13的信号。气门相位检测部302计算发动机停止时的进气门9的相位与曲轴5的相位的相对相位。在以下记载关于这时的进气门9的意外的相位变化的各个模式。
(情景A)
本项目为，在发动机50暂时停止后，发动机启动标志不成立的状态下，利用曲柄角传感器6进行旋转(脉冲信号)的检测，并且用电动气门正时装置27中的电机传感器(霍尔IC电路)检测到电机27b的向提前方向的旋转(脉冲信号)的情况。这时，电动气门正时装置27中的电机27b的向提前方向的转速，是由曲柄角传感器6检测到的转速的1/2(换算为凸轮转速)的减速比倍。但是，在曲轴5的旋转量是6deg.CA以内的情况下，还存在：利用曲柄角传感器6不能检测到旋转，仅检测到电动气门正时装置27内的电机27b向提前方向的旋转的情况。在相位偏移量小而曲柄角传感器6不能检测时，能够用电机传感器检测轴支承进气凸轮11的进气凸轮轴的旋转。例如，在本实施方式中使用的霍尔IC传感器，能够检测0.42度的旋转。
(情景B)
本项目为，在发动机50暂时停止后，发动机启动标志没有成立的状态下，利用进气凸轮角传感器13进行旋转(脉冲信号)的检测，并且用电动气门正时装置27中的电机传感器检测到电机27b向提前方向的旋转(脉冲信号)的情况。这时，电动气门正时装置27中的电机27b向提前方向的转速为，由进气凸轮角传感器13检测到的转速的减速比倍。但是为，由于进气凸轮角传感器13的分辨率为每个间隔180deg.CA，因此仅检测到电动气门正时装置27中的电机27b向提前方向的旋转的模式。在此情况下，虽然现象不同，但是检测内容与在情景A的说明的后半部分所示的特殊模式是相同的。
《步骤S9》
CPU30的气门相位检测部302基于步骤S8的计算结果，判断进气门9的相位是否为最大滞后。即，气门相位检测部302判断气门正时的意外的相位变化(相位偏移)有无发生。气门相位检测部302接受到检测到在步骤S8中定义的情景A或情景B的信号，判断进气门9的当前相位不是最大滞后而发生了意外的相位变化。
基本上气门相位检测部302在发动机停止后，在没有被输入发动机启动标志的状态下检测到电动气门正时装置27中的电机27b的旋转时，判断为从最大滞后发生了意外的变动，计算出当前相位不是最大滞后。然而，在曲柄角传感器6和电机27b的旋转信号(脉冲数)按2：1被输入的情况下，由于判断为两者保持相对相位地跟随，因此不适用。气门相位检测部302判断为进气门9的相位不是最大滞后时(S9的“否”)，转移到步骤S10，在判断为进气门9的相位是最大滞后时(S9的“是”)，转移到步骤S8。
《步骤S10》
CPU30的气门相位检测部302在进气门9的相位不是目标相位(在此为最大滞后)的情况下，根据曲柄角传感器6或进气凸轮角传感器13的信号、和电动气门正时装置27中的电机27b的旋转信号，将进气门9的在发动机停止时刻的与最大滞后位置的相位偏移量作为相对值计算出来。气门相位检测部302根据该相位偏移量计算发动机停止时的进气门9的相位与曲轴5的相位的相对相位。
《步骤S11》
CPU30的相位变更方法选择部303根据在步骤S10中算出的当前的进气门9相对于曲轴5的相对相位，掌握凸轮凸角11m的位置和电动气门正时装置27的使相位向最大滞后侧变化的动作的关系。这时，如参照图11和图12所说明的那样，得到凸轮凸角11m和进气凸轮11的相位变化方向的关系性。相位变更方法选择部303计算相对于最终的要求相位(此情况下为最大滞后)，使进气凸轮11的相位从当前的进气凸轮11的相对相位向提前方向和滞后方向的哪个方向变化时电机27b的电流值变小，从而选择相位变更方法。实际上，相位变更方法选择部303基于进气凸轮11的当前相位和目标相位，参照映射信息321选择相位变更方法。在此，能够以较小的电机电流执行向最大滞后侧的相位变更控制的动作的情况下(S11的“是”)，向步骤S12转移，在不能以较小的电机电流执行向最大滞后侧的相位变更控制的动作的情况下(S11的“否”)，向步骤S14转移。
