可变阀正时系统和用于控制其的方法.pdf

在发动机停止指令发出之后的进气阀相位控制中，停止时的相位被用作目标值。在进气阀相位控制中，当模式切换条件没有得到满足时(在S130中为“否”)，并且用作致动器的电动机不处于锁止状态中时(在S160中的为“否”)时，选择其中供应到电动机的电力量固定到最大值的最高速度模式以为了可靠地将进气阀相位改变所要求的量(S180)。然后，进气阀接近停止时相位并且模式切换条件得到满足时(在S130中的“是”)，控制模式从最高速度模式改变到通常模式以为了以更高的精度将控制相位设定为停止时相位(S150)，并且执行对进气阀相位的反馈控制。

1.  一种可变阀正时系统，其改变设置在发动机中的进气阀和排气阀中至少一者的打开/关闭正时，所述可变阀正时系统的特征在于包括：
改变机构，其构造成当所述发动机正在运转时，通过沿着基于用作致动器的电动机的旋转速度与凸轮轴的旋转速度的差值为正值或者负值而确定的方向并以基于所述电动机的所述旋转速度与所述凸轮轴的所述旋转速度的所述差值的大小而确定的变化率来改变所述凸轮轴与曲轴之间的旋转相位差，来改变所述打开/关闭正时，所述凸轮轴驱动其打开关闭正时被改变的所述阀；以及
停止时相位控制单元，其对在发送停止所述发动机的指令之后用于所述打开/关闭正时的控制模式进行设定，其中
所述停止时相位控制单元包括模式切换条件设定单元和模式切换判定单元，所述模式切换条件设定单元基于所述电动机的旋转速度来设定模式切换条件，所述模式切换判定单元基于对所述打开/关闭正时的控制的状况来判定所述模式切换条件是否得到满足；并且
在发送了停止所述发动机的所述指令之后直到所述模式切换条件得到满足，所述模式切换判定单元将所述控制模式设定为第一模式，在所述第一模式中，使所述电动机以当前运转状态下的最高可能速度并沿着朝着当所述发动机停止时应当实现的目标打开/关闭正时改变打开/关闭正时的方向旋转，并且在所述模式切换条件得到满足之后，所述模式切换判定单元将所述控制模式设定为第二模式，在所述第二模式中，执行反馈控制，所述反馈控制用于基于当前打开/关闭正时与所述目标打开/关闭正时的偏差来设定用于所述电动机的旋转速度指令。

2.  根据权利要求1所述的可变阀正时系统，其中
当所述当前打开/关闭正时与当所述发动机停止时的所述目标打开/关闭正时的所述偏差等于或者小于基于所述电动机的当前旋转速度可变地设定的预定量时，所述模式切换判定单元判定所述模式切换条件得到满足，并且
随着所述电动机的旋转速度变得越高，将所述预定量设定为越大的值。

3.  根据权利要求1或2所述的可变阀正时系统，其中
当从所述第一模式开始已经经过的时间等于或者长于预定时间时，所述模式切换判定单元判定所述模式切换条件得到满足，并且
基于当发送停止所述发动机的所述指令时的当前打开/关闭正时与所述目标打开/关闭正时的偏差以及所述电动机的当前旋转速度来设定所述预定时间，使得随着所述电动机的旋转速度变得越高并且当发送停止所述发动机的所述指令时的打开/关闭正时与所述目标打开/关闭正时的所述偏差变得越小，将所述预定时间设定为越短的值。

4.  根据权利要求1至3中任一项所述的可变阀正时系统，还包括：
锁止状态判定单元，其基于所述电动机的旋转速度来判定所述电动机是否处于所述电动机的旋转实质上完全被停止的锁止状态，其中
在发送停止所述发动机的所述指令之后当所述电动机处于所述锁止状态的时段超过预定时段时，所述锁止状态判定单元命令停止向所述电动机的电力供应。

5.  根据权利要求1至4中任一项所述的可变阀正时系统，还包括：
驱动控制单元，其根据与所述打开/关闭正时相关的控制指令来控制向所述电动机供应的电力量，其中
当处于所述第一模式时，所述驱动控制单元将向所述电动机供应的电力量固定为最大值，并且当处于所述第二模式时，所述驱动控制单元基于所述电动机的当前旋转速度和所述旋转速度指令来可变地控制向所述电动机供应的电力量。

6.  根据权利要求1至5中任一项所述的可变阀正时系统，其中
当所述打开/关闭正时处于第一相位区域内时，与当所述打开/关闭正时处于第二相位区域内时相比，所述改变机构将所述打开/关闭正时的变化量相对于所述致动器的操作量的比率设定成更小的值，并且
当所述发动机停止时的所述目标打开/关闭正时被设定在所述第一相位区域内，并且当所述发动机处于怠速运转时的目标打开/关闭正时被设定在所述第二相位区域内。

7.  根据权利要求1至5中任一项所述的可变阀正时系统，其中
当所述发动机停止时的所述目标打开/关闭正时是处于最大延迟相位的打开/关闭正时。

8.  根据权利要求1至7中任一项所述的可变阀正时系统，其中
在发送停止所述发动机的所述指令之后使所述电动机相对于所述电动机的正常旋转方向逆向旋转，使所述打开/关闭正时朝着处于最大延迟相位的打开/关闭正时改变。

