专利名称：可变气门机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可变气门机构，尤其涉及能够改变气门作用角和升程量的内燃机的可变气门机构，其中气门的开启与凸轮轴的旋转同步。
背景技术：
例如，在日本专利公开No.63023/1995中公开了一种现有的可变气门机构，该机构在装配有气门体的内燃机中改变气门体的升程量，该气门体的开启/关闭与凸轮轴旋转同步。该可变气门机构设置有设置在凸轮和气门体之间的摆臂，该摆臂与凸轮运行同步地进行摆动。摆臂以其相对于气门体的基本相对角可变的方式设置在内燃机中。而且，该机构包括空动弹簧和调整机构。空动弹簧通过将摆臂引导向凸轮来控制摆臂的运动。调整机构根据控制轴旋转来改变摆臂与气门体的相对角。
在上述可变气门机构中，空动弹簧进行作用，使得凸轮可以持续保持与摆臂的机械接触。因此，可变气门机构能够持续地将凸轮所产生的力传递到气门体上，而不会有任何损失。而且，可变气门机构可以通过旋转控制轴来改变摆臂相对于气门体的参考相对角度。当相对角改变时，在凸轮的推力开始传递到摆臂之后也就是摆臂在凸轮的作用下开始摆动之后，摆臂开始压下气门体所需的时间(曲柄转角)会发生改变。
当摆臂开始压下气门体所需的时间发生改变时，将气门体设置在非关闭状态的曲柄转角幅度(后面称为“作用角”)改变，使得气门体的升程量的幅度发生改变。因此，上述现有机构能够以较高的自由度改变气门体的作用角和升程量。
除了上述文献，本申请人还认为下述文献是本发明的相关技术。
专利文献1日本专利公开No.63023/1995专利文献2日本专利公开No.293216/1995但是，可变气门机构的周围温度，例如会随着内燃机的运行状态而发生极大的变化。因此，在上述现有机构中，由于温度的变化，在控制轴和凸轮轴周围部分会频繁受到显著膨胀或者收缩的影响。这样的热变形改变了设置在控制轴和凸轮之间的摆臂的状态，并且改变了用于改变摆臂角度的调整机构的状态。
更具体地说，当上述现有机构的周围温度上升时，会发生热变形，从而增加了控制轴和凸轮轴之间的间距。因此，摆臂的状态会朝着产生更小升程的方向变化。相反，如果可变气门机构的周围温度下降，控制轴和凸轮轴之间的间距会减小，使得摆臂的状态会朝着产生更大升程的方向变化。因此，上述可变气门机构存在着不利之处，因为不管控制轴的状态如何，由于气门体周围温度变化所造成的影响，气门体的作用角和升程量会发生变化。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的。本发明的一个目的是提供一种可变气门机构，该可变气门机构能够稳定地提供给气门体所需的气门开启特性，而不会受到温度变化的影响。
上述目的可以通过根据本发明第一方式的可变气门机构来实现。该机构能够改变内燃机的气门体的作用角和/或升程量。所述可变气门机构包含控制轴，对该控制轴的状态进行控制以改变所述作用角和/或升程量；摆臂，该摆臂设置在凸轮和气门体之间，且与凸轮的旋转同步进行摆动，从而将该凸轮的作用力传递给所述气门体；调整机构，该调整机构可以根据所述控制轴的状态改变所述摆臂相对于所述气门体的基本相对角；温度检测装置，该温度检测装置用于检测或者推测所述控制轴和所述凸轮周围的温度；以及温度修正装置，该温度修正装置根据所述温度修正所述控制轴的状态，以便消除该温度的影响。
在本发明的第二方式中，根据本发明第一方式的可变气门机构进一步包括用于检测控制轴状态的传感器、用于驱动控制轴的执行机构以及根据传感器输出来控制执行机构控制值的执行机构控制装置。温度修正装置根据温度对执行机构的控制值进行修正。
在本发明的第三方式中，在本发明的第二方式中的温度修正装置根据温度对传感器的输出进行修正。执行机构控制装置根据修正的传感器输出对执行机构的控制值进行控制。
在本发明的第四方式中，根据本发明第一方式的可变气门机构进一步包括用于检测控制轴状态的传感器、用于驱动控制轴的执行机构、用于设置控制轴的目标状态的目标状态设置装置以及执行机构控制装置，其对执行机构进行控制，使得传感器的输出与控制轴的目标状态相匹配。温度修正装置根据温度对控制轴的目标状态进行修正。
上述目的可以通过根据本发明的第五方式的可变气门机构来实现。该机构能够改变内燃机的气门体的作用角和/或升程量。所述可变气门机构包含控制轴，对该控制轴的状态进行控制，以改变所述作用角和/或升程量；摆臂，该摆臂设置在凸轮和气门体之间，且与凸轮的旋转同步进行摆动，从而将凸轮的作用力传递给所述气门体；以及调整机构，该调整机构可以根据所述控制轴的状态改变所述摆臂相对于所述气门体的基本相对角；其中确定所述控制轴和凸轮轴之间的间距的部件和设置在所述控制轴和所述凸轮之间的部件由线性膨胀率相同的材料构成。
在本发明的第六方式中，本发明的第一方式的温度修正装置包含状态检测传感器，检测所述控制轴状态；停止状态温度获取装置，在内燃机停止时获取所述周围温度作为停止状态温度；停止状态特征值检测装置，根据所述控制轴的状态，检测出内燃机停止时的作用角和/或升程量作为停止状态特征值；非修正重新起动状态特征值计算装置，根据所述停止状态特征值以及内燃机的重新起动假设温度和所述停止状态温度之间的差别，计算出非修正重新起动状态特征值；计算修正值的修正值计算装置，该修正值用于将所述非修正重新起动状态特征值转换成适合于所述重新起动假设温度作用角和/或升程量；以及起动前修正装置，在内燃机重新起动之前修正所述控制轴的状态，以使作用角和/或升程量根据所述修正值改变。
在本发明的第七方式中，本发明的第六方式的起动前修正装置可以在内燃机停止时对控制轴的状态进行修正，使得作用角和/或升程量根据修正值改变。
在本发明的第八方式中，本发明的第六或第七方式的假设重新起动温度为内燃机运行温度范围内的最低温度。
在本发明的第九方式中，本发明的第一方式的温度修正装置包含状态检测传感器，检测所述控制轴状态；停止状态温度获取装置，在内燃机停止时获取所述周围温度作为停止状态温度；停止状态特征值检测装置，根据所述控制轴的状态，检测出内燃机停止时的作用角和/或升程量作为停止状态特征值；停止阶段温度获取装置，在内燃机停止期间获取所述周围温度作为停止阶段温度；停止阶段修正装置，根据所述停止状态温度、所述停止状态特征值和所述停止阶段温度在内燃机停止期间修正所述控制轴的状态，以保持适合于重新起动的作用角和/或升程量。
在本发明的第十方式中，本发明的第九方式的停止阶段修正装置进一步包括第一特征值改变量计算装置，根据所述停止状态温度和所述停止阶段温度计算出第一特征值改变量；第一实际特征值计算装置，计算出所述停止状态特征值和所述第一特征值改变量之和作为一实际特征值；适合性判断装置，判断所计算出的实际特征值是否适合重新起动；控制轴修正装置，当实际特征值被判断为不适合重新起动时，该控制轴修正装置修正所述控制轴的状态，使得实际特征值适合于重新起动；修正后特征值计算装置，计算出通过修正所述控制轴所获得的修正后特征值；第二特征值改变量计算装置，根据在对所述控制轴进行修正之后所述停止阶段温度所发生的改变，计算出第二特征值改变量；以及第二实际特征值计算装置，计算出所述修正后特征值和所述第二特征值改变量之和作为实际特征值。
在本发明的第十一方式中，本发明的第一方式的温度修正装置包括状态检测传感器，检测所述控制轴状态；停止状态温度获取装置，获取内燃机停止时的所述周围温度作为停止状态温度；停止状态特征值检测装置，根据所述控制轴的状态，检测出内燃机停止时的作用角和/或升程量作为停止状态特征值；重新起动要求状态温度获取装置，获取要求内燃机重新起动时的所述周围温度作为重新起动要求状态温度；非修正重新起动要求状态特征值计算装置，根据所述停止状态特征值以及所述重新起动要求状态温度和所述停止状态温度之差，计算出非修正重新起动要求状态特征值；计算修正值的修正值计算装置，该修正值用于将所述非修正重新起动要求状态特征值转换成适合于重新起动的特征值；以及重新起动前修正装置，在内燃机重新起动之前修正所述控制轴的状态，使得作用角和/或升程量根据所述修正值改变。
在本发明的第十二方式中，本发明第九至十一方式中的任一内燃机能够自动停止和起动，而不需要操作者的介入。
根据本发明的第一方式，可以通过旋转控制轴改变设置在控制轴和凸轮之间的调整机构和摆臂的状态，其目的是为了改变气门体的气门开启特性。本发明可以根据控制轴和凸轮周围的温度对控制轴的状态进行修正，从而避免该温度变化造成的影响。因此，本发明可以稳定地提供给气门体所需的气门开启特性，而不会受到温度变化的影响。