《步骤S12》
CPU30的相位变更方法选择部303在上述步骤S11的“是”判断的情况下，选择单一动作(第一相位变更方法)。在步骤S12、S13中表示选择了单一动作的情况下的流程。所谓单一动作，如图11中所表示的那样，是在向目标相位(例如最大滞后)去的动作从凸轮凸角11m下来的方向、电机电流的产生较小的方向动作的模式。
《步骤S13》
CPU30的气门相位变更部304根据在步骤S12选择了的单一动作，对于UVW控制单元27c输出与向滞后方向的旋转对应的转速和旋转方向的指示(PWM/Duty)。由此，经由通用IC271和电机驱动器272，对电动气门正时装置27中的电机27b发送用于向滞后方向旋转的驱动信号。电机27b使驱动旋转体28旋转，使进气凸轮轴(进气门9)向最大滞后的相位变化。
《步骤S14》
CPU30的相位变更方法选择部303在上述步骤S11的“否”判断的情况下，选择双重动作(第二相位变更方法)。在步骤S14～S16中表示了选择双重动作的情况下的流程。所谓双重动作是，如图12所示，向目标相位(例如最大滞后)去的动作分2阶段实施，以使电机电流不超过目标电流的方式动作的模式。
《步骤S15》
CPU30的气门相位变更部304根据在步骤S14所选择的双重动作，作为第一次动作，将进气门9的相位向目标相位的相反相位侧(在此为提前侧)控制。如图12所示，CPU30在设想使进气凸轮11的相位向滞后方向变化了时，在凸轮凸角11m的顶点与接触件90抵接的情况下，换言之在接触件90登上凸轮凸角11m后从该凸轮凸角11m下来的情况下，使进气门9的相位向暂时从凸轮凸角11m下来的提前方向(远离目标相位的方向)变化。作为一例，可以使进气凸轮11的相位提前至接触件90从凸轮凸角11m完全下来的位置、即接触件90与凸轮凸角11m的接触点处于与凸轮短径相同径的位置。在接触件90与凸轮凸角11m的接触点处于与凸轮短径相同径的位置，由于进气凸轮11不按压接触件90和气门弹簧，因此对进气凸轮11不施加气门弹簧的反作用力产生的负荷。
《步骤S16》
CPU30的气门相位变更部304，作为双重动作中的第二次动作，将进气门9的相位向靠近目标相位方向(在此为滞后侧)控制。在上述步骤S15中，暂时使进气门9的相位从作为下次发动机的启动要求的最大滞后向相反相位侧的提前方向变化。这时，通过提前至从凸轮凸角11m完全下来的位置，接着使进气凸轮11的相位向靠近目标相位的方向变化时，能够抑制对UVW控制单元27c施加的冲击电流。CPU30例如将使进气门9的相位从进气凸轮轴位于凸轮凸角11m的最下的状态(对进气凸轮11没有施加负荷的状态)向最大滞后的方向变化的指示，从ECU26提供给UVW控制单元27c。由此，CPU30进行使进气门9的相位向最大滞后变化的控制。
《步骤S17》
CPU30的气门相位检测部302经过在步骤S13或步骤S16对进气门9进行的向最大滞后的相位变更控制后，判断当前的进气门9的相位。在此，将通过上述的单一动作和双重动作、进气门9是否已经变化至相位偏移发生前的最大滞后、即在步骤S8计算出的相位作为判断条件。这时，CPU30在判断为进气门9变化到最大滞后的相位的情况下(S17的“是”)，转移到步骤S8，准备发动机停止后的相位偏移的发生。另一方面，CPU30在判断为进气门9的相位不是最大滞后的情况下(S17的“否”)，转移到步骤S11。基于步骤S11中的进气门9的当前的相对相位的判断结果，再次进行从步骤S11至步骤S17的选择相位变化动作的流程，由此进行进气门9向最大滞后的相位变化。
