CN1890461A - 配气机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供内燃机的配气机构(11A，11B)，通过凸轮(21)将电动机的转动转换为线性运动，并且驱动气缸(1)的进气阀(2)或排气阀(3)，使其基于该线性运动而被开启和关闭，一电动机控制装置(30)，其能够以摆动驱动模式启动电动机(12)，该模式下凸轮(21)的旋转方向在气门(2，3)的提升期间被改变。所述电动机控制装置(30)控制电动机(12)的运动，使摆动驱动模式下凸轮(21)在气门(2，3)开始提升之前开始旋转。

Description

配气机构

技术领域

本发明涉及一种驱动内燃机进气阀或排气阀的配气机构。

背景技术

驱动内燃机的进气阀或排气阀，使其由述内燃机曲轴的提供的动力开启和关闭。近年来试图通过电动机来开启和关闭进气阀或排气阀。例如，已经提出一种配气机构，由步进电动机转动凸轮轴来开启和关闭进气阀(日本专利申请公开(JP-A)8-177536)。另外，存在JP-A59-68509作为与本发明有关的在先技术文件。

在采用电动机的气门驱动中，由于能够独立于内燃机曲轴的转速或旋转方向来驱动凸轮，控制的自由度高，并且能够获得由传统机械式配气机构不能获得的配气机构特征。然而，还没有详细阐明适合于改善性能(诸如响应的提高)的具体控制方法。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种内燃机的配气机构，其可以用于通过电动机合适地控制气门的运动来改善性能。

根据本发明的第一方面，提供一种内燃机的配气机构，其通过凸轮将电动机的转动转换为线性运动，并且驱动气缸的气门使其基于该线性运动被开启和关闭，包括：电动机控制装置，其能够以摆动驱动模式启动电动机，在该模式下在气门的提升期间改变凸轮的旋转方向，其中电动机控制装置包括用于控制电动机运动的摆动控制装置，使在摆动驱动模式下所述凸轮在所述气门提升开始前开始旋转。

根据配气机构的第一方面，在提升开始时凸轮的初速比从气门提升起始位置转动电动机的情况高，使气门的提升速度变高，并且进气阀的提升量在早期增加。因此，由所述气门提升量的积分所获的时间面积增加，可以增加进气效率或排气效率。

根据第一方面在配气机构中，该摆动控制装置可在摆动驱动模式下控制凸轮的转速，使气门提升开始时凸轮的转速高于一基准转速，该基准转速由内燃机的发动机输出轴转速除以从进气冲程开始到排气冲程结束所述发动机输出轴的旋转数而获得。根据该实施例，能够设置提升开始时凸轮的初速高于在相同方向以固定速度转动凸轮的情况相比的速度，以便驱动气门。因此，能够使提升速度在气门开启时足够地高，使得所述时间面积进一步扩大。

在根据第一方面的配气机构中，通过在气门提升期间改变凸轮旋转方向之后，在同方向转动凸轮直到提升期间的下一次改变为止，该摆动控制装置可以交替地使用凸轮鼻部的两侧来提升气门。当以如上所述的方式驱动凸轮时，能够降低凸轮和电动机旋转方向的改变频率，能够由于旋转的停止和旋转方向的改变而防止配气机构系统的各种零件的油膜被破坏，这样改善了润滑性能。因此，能够抑制配气机构系统零件的摩擦阻力，能够以小负载驱动电动机，并且能够采用具有小额定转矩的紧凑电动机。还能够防止所述凸轮的偏置磨损。

根据本发明的第二方面，提供一种内燃机的配气机构，其通过凸轮将电动机的转动转换为线性运动，并且驱动气缸的气门使其基于该线性运动被开启和关闭，包括：电动机控制装置，其能够以正向旋转驱动模式启动电动机，在该模式下凸轮以一个方向持续旋转，其中电动机控制装置包括正向旋转控制装置，用来在正向旋转驱动模式下、在所述气门提升开始前改变凸轮的转数，以改变气门的工作角。根据配气机构的第二方面，能够通过在气门提升开始时采用不同的凸轮速度，不同地改变内燃机的进气特性或排气特性，从而扩大或缩小工作角。

根据配气机构的第二方面，在气门提升开始前，该正向旋转控制装置可以将凸轮的转速改变为预定速度，该预定速度不同于基准转速，该基准转速由内燃机的发动机输出轴转速除以从进气冲程开始到排气冲程结束所述发动机输出轴的转数而获得，并在气门提升期间以该预定速度转动凸轮。

在凸轮以高速在一个方向转动，在气门提升时，由于惯性凸轮转速可能不足以改变。在这种情况下，能够通过在提升开始前对凸轮加速或减速到该预定速度，并在提升期间以该预定速度转动凸轮，来确保目标工作角的实现。

