專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的可變閥裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)用可變閥裝置，涉及用于使進(jìn)排氣閥的閥開啟/關(guān)閉定時(shí) 最優(yōu)化的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在近年中，越來越多的內(nèi)燃機(jī)(發(fā)動機(jī))裝備了作為可變閥裝置的凸輪相位可變 機(jī)構(gòu)，用于改變閥開啟/關(guān)閉定時(shí)(凸輪相位)。而且，已經(jīng)開發(fā)了相關(guān)技術(shù)，由此把上述凸 輪相位可變機(jī)構(gòu)應(yīng)用到在每個(gè)汽缸上具備多個(gè)閥門的內(nèi)燃機(jī)上，并且使得只有多個(gè)進(jìn)氣閥 中的一部分閥門的閥開啟/關(guān)閉定時(shí)根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)而變化(開口)(日本專利特 開 2009-144521 號公報(bào))。這樣，在每個(gè)汽缸的多個(gè)閥門中能夠只改變一部分閥門的閥開啟/關(guān)閉定時(shí)多個(gè) 進(jìn)氣閥，由此能夠執(zhí)行高靈活性的閥控制，可以延長進(jìn)氣閥的閥開啟期間，這使得改進(jìn)內(nèi)燃 機(jī)的操作性能成為可能。然而，作為凸輪相位可變機(jī)構(gòu)的致動器，通常使用由工作液壓致動的液壓致動器。 而且在上述公開文獻(xiàn)中，將葉片式液壓致動器用作致動所有進(jìn)氣閥的致動器以及用作僅致 動一部分進(jìn)氣閥的致動器。這樣，在使用多個(gè)液壓致動器的情形下會出現(xiàn)問題，這是因?yàn)楫?dāng)把工作液壓同時(shí) 供給到二者的液壓致動器時(shí)，工作液壓的供給由于整體工作液壓的暫時(shí)下降而會產(chǎn)生波 動。如果發(fā)生工作液壓的供給波動的話，則閥開啟/關(guān)閉定時(shí)(凸輪相位)可能無法被精 確控制，這是不被期望的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī)用可變閥裝置，其能夠精確地控制凸輪相位， 并且能夠改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行性能。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種內(nèi)燃機(jī)用可變閥裝置，每個(gè)汽缸都具備由 第一進(jìn)氣凸輪驅(qū)動的第一進(jìn)氣閥和由第二進(jìn)氣凸輪驅(qū)動的第二進(jìn)氣閥，可變閥裝置包括能 夠共同改變所述第一進(jìn)氣凸輪和所述第二進(jìn)氣凸輪二者的相位的第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)， 和能夠相對于所述第一進(jìn)氣凸輪的相位改變所述第二進(jìn)氣凸輪的相位的第二凸輪相位可 變機(jī)構(gòu)，其特征在于可變閥裝置具有控制第一和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)的相位可變控制單 元，該相位可變控制單元根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)先控制所述第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu) 和所述第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)中的任一個(gè)。因此，內(nèi)燃機(jī)用可變閥裝置具備第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)，該第一凸輪相位可變機(jī) 構(gòu)能夠通過使用工作液壓來改變第一進(jìn)氣凸輪和第二進(jìn)氣凸輪二者的相位，且還具備第二 凸輪相位可變機(jī)構(gòu)，該第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)具有開口可變功能并且能夠通過使用工作液 壓相對于第一進(jìn)氣凸輪的相位向延遲角側(cè)改變第二進(jìn)氣凸輪的相位，并且根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn) 行狀態(tài)優(yōu)先控制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)中的任一個(gè)。因此，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)能夠穩(wěn)定地控制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)或第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)，能夠 高精度地控制第一進(jìn)氣凸輪或第二進(jìn)氣凸輪的相位，改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的輸出，而且降低燃料成 本，這使得改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行性能成為可能。優(yōu)選地，所述相位可變控制單元對應(yīng)于根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速和載荷中的至少任 一個(gè)來確定的區(qū)域，優(yōu)先控制所述第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)和所述第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)中 的任一個(gè)。因此，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速和載荷能夠穩(wěn)定地控制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)或第二凸 輪相位可變機(jī)構(gòu)，能夠精確地控制第一進(jìn)氣凸輪或第二進(jìn)氣凸輪的相位，改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的輸 出，降低燃料成本，提高內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行性能。