9.  一种用于控制可变阀正时系统的方法，所述可变阀正时系统改变设置在发动机中的进气阀和排气阀中至少一者的打开/关闭正时，并包括改变机构，其构造成当所述发动机正在运转时，通过沿着基于用作致动器的电动机的旋转速度与凸轮轴的旋转速度的差值为正值或者负值而确定的方向并以基于所述电动机的所述旋转速度与所述凸轮轴的所述旋转速度的所述差值的大小而确定的变化率来改变所述凸轮轴与曲轴之间的旋转相位差，来改变所述打开/关闭正时，所述凸轮轴驱动其打开关闭正时被改变的所述阀，所述方法的特征在于包括：
基于所述电动机的旋转速度来设定模式切换条件；基于对所述打开/关闭正时的控制的状况来判定所述模式切换条件是否得到满足；并且
在发送停止所述发动机的指令之后直到所述模式切换条件得到满足，将控制模式设定为第一模式，在所述第一模式中，使所述电动机以当前运转状态下的最高可能速度并沿着朝着当所述发动机停止时应当实现的目标打开/关闭正时改变所述打开/关闭正时的方向旋转，并且在所述模式切换条件得到满足之后，将所述控制模式设定为第二模式，在所述第二模式中，执行反馈控制，所述反馈控制用于基于当前打开/关闭正时与所述目标打开/关闭正时的偏差来设定用于所述电动机的旋转速度指令。

10.  根据权利要求9所述的方法，其中
当所述当前打开/关闭正时与当所述发动机停止时的所述目标打开/关闭正时的偏差等于或者小于基于所述电动机的当前旋转速度可变地设定的预定量时，判定所述模式切换条件得到满足，并且
随着所述电动机的旋转速度变得越高，就将所述预定量设定为越大的值。

11.  根据权利要求9或10所述的方法，其中
当从所述第一模式开始以后已经经过的时间等于或者长于预定时间时，判定所述模式切换条件得到满足，并且
基于当发送停止所述发动机的所述指令时的当前打开/关闭正时与所述目标打开/关闭正时的偏差以及所述电动机的当前旋转速度来设定所述预定时间，使得随着所述电动机的旋转速度变得越高并且当发送停止所述发动机的所述指令时的打开/关闭正时与所述目标打开/关闭正时的偏差变得越小，将所述预定时间设定为越短的值。

12.  根据权利要求9至11中任一项所述的方法，还包括：
基于所述电动机的旋转速度来判定所述电动机是否处于所述电动机的旋转实质上完全被停止的锁止状态，其中
在发送停止所述发动机的所述指令之后当所述电动机处于所述锁止状态的时段超过预定时段时，发出停止向所述电动机的电力供应的指令。

13.  根据权利要求9至12中任一项所述的方法，还包括：
根据与所述打开/关闭正时相关的控制指令来控制向所述电动机供应的电力量，其中
当处于所述第一模式时，将向所述电动机供应的电力量固定为最大值，并且当处于所述第二模式时，基于所述电动机的当前旋转速度以及所述旋转速度指令来可变地控制向所述电动机供应的电力量。

14.  根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中
当所述打开/关闭正时处于第一相位区域内时，与当所述打开/关闭正时处于第二相位区域内时相比，所述改变机构将所述打开/关闭正时的变化量相对于所述致动器的操作量的比率设定成更小的值，并且
当所述发动机停止时的所述目标打开/关闭正时被设定在所述第一相位区域内，并且当所述发动机处于怠速运转时的目标打开/关闭正时被设定在所述第二相位区域内。

15.  根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其中
当所述发动机停止时的所述目标打开/关闭正时是处于最大延迟相位的打开/关闭正时。

16.  根据权利要求9至15中任一项所述的方法，其中
在发送停止所述发动机的所述指令之后使所述电动机相对于所述电动机的正常旋转方向逆向旋转，使所述打开/关闭正时朝着处于最大延迟相位的打开/关闭正时改变。

