專利名稱：可變氣門正時系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
1本發(fā)明一般地涉及一種可變氣門正時系統(tǒng)，更具體地涉及一種將電動 機(jī)用作致動器的可變氣門正時系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
2己經(jīng)使用一種可變氣門正時(VVT)系統(tǒng)，其基于發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)來 改變進(jìn)氣門或排氣門打開/關(guān)閉的相位(即，曲軸轉(zhuǎn)角)。這種可變氣門正 時系統(tǒng)通過使打開/關(guān)閉進(jìn)氣門或排氣門的凸輪軸相對于例如鏈輪轉(zhuǎn)動而改 變進(jìn)氣門或排氣門的相位。凸輪軸以液壓的方式被轉(zhuǎn)動或者借助于例如電 動機(jī)的致動器而被轉(zhuǎn)動。
3特別地，對于以液壓的方式驅(qū)動凸輪軸的可變氣門正時系統(tǒng)，在寒冷 的環(huán)境下或發(fā)動機(jī)起動時，可變氣門正時控制有時候不會像應(yīng)該的那樣精 確地得到執(zhí)行。出現(xiàn)這種情況是因為在此情形下用于驅(qū)動凸輪軸的液壓壓 力不足或者凸輪軸相對于液壓控制的響應(yīng)較慢。為了消除這種情況，例如 在日本專利申請公報No. JP-05-104978 (JP-A-05-104978)、美國專利申請 公報No. US2005/0252469A1、日本專利申請公報No. JP-2004-l90663 (JP-A-2004-190663)所描述的，己經(jīng)提出了一種通過電動機(jī)驅(qū)動凸輪軸的可變 氣門正時系統(tǒng)。
4JP-A-05-104978描述了一種將步進(jìn)電機(jī)用作致動器的可變氣門正時系 統(tǒng)。所述可變氣門正時系統(tǒng)設(shè)置有控制可變氣門正時系統(tǒng)的VVTECU
(電子控制單元)和控制發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)ECU。 VVTECU獨(dú)立于發(fā)動機(jī) ECU運(yùn)行。美國專利申請公報No. US2005/0252469A1描述了一種系統(tǒng)
(即，可變氣門正時系統(tǒng))，該系統(tǒng)將電動機(jī)用作致動器來控制凸輪軸相 對于曲軸的轉(zhuǎn)角。所述系統(tǒng)設(shè)置有用于電動機(jī)的控制單元(即用于可變氣 門正時系統(tǒng)的控制單元)以及發(fā)動機(jī)控制元件，該電動機(jī)用作用于可變氣門正時系統(tǒng)的致動器。用于電動機(jī)的控制單元獨(dú)立于發(fā)動機(jī)控制元件運(yùn) 行。
5JP-A-2004-190663描述了一種可變氣門正時系統(tǒng)，所述可變氣門正時
系統(tǒng)通過相對于凸輪軸的轉(zhuǎn)速改變電動機(jī)速度而改變氣門正時。
6然而，在JP-A-05-104978描述的系統(tǒng)中，VVT ECU在收到表示發(fā)動
機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的信號時計算適合的氣門重疊量，即適合的氣門正時，并且還
輸出用于步進(jìn)電機(jī)的控制信號從而實(shí)現(xiàn)適合的氣門正時。VVT ECU產(chǎn)生
用于選定步進(jìn)電機(jī)的勵磁線圈的信號。因此，VVT ECU具有多種功能，
包括設(shè)定氣門正時的目標(biāo)值和產(chǎn)生用于控制步進(jìn)電機(jī)以適合地執(zhí)行氣門正
時控制的控制信號。這增加了 VVT ECU的處理負(fù)載，該VVT ECU設(shè)計
為通過執(zhí)行程序而執(zhí)行軟件處理。從而，ECU的處理能力需要增大從而以
更高速度控制可變氣門正時。
7至于在美國專利申請公報US2005/0252469A1中描述的系統(tǒng)，表示曲 軸轉(zhuǎn)角的信號和表示凸輪軸轉(zhuǎn)角的信號被傳送到可變氣門正時控制單元。 可變氣門正時控制單元執(zhí)行反饋控制從而使得實(shí)際氣門正時與所期望的氣 門正時匹配。如在日本專利申請公報JP-A-05-104978中描述的可變氣門正 時系統(tǒng)的情況那樣，這會增加用于可變氣門正時系統(tǒng)的控制單元的處理負(fù) 載。
8根據(jù)JP-A-2004-190663，用作發(fā)動機(jī)控制電路的ECU計算目標(biāo)氣門正 時和實(shí)際氣門正時，并基于實(shí)際氣門正時和目標(biāo)氣門正時的偏差而計算電 動機(jī)控制值(例如，施加到電動機(jī)的電壓和用于電動機(jī)的最終占空比的 值)。在此構(gòu)造中，執(zhí)行發(fā)動機(jī)控制的ECU的處理負(fù)載過度增大。在JP-A-2004-190663 中， ECU設(shè)計為執(zhí)行軟件處理。從而，ECU的處理能力需 要增大從而以更高速度控制可變氣門正時。
9而且，在上述公報中描述的可變氣門正時控制中，氣門正時相位控制 的反饋循環(huán)(氣門位置控制)形成為用于甚至包括電動機(jī)控制的整個系 統(tǒng)。因此，如果對反饋循環(huán)的構(gòu)造進(jìn)行改進(jìn)，則可以提高控制速度
發(fā)明內(nèi)容
10本發(fā)明提供一種可變氣門正時系統(tǒng)，所述可變氣門正時系統(tǒng)具有一種 控制構(gòu)造，所述控制構(gòu)造提高控制速度卻不會過度地增大每個控制器上的 處理負(fù)載。
11本發(fā)明的一方面涉及一種可變氣門正時系統(tǒng)，所述可變氣門正時系統(tǒng) 改變設(shè)置在發(fā)動機(jī)中的進(jìn)氣門和排氣門中至少一者的打開/關(guān)閉正時，并包 括改變機(jī)構(gòu)、第一傳感器、第二傳感器、第一控制器和第二控制器。改變 機(jī)構(gòu)以對應(yīng)于用作致動器的電動機(jī)相對于驅(qū)動所述氣門的凸輪軸的轉(zhuǎn)速差 的改變量來改變所述氣門的打開/關(guān)閉正時。第一控制器至少基于來自所述 第一傳感器的信號和來自所述第二傳感器的信號來計算所述氣門的打開/關(guān) 閉正時的當(dāng)前值，并基于所述打開/關(guān)閉正時的所述當(dāng)前值與所述打開/關(guān) 閉正時的目標(biāo)值的偏差來生成用于所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速指令值，使得所述打 開/關(guān)閉正時按照所述目標(biāo)值變化，所述目標(biāo)值基于所述發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài) 設(shè)定。第二控制器從所述第一控制器接收表示所述轉(zhuǎn)速指令值的信號，并 基于由所述第二傳感器檢測到的所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制供應(yīng)到所述電動 機(jī)的電力，使得所述電動機(jī)按照所述轉(zhuǎn)速指令值運(yùn)行。
12至于根據(jù)本發(fā)明的第一方面的可變氣門正時系統(tǒng)，第一控制器對氣門 相位執(zhí)行反饋控制，而第二控制器控制致動器的轉(zhuǎn)速。從而，可以通過高 速地控制用作致動器的電動機(jī)而高速執(zhí)行氣門正時控制，而不會使控制器 的功能復(fù)雜化或者過度增大控制器的處理負(fù)載。