并且優(yōu)選地，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在低于預(yù)定的轉(zhuǎn)速且低于預(yù)定的載荷的低轉(zhuǎn)速低載荷 區(qū)域中時(shí)，所述相位可變控制單元優(yōu)先控制所述第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)。例如，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速低載荷區(qū)域中時(shí)，通過停止工作液壓的供給而不控 制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)，并且僅把工作液壓供給到第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)。因此，在低轉(zhuǎn)速低載荷區(qū)域中能夠抑制工作液壓的供給波動的發(fā)生，這樣使得穩(wěn) 定地控制第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)成為可能，能夠精確地控制第二進(jìn)氣凸輪的相位，改進(jìn)內(nèi) 燃機(jī)輸出，而且降低燃料成本，由此能夠改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行性能。此外，優(yōu)選地，內(nèi)燃機(jī)包括配置在其進(jìn)氣通道中的且能夠調(diào)節(jié)進(jìn)氣量的節(jié)流閥，并 且當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在高于或等于所述預(yù)定載荷的高載荷區(qū)域中時(shí)，所述相位可變控制單 元優(yōu)先控制所述第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)。例如，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在高載荷區(qū)域中時(shí)，通過停止工作液壓的供給而不控制第二 凸輪相位可變機(jī)構(gòu)，并且僅把工作液壓供給到第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)。因此，在高載荷區(qū)域中也能夠抑制工作液壓的供給壓力中的波動，這樣使得穩(wěn)定 地控制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)成為可能，能夠精確地控制第一進(jìn)氣凸輪的相位，改進(jìn)內(nèi)燃 機(jī)的輸出，降低燃料成本，能夠提高內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行性能。并且，優(yōu)選地，當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在高于或等于預(yù)定轉(zhuǎn)速的高轉(zhuǎn)速區(qū)域中時(shí)，所述 相位可變控制單元停止所述優(yōu)先控制。例如，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在高轉(zhuǎn)速區(qū)域中時(shí)，把第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)固定在最大延 遲角位置，而把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)固定在最大提前角位置。因此，在高轉(zhuǎn)速區(qū)域中也能夠抑制工作液壓的供給波動的發(fā)生，這使得穩(wěn)定地控 制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)成為可能，并且能夠精確地控制第一進(jìn)氣凸輪的相位，改進(jìn)內(nèi)燃 機(jī)的輸出，降低燃料成本，能夠提高內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行性能。此外，優(yōu)選地，所述相位可變控制單元具有用于設(shè)定所述第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu) 和所述第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)中的各自的控制目標(biāo)值的目標(biāo)值設(shè)定單元，和用于相對于由 所述目標(biāo)值設(shè)定單元所設(shè)定的每個(gè)控制目標(biāo)值設(shè)定死區(qū)的死區(qū)設(shè)定單元，其中所述死區(qū)設(shè) 定單元設(shè)定死區(qū)，使得所述第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)中的被優(yōu)先控 制的一方的死區(qū)要窄于另一方的死區(qū)。由此，能夠穩(wěn)定地控制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)或第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)，能夠精 確地控制第一進(jìn)氣凸輪或第二進(jìn)氣凸輪的相位，改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的輸出，而且降低燃料成本，這 使得改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行性能成為可能。
進(jìn)而，優(yōu)選地，所述相位可變控制單元使得所述第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)和所述第 二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)中的被優(yōu)先控制的一方的控制開始定時(shí)提前。由此，能夠穩(wěn)定地控制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)或第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)，能夠精 確地控制第一進(jìn)氣凸輪或第二進(jìn)氣凸輪的相位，改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的輸出，降低燃料成本，從而提 高內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行性能。


