專利名稱：可變氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和方法，配設(shè)有進(jìn)氣和排氣門的可變氣門正時(shí)控制系統(tǒng)和進(jìn)氣門操作角度改變系統(tǒng)，而更為具體地涉及在排氣可變氣門正時(shí)控制系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時(shí)的故障安全控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
為了改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)的輸出和燃油消耗以及廢氣污染控制，一種可變氣門控制機(jī)構(gòu)設(shè)置用來改變進(jìn)氣或排氣門升程特性。專利文獻(xiàn)1(已出版的日本專利申請(qǐng)公開號(hào)H07(1995)-139378)披露了一種氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)中檢測出失效故障時(shí)強(qiáng)制地減小氣門重疊，以保持驅(qū)動(dòng)性能。專利文獻(xiàn)2(已出版的日本專利申請(qǐng)公開號(hào)2000-130196)披露了一種用于當(dāng)在內(nèi)燃機(jī)中檢測出反常狀況時(shí)通過控制用于改變進(jìn)氣/排氣門升程和操作角度的氣門操作角度改變機(jī)構(gòu)的操作來強(qiáng)制地減小或消除氣門重疊的系統(tǒng)。專利文獻(xiàn)3(已出版的日本專利申請(qǐng)公開號(hào)2003-49671)披露了一種包括進(jìn)氣和排氣可變氣門正時(shí)控制機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)。當(dāng)在可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)之一中檢測出反常狀況時(shí)，此系統(tǒng)通過利用反常情況的數(shù)據(jù)控制各個(gè)可變氣門正時(shí)控制機(jī)構(gòu)。比如，此系統(tǒng)將反?？勺儦忾T正時(shí)機(jī)構(gòu)固定在最為延遲的位置并通過利用用于反常情況的操作圖來控制另一可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)?；蛘撸瑑蓚€(gè)可變正時(shí)機(jī)構(gòu)都固定在最為延遲的位置上。
在內(nèi)燃機(jī)中，尤其是汽油機(jī)中，希望寬范圍地調(diào)節(jié)進(jìn)氣和排氣門開啟和關(guān)閉定時(shí)以改進(jìn)燃油消耗、輸出和廢氣污染控制性能。因此，某些發(fā)動(dòng)機(jī)配設(shè)有用于進(jìn)氣和排氣門二者的可變氣門正時(shí)機(jī)構(gòu)，以及能夠改變進(jìn)氣門操作角度或氣門升程(量)的進(jìn)氣門操作角度改變機(jī)構(gòu)。上述各專利文獻(xiàn)沒有任何一個(gè)涉及這樣一種系統(tǒng)中的故障安全問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可變氣門驅(qū)動(dòng)裝置和/或方法，用于執(zhí)行適當(dāng)?shù)墓收习踩刂撇僮鳌?br> 按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門驅(qū)動(dòng)裝置，包括進(jìn)氣門正時(shí)控制裝置，用以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門操作角度的中心相位；排氣門正時(shí)控制裝置，用以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門操作角度的中心相位；進(jìn)氣門操作角度控制裝置，用以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門操作角度；故障檢測裝置，用以檢測排氣門正時(shí)控制裝置的故障；以及故障安全控制裝置，用以在檢測出排氣門正時(shí)控制裝置的故障時(shí)，通過操作進(jìn)氣門正時(shí)控制裝置和進(jìn)氣門操作角度控制裝置中的至少一個(gè)來對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門開啟時(shí)刻進(jìn)行調(diào)節(jié)使之與發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門關(guān)閉時(shí)刻一致或在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門關(guān)閉時(shí)刻之后。
按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門驅(qū)動(dòng)控制方法，包括檢測發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門正時(shí)控制的故障；以及在檢測出排氣門正時(shí)控制的故障時(shí)，通過改變進(jìn)氣門操作角度的中心相位和進(jìn)氣門操作角度中的至少一個(gè)來進(jìn)行故障安全操作，以調(diào)節(jié)進(jìn)氣門開啟時(shí)刻使之與排氣門關(guān)閉時(shí)刻一致或在排氣門關(guān)閉時(shí)刻之后。