根据本发明的第三方面，提供一种内燃机的配气机构，其通过凸轮将电动机的转动转换为线性运动，并且驱动气缸的气门使其基于该线性运动被开启和关闭，包括：电动机控制装置，其能够以正向旋转驱动模式或摆动驱动模式之一启动电动机，该正向旋转驱动模式下所述凸轮按同一方向持续旋转，该摆动驱动模式下凸轮的旋转方向在气门的提升期间改变，其中电动机控制装置包括改变控制装置，用于在正向旋转驱动模式和摆动驱动模式中的至少一个下控制电动机的运动，使在改变正向旋转驱动模式和摆动驱动模式时，由所述气门提升积分而获取的时间面积在模式改变前后近似一致。

根据第三方面的配气机构，由于凸轮的驱动模式在时间面积近似一致的状态下的正向旋转驱动模式和摆动驱动模式间转换，能够防止转换前后进气效率和排气效率的变化，并且能够实现平滑的改变，来防止耐久性变差。

在根据第三方面的配气机构中，转换控制装置可以在摆动驱动模式下控制电动机的运动，使得越接近所述模式的改变时间，在所述摆动驱动模式下气门的最大提升量越大。正向旋转驱动模式下气门的最大提升量是固定的，然而，摆动驱动模式下最大提升量可通过改变凸轮的转角而改变。此外，凸轮的工作角可通过改变凸轮的转速而任意设定。因此，与正向旋转驱动模式相比，可以相对容易地调整气门的时间面积，以便与正向旋转驱动模式的时间面积相符。

此外，转换控制装置可以控制内燃机节气阀的开度，使节气阀的开度根据最大提升量的增加而减少。在通过增加最大提升量来增加时间面积的情况，通过降低节气阀的开度来补偿其增加，可以阻止进气效率或排气效率的改变。尤其是，对于进气阀的驱动，具有优点，在摆动驱动模式下，当将最大提升量限制为较小时，可通过增大节气阀的开度来抑制进气的泵气损失。

附图说明

图1是一透视图，表示根据本发明的配气机构示意的结构；

图2是一视图，表示图1中凸轮机构的细节；

图3是一流程图，表示图1中由电动机控制装置执行电动机控制的程序的概略；

图4A和4B是分别表示正向旋转驱动模式和摆动驱动模式下凸轮的运动的视图；

图5是一图，表示下凸轮每一驱动模式的应用区域；

图6是一图，表示在正向旋转驱动模式和摆动驱动模式下，曲轴转角、进气阀的提升量、凸轮的转数和电动机的输出转矩的相应关系；

图7是一图，表示摆动驱动模式下凸轮控制的另一个例子；

图8是一图，表示在图6和7的摆动驱动模式下，对应于内燃机的转数所得的最大提升量的界限；

图9是一图，表示在正向旋转驱动模式下，曲轴转角、进气阀的提升量、凸轮的转数和电动机的输出转矩的相应关系；

图10是一图，表示驱动凸轮使所述工作角相对于图9被进一步减少的一例子；

图11是一图，表示一例子，其凸轮速度相对于最大提升位置不对称设置；

图12是一图，表示正向旋转驱动模式和摆动驱动模式转换时，进气阀的时间面积、凸轮的驱动模式和节气量的相应关系；

图13是一图，表示在图12的区域B1，曲轴转角、进气阀的提升量、凸轮的转数和电动机的输出转矩的相应关系；

图14是一图，表示在图12的区域B2，曲轴转角、进气阀的提升量、凸轮的转数和电动机的输出转矩的相应关系；

图15是一图，表示一例子，正向旋转小工作角的控制区域被设置于摆动驱动模式应用区域的相邻位置，该正向旋转小工作角的控制区域中将其工作角控制为较小，在该区域中应用正向旋转驱动模式；

图16是一图，表示当正向旋转小工作角的控制区域如图15所示，在正向旋转驱动模式和摆动驱动模式转换时，进气阀的时间面积、凸轮的驱动模式和节气量的相应关系的另一个例子；

图17是一图，表示在图16的区域B2，曲轴转角、进气阀的提升量、凸轮的转数和电动机的输出转矩的相应关系；

图18是一视图，表示在摆动驱动模式下进气阀停止期间，连续驱动凸轮的一个状态；和

图19是一图，表示当应用图18中的驱动方法时，曲轴转角、提升量、凸轮的转数和电动机的输出转矩的相应关系。

具体实施方式

图1表示根据本发明的配气机构的一个实施例。图1中配气机构11A和11B安装在一4冲程多缸往复式内燃机。内燃机的一个气缸1具有两个进气阀2和两个排气阀3，作为开启和关闭气缸1的气门机构。所述两个进气阀(气门机构)2是由一个配气机构11A驱动，并且排气阀(气门机构)3由另一配气机构11B驱动来被开启和关闭。关于其他气缸(未表示)，进气阀和排气阀由不同的配气机构11A和11B以同样的方式驱动，来开启和关闭。进气侧的配气机构11A和排气侧的所述配气机构11B基本上具有相同的结构，只说明进气侧的配气机构11A。

