专利名称：内燃机的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备液压驱动式的气门正时变更机构的内燃机的控制装置。
背景技术：
作为变更内燃机的气门正时的机构，已知有液压驱动式的气门正时变更机构。在液压驱动式的气门正时变更机构中，在固定于链轮的壳体中收容有固定于凸轮轴前端的转子。而且，在该转子上设有朝向径方向突出的多个叶片。另一方面，在壳体上设有分别收容
这些叶片的收容室。由此，各收容室经由叶片分别划分为提前角用液压室和滞后角用液压室。在具备这样构成的气门正时变更机构的内燃机中，通过调节提前角用液压室及滞后角用液压室内的液压，使转子在壳体内转动，变更转子及凸轮轴相对于链轮的相对旋转相位。其结果为，变更进气门及排气门的气门正时。在内燃机起动时，为了实现适合于内燃机起动的气门正时，需要在适合于内燃机起动的相对旋转相位固定转子及凸轮轴相对于链轮的相对旋转相位。但是，内燃机起动时不能确保稳定的液压，因此，难以利用提前角用液压室及滞后角用液压室内的液压保持转子相对于链轮的相对旋转相位。因此，设置用于将转子相对于链轮的相对旋转相位保持在适合于内燃机起动的相对旋转相位即锁定相位的锁定机构，在使内燃机停止时，利用该锁定机构将转子固定在锁定相位。另外，锁定机构包含锁销和供锁销卡合的锁孔，向锁孔插入锁销，由此，限制转子相对于链轮的相对转动。但是，在内燃机起动时，优选利用锁定机构将转子固定在锁定相位，但在内燃机停止时，在未能将转子固定在锁定相位的情况等中，在内燃机起动时，有时也不能将转子固定在锁定相位。在这样的情况下，在内燃机起动时的气门正时变得不稳定，因此，不能结束内燃机起动，或内燃机起动花费时间。与此相对，专利文献I中记载的内燃机中，在内燃机起动时转子未固定于锁定相位的情况下，利用液压使转子转动到锁定相位，利用锁定机构将转子固定在锁定相位。另外，专利文献2中记载的内燃机中，在锁孔的底面设有深度各异的多个台阶部，将这些台阶部以朝向锁定相位逐渐变深的方式并排。当凸轮轴旋转时，随着由凸轮引起的气门的开闭，在转子及凸轮轴上交替作用使转子及凸轮轴向使气门正时滞后的方向旋转的正转矩和使转子及凸轮轴向使气门正时提前的方向旋转的负转矩。在提前角用液压室及滞后角用液压室内的液压没有充分上升的内燃机起动时，当这些正转矩及负转矩作用在转子及凸轮轴时，转子在壳体内向提前角侧和滞后角侧交替摆动。这样，当转子在壳体内摆动时，在设于锁定机构的锁孔的深度各异的多个台阶部依次嵌入锁销，由此，转子逐渐朝向锁定相位转动，最终，转子到达锁定相位并利用锁定机构固定转子。即，专利文献2中记载的内燃机中，锁定机构具备棘轮功能，在内燃机起动时，转子利用该棘轮功能的作用转动到锁定相位。专利文献I :日本特开2001-41012号公报
专利文献2 日本特开2002-122009号公报
发明内容
但是，如专利文献I中所记载的那样，利用液压使转子转动，或如专利文献2中所记载的那样，利用棘轮功能使转子转动，由此，即使在内燃机起动时使转子转动到锁定相位的情况下，有时也不能使转子快速转动到锁定相位。例如，在内燃机起动时不能确保稳定的液压。因此，如专利文献I中所记载的那样，即使利用液压使转子转动，有时直至使转子到达锁定相位并利用锁定机构固定也要花费较长的时间。另外，如专利文献2中所记载的那样，在设置具有棘轮功能的锁定机构并利用正转矩及负转矩使转子转动到锁定相位的情况下，在工作油的温度低而工作油的粘性高的情况下，在正转矩及负转矩作用时产生的转子的转动量变小。其结果为，难以在执行曲轴转动中使转子转动到锁定相位而利用锁定机构固定转子。本发明的目的 在于，提供一种内燃机的控制装置，即使在内燃机起动时转子未被锁定机构固定的状态下，也能够使转子快速转动到锁定相位而利用锁定机构将转子固定在锁定相位，从而提前结束内燃机起动。为了实现所述目的，本发明的内燃机的控制装置具备液压驱动式的气门正时变更机构，具有与曲轴的旋转连动而旋转的壳体和与凸轮轴连结的转子，通过利用液压变更转子相对于壳体的相对旋转相位，来变更气门正时；锁定机构，通过向锁孔插入锁销，来将转子相对于壳体的相对旋转相位固定在锁定相位；及辅机，利用凸轮轴的驱动力而被驱动。而且，本发明的内燃机的控制装置中，在内燃机起动之际未利用锁定机构固定转子时，使转子向提前角侧转动到锁定相位，利用锁定机构使转子固定。而且，本发明的内燃机的控制装置中，在内燃机起动之际使转子向提前角侧转动到锁定相位时，降低辅机的工作量。在利用凸轮轴的驱动力驱动辅机的情况下，辅机的工作量越高，在使凸轮轴旋转时作用的负荷越大。因此，辅机的工作量越高时，凸轮轴及转子越难以向提前角侧转动。根据所述结构，在使转子向提前角侧转动到锁定相位时，降低利用凸轮轴的驱动力驱动的辅机的工作量。因此，转子易于向提前角侧转动。因此，即使在内燃机起动时转子未被锁定机构固定的状态下，也能够使转子快速转动到锁定相位，利用锁定机构将转子固定在锁定相位。其结果为，能够提前结束内燃机起动。在本发明的一个方式中，在锁孔的底面，以越接近锁定相位越深的方式并排设有深度各异的多个台阶部。由此，锁定机构具备如下的棘轮功能转子在壳体内摆动时，锁销依次嵌入到多个台阶部，从而转子朝向锁定相位向提前角侧转动。根据所述结构，利用棘轮功能的作用，在内燃机起动之际气门随着凸轮轴旋转而进行开闭时，当转子在壳体内摆动时，转子朝向锁定相位向提前角侧转动。此时，通过降低辅机的工作量，使得转子在壳体内摆动时转子易于向提前角侧转动。因此，即使在油温低而工作油的粘性高时，也能够抑制向提前角侧的转动量变小。因此，即使在油温低而工作油的粘性高时，也能够使转子快速转动到锁定相位而利用锁定机构将转子固定在锁定相位，从而提前结束内燃机起动。在本发明的一个方式中，内燃机的控制装置利用液压使转子向提前角侧转动到锁定相位。