13在本發(fā)明的第一方面中，所述第二控制器可以通過以組合的方式執(zhí)行
基于由所述第一控制器設(shè)定的所述轉(zhuǎn)速指令值的設(shè)定控制和基于所述電動 機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與所述轉(zhuǎn)速指令值的偏差的反饋控制來控制所述電動機(jī)的轉(zhuǎn) 速。
14在本發(fā)明的第一方面中，第二控制器可包括電力轉(zhuǎn)換電路、第一設(shè)定 單元、第二設(shè)定單元和驅(qū)動單元。電力轉(zhuǎn)換電路控制供應(yīng)到電動機(jī)的電 力。第一設(shè)定單元基于由所述第二傳感器檢測到的所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與由 來自所述第一控制器的信號表示的所述轉(zhuǎn)速指令值的偏差來設(shè)定對供應(yīng)到 所述電動機(jī)的電力量進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)量。第二設(shè)定單元基于預(yù)定特性根據(jù) 由來自所述第一控制器的信號表示的所述轉(zhuǎn)速指令值來設(shè)定調(diào)節(jié)量。驅(qū)動單元基于由所述第一設(shè)定單元設(shè)定的調(diào)節(jié)量與由所述第二設(shè)定單元設(shè)定的 調(diào)節(jié)量之和來生成用于所述電力轉(zhuǎn)換電路的控制信號。15對于此構(gòu)造，通過以組合的方式使用用在第一設(shè)定單元中的反饋項和 用在第二設(shè)定單元中的預(yù)設(shè)項來執(zhí)行電動機(jī)速度控制。以此方式，與簡單 反饋控制(即，僅僅使用在第一設(shè)定單元中使用的反饋項執(zhí)行的轉(zhuǎn)速控 制)相比，即使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，也使得電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速指令值更 迅速地匹配。
16在本發(fā)明的第一方面中，第二控制器可與電動機(jī)一體地形成并包括第 二傳感器。而且，第一控制器可通過從第一控制器延伸到第二控制器的信 號線接收來自于第二傳感器的表示電動機(jī)的轉(zhuǎn)速的信號。
17從而，布置傳感器的空間得以縮小以縮小系統(tǒng)尺寸。在本發(fā)明的第一 方面中，第一控制器可由具有執(zhí)行控制發(fā)動機(jī)的程序的功能的電子控制單 元形成。
18本發(fā)明的所述方面提供了所述可變氣門正時系統(tǒng)，其具有提高控制速 度而不會過度增大每個控制器的處理負(fù)載的控制構(gòu)造。


19參照附圖從以下對實(shí)施例進(jìn)行的描述，將會明白本發(fā)明的前述和其它 目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中相同或相應(yīng)的特征將會由相同的附圖標(biāo)記表示，
其中
圖1是示意性地示出設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變氣門正時系統(tǒng)的
車輛發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)的視圖2是示出限定進(jìn)氣凸輪軸的相位的對照圖的圖形； 圖3是示出進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu)的橫截面視圖； 圖4是沿著圖3中IV-IV線剖開的橫截面視圖； 圖5是沿著圖3中V-V線剖開的第一橫截面視圖； 圖6是沿著圖3中V-V線剖開的第二橫截面視圖7是沿著圖3中vn-vn線剖開的橫截面視圖8是沿著圖3中Vin-VIII線剖開的橫截面視圖；圖9是示出進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu)的元件協(xié)作實(shí)現(xiàn)的減速比的圖形；
圖10是示出導(dǎo)板相對于鏈輪的相位與進(jìn)氣凸輪軸的相位之間的關(guān)系
的圖形；
圖11是圖示由根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變氣門正時系統(tǒng)執(zhí)行的對進(jìn)氣
門的相位進(jìn)行控制的構(gòu)造的示意性框圖12是圖示在圖11中示出的控制構(gòu)造中反饋控制循環(huán)的形式的示意 性框圖13是圖示由ECU執(zhí)行的對進(jìn)氣門的相位進(jìn)行反饋控制的功能框
圖14是圖示對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制的圖形；以及 圖15是圖示電動機(jī)EDU的構(gòu)造的功能框圖。
具體實(shí)施例方式
20下面，參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。在下面的描述中，相同或相應(yīng) 的特征將用相同的附圖標(biāo)記來表示。具有相同附圖標(biāo)記的特征的名稱和功 能也相同。因此，具有相同附圖標(biāo)記的特征的描述在下面將只出現(xiàn)一次。
21首先，參照圖1描述具有根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的可變氣門正時系統(tǒng)的 車輛發(fā)動機(jī)。
22發(fā)動機(jī)1000是包括第一列1010和第二列1012的八缸V型發(fā)動機(jī)， 每列具有四個缸。注意，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變氣門正時系統(tǒng)可以應(yīng)用 于任何類型的發(fā)動機(jī)。即，可變氣門正時系統(tǒng)可以應(yīng)用于除八缸V型發(fā)動 機(jī)以外的任何發(fā)動機(jī)。
23流經(jīng)空氣濾清器1020的空氣被供應(yīng)到發(fā)動機(jī)1000。節(jié)氣門1030調(diào)節(jié) 供應(yīng)到發(fā)動機(jī)1000的空氣量。節(jié)氣門1030是由電動機(jī)驅(qū)動的電控節(jié)氣 門。
24空氣通過進(jìn)氣通道1032被引入到氣缸1040。然后，空氣與燃料在形 成于氣缸1040內(nèi)的燃燒室中混合。燃料從噴射器1050直接噴射到氣缸 1040中。即，噴射器1050的噴射孔位于氣缸1040內(nèi)。
25在進(jìn)氣沖程中燃料被噴射到氣缸1040中。燃料噴射的時間不必在進(jìn)氣沖程內(nèi)。提供與本發(fā)明的實(shí)施例有關(guān)的描述的前提是發(fā)動機(jī)1000是 直噴發(fā)動機(jī)，其中噴射器1050的噴射孔位于氣缸1040內(nèi)。除了用于直噴
的噴射器1050，還可提供用于端口噴射的噴射器?？蛇x地，也可僅提供用
于端口噴射的噴射器。
26氣缸1040中的空氣燃料混合物由火花塞1060點(diǎn)燃，然后燃燒。燃燒 后的空氣燃料混合物(即排氣)由三元催化劑1070凈化，然后被排出到 車輛外部。活塞1080由于空氣燃料混合物的燃燒而被向下推動，從而轉(zhuǎn) 動曲軸1090。