进气侧的配气机构11A具有电动机(以下，称其为电动机)12充当驱动源，一相当于传动机构的齿轮组13用于传递电动机12的转动还具有一凸轮机构14将齿轮组13传来的转动转换为进气阀2的线性开启和关闭运动。电动机12采用转速可以控制的直流电无电刷电动机或类似电机。电动机12具有一位置检测传感器12a，例如解算器，旋转编码器或类似传感器，用于检测电动机的转动位置。所述齿轮组13将固定于输出轴(未表示)的电动机齿轮15的转动通过中间齿轮16传递到凸轮传动齿轮17。所述齿轮组13可被构造为，使所述电动机齿轮15和所述凸轮传动齿轮17等速旋转，或可被构造为，使所述凸轮传动齿轮17的速度相对于所述电动机齿轮15增加或下降。

如图2所示，凸轮机构14具有一凸轮轴20，该凸轮轴与凸轮传动齿轮17同轴或整体地旋转；两个凸轮21被设置为与凸轮轴20整体地旋转；和一对摇臂24，支承该对摇臂使其相对于各自凸轮21绕摇臂轴23转动。该凸轮21形成一种盘状凸轮，其中由一与所述凸轮轴20同轴形成的圆弧基圆21b的一部分在径向向外侧伸出而形成一个鼻部21a。所述凸轮21的轮廓被设置为，绕所述凸轮21整个外围产生非负曲率，即在径向向外侧形成一凸曲线。

每个凸轮21与摇臂24的一个端部24a相对。每个进气阀2由一气门弹簧28的压缩反作用力施加到所述摇臂24的一侧，这样进气阀2紧密地附着于进气口的气门座(未显示)，进气口被关闭。摇臂24的另一端部与调节器29接触。调节器29压紧摇臂24的另一端部，摇臂24被保持在这样一个状态，其中一个端部24a和所述进气阀2的上端部接触。

在如上所述的凸轮机构14中，当电动机12的转动通过所述齿轮组13被传递到凸轮轴20时，凸轮21与所述凸轮轴20整体地旋转，并且在所述鼻部21a越过所述摇臂24期间摇臂24在一固定范围内绕所述摇臂轴23振动。这样，摇臂24的一个端部24a被下压，驱动进气阀2克服气门弹簧28而开启和关闭。

在配气机构11A中提供一力矩减少机构40。提供力矩减少机构40用于基于气门弹簧28沿关闭方向压回进气阀2的力来减少施加于凸轮机构14上的力矩(以下该力矩被称为气门弹簧力矩)。该力矩减少机构40具有一相反相位的凸轮41，其可与所述凸轮轴20整体地旋转，并且有一力矩施加装置42，其布置为与该相反相位凸轮41相对。在该相反相位凸轮41上形成一凸轮面，该凸轮面具有基于气门弹簧力矩的形状，并且从扭矩施加装置42将一相对气门弹簧力矩具有相反相位的补充力施加到该凸轮面，由此抵消了施加到凸轮机构14的气门弹簧力矩。

如图1所示，各配气机构11A和11B的电动机12的运动由作为电动机控制装置的电动机控制装置30控制。该电动机控制装置30是一计算机装置，其具有微处理机和外围设备诸如微处理机工作所需的主存储器装置或类似设备。电动机控制装置30根据存储于其存储器的气门控制程序来控制各电动机12的运动。附带地，图1表示一个气缸1的配气机构11A和11B，然而其电动机控制装置30可与其它气缸1的配气机构11A和11B共用。该电动机控制装置30可被用于各气缸1或各配气机构。该电动机控制装置30可专门用于控制所述配气机构11A和11B，或可和其它目的一起使用。例如，用于控制内燃机燃油喷射量的发动机控制单元(ECU)可用作电动机控制装置。

A/F传感器31、节气阀开度传感器32、加速踏板开度传感器33、空气流量计34和曲轴转角传感器35等等作为信息输入装置连接到电动机控制装置30上。其中，A/F传感器31输出与废气空燃比一致的信号，节气阀开度传感器32输出与调整进气量的节气阀开度一致的信号，加速踏板开度传感器33输出与加速踏板开度一致的信号，空气流量计34输出与进气量一致的信号，曲轴转角传感器35输出与曲轴转角一致的信号。附带地，可使用基于预定函数表达式或图确定的值来控制电动机12，以代替由这些传感器的实际测量值。此外，也可将安装在电动机12种的位置传感器12a的输出信号输入到所述电动机控制装置30。