根据所述结构，转子通过液压朝向锁定相位向提前角侧转动。此时，通过降低辅机的工作量，即使在低液压时转子也向提前角侧转动。因此，即使是难以确保稳定的液压的内燃机起动时，也能够使转子快速转动到锁定相位而利用锁定机构将转子固定在锁定相位，从而提前结束内燃机起动。 另外，在具备具有棘轮功能的锁定机构的内燃机中，采用内燃机起动时通过液压使转子向提前角侧转动到锁定相位的结构，利用由棘轮功能产生的作用和液压的作用这两方面也能够使转子转动到锁定相位。在本发明的一个方式中，内燃机搭载于车辆，所述车辆具备制动操作部件，由驾驶员操作；制动助力器，利用负压对制动操作部件的操作进行助力；及驻车制动器，辅机包含向制动助力器供给负压的真空泵。而且，内燃机的控制装置以驻车制动器进行动作为条件降低真空泵的工作量。在降低向制动助力器供给负压的真空泵的工作量的情况下，降低制动操作部件的操作所需的力的制动助力器的功能降低。与此相对，如果驻车制动器进行动作，则可推定为在停车中，而且，在即使制动助力器的功能降低也能够维持停车状态的状态。因此，在降低真空泵的工作量的情况下，优选以驻车制动器进行动作为条件降低真空泵的工作量。如果采用这样的结构，即使是坡路等，也能够维持停车状态并且降低真空泵的工作量，从而提前结束内燃机起动。作为用于降低真空泵的工作量的具体的结构，可采用如下结构设置能够切断真空泵和凸轮轴的连接的离合器，利用离合器切断真空泵和凸轮轴的连接而使真空泵的工作停止。另外，作为用于降低真空泵的工作量的结构，还可以采用如下结构设置与真空泵连接的的负压供给通路和使该负压供给通路向大气开放的安全阀，使安全阀打开而使负压供给通路向大气开放。在本发明的一个方式中，辅机包含高压燃料泵。而且，内燃机的控制装置以随着内燃机起动而曲轴的转速未上升到判定内燃机起动结束的水准的状态持续为条件，降低高压燃料泵的工作量。在降低高压燃料泵的工作量的情况下，有可能不能确保用于进行适当的燃料喷射的燃料压力。与此相对，在曲轴的转速未上升到判定内燃机起动结束的水准的状态持续的情况下，即使喷射燃料，也可推定为是不能结束内燃机起动的状态。因此，在降低高压燃料泵的工作量的情况下，优选以随着内燃机起动而曲轴的转速未上升到判定内燃机起动结束的水准的状态持续为条件，降低高压燃料泵的工作量。如果采用这样的结构，则在即使不降低高压燃料泵的工作量也能够结束内燃机起动的状态时，高压燃料泵的工作量降低，反而能够抑制内燃机起动耗费时间的情况。在以通过控制使溢流阀关闭的时刻来变更压送的燃料的量的方式构成的高压燃料泵中，如果将溢流阀保持为打开状态，则不能利用高压燃料泵压送燃料，因此，能够降低工作量。
因此，作为用于降低这种高压燃料泵的工作量的具体的方法，可以采用使溢流阀保持为打开状态的方法。另外，作为用于降低高压燃料泵的工作量的结构，也可以采用如下结构设置能够切断高压燃料泵和所述凸轮轴的连接的离合器，利用离合器切断高压燃料泵和凸轮轴的连接而使高压燃料泵的工作停止。
图I是本发明一实施方式的内燃机的控制装置及其控制对象即内燃机的概略结构图；
图2表示该实施方式的气门正时变更机构的内部构造的端面图；图3表示沿着图3的A-A线的截面构造的剖视图；图4的(a)、(b)、(c)、(d)表示利用棘轮功能使转子提前到锁定相位的情况的剖视图；图5表示该实施方式中在内燃机起动时执行的处理的流程的流程图；图6表示在将本发明具体化的其它实施方式中用于降低真空泵的工作量的结构的概略结构图；图7表示在将本发明具体化的其它实施方式中用于降低高压燃料泵的工作量的结构的概略结构图；图8表示在将本发明具体化的其它实施方式中内燃机起动时执行的处理的流程的流程图；图9表示在将本发明具体化的其它实施方式中内燃机起动时执行的处理的流程的流程图。
具体实施例方式下面，参照图I 5对将本发明的内燃机的控制装置进行具体化的一实施方式进行说明。如图I所示，在内燃机10的气缸11中可往返移动地收容有活塞12。利用该活塞12的顶面和气缸11的内周面划分形成燃烧室13。在燃烧室13的上部安装有火花塞18。另外，在燃烧室13设有向该燃烧室13内直接喷射燃料的燃料喷射阀19。另外，在燃烧室13连接有向该燃烧室13导入空气的进气通路14和从该燃烧室13排出排气的排气通路15。在活塞12上经由连杆17连结有将该活塞12的往返运动变换为旋转运动的曲轴16。另外，在内燃机10的上部转动自如地收容有使进气门31开闭的进气凸轮轴32和使排气门41开闭的排气凸轮轴42。在进气凸轮轴32的前端安装有变更进气门31的气门正时的气门正时变更机构30，在排气凸轮轴42的前端安装有变更排气门41的气门正时的气门正时变更机构40。这些气门正时变更机构30、40和曲轴16经由正时链条连结。由此，当曲轴16旋转时，该旋转经由正时链条传递到气门正时变更机构30、40，进气凸轮轴32及排气凸轮轴42分别旋转。进气门31被气门弹簧34向关闭方向施力。当进气凸轮轴32旋转时，通过设于进气凸轮轴32的进气凸轮33的作用，进气门31抵抗气门弹簧34的作用力而发生位移，从而打开进气门31。另外，排气门41被气门弹簧44向关闭方向施力。当排气凸轮轴42旋转时，通过设于排气凸轮轴42的排气凸轮43的作用，排气门41抵抗气门弹簧44的作用力而发生位移，从而打开排气门41。在内燃机10的下部设有 积存工作油的油盘21和由曲轴16的驱动力驱动而吸起油盘21内的工作油的油泵20。由该油泵20吸起的工作油通过工作油通路24供给到气门正时变更机构30、40。在工作油通路24设有控制阀25、26，该控制阀25、26控制工作油相对于气门正时变更机构30、40的液压室的供给及工作油从液压室的排出。另外，积存于油盘21的工作油的一部分供给到气门正时变更机构30、40，除作为产生驱动这些气门正时变更机构30、40的液压的工作油发挥作用之外，还作为向内燃机10的各部分供给而润滑内燃机10的各部分的润滑油发挥作用。