可变阀正时系统和用于控制其的方法
技术领域
本发明一般涉及一种可变阀正时系统和用于控制其的方法，更具体地，涉及使用电动机作为致动器的可变阀正时系统和用于控制其的方法。
背景技术
已经使用了一种可变阀正时(VVT)系统，其基于发动机运转状态改变进气阀或者排气阀被打开/关闭时的相位(即，曲轴角)。这种可变阀正时系统通过相对于例如链轮旋转打开/关闭进气阀或者排气阀的凸轮轴来改变进气阀或者排气阀的相位。凸轮轴以液压的方式或者借助于例如电动机的致动器而被旋转。
对于以液压方式驱动凸轮轴的可变阀正时系统，在寒冷的环境下或者发动机起动时，可变阀正时控制有时没有如它应该的那样被精确地执行。这种不便是因为在此情况下用来驱动凸轮轴的液压压力不足或者凸轮轴对液压控制的响应性较慢引起的。为了避开这种不便，如在例如日本专利申请公报No.JP-2004-156461(JP-A-2004-156461)中所描述的，已经提出了一种借助于电动机驱动凸轮轴的可变阀正时系统。对于在JP-A-2004-156461中描述的可变阀正时系统，当可变阀被改变到阀正时能够被改变到的限制位置处或者附近的值时，阀正时的变化率受到约束。因而，避免了可变相位机构的可动部分与止动部分高速碰撞的情况。
通常在车辆运行的过程中操作可变阀正时系统。然而，即使在响应于关断点火钥匙的操作而发送使发动机停止的指令之后，可变阀正时系统有时被操作以改变阀正时(凸轮轴的相位)。更具体地，如果当发送使发动机停止的指令时阀正时不在适合于随后发动机起动的相位，则可变阀正时系统改变阀正时以便于随后的发动机起动。例如，日本专利申请公报No.2004-156508(JP-A-2004-156508)描述了一种阀正时控制系统，其改变阀正时，使得凸轮轴被置于适合于随后发动机起动的角位置。根据JP-A-2004-156508，在点火钥匙被关断之后的预定时段期间，通过使电流流经迟滞的制动器来改变阀正时，该迟滞制动器是电磁控致动器。
对于在JP-A-2004-156508中描述的阀正时控制系统，阀正时控制被执行，使得阀正时被改变到适合于随后发动机起动的阀正时。在点火钥匙被关断时开始的预定时段期间通过使电流流经迟滞制动器来改变阀正时。JP-A-2004-156508描述了即使在点火钥匙被关断之后与在发动机运转过程中执行的类似的阀正时控制继续被执行。然而，JP-A-2004-156508没有描述这样的方法：在发动机被停止时(在点火钥匙被关断之后)为了可靠地使阀正时与发动机被停止时(即，在随后发动机起动时)的目标值一致，将阀正时可靠地改变所需量。JP-A-2004-156461和JP-A-2003-328786均未描述在发动机被停止时为了可靠地使阀正时与发动机被停止时的目标值一致通过执行阀正时控制来使阀正时可靠地改变所需量的方法。
发明内容
本发明提供一种可变阀正时系统和用于控制其的方法，该可变阀正时系统在发动机停止指令被发送之后将阀正时可靠地改变所需量并将发动机被停止时的阀正时精确地设定为目标相位处的阀正时。
本发明的第一方面涉及一种可变阀正时系统，其改变设置在发动机中的进气阀和排气阀中至少一者的打开/关闭正时，并且所述可变阀正时系统包括改变机构和停止时相位控制单元。改变机构被构造成当所述发动机正在运转时，通过沿着基于用作致动器的电动机的旋转速度与凸轮轴的旋转速度的差值为正值或者负值而确定的方向并以基于所述电动机的所述旋转速度与所述凸轮轴的所述旋转速度的所述差值的大小而确定的变化率来改变所述凸轮轴与曲轴之间的旋转相位差，来改变所述打开/关闭正时，所述凸轮轴驱动其打开关闭正时被改变的所述阀。停止时相位控制单元对在发送停止所述发动机的指令之后用于所述打开/关闭正时的控制模式进行设定。所述停止时相位控制单元包括模式切换条件设定单元和模式切换判定单元，所述模式切换条件设定单元基于所述电动机的旋转速度来设定模式切换条件，所述模式切换判定单元基于对所述打开/关闭正时的控制的状况来判定所述模式切换条件是否得到满足。在发送了停止所述发动机的所述指令之后直到所述模式切换条件得到满足，所述模式切换判定单元将所述控制模式设定为第一模式，在所述第一模式中，使所述电动机以当前运转状态下的最高可能速度并沿着朝着当所述发动机停止时应当实现的目标打开/关闭正时改变打开/关闭正时的方向旋转，并且在所述模式切换条件得到满足之后，所述模式切换判定单元将所述控制模式设定为第二模式，在所述第二模式中，执行反馈控制，所述反馈控制用于基于当前打开/关闭正时与所述目标打开/关闭正时的偏差来设定用于所述电动机的旋转速度指令。
利用根据本发明第一方面的可变阀正时系统，通过在第一模式下执行发动机停止指令发出之后的阀正时控制以使电动机以最高速度旋转来使打开/关闭正时(以下有时称为“阀正时”)可靠地改变所要求的量。此外，通过当阀正时接近目标阀正时时将控制模式从第一模式改变到第二模式并执行反馈控制，可以将阀正时设定为当发动机停止时的目标阀正时。结果，可靠地将发动机停止时的阀正时可靠地设定为目标阀正时。
