专利名称：用于内燃机的可变气门操作控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及用于具有可变气门正时机构的内燃机的可变气门操作控制装置及其控制方法。
背景技术：
在日本待审专利公报2000-087769中，披露了一种可变气门操作控制装置，它具有用来改变凸轮轴相对于内燃机的曲轴的转动相位的可变气门正时机构、和用来改变发动机气门的升程的可变气门升程机构。
在现有技术中，根据在曲轴的基准转动位置处的检测信号和在凸轮轴的基准转动位置处的检测信号之间的间隔来检测通过可变气门正时机构所调节的转动相位。
然后，根据基于该间隔检测出的转动相位对上述可变气门正时机构进行反馈控制。
因此，存在这样一个问题，即，在检测这些基准转动位置的传感器出故障时不能对转动相位进行反馈控制。
另外，在其中根据这些基准转动位置的检测信号来检测转动相位的结构中，在每个恒定曲柄角处检测出转动相位。
因此，如果由于在发动机转速较低时而导致转动相位更新时间较长，则在更新间隔期间在转动相位的检测值和实际值之间产生出较大的偏差。
例如，在改变进气门的升程的同时，通过可变气门正时机构使进气门的工作角度的中心相位改变，这时，空气量相对于中心相位增加和减小的变化在低升程时变得较大。
因此，在转动相位正在沿着延迟方向变化时，由于在更新转动相位中的延迟而检测出在比实际角度更提前的一侧的转动相位，这时，要将转动相位控制成在延迟侧超出。然后，如果在延迟时过大地设定转动相位，则气缸进气量会增大超过所要求的进气量。
而且，当使得发动机气门的工作角度/升程可变时，可以防止在活塞和发动机气门之间的干涉的最大工作角度/最大升程根据工作角度的中心相位而不同。
因此，当在检测中心相位中出现延迟时，最大工作角度/最大升程被错误地设定，因此恐怕会出现这样的情况，即可能将该机构控制成活塞和发动机气门会相互干涉的工作角度/升程。
发明内容
本发明的目的在于能够控制发动机气门的开度特性，以便即使在更新基于基准转动位置检测出的转动相位中出现传感器故障或延迟的情况下，也能够使发动机气门的开度是安全的。
为了实现上述目的，在本发明中，根据在曲轴的基准转动位置和凸轮轴的基准转动位置之间的间隔来检测发动机气门的工作角度的中心相位，另一方面，在比这些基准转动位置之间的时间间隔更短的时间间隔内检测发动机气门的工作角度的中心相位，并且根据预定的规则，来选择出在每隔基准转动位置处检测出的中心相位的最新数值和在比基准转动位置之间的时间间隔更短的时间间隔内检测出的中心相位的最新数值中的一个，并且根据所选的中心相位来操作发动机气门的开度特性。
从下面的说明并且参照附图将了解本发明的其它目的和特征。
图1为在本发明实施例中的内燃机的系统图。
图2为一剖视图(沿着在图3中的A-A剖开)，显示出在该实施例中的可变气门作用和升程机构。
图3为该可变气门作用和升程机构的侧视图。
图4为该可变气门作用和升程机构的平面图。
图5为一立体图，显示出用于该可变气门作用和升程机构的偏心凸轮。
图6为一剖视图(沿着在图3中的B-B剖开的)，显示出该可变气门作用和升程机构的低升程状态。
图7为一剖视图(沿着在图3中的B-B剖开的)，显示出该可变气门作用和升程机构的高升程状态。
图8为在可变气门作用和升程机构中的升程的特性图。
图9为一特性图，显示出在可变气门作用和升程机构中的工作角度和升程之间的关系。
图10为一立体图，显示出在该可变气门作用和升程机构中的控制轴的驱动机构。
图11为一时间图，显示出在该实施例中的曲柄角度传感器和凸轮传感器的输出信号。
图12为一剖视图，显示出在该实施例中的可变气门正时控制机构。
图13为一示意图，显示出处于最大延迟状态中的可变气门正时控制机构。
图14为一示意图，显示出处于最大提前状态中的可变气门正时控制机构。
图15为一示意图，显示出处于中间提前状态中的可变气门正时控制机构。
图16为一示意图，显示出将螺旋弹簧装在该可变气门正时控制机构中的状态。
图17为一曲线图，显示出在该可变气门正时控制机构中的磁滞材料的磁通密度的变化特征。
图18为一示意图，显示出在该可变气门正时控制机构中的磁滞制动器。
图19为一示意图，显示出在磁滞制动器中的磁场方向。
图20为一分解立体图，显示出在该可变气门正时控制机构中的相对位移检测装置。
图21为将图20放大的各个元件。
图22为一示意图，显示出在相对位移检测装置中的磁性特征。
图23为一流程图，显示出在可变气门正时控制机构中的反馈控制。
图24为一流程图，显示出用于根据对曲轴和凸轮轴的基准转动位置的检测来检测转动相位的过程。
图25为一流程图，显示出用于限制在该可变气门正时控制机构中的相位控制角度的过程。
图26为一示意图，显示出该实施例中第二凸轮传感器的结构。
图27为一曲线图，在该实施例中的间隙传感器的输出特性。
图28为一曲线图，显示出在凸轮轴的角度和间隙传感器的输出之间的相互关系。
图29为一流程图，显示出用于根据曲轴和凸轮轴的角度检测来检测转动相位的过程。
具体实施例方式
图1为在本发明实施例中的汽车发动机的系统框图。
在图1中电子控制节气门104设置在内燃机101的进气管102处。
电子控制节气门104是通过节气门马达103a来控制打开和关闭节气门103b的装置。
然后通过电子控制节气门104和进气门105将空气抽进发动机101的燃烧室106中。
发动机101的废气通过排气门107从燃烧室106排出，之后通过前催化转化器108和后催化转化器109净化该废气，并将它排放到大气中。
控制排气门107打开和关闭，以便通过由排气侧凸轮轴110所枢轴支撑的凸轮111保持给定的升程，工作角度以及气门正时。