27進(jìn)氣門1100和排氣門1110設(shè)置在氣缸1040頂部。進(jìn)氣門1100由進(jìn) 氣凸輪軸1120驅(qū)動，排氣門1110由排氣門1130驅(qū)動。進(jìn)氣凸輪軸1120 和排氣凸輪軸1130彼此通過例如鏈條或齒輪連接，并以相同的轉(zhuǎn)數(shù)(為 曲軸1090轉(zhuǎn)數(shù)的一半)轉(zhuǎn)動。因為轉(zhuǎn)動體(例如，軸)的轉(zhuǎn)數(shù)(通常是 每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)(rpm))通常是指轉(zhuǎn)速，所以在下面的描述中將使用術(shù)語 "轉(zhuǎn)速"。
28進(jìn)氣門1100的相位(打開/關(guān)閉正時)由裝配到進(jìn)氣凸輪軸1120的進(jìn) 氣VVT機(jī)構(gòu)2000控制。排氣門1110的相位(打開/關(guān)閉正時)由裝配到 排氣凸輪軸1130的排氣VVT機(jī)構(gòu)3000控制。
29在本發(fā)明的實(shí)施例中，進(jìn)氣凸輪軸1120和排氣凸輪軸1130分別由 VVT機(jī)構(gòu)2000和3000轉(zhuǎn)動，從而進(jìn)氣門1100的相位和排氣門1110的相 位受到控制。然而，用于控制相位的方法不限于此。
30進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu)2000由電動機(jī)2060 (如圖3所示)操作。電動機(jī) 2060由電子控制單元(ECU) 4000控制。流經(jīng)電動機(jī)2060的電流強(qiáng)度由 安培表(未示出)檢測，施加到電動機(jī)2060的電壓由電壓表(未示出) 檢測，并且表示電流強(qiáng)度的信號和表示電壓的信號被傳送到ECU4000。
31排氣VVT機(jī)構(gòu)3000以液壓的方式被操作。注意，進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu) 2000可以是以液壓的方式被操作。注意，排氣WT機(jī)構(gòu)3000也可由電動 機(jī)操作。
32ECU 4000從曲軸轉(zhuǎn)角傳感器5000接收表示曲軸1090的轉(zhuǎn)速和曲軸轉(zhuǎn) 角的信號。ECU 4000還從凸輪軸位置傳感器5010接收表示進(jìn)氣凸輪軸1120的相位的信號和表示排氣凸輪軸1130的相位(這些凸輪軸在轉(zhuǎn)動方 向上的位置)的信號。
33此外，ECU 4000從冷卻液溫度傳感器5020接收表示發(fā)動機(jī)1000的冷 卻液的溫度(冷卻液溫度)的信號，從氣流計5030接收表示供應(yīng)到發(fā)動 機(jī)1000的空氣量的信號。
34ECU 4000基于從上述傳感器接收到的信號以及存儲在存儲器(未示 出)中的對照圖和程序而控制節(jié)氣門開度、點(diǎn)火正時、燃料噴射正時、燃 料噴射量、進(jìn)氣門1100的相位、排氣門1110的相位等，使得發(fā)動機(jī)1000 進(jìn)入所希望的運(yùn)行狀態(tài)。
35根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，ECU 4000基于使用表示發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的參 數(shù)的對照圖(通常是使用發(fā)動機(jī)速度NE和進(jìn)氣量KL作為參數(shù)的對照 圖，如圖2所示)而設(shè)定進(jìn)氣門1100的目標(biāo)相位。 一般地，用于在多個 冷卻液溫度下設(shè)定進(jìn)氣門1100的相位的多個對照圖存儲在存儲器中。
36下面，將更詳細(xì)地描述進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu)2000。注意，排氣VVT機(jī)構(gòu) 3000可具有與下述進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu)2000相同的結(jié)構(gòu)?？蛇x地，進(jìn)氣VVT 機(jī)構(gòu)2000和排氣VVT機(jī)構(gòu)3000中的每一個都可具有與下述進(jìn)氣VVT機(jī) 構(gòu)2000相同的結(jié)構(gòu)。
37如圖3所示，進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu)2000包括鏈輪2010、凸輪盤2020、連 桿機(jī)構(gòu)2030、導(dǎo)板2040、減速器2050和電動機(jī)2060。用于控制電動機(jī) 2060的電動機(jī)EDU 4100與電動機(jī)2060 —體地形成。電動機(jī)2060和電動 機(jī)EDU 4100可放置在相同的殼體中?？蛇x地，電動機(jī)2060電動機(jī)EDU 4100可容納在單獨(dú)的殼體中，然后彼此連接。
38鏈輪2010通過例如鏈條連接到曲軸1090。如進(jìn)氣凸輪軸1120和排氣 凸輪軸1130的情況那樣，鏈輪2010的轉(zhuǎn)速是曲軸1090的轉(zhuǎn)速的一半。進(jìn) 氣凸輪軸1120設(shè)置為使得進(jìn)氣凸輪軸1120與鏈輪2010同軸并相對于鏈輪 2010轉(zhuǎn)動。
39凸輪盤2020由第一銷釘2070連接到進(jìn)氣凸輪軸1120。在鏈輪2010 中，凸輪盤2020與進(jìn)氣凸輪軸1120—起轉(zhuǎn)動。凸輪盤2020和進(jìn)氣凸輪軸 1120彼此可一體地形成。
1040每個連桿機(jī)構(gòu)2030由第一臂2031和第二臂2032形成。圖4是沿圖3 中IV-IV線剖開的橫截面視圖，如圖4所示，成對的第一臂2031設(shè)置在鏈 輪2010中從而關(guān)于進(jìn)氣凸輪軸1120的軸線對稱。每個第一臂2031連接到 鏈輪2010從而繞第二銷釘2072樞轉(zhuǎn)。
41如圖5 (即為沿圖3中V-V線剖開的橫截面視圖)以及圖6 (其示出 通過使進(jìn)氣門1100的相位從圖5中示出的狀態(tài)提前所實(shí)現(xiàn)的狀態(tài))所 示，第一臂2031和凸輪盤2020彼此通過第二臂2032而連接。
42每個第二臂2032被支撐為繞第三銷釘2074相對于第一臂2031樞轉(zhuǎn)。 每個第二臂2032被支撐為繞第四銷釘2076相對于凸輪盤2020樞轉(zhuǎn)。
43該對連桿機(jī)構(gòu)2030使得進(jìn)氣凸輪軸1120相對于鏈輪2010轉(zhuǎn)動，由此 進(jìn)氣門100的相位得以改變。因此，即使其中一個連桿機(jī)構(gòu)2030斷裂并 折斷，進(jìn)氣門1100的相位也可由另一連桿機(jī)構(gòu)2030改變。
44如圖3所示，控制銷釘2034裝配在每個連桿機(jī)構(gòu)2030 (更具體地， 第二臂2032)的一個面上，所述面靠近導(dǎo)板2040?？刂其N釘2034設(shè)置為 與第三銷釘2074同軸。每個控制銷釘2034在形成于導(dǎo)板2040中的導(dǎo)槽 2042內(nèi)滑動。
45每個控制銷釘2034沿徑向運(yùn)動，同時在形成于導(dǎo)板2040中的導(dǎo)槽 2042內(nèi)滑動。每個控制銷釘2034沿徑向的運(yùn)動使得進(jìn)氣凸輪軸1120相對 于鏈輪2010轉(zhuǎn)動。
46如圖7 (即為沿圖3中VII-VII線剖開的橫截面視圖)所示，導(dǎo)槽 2042形成為螺旋形式使得控制銷釘2034隨著導(dǎo)板2040的轉(zhuǎn)動而沿徑向運(yùn) 動。然而，導(dǎo)槽2042的形狀不限于此。