在本发明的第一方面中，当所述当前打开/关闭正时与当所述发动机停止时的所述目标打开/关闭正时的所述偏差等于或者小于基于所述电动机的当前旋转速度可变地设定的预定量时，所述模式切换判定单元可以判定所述模式切换条件得到满足。随着所述电动机的旋转速度变得越高，可以将所述预定量设定为越大的值。
在本发明的第一方面中，当从所述第一模式开始已经经过的时间等于或者长于预定时间时，所述模式切换判定单元可以判定所述模式切换条件得到满足。可以基于当发送停止所述发动机的所述指令时的当前打开/关闭正时与所述目标打开/关闭正时的偏差以及所述电动机的当前旋转速度来设定所述预定时间，使得随着所述电动机的旋转速度变得越高并且当发送停止所述发动机的所述指令时的打开/关闭正时与所述目标打开/关闭正时的所述偏差变得越小，将所述预定时间设定为越短的值。
因而，电动机的旋转速度变得越高，控制模式从第一模式改变到第二模式的时间越早，即当当前阀正时和目标阀正时之间的偏差越大时将控制模式从第一模式改变到第二模式。结果，以更高精度将发动机停止时的阀正时设定为目标阀正时。尤其是，当在发动机停止时应该实现的目标阀正时在最大延迟相位时，可以防止装置由于改变机构的可动部件与止挡部分的高速碰撞而出现故障。
在本发明的第一方面中，所述可变阀正时系统可以还包括锁止状态判定单元，其基于所述电动机的旋转速度来判定所述电动机是否处于所述电动机的旋转实质上完全被停止的锁止状态。在发送停止所述发动机的所述指令之后当所述电动机处于所述锁止状态的时段超过预定时段时，所述锁止状态判定单元可以命令停止向所述电动机的电力供应。
因而，可以避免其中电动机处于锁止状态以及过热的情况。结果，防止电动机的装置出现故障。
在本发明的第一方面中，所述可变阀正时系统可以还包括驱动控制单元，其根据与所述打开/关闭正时相关的控制指令来控制向所述电动机供应的电力量。当处于所述第一模式时，所述驱动控制单元将向所述电动机供应的电力量固定为最大值，并且当处于所述第二模式时，所述驱动控制单元基于所述电动机的当前旋转速度和所述旋转速度指令来可变地控制向所述电动机供应的电力量。
因而，比较早地和可靠地将第一模式中的电动机的旋转速度设定为当前运转状态下最高可能的速度，因而将阀正时可靠地改变所要求的量。在第二模式中，通过控制电动机的旋转速度对阀正时执行反馈控制。结果，以更高精度将阀正时设定为目标阀正时。
在本发明的第一方面中，当所述打开/关闭正时处于第一相位区域内时，与当所述打开/关闭正时处于第二相位区域内时相比，所述改变机构可以将所述打开/关闭正时的变化量相对于所述致动器的操作量的比率设定成更小的值。当所述发动机停止时的所述目标打开/关闭正时被设定在所述第一相位区域内，并且当所述发动机处于怠速运转时的目标打开/关闭正时被设定在所述第二相位区域内。
因而，可以根据电动机(致动器)从发动机停止指令发出时直到发动机停止时的运转将阀正时置于其中相位的改变量相对于电动机的操作量的比率低(即，减速比高)的第一相位区域中。因而，可以避免在阀正时在第一相位区域之外的同时发动机停止的情况，因而可以避免由于例如凸轮轴的反作用力引起电动机的旋转而造成阀正时的不期望的改变。
在本发明的第一方面中，当所述发动机停止时的所述目标打开/关闭正时可以是处于最大延迟相位的打开/关闭正时。
因而，当发动机停止时的目标阀正时被设定为最大延迟相位的阀正时以为了适合地执行发动机起动时间压力减小控制时，在发动机停止指令发出之后可靠地将阀正时改变所要求的量，并且避免了改变机构的可动部件与止挡部分之间高速碰撞的情况。
本发明的第二方面涉及一种用于控制可变阀正时系统的方法，所述可变阀正时系统改变设置在发动机中的进气阀和排气阀中至少一者的打开/关闭正时，并包括改变机构，其构造成当所述发动机正在运转时，通过沿着基于用作致动器的电动机的旋转速度与凸轮轴的旋转速度的差值为正值或者负值而确定的方向并以基于所述电动机的所述旋转速度与所述凸轮轴的所述旋转速度的所述差值的大小而确定的变化率来改变所述凸轮轴与曲轴之间的旋转相位差，来改变所述打开/关闭正时，所述凸轮轴驱动其打开关闭正时被改变的所述阀。根据所述方法，基于所述电动机的旋转速度来设定模式切换条件，基于对所述打开/关闭正时的控制的状况来判定所述模式切换条件是否得到满足。在发送停止所述发动机的指令之后直到所述模式切换条件得到满足，将控制模式设定为第一模式，在所述第一模式中，使所述电动机以当前运转状态下的最高可能速度并沿着朝着当所述发动机停止时应当实现的目标打开/关闭正时改变所述打开/关闭正时的方向旋转，并且在所述模式切换条件得到满足之后，将所述控制模式设定为第二模式，在所述第二模式中，执行反馈控制，所述反馈控制用于基于当前打开/关闭正时与所述目标打开/关闭正时的偏差来设定用于所述电动机的旋转速度指令。
利用根据以上所述的本发明的各方面的可变阀正时系统和用于控制可变阀正时系统的方法，可以在发动机停止指令发出之后可靠地将阀正时改变所要求的量并将发动机停止时的阀正时设定为目标相位处的阀正时。
附图说明
参照附图，从以下对实施例的详细描述，本发明的前述和其它目的、特征和优点将变得明显，其中，相同或者相应的部分用相同的参考标号来表示，并且其中：
图1是示意性地示出了设置有根据本发明实施例的可变阀正时系统的车辆发动机的结构的视图；