通過在下文中給出的詳細(xì)描述以及附圖，本發(fā)明將變得更顯而易見，其中僅僅以 例證的形式給出附圖，因此附圖不對本發(fā)明構(gòu)成限制，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用可變閥裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是根據(jù)第一實(shí)施例的用于控制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)和第二凸輪相位可變 機(jī)構(gòu)的運(yùn)行的圖；圖3是表示在低轉(zhuǎn)速低載荷區(qū)域中進(jìn)行操作控制的情況下，發(fā)動機(jī)的曲柄角與第 一進(jìn)氣閥、第二進(jìn)氣閥以及排氣閥的提升量之間的關(guān)系的圖；圖4是表示第二進(jìn)氣閥的閥關(guān)閉定時(shí)與燃燒穩(wěn)定性、進(jìn)氣歧管壓力、泵送損失和 燃料消耗之間的關(guān)系的圖；圖5是斯特里貝克(stribeck)線圖；圖6是表示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne與閥驅(qū)動摩擦和潤滑油溫度之間的關(guān)系的圖；圖7是表示在第一進(jìn)氣閥和第二進(jìn)氣閥之間的開口(split)量與施加到進(jìn)氣凸輪 軸上的扭矩之間的關(guān)系的圖；圖8根據(jù)第二實(shí)施例的用于控制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)和第二凸輪相位可變機(jī) 構(gòu)的運(yùn)行的圖；以及圖9是表示在第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)之間的控制優(yōu)先 關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式以下將參考附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。將首先說明第一實(shí)施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)用可變閥裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。是表示發(fā)動機(jī)1的汽缸 蓋2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的俯視圖。例如，發(fā)動機(jī)1是具有DOHC氣閥機(jī)構(gòu)的直列式四缸發(fā)動機(jī)。如圖1所示，凸輪鏈 輪5和6分別連接到可自由旋轉(zhuǎn)地支撐在汽缸蓋2內(nèi)側(cè)的排氣凸輪軸3和進(jìn)氣凸輪軸4上， 這些凸輪鏈輪5和6通過鏈7連接到未圖示的曲柄軸上。發(fā)動機(jī)1的每個(gè)汽缸8上都設(shè)置有兩個(gè)進(jìn)氣閥9和10以及兩個(gè)未圖示的排氣閥。 分別通過交替配置在進(jìn)氣凸輪軸4上的第一進(jìn)氣凸輪11和第二進(jìn)氣凸輪12驅(qū)動兩個(gè)進(jìn)氣 閥9和10。具體地，兩個(gè)進(jìn)氣閥中，由第一進(jìn)氣凸輪11驅(qū)動第一進(jìn)氣閥9，而由第二進(jìn)氣凸 輪12驅(qū)動第二進(jìn)氣閥10。一方面，由固定在排氣凸輪軸3上的各自的排氣凸輪13驅(qū)動兩 個(gè)排氣閥。進(jìn)氣凸輪軸4為具有空心外部凸輪軸和插入該外部凸輪軸的內(nèi)部凸輪軸的雙層結(jié)構(gòu)。把外部凸輪軸和內(nèi)部凸輪軸同心地配置成在彼此之間具有一定間隙，并且由形成在 發(fā)動機(jī)1的汽缸蓋2上的多個(gè)凸輪軸頸23可旋轉(zhuǎn)地支撐。第一進(jìn)氣凸輪11固定在外部凸輪軸上。此外，第二進(jìn)氣凸輪12可旋轉(zhuǎn)地支撐在 外部凸輪軸上，通過固定銷固定該第二進(jìn)氣凸輪12和內(nèi)部凸輪軸，該固定銷穿過在外部凸 輪軸的圓周方向上延伸的長孔。因此，通過外部凸輪軸的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動第一進(jìn)氣凸輪11。并 且通過內(nèi)部凸輪軸的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動第二進(jìn)氣凸輪12。進(jìn)氣凸輪軸4上設(shè)置有第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31。 例如，在第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31中，使用在本領(lǐng)域中公知的 葉片式液壓致動器。葉片式液壓致動器包括圓筒狀殼體(蓋)和可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在殼體中的 葉片轉(zhuǎn)子，并且根據(jù)從液壓單元50經(jīng)由電磁液壓閥52、54，供給到殼體內(nèi)部的液壓油量，即 根據(jù)工作液壓，該葉片式液壓致動器具有相對于殼體改變?nèi)~片的旋轉(zhuǎn)角的功能。第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30設(shè)置在進(jìn)氣凸輪軸4的前端，其殼體上固定有凸輪鏈輪 6，并且其葉片轉(zhuǎn)子上固定有所述外部凸輪軸。第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31設(shè)置在進(jìn)氣凸輪軸4的后端，并且外部和內(nèi)部凸輪軸分 別固定在第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31的殼體和葉片轉(zhuǎn)子上。由于上述構(gòu)造，第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30具有相對于凸輪鏈輪6改變外部凸輪軸 的旋轉(zhuǎn)角的功能，而第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31具有相對于外部凸輪軸改變內(nèi)部凸輪軸的 旋轉(zhuǎn)角的功能。即，第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30具有相對于排氣閥的閥開啟/關(guān)閉定時(shí)能夠 改變第一進(jìn)氣閥9和第二進(jìn)氣閥10整體的閥開啟/關(guān)閉定時(shí)的功能，而第二凸輪相位可變 機(jī)構(gòu)31具有改變在第一進(jìn)氣閥9和第二進(jìn)氣閥10的閥開啟/關(guān)閉定時(shí)之間的相位差(開 口量)的開口可變功能。用于檢測外部凸輪軸的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角的第一凸輪傳感器32安裝在汽缸蓋2上。能 夠根據(jù)來自該第一凸輪傳感器32的信息，調(diào)節(jié)液壓閥52的開度，控制第一凸輪相位可變機(jī) 構(gòu)30的操作。進(jìn)氣凸輪軸4的后端貫穿汽缸蓋2的后壁加，第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31被配置在 汽缸蓋2的外側(cè)，被致動器蓋40覆蓋。