47隨著控制銷釘2034和導(dǎo)板2040的軸線在徑向上的距離增大，進(jìn)氣門 1100的相位更延遲。S卩，相位的改變量對應(yīng)于每個連桿機(jī)構(gòu)2030根據(jù)控 制銷釘2034在徑向上的運(yùn)動而被操作的量。注意，隨著控制銷釘2034和 導(dǎo)板2040的軸線在徑向上的距離增大，進(jìn)氣門IIOO的相位也可更提前。
48如圖7所示，當(dāng)控制銷釘2034到達(dá)導(dǎo)槽2042的端部時，連桿機(jī)構(gòu) 2030的操作受到限制。因此，控制銷釘2034到達(dá)導(dǎo)槽2042的端部的相位 是進(jìn)氣門IIOO的最大提前相位或最大延遲相位。49如圖3所示，多個凹部2044形成于導(dǎo)板2040的一個面中，所述面靠 近減速器2050。凹部2044用于將導(dǎo)板2040和減速器2050彼此連接。
50減速器2050由外齒輪2052和內(nèi)齒輪2054形成。外齒輪2052固定到 鏈輪2010從而與鏈輪2010 —起轉(zhuǎn)動。
51多個突出部2056形成于內(nèi)齒輪2054上，所述多個突出部配合在導(dǎo)板 2040的凹部2044中。內(nèi)齒輪2054被支撐為可繞著聯(lián)接器(coupling) 2062的偏心軸線2066轉(zhuǎn)動，所述聯(lián)接器2062的軸線從電動機(jī)2060的輸 出軸的軸線2064偏離。
52圖8示出沿圖3中Vm-VIII線剖開的橫截面視圖。內(nèi)齒輪2054設(shè)置 為使得其多個齒的一部分與外齒輪2052嚙合。當(dāng)電動機(jī)2060的輸出軸的 轉(zhuǎn)速等于鏈輪2010的轉(zhuǎn)速時，聯(lián)接器2062和內(nèi)齒輪2054以與外齒輪 2052 (鏈輪2010)相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。在此情形下，導(dǎo)板2040以與鏈輪 2010相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，并且進(jìn)氣門1100的相位得以保持。
53當(dāng)電動機(jī)2060使得聯(lián)接器2062繞著軸線2064相對于外齒輪2052轉(zhuǎn) 動時，整個內(nèi)齒輪2054繞著軸線2064轉(zhuǎn)動，同時，內(nèi)齒輪2054繞著偏心 軸2066轉(zhuǎn)動。內(nèi)齒輪2054的轉(zhuǎn)動運(yùn)動促使導(dǎo)板2040相對于鏈輪2010轉(zhuǎn)
動，由此進(jìn)氣門iioo的相位得以改變。
54通過使用減速器2050、導(dǎo)板2040和連桿機(jī)構(gòu)2030減小電動機(jī)2060 的輸出軸與鏈輪2010之間的相對轉(zhuǎn)速(電動機(jī)2060的操作量)，從而改 變進(jìn)氣門1100的相位?？蛇x地，可通過增大電動機(jī)2060的輸出軸與鏈輪 2010之間的相對轉(zhuǎn)速而改變進(jìn)氣門1100的相位。電動機(jī)2060的輸出軸設(shè) 置有電動機(jī)轉(zhuǎn)角傳感器5050，所述傳感器輸出表示輸出軸轉(zhuǎn)角(輸出軸在 其轉(zhuǎn)動方向上的位置)的信號。 一般地，電動機(jī)轉(zhuǎn)角傳感器5050每當(dāng)電 動機(jī)2060的輸出軸轉(zhuǎn)動預(yù)定角度時產(chǎn)生一個脈沖信號?；趶碾妱訖C(jī)轉(zhuǎn) 角傳感器5050輸出的信號，檢測電動機(jī)2060的輸出軸的轉(zhuǎn)速(下面在適 合的地方簡稱為"電動機(jī)2060的轉(zhuǎn)速")。
55如圖9所示，進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu)2000的元件協(xié)作實(shí)現(xiàn)的減速比R(。，即 電動機(jī)2060的輸出軸與鏈輪2010之間的相對轉(zhuǎn)速與進(jìn)氣門1100的相位的 改變量的比率，可以選取與進(jìn)氣門1100的相位相對應(yīng)的值。根據(jù)本發(fā)明
12的實(shí)施例，當(dāng)減速比增大時，相位的改變量與電動機(jī)2060的輸出軸與鏈
輪2010之間的相對轉(zhuǎn)速的比率減小。56當(dāng)進(jìn)氣門1100的相位位于從最大延遲相位延伸到CA1的第一區(qū)域內(nèi) 時，進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu)2000的元件協(xié)作實(shí)現(xiàn)的減速比為Rl。當(dāng)進(jìn)氣門1100 的相位位于從CA2 (CA2是比CA1更提前的相位)延伸到最大提前相位 的第二區(qū)域內(nèi)時，進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu)2000的元件協(xié)作實(shí)現(xiàn)的減速比為R2 (R1〉R2)。
57當(dāng)進(jìn)氣門1100的相位位于從CA1延伸到CA2的第三區(qū)域內(nèi)時，進(jìn)氣 VVT機(jī)構(gòu)2000的元件協(xié)作實(shí)現(xiàn)的減速比以預(yù)定比率((R2-R1)/(CA2-CA1))改變。
58這樣構(gòu)造的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變氣門正時系統(tǒng)的進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu)
2000的效果將在下面描述。59當(dāng)進(jìn)氣門1100的相位(進(jìn)氣凸輪軸1120)提前時，電動機(jī)2060運(yùn)行
使得導(dǎo)板2040相對于鏈輪2010轉(zhuǎn)動。因而，如圖IO所示，進(jìn)氣門1100
的相位提前。
60當(dāng)進(jìn)氣門1100的相位位于從最大延遲相位延伸到CA1的第一區(qū)域內(nèi) 時，電動機(jī)2060的輸出軸與鏈輪2010之間的相對轉(zhuǎn)速以減速比Rl減 小。因而，進(jìn)氣門IIOO的相位提前。
61當(dāng)進(jìn)氣門IIOO的相位位于從CA2延伸到最大提前相位的第二區(qū)域內(nèi) 時，電動機(jī)2060的輸出軸與鏈輪2010之間的相對轉(zhuǎn)速以減速比R2減 小。因而，進(jìn)氣門IIOO的相位提前。
62當(dāng)進(jìn)氣門IIOO的相位延遲時，電動機(jī)2060的輸出軸相對于鏈輪2010 在與進(jìn)氣門1100的相位提前的方向相反的方向上轉(zhuǎn)動。當(dāng)相位延遲時， 電動機(jī)2060的輸出軸與鏈輪2010之間的相對轉(zhuǎn)速以與當(dāng)相位提前時的方 式類似的方式減小。當(dāng)進(jìn)氣門1100的相位位于從最大延遲相位延伸到 CA1的第一區(qū)域內(nèi)時，電動機(jī)2060的輸出軸與鏈輪2010之間的相對轉(zhuǎn)速 以減速比Rl減小。因而，進(jìn)氣門1100的相位延遲。當(dāng)進(jìn)氣門1100的相 位位于從CA2延伸到最大提前相位的第二區(qū)域內(nèi)時，電動機(jī)2060的輸出 軸與鏈輪2010之間的相對轉(zhuǎn)速以減速比R2減小。因而，進(jìn)氣門1100的相位延遲。