图2是示出了限定进气凸轮轴的相位的对照图的曲线图；
图3是示出了进气VVT机构的剖视图；
图4是沿着图3中的线IV-IV所取的剖视图；
图5是沿着图3中的线V-V所取的第一剖视图；
图6是沿着图3中的线V-V所取的第二剖视图；
图7是沿着图3中的线VII-VII所取的剖视图；
图8是沿着图3中的线VIII-VIII所取的剖视图；
图9是示出了进气VVT机构的各元件协作实现的减速比的曲线图；
图10是示出了引导板相对于链轮的相位和进气凸轮轴的相位之间的关系的曲线图；
图11是图示了由根据本发明实施例的可变阀正时系统对进气阀相位执行的控制的构造的示意框图；
图12是图示了对作为根据本发明实施例的可变阀正时系统的致动器的电动机的旋转速度的控制的框图；
图13是图示了对电动机的旋转速度的控制的曲线图；
图14是图示了模式被模式切换判定单元改变的方式的曲线图；
图15是图示了模式切换相位被可变地设定的方式的曲线图；
图16是图示了可变设定模式切换时间的方式曲线图；
图17是图示基于从电动机旋转角度传感器输出的信号判定所述是否处于锁止状态(即，其中电动机的旋转被大致完全停止的状态)的方式的波形图；
图18是图示电动机EDU的构造的功能框图；以及
图19是图示在根据本发明实施例的可变阀正时系统中在停止发动机的指令发出之后设定控制模式方式的流程图。
具体实施方式
以下，将参照附图描述本发明的实施例。在以下描述中，相同或者相应元件将用相同的参考标号来表示。参考标号相同的元件的名称和功能也相同。因而，以下对参考标号相同的元件的描述仅仅提供一次。
首先，参照图1将描述设置有根据本发明实施例的可变阀正时系统的车辆发动机。
发动机1000是八缸V型发动机，其包括第一排1010和第二排1012，每排具有四个气缸。注意，根据本发明实施例的可变阀正时系统可以应用到任何类型的发动机。即，可变阀正时系统可以应用到除了八缸V型发动机以外的发动机。
已经流经空气滤清器1020的空气供应到发动机1000。节气阀1030调节供应到发动机1000的空气量。节气阀1030是由电动机驱动的电子控制的节气阀。
空气通过进气通道1032被引入到气缸1040。然后，该空气在气缸1040内形成的燃烧室中与燃料混合。该燃料从喷射器1050直接喷入气缸1040中。即，喷射器1050的喷射孔位于气缸1040内。
燃料在进气行程中喷入气缸1040中。燃料被喷射的时间不必在进气行程。将在发动机1000是喷射器1050的喷射孔位于气缸1040内的直喷式发动机的前提下提供关于本发明实施例的描述。除了用于直接喷射的喷射器1050之外，还可以设置用于端口喷射的喷射器。可选地，可以仅仅设置用于端口喷射的喷射器。
气缸1040中的空气燃料混合气被火花塞1060点燃，然后燃烧。燃烧了的空气燃料混合气(即，排气气体)被三元催化剂1070净化，然后排出到车辆外部。活塞1080由于空气燃料混合气的燃烧而被向下推，由此旋转曲轴1090。
进气阀1100和排气阀1110设置在气缸1040的顶部。进气阀1100被进气凸轮轴1120驱动，并且排气阀1110被排气凸轮轴1130驱动。进气凸轮轴1120和排气凸轮轴1130通过例如链条或者齿轮而被彼此连接，并以相同的转数(以曲轴1090的转数的一半)旋转。因为旋转体(例如，轴)的转数(代表性地，每分钟的转数(rpm))通常被称为旋转速度，在以下描述中将使用术语“旋转速度”。
进气阀1100的相位(打开/关闭正时)被装配到进气凸轮轴1120的进气VVT机构2000控制。排气阀1110的相位(打开/关闭正时)被装配到排气凸轮轴1130的排气VVT机构3000控制。
在本发明的实施例中，进气凸轮轴1120和排气凸轮轴1130分别被VVT机构2000和3000旋转，由此进气阀1100的相位和排气阀1110的相位被控制。然而，用于控制相位的方法不限于此。
进气VVT机构2000由电动机2060(在图3中示出)操作。电动机2060被电子控制单元(ECU)4000控制。流经电动机2060的电流的大小由安培计(未示出)检测，施加到电动机2060的电压由伏特计(未示出)检测，并且表示电流的大小的信号和表示电压的信号传输到ECU4000。排气VVT机构3000被以液压的方式操作。注意，进气VVT机构2000可以被以液压的方式操作。注意，排气VVT机构3000可以借助于电动机被操作。
ECU4000从曲轴角传感器5000接收表示曲轴1090的旋转速度和曲轴角的信号。ECU4000还从凸轮轴位置传感器5010接收表示进气凸轮轴1120的相位的信号和表示排气凸轮轴1130的相位(这些凸轮轴在旋转方向上的位置)的信号。
此外，ECU4000从冷却水温度传感器5020接收表示用于发动机1000的冷却水的温度(冷却水温度)的信号，从气流计5030接收表示供应到发动机1000的空气量的信号。
ECU4000基于从以上所述的传感器接收到的信号和存储在存储器(未示出)中的对照图和程序来控制节气门开度、点火正时、燃料喷射正时、燃料喷射量、进气阀1100的相位、排气阀1110的相位，使得将发动机1000置于所期望的运转状态。