把第二凸輪傳感器45安裝到致動器蓋40上，該第二凸輪傳感器通過檢測第二凸 輪相位可變機(jī)構(gòu)31的葉片轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)定時(shí)，檢測內(nèi)部凸輪軸的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角。因此，根據(jù)來自第二凸輪傳感器45和上述第一凸輪傳感器32的信息能夠檢測內(nèi) 部凸輪軸和外部凸輪軸之間的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角的差值，并且能夠基于該實(shí)際旋轉(zhuǎn)角的差值調(diào)節(jié) 電磁液壓閥討的開度，控制第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31的動作。電控單元(E⑶)60是用于在發(fā)動機(jī)1上執(zhí)行各種控制操作的控制裝置，由CPU、存 儲器等構(gòu)成。除了上述第一凸輪傳感器32和第二凸輪傳感器45以外，把各種傳感器類連 接到ECU 60的輸入側(cè)上，各種傳感器類包括用于檢測發(fā)動機(jī)1的油門開度的油門開度傳感 器(APQ62和用于檢測發(fā)動機(jī)1的曲柄角的曲柄角傳感器64等。除了上述電磁液壓閥52 和M以外，把各種裝置類連接到ECU 60的輸出側(cè)上，各種裝置類包括設(shè)置在進(jìn)氣通道中用 于調(diào)節(jié)進(jìn)氣量的節(jié)流閥66等。再者，基于由APS 62所檢測的油門開度的信息，檢測發(fā)動機(jī) 載荷，并且基于由曲柄角傳感器64所檢測的曲柄角的信息，檢測發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速Ne。下面將描述以上述方式構(gòu)造的本發(fā)明第一實(shí)施例所涉及的內(nèi)燃機(jī)用可變閥裝置的作用。根據(jù)圖2所示的圖，根據(jù)發(fā)動機(jī)1的運(yùn)行狀態(tài)，即發(fā)動機(jī)載荷和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne，由 ECU 60(相位可變控制單元)來控制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu) 31的操作。如圖2所示，第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31的操作控制 可分成四個(gè)區(qū)域執(zhí)行，其包括區(qū)域X，其中發(fā)動機(jī)1啟動并且預(yù)熱，區(qū)域A (低轉(zhuǎn)速低載荷區(qū) 域)，其中發(fā)動機(jī)載荷和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne 二者都低，區(qū)域B (高載荷區(qū)域)，其中發(fā)動機(jī)載荷 高，但發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne低，和區(qū)域C (高轉(zhuǎn)速區(qū)域)，其中發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne高。首先，在對應(yīng)于發(fā)動機(jī)1的啟動和預(yù)熱的區(qū)域X中，從液壓單元50供給的液壓不 夠高，因此，第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)(在圖2中，由“第一 VVT”表示)30和第二凸輪相位可 變機(jī)構(gòu)(在圖2中，由“第二 VVT”表示)31分別通過固定于最大延遲角位置和最大提前角 位置的鎖銷來保持相位。在上述區(qū)域A中，不同于上述區(qū)域Xl中發(fā)動機(jī)1的啟動和預(yù)熱的情況，基于來自 APS 62的油門開度信息，第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30被控制到最大延遲角位置處，而第二凸 輪相位可變機(jī)構(gòu)31被控制到任意的相位上。具體地，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne等于或高于預(yù)定值 NO且同時(shí)低于預(yù)定值m時(shí)，因?yàn)閺目刂菩砸簤簡卧?0供給的液壓小，因此在第一凸輪相位 可變機(jī)構(gòu)30和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31之間的比較中，具有較少數(shù)量的相位可變閥門的 第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31能夠具有更高的可控性，因此，第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30通過鎖 銷保持相位，或者通過液壓把其控制到最大延遲角位置，而把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31控 制到任意的相位上。而且，當(dāng)發(fā)動機(jī)載荷低于預(yù)定值Li，并且發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne等于或高于預(yù) 定值m且同時(shí)低于預(yù)定值N2時(shí)，把第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30控制到最大延遲角位置，而 把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31控制到任意的相位上。在區(qū)域B中，把第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30控制到任意延遲角位置，而把第二凸輪 相位可變機(jī)構(gòu)31控制到最大提前角位置。具體地，基于來自APS 62的油門開度信息當(dāng)發(fā) 動機(jī)載荷等于或高于預(yù)定值Li，并且發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne高于或等于預(yù)定值Μ且同時(shí)低于預(yù)定 值N2時(shí)，把第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30控制到任意延遲角位置，而把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu) 31控制到最大提前角位置。