圖1是一示意圖，表明符合本發(fā)明第一至第四實(shí)施例的可變氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或裝置。
圖2是以時(shí)間為橫坐標(biāo)的圖表，圖示檢測排氣可變氣門正時(shí)控制機(jī)構(gòu)中的故障的操作。
圖3A和3B是氣門配氣正時(shí)圖，用于圖示進(jìn)氣和排氣門的氣門開啟時(shí)段(或持續(xù)時(shí)間)和氣門開啟和關(guān)閉定時(shí)。
圖4是一氣門配氣正時(shí)圖，用于圖示第一實(shí)施例中的進(jìn)氣和排氣門開啟時(shí)段以及氣門開啟和關(guān)閉定時(shí)。
圖5是一氣門配氣正時(shí)圖，用于圖示第二實(shí)施例中的進(jìn)氣和排氣門開啟時(shí)段以及氣門開啟和關(guān)閉定時(shí)。
圖6是一氣門配氣正時(shí)圖，用于圖示第三實(shí)施例中的進(jìn)氣和排氣門開啟持續(xù)時(shí)間以及氣門開啟和關(guān)閉定時(shí)。
圖7是一氣門配氣正時(shí)圖，用于圖示第四實(shí)施例中的進(jìn)氣和排氣門開啟時(shí)段以及氣門開啟和關(guān)閉定時(shí)。
圖8是一流程圖，表明符合本發(fā)明第一實(shí)施例的控制過程。
圖9是一流程圖，表明符合本發(fā)明第二實(shí)施例的控制過程。
圖10是一流程圖，表明符合本發(fā)明第三實(shí)施例的控制過程。
圖11是一流程圖，表明符合本發(fā)明第四實(shí)施例的控制過程。
具體實(shí)施例方式
圖1表明一內(nèi)燃機(jī)，配設(shè)有符合本發(fā)明第一至第四實(shí)施例的氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或裝置。在此實(shí)例中，發(fā)動(dòng)機(jī)的每一缸配設(shè)有一對(duì)進(jìn)氣門18和一對(duì)排氣門。
符合每一實(shí)施例的氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括第一和第二可變進(jìn)氣門控制機(jī)構(gòu)或裝置，用于以兩種不同的方式改變各進(jìn)氣門18的氣門升程特性；以及一可變排氣門控制機(jī)構(gòu)或裝置，用于改變各排氣門的氣門升程特性。
在此實(shí)例中，第一可變進(jìn)氣門控制機(jī)構(gòu)是一可變進(jìn)氣門正時(shí)控制(進(jìn)氣VTC)(機(jī)構(gòu)或裝置)30，用于改變各進(jìn)氣門18(進(jìn)氣凸輪軸)的操作中心相位(或中心角度位置)也就是各進(jìn)氣門18的配氣正時(shí)。此實(shí)例的第二可變進(jìn)氣門控制機(jī)構(gòu)是一進(jìn)氣可變氣門動(dòng)作和升程控制(VEL)(機(jī)構(gòu)或裝置)20，后者是一進(jìn)氣門操作角度改變機(jī)構(gòu)，能夠連續(xù)地改變進(jìn)氣門操作角度和進(jìn)氣門升程(量)。此實(shí)例的可變排氣門控制機(jī)構(gòu)是一可變排氣門正時(shí)控制(排氣VTC)(機(jī)構(gòu)或裝置)40，用于改變各排氣門的操作的中心相位(或中心角度位置)也就是各排氣門的配氣正時(shí)。
一進(jìn)氣凸輪軸或進(jìn)氣門驅(qū)動(dòng)軸19設(shè)置用來經(jīng)由一帶輪或鏈輪接受來自發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，進(jìn)氣凸輪軸19圍繞其自身軸線與曲軸連動(dòng)。一擺動(dòng)凸輪21可擺轉(zhuǎn)地裝在進(jìn)氣凸輪軸19上，正好位于每一進(jìn)氣門18的氣門挺桿17上方。
示于圖1之中的進(jìn)氣VEL 20包括一偏心圓形凸輪23，固定地或成一體地形成在進(jìn)氣凸輪軸19上，使得圓形凸輪的中心偏離開凸輪軸19的中心軸線；一控制軸24，在發(fā)動(dòng)機(jī)的缸排列方向上平行于進(jìn)氣凸輪軸19延伸；一圓形控制凸輪25，以偏心方式固定地或成一體地形成在控制軸24上，使得此凸輪的中心偏離開控制軸24的中心軸線；一搖桿26，包括套裝在控制凸輪25上的中心部分并可擺轉(zhuǎn)地裝在控制凸輪25上；成形得狀為一環(huán)的第一聯(lián)桿27，套裝在偏心凸輪23上，使得第一聯(lián)桿27可以相對(duì)于偏心凸輪23轉(zhuǎn)動(dòng)，并設(shè)置用來連接偏心凸輪23和搖桿26的第一臂；一桿狀的第二聯(lián)桿28，連接搖桿26的第二臂和擺動(dòng)凸輪21的一端；以及一VEL轉(zhuǎn)換裝置22，用于改變控制軸24的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。在此實(shí)例中，VEL轉(zhuǎn)換裝置22是一電動(dòng)致動(dòng)器。