另一方面，在进气门105侧设置一可变气门作用和升程(VEL)机构112，用来顺序改变进气门105的升程以及工作角度。
另外，在进气门105侧设有一可变气门正时控制(VTC)机构113，它通过改变位于进气侧的凸轮轴相对于曲轴120的转动相位而顺序改变进气阀105的工作角度的中心相位。
其中内置有微型计算机的发动机控制单元(ECU)114控制VEL机构112和VTC机构113，从而获得与所需的转矩相对应的所需进气量，所需的气缸残留气体比例等，另一方面，控制电子控制节气门104，从而获得所需的吸入压力。
将来自用来检测内燃机101的进气量的气流计115、用来检测油门开度的油门踏板传感器116、用来从曲轴120提取出每个单位曲柄角的单位角度信号POS的曲柄角传感器117、用于检测节气门103b开度TVO的节气门传感器118、用来检测内燃机101中的冷却水温度的水温传感器119、以及用来从凸轮轴提取凸轮信号CAM的凸轮传感器132的检测信号输入给ECU114。
这里，曲柄角传感器117检测相对于旋转体旋转每隔10°曲柄角设置从而与曲轴120成一体的所要检测的部分，并据此，如图11所示，曲柄角传感器117每隔10°曲柄角度输出一个单位角度信号POS。但是曲柄角传感器117如此构成，从而因为在间隔180°曲柄角的两个点处连续省去了所要检测的部分的两个点，所以不会连续输出这些单位角度信号POS两次。
要指出的是，在本发明中180°曲柄角对应于在四缸发动机中的气缸之间的冲程相位差。
于是，根据单位角度信号POS的输出周期等来检测出在单位角度信号POS短时间中断的部分，并且例如根据在单位角度信号POS中断之后第一次输出的单位角度信号POS来检测出曲轴120的基准转动位置。
ECU114通过计算在检测到基准转动位置之间的周期或在每隔预定时间产生出单位角度信号POS的次数来计算出发动机转速。
要指出的是，它可以是这样一种结构，其中曲柄角传感器117没有任何忽略地分开输出在曲轴120的每个基准转动位置(每180°角度)处的基准角度信号REF和单位角度信号POS。
另外，凸轮传感器132通过检测在旋转体旋转时设置成与凸轮轴成一体的所要检测部分来输出凸轮信号CAM，该凸轮信号CAM通过每隔与如图11所示的180°曲柄角对应的90°凸轮角的脉冲数来表示气缸数(第一至第四气缸)。
进气口130位于每个气缸中的进气门105上游侧，在进气口130处设有电磁燃油喷射阀131。
将燃油喷射阀131控制成通过来自ECU114的喷射脉冲信号来打开该阀门，并且喷射出其量与喷射脉冲信号的喷射脉冲宽度成比例的燃油。
图2至图4详细显示出VEL机构112的结构。
在图2至4中所示的VEL机构112具有一对进气门105和105、被支撑为可在气缸盖11的凸轮轴承14的作用下自由枢转的中空凸轮轴13(驱动轴)、作为由凸轮轴13枢轴支撑的旋转凸轮的两个偏心凸轮15和15(驱动凸轮)、被支撑为可以在凸轮轴13上方的位置处在相同凸轮轴承14的作用下自由枢转的控制轴16、一对被支撑为可以在控制轴16的作用下通过控制凸轮17自由摇摆的摇臂18和18、以及一对通过气门挺杆19和19设置在相应进气门105和105的顶端部分处的分开的摇臂凸轮20和20。
偏心凸轮15和15以及摇臂18和18通过连杆臂25和25相互连接，并且摇臂18和18以及摇臂凸轮20和20通过连杆构件26和26相互连接。
上述摇臂18和18、连杆臂25和25以及连杆构件26和26构成一传动机构。
如图5所示，偏心凸轮15形成为基本上环形，并且由一小直径凸轮主体15a和凸缘部分15b形成，该凸缘部分15b设置成与凸轮主体15a的外端表面成一体，并且凸轮轴通孔15c形成为沿着内部轴向方向穿过，并且凸轮主体15a的轴线X与凸轮轴13的轴线Y偏离预定量。
另外，偏心凸轮15通过凸轮轴通孔15c相对于凸轮轴13固定成压配在不会与气门挺杆19干涉的两个外侧。
如图4所示，摇臂18形成为成基本上曲柄状并被盘绕，并且在其中央处的基底部分18a由控制凸轮17支撑为可以自由枢转。
与连杆臂25的顶端部分连接的销21压配在销孔18d中，该销孔18d形成为穿过设置成在基底部分18a的外端部分处伸出的一个端部18b，并且另一方面，将在后面所述的与每个连杆构件26的一个端部26a连接的销28压配到销孔18a中，该销孔18a形成在设置成在基底部分18a的内端部分处伸出的另一个端部18c处。
控制凸轮17形成为圆柱形状，并且固定在控制轴16的外周上，且如图2所示，固定在轴线P1的位置与控制轴16的轴线P2偏离α的位置。
如图2、图6和图7中所示，摇臂凸轮20基本上为水平U形，并且轴承孔22a形成为穿过基本上为环形的基底端部22，凸轮轴13通过装配可自由枢转地支撑在该轴承孔22a中，并且销孔23a形成为穿过设在摇臂18的另一个端部18c处的端部23。
另外，在基底端部22侧的基本圆形表面24a和从基本圆形表面24a成圆弧形延伸至端部23边缘侧的凸轮面24b形成在摇臂凸轮20的底面处，并且基本圆形表面24a和凸轮面24b构成为根据摇臂凸轮20的摆动位置接触在每个气门挺杆19的顶面上的预定位置。
也就是说，从在图8中所示的升程特征的角度看，在基本圆形表面24a上的预定角度范围θ1设定为如图2所示的基圆区域，并且从基圆区域θ1到在凸轮面24b上的预定角度范围θ2的区域设定为所谓的斜面区域，而且从斜面区域θ2到在凸轮面24b上的预定角度范围θ3的区域设定为升程区域。
另外，连杆臂25具有环形基底部分25a和伸出端部25b(该伸出端部25b设置成在基底部分25a的外周表面上的预定位置处伸出)，并且装配有可自由枢转的偏心凸轮15的凸轮主体15a的外周面中的装配孔25c形成在基底部分25a的中心位置处，并且销孔25d形成为穿过伸出端部25b，销21可自由枢转地插入到该销孔25d中。
