CN1818353B - 用于控制可变气门致动机构的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于控制可变气门致动机构的设备和方法。从发动机启动操作开始对从曲柄角度传感器输出的脉冲信号进行计算，在计算结果达到预定数量时判断发动机旋转是否开始。在判断发动机旋转开始了时，就许可驱动可变气门致动机构。其中，在从所述发动机的启动操作开始经历的时间达到预定时间时，启动对所述可变气门致动机构的驱动，而无需等待根据所述检测单元检测到发动机旋转的开始。

Description

用于控制可变气门致动机构的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于控制可变气门致动机构的设备和方法，该可变气门致动机构改变发动机气门的工作特性。
背景技术
日本特开2004-092420号公报公开了一种启动控制设备，其中在内燃机配置有改变进气门的气门开度量的可变气门致动机构的情形下，在接通点火开关或启动开关时，通过增加进气门的气门开度量而改进了内燃机的启动性能。
这一公报还公开了在曲柄启动后，进气门的气门开度量在发动机转速超过预定转速时增加。
然而，即使对可变气门致动机构的致动器进行控制，以在接通点火开关或启动开关时增加进气门的气门开度量，但是抵抗该可变气门致动机构工作的摩擦较大，并且由于发动机旋转还没有开始，可变气门致动机构实际上是不能工作的。
因此，在例如通过马达来驱动可变气门致动机构的情形中，可变气门致动机构需要包括能承受较大电流量的马达和驱动电路，这是因为在发动机启动开始时，较大的电流量通过马达。
在进气门的气门开度量在发动机转速超过预定转速后增加的情形中，进气门的气门开度量的增加有时滞后于发动机启动的开始，从而恶化了发动机的启动性能。
发明内容
鉴于以上所述，本发明的目的在于提供一种控制技术，其使得能对发动机启动的开始作出良好响应而驱动可变气门致动机构，同时防止较大的电流量通过可变气门致动机构的马达。
为了实现上述目的，在本发明中，在检测到根据启动操作的发动机旋转开始后，开始对可变气门致动机构的驱动。在所述检测单元未检测到根据启动操作的发动机旋转开始，且从所述发动机的启动操作开始经历的时间超过了预定时间时，启动对所述可变气门致动机构的驱动，而无需等待根据所述检测单元检测到发动机旋转的开始。
将从以下参照附图的描述中理解本发明的其它目的和特征。
附图说明
图1是表示根据一实施例的可变气门致动机构的立体图；
图2是表示图1的可变工作角控制机构的剖视图；
图3是表示图1的可变相位控制机构的剖视图；
图4是表示控制可变气门致动机构的第一实施例的流程图；
图5是表示第一实施例中可变气门致动机构的控制特性的时序图；
图6是表示控制可变气门致动机构的第二实施例的流程图；以及
图7是表示第二实施例中可变气门致动机构的控制特性的时序图。
具体实施方式
图1示出了根据一实施例的可变气门致动机构及其控制设备。
在应用了本实施例的可变气门致动机构的发动机(汽油内燃机)中，在每个气缸中设置有一对进气门2。
在进气门2的上部，进气驱动轴3沿气缸排的方向被可旋转地支承。通过曲轴(未示出)使进气驱动轴3旋转。
进气驱动轴3装配在摇摆凸轮4上，且摇摆凸轮4可相对地旋转。旋转中的摇摆凸轮4保持与进气门2的气门挺杆2a接触，以打开和关闭进气门2。
可变工作角控制机构10(可变气门致动机构)设置在进气驱动轴3和每个摇摆凸轮4之间，从而连续地改变每个进气门2的工作角以及气门升程量。这里，应意识到的是，尽管为了简洁起见只示出了一个用于该对进气门2中的一个的可变工作角控制机构10，但也为该对进气门2中的另一个设置了另一个可变工作角控制机构10。
可变相位控制机构20(可变气门致动机构)布置在进气驱动轴3的一个端部处。可变相位控制机构20通过改变进气驱动轴3相对于曲轴的旋转相位而连续地改变进气门2的工作角的中心相位。