63因此，只要電動機(jī)2060的輸出軸與鏈輪2010之間的相對轉(zhuǎn)動方向保 持不變，進(jìn)氣門1100的相位就可在從最大延遲相位延伸到CA1的第一區(qū) 域內(nèi)和從CA2延伸到最大提前相位的第二區(qū)域內(nèi)都被提前或延遲。在此情 形下，在從CA2延伸到最大提前相位的第二區(qū)域中的相位提前或延遲的量 大于在從最大延遲相位延伸到CA1的第一區(qū)域中的相位提前或延遲的量。 因此，在相位變化寬度方面，第二區(qū)域比第一區(qū)域大。
64在從最大延遲相位延伸到CA1的第一區(qū)域中，減速比較大。因此，需 要大扭矩以使用伴隨著發(fā)動機(jī)1000的運(yùn)行而施加到進(jìn)氣凸輪軸1120的扭 矩來轉(zhuǎn)動電動機(jī)2060的輸出軸。因而，即使在電動機(jī)2060不產(chǎn)生扭矩時 (例如，即使在電動機(jī)2060不運(yùn)行時)，電動機(jī)2060的輸出軸的轉(zhuǎn)動也 受到限制，所述轉(zhuǎn)動由施加到進(jìn)氣凸輪軸1120的扭矩引起的。這抑制了 實(shí)際相位與控制中所使用的相位的偏差。此外，當(dāng)停止對用作致動器的電 動機(jī)2060的電力供應(yīng)時，發(fā)生不期望的相位變化也受到抑制。
65優(yōu)選地，電動機(jī)2060相對于鏈輪2010轉(zhuǎn)動的方向和相位的提前/延遲 之間的關(guān)系被設(shè)定為使得進(jìn)氣門1100的相位在電動機(jī)2060的輸出軸的轉(zhuǎn) 速低于鏈輪2010時延遲。從而，當(dāng)在發(fā)動機(jī)正在運(yùn)行的同時用作致動器 的電動機(jī)2060變得不運(yùn)行時，進(jìn)氣門IIOO的相位逐漸延遲，最后與最大 延遲相位一致。即，即使進(jìn)氣門相位控制變得不可執(zhí)行，進(jìn)氣門1100的 相位也進(jìn)入到在發(fā)動機(jī)1000中穩(wěn)定地進(jìn)行燃燒的狀態(tài)。
66當(dāng)進(jìn)氣門1100的相位位于從CA1延伸到CA2的第三區(qū)域內(nèi)時，電動 機(jī)2060的輸出軸與鏈輪2010之間的相對轉(zhuǎn)速以某一減速比減小，其中所 述減速比以預(yù)定變化率變化。因而，進(jìn)氣門IIOO的相位提前或延遲。
67當(dāng)進(jìn)氣門1100的相位從第一區(qū)域轉(zhuǎn)移到第二區(qū)域時，或者從第二區(qū) 域轉(zhuǎn)移到第一區(qū)域時，相位相對于電動機(jī)2060的輸出軸與鏈輪2010之間 的相對轉(zhuǎn)速的改變量逐漸增大或減小。因此，相位的改變量的急劇的階躍 變化受到抑制，從而抑制相位的急劇變化。因而，進(jìn)氣門1100的相位更 為適合地受到控制。
68至于本發(fā)明實(shí)施例的可變氣門正時系統(tǒng)的進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu)2000，當(dāng)進(jìn)氣門1100的相位位于從最大延遲相位延伸到CA1的第一區(qū)域內(nèi)時，進(jìn)氣
VVT機(jī)構(gòu)2000的元件協(xié)作實(shí)現(xiàn)的減速比為Rl。當(dāng)進(jìn)氣門1100的相位位 于從CA2延伸到最大提前相位的第二區(qū)域內(nèi)時，進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu)2000的元 件協(xié)作實(shí)現(xiàn)的減速比為小于R1的R2 (R1>R2)。因此，只要電動機(jī)2060 的輸出軸與鏈輪2010之間的相對轉(zhuǎn)動方向保持不變，進(jìn)氣門1100的相位 就可在從最大延遲相位延伸到CA1的第一區(qū)域內(nèi)和從CA2延伸到最大提 前相位的第二區(qū)域中都被提前或延遲。
69在此情形下，在從CA2延伸到最大提前相位的第二區(qū)域內(nèi)的相位提前 或延遲的量大于在從最大延遲相位延伸到CA1的第一區(qū)域內(nèi)的相位提前或 延遲的量。因此，在相位變化寬度方面，第二區(qū)域比第一區(qū)域大。
70在從最大延遲相位延伸到CA1的第一區(qū)域中，減速比較大。因此，可 以限制電動機(jī)2060的輸出軸的轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)動由伴隨發(fā)動機(jī)1000的運(yùn)行 而施加到進(jìn)氣凸輪軸1120的扭矩引起。這抑制了實(shí)際相位與控制中所使 用的相位的偏差。因此，可以以較大的量改變相位，并且可以精確地控制 相位。
71圖11是圖示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變氣門正時系統(tǒng)執(zhí)行的對進(jìn)氣門 1100的相位進(jìn)行控制的構(gòu)造的示意性框圖。
72如圖11所示，如之前在圖1中所述，發(fā)動機(jī)IOOO構(gòu)造為使得動力從 曲軸1090分別通過鏈輪2010和鏈輪2012由正時鏈條1200 (或正時皮 帶)而傳遞到進(jìn)氣凸輪軸1120和排氣凸輪軸1130，。凸輪軸位置傳感器 5010每當(dāng)進(jìn)氣凸輪軸1120轉(zhuǎn)動預(yù)定凸輪角度時就輸出凸輪角度信號Piv， 所述凸輪軸位置傳感器5010裝配在進(jìn)氣凸輪軸1120的外周上。曲軸轉(zhuǎn)角 傳感器5000每當(dāng)曲軸1090轉(zhuǎn)動預(yù)定曲軸轉(zhuǎn)角時就輸出曲軸轉(zhuǎn)角信號 Pca，曲軸轉(zhuǎn)角傳感器5000裝配在曲軸1090的外周上。電動機(jī)轉(zhuǎn)角傳感器 5050每當(dāng)電動機(jī)2060轉(zhuǎn)動預(yù)定轉(zhuǎn)角時就輸出電動機(jī)轉(zhuǎn)角信號Pmt，所述 電動機(jī)轉(zhuǎn)角傳感器5050裝配到電動機(jī)2060。這些凸輪轉(zhuǎn)角信號Piv、曲軸 轉(zhuǎn)角信號Pca和電動機(jī)轉(zhuǎn)角信號Pmt被傳送到ECU 4000。
73ECU 4000基于從檢測發(fā)動機(jī)1000的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行條件(駕駛員實(shí) 施的踏板操作、當(dāng)前車輛速度等)的傳感器輸出的信號來控制發(fā)動機(jī)1000的運(yùn)行，使得發(fā)動機(jī)1000產(chǎn)生所需的輸出功率。作為發(fā)動機(jī)控制的一部
分，ECU 4000基于圖2中示出的對照圖設(shè)定進(jìn)氣門1100的相位的目標(biāo)值 和排氣門1110的相位的目標(biāo)值。此外，ECU 4000生成用于電動機(jī)2060的 轉(zhuǎn)速指令值Nmref，所述電動機(jī)用作用于進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu)2000的致動器。 如果電動機(jī)2060以轉(zhuǎn)速指令值Nmref轉(zhuǎn)動，則進(jìn)氣門IIOO的相位與目標(biāo) 值(目標(biāo)相位)匹配。轉(zhuǎn)速指令值Nmref基于電動機(jī)2060的輸出軸與鏈 輪2010 (進(jìn)氣凸輪軸1120)之間的相對轉(zhuǎn)速而設(shè)定，所述相對轉(zhuǎn)速相當(dāng) 于致動器的操作量，如下詳細(xì)描述。
74電動機(jī)EDU (電子驅(qū)動單元)4100基于由來自于ECU 4000的信號所 表示的轉(zhuǎn)速指令值Nmref來控制電動機(jī)2060的轉(zhuǎn)速。