而且，连杆构件26形成为具有预定长度的笔直形状，并且销通孔26c和26d形成为穿过两个圆形端部26a和26b，相应销28和29的端部和摇臂凸轮20的端部23可自由转动地插入到销通孔26a和26d中，销28和29已经压配进摇臂18的另一个端部18c的相应销孔18d和23a中。
要指出的是，用来调节连杆臂25和连杆构件26沿着轴向方向运动的卡环30、31和32设置在相应销21、28和29的一个端部上。
在上述结构中，如图6和图7所示，升程根据控制轴16的轴线P2和控制凸轮17的轴线P1之间的位置关系变化，并且通过控制控制轴16转动来改变控制轴16的轴线P2相对于控制凸轮17的轴线P1的位置。
根据如图10所示的结构，通过DC伺服马达(促动器)121控制控制轴16在由止动件所限定的预定转动角度范围内转动，并且由于促动器121所改变的控制轴16的角度，使进气门105的升程和工作角度在由止动件所限定的在最大升程和最小升程之间的范围内连续改变(参照图9)。
在图10中，DC伺服马达121如此设置，从而使其旋转轴与控制轴16平行，并且伞齿轮122枢轴支撑在旋转轴的顶端处。
另一方面，一对支杆123a和123b固定在控制轴16的顶端上，并且螺母124围绕一轴可摆动地被支撑，该轴平行于与该对支杆123a和123b的顶端部分连接的控制轴16。
与伞齿轮122啮合的伞齿轮126枢轴支撑在与上述螺母124啮合的螺纹杆125的顶端处，并且通过DC伺服马达121的转动使该螺纹杆125转动，并且使与螺纹杆125啮合的螺母124的位置沿着螺纹杆125的轴线方向移动，因此使控制轴16转动。
这里，使螺母124的位置靠近伞齿轮126的方向为使气门升程减小的方向，并且反之，使螺母124的位置远离伞齿轮126的方向为使气门升程变大的方向。
如图10所示，用来检测控制轴16的角度的电位计系统角度传感器127设在控制轴16的项端处，并且ECU114反馈控制着DC伺服马达121，从而使由角度传感器127检测到的实际角度与目标角度一致(与目标升程对应的数值)。
接下来将参照图12至图22对VTC机构113的结构进行说明。
如图12所示，VTC机构113具有正时链轮502，它可相对转动地装配到凸轮轴13的前端部分中并且通过正时链条(未示出)与曲轴120连接；装配角度改变装置504，用来改变在正时链轮502和凸轮轴13之间的装配角度；操作力提供装置505，用来驱动装配角度改变装置504；相对位移检测装置506，用来检测凸轮轴13相对于正时链轮502的相对转动位移角度；以及VTC罩532，它罩着装配角度改变装置504和相对位移检测装置506的前表面，并且安装在气缸盖的气缸盖罩上。
从动轴构件507通过凸轮销510固定在凸轮轴13的端部上。
凸缘507a与从动轴构件507成一体地设置。
正时链轮502由形成有与正时链条啮合的齿轮部分503的大直径圆柱部分502a、小直径圆柱部分502b、和连接在圆柱部分502a和圆柱部分502b之间的圆盘部分502c构成。
圆柱部分502b装配成可以通过球轴承530相对于从动轴构件507的凸缘507a转动。
如图13至图15所示，三个沟槽508成放射图案沿着正时链轮502的径向方向形成在位于圆盘部分502c的圆柱部分502b侧的表面处。
另外，沿着径向方向成放射图案伸出的三个伸出部分509形成为与从动轴构件507的凸缘部分507a的凸轮轴1侧端表面成一体。
三个连杆511的底端分别与相应伸出部分509连接，从而可以通过销512转动。
可自由摆动地与相应沟槽508接合的圆柱凸耳513形成为与相应连杆511的顶端成一体。
因为各个连杆511在其中相应凸耳513与相应沟槽508接合的状态下通过销512与从动轴构件507连接，所以当连杆511的顶端侧面由于受到外力而沿着沟槽508移动时，正时链轮502和从动轴构件507在相应连杆511的作用下相对转动。
另外，向凸轮轴13侧打开的容纳孔514形成在相应连杆511的凸耳513处。
将在后面所述的与螺旋槽515接合的接合销516和使接合销516抵靠在螺旋槽515上的螺旋弹簧517容纳在容纳孔514中。
另一方面，盘式中间旋转体518通过轴承529可自由枢转地支撑在从动轴构件507处，该从动轴构件507比伸出部分509更远地位于凸轮轴1侧。
螺旋槽515形成在位于中间旋转体518的伸出部分509侧的端面处，并且在相应连杆511的顶端处的接合销516与螺旋槽515接合。
螺旋槽515形成为其直径沿着正时链轮502的旋转方向逐渐减小。
因此，当中间旋转体518在其中相应接合销516与螺旋槽515接合的状态中相对于正时链轮502沿着延迟方向相对移位时，相应连杆511的顶端部分通过在被沟槽508引导同时被螺旋槽515引导，从而沿着径向方向朝着内侧运动。
相反，当中间旋转体518相对于正时链轮502沿着提前方向相对移位时，相应连杆511的顶端部分沿着径向方向朝着外侧运动。
装配角度改变装置504由正时链轮502的沟槽508、连杆511、凸耳513、接合销516、中间旋转体518、螺旋槽515等构成。
当从操作力提供装置505向中间旋转体518输入用于转动的操作力时，连杆511的顶端沿着径向方向移动，并且位移通过连杆511转变成转动力，这改变了在正时链轮502和从动轴构件507之间的相对位移角度。
操作力提供装置505具有螺旋弹簧519和磁滞制动器520，该螺旋弹簧519沿着正时链轮502的旋转方向推压中间旋转体518，该磁滞制动器520产生使中间旋转体518沿着与正时链轮502的转动方向相反的方向转动的制动力。