接下来，解释由所述电动机控制装置30执行的对电动机12的控制。在此情况下，解释用于驱动一个气缸1的进气阀2的电动机12的控制，然而，同样方式被用于驱动所述另一个进气阀2的电动机12控制。图3表示所述电动机控制装置30执行控制电动机12输出转矩的电动机控制程序。在该电动机控制程序中，所述电动机控制装置30首先在步骤s1中参照各传感器31到35的输出确定内燃机的运转状态，并在随后的步骤s2中确定凸轮21关于所述进气阀2的驱动模式。

凸轮21的驱动模式包括正向旋转驱动模式，该模式使电动机12按同一方向持续旋转，从而使凸轮21在正向旋转方向(图中箭头的方向)持续转动超过最大提升位置，最大提升位置即凸轮21的鼻部21a与一相对侧部接触(在此情况下为所述摇臂24)，如图4a所示；还包括摆动驱动模式，在进气阀2的提升中间(在气缸1打开的中间)改变电动机12的旋转方向，来使所述凸轮21如图4B所示往复。附带地，在摆动驱动模式下所述凸轮21的旋转方向在凸轮21到达正向旋转驱动模式的最大提升位置前被改变。

此外，结合内燃机的转数和输出转矩，例如，如图5所示，适当地使用凸轮21的驱动模式。在图5中，在低旋转区域基本上选择摆动驱动模式，而在高旋转区域基本上选择正向旋转驱动模式，然而，当内燃机的输出转矩变得较高，调整两种模式边界的转数，使其偏向于低旋转侧。在图3的步骤S2中，基于曲轴转角传感器35的输出来确定发动机转数，基于节气阀开度传感32所检测的节气阀开度和空气流量计34所检测的进气量来估算输出转矩，基于图5中的图(实际上存储在ROM中的图中的数据)充分地确定与所获的发动机转数和输出转矩一致的模式。

在步骤2中确定驱动模式后，该程序进行到步骤s3，在那儿相应于内燃机的运转状态和凸轮21的驱动模式，用算术运算(计算)电动机输出转矩。例如，基于内燃机的运转状态确定用于进气阀2的配气机构特性(相位和工作角)，并且用算术运算出用于实现所确定的配气机构特性所需的电动机12的输出转矩。在步骤s3中，通过经过一段适当周期来确定进气阀2的配气机构特性和电动机12的输出转矩。例如，在内燃机中包括进气、压缩、膨胀、排气冲程的四冲程与图3中控制程序的算术运算周期相一致，可在每一算术运算周期中确定配气机构特性和输出转矩。在此情况下，通过重复地执行图3的控制程序，每当完成四冲程时，根据内燃机的运转状态更新电动机12的输出转矩。

如下所述，可基于所述进气阀2的配气机构特性确定电动机12的输出转矩。如果确定了用于进气阀2的所述配气机构特性，则根据配气机构特性唯一确定曲轴转角和所述进气阀2提升量之间的关系，并且通过求该提升量的微分确定用于进气阀2的提升速度和所述曲轴转角之间的关系。由于进气阀2的提升速度可基于所述凸轮21的凸轮轮廓由凸轮轴20的转速替代，所以，如果确定了进气阀2的配气机构特性，则可基于进气阀2的配气机构特性唯一确定所述转速和用于凸轮轴20的所述曲轴转角之间的相应关系。在此情况下，进气阀2的提升速度和凸轮轴20的转速之间的相应关系根据所述凸轮21传动模式而不同，然而，将随后描述具体细节。

最好，通过求在上述模式中获得的转速的微分来确定电动机12应该作用于凸轮轴20的加速度，并算术运算获得加速度所必需的电动机12的输出转矩。附带的，当考虑到与进气阀2同步而往复运动的各种配气机构系统部件(摇臂24及类似)施加的惯性扭矩，来确定电动机12的输出转矩，则较好地提高控制精度。当进气阀2的提升速度和加速度增加，由于惯性扭矩大大影响高旋转时间，因此尤其在高旋转时间选择的正向旋转驱动模式，希望考虑扭矩影响。相反地，在低旋转时间的摆动驱动模式，可不考虑惯性扭矩而确定电动机12的输出转矩。

在图3的步骤s3算术运算电动机12的输出转矩后，程序进行到步骤s4，计算出的转矩作为扭矩命令值输出到电动机12的驱动电路(非显示)。输出后程序暂时结束，并且，等待下一次算术运算循环的开始，重新开始图3中的程序。从所述电动机控制装置30接收扭矩命令的驱动电路根据扭矩命令控制在下一驱动循环中提供给所述电动机12的电流。因此，驱动进气阀2，使其基于适合于内燃机运转状态的特性开启和关闭。