根据本发明的第二方式，利用传感器检测控制轴的状态并根据传感器的输出控制执行机构的控制值，从而可以将控制轴设置在所需的状态。在这种情况下，本发明根据该温度修正执行机构控制值，从而能够避免温度变化的影响。
根据本发明的第三方式，可以根据控制轴和凸轮周围的温度来修正用于检测控制轴状态的传感器输出。因此，根据本发明，可以获得反映出温度影响的传感器输出。根据修正的传感器输出控制执行机构控制值，能够避免温度变化的影响。
根据本发明的第四方式，利用传感器检测出控制轴状态，并根据传感器的输出控制执行机构的控制值，从而可以将控制轴设置在所需的状态。在这种情况下，如果采用本发明，通过修正应达到的目标控制轴状态，可以准确地避免温度变化所造成的影响。
根据本发明的第五方式，可以通过旋转控制轴改变设置在控制轴和凸轮之间的调整机构和摆臂的状态，其目的是为了改变气门体的气门开启特性。因为确定控制轴和凸轮轴之间的间距的部件和设置在控制轴和凸轮之间的部件由具有相同线性膨胀率的材料制成，所以本发明能够防止温度变化对摆臂状态的改变。因此，本发明可以稳定地提供给气门体所需的气门开启特性，而不会受到温度变化的影响。
根据本发明的第六方式，可以通过旋转控制轴改变设置在控制轴和凸轮之间的调整机构和摆臂的状态，其目的是为了改变气门体的气门开启特性。本发明根据内燃机停止时的温度(停止状态温度)和内燃机的重新起动假设温度之差，以及内燃机停止期间的作用角和/或升程量(停止状态特征值)，可以计算出内燃机未修正控制轴状态而重新起动时所产生的作用角和/或升程量，并且计算出修正值，从而可以将非修正重新起动状态特征值转换为适合于重新起动假设温度的特征值。由于修正是在内燃机重新起动之前根据修正值执行的，因此在内燃机重新起动时，在假设温度下，可以使气门体达到最佳的气门开启特性。
根据本发明的第七方式，在假设温度下达到最佳气门开启特性的修正可以在内燃机停止期间完成。因此，本发明可以在产生重新启动要求后迅速重新启动内燃机。
根据本发明的第八方式，可以在内燃机起动时，使气门体具有运行温度范围内的最低温度下的最佳气门开启特性。因此，本发明可以在整个运行温度范围内适当地起动内燃机。
根据本发明的第九方式，设可以通过旋转控制轴改变置在控制轴和凸轮之间的调整机构和摆臂的状态，其目的是为了改变气门体的气门开启特性。本发明根据在内燃机停止时的温度(停止状态温度)、内燃机停止阶段的温度(停止阶段温度)以及内燃机停止时的作用角和/或升程量(停止状态特征值)来控制控制轴的状态，从而能够保持用于重新起动的合适的作用角和/或升程量。因此，本发明在内燃机重新起动时总是能使气门体具有最佳气门开启特性。
根据本发明的第十方式，根据停止状态温度和停止阶段温度之差，可以计算出从停止状态特征值(第一特征值改变量)的作用角的改变量和/或停止状态升程量的改变量。而且，通过将计算出的改变量加入到停止状态特征值中，可以计算出实际作用角和/或实际升程量。如果计算出的实际作用角和/或实际升程量不适合重新起动，则可以修正控制轴的状态，使得实际作用角和/或实际升程量适合重新起动。随后，通过确定上述作用角或升程量(修正后特征值)和在修正后温度改变产生的作用角改变量和/或升程量改变量(第二特征值改变量)之和，从而重新计算实际作用角和/或实际升程量。因此，实际作用角和/或实际升程量保持在适合于重新起动的值。
根据本发明的第十一方式，可以通过旋转控制轴改变设置在控制轴和凸轮之间的调整机构和摆臂的状态，其目的是为了改变气门体的气门开启特性。当产生内燃机重新起动要求时，根据内燃机停止时的温度(停止状态温度)和在接受要求时的温度(重新起动要求状态温度)之差，以及内燃机停止时的作用角和/或升程量(停止状态特征值)，可以计算出在维持停止状态下重新起动内燃机时所产生的作用角和/或升程量(非修正重新起动要求状态特征值)，并进而计算出用于将非修正重新起动要求状态特征值转换为适合重新起动值的修正值。然后，在内燃机重新起动之前，根据修正值进行修正，从而在重新起动时总是可以使气门体具有最佳的气门开启特性。
根据本发明的第十二方式，具有自动停止和自动起动功能的内燃机，在重新起动时总是能够付与气门体最佳的气门开启特性。在具有上述功能的内燃机中，起动和停止大多反复进行。因此，当通过本发明改善起动性能时，可以显著改善内燃机的状态。
附图简述
图1A和1B表示根据本发明的第一实施例的可变气门机构的整体结构；图2是根据本发明的第一实施例且用于一个气缸的可变气门机构的透视图；图3是表示图2中所示的可变气门机构的部件的第一臂部件和第二臂部件的分解透视图；
图4A和4B表示根据本发明的第一实施例的可变气门机构实施一小升程动作；图5A和5B表示根据本发明的第一实施例的可变气门机构实施一大升程动作；图6表示根据本发明的第一实施例的可变气门机构产生的实际作用角与温度的关系；图7是根据本发明的第一实施例所执行的程序的流程图；图8是根据本发明的第三实施例表示可变气门机构动作的特性图；图9是根据本发明的第三实施例的可变气门机构所执行的程序的流程图；图10是根据本发明的第三实施例表示可变气门机构的典型改进动作的特性图；图11是根据本发明的第四实施例表示可变气门机构动作的特性图；图12是根据本发明的第四实施例所执行的程序的流程图；图13是根据本发明的第四实施例表示可变气门机构的典型改进动作的特性图。
具体实施例方式
第一实施例[可变气门机构的整体结构]图1A和1B表示根据本发明的第一实施例的可变气门机构的整体结构；更具体地说，图1A是表示整个可变气门机构的平面图，并且图1B是表示从图1A的B方向观察时的侧视图。
图1A和1B所示的结构包括内燃机的的气缸盖10。该气缸盖10具有多个控制轴轴承11，它们都位于每个气缸的两侧。控制轴轴承11以可使控制轴12旋转的方式夹持着控制轴12。本实施例的内燃机具有直列设置的四个气缸。以纵向横穿四个气缸上方的方式设置控制轴12。
内燃机的每个气缸具有进气门和排气门，它们与凸轮旋转同步的开启/关闭(这些气门未在图1A或者1B示出)。本实施例的可变气门机构，是允许至少每个气缸的进气门可改变其作用角和升程量的机构。上述控制轴12是旋转位置可以控制的构件，从而能允许作用角和升程量变化。
当进气门的作用角和升程量可自由改变时，可以通过控制进气门作用角和升程量而不是采用节气门来控制进气量。当以这样方式控制进气量时，可能防止进气管压力为负压，进而能避免内燃机内的泵送损失。假设本实施例的内燃机是无节气门型，其通过采用可变气门而不是采用节气门来控制进气量，从而具有上述优点。该可变气门机构将参照图2、3、4A、4B、5A和5B在后文进行详细描述。
第一齿轮14为平齿轮，其紧固在控制轴12的一端。该第一齿轮14与第二齿轮16啮合，该第二齿轮16也是平齿轮。旋转轴18被紧固到第二齿轮16的中心。如图1B所示，半圆状的蜗轮20与第二齿轮16重叠地被紧固到旋转轴18上。蜗轮20与蜗杆24啮合，蜗杆24紧固到电动机22的旋转轴上。当采用上述结构时，控制轴12的旋转位置可以通过控制电动机22的旋转来控制。
旋转角度传感器26也设置在控制轴12的一端，以检测控制轴的旋转位置。该旋转角度传感器26的输出传送到ECU(电控单元)28中。水温传感器29与ECU28电连接，以检测内燃机的冷却水温度THW。该ECU28能检测出旋转角度传感器26和水温传感器29的输出，并且控制电动机22的状态。
旋转角度传感器26的输出和控制轴12的实际旋转位置之间的关系，未必在所有运行情况下保持相同，其取决于，例如传感器各自的差异、机械偏差以及它们的时效变化。在这些情况下，ECU28具有下述功能例如在内燃机起动后等，将该控制轴12旋转到其一个控制端(该处理在后面被称为“定位处理”)，并且根据传感器的输出结果校准其输出。因此，ECU28可根据旋转角度传感器26的输出精确检测控制轴12的旋转位置，而不受上述时效变化等因素的影响。
下面，说明本实施例的可变气门机构对应各个气缸所具有的机械机构的结构和运行。在下面的描述中，该机构被称为可变气门机构，用附图标记30表示。也假设内燃机的每个气缸具有两个进气门，并且每个可变气门机构30驱动两个进气门。
图2是对应一个气缸所设置的可变气门机构30的重要部分透视图。可变气门机构30具有两个被驱动的气门体32(进气门)。气门轴34紧固到每个气门体32上。气门轴34的一端与枢轴相连，该枢轴安装在摇臂36的一端上。气门弹簧(图2中未示出)作用于气门轴34上。摇臂36被气门轴34向上施力，气门轴34受到气门弹簧的作用力。摇臂36的另一端被液压间隙调节器38以可转动的方式进行支撑。通过液压自动调节摇臂的高度方向位置，该液压间隙调节器38能自动调节挺杆间隙。