當(dāng)進(jìn)氣凸輪軸19由曲軸驅(qū)動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣凸輪軸19轉(zhuǎn)動(dòng)，而裝在此轉(zhuǎn)動(dòng)軸19上的偏心凸輪23使第一聯(lián)桿27大致上以平移運(yùn)動(dòng)的方式運(yùn)動(dòng)，第一聯(lián)桿27的一端圍繞進(jìn)氣凸輪軸19的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。第一聯(lián)桿27的這一平移運(yùn)動(dòng)于是轉(zhuǎn)換為搖桿26的擺動(dòng)，而第二聯(lián)桿28使擺動(dòng)凸輪21在一擺轉(zhuǎn)角度范圍之內(nèi)擺轉(zhuǎn)。此擺動(dòng)凸輪21下推進(jìn)氣門18的氣門挺桿17，并借此開啟進(jìn)氣門18。
VEL轉(zhuǎn)換裝置22設(shè)置用來改變控制軸24的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，并從而相對(duì)于控制軸24的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)搖桿26繞之?dāng)[轉(zhuǎn)的控制凸輪25的中心。借助控制凸輪25的中心的這種轉(zhuǎn)動(dòng)位移，VEL轉(zhuǎn)換裝置22可以通過聯(lián)桿27和28改變擺動(dòng)凸輪21的初始方位(此初始方位是一擺轉(zhuǎn)范圍的中心相位)。這樣，在相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角的進(jìn)氣門18操作角度的中心相位(或中心角度位置的相位)基本上保持不變的同時(shí)，VEL轉(zhuǎn)換裝置或致動(dòng)器22可以連續(xù)地改變進(jìn)氣門18的操作角度和氣門升程量。
在如此構(gòu)成的VEL機(jī)構(gòu)20中，搖桿26以及聯(lián)桿27和28配置得緊密圍繞進(jìn)氣凸輪軸19，有利于機(jī)構(gòu)的緊湊且在發(fā)動(dòng)機(jī)中安裝便利。大多數(shù)零件表面貼表面地在某一面積上彼此接觸。這種結(jié)構(gòu)在潤滑、耐久性和可靠性能方面都很有利，不需要諸如復(fù)位彈簧之類的偏壓裝置。例如，偏心凸輪23與第一聯(lián)桿27之間的支承界面部分，以及控制凸輪25與搖桿26之間的支承界面部分都具有相當(dāng)大的接觸面積。這種VEL控制機(jī)構(gòu)20實(shí)際上具有直接驅(qū)動(dòng)式氣門操作配置，使得可以以一種簡易和緊湊的結(jié)構(gòu)來提高轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。
進(jìn)氣VTC 30和排汽VTC 40可以采用已知各種VTC機(jī)構(gòu)中的一種。已公開的日本專利申請(qǐng)出版物No.H05(1993)-98916披露了一種可變氣門正時(shí)控制機(jī)構(gòu)，可以用作進(jìn)氣VTC 30和排氣VTC 40。在已知的能夠連續(xù)改變氣門升程操作角度中心的相位的各種VTC機(jī)構(gòu)中，有一種類型采用葉片，另有一種類型采用螺旋花鍵。
在示于圖1之中的實(shí)例中，進(jìn)氣VTC(機(jī)構(gòu)或裝置)30包括一外部轉(zhuǎn)動(dòng)件31，具有一可與曲軸連動(dòng)的凸輪帶輪(或鏈輪)；以及一內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)件(未示出)，可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝設(shè)在外部轉(zhuǎn)動(dòng)件31中并與進(jìn)氣凸輪軸19連接，使得內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)件與進(jìn)氣凸輪軸19作為一個(gè)單元轉(zhuǎn)動(dòng)。一進(jìn)氣VTC轉(zhuǎn)換裝置(或VTC致動(dòng)器)32設(shè)置用來相對(duì)于彼此轉(zhuǎn)動(dòng)外部轉(zhuǎn)動(dòng)件31和內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)件。通過這樣作，進(jìn)氣VTC轉(zhuǎn)換裝置32可以提前和延遲進(jìn)氣門配氣正時(shí)，亦即相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角的進(jìn)氣操作角度中心角度位置的相位(或中心相位)。在此實(shí)例中，進(jìn)氣VTC轉(zhuǎn)換裝置32是一種液壓致動(dòng)器。