根据本发明的实施例，ECU4000接着参照对照图设定适合于当前发动机运转状态的进气阀1100的目标相位，该对照图使用表示发动机运转状态的参数(代表性地使用发动机速度NE和进气量KL)预先限定目标相位。一般地，存储用来在多个冷却水温度下设定进气阀1100的目标相位的多个对照图。
此后，将更详细地描述进气VVT机构2000。注意，排气VVT机构3000可以具有以下描述的进气VVT机构2000相同的结构。可选地，进气VVT机构2000和排气VVT机构3000的每个可以具有与以下描述的进气VVT机构2000相同的结构。
如图3所示，进气VVT机构2000包括链轮2010、凸轮板2020、连杆机构2030、引导板2040、减速器2050和电动机2060。
链轮2010经由例如链条连接到曲轴1090。如在进气凸轮轴1120和排气凸轮轴1130的情况那样，链轮2010的旋转速度是曲轴1090的旋转速度的一半。进气凸轮轴1120设置成进气凸轮轴1120与链轮2010同轴，并相对于链轮2010旋转。
凸轮板2020以第一销2070连接到进气凸轮轴1120。在链轮2010中，凸轮板2020与进气凸轮轴1120一起旋转。凸轮板2020和进气凸轮轴1120可以彼此一体形成。
每个连杆机构2030由第一臂2031和第二臂2032形成。如在图4中所示，图4是沿着图3中的线IV-IV所取的横截面视图，成对第一臂2031布置在链轮2010中以相对于进气凸轮轴1120的轴线对称。每个第一臂2031连接到链轮2010以绕第二销2072枢转。
如在图5和图6中所示，图5是沿着图3中的线V-V所取的横截面视图，图6示出了通过从图5所示的状态提前进气阀1100的相位所实现的状态，第一臂2031和凸轮板2020由第二臂2032彼此连接。
每个第二臂2032被支撑成绕第三销2074相对于第一臂2031枢转。每个第二臂2032被支撑成绕第四销2076相对于凸轮板2020枢转。
进气凸轮轴1120被该对连杆机构2030相对于链轮2010旋转，由此进气阀100的相位被改变。因而，即使其中一个连杆机构2030受损并被折断，进气阀1100的相位可以被另一连杆机构2030改变。
如在图3中所示，控制销2034装配在每个连杆机构2030(更具体地，第二臂2032)的接近引导板2040的一面上。控制销2034布置成与第三销2074同轴。每个控制销2034在引导板2040中形成的引导槽2042内滑动。
每个控制销2034在引导板2040中形成的引导槽2042内滑动的同时沿着径向方向移动。每个控制销2034沿着径向方向的移动相对于链轮2010旋转进气凸轮轴1120。
如在图7中所示，图7是沿着图3中的线VII-VII所取的横截面视图，引导槽2042以螺旋的方式形成，使得控制销2034根据引导板2040的旋转而沿着径向方向移动。然而，引导槽2042的形状不限于此。
随着控制销2034和引导板2040的轴线之间的距离沿着径向方向增大，进气阀1100的相位被延迟更大。即，相位的改变量对应于每个连杆机构2030根据控制销2034沿着径向方向的移动而被操作的量。注意，随着控制销2034和引导板2040的轴线之间的距离沿着径向方向增大，进气阀1100的相位可以被提前更大。
如在图7中所示，当控制销2034到达引导槽2042的一端时，连杆机构2030的操作受到限制。因而，控制销2034到达引导槽2042的一端时的相位是进气阀1100的最大提前相位或者最大延迟相位。
如在图3中所示，多个凹部2044形成引导板2040接近减速器2050的一面中。凹部2044用来将引导板2040和减速器2050彼此连接。
减速器2050由外齿齿轮2052和内齿齿轮2054形成。外齿齿轮2052被固定到链轮2010以与链轮2010一起旋转。
多个突起2056装配在引导板2040的凹部2044中，并形成在内齿齿轮2054上。内齿齿轮2054被支撑成可绕耦合器2062的偏心轴线2066旋转，耦合器2062的轴线从电动机2060的输出轴的轴线2064偏移。
图8示出了沿着图3中的线VIII-VIII所取的横截面视图。内齿齿轮2054布置成其多个齿的一部分与内齿齿轮2052啮合。当电动机2060的输出轴的旋转速度等于链轮2010的旋转速度时，耦合器2062和内齿齿轮2054以与外齿齿轮2052(链轮2010)相同的旋转速度旋转。在此情况下，引导板2040以与链轮2010相同的旋转速度旋转，并且进气阀1100的相位被维持。
当耦合器2062被电动机2060绕轴线2064相对于外齿齿轮2052旋转时，整个内齿齿轮2054绕轴线2064转动，并且同时内齿齿轮2054绕偏心轴线2066旋转。内齿齿轮2054的旋转运动使引导板2040相对链轮2010旋转，由此进气阀1100的相位被改变。
从以上描述的结构可见，当发动机1000被停止时，即当链轮2010的旋转被停止时，仅仅通过使用电动机2060旋转内齿齿轮2054难以改变进气阀1100的相位。即，在发动机1000被停止之后进气VVT机构2000难以改变阀正时。