辊40位于摇臂36的中央部分。摆臂42位于辊40的上部。参照图3描述摆臂42周围的结构。
图3是表示第一臂部件44和第二臂部件46的分解透视图。第一臂部件44和第二臂部件46是可变气门30的主要部件，如图2所示。上述摆臂42为第一臂部件44的一部分。
如图3所示，第一臂部件44与两个摆臂42以及一个辊抵接面48结合，且该辊抵接面48夹在两个摆臂42之间。两个摆臂42分别设置在两个气门体32上，并且与上述辊40相接触(见图2)。
第一臂部件44具有轴承部分50。以贯穿摆臂的方式设置轴承部分50。每个摆臂42具有同心圆形部分52以及推压部分54，该推压部分54的表面与辊40相接触。设置同心圆形部分52，使其表面与辊40相接触，该辊40与轴承部分50同心。设置推压部分54，推压部分54上的越靠近其前端侧的部分，距离轴承部分50的中心的距离越远。
第二臂部件46具有非摆动部分56和摆动辊部分58。非摆动部分56设置有通孔。参照图1A和1B进行说明的控制轴12，被插入到该通孔中。而且，止动销62被插入到非摆动部分56和控制轴12中，以锁定非摆动部分56和控制轴12之间的位置关系。因此，非摆动部分56和控制轴12作为一体构造物而发挥作用。
摆动辊部分58设置有两个侧壁64。侧壁64通过旋转轴66连接到非摆动部分56上，使得侧壁64可自由转动。凸轮抵接辊68和滑动辊70位于两个侧壁64之间。当凸轮抵接辊68和滑动辊70夹在侧壁64之间时，凸轮抵接辊68和滑动辊70能自由转动。
上述控制轴12通过第一臂部件44的轴承部分50被夹持，使得控制轴12能转动。换句话说，当控制轴12被轴承部分50夹持时，控制轴12可以与非摆动部分56形成一体。为了满足这一需求，非摆动部分56(也就是第二臂部件46)在固定到控制轴12上之前，与第一臂部件44的两个摆臂42之间位置对齐。在该位置对齐的状态下，控制轴12被以贯穿两个轴承部分50以及非摆动部分56的方式插入。随后，安装止动销62，以固定控制轴12和非摆动部分56。因此，可以提供下述机构第一臂部件44能自由地围绕控制轴12转动，非摆动部分56与控制轴12形成一体，并且摆动辊部分58能相对于非摆动部分56摆动。
当如上述装配第一臂部件44和第二臂部件46时，在第一臂部件44和控制轴12之间的相对角度、也就是第一臂部件44和非摆动部分56之间的相对角满足规定条件的范围内，摆动辊部分58的滑动辊70能够与第一臂部件44的辊抵接面48相接触。当一边维持两者的接触状态，一边在满足上述规定条件的范围内使第一臂部件44围绕控制轴12旋转时，滑动辊70能沿着辊抵接面48滚动。本实施例的可变气门机构，随着其滚动而开启或者关闭气门体32。参照图4A、4B、5A和5B在下面详细描述气门体32的动作。
图2表示按照上述顺序装配第一臂部件44、第二臂部件46以及控制轴12的状态。在这种状态下，通过控制轴12的旋转位置来限制第一臂部件44和第二臂部件46的位置。如上所述，电动机22通过一齿轮机构(参照图1A和1B)被连接到控制轴12上。图2所示的状态是指，通过电动机22调整控制轴12的旋转角度，使得滑动辊70开始与辊抵接面48相接触的状态。
根据本实施例的可变气门机构包括与曲轴同步旋转的凸轮轴72。与控制轴相同地，凸轮轴72由固定在气缸盖10上的轴承进行支撑，使得凸轮轴72能够旋转。设置在内燃机的每个气缸上的凸轮74被固定到凸轮轴72上。在图2所示的状态下，凸轮74与凸轮抵接辊68相接触，以限制摆动辊部分58的向上运动。换句话说，在图2所示的状态下，第一臂部件44的辊抵接面48，经由摆动辊部分58的凸轮抵接辊68及滑动辊70，与凸轮74机械连接。
当伴随凸轮74以上述情况旋转，凸轮尖压在凸轮抵接辊68上时，施加的力通过滑动辊70被传递到辊抵接面48上。当滑动辊70在辊抵接面48上滚动时，滑动辊70可以将凸轮74的力持续传递到第一臂部件44上。因此，第一臂部件44围绕控制轴12旋转，从而导致摆臂42压下摇臂36，且气门体32向气门开启方向运动。如上所述，经由凸轮抵接辊68和滑动辊70，将凸轮74的力传递到辊抵接面48上，从而可变气门机构30能使气门体32进行动作。
参照图4A、4B、5A和5B描述可变气门机构的动作。在图4A、4B、5A和5B中，除了上述部件外，还表示了空动弹簧76和气门弹簧78。如上所述，气门弹簧78朝气门关闭方向推动气门轴34和摇臂36。另一方面，空动弹簧76保持辊抵接面48和凸轮74之间的机械接触。
如上所述，可变气门机构30，通过将凸轮74的力机械传递到辊抵接面48来驱动气门体32。因此，为了可变气门机构30的正常动作，凸轮74与辊抵接面48必须经由凸轮抵接辊68和滑动辊70始终机械连接。为满足该要求，辊抵接面48也就是第一臂部件44，必须被推向凸轮74。
本实施例中采用的空动弹簧76如下进行安装使得其上端被固定到例如气缸盖等上，且其下端对滚动抵接面48的后端进行施力。此时，其作用力作用在辊抵接面48上推滑动辊70的方向上，而且，作为将凸轮抵接辊48压向凸轮74的力而发挥作用。因此，可变气门机构30确保了凸轮74与辊抵接面48机械连接的状态。
图4A和图4B表示可变气门机构动作并使气门体32产生小升程。该动作在后面被称为“小升程动作”。更具体地说，图4A表示在小升程动作过程中气门体32关闭的状态，图4B表示在小升程动作过程中气门体32开启的状态。
在图4A中，符号θC是表示控制轴12的旋转位置的参数。该参数在后面被称为“控制轴旋转角θC”。为了方便，该控制轴旋转角θc在这里被定义为铅垂方向与止动销62的轴向方向之间的角度，该止动销62用来固定控制轴12和非摆动部分56。图4A中的符号θA是表示摆臂42的旋转位置的参数。该参数在后面被称为“臂旋转角θA”。为了方便，臂旋转角在这里被定义为水平方向与连接摆臂42的前端部和控制轴12的中心的直线之间的角度。
在可变气门机构30中，摆臂42的旋转位置也就是臂旋转角θA是由滑动辊70的位置确定的。滑动辊70的位置由摆动辊部分58的旋转轴66的位置和凸轮抵接辊68的位置确定。在凸轮抵接辊68和凸轮74之间可保持接触的范围内，在图4A和4B中，旋转轴66的逆时针方向旋转角度越大，也就是控制轴旋转角θC越大，滑动辊70的位置越靠上。因此，在可变气门机构中，控制轴旋转角θC越大，臂旋转角θA越小。
在图4A所示的情况中，控制轴旋转角θC在凸轮抵接辊68能保持与凸轮74接触的范围内、即凸轮74能限制凸轮抵接辊68向上移动的范围内大致为最大值。因此，在图4A所示的情况中，臂旋转角θA大致为最小值。在这种情况下，可变气门机构30使得摆臂42的同心圆形部分52的大致中央与摇臂36的辊40接触，从而关闭气门体32。在这种情况下，臂旋转角θA随后被称为“小升程时的基准臂旋转角θA0”。
当凸轮在图4A所示的情况下旋转时，凸轮抵接辊68被凸轮尖推压而向控制轴12的方向移动。由于摆动辊部分58的旋转轴66与滑动辊70之间的距离保持不变，所以当凸轮抵接辊68接近控制轴12时，辊抵接面48被在其面上滚动的滑动辊70压下。结果，辊42向臂旋转角θA增大的方向旋转。因此，摆臂42和辊40之间的接触点，从同心圆形部分52的中央附近向推压部54移动。
由于摆臂42的旋转，当推压部分54开始与辊40相接触时，气门体32克服气门弹簧78的作用力向气门开启方向移动。如图4B所示，当凸轮尖的顶点与凸轮抵接辊68相接触时，臂旋转角θA达到最大值(该角度在后面被称为“最大臂旋转角θAMAX”)，随后，气门体32的升程量达到最大值。接着，随着凸轮74的旋转，凸轮旋转角θA减少，从而气门体32的升程量也减少。当辊40和摆臂42之间的接触点返回到同心圆形部分52时，气门体32关闭。
由于小升程动作时的基准臂旋转角θA0较小，所以在凸轮尖开始与凸轮抵接辊68相接触后，一定时间内气门体32保持关闭状态。在产生最大升程量之后，在凸轮尖结束对凸轮抵接辊68的推压之前，气门体32可相对较早的返回到关闭状态。因此，当实施小升程动作时，气门体32处于非关闭状态的时间是较短的，也就是说，气门体32的作用角较小。同样，在这种情况下，气门体32的最大升程量也较小。
图5A和5B表示可变气门机构30使气门体32产生大升程地进行动作的状态。该动作在下文被称为“大升程动作”。更具体地说，图5A表示在大升程动作期间气门体32关闭的情况，而图5B表示在大升程动作期间气门体32开启的情况。