類似地，排氣VTC(機(jī)構(gòu)或裝置)40包括一外部轉(zhuǎn)動(dòng)件41，具有一可與曲軸呈定時(shí)關(guān)系轉(zhuǎn)動(dòng)的凸輪帶輪(或鏈輪)；以及一內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)件(未示出)，可轉(zhuǎn)動(dòng)地裝設(shè)在外部轉(zhuǎn)動(dòng)件41中并與配設(shè)有用于驅(qū)動(dòng)排氣門的固定凸輪的排氣凸輪軸43連接，使得內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)件與排氣凸輪軸43作為一個(gè)單元轉(zhuǎn)動(dòng)。一排氣VTC轉(zhuǎn)換裝置(或VTC致動(dòng)器)42設(shè)置用來相對(duì)于彼此轉(zhuǎn)動(dòng)外部轉(zhuǎn)動(dòng)件41和內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)件。通過這樣作，排氣VTC轉(zhuǎn)換裝置42可以提前和延遲排氣門配氣正時(shí)，亦即相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角的排氣操作角度中心角度位置的相位(或中心相位)。在此實(shí)例中，排氣VTC轉(zhuǎn)換裝置42是液壓致動(dòng)器。此外，在此實(shí)例中，進(jìn)氣VTC 30和排氣VTC 40屬于液壓操縱式的，且VTC 30和40二者都連接于作為液壓源的單一的共用油泵。
發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(ECCS C/U)1由包括CPU、ROM、RAM和輸入/輸出接口的已知數(shù)字計(jì)算機(jī)構(gòu)成，并如后所述的那樣設(shè)置用來貯存和執(zhí)行各種控制過程?？刂七^程所需的、關(guān)于車輛操作狀況的信息從各個(gè)傳感器輸入到發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元1。
輸入信號(hào)是水溫信號(hào)2，來自水溫傳感器；進(jìn)氣量信號(hào)3，來自空氣流量計(jì)；節(jié)流傳感信號(hào)4，來自節(jié)流傳感器；曲軸轉(zhuǎn)角傳感信號(hào)5，來自曲軸轉(zhuǎn)角傳感器50；氧氣傳感信號(hào)6，來自設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣通路之中的氧氣傳感器；轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)或發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)7；來自油溫傳感器的信號(hào)8；信號(hào)11，來自用于檢測控制軸24的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的VEL角度傳感器15；信號(hào)12，來自用于檢測進(jìn)氣凸輪軸19的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的進(jìn)氣凸輪角度傳感器16；以及信號(hào)45，來自用于檢測排氣凸輪軸43的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的排氣凸輪角度傳感器44。按照如此收集到的關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀況的輸入信息，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元1產(chǎn)生控制信號(hào)9、10、13、14和46，并將相應(yīng)控制信號(hào)發(fā)送到燃油噴射裝置的致動(dòng)器、點(diǎn)火系統(tǒng)的致動(dòng)器、VEL轉(zhuǎn)換裝置22以及進(jìn)氣和排氣VTC轉(zhuǎn)換裝置32和42，以執(zhí)行相應(yīng)控制動(dòng)作。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元1用作包括各傳感器和各致動(dòng)器的可變氣門正時(shí)控制系統(tǒng)的控制器。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元1用作一種故障安全控制裝置，用于執(zhí)行故障安全操作，一如稍后所述的那樣。
圖3A和3B以氣門正時(shí)圖的形式表明進(jìn)氣和排氣門開啟和關(guān)閉時(shí)刻以及開啟時(shí)段或持續(xù)時(shí)間(操作角度)。例如，在高速、高負(fù)荷區(qū)域，氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生大的氣門重疊度VO，其中如圖3B之中所示，進(jìn)氣和排氣門都開啟以提高進(jìn)氣充填效率。在此示于圖3B中的實(shí)例中，此氣門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過推后排氣中心相位(排氣門操作的中心點(diǎn)的相位)、提前進(jìn)氣中心相位(進(jìn)氣門操作的中心位置的相位)以及利用進(jìn)氣VEL 20增大進(jìn)氣門的操作角度而比圖3A所示的設(shè)定狀態(tài)增大氣門重疊度VO。
圖4～7以氣門正時(shí)圖的方式分別圖示了符合本發(fā)明的第一至第四實(shí)施例中的控制操作，而圖8-11以流程圖的方式分別表明第一至第四實(shí)施例中的控制過程。