《步骤S18《
本步骤表示从上述步骤S8至步骤S17的发动机停止后的对进气门9的下次启动时要求相位变更的变更处理流程的结束条件。该循环处理的结束条件为，下次发动机启动的标志“ON”被输入到CPU30中的时刻。这时，通过至此为止的一系列的处理步骤，能够推算进气门9的相位为最大滞后停止位置110(驱动旋转体28的端部28c与从动旋转体29的凸部29a抵接的位置)。
如上所述，第一实施方式的电动气门正时控制装置(ECU26)控制电动气门正时装置(VTC27)，该电动气门正时装置(VTC27)利用与凸轮轴连结的电机(电机27b)使凸轮轴(例如进气凸轮轴)相对于内燃机(发动机50)的曲轴的相对旋转相位变化，来使气门正时变化。上述电动气门正时控制装置具有控制部(CPU30：气门相位检测部302、相位变更方法选择部303)，其在内燃机的停止处理后利用电动气门正时装置使凸轮轴的相对旋转相位变化时，基于凸轮轴的当前相位与目标相位的关系，改变使凸轮轴从当前相位向目标相位变化的相位变更方法。
依据上述结构的第一实施方式，从内燃机(发动机50)即将停止前至停止后，通过掌握凸轮轴(进气凸轮轴)的当前相位(电动气门正时装置(VTC27)的相位)与目标相位(进气凸轮轴和凸轮凸角11m的相对位置)的关系，能够切换使凸轮轴的相位变化的相位变更方法(单一动作、双重动作)。由此，根据凸轮轴的当前相位与目标相位的关系，能够切换电动气门正时控制装置(ECU26)对电机的旋转方向指示。故而，能够防止由于过剩的电流的产生导致的电机和电机驱动器的过热，并且从内燃机即将停止前至停止后能够将阀(进气门9)的相位控制为任意的相位。
如上所述，在本实施方式的电动气门正时控制装置(ECU26)中，控制部(CPU30：气门相位检测部302、相位变更方法选择部303)在内燃机(发动机50)的停止处理后利用电动气门正时装置(VTC27)使凸轮轴(进气凸轮轴)的相对旋转相位变化时，基于凸轮轴的上述当前相位与上述目标相位(例如最大滞后)的关系，切换第一相位变更方法(单一动作)和第二相位变更方法(双重动作)，该第一相位变更方法是使凸轮轴在从当前相位靠近目标相位的第一方向旋转，来使凸轮轴变化为目标相位的方法，该第二相位变更方法是，通过第一次动作使得凸轮轴在远离目标相位的第二方向旋转规定相位量后，通过第二次动作使得凸轮轴在第一方向旋转，来使凸轮轴变化为目标相位的方法。
依据这样的结构，电动气门正时控制装置(ECU26)根据凸轮轴的当前相位与目标相位的关系，选择第一相位变更方法和第二相位变更方法中的任一方法，能够切换从电动气门正时控制装置(ECU26)向电机(电机27b)发出的旋转方向指示。
如上所述，在本实施方式的电动气门正时控制装置(ECU26)中，控制部(CPU30：气门相位检测部302、相位变更方法选择部303)在凸轮轴(进气凸轮轴)的目标相位从当前相位看，设定在设想使凸轮轴从当前相位在第一方向旋转了时电机(电机27b)中流动目标电流以下的电流的区域的情况下，选择第一相位变更方法(单一动作)，设定在电机中流动超过目标电流的电流的区域的情况下，选择第二相位变更方法(双重动作)。
依据这样的结构，电动气门正时控制装置(ECU26)根据凸轮轴的当前相位与目标相位的关系，选择第一相位变更方法和第二相位变更方法中的任一方法，能够防止电机(电机27b)中流动超过目标电流的电流。