当产生大升程动作时，如图5A所示，控制轴旋转角度θC被调整到足够小的值。因此，非升程时的臂旋转角θA、也就是基准臂旋转角θA0在滑动辊70不会脱离辊接触部分48的范围内被设定为足够大的值。设置可变气门机构30，使得摆臂42和辊40之间的接触点位于在上述基准臂旋转角θA0的同心圆形部分52的一端。因此，在这种情况下，该气门体32保持关闭状态。
当凸轮74从图5A所示的情况旋转时，在凸轮尖开始推压凸轮抵接辊68后，辊40和摆臂42之间的接触点迅速从同心圆形部分52移动到推压部分54。然后，气门体32向气门开启方向被大大地推动，直到凸轮抵接辊68被推压到凸轮尖的顶端部分。如图5B所示，甚至在气门体32的升程量达到最大量之后，只要凸轮抵接辊68被凸轮尖所推压，气门体32仍然能较长时间地保持开启状态。因此，当如上所述实施最大的升程动作时，可变气门机构30能使气门体32产生较大的作用角以及较大的升程量。
如上所述，本实施例的可变气门机构，通过旋转控制轴12能改变气门体32的作用角和升程量。在本实施例中，控制轴12和凸轮轴72两者都被夹持在气缸盖中。在图4A中，间距L表示控制轴12和凸轮轴72之间的尺寸。当气缸盖10的周围区域的温度变化引起气缸盖10发生热变形时，间距L发生改变。
当气缸盖10的周围区域发生温度变化时，介于控制轴12和凸轮轴72之间的部件、也就是第一臂部件44和第二臂部件46也产生热膨胀或者热收缩。
本实施例的气缸盖10由铝基材料制成。另一方面，第一臂部件44和第二臂部件46由铁基材料制成。这些材料表现出不同的线性膨胀率。因此，如果气缸盖10周围的温度发生改变，则同样会引起间距L大小的改变。
更具体地说，如果温度上升，则间距L膨胀得超过第一臂部件44和第二臂部件46的膨胀量，并且基准臂旋转角θA0减少，从而使实际作用角减少。如果是相反的情况，在气缸盖10周围的温度降低时，间距L减少较大的程度，以致第一臂部件44和第二臂部件46收缩，并且基准臂旋转角θA0增大，从而使实际作用角增大。
图6表示实际作用角与温度的关系特征，该特征是基于确定间距L的部件与设置在控制轴12和凸轮74之间的部件之间的线性膨胀率的不同确定的。在图6中用虚线表示的实际作用角是将旋转角度传感器26的输出代入到基准算术式中计算得出的作用角。换句话说，这是在基准温度下实现的实际作用角，目的是为了建立基准算术式。该作用角后面称为“测得作用角”。
如果ECU28始终将旋转角度传感器26的输出代入到基准算术式中来计算气门体32的作用角，则测得作用角的计算结果在低温区域比实际作用角小，在高温区域比实际作用角大，如图6所示。因此，如果采用该计算方式，即使将控制轴旋转角θC控制为目标值，也不能精确地获得所需的作用角或者升程量。如果在无节气门型的内燃机中，进气门的作用角或者升程量偏离所需值时，会对进气量的控制精度产生不利的影响。
实际作用角和测得作用角之间的偏差值是一个主要由气缸盖10周围温度确定的值。因此，当周围温度确定时，则可以估计出实际作用角和测得作用角之间的偏差量。在这种情况时，本实施例的可变气门机构根据水温传感器29(冷却水温THW)的输出估算出气缸盖10的周围温度，并且根据估算出的周围温度，计算出测得作用角和实际作用角之间可能产生的偏差。而且，通过将估算出的偏差作为修正值加到测得作用角中，本实施例的可变气门机构可以计算出实际作用角。
图7表示本实施例的ECU28所执行的程序的流程图，该程序可实现上述功能。如图7所示的程序，首先根据水温传感器29的输出检测出内燃机的冷却水温THW(步骤80)。本实施例中，将检测出的冷却水温THW作为气缸盖10的周围温度处理。
下一步，实施步骤82，以计算出作用角的修正值。ECU28储存有映射图，该映射图定义了气缸盖10的周围温度与实际作用角和测得作用角之间的偏差Δθ(Δθ＝实际作用角一测得作用角)之间的关系，该偏差Δθ也就是在图6中用“修正值”所表示的值。在步骤82中，参考该映射图来计算与当前温度对应的偏差Δθ。然后，将所计算出的偏差Δθ作为作用角修正值处理。
下一步，实施步骤84，以检测旋转角度传感器26的输出。然后实施步骤86，以根据检测出的传感器输出计算出测得作用角。ECU28中储存了基准算术式，其用来将旋转角度传感器26的输出转换为测得作用角。在步骤86中，根据所储存的基准算术式计算出测得作用角。通过步骤86的处理，可以计算出在图6中用虚线表示的作用角，也就是在基准温度下产生的实际作用角。
下一步，实施步骤88，以通过将作用角修正值加入上述计算出的测得作用角中来计算实际作用角。通过步骤88的处理，计算出实际作用角，在图6中用实线表示该实际作用角。
在上述处理之后，ECU28执行反馈控制，使得气门体32的作用角作为目标作用角(步骤90)。更具体地说，例如根据所需进气量，对电动机22的控制值进行控制，使得在上述步骤88中计算出的实际作用角与根据另一个程序计算出的目标作用角一致。
通过上述处理，始终可以排除气缸盖10周围的温度变化的影响，并且精确地计算出气门体32所实现的实际作用角。而且，基于精确的实际作用角，通过控制电动机22的控制值，可以精确控制气门体32的作用角和升程量。因此，本发明的可变气门机构，始终可以精确地控制进气门的气门开启特性，并且与内燃机的暖机状态或者周围温度无关，可以稳定地使无节气门型的内燃机具有良好的运行特性。
严格地说，在本发明的可变气门机构中，在温度与实际作用角和测得作用角之间的偏差Δθ之间的关系会随着实际作用角变化。因此，很难依据储存在ECU28中的偏差Δθ与温度的映射图对所有作用角进行精确的作用角修正。
在这样的情况下，在本实施例中，假设气门体32所需作用角最小时、即参照4A和4B所说明的小升程动作时，准备了偏差Δθ与温度的映射图。根据已准备好的图，尽管在所需作用角和升程量较大的区域内作用角修正精度下降，但是可以在作用角和升程量较小的区域内进行十分精确的修正。
在作用角和升程量较小的区域内，作用角产生微小误差会导致进气量产生较大误差。另一方面，在作用角和升程量较大的区域内，即使作用角产生一些误差，也不会导致进气量产生显著误差。因此，采用以小升程动作为前提的偏差Δθ与温度的映射图，尽管在较大升程区域降低了作用角的修正精度，却可以在所有作用角范围内十分精确地控制进气量。
为了对所有作用角获得较高的修正精度，一个可选择的方法是准备一个映射图，在该映射图中，在实际作用角和测得作用角之间的偏差Δθ是基于温度和作用角定义的，并且参考步骤82中的映射图来计算偏差Δθ，也就是作用角修正值Δθ。当采用该方法时，在所有作用角范围内都能够实施良好的作用角/升程量控制，尽管这样会给ECU28增加计算工作量。
如上所述的第一实施例，根据气缸盖10的周围温度修正测得作用角，从而获得实际的作用角，然后据此修正提供给电动机22的控制值。但是，修正对象不限制于作用角或者对电动机22的控制值。更具体地说，实际作用角在反馈控制中的目标的目标作用角，也可以作为修正的对象。如图7所示的程序，可以在步骤82中计算出目标作用角的修正值，可以在步骤88中计算出修正的目标作用角，并且控制电动机22，使得测得作用角与修正后的目标作用角一致。
如上所述的第一实施例，通过修正作用角避免了由于温度变化对进气门特性变化产生的影响。但是，可以采用一个可选择的方法避免这种影响。例如，预测到该作用角将根据温度改变而改变，则对应于进气量修正每个气缸的燃油喷射量，以相对于该作用角所产生的进气量而获得所需的空燃比。
如上所述的第一实施例，具有通过旋转控制轴12来改变气门体32的作用角和升程量的结构。但是，本发明并不限于此。也可以通过滑动控制轴来改变气门体32的作用角和升程量。
如上所述的第一实施例中，可变气门机构根据控制轴12的状态改变作用角和升程量两者。但是，本发明并不限于此。可变气门机构也可以改变作用角或者升程量。如果采用这种方法，用于排除温度影响的修正，仅针对作用角和升程量中发生变化的一方的值进行即可。
如上所述的第一实施例中，根据本发明的第一个方式，第一臂部件44和第二臂部件46相当于“调整机构”。根据本发明的第一个方式，水温传感器29相当于“温度检测装置”。ECU28，通过执行步骤80～90的处理，来实现本发明第一方式的“温度修正装置”的功能。
如上所述的第一实施例中，根据本发明上述的第二个方式，旋转角度传感器26相当于“传感器”。根据本发明的第二个方式，电动机22相当于“执行机构”。ECU28，通过执行步骤90的处理，来实现本发明的第二或第三方式的“执行机构控制装置”和“温度修正单位”的功能。