另外，在曲轴16连接有在内燃机10起动时强制性地使该曲轴16旋转而进行曲轴转动的起动电动机22。如图I的中央所示，燃料喷射阀19与积存高压燃料的输送管86连接。积存于燃料箱84内的燃料由供给泵85吸起后，由高压燃料泵80加压并供给到输送管86。高压燃料泵80的柱塞82利用与进气凸轮轴32连结的凸轮83往返移动。S卩，高压燃料泵80是利用进气凸轮轴32的驱动力被驱动的辅机之一。在高压燃料泵80设置有溢流阀81，通过配合柱塞82的往返移动使该溢流阀81关闭，燃料被加压并压送到输送管86。在高压燃料泵80中，通过变更溢流阀81的关闭时刻，能够变更压送到输送管86的燃料量。另外，在进气凸轮轴32不仅连接有驱动高压燃料泵80的凸轮83，而且还连接有向制动助力器91供给负压的真空泵90。在驾驶员进行车辆的制动踏板(制动操作部件)96的踏入操作时，制动助力器91利用负压对该踏入操作进行助力。真空泵90利用进气凸轮轴32的驱动力排出制动助力器91内的空气。即，真空泵90也是利用进气凸轮轴32的驱动力被驱动的辅机。另外，在连接制动助力器91和真空泵90的负压供给通路92设有止回阀93，该止回阀93禁止空气从真空泵90侧向制动助力器91侧流动，只允许空气从制动助力器91侧向真空泵90侧流动。另外，在真空泵90和进气凸轮轴32之间设有能够切断真空泵90和进气凸轮轴32的连接的离合器94。在内燃机10中设有用于检测该内燃机10的运转状态的各种传感器。例如，作为这样的各种传感器，有曲柄位置传感器101、凸轮位置传感器102、空气流量计103、水温传感器104、油温传感器105等。曲柄位置传感器101设于曲轴16附近，检测曲轴16的旋转相位即曲柄角及每单位时间的曲轴16的转数即内燃机转速。凸轮位置传感器102设于进气凸轮轴32附近，检测该进气凸轮轴32的旋转相位即凸轮角。空气流量计103设于进气通路14中，检测导入到燃烧室13的空气量。水温传感器104检测内燃机冷却水的温度。油温传感器105检测工作油的温度。另外，在搭载有内燃机10的车辆中设有在要求内燃机10起动时由操作者操作的按压式启动开关106及检测驻车制动器97工作的驻车制动器开关107。在操作启动开关106时输出启动信号。另一方面，在驻车制动器97工作时，驻车制动器开关107输出驻车制动器信号。将从这些各种传感器输出的信号输入到集中控制内燃机10的各种装置的电子控制装置100。
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电子控制装置100主要具备运算单元，且具备多个存储器，该多个存储器存储保持在执行各种控制程序、运算映射、控制时计算出的数据等。而且，电子控制装置100基于上述的各传感器的检测结果来监控内燃机10的状态，且基于该状态执行控制燃料喷射阀19及溢流阀81的燃料喷射控制和控制火花塞18的点火时期控制。另外，电子控制装置100也执行通过控制控制阀25、26来控制气门正时变更机构30、40而控制进气门31及排气门41的气门正时的气门正时控制和由起动电动机22引起的内燃机起动控制等控制。接着，参照图2对气门正时变更机构30的结构进行说明。另外，气门正时变更机构40的结构与气门正时变更机构30的结构基本相同。因此，对气门正时变更机构40的结构省略其详细说明。气门正时变更机构30通过在壳体36内收容转子53的状态下利用链轮35阻塞壳体36而构成。但是，为了便于说明，图2中图示从气门正时变更机构30卸下链轮35的状态，表示气门正时变更机构30的内部构造。在壳体36设有向其径方向内侧延伸的3个划分壁54。另外，在壳体36可转动地收容有围绕与壳体36相同的旋转轴线旋转的转子53。转子53具有与进气凸轮轴32连结的轮毂53A和向轮毂53A的径方向外侧突出的3个叶片53B。而且，利用壳体36的各划分壁54和转子53的轮毂53A划分形成收容室55，并且，该收容室55由各叶片53B分别划分为提前角用液压室56和滞后角用液压室57。随着内燃机运转而曲轴16旋转时，其驱动力经由正时链条传递到气门正时变更机构30的链轮35。由此，进气凸轮轴32和气门正时变更机构30—起旋转。另外，气门正时变更机构30及进气凸轮轴32设为如图2中箭头所示向右旋转。由此，进气门31利用设于进气凸轮轴32的进气凸轮33进行开闭。另外，在工作油相对于气门正时变更机构30的提前角用液压室56及滞后角用液压室57的供给及排出通过控制阀25控制时，基于提前角用液压室56及滞后角用液压室57内的液压变化，叶片53B在收容室55内发生位移，转子53在壳体36内转动。由此，变更转子53相对于链轮35及壳体36的相对旋转相位，随之，变更进气凸轮轴32相对于曲轴16的相对旋转相位，由此，变更进气门31的气门正时。具体而言，对提前角用液压室56供给工作油，另一方面，排出滞后角用液压室57的工作油，由此，在转子53相对于壳体36向提前角侧方向相对旋转时，使气门正时提前。而且，滞后角用液压室57的容积最小，在叶片53B和划分壁54接触时，气门正时成为最靠提前角侧的时刻。另外，对滞后角用液压室57供给工作油，另一方面，排出提前角用液压室56的工作油，由此，在转子53相对于壳体36向滞后角侧方向相对旋转时，使气门正时滞后。而且，提前角用液压室56的容积最小，在叶片53B与划分壁54接触时，气门正时成为最靠滞后角侧的时刻。气门正时变更机构30具备将转子53相对于壳体36的相对旋转相位机械性地固定在锁定相位的锁定机构51 ο该锁定相位是位于将气门正时设为最靠滞后角侧的时刻的相位和将气门正时设为最靠提前角侧的时刻的相位之间的相位，且是气门正时被设定为能够使内燃机起动的气门正时的相对旋转相位，该锁定相位被设定为即使在低温起动时也能够实现内燃机起动的气门正时的相对旋转相位。