如上所述，在本实施方式的电动气门正时控制装置(ECU26)中，控制部(CPU30：气门相位检测部302、相位变更方法选择部303)，在设想使凸轮轴(进气凸轮轴)从当前相位在第一方向旋转了时，在由凸轮轴轴支承的凸轮(例如进气凸轮11)在按压气门弹簧的方向的相反方向旋转的情况下，选择第一相位变更方法(单一动作)，在进气凸轮或排气凸轮在按压气门弹簧的方向旋转的情况下，选择第二相位变更方法(双重动作)。
依据这样的结构，电动气门正时控制装置(ECU26)在使凸轮轴(进气凸轮轴)旋转了时，在凸轮(进气凸轮11)在按压气门弹簧的方向旋转的情况下，选择第二相位变更方法(双重动作)。由此，能够抑制驱动电动气门正时装置(VTC27)的电机时的最大扭矩，能够降低在电机中流动的电流。
如上所述，在本实施方式的电动气门正时控制装置(ECU26)中，控制部(CPU30：气门相位检测部302、相位变更方法选择部303)在设想使凸轮轴(进气凸轮轴)从当前相位在第一方向旋转了时，在使接触件(接触件90)从该凸轮的凸轮凸角(凸轮凸角11m)下来的方向旋转的情况下，选择第一相位变更方法(单一动作)，在使接触件登上凸轮凸角的方向旋转的情况下，选择第二相位变更方法(双重动作)，其中，接触件设置在由凸轮轴轴支承的凸轮与气门弹簧之间。
依据这样的结构，电动气门正时控制装置(ECU26)在使凸轮轴(进气凸轮轴)旋转了时，在接触件(接触件90)登上凸轮凸角(凸轮凸角11m)的方向旋转的情况下，选择第二相位变更方法(双重动作)。由此，能够抑制驱动电动气门正时装置(VTC27)的电机时的最大扭矩，能够降低在电机中流动的电流。
如上所述，在本实施方式的电动气门正时控制装置(ECU26)中，包括：在第一轴设定凸轮轴(进气凸轮轴)的当前相位，在第二轴设定凸轮轴的目标相位，在第一轴与第二轴的交叉点定义了相位变更方法(单一动作、双重动作)的映射信息(映射信息321)，控制部(CPU30：气门相位检测部302、相位变更方法选择部303)基于凸轮轴的当前相位和目标相位，参照映射信息来切换相位变更方法。
依据这样的结构，电动气门正时控制装置(ECU26)根据凸轮轴的当前相位与目标相位的关系，参照映射信息，能够容易地选择和切换相位变更方法。
如上所述，在本实施方式的电动气门正时控制装置(ECU26)中，电动气门正时装置(VTC27)包括控制单元(UVW控制单元27c)，其内置有输出与电机(电机27b)的旋转相应的信号的电机传感器(霍尔IC电路)。控制部(CPU30：气门相位检测部302、相位变更方法选择部303)从电动气门正时装置的控制单元接收电机传感器的输出信号作为电机转速和电机旋转方向，来在内燃机(发动机50)的停止处理后，检测电动气门正时装置的相位变更量(转速)和相位变更方向(旋转方向)。
依据这样的结构，电动气门正时控制装置(ECU26)在内燃机(发动机50)的停止处理后，即使在没有从曲柄角传感器6和进气凸轮角传感器13得到信号的情况下，也能够基于电机传感器的输出信号得到电机转速和电机旋转方向。因此，从内燃机即将停止前至停止后，能够以良好的精度将气门(阀)的相位控制在任意相位。
<第二实施方式>
第二实施方式中的发动机及其周边设备的基本结构，与第一实施方式同样地为图1所记载的那样。本实施方式的发动机，是作为类型采用了早闭米勒循环的发动机。所谓早闭米勒循环是指，在四冲程发动机的进气冲程中在活塞3到达下止点前关闭进气门9的发动机冲程。本实施方式中记载的发动机，通过搭载的电动气门正时装置27使进气凸轮11向提前侧进行相位变化，能够使早闭米勒循环成立。
[早闭米勒循环中的进气门和排气门的相位与上升量的关系]
在图14和图15中表示早闭米勒循环的进气门9和排气门10的轮廓曲线。