如上所述的第一实施例中，根据本发明的第四方式，旋转角度传感器26相当于“传感器”。根据本发明的第四方式，电动机22相当于“执行机构”。ECU28，通过设置用于反馈控制的目标作用角度，来实现本发明的第四方式的“目标状态设置装置”的功能。ECU28，通过根据温度修正目标作用角度，来实现本发明的第四方式的“温度修正装置”的功能。ECU28，通过对电动机22实施反馈控制，并且将修正目标作用角设置为控制目的，来实现本发明的第四方式的“执行机构控制装置”的功能。
第二实施例参照图1A至5B描述本发明的第二实施例。第二实施例的可变气门机构与第一实施例的可变气门机构具有相同的结构。就第一实施例的机构而言，用来确定控制轴12和凸轮轴72之间的间距的部件，也就是图4A所示的间距L，与设置在控制轴12和凸轮轴72之间的部件是由具有不同线性膨胀率的材料制成，并且可根据气缸盖10的周围温度修正作用角，以避免热膨胀和热收缩的影响。
但是，就第二实施例的可变气门机构而言，用来确定间距L的部件(也就是气缸盖10)，与位于控制轴12和凸轮轴72之间的部件(也就是第一臂部件44和第二臂部件46)是由具有相同线性膨胀率的材料制成，以避免热膨胀和热收缩的影响。例如，当气缸盖10由铁基材料制成，同样地第一臂部件44和第二臂部件46由相同材料制成时，该机构能够实现该功能。
如果气缸盖10、第一臂部件44和第二臂部件46都由具有相同线性膨胀率的材料制成，当由于温度变化间距L发生膨胀或者收缩时，介于控制轴12和凸轮轴72之间的机械机构的间距L会发生相同的膨胀/收缩。即使在上述情况下，气缸盖10的周围温度发生变化时，基本臂旋转角θA0也能保持不变。因此，气门体32的作用角和控制轴旋转角θC之间的关系不会改变。因此，本实施例的可变气门机构能稳定地提供给气门体32以所需的气门开启特性，而不会受温度变化的影响，并且例如不必要修正作用角。
在如上所述的第二实施例中，根据本发明的第五方式，第一臂部件44和第二臂部件46相当于“调整机构”和“位于控制轴和凸轮之间的部件”。根据本发明上述的第五方式，气缸盖10相当于“用来确定控制轴和凸轮之间的间距的部件”。
第三实施例参照图8至10描述本发明的第三实施例。第三实施例的可变气门机构与第一实施例的可变气门机构具有相同的结构。
为了适当地运行内燃机，根据内燃机的运行状态对作用角和升程量进行合理设置是必要的。更具体地说，在内燃机起动时，有必要对作用角和升程量进行适合起动的设置。但是，当内燃机停止时，作用角和升程量不会总是被设置到适合内燃机起动的状态。因此，对一个安装有可变气门机构的内燃机而言，有必要在某一时间间隔内对作用角和升程量进行修正，该时间间隔是在内燃机被要求停止的瞬间与内燃机重新起动的瞬间之间的间隔。
上述日本专利公开NO.63023/1995中所示的现有可变气门机构，能够通过旋转控制轴来修正气门体的作用角和升程量。因此，在根据内燃机的起动要求来调整控制轴的旋转位置从而提供适合于起动的作用角度和升程量之后，只要内燃机起动时，就能够获得良好的起动特性。
但是，为了调整控制轴的旋转位置，有必要对它进行检测。而且，在所采用的传感器的输出与实际旋转位置之间的关系会随着传感器和可变气门机构个体的特性或者它们的时效变化而发生变化，其中该传感器输出对控制轴旋转位置的检测是必要的。为了在内燃机起动时适当地调整控制轴的位置，因此，有必要对与控制轴状态相关的传感器的输出进行适当地修正。在控制轴旋转位置和用于控制轴旋转位置检测的传感器的输出之间的关系能够被校准，例如，通过旋转控制轴直至其到达其移动极限，并且读出作为结果的传感器输出。但是，当内燃机开始起动时，传感器的输出由于时间的限制不能以上述方式被校准。因此，在内燃机起动后，满足上述要求的恰当方法可以用来测定传感器的输出，在内燃机被要求停止的时刻测定传感器的输出，将该输出作为该时刻的控制轴旋转位置(或者气门体作用角或者升程量)的时间值，并且基于检测出的传感器输出调整起动时的控制轴。
但是，在内燃机停止后，可变气门机构时常受到周围温度显著变化的影响。因此，在内燃机停止后，围绕控制轴和凸轮轴的部件可能受到显著的热变形的影响。如果可变气门机构发生这种热变形，则设置在控制轴和凸轮之间的摆臂以及在用于改变摆臂角度的调整机构会发生状态变化。
更具体地说，在上述的可变气门机构中，当控制轴的周围温度下降时，控制轴和凸轮轴之间的间距降低，从而摆臂向着作用角和升程量增加的方向的状态发生变化。另一方面，如果当控制轴的周围温度升高，控制轴和凸轮轴之间的间距增加，从而摆臂向着作用角和升程减少的方向的状态发生变化。因此，对于安装有可变气门机构的内燃机而言，即使在发动机停止时也能够获得传感器的输出，并且在起动时控制轴可基于所述传感器输出进行调整，但由于内燃机停止后所受到的温度变化，在起动时的控制轴状态会从最佳作用角/升程量发生一定的改变。
本实施例的可变气门机构是用来解决上述问题。本实施例的一个目的是提供一种可变气门机构，该机构可以在内燃机起动时稳定地提供给气门体最佳的气门开启特性，并且不会受到内燃机停止后由温度变化而产生的影响。
与第一实施例相同，本实施例的可变气门机构能够通过旋转控制轴12来改变气门体32的作用角和升程量。当作用角和升程量达到最佳时，本发明的实施例可获得所需的进气量和所需的运行状态。
为了适当地起动内燃机，在起动时，有必要提供给气门体以适合于起动的作用角和升程量。由于要求内燃机在所有假设运行温度范围内均显示出良好的起动性能，有必要将作用角和升程量设置成，在内燃机起动时，即使在最恶劣的条件下也可获得良好的起动性能。本实施例假设内燃机的运行温度范围的下限是-35℃。因此，需要对起动时的作用角和升程量进行控制，使得在温度为-35℃的环境下，内燃机可以适当起动。满足上述要求的作用角范围在后面被称为“极低温度起动要求作用角范围”。
当内燃机运行时，能够稳定地获得适于运行状态的作用角。当产生停止内燃机的要求时，该作用角通常在极低温度起动要求作用角范围之外。因此，为了起动内燃机，使其作用角保持在极低温度起动要求作用角范围之内，有必要在内燃机被要求停止的瞬间和实际开始起动的瞬间之间的时间间隔内修正控制轴12的旋转位置，使得作用角处于极低温度起动要求作用角范围之内。
如上所述，本实施例的可变气门机构包括旋转角度传感器26，该传感器可以检测控制轴12的旋转位置。因此，ECU28可以一边观察旋转角度传感器26的输出，一边通过控制电动机22来适当地修正控制轴12的旋转位置。但是，旋转角度传感器26的输出和实际作用角之间的关系不总是绝对的，而是可以被影响的，例如受时效变化的影响。因此，在发动机起动时，对控制轴12的旋转位置进行调整，优选电动机22基于传感器的输出进行控制，该传感器的输出与实际作用角的关系可以被确定。从内燃机起动时来看，在确定旋转角度传感器26的输出和实际作用角之间的关系的最后时刻是指最后内燃机停止的时刻。因此，为了调整控制轴12的旋转位置，为内燃机的起动做准备，在内燃机停止时，可以恰当地对旋转角度传感器26的输出(也就是，作用角)进行检测，并且采用检测出的输出作为调整的基础。
但是，通常在内燃机停止后，可变气门机构30的周围温度会发生较大改变。因此，在内燃机停止后，控制轴12和凸轮轴72周围部分可能会受到显著的热变形的作用。如果发生这种热变形，旋转角度传感器26的输出和气门体32的实际作用角之间的关系会改变。
如上所述，图4A所示的间距L表示控制轴12和凸轮轴72之间的尺寸。在内燃机停止后，当气缸盖10的周围温度下降时，间距L下降。在气缸盖10的周围温度下降的过程中，位于控制轴12和凸轮轴72之间的部件也就是第一臂部件44和第二臂部件46，会受到热收缩的影响。
根据本实施例的气缸盖10由铝基材料制成。另一方面，第一臂部件44和第二臂部件46由铁基材料制成。这些材料显示出不同的线性膨胀率。因此，当气缸盖10的周围温度下降时，与第一部件44和第二臂部件46相比，间距较大程度地收缩。
换句话说，当内燃机停止后，气缸盖10的周围温度下降时，本实施例的可变气门机构30中的间距L显著减少。因此，摆臂42向着臂旋转角θA增加的方向旋转，从而使得气门体32的实际作用角增加。