锁定机构51由分别设于彼此不同的叶片53B的第一锁定机构60和第二锁定机构70构成。由第一锁定机构60及第二锁定机构70构成的锁定机构51也具有使转子53相对于壳体36的相对旋转相位相比锁 定相位从滞后角侧阶段性地提前到锁定相位的棘轮功倉泛。接着，参照表示沿着图2中的A-A线的截面的图3对锁定机构51的详细结构进行说明。第一锁定机构60具备收容于叶片53B的圆筒状的第一锁销61和供第一锁销61嵌入的第一锁孔63。该第一锁孔63形成于壳体36上。第一锁销61收容于在叶片53B形成的叶片孔66内而进行往返移动，并且，其一部分向叶片53B的外部突出并嵌入第一锁孔63。叶片孔66由第一锁销61划分为位于链轮35侧的第一弹簧室68和位于第一锁孔63侧的第一解除室67。在第一弹簧室68收容有将第一锁销61向第一锁孔63侧施力的第一弹簧62。另一方面，向第一解除室67供给提前角用液压室56及滞后角用液压室57内的工作油。因此，当提前角用液压室56及滞后角用液压室57内的液压变高时，利用基于该液压的力将第一锁销61向链轮35侧施力。第一锁孔63在壳体36上成为沿其圆周方向的圆弧状。详细而言，第一锁孔63由第一上台阶部64和比第一上台阶部64更深地形成的第一下台阶部65构成。另外，第一上台阶部64比第一下台阶部65更靠近滞后角侧而形成。第二锁定机构70具备收容于叶片53B的圆筒状的第二锁销71和供第二锁销71嵌入的第二锁孔73。该第二锁孔73形成于壳体36上。第二锁销71形成于在叶片53B形成的叶片孔76内而进行往返移动，并且，其一部分向叶片53B的外部突出并嵌入第二锁孔73。叶片孔76由第二锁销71划分为位于链轮35侧的第二弹簧室78和位于第二锁孔73侧的第二解除室77。在第二弹簧室78中收容有将第二锁销71向第二锁孔73侧施力的第二弹簧72。另一方面，向第二解除室77供给提前角用液压室56及滞后角用液压室57内的工作油。因此，当提前角用液压室56及滞后角用液压室57内的液压变高时，利用基于该液压的力将第二锁销71向链轮35侧施力。第二锁孔73在壳体36上成为沿其圆周方向的圆弧状。详细而言，第二锁孔73由第二上台阶部74和比第二上台阶部74更深地形成的第二下台阶部75构成。另外，第二上台阶部74比第二下台阶部75更靠近滞后角侧而形成。形成于第一锁孔63的第一上台阶部64及第一下台阶部65在第一锁销61嵌入这些台阶部64、65时限制该锁销61的位移。另外，形成于第二锁孔73的第二上台阶部74及第二下台阶部75在第二锁销71嵌入时限制该锁销71的位移。而且，在第一锁销61嵌入第一下台阶部65并且第二锁销71嵌入第二下台阶部75时，利用第一下台阶部65的提前角侧的内壁限制第一锁销61向提前角侧的位移。而且，同时利用第二下台阶部75的滞后角侧的内壁限制第二锁销71向滞后角侧的位移。由此，转子53相对于壳体36的相对旋转相位被固定于锁定相位。另外，在图3中表示锁定机构51将转子53的相对旋转相位固定在锁定相位的状态。在要求内燃机停止时，以使转子53向锁定相位转动的方式通过控制阀25控制提前角用液压室56及滞后角用液压室57的液压。而且，当从第一锁定机构60的第一解除室67排出工作油而该第一解除室67内的液压降低时，由第一弹簧62施力的第一锁销61嵌入第一锁孔63的第一下台阶部65。同时，当从第二锁定机构70的第二解除室77排出工作油而该第二解除室77内的液压降低时，由第二弹簧72施力的第二锁销71嵌入第二锁孔73的第二下台阶部75。由此，第一锁销61向提前角侧的位移被第一下台阶部65的提前角侧的内壁限制，并且，第二锁销71向滞后角侧的位移被第二下台阶部75的滞后角侧的内壁限制，利用锁定机构51限制转子53的转动。即，气门正时固定在适于内燃机起动的气门正时。这样，在利用锁定机构51限制转子53的转动的状态下，在要求内燃机10的起动时，在气门正时固定在适于内燃机起动的气门正时的状态下开始曲轴转动。因此，内燃机10良好地起动。而且，当内燃机起动结束、从油泵20供给的液压充分变高时，第一锁销61从第一 锁孔63脱离，并且，第二锁销71从第二锁孔73脱离。具体而言，当向第一锁定机构60的第一解除室67供给工作油而使该第一解除室67的液压相比解除液压上升时，第一锁销61利用基于该液压的作用力向链轮35侧移动而从第一锁孔63脱离。另外，当对第二锁定机构70的第二解除室77也供给工作油而使该第二解除室77的液压相比解除液压上升时，第二锁销71利用基于该液压的作用力向链轮35侧移动而从第二锁孔73脱离。由此，以允许壳体36和转子53的相对旋转而将气门正时变更为适于内燃机运转状态的正时的方式，来执行控制阀25的控制。另一方面，在要求内燃机停止时，在不能将转子53的相对旋转相位固定在锁定相位的情况下，利用锁定机构51不能限制转子53的转动，在不能将气门正时固定在适于内燃机起动的气门正时的状态下停止内燃机10的运转。在这样不能将气门正时固定在适于内燃机起动的气门正时的状态下停止内燃机10的运转后，在有内燃机10的起动要求时，有可能引起内燃机不能起动或内燃机起动需要较长时间等内燃机起动性能的恶化。因此，在不能将气门正时固定在适于内燃机起动的气门正时的状态下而停止内燃机10的运转时，为提高内燃机起动性能，在本实施方式的锁定机构51中设有上述的棘轮功能。利用该棘轮功能，在曲柄转动时，利用作用在进气凸轮轴32的转矩使转子53提前到锁定相位。接着，参照图4对转子53利用棘轮功能提前直到锁定相位的过程进行说明。图4(a) (d)依次表示转子53利用棘轮功能提前直到锁定相位的过程。另外，在图4 (a) (d)中，为了可以容易掌握第一锁定机构60的动作状态和第二锁定机构70的动作状态的关系，将第一锁定机构60和第二锁定机构70上下并排地图示。在内燃机运转中，随着由进气凸轮33引起的进气门31的开闭，利用气门弹簧34的作用力交替作用使转子53及进气凸轮轴32向使气门正时滞后的方向旋转的正转矩和使转子53及进气凸轮轴32向使气门正时提前的方向旋转的负转矩。在没有利用锁定机构51固定转子53的内燃机起动时，在提前角用液压室56及滞后角用液压室57内的液压没有充分上升的状况下，当对转子53及进气凸轮轴32进行作用时，转子53在壳体36内向提前角侧和滞后角侧交替摆动。即，在负转矩进行作用时，转子53相对于壳体36向提前角侧转动，在正转矩进行作用时，转子53相对于壳体36向滞后角侧转动。