在區(qū)域C中，與所述區(qū)域X的情況相同，把第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30控制到最大 延遲角位置，而把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31控制到最大提前角位置。具體地，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn) 速Ne等于或高于預(yù)定值N2時(shí)，把第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30控制到最大延遲角位置，而把 第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31控制到最大提前角位置。也就是說，在發(fā)動機(jī)載荷和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne 二者都低的區(qū)域A中，把第一凸輪相位 可變機(jī)構(gòu)30固定在最大延遲角位置，優(yōu)先控制第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31，在發(fā)動機(jī)載荷高 但發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne低的區(qū)域B中，把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31固定在最大提前角位置，優(yōu)先 控制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne高的區(qū)域C中，停止優(yōu)先控制，并且把第一 凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31分別固定在最大延遲角和最大提前角位 置處。以這種方式，在固定第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31中的 至少任一個(gè)而控制另一個(gè)的情形下，工作液壓能夠僅僅供給到第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31中的至少一個(gè)，而不會同時(shí)供給到第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30 和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31，因此，能夠在區(qū)域A、B和C的任一個(gè)中抑制工作液壓的供給 壓力的波動，能夠高精確性地穩(wěn)定控制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30和第二凸輪相位可變機(jī) 構(gòu)31 二者。因此，能夠如所需地連續(xù)且平穩(wěn)地操作第一進(jìn)氣閥9和第二進(jìn)氣閥10，延長閥開 啟期間，并且能夠在精確控制進(jìn)氣歧管的壓力的同時(shí)良好地降低發(fā)動機(jī)1的泵送損失，改 進(jìn)發(fā)動機(jī)的輸出并且減少燃料消耗。然而，在發(fā)動機(jī)載荷和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne 二者都低的上述區(qū)域A中，以這種方式控制 第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31，即把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31控制到區(qū)域A的中心部分中的最 大延遲角位置處，而在區(qū)域A的外周部分如箭頭所示地朝著離開中心部分的方向提前到任 意延遲角位置。而且，如在圖2中由虛線所示的，把區(qū)域A分成其中發(fā)動機(jī)載荷和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne 都非常低的區(qū)域Al和剩余區(qū)域A2，區(qū)域Al表示包括熱怠速區(qū)域的發(fā)動機(jī)預(yù)熱之后的極低 轉(zhuǎn)速極低載荷區(qū)域，而區(qū)域A2表示通常的低轉(zhuǎn)速低載荷區(qū)域。區(qū)域Al的極低轉(zhuǎn)速低載荷的區(qū)域，位于區(qū)域A的遠(yuǎn)離中心部分的周邊部分中，因 此，在為極低轉(zhuǎn)速低載荷的該區(qū)域Al中，如上所述地把第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30控制到最 大延遲角位置，而把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31控制到比最大延遲角的位置更加提前的任 意延遲角位置而不是最大延遲角的位置?，F(xiàn)在參考圖3，其中表示出了在上述區(qū)域A中執(zhí)行操作控制期間發(fā)動機(jī)1的曲柄角 與第一進(jìn)氣閥9、第二進(jìn)氣閥10以及排氣閥的閥提升量之間的關(guān)系。圖3(a)表示的情形 是，例如，與對應(yīng)于發(fā)動機(jī)1的啟動和預(yù)熱的區(qū)域X中的情形相同，把第二凸輪相位可變機(jī) 構(gòu)31控制到最大提前角位置處，使第一進(jìn)氣閥9和第二進(jìn)氣閥10的閥關(guān)閉定時(shí)位于提前 角側(cè)，通過增加實(shí)際壓縮比增強(qiáng)點(diǎn)火性能以及燃燒穩(wěn)定性。圖3(b)表示的情形是，在極低 轉(zhuǎn)速低載荷的區(qū)域Al中把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31控制到任意延遲角位置處，通過延遲 進(jìn)氣閥的閥關(guān)閉定時(shí)來減少泵送損失，同時(shí)通過第一和第二進(jìn)氣閥的閥開啟期間的偏移來 加速氣缸內(nèi)的流動，而通過閥關(guān)閉定時(shí)的實(shí)際壓縮比的平衡，來增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性，由此改進(jìn) 燃料消耗。此外，圖3(c)表示的情形是，在區(qū)域A2中區(qū)域A的中心部分，把第二凸輪相位 可變機(jī)構(gòu)31控制到最大延遲角位置處，使在第一進(jìn)氣閥9和第二進(jìn)氣閥10的閥開啟/關(guān) 閉定時(shí)之間的相位差即開口量最大化，通過延遲進(jìn)氣閥的閥關(guān)閉定時(shí)最小化實(shí)際壓縮比， 泵送損失也降低到最小，以加強(qiáng)氣缸內(nèi)的流動，且由此改進(jìn)燃料消耗。