图8表示内燃机温度的下降和气门体32的实际作用角变化之间的关系。在图8中，点A对应于温度t0和实际作用角A。温度t0表示在内燃机运行期间可变气门机构30的周围温度。在图8中通过点A的实直线表示控制轴12的旋转位置被固定在点A之后，温度和实际作用角的关系。在内燃机停止在温度t0以及在实际作用角A之后，控制轴12仍然保持在固定位置，如果内燃机的温度下降到温度范围内的最低温度(在这里假设最低温度是-35℃)时，该实直线还表明温度和实际作用角的关系从点A变化到点B。
在图8中用两水平虚线表示的“极低温度起动要求作用角范围”代表的是在低到-35℃的周围温度的情况下，为了适当起动内燃机的最佳作用角度范围。为了始终可以在运行温度范围内适当起动发动机，优选内燃机的起动处理(起动)是当气门体32的实际作用角度在“极低温度起动要求作用角范围”之内时开始的。例如，如果温度和实际作用角的关系对应于图8中的B点，优选在控制轴12的旋转位置被调整之后开始起动，从而使得实际作用角B在极低温度起动要求作用角范围之内进行起动。
但是，当温度和实际作用角的关系从点A变化到点B时，控制轴12的旋转位置仍然保持不变。因此，即使在内燃机停止之后实际作用角从A变化到B时，旋转角度传感器26的输出也不会改变，因为实际作用角度仅仅由于温度变化而发生变化。在这种情况下，如果实际作用角仅仅基于旋转角度传感器28进行识别，则尽管当内燃机在极低温度(-35℃)下重新起动时该作用角应该被识别为B，但是作用角会被错误地识别为A。
事实上，如果作用角是A，当对控制轴12的旋转位置进行调整，使作用角增加的量为值A与极低温度起动要求作用角范围之间的差直时，实际作用角就能被设置为值C，C在极低温度起动要求作用角范围之内。但是，在实际作用角为B的情况下，如果假设实际作用角为A而进行同样的调整，则如果实际作用角用值D表示，该值D比值B大(C-A)(见图8中的非水平虚线)。
同时，实际作用角与温度的相关性可以采用实验确定。因此，如果在内燃机停止时的温度t0是已知的，在内燃机温度下降到极低温度(-35℃)的过程中，实际作用角发生的改变量(B-A)能够被确定为温度改变量(t0-(-35))的函数。当内燃机停止时的实际作用角A和它的改变量(B-A)两者都是已知时，通过它们相加能够确定控制轴12被固定时所能实现的极低温度下的实际作用角B。当实际作用角度B被确定时，可以计算出修正值ΔVL，用于将值B设定为处于极低温度起动要求作用角范围的值E。
当控制轴12在内燃机停止时被调整，从而使得实际作用角从A变化到比A小ΔVL的值F时，如果在后面的处理中，内燃机的温度变得极低(-35℃)，就会产生实际作用角E在极低温度起动要求作用角范围之内的情况。在这种情况下，内燃机开始起动时，不需要调整控制轴12的旋转位置就能在极低温度下适当重新起动。因此，在本实施例中，ECU28在内燃机停止时检测出实际作用角A(旋转角度传感器26的输出)和温度t0(水温传感器29的输出)，根据检测值计算出修正值ΔVL，并且调整控制轴12的旋转位置，使得作用角变化修正值ΔVL的量。
图9表示ECU28实施执行上述功能的程序的流程图。假设该程序在内燃机起动时开始执行。该程序，首先根据旋转角度传感器26的输出检测出实际作用角A，并且根据水温传感器29的输出检测出冷却水温THW。将检测出的冷却水温THW作为发动机温度t0，也就是可变气门机构30的周围温度(步骤100)。
下一步，执行步骤102判断是否产生了内燃机的停止要求。更具体地说，执行步骤102判断车辆的点火开关状态是否从ON(接通)切换到OFF(断开)。如果判断结果表明没有产生停止要求，则程序重新实施过程步骤100。另一方面，如果判断结果表明产生了停止要求，则执行步骤104来计算内燃机的假设的重新起动温度。更具体地说，执行步骤104是用来计算运行温度范围的最低温度(-35℃)和当前发动机温度即停止状态温度t0之间的差值(Δt＝t0-(-35℃))。
下一步，对非修正重新起动状态作用角B(见图8)进行计算。更具体地说，执行步骤106来计算作用角，计算出在未修正控制轴12的旋转位置，可变气门机构30的周围温度降低至重新起动假设温度时，预想的实际产生的该作用角，也就是，当维持控制轴12的当前状态时，预测在极低温度(-35℃)的环境下所产生的作用角。如图8所示，ECU28储存有映射图或者算术式(例如y＝ax+b或者其它相似的线性表达式)，用来表示温度和实际作用角的关系。在步骤106中，通过将停止状态实际作用角A和温度差值Δt＝t0-(-35℃)代入到关系式中，可以计算出非修正重新起动状态作用角B。
下一步，执行步骤108，以计算出修正值ΔVL(见图8)。更具体地说，执行步骤108来计算修正值ΔVL，该修正值使得非修正重新起动作用角B在极低温度起动要求作用角范围之内。ECU28储存了极低温度起动要求作用角范围的中心值E，并且通过进行B-E的运算来计算出修正值ΔVL。
下一步，执行步骤110，使停止状态作用角A减少修正值ΔVL的量，并且实施用于实现停止状态目标作用角F的处理(见图8)。更具体地说，对电动机进行驱动，以调整控制轴12的旋转位置，从而使得实际作用角减少修正值ΔVL的量。
当上述过程终止时，作用角控制处理停止，从而终止图9所示的程序。在上述过程中，在预计可变气门机构30的周围温度随后将会下降到极低温度(-35℃)的情况下，在发动机停止时，预先将实际作用角A改变至停止状态目标作用角F。在这种情况下，如果在试图重新起动内燃机之前，可变气门机构30的周围温度实际下降至极低温度，则可以利用处于极低温度起动要求作用角范围的实际作用角E开始起动。
因此，本实施例的可变气门机构30在极低温度情况下能够稳定的提供给内燃机良好的起动性能。起动温度越高，则内燃机的起动性能越良好。因此，如果采用的条件可以在极低温度下获得良好的起动性能，则在整个温度范围内都能获得良好的起动性能。因此，根据本实施例的可变气门机构30，能够在任何环境下适当地重新起动内燃机。
当采用上述作用角控制方法时，当内燃机被停止时，终止准备用于重新起动的控制轴12的旋转位置调整。在这种情况下，在重新起动时，不改变控制轴12的状态，可以迅速地开始起动。因此，在内燃机被要求重新起动时，本实施例的可变气门机构能按重新起动的需要开始起动。
但是，准备用于重新起动的控制轴12的旋转位置调整，并不是总是在内燃机停止时实施。例如，可以在当内燃机要求重新起动时进行旋转位置调整。图10表示在上述情况下实施的处理过程。如果在接收到起动要求时进行控制轴12的旋转位置调整，则在内燃机停止后发动机温度降低的过程中，在图10中，气门体32的实际作用角沿着通过点A的直线改变。当可变气门机构30下降到极低温度时，实际作用角变为B。
与在内燃机停止还是起动时实施控制轴12的旋转位置调整无关，当检测出停止状态温度t0和停止状态作用角A时，采用上述方法都可以计算出修正值ΔVL。因此，在内燃机停止或者起动时，通过上述方法计算出修正值ΔVL，并且在内燃机起动时根据修正值相应地调整控制轴12的旋转位置，则产生起动要求之后可以使实际作用角从B迅速地变为E，也就是形成实际作用角处于极低温度起动要求作用角范围的状态。如果在实际作用角处于极低温度起动要求作用角范围后开始起动，则与第三实施例相同，可以实现在任何温度都能提供给内燃机良好起动性能的可变气门机构。
在上述的第三实施例中，根据本发明上述的第六方式，第一臂部件44和第二臂部件46相当于“调整机构”。而且，根据本发明的第六方式，水温传感器29相当于“温度检测装置”。而且，根据本发明的第六方式，旋转角度传感器26相当于“状态检测传感器”。ECU28，通过在步骤100中检测发动机的温度，来实现本发明的第六方式的“停止状态温度获取装置”的功能。ECU28，通过检测实际作用角A来实现“停止状态特征值检测装置”的功能。ECU28，通过实施步骤106的处理来实现本发明的第六方式的“非修正重新起动状态特征值计算装置”的功能。ECU28，通过实施步骤108的处理来实现本发明的第六方式的“修正值计算装置”的功能。ECU28，通过实施步骤110的处理来实现本发明的第六方式的“起动前修正装置”的功能。
第四实施例参照图11至12描述本发明的第四实施例。第四实施例的可变气门机构与第一实施例的可变气门机构具有相同的结构。第四实施例的可变气门机构具有适当特性，以用于具有所谓怠速停止功能的节能型(エコラン)车辆、混合动力型车辆等与具有自动停止/自动起动功能的内燃机相互组合的车辆中。与具有自动停止/自动起动功能的车辆组合使用本实施例的可变气门机构的情况，将在下面进行描述。