例如，在气门正时成为最靠滞后角侧时，当上述那样的负转矩作用在进气凸轮轴32时，与进气凸轮轴32连结的转子53的转速暂时高于与曲轴16连结的壳体36的转速。由此，转子53相对于壳体36向提前角侧相对旋转，第一锁销61及第二锁销71向提前角侧发生位移。而且，如图4 (a)所示，当第一锁销61移动到能够嵌入到第一上台阶部64的位置时，第一锁销61嵌入到第一上台阶部64。在该状态下，正转矩作用于进气凸轮轴32，壳体36和转子53要向使气门正时滞后的方向相对旋转时，第一锁销61与第一上台阶部64的滞后角侧的内壁接触。因此，限制壳体36和转子53向气门正时滞后的方向相对旋转。而且，在该状态下，当负转矩作用于进气凸轮轴32时，转子53相对于壳体36进一步向提前角侧相对旋转，第一锁销61及第二锁销71移动到提前角侧。而且，如图4 (b)所示，当第二锁销71移动到能够嵌入到第二上台阶部74的位置时，第二锁销71嵌入到第二上台阶部74。在该状态下，正转矩作用于进气凸轮轴32，壳体36和转子53要向使气门正 时滞后的方向相对旋转时，第二锁销71与第二上台阶部74的滞后角侧的内壁接触。因此，限制壳体36和转子53向气门正时滞后的方向相对旋转。接着，在负转矩作用于进气凸轮轴32时，转子53相对于壳体36进一步向提前角侧相对旋转，第一锁销61及第二锁销71移动到提前角侧。而且，如图4(c)所示，当第一锁销61移动到能够嵌入到第一下台阶部65的位置时，第一锁销61嵌入到第一下台阶部65。在该状态下，正转矩作用于进气凸轮轴32，壳体36和转子53要向使气门正时滞后的方向相对旋转时，第一锁销61与第一下台阶部65的滞后角侧的内壁接触。因此，限制壳体36和转子53向气门正时滞后的方向相对旋转。而且，在该状态下，当负转矩作用于进气凸轮轴32时，转子53相对于壳体36进一步向提前角侧相对旋转，第一锁销61及第二锁销71移动到提前角侧。而且，如图4 (d)所示，当第二锁销71移动到能够嵌入到第二下台阶部75的位置时，第二锁销71嵌入到第二下台阶部75,转子53固定于锁定相位。在该状态下，正转矩作用于进气凸轮轴32,壳体36和转子53要向使气门正时滞后的方向相对旋转时，第二锁销71与第二下台阶部75的滞后角侧的内壁接触。因此，限制壳体36和转子53向气门正时滞后的方向相对旋转。这样，当转子53在壳体36内摆动时，锁销61、71依次嵌入到设于锁定机构51的锁孔63、73的深度各异的台阶部64、74、65、75。由此，转子53逐渐朝向锁定相位转动，最终，转子53到达锁定相位并利用锁定机构51固定转子53。但是，在工作油的温度低、工作油的粘性高的情况下，在正转矩及负转矩发挥作用时所产生的转子53的转动量变小。其结果为，不能使锁销61、71依次嵌入到位于提前角侧的台阶部64、74、65、75，在执行曲柄转动中，难以使转子53转动到锁定相位并利用锁定机构51固定转子53。因此，在本实施方式中，在内燃机起动时执行图5所示的一连串的处理，根据需要降低利用进气凸轮轴32的驱动力驱动的辅机的工作量。图5所示的一连串的处理在内燃机起动时利用电子控制装置100来执行。当开始该处理时，首先，在步骤S 100中，电子控制装置100判定是否为未利用锁定机构51固定转子53的状态。转子53是否由锁定机构51固定,可以基于由曲柄位置传感器101检测的曲柄角和由凸轮位置传感器102检测的凸轮角进行判定。即，在基于曲柄角和凸轮角推定的进气凸轮轴32相对于曲轴16的相对旋转相位为与锁定相位对应的相对旋转相位的情况下，转子53的相对旋转相位固定于锁定相位,可以判定为转子53由锁定机构51固定。另一方面，在基于曲柄角和凸轮角推定的进气凸轮轴32相对于曲轴16的相对旋转相位不是与锁定相位对应的相对旋转相位的情况下，可以判定为转子53未由锁定机构51固定。在步骤SlOO中，在判定为转子53未由锁定机构51固定的状态的情况下(步骤SlOO =YES (是))，进入步骤S200，电子控制装置100判定是否为不能结束内燃机起动的状态。是否为不能结束内燃机起动的状态，可以基于由曲柄位置传感器101检测的内燃机转速即曲轴16的转速未上升到判定内燃机起动结束的水平(例如400rpm)的状态是否持续了一定时间来进行判定。总之，在开始内燃机起动后即使经过一定时间，在曲轴16的转速未上升到判定内燃机起动结束的水平、内燃机转速未上升到判定内燃机起动结束的水平的状态持续一定时间的情况下，也可以判定为不能结束内燃机起动的状态。另外，上述一定时间的长度通常只要基于内燃机起动应结束的时间长度设定即可。在步骤S200中，在判定为不能结束内燃机起动的状态的情况下(步骤S200 YES),·进入步骤S300，电子控制装置100降低辅机的工作量。具体而言，通过将高压燃料泵80的溢流阀81保持为打开状态来降低高压燃料泵80的工作量。另外，在该步骤S300中，在从驻车制动器开关107进一步输出驻车制动器信号的条件下，也使真空泵90的工作量降低。即，在驻车制动器97工作的条件下，也使真空泵90的工作量降低。另外，在降低真空泵90的工作量时，利用离合器94切断真空泵90和进气凸轮轴32的连接，使真空泵90的工作停止。