图14表示在早闭米勒循环中，将进气门9设定在最大提前相位的情况下的进气门9的轮廓曲线9f。
图15表示在早闭米勒循环中，将进气门9设定在最大滞后相位的情况下的进气门9的轮廓曲线9g。
图6和图7的横轴中表示了发动机冲程按膨胀冲程、排气冲程、进气冲程、压缩冲程的顺序变化的样子，在纵轴表示了进气门9和排气门10的上升量[mm]。在具有早闭米勒循环的功能的发动机中，作为进气凸轮11的轮廓曲线，与具有迟闭米勒循环的功能的发动机的进气凸轮11相比较，具有凸轮宽狭窄、进气门9的上升量小的趋势。
[电动气门正时控制装置的动作]
在早闭米勒循环中，在发动机再启动时优选在将进气门9的相位控制在最大提前(轮廓曲线9f)的状态下进行再启动。在搭载早闭米勒循环的发动机中，与迟闭米勒循环相反，在四冲程发动机的冲程中，能够为在排气冲程的中途使进气门9开阀、在进气冲程的中途将进气门9关闭的相位。因此，通过将发动机再启动时的进气门9的相位控制在最大滞后(轮廓曲线9g)，能够降低压缩冲程中的发动机缸内的空气流量。因此，在发动机再启动时，能够降低曲轴5的旋转上升时的转速变动、并抑制发动机再启动时的车体振动(NVH：Noise(噪声)、Vibration(振动)、Harshness(声振粗糙度))。在本实施方式中，通过搭载在进气凸轮轴的电动气门正时装置27实现的相位变化使该动作成立。
在本实施方式中，对ECU26输入怠速停止指令，在燃料喷射切断后使进气门9的相位变化到最大提前，由此，如上所述，在发动机启动时进气门9的相位能够从最大提前启动。但是，与第一实施方式同样地在发动机停止后，受到凸轮凸角11m的反作用力、发动机刚停止后的曲柄反转等的影响，使控制在了最大提前的电动气门正时装置27的相位向滞后侧偏移的现象以一定的概率发生。因此，在发动机停止后也要求通过电动气门正时装置27控制进气门9的相位。
在本实施方式中，根据从发动机停止时的进气门9的相位起的偏移量计算在发动机停止后发生的进气门9的相位变化。作为相位偏移的方向，由于在发动机停止时处在了最大提前相位的进气门9向滞后方向偏移，因此在检测到相位偏移后需要使进气门9的相位向最大提前的方向变化。因此，作为发动机停止后的相位变更控制，需要通过电动气门正时装置27使进气凸轮轴向与发动机旋转方向同方向的提前侧旋转。
但是，与第一实施方式同样地，取决于发生相位偏移后的进气凸轮11的相位与最大提前相位的相对位置关系，因相位变化，接触件90越过凸轮凸角11m。由此，在相位变更控制中，存在过大的电流值施加于UVW控制单元27c的可能性。在本实施方式中，目的在于防止过大电流向UVW控制单元27c的冲击。
[电动气门正时控制方法]
接着，关于第一实施方式中的电动气门正时控制方法，参照图16进行说明。
图16是表示第二实施方式的电动气门正时控制方法的顺序例的流程图。在此，作为下次发动机启动时的相位控制的要求，表示从发动机停止时至再启动将进气门9向最大提前位置进行相位变更时的一系列的动作。
关于图16的各处理步骤的详细内容，与第一实施方式中的图13的处理步骤大致相同。将图13的步骤S4、S5、S9、S11、S13、S16、S17的“滞后”和“最大滞后”，在图16的步骤S24、S25、S29、S31、S33、S36、S37中置换为“提前”和“最大提前”。与此相反，将图13的步骤S15的“提前”在图16的步骤S35中置换为“滞后”。
[本实施方式的应用效果]
如上所述构成的第二实施方式，不仅能够获得与第一实施方式同样的作用效果，还能够起到以下的作用效果。假设在发动机停止时将进气门9的相位控制为最大提前的状态下遇到了发动机停止，在发动机停止后进气门9的相位偏移了时，通过采用本实施方式的结构，能够计算出从该最大提前起的相对的相位偏移量。进一步，基于本实施方式，能够将偏移后的进气门9的相位重新控制为最大提前(轮廓曲线9f)，即使在下次发动机再启动时也能够从最大提前开始启动。