这里，ECU114根据内燃机101的操作状态控制磁滞制动器520的制动力，并且据此，可以使中间旋转体518相对于正时链轮502相对转动至使得螺旋弹簧519的推压力和磁滞制动器520的制动力平衡的位置。
如图16所示，螺旋弹簧519设置在正时链轮502的圆柱部分502a中，并且外圆周端部519a与圆柱部分502a的内周边接合，并且内周边端部519b与中间旋转体518的基底部分518a的接合槽518b接合。
磁滞制动器520具有一磁滞环523、用作磁场控制装置的电磁线圈524、和用于感应产生电磁线圈524的磁性的线圈磁轭525。
磁滞环523通过紧固板522和设置成与紧固板522的后端表面成一体的凸起522a安装在中间旋转体518的后端部分上。
根据发动机的工作状态并通过ECU114来控制给电磁线圈524通电(励磁电流)。
磁滞环523由圆盘形基底部分523a和圆柱部分523b构成，该圆柱部分523b通过螺钉523c与基底部分523a的外周边侧连接。
它如此构成，从而由于相应凸起522a压配到设在沿着周向均匀间隔开的位置处的衬套521中，而使得基底部分523a与紧固板522连接。
另外，磁滞环523由具有以下特性的材料形成，即磁通相对于外部磁场变化具有一相位延迟地变化(参照图17)，并且圆柱部分523b接收由线圈磁轭525产生出的制动作用。
线圈磁轭525形成为包围着电磁线圈524，并且其外周表面固定在图外的气缸盖上。
另外，线圈磁轭525的内周侧面通过滚针轴承528可自由枢转地支撑着凸轮轴13，并且磁滞环523的基底部分523a侧由滚珠轴承531可自由枢转地支撑。
然后，在线圈磁轭525的中间旋转体518侧形成有通过环形间隙彼此面对的一对面对表面526和527。
如图18所示，构成磁场产生单元的多个凸形部分526a和527a沿着周向以均匀的间隔形成在这些面对表面526和527处。
在一个面对表面526上的凸形部分526a和在另一个面对表面527上的凸形部分527a沿着周向交替地设置，并且这些面对表面526和527的相邻凸形部分526a和527a沿着周向完全偏移。
因此，通过电磁线圈524的激励在面对表面526和527的彼此相邻的凸形部分526a和527a之间产生出在沿着周向偏转的磁场(参照图19)。
在非接触的状态下，将磁滞环523的圆柱部分523a设置在两个面对表面526和527之间的间隙中。
当使磁滞环523在位于面对表面526和527之间的磁场中移动时，由于在磁通方向和磁滞环523内的磁场方向之间的分散而产生出制动力。
使该制动力的数值与磁场强度，即电磁线圈524的励磁电流的大小基本上成正比，而与在面对表面526和527和磁滞环523之间的相对速度无关。
如图12、图20和图21所示，相对位移检测装置506由设在从动轴构件507侧的磁场产生机构和设在VTC罩532侧的传感器机构构成，该VTC罩532侧作为固定单元侧并且用来检测来自磁场产生机构的磁场变化。
磁场产生机构具有由固定在凸缘507a的前端侧的非磁性材料形成的磁体底座533、容纳在形成于磁体底座533的顶端部分处的沟槽533a中并且由销533c固定的永磁体534、固定在正时链轮502的圆柱部分502b的顶端边缘处的传感器底座535、以及通过圆柱磁轭支架536固定在传感器底座535的前端表面处的第一磁轭构件537和第二磁轭构件538。
要指出的是，防止污垢等进入传感器机构的密封构件551设在磁体底座533的外周表面和传感器底座535的内周表面之间。
如图20所示，磁体底座533具有一组形成有沟槽533a的伸出壁533b和533b，沟槽533a的顶部和底部敞开，并且永磁体534容纳在两个伸出壁533b和533b之间。
永磁体534沿着细长沟槽533a的方向形成为长椭圆形形状，并且顶端部分的中央和底端部分的中央分别设置为北极和南极中央。
如图20和图21中所示，第一磁轭构件537由固定在传感器底座535上的板状底座部分537a、设置成与底座部分537a的内圆周边缘成一体的扇形磁轭部分537b、和设置成与扇形磁轭部分537b的枢轴部分成一体的圆柱中央磁轭部分537c构成。
中央磁轭部分537c的后端表面设置在永磁体534的前表面处。
第二磁轭构件538由固定在传感器底座535上的板状底座部分538a、设置成与底座部分538a的上端边缘成一体的板形圆弧磁轭部分538b、和设置成以相同的曲率与圆弧形磁轭部分538b的后端部分成一体的环形磁轭部分538c构成。
环形磁轭部分538c设置成包围着将在后面所述的第四磁轭构件542的外周侧。
传感器机构具有环形元件支架540、用作整流磁轭的第三磁轭构件541、用作整流磁轭的瓶状圆柱第四磁轭构件542、合成树脂保护帽543、保护构件544和霍耳元件545。
元件支架540设在VTC罩532内侧，并且通过位于内周侧的滚珠轴承539可自由转动地支撑磁轭支架536的前端部分。
第三磁轭构件541设置成通过气隙G面对着第一磁轭构件537的中央磁轭部分537c。
第四磁轭构件542通过螺栓固定在元件支架540的内圆周上。
保护帽543固定在第四磁轭构件542的圆柱部分的内周表面上，并且支撑着第三磁轭构件541。
保护构件544装配到圆柱凸起542的外圆周上，该圆柱凸起542设置成与第四磁轭构件542的底壁中央成一体。
霍耳元件545保持在第三磁轭构件541和第四磁轭构件542的凸起542c之间，并且从霍耳元件545中引出一导线545a。
如图20所示，在元件支架540处沿着周向以均匀的间隔一体地设有三个伸出部分540a，从而将销546的端部分别固定成压配到固定孔中，该固定孔通过将相应的伸出部分540a钻孔而形成。