图11表示在本实施例的可变气门机构中采用的用于控制控制轴12的方法。图11中的单点划线表示，当控制轴12的旋转位置固定在通过点A的位置上时，周围温度和可变气门机构30的实际作用角之间的关系。由于本实施例的可变气门机构30与第一实施例的可变气门机构具有相同的结构，所以气门体32的实际作用角显示出与第一实施例相同的温度特性。因此，在内燃机停止之后，即使当控制轴12的旋转位置被固定，气门体32的实际作用角也会随着发动机温度下降而变化。
在节能型车辆或者混合动力型车辆中，内燃机反复进行自动停止/自动起动。在这样的车辆中，要求内燃机能顺利地自动起动。为了满足这一要求，有必要将气门体32的实际作用角控制为在内燃机起动时能充分抑制振动等影响的值。
图11中的两条水平虚线所表示的“重新起动要求作用角范围”表示能够满足上述要求的作用角范围。重新起动要求作用角范围是适合于内燃机起动的作用角范围。因此，当要求内燃机正常运行时，实际作用角通常处于重新起动要求作用角范围之外。因此，内燃机通常停止在实际作用角处于重新起动要求作用角范围之外的状态下(例如实际作用角为A的状态)。为了获得良好的起动性能，有必要在发动机停止和试图去重新起动发动机之间的时间间隔内调整控制轴12的旋转位置，从而使得实际作用角A处于重新起动要求作用角范围之内。
内燃机对起动要求的响应性越好越理想。在频繁地反复进行起动/停止的节能型车辆和混合动力型车辆中特别需要良好的响应性能。为了改善对起动要求的响应性，要求在产生起动要求之前完成将实际作用角限定在起动要求作用角范围之内的调整。在这种情况下，在本实施例中，调整控制轴12的旋转位置，使得在内燃机停止之后，实际作用角A可迅速变为处于起动要求作用角范围之内的某一值，然后实际作用角持续保持在起动要求作用角范围之内，而不管温度如何变化，如图11中的实折线(包括箭头)所示。在这种情况下，由于实际作用角总是保持在起动要求作用角范围之内，所以无论何时内燃机要求起动时，均可立即开始起动，迅速实现自动起动。
图12表示为了实现上述功能在本实施例中ECU28所实施的程序的流程图。假设当节能型车辆或混合动力型车辆的系统开始工作时，程序开始。该程序，首先根据旋转角度传感器26的输出检测出实际作用角A，并且水温传感器29的输出检测出冷却水温THW。将检测出的冷却水温THW作为发动机温度t0，也就是可变气门机构30的周围温度(步骤120)。
下一步，实施步骤122，以判断是否产生了内燃机的停止要求。如果判断结果表明没有产生发动机停止要求，则程序再次实施处理步骤120。另一方面，如果判断结果表明产生了发动机的停止要求，则实施步骤124，以判断是否产生了车辆系统的停止要求。如果判断结果表示产生了车辆系统的停止要求，则程序迅速终止当前的处理循环。另一方面，如果判断结果表示没有产生车辆系统的停止要求，则实施步骤126，以判断是否产生了内燃机的重新起动要求。
本实施例的系统，当产生内燃机的停止要求时，使内燃机自动停止。如果随后产生内燃机的重新起动要求，则系统自动起动内燃机。因此，在步骤122中，在内燃机停止要求被识别的瞬间和重新起动要求被识别的瞬间之间的时间间隔内，内燃机保持停止状态。在该时间间隔内，可变气门机构30的周围温度持续降低，同时在ECU28中实施步骤128和以下说明的步骤128以后的步骤。
在上述情况下，ECU28首先检测出当前冷却水温THW作为内燃机的停止阶段温度t1(步骤128)。然后，实施步骤130，以计算出停止状态温度t0和停止阶段温度t1之差，也就是在内燃机停止之后可变气门机构周围温度所产生的温度差(Δt＝t0-t1)。
下一步，实施步骤132，以计算出在内燃机停止之后预测实际作用角所产生的作用角改变量ΔA。ECU28储存有映射图或者算术式(例如y＝ax+b或者其它类似的线性公式)，该映射图或者算术式是表示图11中的温度和实际作用角的关系式。在步骤132中，通过将温度差(Δt＝t0-t1)代入到关系式中，可计算出作用角改变量ΔA。
下一步，实施步骤134，以判断A+ΔA是否大于或者等于起动要求作用角范围的下限值α，以及是否小于或者等于起动要求作用角范围的上限值β。如果在内燃机停止之后，实际作用角改变了ΔA，则能够估计当前实际作用角等于A+ΔA，该值是通过将作用角改变量ΔA加到停止状态作用角A中而计算得出的。更具体地说，实施步骤134，以判断实际作用角A+ΔA是否在起动要求作用角范围之内。
当内燃机停止时，实际作用角通常处于重新起动要求作用角范围之外。而且，在内燃机停止之后所产生的作用角改变量ΔA，不能充分消除实际作用角与起动要求作用角范围的偏差。因此，这时，步骤134的条件通常不能成立。在这种情况下，计算最新的实际作用角A+ΔA与重新起动要求作用角范围的中心值之差，作为修正值ΔVL＝(A+ΔA)-{(α+β)/2}(步骤136)。
下一步，对控制轴12的旋转位置进行调整，以使实际作用角变化修正值ΔVL的量，从而使新的实际作用角等于(A+ΔA-ΔVL)。然后，将所获得的实际作用角(A+ΔA-ΔVL)作为最新的实际作用角A进行储存(步骤138)。而且，如果实现上述调整，则当前检测出的停止阶段温度t1被重新作为新的温度t0进行储存(步骤140)，因此，再次执行步骤124及其后的步骤。
当实施上述处理时，在内燃机自动停止之后，实际作用角A可以迅速变为起动要求作用角范围的中心值。也可以将获得的最后实际作用角作为新的实际作用角A进行储存，并将该发生改变时的温度作为新的温度t0进行储存。
因此，只要节能型车辆或者混合动力型车辆本身的系统未停止，且没有产生内燃机重新起动的要求，就反复实施上述步骤128至140。在这种情况下，实施步骤130，计算出调整控制轴12时的温度t0与当前的停止阶段温度t1之差，作为温度差Δt。而且，实施步骤134，计算出通过调整控制轴12所获得的实际作用角A与在进行该调整之后产生的作用角改变量ΔA之和，作为最新的实际作用角A+ΔA，并且判断所计算出的最新作用角A+ΔA是否在起动要求作用角范围之内。
在调整控制轴12后的瞬间，产生的作用角改变量ΔA不大。因此，最新的实际作用角A+ΔA处于起动要求作用角范围之内。因此，在步骤134中判定条件成立，然后，再次实施步骤124及其后的步骤。在调整控制轴12之后，经过足够的时间，停止阶段温度t1下降，使得最新的实际作用角A+ΔA再次偏离起动要求作用角范围之外。在这种情况下，步骤134的条件不成立，再次调整控制轴12的旋转位置(步骤136至140)。
反复进行上述处理，结果，在内燃机自动停止过程中，实际作用角总是保持在重新起动要求作用角范围之内。因此，根据本实施例的可变气门机构，当内燃机自动停止之后产生重新起动要求时，伴随着良好的响应性，可以良好地重新起动内燃机。在内燃机被要求重新起动之后，根据图12所示的程序，实施步骤126，以判断规定条件是否成立，然后反复进行步骤120及其后的步骤。
如上所述的第四实施例，从优先考虑重新起动的响应性的观点出发，当内燃机停止时，第四实施例假设实际作用角保持在重新起动要求作用角范围之内。但是，本发明并不局限于该假设。例如，当要求重新起动时，实际作用角也可以保持在重新起动要求作用角范围之内。图13表示了相关的处理顺序。当产生起动要求时对实际作用角进行修正，则在内燃机停止之后内燃机温度降低的过程中，实际作用角沿着通过图13中的点A的直线改变。
在上述情况下，如果除了停止状态作用角A和停止状态温度t0之外，还已知重新起动时的温度t1，则重新起动时的实际作用角B可以被确定。如果实际作用角B被确定了，则可以计算出用于将实际作用角B限定在起动要求作用角范围之内的修正值ΔVL。因此，在内燃机停止期间仅反复实施修正值ΔVL的计算处理，在产生重新起动要求时，在开始起动之前，仅对控制轴12进行用于实现其修正值ΔVL的调整，即可获得良好的起动性能。
如果计算修正值ΔVL所需的时间不会显著影响起动响应性，则在内燃机停止期间不需要实施任何处理，在内燃机要求重新起动时，可以依次根据此时的温度t1计算出修正值ΔVL，并对控制轴12进行用于实现修正值ΔVL的控制，之后开始起动。即使采用上述方法，也可以适当的实际作用角重新起动内燃机，并且付与内燃机良好的起动性能。
如上所述的第四实施例，虽然是在节能型车辆、混合动力型车辆等、与具有自动停止/自动起动功能的内燃机组合采用可变气门机构，但是本发明并不局限于此。更具体地说，在内燃机要求起动时、且此时的实际内燃机温度为t1的情况下，本发明提供了适于起动的最佳作用角和升程量。因此，本发明的可变气门机构也有助于改善一般内燃机的起动性能。