因此，在極低轉(zhuǎn)速低載荷的區(qū)域Al中，把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31控制到任意延 遲角位置而不是最大延遲角位置，其原因在于實(shí)驗(yàn)證實(shí)了，如果在極低轉(zhuǎn)速低載荷的區(qū)域 中把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31控制到最大延遲角的位置以最大化在第一進(jìn)氣閥9和第二 進(jìn)氣閥10之間的開口量，那么將會惡化而不是改進(jìn)燃燒穩(wěn)定性，伴隨著有燃料消耗惡化的 傾向。參考圖4，基于實(shí)驗(yàn)值表示了第二進(jìn)氣閥10的閥關(guān)閉定時(shí)與燃燒穩(wěn)定性、進(jìn)氣歧 管中的壓力(進(jìn)氣歧管壓力)、泵送損失和燃料消耗之間的關(guān)系，圖4揭露了下列內(nèi)容通 過延遲第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31，以及因此延遲第二進(jìn)氣閥10的閥關(guān)閉定時(shí)，那么能夠在 精確控制進(jìn)氣歧管的壓力的同時(shí)成功地降低泵送損失，另一方面，發(fā)現(xiàn)當(dāng)燃燒穩(wěn)定性惡化時(shí)，燃料消耗也惡化了。當(dāng)在極低轉(zhuǎn)速低載荷的區(qū)域中延遲第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31時(shí)燃燒穩(wěn)定性和燃 料消耗惡化的重要原因是因?yàn)楸M管泵送損失減少了作用，但是由于實(shí)際壓縮比的減少而造 成了燃燒惡化，并且還因?yàn)橛捎谶^度加強(qiáng)氣缸內(nèi)的流動而增加了熱損失。因此，在極低轉(zhuǎn)速低載荷的區(qū)域中，把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31控制到任意延遲 角位置而不是最大延遲角位置，例如，如圖4所示，燃燒穩(wěn)定性和燃料消耗最佳的位置Sl 處，或者位置Sl附近的預(yù)定的相位范圍內(nèi)的位置。此外，在把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31控制到任意延遲角位置而不是最大延遲角 位置，比如在圖4中所示的其中燃燒穩(wěn)定性和燃料消耗最佳的位置Sl處，或者位置Sl附近 的落在預(yù)定的相位范圍內(nèi)的位置處的情況下，還要朝著關(guān)閉側(cè)控制節(jié)流閥66。這導(dǎo)致進(jìn)氣 歧管壓力的增加，并且因此增加了燃燒室中的負(fù)壓，由此促進(jìn)了燃料氣化，這使得進(jìn)一步改 進(jìn)燃燒穩(wěn)定性成為可能。此外，當(dāng)在極低轉(zhuǎn)速低載荷的區(qū)域中延遲第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31時(shí)造成燃燒 穩(wěn)定性和燃料消耗的惡化，這是由于增加的摩擦導(dǎo)致的，該摩擦是由進(jìn)氣凸輪軸4與進(jìn)氣 閥9和10的潤滑油的潤滑狀態(tài)發(fā)生的變化而造成的，如下面將解釋的。參考圖5，其表示了被稱為斯特里貝克的線圖，表示了潤滑油粘性、滑動速度和波 動載荷{(粘性)X (滑動速度)/ (波動載荷)}與潤滑狀態(tài)之間的關(guān)系，如在圖5中所示的， 潤滑油的粘性越小或者滑動速度越低或者波動載荷越大，潤滑狀態(tài)從流體潤滑改變到混合 潤滑，或者變到邊界潤滑，摩擦系數(shù)μ增加。如在圖6中所示的，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne變得非常低時(shí)，閥驅(qū)動摩擦趨向增加，并且在 極低轉(zhuǎn)速的區(qū)域中，隨著潤滑油溫度的增加，并且因此隨著潤滑油粘性的降低，閥驅(qū)動摩擦 趨向增加，這顯示了與通常摩擦的特性相反的特性?；谏鲜鰣D5，在預(yù)熱之后極低轉(zhuǎn)速低載荷的區(qū)域中，由于最初發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne低， 滑動速度也低，因此易于發(fā)生邊界潤滑或混合潤滑，當(dāng)潤滑油溫度越高并且潤滑油粘度越 低時(shí)越易于發(fā)生邊界潤滑或混合潤滑，摩擦系數(shù)μ增加，閥驅(qū)動摩擦增加。因此，燃料消耗 進(jìn)一步惡化。此外，在極低轉(zhuǎn)速低載荷的區(qū)域中，驅(qū)動進(jìn)氣凸輪軸4時(shí)產(chǎn)生波動載荷。在表示了 進(jìn)氣凸輪驅(qū)動扭矩的圖7中，第一進(jìn)氣閥9和第二進(jìn)氣閥10的開口量，與施加到進(jìn)氣凸輪 軸4上的扭矩的關(guān)系，以最大扭矩(實(shí)線)和最小扭矩(虛線)表示，第二進(jìn)氣閥10的閥 關(guān)閉定時(shí)，設(shè)定在開口量不是很大的上述位置Sl附近處時(shí)與設(shè)在開口量大的最大延遲角 的情況相比，用于驅(qū)動進(jìn)氣凸輪軸4的最大扭矩小，并且扭矩幅值，即波動載荷小。即，根據(jù)上述圖5，在開口量大的最大延遲角位置的情況，驅(qū)動進(jìn)氣凸輪軸4的扭 矩波動載荷大，因此，用于驅(qū)動進(jìn)氣凸輪軸4的系統(tǒng)或者旋轉(zhuǎn)支撐進(jìn)氣凸輪軸4的部位的潤 滑狀態(tài)易于變成邊界潤滑或混合潤滑，其結(jié)果是摩擦系數(shù)μ增加了，閥驅(qū)動摩擦增加了， 燃料消耗惡化了，另一方面，在開口量不是很大的上述位置S 1的附近，驅(qū)動進(jìn)氣凸輪軸4 的扭矩波動載荷小，易于確保流體潤滑，并且摩擦系數(shù)μ保持在較小數(shù)值，閥驅(qū)動摩擦小， 防止了燃料消耗的惡化。同樣由于上述原因，在極低轉(zhuǎn)速低載荷的區(qū)域中，如上所述，希望的是應(yīng)把第二凸 輪相位可變機(jī)構(gòu)31控制到比最大延遲角位置更提前的任意延遲角的位置而不是最大延遲角位置，例如圖4中，在位置Sl處，通過延遲第二進(jìn)氣閥10的閥關(guān)閉定時(shí)使得泵送損失減 少，通過延遲第一進(jìn)氣閥9和第二進(jìn)氣閥10的閥開啟期間來加強(qiáng)氣缸內(nèi)的流動，通過調(diào)節(jié) 閥關(guān)閉定時(shí)來改善實(shí)際壓縮比的平衡、增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性，并且閥驅(qū)動摩擦小燃料消耗最佳。 通過控制位置Sl或者位置Sl附近的所定的相位范圍內(nèi)的位置，在低轉(zhuǎn)速低載荷的區(qū)域中， 特別地在極低轉(zhuǎn)速低載荷的區(qū)域中，改進(jìn)發(fā)動機(jī)1的低燃料消耗和操作性能之間的平衡是 可能的。此外，圖7表示了進(jìn)氣凸輪驅(qū)動扭矩的情形，然而在DOHC型發(fā)動機(jī)中，基于進(jìn)氣凸 輪驅(qū)動扭矩和排氣凸輪驅(qū)動扭矩，在V型發(fā)動機(jī)中，凸輪驅(qū)動扭矩被一同加算以由曲柄來 驅(qū)動，因此，也可以基于這些合成的驅(qū)動扭矩來控制第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31。