这样，电子控制装置100在降低高压燃料泵80及真空泵90的工作量的状态下，继续进行内燃机起动，转子53利用锁定机构51固定于锁定相位，并在内燃机起动结束时结束该处理。另一方面，在步骤SlOO中，在判定为利用锁定机构51固定转子53的状态的情况下(步骤SlOO :N0(否))，电子控制装置100不降低辅机的工作量，而直接继续进行内燃机起动，并在内燃机起动结束时结束该处理。另外，在步骤S200中，在判定为可结束内燃机起动的状态的情况下(步骤S200 N0),电子控制装置100也不降低辅机的工作量，而直接继续进行内燃机起动，并在内燃机起动结束时结束该处理。对以上说明的实施方式的作用进行说明。根据上述实施方式，在未利用锁定机构51固定转子53 (步骤SlOO :YES)、且不能结束内燃机起动时(步骤S200 =YES),降低利用进气凸轮轴32的驱动力所驱动的辅机即高压燃料泵80及真空泵90的工作量。利用进气凸轮轴32的驱动力驱动的辅机的工作量越高，使进气凸轮轴32旋转时发挥作用的负荷越大。因此，利用进气凸轮轴32的驱动力所驱动的辅机的工作量越高，进气凸轮轴32及转子53越难以转动到提前角侧。与此相对，根据上述实施方式，在使转子53向提前角侧转动到锁定相位时，降低利用进气凸轮轴32的驱动力所驱动的辅机即高压燃料泵80及真空泵90的工作量，因此，转子53易于转动到提前角侧。根据以上说明的实施方式，能够得到下面的效果。(I)降低高压燃料泵80的工作量及真空泵90的工作量，使转子53易于转动到提前角侧。因此，在内燃机起动时，即使在转子53未由锁定机构51固定的状态下，也能够使转子53快速转动到锁定相位,并利用锁定机构51将转子53固定在锁定相位,而提前结束内燃机起动。(2)利用棘轮功能的作用，在内燃机起动时，随着凸轮轴32的旋转进气阀31进行开闭时，当转子53在壳体36内摆动时，转子53朝向锁定相位并向提前角侧转动。此时，通过降低高压燃料泵80及真空泵90的工作量，使转子53在壳体36内摆动时，转子53易于向提前角侧转动。因此，即使在油温低、工作油的粘性高时也能够抑制转子53向提前角侧的转动量变小。因此，即使在油温低、工作油的粘性高时，也能够使转子53快速转动到锁定相位并利用锁定机构51将转子53固定在锁定相位，而提前结束内燃机起动。(3)在降低向制动助力器91供给负压的真空泵90的工作量的情况下，降低制动踏板96的操作所需要的力的制动助力器91的功能降低。与此相对，如果驻车制动器97工作，则可推定为停车中，而且，即使制动助力器91 的功能降低，也可推定为能够维持停车状态的状态。与此相对，在上述实施方式中，以驻车制动器97工作为条件，降低真空泵90的工作量。因此，即使是坡路等也能够维持停车状态并降低真空泵90的工作量，从而提前结束内燃机起动。(4)在降低高压燃料泵80的工作量的情况下，有可能不能确保用于进行适当的燃料喷射的燃料压力。与此相对，在曲轴16的转速未上升到判定内燃机起动结束的水准的状态持续的情况下，即使喷射燃料，也可推定为不能结束内燃机起动的状态。在上述实施方式中，以随着内燃机起动而曲轴16的转速未上升到判定内燃机起动结束的水准的状态持续为条件，来降低高压燃料泵80的工作量。因此，即使不降低高压燃料泵80的工作量，在可以结束内燃机起动的状态时，也能够使高压燃料泵80的工作量降低，反而能够抑制内燃机起动花费时间。(5)基于曲轴16的转速来判定是否为不能结束内燃机起动的状态。即，实际上根据曲轴16的转速是否上升到能够判定内燃机起动结束的水平来判定内燃机起动是否结束，因此，不仅油温及液压的影响，而且加上燃烧室13内的燃烧状态及内燃机转速的变动状态，能够更准确地判断内燃机起动是否为不能结束的状态。另外，该发明的内燃机的控制装置不限于上述的实施方式中示例的结构，也可以作为适当变更了该实施方式的例如下面的方式进行实施。在上述实施方式中，表不了在操作按压式启动开关106时输出启动信号而开始内燃机起动的例子。与此相对，也可以采用以点火开关钥匙保持起动位置为条件执行内燃机起动的方式。在上述实施方式中，表示有如下例子在内燃机起动时，基于进气凸轮轴32相对于曲轴16的相对旋转相位是否成为与锁定相位对应的相对旋转相位，来判定转子53是否利用锁定机构51固定。与此相对，也可以在内燃机停止时判定是否转换成转子53由锁定机构51固定的状态，并且将该判定结果存储在电子控制装置100的存储器中，在下次内燃机起动时，通过参照存储于存储器的数据，判定转子53是否由锁定机构51固定。另外，也可以设置能够检测转子53是否由锁定机构51固定的传感器，并且，基于该传感器的检测结果，判定转子53是否由锁定机构51固定。
上述实施方式中表示的锁定机构51的结构为一个例子，也可以进行适当变更。例如，在上述各实施方式中，表了锁定机构51由第一锁定机构60和第二锁定机构70构成的例子。与此相对，也可以利用单一的锁定机构构成锁定机构51。另外，该情况下，通过在锁孔形成深度各异的多个台阶部，也可以设置棘轮功能。在上述实施方式中，表示有如下例子第一锁销61及第二锁销71均设于转子53，另一方面，第一锁孔63及第二锁孔73均设于壳体36。与此相对,也可以米用锁销61、71均设于壳体36,另一方面,锁孔63、73均设于转子53的结构。另外，也可以在转子53设置第一锁销61,并且,在壳体36设置第一锁孔63,另一方面,在壳体36设置第二锁销71,并且在转子53设置第二锁孔73。另外，反之，也可以在壳体36设置第一锁销61，并且，在转子53设置第一锁孔63，另一方面，在转子53设置第二锁销71，并且，在壳体36设置第二锁孔73。另外，作为锁定机构的结构，也可以采用以从转子53的外周面突出的方式设置锁销，另一方面，在壳体36的内周面设置该锁销嵌入的锁孔的结构。 