接下来，将参考图6到16解释由所述配气机构11A进行凸轮21的运动控制的多个特征。图6表示在每个正向旋转驱动模式和摆动驱动模式下，曲轴转角θ、进气阀2的提升量y、凸轮21的转速(有时称为转数)Nc和电动机12的输出转矩Tm的相应关系。这里表明沿开启方向越接近上部，提升量y增加。从所述凸轮旋转数Nc＝0的位置沿正向旋转方向越接近上部，所述凸轮旋转数将增加。转矩Tm相应于横轴的转矩Tm＝0，并且沿正向旋转方向越接近上部而增加。

(在正向旋转驱动模式下的基本控制)

如图6所示，在正向旋转驱动模式下，所述凸轮21在基准速度Nb下旋转，即相当于曲轴转速一半的旋转速度(可称为曲轴旋转数)。即，在此实施例中，基准速度确定为，曲轴转速除以从进气冲程开始到排气冲程结束期间的曲轴旋转数而获得的一速度。在所述4冲程往复式内燃机，曲轴的旋转数相当于两个。在这时候，所述凸轮21由所述电动机12驱动，然而，由于施加于凸轮21的气门弹簧力矩被力矩减少机构40抵消，因此电动机12的输出转矩接近于0。上述模式下获得的进气阀2提升量y的变化，例如，等于通过1/2减速比的传动机构机械驱动所述曲轴和所述凸轮轴20所获得的提升量的变化。

(在摆动驱动模式下的控制)

另一方面，在摆动驱动模式下，所述凸轮21的旋转在早于提升起始位置Ps前的阶段开始，并且凸轮21的转速Nc在提升起始位置Ps增加到基准速度Nb。换句话说，在开始提升前就开始驱动凸轮21，从而使凸轮21在提升起始位置Ps的初速与基准速度Nb一致。此后，凸轮21以基准速度Nb旋转一段时间，在最大提升位置Pp前的第一转换位置Pa，凸轮21的转速Nc下降，在最大提升位置Pp所述凸轮21被设置为转速Nc＝0的暂时停止状态，然后将凸轮21的旋转方向改变为相反的旋转方向，其后转速逐渐地增加。此外，从凸轮21的转速在所述反方向达到基准速度Nb的第二转换位置Pb到提升终止位置Pe，所述凸轮21在所述反方向以基准速度Nb旋转，在提升终止位置Pe凸轮21开始减速，凸轮21随后停止。通过将上述运动作用到凸轮21上，可以使曲轴转角与提升量的相应关系与在正向旋转驱动模式下，从凸轮21的提升起始位置Ps到转换位置Pa和改变位置Pb到提升终止位置Pe时的相应关系相符合。在图6的摆动驱动模式下，由于凸轮21在低速下驱动，可忽略惯性扭矩。在此情况下，电动机21的输出转矩呈一波形，其在凸轮21加速期间与所述曲轴转角成比例增加，在凸轮21减速期间与所述曲轴转角成比例降低。

在图6的摆动驱动模式下，由于凸轮21的减速在到达最大提升位置Pp前开始，在最大提升位置Pp的进气阀2的提升量比正向旋转驱动模式的稍小。在此情况下，提升量的差Δy比图6中虚线表示的对比例小，即执行所述控制以便从提升起始位置Ps开始驱动凸轮21并在提升终止位置Pe停止凸轮21的一个例子。此外，与该对比例比较，进气阀2的提升量特性曲线图在最大提升位置Pp边界上侧向扩张，从而使进气阀2提升运动的时间面积增加。这样，尽管从正向旋转驱动模式时段最大提升下降，也能够充分确保时间面积，以防止所述气缸1进气效率的变差。附带的，所述时间面积与由表示所述曲轴转角的横轴和表示提升量变化的曲线所围成的范围区域相一致，并且通过对提升量积分而获得该时间面积。

图7表示从提升起始位置Ps到第一转换位置Pa，和从第二转换位置Pb到提升终止位置Pe，以高于基准速度Nb的固定速度驱动凸轮21的一个例子。为比较目的，在图6的摆动驱动模式下形成的波形以虚线表示。由于在图6凸轮21的最大速度在摆动驱动模式下被设置为基准速度Nb，因此，如果所述工作角(在位置Ps和Pe之间的曲轴转角)固定，与正向旋转驱动模式相比最大提升位置较小。然而，根据图7的例子，进气阀2的提升速度比在图6的正向旋转驱动模式高，从而在使摆动驱动模式下的工作角与在正向旋转驱动模式的工作角一致时，可以使最大提升量与在正向旋转驱动模式的最大提升量一致。附带的，如果凸轮21的转数按以下方式设置，从在图7中提升起始位置Ps到最大提升位置Pp、在表示凸轮21转数和基准速度的线段之间产生的两个阴影区域A1和A2的面积互相相等，并且从最大提升位置Pp到提升终止位置Pe、在表示凸轮21转数和基准速度Nb(在此情况下为反方向)的线段之间产生的两个阴影区域A3和A4的面积等于互相相等，就能够使关于所述进气阀2提升量的时间面积与在正向旋转驱动模式完全一致。