步驟S11-S14對(duì)第一至第四實(shí)施例是共同的。如圖8～11中的每一圖中所示，在S11處，控制單元1按照檢測出的發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀況確定一目標(biāo)轉(zhuǎn)換角度，該目標(biāo)轉(zhuǎn)換角度是每一進(jìn)氣VTC 30和排氣VTC 40的氣門操作角度的中心相位的目標(biāo)值。這一目標(biāo)轉(zhuǎn)換角度對(duì)應(yīng)于進(jìn)氣或排氣凸輪軸19或23相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角的相位差的目標(biāo)值t1(示于圖2之中)。在S12處，控制單元1通過將代表相應(yīng)目標(biāo)轉(zhuǎn)換角度的控制信號(hào)發(fā)送給VTC轉(zhuǎn)換裝置32和42來朝向相應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)換角度驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣VTC 30和排氣VTC 40。
步驟S13是檢測排氣VTC 40的故障(包括反常和失效)的步驟(故障檢測裝置或部分)，該故障是由于液壓轉(zhuǎn)換裝置中的阻滯或某種其他原因造成的排氣VTC系統(tǒng)40不能正確運(yùn)作的反常狀態(tài)。在此實(shí)例中，控制單元1根據(jù)曲軸轉(zhuǎn)角傳感信號(hào)5和排氣凸輪角度傳感信號(hào)45計(jì)算排氣VTC 40的實(shí)際轉(zhuǎn)換角度，并通過比較實(shí)際轉(zhuǎn)換角度與上述目標(biāo)轉(zhuǎn)換角度來確定排氣VTC40故障的存在或不存在。這一實(shí)際轉(zhuǎn)換角度對(duì)應(yīng)于凸輪角度傳感信號(hào)相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角傳感信號(hào)的差別t2(示于圖2中)，亦即，凸輪軸相對(duì)于曲軸轉(zhuǎn)角的相位差。當(dāng)t2不等于t1，且t2與t1之間的差別大于預(yù)定數(shù)值時(shí)，控制單元1作出結(jié)論排氣VTC 40中出現(xiàn)故障，并因此從S13前進(jìn)至S14。此外，在此實(shí)例中，此系統(tǒng)借助于諸如警示燈等警示裝置來警示司機(jī)故障的出現(xiàn)。在此實(shí)例中，排氣凸輪角度傳感器44用作故障檢測裝置來探測諸如發(fā)動(dòng)機(jī)操作狀況等狀況以便檢測排氣VTC 40中的故障。
當(dāng)在S13處檢測出排氣VTC 40中的故障時(shí)，控制單元1前行至步驟S14和隨后各步驟，并執(zhí)行包括避免氣門重疊的操作的故障安全控制操作(故障安全措施)。在S14處，控制單元1按照曲軸轉(zhuǎn)角傳感信號(hào)5和排氣凸輪角度傳感信號(hào)45計(jì)算排氣VTC 40的故障位置。故障位置是排氣門操作角度的中心角度位置的排氣中心相位θ。S11-S14的操作在所有實(shí)施例中是一樣的。
在繼S14之后的步驟S15處，如圖8之中所示，控制單元1計(jì)算使進(jìn)氣門開啟定時(shí)IVO重合于或遲于排氣門關(guān)閉定時(shí)EVC，亦即消除進(jìn)氣和排氣門二者同時(shí)開啟的氣門重疊VO所需的進(jìn)氣VTC 30和進(jìn)氣VEL 20的目標(biāo)角度。計(jì)算目標(biāo)角度的方法在各實(shí)施例中是不同的。在第一實(shí)施例中，如圖4之中所示，控制系統(tǒng)主要通過操作響應(yīng)快速的電動(dòng)式進(jìn)氣VEL 20達(dá)到較小操作角度和較小的氣門升程而將IVO移向接近EVO(與EVO一致或稍后于EVO)的點(diǎn)。
在步驟S16處，控制單元1將分別對(duì)應(yīng)于在S15處算出的目標(biāo)角度的各控制信號(hào)發(fā)送給進(jìn)氣VTC轉(zhuǎn)換裝置32和VEL轉(zhuǎn)換裝置22，并從而驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣VTC 30和進(jìn)氣VEL 20以達(dá)到相應(yīng)的目標(biāo)。
這樣，當(dāng)在排氣VTC 40中檢測出故障時(shí)，該控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣VTC 30和進(jìn)氣VEL 20中的至少之一，并消除氣門重疊VO。因此，即使在發(fā)動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)操作時(shí)或在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由于緊急制動(dòng)而急劇減小的迅速減速時(shí)，控制系統(tǒng)也可以可靠地防止殘余廢氣由于氣門重疊向進(jìn)氣側(cè)的回流。因此，該控制系統(tǒng)可以提供良好的可燃性和穩(wěn)定的燃燒，并避免失火和不良的啟動(dòng)操作。