另外，在VTC罩532的内侧沿着周向以均匀的间隔形成有三个孔532a，并且将橡胶衬套547分别固定在孔532a的内侧上。
销546的另一个端部在插入到在橡胶衬套547中央处的这些孔中，由此将元件支架540支撑在VTC罩532上。
另外，如图12所示，滚珠轴承539的外座圈固定成压配到元件支架540中。
另外，由于设在VTC罩532的内表面和第四磁轭构件542之间的螺旋弹簧549的弹簧力，滚珠轴承539的外座圈被沿着凸轮轴13的方向施力，由此进行沿着轴向方向的定位，并且防止产生松动。
要指出的是，用来堵住在相应保持孔506a的外侧的开口的止动件主体548拧在VTC罩532上。
第三磁轭构件541形成为圆盘形式，并且设置成以具有预定宽度(大约1mm)的气隙G从轴向方向面对着第一磁轭构件537的中央磁轭构件537c。
另外，在第二磁轭构件538的环形磁轭部分538c的内周表面和第四磁轭构件542的圆柱部分542b的外周表面之间形成有一气隙G1。
第四磁轭构件542具有固定在元件支架540上的圆盘式底座部分542a、设置成与底座部分542a的霍耳元件545的侧端表面成一体的小直径圆柱部分542b以及设在由圆柱部分542b包围的底壁处的凸起542c。
凸起542c与永磁体534、第一磁轭构件537的中央磁轭构件537c和第三磁轭构件541同轴设置。
霍耳元件545的导线545a与ECU114连接。
根据具有上述结构的VTC机构113，在发动机停止的时期内，由于磁滞制动器520的电磁线圈524被断电，所以使中间旋转体518在储能弹簧519(见图13)的力的作用下相对于正时链轮502沿着发动机转动的方向以最大速度转动，并且使进气门105的工作角度的中心相位保持在最大延迟侧。
然后，使发动机从该状态开始驱动，并且当磁滞制动器520的电磁线圈524根据改变中心相位使其处于提前侧的请求而退出时，抵抗螺旋弹簧519的力的制动力施加在中间旋转体518上。
由此，中间旋转体518沿着与正时链轮502相反的方向转动，并且由此在连杆511的顶端处的接合销516被引导至螺旋槽515，并且连杆511的顶端部分沿着径向方向沿着沟槽508向内移动。
然后，如图14和图15中所示，由于连杆511的作用而使在正时链轮502和从动轴构件507之间的装配角度改变至处于提前侧，并且根据电磁线圈524的励磁电流的大小来控制将要处于提前侧的变化。
要指出的是，图14显示出在最大提前处的状态，并且图15显示出在中间提前处的状态。
通过相对位移检测装置506如下检测相对位移角度。
改变在凸轮轴13和正时链轮502之间的相对转动相位，并且当使相对位移检测装置506的永磁体534如图22所示例如转动θ角度时，从北极中央P输出的磁场Z传递给第一磁轭构件537的扇形磁轭部分537b，并且传递给中央磁轭构件537c，而且磁场Z借助气隙G通过第三磁轭构件541传递给霍耳元件545。
已经传递给霍耳元件545的磁场Z借助第四磁轭构件542的凸起542c从霍耳元件545传递给圆柱部分542b，并且进一步通过气隙G1传递给第二磁轭构件538的环形磁轭部分538c，并且返回到永磁体534的南极。
然后，因为磁场Z的磁通密度由于永磁体534的转动角度θ顺序变化而顺序变化，所以通过霍耳元件545检测到在磁通密度中的顺序变化，并且将在其电压中的变化输出给ECU114。
在ECU114处，通过根据从霍耳元件545通过导线545a输出的顺序检测信号(在电压中的变化)进行计算，从而找出凸轮轴13相对于曲轴120的相对转动位移角度(转动相位的提前值)。
另外，ECU114计算出在VTC机构113中的转动相位的提前目标，并且反馈控制电磁线圈524的励磁电流以便使实际转动相位与提前目标一致。
图23的流程图显示出由ECU114对VTC机构113进行反馈控制的主要程序。
首先，在步骤S31处，读出作为凸轮轴13相对于曲轴120的转动相位的提前目标的目标VTC角度TGVTC。
在步骤S32处，读出根据从曲轴120的基准转动位置到凸轮轴13的基准转动位置的角度检测出的转动相位的提前值REVTCref。
通过统计出在以下角度处的单位角度信号POS，来进行根据基准转动位置对转动相位的检测，该角度从曲轴120的基准转动位置到从凸轮传感器132输出凸轮信号CAM(在每180°曲柄角处的先头信号)的位置，该曲轴120的基准转动位置是通过检测忽略了来自曲柄角传感器117的单位角度信号POS的位置而检测出来的。
更具体地说，使计数器统计每次单位角度信号POS的产生，并且另一方面，使计数器在曲轴120的基准转动位置处重置为零，并且在图24的流程图中步骤S11(其中于每次输出凸轮信号CAM(在每个180°曲柄角处的头信号)时执行中断的)处，通过判断该时刻在计数器中的数值来检测出转动相位。
上述功能对应于本实施例的第一检测装置。
因此，在每次从凸轮传感器132输出凸轮信号CAM时，(每隔180°曲柄角)将基于基准转动位置的转动相位的检测数值更新，并且在步骤S32处，读出已经在产生出最后凸轮信号CAM时更新的数值。
在步骤S33处，读出根据来自霍耳元件545(第二检测装置)的检测信号计算出的提前值REVTCnow。
因为在步骤S32处读取的转动相位的提前值REVTCref每隔恒定的曲柄角被更新，所以在这样的情况(其中由于发动机转速较低而使更新周期较长)中，时间在从最后更新时刻到执行主要程序时刻的期间内流逝，并且当改变转动相位时，相对于实际转动相位出现误差。
另一方面，因为在步骤S33读取的提前值REVTCnow是根据在该时刻来自霍耳元件545的检测信号确定的，所以提前值REVTCnow表示在该时刻的转动相位。