图8是表示在图6和7的摆动驱动模式下，及图6中虚线表示比较例情况下，进行凸轮控制获得的最大提升量2和发动机转数之间的相应关系。从图8中显然可见存在一趋向，在摆动驱动模式下如果发动机转速增加而超过某一界限，其控制的响应是不够的，并且最大提升量迅速下降，然而，根据图6和7中的例子，与所述比较例子比较有可能减少所述下降趋势，尤其可以进行图7的控制将摆动驱动模式运用到高旋转区域。通过以图6或7所示方式控制凸轮21，电动机控制装置30用作本发明的摆动驱动机构。

(在正向旋转驱动模式下的控制)

接下来，参照图9来解释正向旋转驱动模式下对凸轮21的控制。在图6的正向旋转驱动模式下，凸轮21以基准速度被连续地驱动，然而，所述进气阀2的工作角可由提升中间凸轮21的速度变化而适当变化。在图9所示例子中，在提升起始位置Ps之前凸轮21开始加速，使凸轮21在提升起始位置Ps的初始速度与基准速度Nb一致，在提升中间持续该加速直到所述凸轮21到达高于基准速度Nb的预定速度，凸轮21随后以预定的不变速度旋转，并且在获得最大提升后凸轮21在适当的时刻减速，从而将进气阀2的提升终止位置Pe移动到比图6中基本控制例(图中虚线表示)更早的位置。因此，与图6的情况比较，所述工作角减小。由于在进气阀2的提升中凸轮21以高于基准速度Nb的速度正向旋转，所以在从提升终止位置Pe到下一提升起始位置Ps期间有必要以一低于基准速度Nb的速度驱动凸轮21。在此情况下，由于在该期间基圆21b在摇臂24上滑动或基圆21b与摇臂24分离，即使以一低于基准速度Nb的速度驱动凸轮21，所述进气阀2的运动也不受影响。这时，由于在凸轮21加速和减速时电动机12需要扭矩，电动机12的输出转矩成一如图9所示的波形。

图10表示正向旋转驱动模式下凸轮21控制的另一个例子。附带的，图10中的虚线表示图6中正向旋转驱动模式下的一例子。在图10的控制中，凸轮21的加速直到提升起始位置Ps才结束，而使凸轮21在提升起始位置Ps的初速与一高于基准速度Nb的预定速度一致。此外，凸轮21从提升起始位置Ps到提升终止位置Pe期间保持一预定速度，并且凸轮21的减速从提升终止位置Pe开始。如图9所示在进气阀2的提升中当凸轮21加速或减速时，由于其响应因配气机构的惯性影响而变差，凸轮21的速度变化量不能被设置得很大，并且进气阀2的工作角的调整限于一相对窄的范围。然而，如果凸轮21的加速或减速仅当如图10所示基圆21b与摇臂24相对时才进行，并且凸轮21在提升期间以一固定速度驱动，就有可能抑制所述惯性的影响，也可能在相对宽的范围内调整进气阀2的工作角。

如上所述，通过如图9或10所示控制电动机12，电动机控制装置30用作根据本发明的正向旋转控制装置。根据本发明的正向旋转控制装置并不限于启动凸轮21使工作角减少的结构。与图6的情况比，通过在提升开始前使凸轮21减速和在提升结束后使凸轮21加速，可扩大所述工作角。此外，在图9和10，凸轮21的提升量相对于最大提升位置Pp对称变化，然而，所述结构不限制于这样的配置，所述结构可以，例如，如图11所示，通过在最大提升位置Pp前后不对称地改变凸轮21的速度，使凸轮21的提升量相对于最大提升位置Pp不对称地变化。在这点上，在图11的例子中，采用这样提升特性，使得通过将在进气阀2开启过程中凸轮21的转速设置为高于进气阀2关闭过程中凸轮21的转速，使进气阀2以高速开启而以相对低速关闭。

(在变化模式时的控制)

接下来，参照图12到14来解释，在正向旋转驱动模式和摆动驱动模式互相转换时凸轮21的控制。根据本发明，通过执行下述控制，电动机控制装置30用作变化控制装置。在如上所述的图5，基于内燃机的转数和输出转矩来选择正向旋转驱动模式和摆动驱动模式中任何一个。然而，由于在两种模式中用于进气阀2的提升特性(尤其，最大提升量)不同，存在一可能性，即当凸轮21的驱动模式改变时，受所述影响进气量呈非连续变化，从而影响驾驶性能。因此，如图12所示，在凸轮21的控制从摆动驱动模式变化为正向旋转驱动模式时，随着进气阀2的时间面积(所述气门的时间面积)逐渐增加(区域B1)节气量逐渐地减少，使所述气门的时间面积与正向旋转驱动模式时一致(区域B2)，之后执行向摆动驱动模式的改变(区域B3)。尤其是，以下的控制是更优选的。