<变形例>
在上述的第一和第二实施方式中，说明了在发动机50停止后通过电动气门正时装置27使进气凸轮轴相对于曲轴5的相对旋转相位变化的例子，但能够应用本发明的状况不限于发动机50停止后。本发明优选利用在：在设想使进气凸轮轴从当前相位在靠近目标相位的方向上旋转了时，目标相位设定在电机27b中流动超过目标电流的电流的区域中的状况下。成为发动机50的转速越低，电机电流越容易超过目标电流的状况。因此，本发明在实施发动机50的停止处理后、即在发动机50的转速为规定值以下的状态下，在发动机50即将停止前和发动机50停止后能够应用。
在上述的第一和第二实施方式中，说明了ECU26控制进气凸轮11(进气门9)相对于曲轴5的相位的例子，但在ECU26控制排气凸轮12(排气门10)的相位的情况下也能够应用。
进一步，本发明不限于上述的各实施方式，只要不脱离权利要求记载的本发明的主旨，当然能够采用其它各种应用例、变形例。例如，上述各实施方式是为了容易理解地说明本发明而对电动气门正时控制装置的结构详细且具体地说明了的内容，不限定于具有所说明了的全部的构成要素。另外，能够将一个实施方式的结构的一部分置换为其它实施方式的构成要素。另外，也能够对一个实施方式的结构增加其它实施方式的构成要素。另外，关于各实施方式的结构的一部分，能够进行其它构成要素的增加或置换、删除。
另外，上述各结构、功能、处理部等，它们的一部分或者全部也可以通过例如用集成电路进行设计等而由硬件实现。作为硬件也可以使用FPGA(Field Programmable GateArray：现场可编程门阵列)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)等广义的处理器设备。
另外，在图13和图16所示的流程图中，在对处理结果不造成影响的范围内，也可以将多个处理并列地实施，或者改变处理顺序。
附图标记的说明
1…气缸盖、2…气缸体、3…活塞、4…连杆、5…曲轴、6…曲柄角传感器、7…进气管、8…排气管、9…进气门、9a…最大提前进气门轮廓曲线(迟闭米勒循环)、9b…最大滞后进气门轮廓曲线(迟闭米勒循环)、9c…单一动作进气门轮廓曲线(迟闭米勒循环)、9d…单一动作进气门轮廓曲线(第一动作)(迟闭米勒循环)、9e…单一动作进气门轮廓曲线(第二动作)(迟闭米勒循环)、9f…最大提前进气门轮廓曲线(早闭米勒循环)、9g…最大滞后进气门轮廓曲线(早闭米勒循环)、10…排气门、10a…排气门轮廓曲线(迟闭米勒循环)、10b…排气门轮廓曲线(早闭米勒循环)、11…进气凸轮、11m…凸轮凸角、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…燃压传感器、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(电动气门正时控制装置)、27…电动气门正时装置、27a…减速器、27b…电机、27c…UVW控制单元、27d…链轮、28…驱动旋转体、28a…凹部、28b…端部(最大提前停止)、28c…端部(最大滞后停止)、29…从动旋转体、29a…凸部、90…接触件、271…通用IC、272…电机驱动器、321…映射信息。

Claims (8)

1.一种电动气门正时控制装置，其控制电动气门正时装置，该电动气门正时装置利用与凸轮轴连结的电机使所述凸轮轴的相对于内燃机的曲轴的相对旋转相位变化来使气门正时变化，所述电动气门正时控制装置的特征在于，包括：