在步骤S34处，将已经在步骤S32处读出的提前值REVTCref和已经在步骤S33处读出的提前值REVTCnow相互比较，并且选择更小的一个，换句话说，更延迟的数值。
然后，在步骤S35处，根据在步骤S34处选择的转动相位的提前值和在该时刻的目标提前值TGVTC之间的差值来计算出VTC机构113的反馈控制量(电磁线圈524的励磁电流值)。
在步骤S36处，根据反馈控制量输出用于控制励磁电流的负载信号。
在当前实施例中，其中通过用VEL机构112调节进气门105的升程并且用VTC机构113调节工作角度的中心相位来控制气缸进气量，中心相位的延迟侧为进一步增加空气量的方向。
因此，选择在提前值REVTCref和提前值REVTCnow之间更延迟的数值意味着确定在这时的中心相位更加延迟，并且将该中心相位控制成比其中选择在提前侧的数值的情况更加提前，并且将中心相位控制成处于降低进气量的一侧。
在当前实施例中，在其中通过用VEL机构112调节进气门105的升程来控制发动机的进气量的结构的情况下，因为在低气门升程处使得空气量的变化相对于中心相位变化较大，所以当在延迟控制期间根据与实际值相比更加提前的检测结果来控制转动相位时，进气门的工作角度的中央过度地设置在延迟侧，因此气缸进气量可能增大超过所需量。
相反，如上所述，假设选择在提前值REVTCref和提前值REVTCnow之间更延迟的数值，则当在延迟控制期间在更新提前值REVTCref中出现延迟时，可以根据离实际值更近的提前值REVTCnow来控制VTC机构113，并且防止进气量由于过度延迟控制而增大超过所需量。
而且，即使在由于传感器故障而使提前值REVTCref和提前值REVTCnow中的一个为与实际值大大不同的数值时，至少也可以通过选择在更延迟的数值进行反馈控制来抑制转动相位过度设置在延迟处。
因此，由于选择了在提前值REVTCref和提前值REVTCnow之间更延迟的数值，所以控制发动机输出进一步降低，并且控制进气门105的工作角度的中心相位处于更安全的一侧。
另一方面，在由VEL机构112进行的升程/工作角度控制中，因为升程/工作角度的限制值根据在该时刻的工作角度的中心变化，所以ECU114通过在图25的流程图中所示的主要程序来设置限制值，并且限制了VEL机构112的操作。
在图25的流程图中，在步骤S41处，读出在VEL机构112中的控制轴16的目标角度TGVELO。
在步骤S42处，按照与在步骤S32处相同的方式，读出对于每个来自凸轮传感器132的凸轮信号CAM检测/更新的转动相位的提前值REVTCref的最新数值。
在步骤S43处，按照与在步骤S33处相同的方式，读出根据来自霍耳元件545(第二检测装置)的检测信号计算出提前值REVTCnow。
然后，在步骤S44处，将在步骤S42处读出的提前值REVTCref和在步骤S43处读出的提前值REVTCnow进行比较，选择比另一个值更大的数值，换句话说在提前侧更远的数值。
在步骤S45处，根据在步骤S44处选择的转动相位的提前值来计算出角度限制。
该角度限制设置在这样的角度处，从而可以根据在步骤S44处选择的转动相位的提前值来确定可以避免在活塞和进气门105之间出现干涉的进气门105的最大工作角度或最大升程，并且将最大工作角度或最大升程转变成VEL机构112的控制轴16的角度。
在步骤S46处，将目标角度TGVELO限制为不会超过角度限制，并且设定最终目标角度TGVEL。
为了在相同的工作角度/升程的状态对这些情况进行比较，进气门105的工作角度的中心相位越提前设置，则在上止点处在活塞和进气门105之间的距离越短。
因此，假设根据在提前值REVTCref和提前值REVTCnow之间处于提前侧更远处的数值来设定角度限制，则目标角度TGVEL被限制以便确保在上止点处的活塞和进气门105之间的距离更长，这可以正确地避免在活塞和进气门105之间的干涉。
据此，可以避免将工作角度/升程控制成在过渡地改变转动相位时或在传感器出故障时在活塞和进气门105之间产生干涉的工作角度/升程。
在当前实施例中，霍耳元件545用来检测由于永磁体534的转动角度变化而导致的磁通密度变化，并用作检测提前值REVTCnow的第二检测装置。但是，由于代替霍耳元件545设置了在图26中所示的第二凸轮传感器133，并且通过组合第二凸轮传感器133和曲柄角传感器117，所以可以构成能够在任意时刻检测进气门105的中心相位的第二检测装置。
如图26所示，第二凸轮传感器133如此形成，从而与凸轮轴13一体地转动的旋转体133a的半径沿着周向连续变化，并且如图27所示，固定成面对着旋转体133a的周边的间隙传感器133b的输出构成为这样，即，由于在间隙传感器133b和旋转体133a的周边之间的距离随着凸轮轴的转动而变化而连续变化。
这里，如图28中所示，因为在凸轮轴的角度位置和间隙之间的关系是恒定的，所以间隙传感器133b的输出和凸轮轴的角度位置具有恒定的相互关系，并且可以根据间隙传感器133b的输出来检测出凸轮轴的角度位置。
这里假设间隙传感器133b的输出为凸轮角信号CAMA。
通过统计出来自曲轴120的基准转动位置的单位角度信号POS的产生次数而检测出曲轴120的角度位置，并根据来自第二凸轮传感器133的凸轮角度信号CAMA检测出凸轮轴13的角度位置，所述曲轴120的基准转动位置是通过检测忽略了来自曲柄角传感器117的单位角度信号POS的位置而检测出来的。
假设一直统计来自凸轮轴120的基准转动位置的单位角度信号POS的产生次数，则可以在任意时刻以10°的最小单位确定出曲轴120的角度位置，并且可以通过从第二凸轮传感器133读取凸轮角度信号CAMA(间隙传感器133b的输出)来在任意时刻确定凸轮轴13的角度位置。