当采用在摆动驱动模式可实现的最大提升量时的提升特性如图13中虚线表示，并且当选择摆动驱动模式时，首先这样摆动凸轮21，使最大提升量被限制得较小的提升特性如图中实线所示。在此情况下，由于进气阀2的时间面积减少，通过由电动机控制装置30将开启命令作用到所述节气阀36(参见图1)，增大节气阀开度。因此，当所述节气阀36控制到小开度时，有可能减少泵气损失。当存在控制节气阀开度的另一计算机，可通过施加一增大节气阀开度的命令到该计算机，来实现由电动机控制装置30对节气阀36的控制。

当如上所述从提升量被限于正向旋转驱动模式的状态改变该控制时，所述提升量朝由一图13虚线表示的提升特性逐渐增加，这样所述气门的时间面积如图12所示逐渐增加。所述节气阀36的开度(所述节气量)与该操作同步降低，以此限制进气量的变化。此外，如图14所示，使摆动驱动模式下进气阀2的时间面积与正向旋转驱动模式时一致，随后执行向正向旋转驱动模式的改变。根据如上所述的控制，可以无需非连续地改变进气量而改变凸轮21的驱动模式。附带地，上述描述是从摆动驱动模式转换为正向旋转驱动模式的举例说明，然而，当从正向旋转驱动模式转换为摆动驱动模式时，执行与如上所述相反的控制，即，在使气门时间面积一致的状态下改变驱动模式，并且当摆动驱动模式下提升量逐渐地减少时，随后增加节气阀36的开度。

在如上所述的结构，摆动驱动模式下的提升量有意地控制为较小，然而，在正向旋转驱动模式下，当在其原地增加节气阀36开度时，通过将工作角控制得小，如图9和10所示，以同样的方式将气门时间面积限制得小，可以减少泵气损失。例如，如图15所示，代替图5的图，在应用正向旋转驱动模式的区域中，设置一个用于将工作角控制为较小的正向旋转小工作角控制区域的图在与应用摆动驱动模式的区域相邻的一个位置上被使用。在此情况下，如图16所示当从摆动驱动模式变化为正向旋转驱动模式时，首先改变提升量，使摆动驱动模式下气门的时间面积逐渐地增加，而节气阀36的开度(所述节气量)逐渐地被减少(区域B1)，使气门的时间面积与正向旋转驱动模式下一致，随后执行向正向旋转驱动模式(在此情况下，正向旋转的小工作角控制区域)的改变(区域B4)。

附带地，在插入正向旋转小工作角控制区域的情况，在如图17所示的区域B2，通过扩大摆动驱动模式下的工作角大于正向旋转小工作角控制区域的，同时控制摆动驱动模式下的最大提升量小于正向旋转小工作角控制区域的，使两个气门的时间面积相互一致。在此情况下，想要的是摆动驱动模式下的最大提升位置Pp与正向旋转小工作角区域的最大提升位置Pp相互一致。

当提供正向旋转小工作角区域时，只要可以使改变模式时的气门的时间面积一致，如图17所示，就不必总是进行摆动驱动模式下提升量的增加和节气量的减少。然而，鉴于正向旋转驱动模式下实现的工作角范围内的响应，存在与内燃机转数相应的一下限值。该发动机转数下限值的存在导致正向旋转小工作角区域中的气门的时间面积具有一下限，并且存在一情况，能够无需通过在摆动驱动模式下对提升量进行设置而改变提升量，使时间面积一致。在此情况下，在图16的区域B1的控制是重要的。

(摆动驱动模式下凸轮运动的其他例子)

图18和19表示摆动驱动模式下凸轮21的另一个驱动方法。在上述每一实施例中，如图4B所示，在摆动驱动模式下通过使凸轮21在比一个圆狭窄的区域内向前向后转动，仅使用了在凸轮21鼻部21a一侧的区域21c，用图4B的阴影线表示。相反地，在图18A到18C所示的驱动模式下，这样驱动凸轮21，使凸轮21鼻部21a的两侧交替使用。换句话说，如图18A所示，通过在正旋转方向(方向+)转动凸轮21，使用鼻部21a的一侧21c，使进气阀2提升，随后通过在相反旋转方向(方向-)驱动凸轮21使进气阀2关闭，其后在不停止凸轮21的情况下，凸轮21连续地沿反方向被驱动。此外，当下一次进气阀2的开启和关闭时反向转动凸轮21时，通过使用鼻部21a的相反侧区域21d使进气阀2提升，其后，通过在正向旋转方向回转凸轮21来关闭进气阀2。随后，凸轮21被连续地沿正向驱动。这就能够通过重复上述运动来开启和关闭进气阀2，从而交替地使用凸轮21鼻部21a的两侧区域21c和21d。