控制部，其在所述内燃机的停止处理后利用所述电动气门正时装置使所述凸轮轴的所述相对旋转相位变化时，基于所述凸轮轴的当前相位与目标相位的关系，改变使所述凸轮轴从所述当前相位向所述目标相位变化的相位变更方法。
2.如权利要求1所述的电动气门正时控制装置，其特征在于：
所述控制部在第一相位变更方法和第二相位变更方法之间进行切换，其中，
所述第一相位变更方法，在所述内燃机的停止处理后利用所述电动气门正时装置使所述凸轮轴的所述相对旋转相位变化时，基于所述凸轮轴的所述当前相位与所述目标相位的关系，使所述凸轮轴在所述当前相位向靠近所述目标相位的第一方向上旋转，来使所述凸轮轴变化至所述目标相位，
所述第二相位变更方法，通过第一次动作使得所述凸轮轴在远离所述目标相位的第二方向上旋转规定相位量后，通过第二次动作使得所述凸轮轴在第一方向上旋转来使所述凸轮轴变化至所述目标相位。
3.如权利要求2所述的电动气门正时控制装置，其特征在于：
所述控制部，在从所述当前相位看所述凸轮轴的所述目标相位设定在、设想使所述凸轮轴从所述当前相位在所述第一方向上旋转了时所述电机中流动目标电流以下的电流的区域中的情况下，选择所述第一相位变更方法，在设定在所述电机中流动超过目标电流的电流的区域中的情况下，选择所述第二相位变更方法。
4.如权利要求2所述的电动气门正时控制装置，其特征在于：
所述控制部，在设想使所述凸轮轴从所述当前相位在所述第一方向上旋转了时，在与由所述凸轮轴轴支承的凸轮按压气门弹簧的方向相反的方向上旋转的情况下，选择所述第一相位变更方法，在所述凸轮按压所述气门弹簧的方向上旋转的情况下，选择所述第二相位变更方法。
5.如权利要求2所述的电动气门正时控制装置，其特征在于：
所述控制部，在设想使所述凸轮轴从所述当前相位在所述第一方向上旋转了时，在接触件从所述凸轮的凸轮凸角下来的方向上旋转的情况下，选择所述第一相位变更方法，其中，所述接触件设置在由所述凸轮轴轴支承的凸轮与气门弹簧之间，在所述接触件登上凸轮凸角的方向上旋转的情况下，选择所述第二相位变更方法。
6.如权利要求1～5中任一项所述的电动气门正时控制装置，其特征在于：
所述电动气门正时控制装置具有映射信息，该映射信息在第一轴设定所述凸轮轴的所述当前相位，在第二轴设定所述凸轮轴的所述目标相位，在所述第一轴与所述第二轴的交叉点定义了所述相位变更方法，
所述控制部基于所述凸轮轴的所述当前相位和所述目标相位，参照所述映射信息切换所述相位变更方法。
7.如权利要求1所述的电动气门正时控制装置，其特征在于：
所述电动气门正时装置具有控制单元，该控制单元内置有输出与所述电机的旋转相应的信号的电机传感器，
所述控制部通过从所述电动气门正时装置的所述控制单元接收所述电机传感器的输出信号作为电机转速和电机旋转方向，来在所述内燃机的停止处理后检测所述电动气门正时装置的相位变更量和相位变更方向。
8.一种电动气门正时控制方法，其为利用控制电动气门正时装置的电动气门正时控制装置进行的电动气门正时控制方法，所述电动气门正时装置利用与凸轮轴连结的电机使所述凸轮轴的相对于内燃机的曲轴的相对旋转相位变化来使气门正时变化，所述电动气门正时控制方法的特征在于：
所述电动气门正时控制装置的控制部执行以下处理：
在所述内燃机的停止处理后，检测所述凸轮轴的当前相位与目标相位的关系的处理；和
在利用所述电动气门正时装置使所述凸轮轴的所述相对旋转相位变化时，基于所述检测的结果，使所述凸轮轴从所述当前相位向所述目标相位变化的处理。
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