然后，在其中每隔预定微时间(例如，10ms)进行中断的图29的流程图中的步骤S21处，根据在该时刻的曲轴120的角度位置和凸轮轴13的角度位置计算出凸轮轴13相对于曲轴120的转动相位的提前值REVTCnow。
然后，在步骤S33和S43处，读出已经在步骤S21处确定出的提前值REVTCnow的最新数值。
在步骤S21处确定的提前值REVTCnow为每隔一定微时间更新的最新数值，并且与提前值REVTCref相比不会出现很大延迟，并且使之代替霍耳元件545而具有必要而足够的检测响应性。
要指出的是，由于通过间隙传感器检测出角度位置的传感器设在曲轴120侧，所以可以根据在曲轴120侧的间隙传感器和间隙传感器133b的检测结果在任意时刻检测出中心相位。
要指出的是，可改变凸轮轴13相对于曲轴120的转动相位的机构和可改变工作角/升程的机构并不限于上述VTC机构113和VEL机构112，也可以恰当地使用其它公知机构。
另外，可以改变开度特性的发动机气门不限于进气门105，它还可以为这样的结构，其中VTC机构113和VEL机构设在排气门107侧，并且设有与第一检测装置和第二检测装置对应的装置，并且在通过那些装置检测的中心相位的结果之间，选择其中将排气门的开度特性控制为处于更安全的一侧的结果，并且根据所选的检测中心相位的结果来控制排气门的开度特性。
例如，因为在将中心相位设定为更延迟时使上止点处的排气门107和活塞之间的距离更短，所以如果通过选择更延迟的检测结果来限制排气门的工作角度/升程，就会将排气门的开度特性控制为更安全。
另外，单独对用于检测中心相位的各个传感器进行诊断，并且在传感器正常的情况下，可以进行这样的处理，其中只在低发动机速度处选择两个检测结果中的一个，由此使得提前值REVRCref的更新周期更长，或者可以进行这样的处理，其中只在中心相位处于过渡的状态中选择这两个检测结果中的一个，而且可以进行这样的处理，其中根据过渡改变受限的转动相位的方向来选择两个检测结果中的一个。
另外，可以根据提前值REVTCref来校准提前值REVTCnow。
2004年2月26日提交的日本专利申请No.2004-051639和2004年12月28日提交的日本专利申请No.2004-380637的全部内容通过引用结合于此。
虽然只选择几个实施例来对本发明进行说明，但是对于本领域普通技术人员显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下可以作出各种改变和变化。
另外，根据本发明实施例的上面说明只是用来进行举例说明，而不是为了对由所附权利要求及其等同方案所限定的本发明进行限定。
权利要求
1.一种用于内燃机的可变气门操作控制装置，它包括可变气门正时控制机构，其使得发动机气门的工作角度的中心相位可由于凸轮轴相对于曲轴的转动相位的变化而变化；第一检测单元，该第一检测单元根据曲轴的基准转动位置和凸轮轴的基准转动位置之间的间隔，来检测发动机气门的工作角度的中心相位；第二检测单元，该第二检测单元在比由第一检测单元检测的时间更短的时间内检测发动机气门的工作角度的中心相位；选择单元，该选择单元根据预定的规则，选择由所述第一检测单元最后检测到的中心相位和由所述第二检测单元最后检测到的中心相位中的一个；以及操作单元，该操作单元根据由所述选择单元所选的中心相位来操作发动机气门的开度特性。
2.如权利要求1所述的用于内燃机的可变气门操作控制装置，其特征在于，所述选择单元在由所述第一检测单元最后检测出的中心相位和由所述第二检测单元最后检测出的中心相位之间，选择出发动机气门的开度特性更安全地操作的一个。
3.如权利要求1所述的用于内燃机的可变气门操作控制装置，其特征在于，所述操作单元根据在所述选择单元处选择的中心相位和该中心相位的目标值将操作信号输出给所述可变气门正时控制机构。
4.如权利要求3所述的用于内燃机的可变气门操作控制装置，其特征在于，所述可变气门正时控制机构使得进气门的工作角度的中心相位可变；并且所述选择单元在由所述第一检测单元最后检测出的中心相位和由所述第二检测单元最后检测出的中心相位之间选择更延迟的一个。
5.如权利要求1所述的用于内燃机的可变气门操作控制装置，其特征在于，还包括可变气门作用和升程机构，用来使得所述发动机气门的工作角度和升程可变，其中所述操作单元根据在所述选择单元处选择的中心相位来设定可变气门作用和升程机构的操作量的限制值，并且在所述限制值内操作该可变气门作用和升程机构。
6.如权利要求5所述的用于内燃机的可变气门操作控制装置，其特征在于，所述选择单元在由所述第一检测单元最后检测出的中心相位和由所述第二检测单元最后检测出的中心相位之间，选择使得在活塞上止点处在发动机气门和活塞之间的距离更短的一个。
7.如权利要求1所述的用于内燃机的可变气门操作控制装置，其特征在于，所述第一检测单元包括曲柄角传感器，用来产生在所述曲轴的基准转动位置处的检测信号；凸轮传感器，用来产生在凸轮轴的基准转动位置处的检测信号；测量单元，用来测量出在曲轴的基准转动位置处的检测信号和在凸轮轴的基准转动位置处的检测信号之间的间隔；以及计算单元，用来根据所述间隔计算出中心相位。
8.如权利要求1所述的用于内燃机的可变气门操作控制装置，其特征在于，所述第二检测单元包括一传感器，该传感器的输出根据在所述发动机气门的工作角度的中心相位中的变化而连续变化。
9.如权利要求1所述的用于内燃机的可变气门操作控制装置，其特征在于，所述第二检测单元如此构成，从而永磁体设在一构件的一侧，该构件根据所述可变气门正时控制机构的操作状态而相对转动，并且磁轭设在该构件的另一侧，而且在所述永磁体的磁极中央和所述磁轭之间的间隙随着所述相对转动而变化，并且检测出由于该间隙变化而导致的在磁通密度中的变化。