下面，將描述第二實(shí)施例。第二實(shí)施例與上述第一實(shí)施例相比較，不同之處在于通過使用圖8中所示的圖而 不是上述圖2中所示的圖來控制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31，在 下文中，僅解釋與第一實(shí)施例的差異。如圖8所示，第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31的操作控制， 可分成如下區(qū)域進(jìn)行與上述圖2相同的區(qū)域X和區(qū)域A (低轉(zhuǎn)速低載荷區(qū)域)、由發(fā)動機(jī) 載荷大的高載荷區(qū)域或者發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne高的高轉(zhuǎn)速區(qū)域所構(gòu)成的區(qū)域B'(高載荷區(qū)域或 高轉(zhuǎn)速區(qū)域)以及發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne更高的更高轉(zhuǎn)速區(qū)域的區(qū)域C'。區(qū)域X和區(qū)域A與上面已經(jīng)描述的情況相同，省略其說明。在區(qū)域B'中，把第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30控制到任意延遲角位置，而把第二凸 輪相位可變機(jī)構(gòu)31控制到最大提前角位置處。具體地，當(dāng)根據(jù)來自APS 62的油門開度信 息，發(fā)動機(jī)載荷高于或等于預(yù)定值Ll并且同時(shí)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne高于或等于預(yù)定值m但低于 預(yù)定值N2時(shí)，或者當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne高于或等于預(yù)定值N2但低于預(yù)定值N3時(shí)，把第一凸輪 相位可變機(jī)構(gòu)30控制到任意延遲角位置處，而把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31控制到最大提 前角位置處。在區(qū)域C‘中，如同在上述區(qū)域X中的情況，把第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30控制到最 大延遲角位置處，而把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31控制到最大提前角位置處。具體地，當(dāng)發(fā) 動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne高于或等于預(yù)定值N3時(shí)，把第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30控制到最大延遲角位置 處，而把第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31控制到最大提前角位置處。也就是說，在第二實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)載荷和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne 二者都低的區(qū)域A中， 也將第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30固定在最大延遲角位置而優(yōu)先控制第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu) 31，在發(fā)動機(jī)載荷大或者發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne高的區(qū)域B'中，將第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31固定 在最大提前角位置而優(yōu)先控制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30，在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速Ne更高的區(qū)域C' 中，停止優(yōu)先控制，并且把第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31分別固定 在最大延遲角和最大提前角位置處。因此，如同上述第一實(shí)施例，也能夠在區(qū)域A，B'和C'的任一個(gè)區(qū)域中抑制工作 液壓的供給波動的發(fā)生，能夠共同穩(wěn)定且精確地控制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30和第二凸 輪相位可變機(jī)構(gòu)31。這樣，在第二實(shí)施例中，也能夠如所需地連續(xù)且平穩(wěn)地操作第一進(jìn)氣閥9和第二 進(jìn)氣閥10，增加閥開啟期間，并且在發(fā)動機(jī)1中能夠精確控制進(jìn)氣歧管的壓力的同時(shí)良好地降低泵送損失，由此能夠改進(jìn)發(fā)動機(jī)輸出并且降低燃料成本。再者，在上述實(shí)施例中，陳述了在第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30和第二凸輪相位可變 機(jī)構(gòu)31使用例如通常本領(lǐng)域中公知的葉片式液壓致動器，然而，本發(fā)明中的凸輪相位可變 機(jī)構(gòu)的類型并不限于此，例如，也可以使用電磁驅(qū)動式致動器。此外，優(yōu)先控制的模式也并非前述的控制模式，在前述的控制模式中，第一凸輪相 位可變機(jī)構(gòu)30和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)31中的任一個(gè)被控制到最大提前角或最大延遲角 的固定相位上，而另一個(gè)凸輪相位可變機(jī)構(gòu)優(yōu)先地受到可變控制。如圖9所示的第一凸輪 相位可變機(jī)構(gòu)(在圖9中，由“第一 VVT”表示)30和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)(在圖9中，由 “第二 VVT”表示)31之間的控制優(yōu)先關(guān)系中可以看到，也適用于以下情況，可以把兩個(gè)凸輪 相位可變機(jī)構(gòu)30和31分別控制到由目標(biāo)值設(shè)定單元所設(shè)定的任意的中間相位(控制目標(biāo) 值)上，一方的中間相位維持時(shí)的容許偏差寬度，即由死區(qū)設(shè)定單元所設(shè)定的所謂的死區(qū) 范圍小于(使死區(qū)變窄)另一方。