如图1和图2所示，可变工作角控制机构10包括圆形驱动凸轮11、环形连杆12、控制轴13、圆形控制凸轮14、摇臂15以及杆状连杆16。驱动凸轮11被固定地设置且相对于进气驱动轴3偏心。驱动凸轮11装配在环形连杆12内，且该环形连杆12能相对地旋转。控制轴13大致与进气驱动轴3平行地在气缸排的方向上延伸。控制凸轮14固定地设置在控制轴13上且相对于控制轴13偏心。控制凸轮14装配在摇臂15中且摇臂15能相对地旋转，摇臂15的一端连接到环形连杆12的端部上。杆状连杆16连接到摇臂15的另一端上且连接到摇摆凸轮4上。
控制轴13在马达17作用下通过齿轮系18在预定的控制范围内旋转。
在以上结构中，当进气驱动轴3与曲轴一起旋转时，在环形连杆12通过驱动凸轮11而大致平移的同时，摇臂15绕控制凸轮14的轴线摆动。这使得摇摆凸轮4通过杆状连杆16而摆动，从而打开和关闭进气门2。
控制凸轮14的轴线(其形成摇臂15的摆动中心)的位置发生改变，从而最终通过用马达17可调节地改变控制轴13的旋转角而改变摇摆凸轮4的姿态。
因此，进气门2的工作角和气门升程量得以连续改变，同时进气门2的工作角的中心相位保持大致恒定。
图3示出了前述可变相位控制机构20。
可变相位控制机构20包括第一旋转体21、第二旋转体22以及柱状中间齿轮23。第一旋转体21固定在与曲轴同步旋转的链轮25上，从而第一旋转体21与链轮25一体地旋转。第二旋转体22通过螺栓22a固定在进气驱动轴3的一端上，从而第二旋转体22与进气驱动轴3一体地旋转。中间齿轮23通过螺旋形花键26与第一旋转体21的内周面以及第二旋转体22的外周面啮合。
鼓轮27通过三线螺钉28连接到中间齿轮23上，扭簧29通过第一旋转体21的插入而插在鼓轮27和中间齿轮23之间。
扭簧29沿朝向延迟位置的方向(图3的左边)偏压中间齿轮23。当向电磁缓速器24施加电压以产生磁力时，中间齿轮23通过鼓轮27和三线螺钉28向着提前位置的方向(图3的右边)运动。
改变旋转体21和22之间的相对相位，从而根据中间齿轮23在轴向上的位置而改变进气驱动轴3相对于曲轴的相位。
通过来自发动机控制单元30的控制信号，根据发动机的运行状态而对马达17和电磁缓速器24进行驱动和控制。
将来自各种传感器的检测信号输入到结合有微型计算机的发动机控制单元30中。
设置在发动机内的各种传感器的示例包括驱动轴传感器31、角度传感器32、曲柄角度传感器33、以及空气流量计34。驱动轴传感器31在进气驱动轴3的预定旋转角度位置处输出脉冲信号。角度传感器32连续地检测控制轴13的旋转角。曲柄角度传感器33在曲轴每次旋转了恒定角度(例如10度)时就输出脉冲信号。空气流量计34检测发动机的进气流量。
电池35的电压(作为电源)供应至发动机控制单元30。电池35的电压也是启动马达(未示出)的电源。点火开关36和启动开关37的ON和OFF信号输入至发动机控制单元30。
发动机控制单元30根据来自各种传感器的检测信号控制喷油量、喷油正时以及点火正时，发动机控制单元30控制进气门2的工作角和中心相位。
在本实施例中，为了在发动机启动时获得进气门2的工作特性的目标值(不同于发动机停机时的默认状态)，需要从默认位置向着启动目标对可变气门致动机构进行驱动与控制。
如图4的流程图所示，发动机控制单元30判断是否许可驱动可变工作角控制机构10，并且发动机控制单元30基于判断结果控制可变工作角控制机构10。
在图4的流程图中，在步骤S1中，发动机控制单元30判断点火开关36或启动开关37是否处于ON状态。
当点火开关36或启动开关37处于ON状态时，流程转到步骤S2。
在步骤S2中，基于来自曲柄角度传感器33的脉冲信号的输出是否停止了预定或更长的时间，判断发动机是否处于停机状态。
在步骤S2中，当发动机控制单元30确定发动机处于停机状态时，流程转到步骤S3，并且发动机控制单元30对计算来自曲柄角度传感器33的输出数量的计数器进行清零。