75在由根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可變氣門正時系統(tǒng)所執(zhí)行的進(jìn)氣門相位控制 中，如圖12所示，用于進(jìn)氣門相位的反饋控制循環(huán)7000由ECU 4000形 成。在反饋控制循環(huán)7000中，ECU 4000檢測進(jìn)氣門1100的相位并使得所 述進(jìn)氣門相位與目標(biāo)相位匹配。電動機(jī)EDU4100形成用于電動機(jī)速度的 反饋控制循環(huán)7100。在反饋控制循環(huán)7100中，供應(yīng)到電動機(jī)2060的電力 PW受到控制，使得電動機(jī)2060的轉(zhuǎn)速與由來自于ECU 4000的信號所表 示的轉(zhuǎn)速指令值Nmref匹配。更具體地，電動機(jī)EDU 4100形成作為局部 循環(huán)的反饋控制循環(huán)7100，所述循環(huán)是整個反饋控制循環(huán)7000的一部 分。
76此外，當(dāng)電動機(jī)EDU 4100與電動機(jī)2060—體形成時，如圖3所示， 由霍爾元件等形成的電動機(jī)轉(zhuǎn)角傳感器5050可設(shè)置在電動機(jī)EDU4100 中。以此方式，進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu)2000的尺寸得以減小。來自于轉(zhuǎn)角傳感器 5050的電動機(jī)轉(zhuǎn)角信號Pmt和表示由于例如斷線而電動機(jī)轉(zhuǎn)角信號Pmt的 異常狀況的診斷信息通過從ECU 4000延伸到電動機(jī)EDU 4100的信號線 4005而傳送到ECU 4000。
77圖13是圖示由ECU 4000執(zhí)行的對進(jìn)氣門的相位進(jìn)行反饋控制的功能 框圖。
78如圖13所示，致動器操作量設(shè)定單元6000對進(jìn)氣門相位執(zhí)行反饋控 制，并包括氣門相位檢測單元6010、凸輪軸相位改變量計算單元6020、
16相對轉(zhuǎn)速設(shè)定單元6030、凸輪軸轉(zhuǎn)速檢測單元6040和轉(zhuǎn)速指令值生成單 元6050。致動器操作量設(shè)定單元6000相當(dāng)于ECU 4000所實(shí)現(xiàn)的功能 塊。通常，致動器操作量設(shè)定單元6000的功能通過根據(jù)事先存儲在ECU 4000中的預(yù)定程序以預(yù)定控制周期執(zhí)行控制例程而實(shí)現(xiàn)。
79氣門相位檢測單元6010基于來自于曲軸轉(zhuǎn)角傳感器5000的曲軸轉(zhuǎn)角 信號Pca、來自于凸輪軸位置傳感器5010的凸輪角度信號Piv以及來自于 用于電動機(jī)2060的轉(zhuǎn)角傳感器5050的電動機(jī)轉(zhuǎn)角信號Pmt來計算進(jìn)氣門 IIOO的實(shí)際相位IV(。(下面稱之為"實(shí)際進(jìn)氣門相位IV(。")。
80氣門相位檢測單元6010基于曲軸轉(zhuǎn)角信號Pca和凸輪角度信號Piv來 計算進(jìn)氣凸輪軸1120的當(dāng)前相位IV(。。例如，當(dāng)凸輪角度信號Piv產(chǎn)生 時，通過將凸輪角度信號Piv的產(chǎn)生和曲軸轉(zhuǎn)角信號Pca的產(chǎn)生之間的時 間差轉(zhuǎn)換成曲軸1090和進(jìn)氣凸輪軸1120之間的轉(zhuǎn)動相位差而計算當(dāng)前氣 門相位IV(0)(第一相位計算方法)。
81可選地，對于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)氣VVT機(jī)構(gòu)2000，可以基于用 作致動器的電動機(jī)2060的操作量(相對轉(zhuǎn)速ANm)精確地保持對進(jìn)氣門 相位的改變量的跟蹤。更具體地，實(shí)際相對轉(zhuǎn)速ANm基于從傳感器輸出 的信號計算，然后，通過基于所計算的實(shí)際相對轉(zhuǎn)速ANm的計算處理， 計算每單位時間內(nèi)(在一個控制周期期間)進(jìn)氣門相位的改變量dIV(。。 因此，氣門相位檢測單元6010可以通過累計相位改變量dlV(。逐次計算 進(jìn)氣凸輪軸1120的當(dāng)前相位IV(0)(第二相位計算方法)。氣門相位檢測 單元6010可通過考慮例如發(fā)動機(jī)速度的穩(wěn)定性和ECU上的計算負(fù)載來適 合地使用第一相位計算方法或第二相位計算方法來計算當(dāng)前氣門相位 ,。
82凸輪軸相位改變量計算單元6020包括計算單元6022和所需相位改變 量計算單元6025。計算單元6022計算實(shí)際進(jìn)氣門相位IV(。與目標(biāo)相位 IV(。r的偏差A(yù)IV(。 (AIV(0)二IV(0) — IV(0)r)。所需相位改變量計算單 元6025基于計算單元6022計算的偏差A(yù)IV(。來計算在當(dāng)前控制周期中進(jìn) 氣凸輪軸1120需要改變的量A6 (下面，稱之為"進(jìn)氣凸輪軸1120的所需 相位改變量A6")。83例如，事先設(shè)定在單個控制周期中所需相位改變量A9的最大值。所
需相位改變量計算單元6025設(shè)定所需相位改變量A9，所述所需相位改變 量Ae對應(yīng)于偏差A(yù)IV(0)并且等于或者小于所述最大值。最大值可以是固 定值。可選地，最大值可由所需相位改變量計算單元6025基于發(fā)動機(jī) 1000的運(yùn)行狀態(tài)(發(fā)動機(jī)速度、進(jìn)氣量等)以及實(shí)際進(jìn)氣門相位IV(。與 目標(biāo)相位IV(0)r的偏差A(yù)IV(0)可變地設(shè)定。
84相對轉(zhuǎn)速設(shè)定單元6030計算電動機(jī)2060的輸出軸相對于鏈輪2010 (進(jìn)氣凸輪軸1120)的轉(zhuǎn)速ANm。需要實(shí)現(xiàn)相對轉(zhuǎn)速ANm以獲得由所需 相位改變量計算單元6025計算的所需相位改變量A0。例如，當(dāng)進(jìn)氣門 1100的相位提前時，相對轉(zhuǎn)速ANm被設(shè)定為正值(ANm>0)。另一方 面，當(dāng)進(jìn)氣門1100的相位延遲時，相對轉(zhuǎn)速ANm被設(shè)定為負(fù)值 (ANmO)。當(dāng)保持進(jìn)氣門IIOO的當(dāng)前相位時(A0=O)，相對轉(zhuǎn)速ANm 被設(shè)定為基本上等于零的值(ANm=0)。
85在相當(dāng)于一個控制周期的每單位時間AT內(nèi)的所需相位改變量A6與相 對轉(zhuǎn)速ANm之間的關(guān)系由下面示出的方程1表示。在方程1中，如圖9 所示，R(。是隨著進(jìn)氣門IIOO的相位而變化的減速比。
86AeaANmX36O。X(l/R(0))XAT (方程1)
根據(jù)方程1，相對轉(zhuǎn)速設(shè)定單元6030計算電動機(jī)2060相對于鏈輪 2010的轉(zhuǎn)速的相對轉(zhuǎn)速ANm，相對轉(zhuǎn)速ANm需要被實(shí)現(xiàn)以獲得在控制周 期AT期間凸輪軸的所需相位改變量A9。