也就是，可以使用死區(qū)，以使得死區(qū)比另一方窄的一側(cè)的 凸輪相位可變機(jī)構(gòu)被優(yōu)先控制。此外，如圖9所示，也可以使得通過提前兩個(gè)凸輪相位可變 機(jī)構(gòu)中的將被優(yōu)選控制的一個(gè)凸輪相位可變機(jī)構(gòu)的控制指令定時(shí)執(zhí)行優(yōu)先控制。通過這種方法也能夠高精度地共同穩(wěn)定控制第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)30和第二凸 輪相位可變機(jī)構(gòu)31。1權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)用可變閥裝置，在每個(gè)汽缸(8)上都具備由第一進(jìn)氣凸輪(11)驅(qū)動的第 一進(jìn)氣閥(9)和由第二進(jìn)氣凸輪(1 驅(qū)動的第二進(jìn)氣閥(10)，所述可變閥裝置包括能夠共 同改變所述第一進(jìn)氣凸輪和所述第二進(jìn)氣凸輪的相位的第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)(30)，和能 夠相對于所述第一進(jìn)氣凸輪改變所述第二進(jìn)氣凸輪的相位的第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)(31)，其特征在于所述可變閥裝置包括控制所述第一和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)的相位可變 控制單元(60)，該相位可變控制單元根據(jù)所述內(nèi)燃機(jī)(1)的運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)先控制所述第一凸輪相位可 變機(jī)構(gòu)和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)中的一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)用可變閥裝置，其特征在于所述相位可變控制單元 (60)根據(jù)其中所述內(nèi)燃機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速和載荷中的至少一個(gè)來確定的區(qū)域，優(yōu)先控制所述第 一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)(30)和所述第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)(31)中的一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)用可變閥裝置，其特征在于當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)(1)運(yùn)行 在低于預(yù)定的轉(zhuǎn)速且低于預(yù)定的載荷的低轉(zhuǎn)速低載荷區(qū)域中時(shí)，所述相位可變控制單元 (60)優(yōu)先控制所述第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)(31)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)用可變閥裝置，其特征在于當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)(1)運(yùn)行 在高于或等于所述預(yù)定載荷的高載荷區(qū)域中時(shí)，所述相位可變控制單元(60)優(yōu)先控制所 述第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)(30)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)用可變閥裝置，其特征在于當(dāng)所述內(nèi)燃機(jī)(1)運(yùn)行 在高于或等于預(yù)定轉(zhuǎn)速的高轉(zhuǎn)速區(qū)域中時(shí)，所述相位可變控制單元(60)停止所述優(yōu)先控 制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)用可變閥裝置，其特征在于所述相位可變控制單元 (60)包括設(shè)定所述第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)(30)和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)(31)中各自的控制目 標(biāo)值的目標(biāo)值設(shè)定單元；和在由所述目標(biāo)值設(shè)定單元所設(shè)定的各自的控制目標(biāo)值中設(shè)定死區(qū)的死區(qū)設(shè)定單元，其中所述死區(qū)設(shè)定單元，將所述第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)和所述第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu) 中被優(yōu)先控制的一個(gè)凸輪相位可變機(jī)構(gòu)的死區(qū)設(shè)定為比另一個(gè)的死區(qū)窄。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)用可變閥裝置，其特征在于所述相位可變控制單元 (60)將所述第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)(30)和第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)(31)中的被優(yōu)先控制的 一方的控制開始定時(shí)提前。
全文摘要
一種內(nèi)燃機(jī)用可變閥裝置，具有能夠通過使用工作液壓共同改變第一進(jìn)氣凸輪和第二進(jìn)氣凸輪的相位的第一凸輪相位可變機(jī)構(gòu)，和具有開口可變功能且能夠通過使用工作液壓相對于第一進(jìn)氣凸輪的相位向延遲角側(cè)改變第二進(jìn)氣凸輪的相位的第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在低于預(yù)定的轉(zhuǎn)速(N2)且低于預(yù)定的載荷(L1)的低轉(zhuǎn)速低載荷區(qū)域(A)中時(shí)，優(yōu)先控制第二凸輪相位可變機(jī)構(gòu)。
文檔編號F01L1/344GK102052117SQ20101053669
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者村田真一 申請人:三菱自動車工業(yè)株式會社