另一方面，当发动机控制单元30在步骤S2确定发动机不处于停机状态时，流程转到步骤S4。
在步骤S4中，发动机控制单元30判断是否从曲柄角度传感器33输出了脉冲信号。
当发动机控制单元30确定从曲柄角度传感器33输出了脉冲信号时，流程转到步骤S5，且发动机控制单元30使计数器值加一。
在步骤S6中，发动机控制单元30判断计数器值是否达到了预定次数。
当计数器值已经达到了预定次数时，发动机控制单元30就确定发动机的旋转已经根据启动操作而开始了，然后流程转到步骤S7。发动机控制单元30许可可变工作角控制机构10进行驱动控制，即许可马达17进行对控制轴13的旋转控制(见图5)。
在发动机没有旋转时，即使驱动了马达17，可变工作角控制机构10由于较大的摩擦也不会运动，而且相应地，马达17必然通过较大的电流量。
然而，如上所述，当发动机控制单元30对驱动马达17作出关于发动机旋转的开始的判断时，由于可变工作角控制机构10是响应马达17的驱动而工作的，因此电传动装置(即马达17)就不通过较大的电流量，从而就不需要能承受较大电流量的马达17及其驱动电路。
因为发动机控制单元30对发动机旋转的开始作出判断以许可驱动马达17，进气门2的工作角以及升程的变化(由可变工作角控制机构10执行)并不会很大程度地滞后于发动机启动操作，所以工作角以及升程能立即变为发动机启动状态中的最佳值，从而能维持发动机较高的启动性能。
此外，因为发动机控制单元30基于曲柄角度传感器33的脉冲信号而对发动机旋转的开始作出判断，所以能以较高的精度立即对发动机旋转的开始作出判断。
步骤S7为许可从发动机旋转状态开始驱动马达17的处理过程。在对其它许可条件(如电池电压和故障诊断结果)作出判断的情形下，当包括这些其它许可条件的所有许可条件都满足时，马达17被驱动。
另一方面，在步骤S6中，当发动机控制单元30判断计数器值没有达到预定次数时，流程转到步骤S8。
在步骤S8中，发动机控制单元30对发动机在从启动开关37接通开始经历了至少预定时间时是否旋转进行判断。
基于曲柄角度传感器33的脉冲信号是否持续输出了预定或更长的时间，判断发动机是否旋转。
在发动机从启动开关37接通开始经历了至少预定时间时旋转时，流程转到步骤S7，并且即使计数器值没有达到预定的次数，发动机控制单元30也许可驱动马达17。
这使得避免了由计数器引起的马达17驱动许可的不适当延迟。
在以上实施例的结构中，基于曲柄角度传感器33的脉冲信号对发动机旋转的开始作出判断。然而，由于发动机具有这样的特性，其中通过接通启动开关37来驱动启动器从而降低电池电压，然后通过使发动机旋转开始而恢复电池电压，所以也能通过监控电池电压的变化而对发动机旋转的开始作出判断。
图6是表示其中根据电池电压对发动机旋转的开始作出判断以许可驱动马达17的实施例的流程图。
在步骤S11中，发动机控制单元30判断点火开关36或启动开关37是否处于ON状态。当点火开关36或启动开关37处于ON状态时，流程转到步骤S12。
在步骤S12中，发动机控制单元30判断电池电压VB是否低于一阈值。当电池电压VB低于该阈值时，流程就转到步骤S13，而且将标记F设为1。
优选地，基于发动机启动操作前的电池电压VB设置所述阈值。当在步骤S11中作出NO的判断时，在步骤S17中将标记F设为0。
在步骤S12中，当发动机控制单元30判断电池电压VB等于或高于所述阈值时，流程就转到步骤S14。在步骤S14中，发动机控制单元30判断标记F是否为1。
标记F为1表明电池电压VB曾经下降到低于所述阈值，且电池电压VB然后增大到所述阈值或更高。
另一方面，标记F为0表明在发动机启动操作开始之后，电池电压VB保持为不低于所述阈值。
如上所述，在正常的发动机启动中，发动机表现出这样的特性，其中电池电压VB对启动器驱动的开始作出响应而下降后，电池电压VB随着发动机旋转而恢复。因此，在电池电压VB在曾经下降到低于阈值，然后增大到所述阈值或更高的情形下，发动机控制单元30确定此时为发动机旋转开始的时刻。