87凸輪軸轉(zhuǎn)速檢測單元6040通過將曲軸1090的轉(zhuǎn)速除以2來計算鏈輪 2010的轉(zhuǎn)速，即進(jìn)氣凸輪軸1120的實(shí)際轉(zhuǎn)速IVN?？蛇x地，凸輪軸轉(zhuǎn)速 檢測單元6040可基于來自于凸輪軸位置傳感器5010的凸輪角度信號Piv 來計算進(jìn)氣凸輪軸1120的實(shí)際轉(zhuǎn)速IVN。 一般地，在進(jìn)氣凸輪軸1120的 一個轉(zhuǎn)動期間輸出的凸輪角度信號的數(shù)目小于在曲軸1090的一個轉(zhuǎn)動期 間輸出的曲軸轉(zhuǎn)角信號的數(shù)目。因此，通過基于曲軸1090的轉(zhuǎn)速來檢測 凸輪軸轉(zhuǎn)速IVN，提高了檢測精度。
88轉(zhuǎn)速指令值生成單元6050通過將由凸輪軸轉(zhuǎn)速檢測單元6040算得的 進(jìn)氣凸輪軸1120的實(shí)際轉(zhuǎn)速IVN加到由相對轉(zhuǎn)速設(shè)定單元6030設(shè)定的相
18對轉(zhuǎn)速ANm而生成用于電動機(jī)2060的轉(zhuǎn)速指令值Nmref。表示由轉(zhuǎn)速指 令值生成單元6050生成的轉(zhuǎn)速指令值Nmref的信號被傳送到電動機(jī)EDU 4100。從而，實(shí)現(xiàn)如圖12所示的用于進(jìn)氣門相位的反饋控制循環(huán)7000。89電動機(jī)EDU 4100執(zhí)行轉(zhuǎn)速控制，使得電動機(jī)2060的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速指令 值Nmref匹配。例如，電動機(jī)EDU 4100基于電動機(jī)2060的實(shí)際轉(zhuǎn)速Nm 與轉(zhuǎn)速指令值Nmref的偏差(Nmref—Nm)來控制電力用半導(dǎo)體元件(例 如晶體管)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)，以控制供應(yīng)到電動機(jī)2060的電力(通常， 流經(jīng)電動機(jī)的電流強(qiáng)度Imt和施加到電動機(jī)的電壓的幅度)。例如，在電 力用半導(dǎo)體元件的導(dǎo)通/關(guān)斷操作中使用的占空比受到控制。90為了更有效地控制電動機(jī)2060，如下面的方程2所示，電動機(jī)EDU 4100控制占空比DTY，所述占空比是供應(yīng)到電動機(jī)2060的電力受到控制 的調(diào)節(jié)量。91DTY=DTY(ST)+DTY(FB) (方程2 )在方程2中，DTY(FB)是基于使用上述偏差和預(yù)定控制增益(通常， 一般的P控制或PI控制)的控制計算的反饋項。92如圖13所示，方程2中的DTY(ST)是預(yù)設(shè)項，其基于電動機(jī)2060的 轉(zhuǎn)速指令值Nmref和算得的相對轉(zhuǎn)速ANm設(shè)定。93圖14是圖示對電動機(jī)2060進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制的圖形。如圖14所示，事先 在圖表中示出與當(dāng)相對轉(zhuǎn)速ANm為零(ANm=0)時(即，當(dāng)基于轉(zhuǎn)速指 令值Nmref電動機(jī)2060以與鏈輪2010相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時)所需的電動機(jī) 電流值相對應(yīng)的占空比特性6060。方程2中的DTY(ST)基于占空比特性 6060設(shè)定。可選地，方程2中的DTY(ST)可以通過從基于占空比特性 6060的基準(zhǔn)值相對地增大或減小與相對轉(zhuǎn)速ANm相對應(yīng)的占空比的值而 設(shè)定。94執(zhí)行轉(zhuǎn)速控制，其中供應(yīng)到電動機(jī)2060的電力通過以組合方式使用 預(yù)設(shè)項和反饋項而得以控制。以此方式，與簡單反饋控制(即，僅使用方 程2中的反饋項DTY(FB)控制供應(yīng)到電動機(jī)2060的電力的轉(zhuǎn)速控制)相 比，即使轉(zhuǎn)速指令值Nmref改變，電動機(jī)EDU 4100也促使電動機(jī)2060的 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速指令值Nmref更迅速地匹配。的功能框圖。如圖15所示，電 動機(jī)EDU 4100包括脈沖計數(shù)器4110和4120、減法電路4130、控制計算 電路4140、占空預(yù)設(shè)電路4150、加法電路4155、驅(qū)動電路4160、 DC/DC 轉(zhuǎn)換器4170和逆變器4180。96脈沖計數(shù)器4110對表示來自于ECU 4000的轉(zhuǎn)速指令值Nmref的脈沖 信號Pref的脈沖數(shù)進(jìn)行計數(shù)。脈沖信號Pref的頻率對應(yīng)于轉(zhuǎn)速指令值 Nmref。脈沖計數(shù)器4120對電動機(jī)轉(zhuǎn)角信號Pmt的脈沖數(shù)進(jìn)行計數(shù)。減法 電路4130輸出表示由脈沖計數(shù)器4110計數(shù)的脈沖數(shù)與由脈沖計數(shù)器4120 計數(shù)的脈沖數(shù)之間的差值A(chǔ)Np的信號。g口，從減法電路4130輸出的信號 對應(yīng)于電動機(jī)2060的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速指令值Nmref的偏差。97控制計算電路4140根據(jù)已知控制計算方法(例如P控制或PI控制) 輸出表示基于電動機(jī)2060的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速指令值Nmref的偏差的調(diào)節(jié)量的 信號，即表示方程2中反饋項DTY(FB)的控制電壓Vfb。占空預(yù)設(shè)電路 4150根據(jù)從脈沖計數(shù)器4110輸出的信號基于圖14中示出的占空比特性 6060而輸出表示控制電壓Vst的信號，控制電壓Vst表示方程2中的預(yù)設(shè) 項DTY。98加法電路4155輸出表示控制電壓Vdty的信號，所述控制電壓Vdty是 由來自于控制計算電路4140的信號表示的控制電壓Vfb與由來自于占空 預(yù)設(shè)電路4150的信號表示的控制電壓Vst之和。控制電壓Vdty是表示方 程2中占空比DTY的電壓。99DC/DC轉(zhuǎn)換器4170例如由斬波電路形成。源電壓VB根據(jù)電路中電 力用半導(dǎo)體元件的占空比而升壓或降壓。逆變器4180例如由一般的三相 逆變器形成，并施加交流電壓，所述交流電壓的峰值與來自DC/DC轉(zhuǎn)換 器4170的輸出電壓Vac匹配。100驅(qū)動電路4160根據(jù)來自加法電路4155的控制電壓Vdty控制DC/DC 轉(zhuǎn)換器4170中的電力用半導(dǎo)體元件的驅(qū)動控制信號Sdv的占空比 (DTY)。從而，實(shí)現(xiàn)如圖12所示的用于電動機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋控制循環(huán) 7100。101在根據(jù)以上所述本發(fā)明實(shí)施例的可變氣門正時系統(tǒng)執(zhí)行的進(jìn)氣門相位控制中，電動機(jī)EDU 4100控制電動機(jī)2060的轉(zhuǎn)速，作為局部循環(huán)，所述 局部循環(huán)是由ECU 4000執(zhí)行的對進(jìn)氣門相位的反饋控制的一部分。102因此，作為用于致動器的控制單元的電動機(jī)EDU 4100和ECU 4000， 都能通過高速控制用作致動器的電動機(jī)2060同吋不會使其功能復(fù)雜化或 促使處理負(fù)載過度增大，從而高速執(zhí)行氣門正時控制。