尤其是，在第一實(shí)施例中，控制系統(tǒng)通過將快速、響應(yīng)電動(dòng)式進(jìn)氣VEL20驅(qū)動(dòng)到較小的操作角度和較小的氣門升程而對(duì)表明檢測出故障的故障檢測信號(hào)(S13的“是”)作出響應(yīng)，而無需使用液壓進(jìn)氣VTC 30。因此，控制方面的響應(yīng)特性和可靠性是很優(yōu)越的。
在第二實(shí)施例中，如圖5和9之中所示，一當(dāng)檢測出排氣VTC 40中的故障(S13)，控制單元1計(jì)算進(jìn)氣VEL 20的進(jìn)氣操作角度的目標(biāo)值(在S15A處)以及進(jìn)氣VTC的中心角度位置的相位的目標(biāo)值(在S15B處)，使得IVO與EVC一致或在EVC之后(更為具體地說，IVO重合于EVC或稍遲于EVC)，而且同時(shí)，進(jìn)氣門關(guān)閉定時(shí)IVC接近下死點(diǎn)BDC。為達(dá)到如此算出的各目標(biāo)值，控制單元1驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣VEL 20和進(jìn)氣VTC 30(在S16處)。
在第二實(shí)施例中，當(dāng)在排氣VTC 40中檢測出故障時(shí)，該氣門正時(shí)控制系統(tǒng)可以象在第一實(shí)施例中那樣通過朝向EVC移動(dòng)IVO而提供穩(wěn)定的燃燒。此外，符合第二實(shí)施例的系統(tǒng)通過朝向BDC移動(dòng)IVC而增大壓縮比，并借此進(jìn)一步提高燃燒穩(wěn)定性。
在第三和第四實(shí)施例中，當(dāng)在排氣VTC 40中檢測出故障時(shí)，進(jìn)氣VTC30被固定地保持在初始位置上。進(jìn)氣VTC 30和排氣VTC 40二者都是液壓裝置，采用單一的共同油泵作為共同的液壓源。因此，在故障存在于排氣VTC 40中的狀態(tài)下，同一液壓式進(jìn)氣VTC可能像排氣VTC 40那樣遭受故障。具體地說，當(dāng)VTC 30和40兩者都屬于液壓操作式的時(shí)，進(jìn)氣側(cè)和排氣側(cè)二者都可能因諸如異物阻塞在油路中等反常狀況而陷入故障狀態(tài)。因此，第三和第四實(shí)施例中每一個(gè)的系統(tǒng)設(shè)置用來在檢測出排氣VTC 40的故障時(shí)將進(jìn)氣VTC 30固定在初始位置。
在第三實(shí)施例中，如圖6和10之中所示，一當(dāng)在排氣VTC 40中檢測出故障(S13)，控制單元1首先前行至步驟S15C。在S15C處，控制單元1將進(jìn)氣VTC固定地保持在作為最延遲位置的初始位置上，并防止進(jìn)氣VTC 30自此之后的移動(dòng)。亦即，進(jìn)氣VTC30的目標(biāo)值被設(shè)定并不變地保持等于表示最延遲位置的初始值。在下一步驟S15D處，控制單元1通過利用在S14處算出的排氣VTC 40的故障位置以及進(jìn)氣VTC 30的初始位置確定進(jìn)氣VEL 20的進(jìn)氣操作角度的目標(biāo)值，使得IVO與EVC一致或在EVC之后(更為具體地說，IVO重合于EVC或稍遲于EVC)。然后，在步驟S16A處，控制單元1驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣VEL 20以達(dá)到如此確定的目標(biāo)。
在第三實(shí)施例中，當(dāng)在排氣VTC 40中檢測出故障時(shí)，該氣門定時(shí)控制系統(tǒng)可以象在第一實(shí)施例中那樣通過朝向EVC移動(dòng)IVO而提供穩(wěn)定的燃燒。此外，通過將進(jìn)氣VTC 30固定在初始位置上，符合第三實(shí)施例的系統(tǒng)可以肯定地消除氣門重疊VO，即使進(jìn)氣VTC 30不能夠正確運(yùn)作。因而，第三實(shí)施例在穩(wěn)定性和可靠性方面是很有利的。
在第四實(shí)施例中，如圖7和11之中所示，當(dāng)在排氣VTC 40中檢測出故障時(shí)(S13)，控制單元1在S15C處首先將進(jìn)氣VTC固定地保持在初始(最延遲的)位置上并防止此后進(jìn)氣VTC 30的移動(dòng)。亦即，進(jìn)氣VTC 30的目標(biāo)值被保持等于表示最延遲位置的初始值。在下一步驟S15E處，控制單元1通過利用在S14處算出的排氣VTC 40的故障位置和進(jìn)氣VTC 30的初始位置確定進(jìn)氣VEL 20的進(jìn)氣操作角度的目標(biāo)值，使得IVC在BDC附近。然后，在步驟S16A處，控制單元1驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣VEL 20以達(dá)到如此確定的目標(biāo)。
在第四實(shí)施例中，當(dāng)在排氣VTC 40中檢測出故障時(shí)，該氣門定時(shí)控制系統(tǒng)可以通過將IVC設(shè)定得接近BDC而提高更高壓縮比下的燃燒穩(wěn)定性。此外，通過將進(jìn)氣VTC 30固定在初始位置上，即使進(jìn)氣VTC 30不能夠正確地運(yùn)作，符合第四實(shí)施例的系統(tǒng)可以將進(jìn)氣門關(guān)閉定時(shí)IVC肯定地設(shè)定得接近BDC。因而，第四實(shí)施例在穩(wěn)定性和可靠性方面是很有利的。由于進(jìn)氣VTC 30保持在最為延遲的位置上，所以IVO在EVC之后充分地被延遲，使得氣門重疊被消除以提供穩(wěn)定的點(diǎn)火和穩(wěn)定的燃燒。