这就是说，当发动机控制单元30在步骤S14中判断标志F为1时，发动机控制单元30确定此时是发动机旋转开始的时刻，且流程转到S15。在步骤S15中，发动机控制单元30许可驱动控制可变工作角控制机构10，即许可控制轴13通过马达17而旋转(见图7)。
在步骤S13中将标志F设为1之后，当发动机控制单元30在步骤S14中判断标志F为0时，流程就转到步骤S16。在步骤S16中，发动机控制单元30判断从启动开关37接通开始经历了至少预定时间时发动机是否旋转。
基于曲柄角度传感器33的脉冲信号是否持续输出了至少预定时间，判断发动机是否旋转。
当发动机在从启动开关37接通开始经历了至少预定时间时旋转时，流程转到步骤S15，而无需等待基于电池电压VB的许可判断，而且发动机控制单元30许可所述可变工作角控制机构10(马达17)的驱动控制。
因此，即使没有基于电池电压VB正确地作出驱动许可判断，也能防止在没有作出驱动许可判断的情况下闲置发动机。
可以将基于曲柄角度传感器33的脉冲信号对发动机旋转的开始作出判断的处理过程以及基于电池电压VB对发动机旋转的开始作出判断的处理过程结合起来。
具体地，例如可在基于曲柄角度传感器33的脉冲信号对发动机旋转的开始的判断以及基于电池电压VB对发动机旋转的开始的判断中的任何一个的较早时刻，许可驱动控制可变工作角控制机构10(马达17)。
可变气门致动机构不限于具有以上结构的可变工作角控制机构10，且通过可变气门致动机构改变工作特性的发动机气门也不限于进气门。
在图4或图6中，可以省略步骤S8和步骤S16中的处理过程。
在此全文引入2005年2月10日提交的日本专利申请No.2005-034780作为参考。
尽管只选择了所选的实施例来对本发明进行描述和说明，但是本领域技术人员通过本公开文将明白在不背离所附权利要求限定的本发明范围的情况下，能作出各种变化和改进。
此外，提供前述对根据本发明的实施例的描述仅为了说明而不是为了对由所附权利要求及其等同物限定的本发明进行限制。

Claims (17)

1.一种用于控制可变气门致动机构的设备，该可变气门致动机构改变发动机气门的工作特性，所述设备包括；
检测单元，其检测根据启动操作的发动机旋转的开始；以及
控制单元，其控制对所述可变气门致动机构的驱动；
所述控制单元在所述检测单元检测到根据启动操作的发动机旋转开始时，启动对所述可变气门致动机构的驱动；在所述检测单元未检测到根据启动操作的发动机旋转开始，且从所述发动机的启动操作开始经历的时间超过了预定时间时，启动对所述可变气门致动机构的驱动，而无需等待根据所述检测单元检测到所述发动机旋转的开始。
2.根据权利要求1所述的用于控制可变气门致动机构的设备，其特征在于，
所述检测单元包括旋转传感器，该旋转传感器与所述发动机旋转同步地产生脉冲信号，且
基于所述旋转传感器产生的脉冲信号对所述发动机旋转的开始作出判断。
3.根据权利要求2所述的用于控制可变气门致动机构的设备，其特征在于，
在从所述发动机的停机状态产生的脉冲信号的数量达到一阈值时，所述检测单元就判断所述发动机旋转开始了。
4.根据权利要求1所述的用于控制可变气门致动机构的设备，其特征在于，
所述检测单元包括：旋转传感器，其与所述发动机旋转同步地产生脉冲信号；以及计数器，其对所述产生的脉冲信号的数量进行计算，
在所述脉冲信号的产生停止了至少预定时间时，所述计数器清零，在产生所述脉冲信号时，所述计数器加1，且在所述计数器的值达到预定值时，就判断出所述发动机旋转开始。
5.根据权利要求1所述的用于控制可变气门致动机构的设备，其特征在于，
所述检测单元包括：
电压检测器，其检测电池电压；以及
判断单元，其基于所述电池电压判断所述发动机旋转的开始。
6.根据权利要求5所述的用于控制可变气门致动机构的设备，其特征在于，
当所述电池电压在下降到低于所述阈值之后超过了所述阈值时，所述判断单元判断出所述发动机旋转开始了。