在如上所述的第四实施例中，根据本发明上述的第九方式，第一臂部件44和第二臂部件46相当于“调整机构”。而且，根据本发明的第九方式，水温传感器29相当于“温度检测装置”。而且，根据本发明的第九方式，旋转角度传感器22相当于“状态检测传感器”。ECU24，通过在步骤120中检测出实际作用角A和发动机温度t0来实现本发明第九方式的“停止状态特征值检测装置”和“停止状态温度获取装置”。ECU24，通过在步骤128中检测出停止阶段温度t1，来实现本发明第九方式的“停止阶段温度获取装置”。ECU，通过实施步骤138来实现本发明第九方式的“停止阶段修正装置”。
在如上所述的第四实施例中，当内燃机停止之后的瞬间，ECU24通过实施步骤130和132来实现本发明第十方式的“第一特征值改变量计算装置”。
当内燃机停止之后的瞬间，ECU24通过在步骤134计算A+ΔA来实现本发明第十方式的“第一实际特征值计算装置”的功能。ECU24通过实施步骤134，以判断条件(α≤A+ΔA≤β)是否满足，从而实现本发明第十方式的“适用性判断单元”的功能。ECU24通过在步骤138中驱动控制轴来实现本发明第十方式的“控制轴修正装置”的功能。ECU24通过实施步骤138，以计算出A+ΔA-ΔVL作为新的实际作用角A，从而本发明第十方式的“修正后特征值计算装置”的功能。在对控制轴12进行修正后，ECU24通过实施步骤130和132来实现本发明第十方式的“第二特征值改变量计算装置”的功能。在对控制轴12进行修正后，ECU24通过在步骤134中计算A+ΔA来实现本发明第十方式的“第二实际特征值计算装置”的功能。
在如上所述的第四实施例中，根据本发明的上述第十一方式，第一臂部件44和第二臂部件46相当于“调整机构”。而且，根据本发明的上述第十一方式，水温传感器29相当于“温度检测装置”。而且，根据本发明的第十一方式，旋转角度传感器22相当于“状态检测传感器”。ECU24通过在步骤120中检测出发动机温度t0和实际作用角A来实现本发明第十一方式的“停止状态温度获取装置”和“停止状态特征值检测装置”的功能。当产生重新起动要求时ECU24通过检测发动机温度来实现本发明第十一方式的“重新启动要求状态温度获取装置”的功能。在重新起动时的内燃机温度为t1时，ECU24通过计算实际作用角度A+ΔA(见步骤130至134)来实现本发明第十一方式的“非修正重新起动要求状态特征值装置”的功能。ECU通过实施步骤136来实现本发明第十一方式的“修正值计算装置”的功能。ECU通过实施步骤138来实现本发明第十一方式的“重新起动前修正装置”的功能。
权利要求
1.一种可变气门机构，该机构能够改变内燃机的气门体的作用角和/或升程量，所述可变气门机构包含控制轴，对该控制轴的状态进行控制以改变所述作用角和/或升程量；摆臂，该摆臂设置在凸轮和气门体之间，且与凸轮的旋转同步进行摆动，从而将该凸轮的作用力传递给所述气门体；调整机构，该调整机构可以根据所述控制轴的状态改变所述摆臂相对于所述气门体的基本相对角；温度检测装置，该温度检测装置用于检测或者推测所述控制轴和所述凸轮周围的温度；以及温度修正装置，该温度修正装置根据所述温度修正所述控制轴的状态，以便消除该温度的影响。
2.如权利要求1所述的可变气门机构，进一步包含检测所述控制轴状态的传感器；驱动所述控制轴的执行机构；以及根据所述传感器的输出对所述执行机构的控制值进行控制的执行机构控制装置，其中所述温度修正装置根据所述温度修正所述执行机构的控制值。
3.如权利要求2所述的可变气门机构，其中所述温度修正装置根据所述温度修正所述传感器的输出；并且所述执行机构控制装置根据修正后的传感器输出控制所述执行机构的控制值。
4.如权利要求1所述的可变气门机构，进一步包含检测所述控制轴状态的传感器；驱动所述控制轴的执行机构；用来设定所述控制轴的目标状态的目标状态设定装置；以及执行机构控制装置，对所述执行机构进行控制，以使所述传感器的输出与所述控制轴的目标状态相匹配，其中所述温度修正装置根据所述温度修正所述控制轴的目标状态。
5.一种可变气门机构，该机构能够改变内燃机的气门体的作用角和/或升程量，所述可变气门机构包含控制轴，对该控制轴的状态进行控制，以改变所述作用角和/或升程量；摆臂，该摆臂设置在凸轮和气门体之间，且与凸轮的旋转同步进行摆动，从而将凸轮的作用力传递给所述气门体；以及调整机构，该调整机构可以根据所述控制轴的状态改变所述摆臂相对于所述气门体的基本相对角；其中确定所述控制轴和凸轮轴之间的间距的部件和设置在所述控制轴和所述凸轮之间的部件由线性膨胀率相同的材料构成。
6.如权利要求1所述的可变气门机构，其中所述温度修正装置包含状态检测传感器，检测所述控制轴状态；停止状态温度获取装置，在内燃机停止时获取所述周围温度作为停止状态温度；停止状态特征值检测装置，根据所述控制轴的状态，检测出内燃机停止时的作用角和/或升程量作为停止状态特征值；非修正重新起动状态特征值计算装置，根据所述停止状态特征值以及内燃机的重新起动假设温度和所述停止状态温度之间的差别，计算出非修正重新起动状态特征值；计算修正值的修正值计算装置，该修正值用于将所述非修正重新起动状态特征值转换成适合于所述重新起动假设温度作用角和/或升程量；以及起动前修正装置，在内燃机重新起动之前修正所述控制轴的状态，以使作用角和/或升程量根据所述修正值改变。
7.如权利要求6所述的可变气门机构，其中所述起动前修正装置，在内燃机停止时修正所述控制轴的状态，以使作用角和/或升程量根据所述修正值改变。
8.如权利要求6或7所述的可变气门机构，其中所述的重新起动假设温度为内燃机运行温度范围内的最低温度。
9.如权利要求1所述的可变气门控制装置，其中所述温度修正装置包含状态检测传感器，检测所述控制轴状态；停止状态温度获取装置，在内燃机停止时获取所述周围温度作为停止状态温度；停止状态特征值检测装置，根据所述控制轴的状态，检测出内燃机停止时的作用角和/或升程量作为停止状态特征值；停止阶段温度获取装置，在内燃机停止期间获取所述周围温度作为停止阶段温度；停止阶段修正装置，根据所述停止状态温度、所述停止状态特征值和所述停止阶段温度在内燃机停止期间修正所述控制轴的状态，以保持适合于重新起动的作用角和/或升程量。
10.如权利要求9所述的可变气门机构，其中所述停止阶段修正装置包括第一特征值改变量计算装置，根据所述停止状态温度和所述停止阶段温度计算出第一特征值改变量；第一实际特征值计算装置，计算出所述停止状态特征值和所述第一特征值改变量之和作为一实际特征值；适合性判断装置，判断所计算出的实际特征值是否适合重新起动；控制轴修正装置，当实际特征值被判断为不适合重新起动时，该控制轴修正装置修正所述控制轴的状态，使得实际特征值适合于重新起动；修正后特征值计算装置，计算出通过修正所述控制轴所获得的修正后特征值；第二特征值改变量计算装置，根据在对所述控制轴进行修正之后所述停止阶段温度所发生的改变，计算出第二特征值改变量；以及第二实际特征值计算装置，计算出所述修正后特征值和所述第二特征值改变量之和作为实际特征值。
11.如权利要求1所述的可变气门机构，其中所述温度修正装置包含状态检测传感器，检测所述控制轴状态；停止状态温度获取装置，获取内燃机停止时的所述周围温度作为停止状态温度；停止状态特征值检测装置，根据所述控制轴的状态，检测出内燃机停止时的作用角和/或升程量作为停止状态特征值；重新起动要求状态温度获取装置，获取要求内燃机重新起动时的所述周围温度作为重新起动要求状态温度；非修正重新起动要求状态特征值计算装置，根据所述停止状态特征值以及所述重新起动要求状态温度和所述停止状态温度之差，计算出非修正重新起动要求状态特征值；计算修正值的修正值计算装置，该修正值用于将所述非修正重新起动要求状态特征值转换成适合于重新起动的特征值；以及重新起动前修正装置，在内燃机重新起动之前修正所述控制轴的状态，使得作用角和/或升程量根据所述修正值改变。
12.如权利要求9至11中任一项所述的可变气门机构，其中所述内燃机能够自动停止和起动，而不需要操作者的介入。
全文摘要
提供一第一臂部件和第二臂部件。第一臂部件设置在凸轮和气门体之间，以与凸轮的旋转同步摆动。第二臂部件根据控制轴的旋转角度改变第一臂部件的角度。检测控制轴和凸轮周围的温度。对控制轴的旋转角度进行修正，以避免受到检测出的温度的影响。
文档编号F02D13/02GK1894488SQ200480037300
公开日2007年1月10日 申请日期2004年12月8日 优先权日2003年12月18日
发明者浅田俊昭, 江崎修一, 立野学 申请人:丰田自动车株式会社