在排氣VTC 40之中出現(xiàn)故障之后發(fā)動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)操作易于產(chǎn)生故障，因?yàn)榕錃庹龝r(shí)的控制由于排氣VTC 40的故障會(huì)變得不準(zhǔn)確。因此，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在檢測出排氣VTC 40中的故障之后重新啟動(dòng)時(shí)，可選擇性地進(jìn)行故障安全控制操作(S15、S15A-S15E)以避免氣門重疊。在此情況下，控制系統(tǒng)可以減少由于氣門重疊造成的殘余廢氣的量，并確保足夠高的壓縮比。因此，系統(tǒng)可以提高可燃性和燃燒穩(wěn)定性，以及將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定地增加到空轉(zhuǎn)速度區(qū)域。
在第一至第四實(shí)施例的每一個(gè)中，在高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷區(qū)域，避免氣門重疊的故障安全控制操作可能增大泵氣損失并劣化燃料消耗，因?yàn)楣收习踩刂撇僮髯柚箽堄鄰U氣向進(jìn)氣側(cè)的回流。因此，優(yōu)選的是，在高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷區(qū)域禁止執(zhí)行故障安全控制操作，而只在低和中發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷區(qū)域進(jìn)行故障安全控制操作。在此情況下，例如，步驟S13除了進(jìn)行檢驗(yàn)以檢測排氣VTC 40中的故障之外，還進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷是否處在低和中區(qū)域之內(nèi)的判斷。于是，控制單元1只在排氣VTC 40中檢測出故障并且同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷處在低和中負(fù)荷區(qū)域時(shí)才進(jìn)行故障安全控制操作(S15、S15A-S15E)。
本發(fā)明不限于圖示的各實(shí)施例。在本發(fā)明的范疇之內(nèi)多種修改和變更都是可能的。比如，進(jìn)氣VTC和排氣VTC二者都可以是電氣裝置而非液壓式的。
本申請(qǐng)基于2003年10月29日提出的在先日本專利申請(qǐng)No.2003-368377。這一日本專利申請(qǐng)No.2003-368377的全部內(nèi)容在此納入作為參考。
雖然上面已經(jīng)參照本發(fā)明的某些實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述各實(shí)施例。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員借助以上的教益將會(huì)想到上述各實(shí)施例的各種修飾和變更。本發(fā)明的范疇參照以下各項(xiàng)權(quán)利要求予以限定。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門驅(qū)動(dòng)裝置，包括進(jìn)氣門正時(shí)控制裝置，用以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門操作角度的中心相位；排氣門正時(shí)控制裝置，用以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門操作角度的中心相位；進(jìn)氣門操作角度控制裝置，用以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門操作角度；故障檢測裝置，用以對(duì)狀況進(jìn)行測定以檢測排氣門正時(shí)控制裝置的故障；以及故障安全控制裝置，用以在檢測出排氣門正時(shí)控制裝置的故障時(shí)，通過操作進(jìn)氣門正時(shí)控制裝置和進(jìn)氣門操作角度控制裝置中的至少一個(gè)來對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門開啟時(shí)刻進(jìn)行調(diào)節(jié)使之與發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門關(guān)閉時(shí)刻一致或在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門關(guān)閉時(shí)刻之后。
2.按照權(quán)利要求1所述的可變氣門驅(qū)動(dòng)裝置，其中故障安全控制裝置用以在檢測出排氣門正時(shí)控制裝置的故障時(shí)，通過操作進(jìn)氣門正時(shí)控制裝置和進(jìn)氣門操作角度控制裝置中的至少一個(gè)來朝向下死點(diǎn)調(diào)節(jié)進(jìn)氣門關(guān)閉定時(shí)。