10.如权利要求9所述的用于内燃机的可变气门操作控制装置，其特征在于，所述第二检测单元通过霍耳元件来检测在所述磁通密度中的变化。
11.如权利要求1所述的用于内燃机的可变气门操作控制装置，其特征在于，所述第二检测单元包括旋转体，它与所述凸轮轴成一体地转动，并且其半径沿着周向连续变化；距离传感器，它固定成面对着所述旋转体的周边，并且用来输出对应于在与所述旋转体周边的相对距离中的变化的检测信号；曲柄角传感器，该曲柄角传感器每隔一个微小转动角度检测所述曲轴的转动角度；以及计算单元，该计算单元根据基于所述距离传感器的输出而检测出的所述凸轮轴的转动角度和在所述曲柄角传感器处检测到的所述曲轴的转动角度，来计算所述发动机气门的工作角度的中心相位。
12.如权利要求1所述的用于内燃机的可变气门操作控制装置，其特征在于，所述第二检测单元包括第一旋转体，它与所述凸轮轴成一体地转动，并且其半径沿着周向连续变化；第一距离传感器，它固定成面对着所述第一旋转体的周边，并且输出检测信号，该检测信号对应于在与所述第一旋转体周边的相对距离中的变化；第二旋转体，它与所述曲轴成一体地转动，并且其半径沿着周向连续变化；第二距离传感器，它固定成面对着所述第二旋转体的周边，并且用来输出检测信号，该检测信号对应于在与所述第二旋转体的周边的相对距离中的变化；以及计算单元，该计算单元根据基于所述第一距离传感器的输出而检测出的所述凸轮轴的转动角度和基于所述第二距离传感器的输出检测出的所述曲轴的转动角度，来计算所述发动机气门的工作角度的中心相位。
13.如权利要求1所述的用于内燃机的可变气门操作控制装置，其特征在于，所述可变气门正时控制机构包括驱动构件，来自所述曲轴的转动力传递到该构件上；从动构件，它设置成与所述凸轮轴成一体；中间旋转体，它设置在所述驱动构件和所述从动构件之间，并且通过相对于所述驱动构件的相对转动而使得传递给所述从动构件的转动加速和减速；以及电磁促动器，该电磁促动器使得所述中间旋转体相对于所述驱动构件作相对转动。
14.一种用于内燃机的可变气门操作控制装置，它包括可变气门正时控制机构，其使得发动机气门的工作角度的中心相位可由于凸轮轴相对于曲轴的转动相位的变化而变化；第一检测装置，该第一检测装置根据在曲轴的基准转动位置和凸轮轴的基准转动位置之间的间隔来检测发动机气门的工作角度的中心相位；第二检测装置，该第二检测装置在比由第一检测装置检测的时间更短的时间内检测发动机气门的工作角度的中心相位；选择装置，该选择装置根据预定的规则，选择由所述第一检测装置最后检测到的中心相位和由所述第二检测装置最后检测到的中心相位中的一个；以及操作装置，该操作装置根据由所述选择装置所选的中心相位来操作发动机气门的开度特性。
15.一种用于控制内燃机的方法，该内燃机具有可变气门正时控制机构，该机构使得发动机气门的工作角度的中心相位可由于凸轮轴相对于曲轴的转动相位的变化而变化，该方法包括以下步骤根据在曲轴的基准转动位置和凸轮轴的基准转动位置之间的间隔来检测发动机气门在每个基准转动位置处的工作角度的中心相位；在比在这些基准转动位置之间的时间间隔更短的时间内检测所述发动机气门的工作角度的中心相位；根据预定的规则来选择在每隔基准转动位置处检测出的中心相位的最新数值和在比基准转动位置之间的时间间隔更短的时间间隔内检测出的中心相位的最新数值中的一个；并且根据所选的中心相位来操作发动机气门的开度特性。
16.如权利要求15所述的用于控制内燃机的方法，其特征在于，选择所述两个中心相位中的一个的步骤包括以下步骤在每个基准转动位置处检测出的中心相位的最新数值和在比基准转动位置之间的时间间隔更短的时间间隔内检测出的中心相位的最新数值之间，选择出发动机气门的开度特性更安全地操作的一个。
17.如权利要求15所述的用于控制内燃机的方法，其特征在于，操作发动机气门的开度特性的步骤包括以下步骤根据所选的中心相位和用于该中心相位的目标值向可变气门正时控制机构输出操作信号。
18.如权利要求17所述的用于控制内燃机的方法，其特征在于，所述可变气门正时控制机构使得进气门的工作角度的中心相位可变，并且选择所述两个中心相位中的一个的步骤包括以下步骤在每个基准转动位置处检测出的中心相位的最新数值和在比基准转动位置之间的时间间隔更短的时间间隔内检测出的中心相位的最新数值之间，选择更延迟的一个。
19.如权利要求15所述的用于控制内燃机的方法，其特征在于，所述内燃机还具有一可变气门作用和升程机构，用来使得所述发动机气门的工作角度和升程可变，并且操作发动机气门的开度特性的步骤包括以下步骤根据所选的中心相位设定所述可变气门作用和升程机构的操作量的限制值；并且在所述限制值的范围内操作所述可变气门作用和升程机构。
20.如权利要求19所述的用于控制内燃机的方法，其特征在于，选择所述两个中心相位中的一个的步骤包括以下步骤在每个基准转动位置处检测出的中心相位的最新数值和在比基准转动位置之间的时间间隔更短的时间间隔内检测出的中心相位的最新数值之间，选择使得在活塞上止点处在发动机气门和活塞之间的距离更短的一个。
全文摘要
根据在曲轴的基准转动位置和凸轮轴的基准转动位置之间的间隔来检测发动机气门的工作角度的中心相位，另一方面，在比基准转动位置之间的时间间隔更短的时间间隔内检测出中心相位，并且根据预定规则选择这些检测结果中的一个，并且根据所选的中心相位操作发动机气门的开度特性。
文档编号F01L13/00GK1661206SQ20051005114
公开日2005年8月31日 申请日期2005年2月28日 优先权日2004年2月26日
发明者町田宪一, 渡边正彦, 小林喜幸 申请人:株式会社日立制作所