103如上所述，ECU 4000包括存儲程序、對照圖等的存儲器(RAM、 ROM)以及執(zhí)行所述程序的中央處理單元(CPU)。因而，ECU 4000執(zhí) 行的控制處理基本上是軟件處理。另一方面，電動機(jī)EDU 4100執(zhí)行的控 制處理優(yōu)選地借助硬件(例如，IC兼容(集成電路兼容)的電子電路)實(shí) 現(xiàn)。這使得可以以更高速度控制電動機(jī)2060的轉(zhuǎn)速。從而，可以提高整 個反饋控制對進(jìn)氣門相位的控制穩(wěn)定性。104在本發(fā)明的實(shí)施例中，ECU 4000可被認(rèn)為是根據(jù)本發(fā)明的"第一控 制器"，電動機(jī)EDU 4100可被認(rèn)為是根據(jù)本發(fā)明的"第二控制器"。圖 15中示出的控制計算電路4140可被認(rèn)為是根據(jù)本發(fā)明的"第一設(shè)定單 元"，圖15中示出的占空預(yù)設(shè)電路4150可被認(rèn)為是根據(jù)本發(fā)明的"第二 設(shè)定單元"，圖15中示出的驅(qū)動電路4160可被認(rèn)為是根據(jù)本發(fā)明的"驅(qū) 動單元"，并且圖15中示出的DC/DC轉(zhuǎn)換器4170可被認(rèn)為是根據(jù)本發(fā) 明的"電力轉(zhuǎn)換電路"。105在說明書中己經(jīng)公開的本發(fā)明實(shí)施例在各個方面都應(yīng)該被認(rèn)為是解釋 性的而不是限制性的。本發(fā)明的技術(shù)范圍由權(quán)利要求限定，并且在權(quán)利要 求的等同的含義和范圍內(nèi)的所有變化因而都應(yīng)該被包括在其內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種可變氣門正時系統(tǒng)，其改變設(shè)置在發(fā)動機(jī)中的進(jìn)氣門和排氣門中至少一者的打開/關(guān)閉正時，所述可變氣門正時系統(tǒng)包括改變機(jī)構(gòu)，其以對應(yīng)于用作致動器的電動機(jī)相對于驅(qū)動所述氣門的凸輪軸的轉(zhuǎn)速差的改變量來改變所述氣門的打開/關(guān)閉正時；第一傳感器，其檢測所述凸輪軸的轉(zhuǎn)速；第二傳感器，其檢測所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；第一控制器，其至少基于來自所述第一傳感器的信號和來自所述第二傳感器的信號來計算所述氣門的打開/關(guān)閉正時的當(dāng)前值，并基于所述打開/關(guān)閉正時的所述當(dāng)前值與所述打開/關(guān)閉正時的目標(biāo)值的偏差來生成用于所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速指令值，使得所述打開/關(guān)閉正時按照所述目標(biāo)值變化，所述目標(biāo)值基于所述發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)設(shè)定；以及第二控制器，其從所述第一控制器接收表示所述轉(zhuǎn)速指令值的信號，并基于由所述第二傳感器檢測到的所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制供應(yīng)到所述電動機(jī)的電力，使得所述電動機(jī)按照所述轉(zhuǎn)速指令值運(yùn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣門正時系統(tǒng)，其中所述第二控制器通過以組合的方式執(zhí)行基于由所述第一控制器設(shè)定的 所述轉(zhuǎn)速指令值的設(shè)定控制和基于所述電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與所述轉(zhuǎn)速指令 值的偏差的反饋控制來控制所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變氣門正時系統(tǒng)，其中 所述第二控制器包括電力轉(zhuǎn)換電路，其控制供應(yīng)到所述電動機(jī)的電力；第一設(shè)定單元，其基于由所述第二傳感器檢測到的所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 與由來自所述第一控制器的信號表示的所述轉(zhuǎn)速指令值的偏差來設(shè)定對供 應(yīng)到所述電動機(jī)的電力量進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)量；第二設(shè)定單元，其基于預(yù)定特性根據(jù)由來自所述第一控制器的信號表 示的所述轉(zhuǎn)速指令值來設(shè)定調(diào)節(jié)量；以及驅(qū)動單元，其基于由所述第一設(shè)定單元設(shè)定的調(diào)節(jié)量與由所述第二設(shè)定單元設(shè)定的調(diào)節(jié)量之和來生成用于所述電力轉(zhuǎn)換電路的控制信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可變氣門正時系統(tǒng)，其中所述調(diào)節(jié)量是用于對供應(yīng)到所述電動機(jī)的電力量進(jìn)行控制的占空比。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣門正時系統(tǒng)，其中所述第二控制器與所述電動機(jī)一體地形成并包括所述第二傳感器，并 且所述第一控制器通過從所述第一控制器延伸到所述第二控制器的信號線 接收來自所述第二傳感器的表示所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速的信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的可變氣門正時系統(tǒng)，其中所述第一控制器由具有執(zhí)行控制所述發(fā)動機(jī)的程序的功能的電子控制單元構(gòu)成。
全文摘要
由控制發(fā)動機(jī)的ECU(4000)和控制電動機(jī)(2060)的電動機(jī)EDU(4100)執(zhí)行氣門正時控制。ECU(4000)和電動機(jī)EDU(4100)用于不同的功能。ECU(4000)基于發(fā)動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)設(shè)定進(jìn)氣門的目標(biāo)相位，并生產(chǎn)用于用作致動器的電動機(jī)(2060)的轉(zhuǎn)速指令值(Nmref)，從而形成相位反饋控制循環(huán)(7000)，其中使得進(jìn)氣門相位與目標(biāo)相位匹配。電動機(jī)EDU(4100)形成用于電動機(jī)速度的反饋控制循環(huán)(7100)，其中供應(yīng)到電動機(jī)(2060)的電力(PW)受到控制，使得電動機(jī)(2060)按照轉(zhuǎn)速指令值(Nmref)而轉(zhuǎn)動。
文檔編號F01L1/352GK101548068SQ200780032507
公開日2009年9月30日 申請日期2007年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月31日
發(fā)明者井上靖通, 漆畑晴行, 益城善一郎, 高木登 申請人:豐田自動車株式會社