3.按照權(quán)利要求2所述的可變氣門驅(qū)動(dòng)裝置，其中故障安全控制裝置用以在檢測出排氣門正時(shí)控制裝置的故障時(shí)，將進(jìn)氣門正時(shí)控制裝置固定在初始位置處并操作進(jìn)氣門操作角度控制裝置。
4.按照權(quán)利要求1所述的可變氣門驅(qū)動(dòng)裝置，其中故障安全控制裝置用以在檢測出排氣門正時(shí)控制裝置的故障時(shí)，將進(jìn)氣門正時(shí)控制裝置固定在初始位置處并操作進(jìn)氣門操作角度控制裝置。
5.按照權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的可變氣門驅(qū)動(dòng)裝置，其中進(jìn)氣門正時(shí)控制裝置和排氣門正時(shí)控制裝置在驅(qū)動(dòng)模式方面是相同的。
6.按照權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的可變氣門驅(qū)動(dòng)裝置，其中在檢測出故障之后發(fā)動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)操作時(shí)，故障安全控制裝置通過操作進(jìn)氣門正時(shí)控制裝置和進(jìn)氣門操作角度控制裝置中的至少一個(gè)、通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣門開啟時(shí)刻使之與排氣門關(guān)閉時(shí)刻一致或在排氣門關(guān)閉時(shí)刻之后。
7.按照權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的可變氣門驅(qū)動(dòng)裝置，其中故障安全控制裝置用以在內(nèi)燃機(jī)工作于高發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷區(qū)域中時(shí)禁止響應(yīng)于排氣門正時(shí)控制裝置的故障的故障安全操作。
8.按照權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的可變氣門驅(qū)動(dòng)裝置，其中進(jìn)氣門正時(shí)控制裝置和排氣門正時(shí)控制裝置中的每一個(gè)都是液壓驅(qū)動(dòng)裝置，而進(jìn)氣門操作角度控制裝置是電動(dòng)裝置；以及故障安全控制裝置用以在檢測出排氣門正時(shí)控制裝置的故障時(shí)通過僅只操作進(jìn)氣門操作角度控制裝置來執(zhí)行故障安全操作。
9.按照權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的可變氣門驅(qū)動(dòng)裝置，其中故障安全控制裝置用以在檢測出排氣門正時(shí)控制裝置的故障時(shí)，通過僅只操作進(jìn)氣門操作角度控制裝置來將進(jìn)氣門開啟時(shí)刻延遲到與排氣門關(guān)閉時(shí)刻一致或在排氣門關(guān)閉時(shí)刻之后的定時(shí)點(diǎn)。
10.一種內(nèi)燃機(jī)的可變氣門驅(qū)動(dòng)控制方法，包括檢測發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門正時(shí)控制的故障；以及在檢測出排氣門正時(shí)控制的故障時(shí)，通過改變進(jìn)氣門操作角度的中心相位和進(jìn)氣門操作角度中的至少一個(gè)來進(jìn)行故障安全操作，以調(diào)節(jié)進(jìn)氣門開啟時(shí)刻使之與排氣門關(guān)閉時(shí)刻一致或在排氣門關(guān)閉時(shí)刻之后。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變氣門驅(qū)動(dòng)裝置，包括一進(jìn)氣門正時(shí)控制裝置以改變進(jìn)氣門操作角度的中心相位；一排氣門正時(shí)控制裝置以改變排氣門操作角度的中心相位；以及一進(jìn)氣門操作角度控制裝置以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣門操作角度。故障安全控制系統(tǒng)設(shè)置用來檢測排氣門正時(shí)控制裝置的故障；并在檢測出故障時(shí)，通過操作進(jìn)氣門正時(shí)控制裝置和進(jìn)氣門操作角度控制裝置中的至少一個(gè)來對(duì)進(jìn)氣門開啟時(shí)刻進(jìn)行調(diào)節(jié)使之與發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門關(guān)閉時(shí)刻一致或在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣門關(guān)閉時(shí)刻之后。
文檔編號(hào)F01L1/46GK1611750SQ200410089650
公開日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2004年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月29日
發(fā)明者新藤茂輝 申請(qǐng)人:日產(chǎn)汽車株式會(huì)社