图19表示如上所述驱动凸轮21的情况下，曲轴转角θ、进气阀2的提升量y、凸轮21的转数Nc和电动机12的输出转矩Tm的相应关系。从例子中显然可见，根据交替地使用凸轮21鼻部21a的两侧区域21c和21d的驱动模式，除进气阀2的最大提升位置Pp外凸轮21总在旋转，而电动机12在低频下停止。因此，可以防止由于凸轮21停止引起的凸轮机构14中的油膜短缺，并可以改善所述凸轮机构14每一部分的润滑性能。此外，摩擦阻力由于润滑性能的改进而减少，这就能够以小负载驱动电动机12。此外，由于电动机12的停止频率减少，电动机12输出的有效转矩变小，这就有可能选择更小的电动机。此外，存在一优点，即能够均匀使用凸轮21的两侧21c和21d，可以防止偏置磨损。

在如上所述实施例中，给出了进气阀2控制的描述，然而，本发明可以被用于排气阀3。本发明并不被限制于4冲程内燃机，其中作为发动机输出轴的曲轴从进气冲程开始到排气冲程结束旋转两次，但也可用于2冲程内燃机，其中进气冲程到排气冲程在发动机输出轴转一圈期间完成。在此情况下，凸轮的基准速度与发动机输出轴的转速一致。

Claims (8)

1.一种内燃机的配气机构，通过凸轮将电动机的旋转运动转换为线性运动，并且驱动气缸的气门使其基于该线性运动而被开启和关闭，所述配气机构包括：

电动机控制装置，其能够以摆动驱动模式启动电动机，在该模式下在气门的提升期间改变所述凸轮的旋转方向，

其中，所述电动机控制装置包括摆动控制装置，该摆动控制装置控制电动机的运动以便在所述摆动驱动模式下所述凸轮在所述气门开始提升前开始旋转。

2.根据权利要求1所述的配气机构，其中摆动控制装置以摆动驱动模式来控制所述凸轮的转速，使所述气门提升开始时凸轮的转速高于一基准转速，该基准转速由内燃机的发动机输出轴的转速除以从进气冲程开始到排气冲程结束所述发动机输出轴的旋转数而获得。

3.根据权利要求1所述的配气机构，其中，所述气门的提升期间在所述凸轮的旋转方向改变后，通过在同一方向旋转所述凸轮直至提升过程中的下一次改变为止，所述摆动控制装置交替使用所述凸轮鼻部的两边来提升所述气门。

4.一种内燃机的配气机构，通过凸轮将电动机的旋转运动转换为线性运动，并且驱动气缸的气门使其基于该线性运动而被开启和关闭，所述配气机构包括：

电动机控制装置，其能够以正向旋转驱动模式启动电动机，使所述凸轮按一个方向持续旋转，

其中所述电动机控制装置包括正向旋转控制装置，用于在正向旋转驱动模式下在所述气门开始提升前改变所述凸轮的速率，以改变所述气门的工作角。

5.根据权利要求4所述的配气机构，其中，所述正向旋转控制装置在所述气门开始提升前将所述凸轮的转速改变到与基准转速不同的预定速度，并在所述气门提升期间使凸轮以所述预定速度旋转，该基准转速由内燃机的发动机输出轴的转速除以从进气冲程开始到排气冲程结束所述发动机输出轴的旋转数而获得。

6.一种内燃机的配气机构，通过凸轮将电动机的旋转运动转换为线性运动，并且驱动气缸的气门使其基于该线性运动而被开启和关闭，所述配气机构包括：

电动机控制装置，其能够以正向旋转驱动模式和摆动驱动模式中的每一个启动电动机，在该正向旋转驱动模式下使所述凸轮按同一方向持续旋转，在该摆动驱动模式下使在气门的提升期间改变凸轮的旋转方向，

其中所述电动机控制装置包括改变控制装置，该改变控制装置用于以正向旋转驱动模式和摆动驱动模式中至少之一来控制电动机运动，使在改变正向旋转驱动模式和摆动驱动模式时，通过积分所述气门提升量而获取的时间面积在模式改变前后近似符合。

7.根据权利要求6所述的配气机构，其中，所述改变控制装置在所述摆动驱动模式下控制所述电动机的运动，使得越接近所述模式的改变时间，在所述摆动驱动模式下气门的最大提升量越大。

8.根据权利要求7所述的配气机构，其中所述改变控制装置控制所述内燃机节气阀开度，使节气阀开度随着气门最大提升量的增加而减少。

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