在上述实施方式中，表示有如下例子作为均具备变更进气门31的气门正时的气门正时变更机构30及变更排气门41的气门正时的气门正时变更机构40的内燃机的控制装置而进行了具体化。与此相对，也可以作为只具备变更进气门31的气门正时的气门正时变更机构30的内燃机的控制装置而将本发明进行具体化。另外，也可以作为只具备变更排气门41的气门正时的气门正时变更机构40的内燃机的控制装置而将本发明进行具体化。作为车辆驱动源，除内燃机10外，在具备电动发电机(电动发电机)的混合动力车辆中，内燃机起动通过该电动发电机进行。在上述实施方式中说明的一连串的控制也可适用于利用电动发电机进行内燃机起动的情况。在上述实施方式中，示例有如下结构在锁定机构51设置棘轮功能，利用内燃机起动时的转子53的摆动使转子53向提前角侧转动到锁定相位。与此相对，使转子53向提前角侧转动到锁定相位的构成可以进行适当变更。例如，取代在锁定机构51设置棘轮功能的结构，也可以采用通过控制气门正时变更机构的各液压室内的液压而使转子53向提前角侧转动到锁定相位的结构。根据这样的结构，转子53可利用液压朝向锁定相位向提前角侧转动。此时，通过降低辅机的工作量，即使为较低的液压，转子53也可向提前角侧转动。因此，即使是在难以确保稳定的液压内燃机起动时，也能够使转子53快速转动到锁定相位，并利用锁定机构51将转子53固定在锁定相位，而提前结束内燃机起动。另外，如上述实施方式那样，在具备具有棘轮功能的锁定机构51的内燃机10中，采用在内燃机起动时利用液压使转子53向提前角侧转动到锁定相位的结构，也可以利用棘轮功能的作用和液压的作用这两方面作用而使转子53转动到锁定相位。在上述实施方式中，表示有如下结构通过利用离合器94切断真空泵90和进气凸轮轴32的连接而停止真空泵90的工作，由此降低真空泵90的工作量。与此相对，用于降低真空泵90的工作量的结构可以进行适当变更。例如，取代设置离合器94的结构，如图6所示，也可以采用在负压供给通路92设置安全阀95的结构。在采用这样的结构的情况下，电子控制装置100通过打开安全阀95并将比负压供给通路92中的止回阀93更靠近真空泵90侧的部分向大气开放，由此能够降低真空泵90的工作量。
在上述实施方式中，表示了通过将高压燃料泵80的溢流阀81保持为打开状态，来降低高压燃料泵80的工作量的结构。与此相对，降低高压燃料泵80的工作量的结构可以进行适当变更。例如，如图7所示，也可以采用设置可切断高压燃料泵80的凸轮83和进气凸轮轴32的连接的离合器87的结构。在采用了这样的结构的情况下，电子控制装置100利用离合器87切断高压燃料泵80的凸轮83和进气凸轮轴32的连接，停止高压燃料泵80的工作，由此，能够降低高压燃料泵80的工作量。在上述实施方式中，表示有如下结构作为利用凸轮轴的驱动力所驱动的辅机来表示高压燃料泵80和真空泵90，并降低它们的工作量。与此相对，如果降低利用凸轮轴驱动的辅机的工作量，则可降低作用在该凸轮轴的载荷，促进与该凸轮轴连结的转子向提前角侧的转动，因此，降低工作量的辅机的种类可以进行适当变更。在上述实施方式中，在转子53未由锁定机构51固定(步骤S 100 :YES)、且不能结 束内燃机起动时(步骤S200 :YES)，可以降低高压燃料泵80及真空泵90的工作量，但如图8所示，也可以省略步骤S200的处理。即，在转子53未由锁定机构51固定的情况下(步骤S100 :YES)，也可以不局限于是否为不能结束内燃机起动的状态而降低辅机的工作量。在该情况下，通过降低辅机的驱动量，也能够使转子53易于向提前角侧转动，且使转子53快速转动到锁定相位并利用锁定机构51将转子53固定在锁定相位。但是，在采用这样的结构的情况下，虽然转子53未由锁定机构51固定，但是，即使不降低高压燃料泵80的工作量，也能够在结束内燃机起动的状态时降低高压燃料泵80的工作量。因此，虽然能够利用锁定机构51快速固定转子53，但反而有可能使内燃机起动花费时间。因此，在尽可能缩短内燃机起动所花费的时间方面，如上述实施方式，优选在转子53未由锁定机构51固定(步骤SlOO :YES)、且不能结束内燃机起动时(步骤S200 :YES)降低高压燃料泵80及真空泵90的工作量。取代判定是否为不能结束内燃机起动的状态的步骤S200的处理，如图9所示，也可以采用执行判定是否为不能使转子53提前到锁定相位的状态的步骤S250的构成。该情况下，在步骤SlOO中，在判定为转子53未由锁定机构51固定的状态的情况(步骤SlOO =YES)下，进入步骤S250，电子控制装置100判定是否为不能使转子53提前到锁定相位的状态。可以基于油温来判定是否为不能使转子53提前到锁定相位的状态。总之，在油温较低的情况下，可推定工作油的粘性变高，正转矩及负转矩发挥作用时产生的转子53的转动量变小，因此，能够判定为利用棘轮的作用不能使转子53提前到锁定相位的状态。另外，在利用液压使转子53提前到锁定相位的情况下，基于曲轴16的转速即内燃机转速，也能够推定是否为使转子53提前到锁定相位的状态。在内燃机转速较低的情况下，推定为利用曲轴16的驱动力所驱动的油泵20的驱动量也低，供给于气门正时变更机构30,40的液压也低，因此，能够判定为利用液压不能使转子53提前到锁定相位的状态。而且，在该步骤S250中，在判定为不能使转子53提前到锁定相位的状态的情况下(步骤S250 :YES)，进入步骤300，电子控制装置100降低辅机的工作量。另一方面，在步骤S250中，在判定为能够使转子53提前到锁定相位的状态的情况下(步骤S250 :N0)，电子控制装置100不降低辅机的工作量，而直接继续进行内燃机起动，当内燃机起动结束时，结束该处理。