通过使用减速器2050、引导板2040和连杆机构2030减小电动机2060的输出轴和链轮2010之间的相对旋转速度(电动机2060的操作量)来改变进气阀1100的相位。可选地，通过增大电动机2060的输出轴和链轮2010之间的相对旋转速度可以改变进气阀1100的相位。电动机2060的输出轴设置有输出表示输出轴的旋转角度(输出轴在旋转方向上的位置)的信号的电动机旋转角度传感器5050。一般地，每次电动机2060的输出轴被旋转了预定角度时电动机旋转角度传感器5050产生了脉冲信号。基于从电动机旋转角度传感器5050输出的信号检测电动机2060的输出轴的旋转速度(以下适合地简称为“电动机2060的旋转速度”或者“电动机速度”)。
如在图9中所示，进气VVT机构2000的各元件协调实现的减速比R(θ)(即，电动机2060的输出轴和链轮2010之间相对旋转速度与进气阀1100的相位改变量之比)可以取与进气阀1100的相位相对应的值。根据本发明实施例，随着减速比增大，相位相对于电动机2060的输出轴和链轮2010之间相对旋转速度的变化量减小。
当进气阀1100的相位在从最大延迟相位延伸到CA1的相位区域2500内时，进气VVT机构2000的各元件协调实现的减速比是R1。当进气阀1100的相位在从CA2(CA2是比CA1更提前的相位)延伸到最大提前相位的相位区域2520内时，进气VVT机构2000的各元件协调实现的减速比是R2(R1>R2)。
当进气阀1100的相位在从CA1延伸到CA2的相位区域2510内时，进气VVT机构2000的各元件协调实现的减速比以预定的变化率((R2—R1)/(CA2—CA1))改变。
以下将描述这样构造的根据本发明实施例的可变阀正时系统的进气VVT机构2000的效果。
当进气阀1100的相位(进气凸轮轴1120)被提前时，电动机2060被操作以相对链轮2010旋转引导板2040。结果，如图10所示，进气阀1100的相位被提前。
当进气阀1100的相位在从最大延迟相位延伸到CA1的相位区域2500内时，电动机2060的输出轴和链轮2010之间的相对旋转速度以减速比R1减小。结果进气阀1100的相位被提前。
当进气阀1100的相位在从CA2延伸到最大提前相位的相位区域2520内时，电动机2060的输出轴和链轮2010之间的相对旋转速度以减速比R2减小。结果，进气阀1100的相位被提前。
当进气阀1100的相位被延迟时，电动机2060的输出轴沿着与进气阀1100的相位被提前的方向相反的方向相对链轮2010旋转。当相位被延迟时，电动机2060的输出轴和链轮2010之间的相对旋转速度以类似于当相位被提前时的方式减小。当进气阀1100的相位在从最大延迟相位延伸到CA1的相位区域2500内时，电动机2060的输出轴和链轮2010之间的相对旋转速度以减速比R1减小。结果，相位被延迟。当进气阀1100的相位在从CA2延伸到最大提前相位的相位区域2520内时，电动机2060的输出轴和链轮2010之间的相对旋转速度以减速比R2减小。结果，相位被延迟。
因而，只要电动机2060的输出轴和链轮2010之间的相对旋转方向保持不变，进气阀1100的相位可以在从最大延迟相位延伸到CA1的相位区域2500和从CA2延伸到最大提前相位的相位区域2520两者中被提前或者延迟。在此情况下，在从CA2延伸到最大提前相位的相位区域2520中，相位被提前或者延迟的量大于在从最大延迟相位延伸到CA1的相位区域2500中。因而，相位区域2520的相位变化宽度大于相位区域2500。
在从最大延迟相位延伸到CA1的相位区域2500中，减速比较高。因而，根据发动机1000的运转，利用施加至进气凸轮轴1120的转矩，需要高转矩来旋转电动机2060的输出轴。因而，即使当电动机2060不产生转矩(例如，即使当电动机2060不运转)，由施加到进气凸轮轴1120的转矩引起的电动机2060的输出轴的旋转受到约束。此约束了不期望的相位改变(即，实际相位从在控制中使用的相位的偏差)的发生。
优选地，电动机2060相对于链轮2010旋转的方向与相位的提前/延迟之间的关系设定成当电动机2060的输出轴的旋转速度低于链轮2010的旋转速度时进气阀1100的相位被延迟。因而，当在发动机正在运转的同时用作致动器的电动机2060变得不能工作时，进气阀1100的相位被逐渐延迟，并最终与最大延迟相位一致。即，即使进气阀相位控制变得不可执行，也可以将进气阀1100的相位置于在发动机1000中进行稳定燃烧的状态。
当进气阀1100的相位在从CA1延伸到CA2的相位区域2510内时，电动机2060的输出轴和链轮2010之间的相对旋转速度以以预定变化率变化的减速比减小。结果，进气阀1100的相位被提前或者延迟。
当进气阀1100的相位从相位区域2500转移到相位区域2520，或者从相位区域2520转移到相位区域2500时，相位相对于电动机2060的输出轴和链轮2010之间的相对旋转速度的变化量被逐渐增大或者减小。因而，相位的变化量的急剧的逐步变化受到约束以约束阿相位的急剧变化。结果，更适合地控制进气阀1100的相位。