7.根据权利要求1至6的任一项中所述的用于控制可变气门致动机构的设备，其特征在于，还包括多个检测单元，所述多个检测单元中的每个检测单元根据互不相同的状态量对所述发动机旋转的开始进行检测，
其中所述控制单元在所述多个检测单元中的任何一个较早检测到所述发动机旋转开始的时刻，启动对所述可变气门致动机构的驱动。
8.根据权利要求1至6的任一项中所述的用于控制可变气门致动机构的设备，其特征在于，
在所述发动机旋转同时从所述发动机的启动操作开始经历的时间达到预定时间时，所述控制单元启动对所述可变气门致动机构的驱动，而无需等待检测到发动机旋转的开始。
9.根据权利要求1至6的任一项中所述的用于控制可变气门致动机构的设备，其特征在于，
所述可变气门致动机构包括驱动轴、摇臂、摇摆凸轮以及致动器，所述驱动轴通过发动机曲轴而旋转，一驱动凸轮固定到所述驱动轴的外周表面，所述摇臂通过连接到所述摇臂的一个端部上的所述驱动凸轮的旋转而摆动，所述摇摆凸轮连接到所述摇臂的另一端部上，以打开所述发动机气门，所述致动器改变所述摇臂的摇摆支点，而且
所述发动机气门的工作角以及升程根据所述摇臂的摇摆支点而改变。
10.一种用于控制可变气门致动机构的方法，该可变气门致动机构改变发动机气门的工作特性，所述方法包括以下步骤：
检测根据启动操作的发动机旋转的开始；以及
在检测到所述根据启动操作的发动机旋转开始时，启动对所述可变气门致动机构的驱动，并且，
测量在从所述发动机的启动操作开始经历的时间，
在未检测到所述根据启动操作的发动机旋转开始，且从所述发动机的启动操作开始经历的时间超过了预定时间时，启动对所述可变气门致动机构的驱动，而无需等待检测到所述发动机旋转的开始。
11.根据权利要求10所述的用于控制可变气门致动机构的方法，其特征在于，
检测所述发动机旋转的开始的步骤包括以下步骤：
与所述发动机旋转同步地产生脉冲信号；以及
基于所述脉冲信号对所述发动机旋转的开始作出判断。
12.根据权利要求11所述的用于控制可变气门致动机构的方法，其特征在于，
当从所述发动机的停机状态产生的脉冲信号的数量达到一阈值时，基于所述脉冲信号对所述发动机旋转的开始作出判断的步骤确定所述发动机旋转开始了。
13.根据权利要求10所述的用于控制可变气门致动机构的方法，其特征在于，
检测所述发动机旋转的开始的步骤包括以下步骤：
与所述发动机旋转同步地产生脉冲信号；
在所述脉冲信号的产生停止至少预定时间时，一计数器清零；
当产生所述脉冲信号时，使所述计数器加1；以及
当所述计数器的值达到预定值时，就判断所述发动机旋转开始了。
14.根据权利要求10所述的用于控制可变气门致动机构的方法，其特征在于，
检测所述发动机旋转的开始的步骤包括以下步骤：
检测电池电压；以及
基于所述电池电压对所述发动机旋转的开始作出判断。
15.根据权利要求14所述的用于控制可变气门致动机构的方法，其特征在于，
当所述电池电压在下降到低于所述阈值之后超过了所述阈值时，基于所述电池电压对所述发动机旋转的开始作出判断的步骤判断所述发动机旋转开始了。
16.根据权利要求10至15的任一项中所述的用于控制可变气门致动机构的方法，其特征在于，
对所述发动机旋转的开始进行检测的步骤根据互不相同的状态量检测发动机旋转的开始，以及
启动对所述可变气门致动机构的驱动的步骤在较早检测到所述发动机旋转开始的时刻，启动对所述可变气门致动机构的驱动。
17.根据权利要求10至15的任一项中所述的用于控制可变气门致动机构的方法，其特征在于，
在所述经历时间达到预定时间时，启动对所述可变气门致动机构的驱动，而无需等待检测到旋转的开始的步骤中，在所述发动机旋转同时经历的时间达到预定时间时，启动对所述可变气门致动机构的驱动，而无需等待检测到所述发动机旋转的开始。
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