在采用了这样的结构的情况下，也与上述实施方式一样，在内燃机起动时，即使是转子53未由锁定机构51固定的状态，也能够使转子53快速转动到锁定相位，并利用锁定机构51将转子53固定在锁定相位，从而提前结束内燃机起动。取代基于油温判定是否为能够使转子53提前到锁定相位的状态的结构，如图I的右下方虚线所示，也可以采用如下结构，即，设置液压传感器108，基于由液压传感器108检测的液压的大小来进行该判定。在该情况下，在由液压传感器108检测的液压在为了使转子53旋转到锁定相位所需要的液压以下的情况下，只要判定为不能使转子53提前到锁定相位的状态即可。标号说明 10…内燃机、11···气缸、12…活塞、13…燃烧室、14…进气通路、15…排气通路、16…曲轴、17…连杆、18…火花塞、19…燃料喷射阀、20···油泵、21···油盘、22…起动电动机、24···工作油通路、25、26···控制阀、30···气门正时变更机构、31···进气门、32···进气凸轮轴、33···进气凸轮、34···气门弹簧、35···链轮、36···壳体、40···气门正时可变机构、41···排气门、42…排气凸轮轴、43…排气凸轮、44…气门弹簧、51···锁定机构、53…转子、53A…轮毂、53B…叶片、54···划分壁、55···收容室、56···提前角用液压室、57···滞后角用液压室、60···第一锁定机构、61···第一锁销、62···第一弹簧、63···第一锁孔、64…第一上台阶部、65···第一下台阶部、66···叶片孔、67···第一解除室、68···第一弹簧室、70···第二锁定机构、71···第二锁销、72···第二弹簧、73…第二锁孔、74···第二上台阶部、75···第二下台阶部、76…叶片孔、77···第二解除室、78···第二弹簧室、80···高压燃料泵、81···溢流阀、82···柱塞、83···凸轮、84···燃料箱、85···供给泵、86···输送管、87···离合器、90···真空泵、91···制动助力器、92···负压供给通路、93···止回阀、94···离合器、95···安全阀、96···制动踏板、97···驻车制动器、100···电子控制装置、101…曲柄位置传感器、102…凸轮位置传感器、103…空气流量计、104···水温传感器、105…油温传感器、106…启动开关、107…驻车制动器开关、108…液压传感器。
权利要求
1.一种内燃机的控制装置，具备 液压驱动式的气门正时变更机构，具有与曲轴的旋转连动而旋转的壳体和与凸轮轴连结的转子，通过利用液压变更所述转子相对于所述壳体的相对旋转相位，来变更气门正时； 锁定机构，通过向锁孔插入锁销，来将所述转子相对于所述壳体的相对旋转相位固定在锁定相位 '及 辅机，利用所述凸轮轴的驱动力而被驱动， 所述内燃机的控制装置在内燃机起动之际未利用所述锁定机构固定所述转子时，使所述转子向提前角侧转动到所述锁定相位，利用所述锁定机构使所述转子固定， 所述内燃机的控制装置的特征在于， 在内燃机起动之际使所述转子向提前角侧转动到所述锁定相位时，降低所述辅机的工作量。
2.如权利要求I所述的内燃机的控制装置，其中， 在所述锁孔的底面，以越接近所述锁定相位越深的方式并排设有深度各异的多个台阶部， 所述锁定机构具备如下的棘轮机构功能所述转子在所述壳体内摆动时，所述锁销依次嵌入到所述多个台阶部，从而所述转子朝向所述锁定相位向提前角侧转动。
3.如权利要求I或2所述的内燃机的控制装置，其中， 所述控制装置利用液压使所述转子向提前角侧转动到锁定相位。
4.如权利要求I 3中任一项所述的内燃机的控制装置，其中， 所述内燃机搭载于车辆，所述车辆具备 制动操作部件，由驾驶员操作； 制动助力器，利用负压对所述制动操作部件的操作进行助力 '及 驻车制动器， 所述辅机包含向所述制动助力器供给负压的真空泵， 所述控制装置以所述驻车制动器进行动作为条件降低所述真空泵的工作量。
5.如权利要求4所述的内燃机的控制装置，其中， 所述控制装置具备能够切断所述真空泵和所述凸轮轴的连接的离合器， 该控制装置利用所述离合器切断所述真空泵和所述凸轮轴的连接而使该真空泵的工作停止，从而降低所述真空泵的工作量。
6.如权利要求4所述的内燃机的控制装置，其中， 所述控制装置具备与所述真空泵连接的负压供给通路和使该负压供给通路向大气开放的安全阀， 该控制装置使所述安全阀打开而使所述负压供给通路向大气开放，从而降低所述真空泵的工作量。
7.如权利要求I 6中任一项所述的内燃机的控制装置，其中， 所述辅机包含高压燃料泵， 所述控制装置以随着内燃机起动而所述曲轴的转速未上升到判定内燃机起动结束的水准的状态持续为条件，降低所述高压燃料泵的工作量。
8.如权利要求7所述的内燃机的控制装置，其中， 所述高压燃料泵具有溢流阀，构成为通过控制使该溢流阀关闭的时机来变更要压送的燃料的量， 所述控制装置将所述溢流阀保持为打开状态以降低所述高压燃料泵的工作量。
9.如权利要求7所述的内燃机的控制装置，其中， 所述控制装置具备能够切断所述高压燃料泵和所述凸轮轴的连接的离合器， 该控制装置利用所述离合器切断所述高压燃料泵和所述凸轮轴的连接而使该高压燃料泵的工作停止，从而降低所述高压燃料泵的工作量。
全文摘要
一种控制内燃机(10)的电子控制装置(100)，在内燃机起动时，在使气门正时变更机构(30)的转子向提前角侧转动到锁定相位时，该控制装置降低由进气凸轮轴(32)的驱动力驱动的辅机即高压燃料泵(80)及真空泵(90)的工作量。因此，转子快速转动到锁定相位并固定于锁定位置。
文档编号B60T13/52GK102959207SQ201180020998
公开日2013年3月6日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者中岛丰和 申请人:丰田自动车株式会社