图9中的减速比R(θ)对应于进气阀1100的相位的变化量相对于电动机2060的操作量(电动机2060的输出轴和链轮2010之间的相对旋转速度)之比的倒数。即，减速比较高的相位区域2500可以视为根据本发明的“第一相位区域”，其它相位其余2510和2520可以共同地视为根据本发明的“第二相位区域”。
对于根据本发明实施例的可变阀正时系统，当发动机被起动时的进气阀1100的相位(以下适合地称为“起动时相位”)设定在图9所示的减速比较高的相位区域2500内。特别是，在自动执行发动机间歇运转的车辆(诸如设置有经济行驶系统的车辆，该经济行驶系统在发动机开始怠速运转时停止发动机，以及能够仅仅使用电动机作为驱动力源的混合动力车辆)，优选地，执行用于将驱动时相位设定为最大延迟相位的起动时压力减小控制以减小发动机被起动时的振动。
以下在起动时相位设定为最大延迟相位的前提下提供关于本发明实施例的描述。因而，将在发送使发动机1000停止的指令(以下称为“发动机停止指令”)之后的进气阀的目标相位(停止时相位)设定为最大延迟相位θs，以便于随后发动机起动。
将当发动机1000正在怠速运转时使用的进气阀1100的目标相位θi设定为相位区域2500外的相位。在此情况下，必须在发动机停止指令被发送之后将进气阀1000的相位可靠地改变所需量，以在发动机停止指令被发送之后可靠地使进气阀1100的相位回到区域2500。使进气阀1100的相位回到区域2500中以防止当发动机1000被停止时进气阀1100的不期望的变化的发生。在本发明实施例中，发动机停止指令的示例包括响应于由驾驶员执行的操作(代表性地，关断点火开关的操作)而发送的发动机停止指令，和由在例如混合动力车辆或者设置有经济行驶系统的车辆中执行的发动机自动停止控制自动地产生的发动机停止指令。
接着，将详细描述对进气阀1100的相位(以下适合地简称为“进气阀相位”)的控制的构造。
如在图11中所示，如之前参照图1所描述的，发动机1000构造成动力通过正时链条1200(或者正时带)从曲轴1090分别经由链轮2010和链轮2012传递到进气凸轮轴1120及排气凸轮轴1130。每次进气凸轮轴1120旋转预定的凸轮角度时输出凸轮角度信号Piv的凸轮位置传感器5010装配在进气凸轮轴1120的外周边。每次曲轴1090旋转预定的曲轴角度时输出曲轴角度信号Pca的曲轴角度传感器5000装配在曲轴1090的外周边。每次电动机2060旋转预定的旋转角度时输出电动机旋转角度信号Pmt的电动机旋转角度传感器5050装配到电动机2060的转子(未示出)。这些凸轮角度信号Piv、曲轴角度信号Pca和电动机旋转角度信号Pmt传输到ECU4000。
ECU4000基于从检测发动机1000的运转状态和运转条件(由驾驶员执行的踏板操作、当前车辆速度等)的传感器输出的信号来控制发动机1000的运转，使得发动机1000产生所需的输出动力。作为发动机控制的一部分，ECU4000基于图2所示的对照图设定进气阀1100的相位的目标值和排气阀1110的相位的目标值。此外，ECU4000准备用于用作进气VVT机构2000的致动器的电动机2060的旋转速度指令值Nmref。如果电动机2060以旋转速度指令值Nmref旋转，则进气阀1100的相位与目标值(目标相位)一致。
如以下所述，基于电动机2060的输出轴和链轮2010(进气凸轮轴1120)之间的相对旋转速度(对应于致动器的操作量)设定旋转速度指令值Nmref。电动机EDU(电子驱动单元)4100基于由来自ECU4000的信号所表示的旋转速度指令值Nmref控制电动机2060的旋转速度。
图12是图示对用作根据本发明实施例的进气VVT机构2000的致动器的电动机2060的旋转速度控制的框图。
如在图12所示，目标相位设定单元4010基于表示发动机运转状态的参数(例如，图2所示的发动机速度和进气量)设定作为可变阀正时控制的对象的用于进气阀1100的目标相位值IVref。在发动机1000被停止时，更具体地，在发送使发动机1000停止的指令之后，目标相位设定单元4010将目标相位值IVref设定为适合于发动机起动的停止时相位(在本实施例中是最大延迟相位)以便于随后的发动机起动。即，如果当发动机停止指令被发送时进气阀相位与停止时相位不一致(如果停止时相位尚未到达)，则可变阀正时系统需要改变进气阀相位(即，进气凸轮轴1120的相位)。
致动器操作量设定单元6000基于进气阀1100的当前实际相位IV(θ)(以下称为“实际进气阀相位IV(θ)”)与目标相位值IVref的偏差准备用于电动机2060的旋转速度指令值Nmref，使得致动器被操作使进气阀相位IV(θ)与目标相位值IVref一致的量。
致动器操作量设定单元6000包括阀相位检测单元6010；凸轮轴相位改变量计算单元6020；相对旋转速度设定单眼6030；凸轮轴旋转速度检测单元6040；以及旋转速度指令值准备单元6050。通过以预定的控制循环执行根据事先存储在ECU4000中的预定程序的控制例程来实现致动器操作量设定单元6000的操作。
阀相位检测单元6010基于来自曲轴角度传感器5000的曲轴角度信号Pca、来自凸轮轴位置传感器5010的凸轮角度信号Piv和来自用于电动机2060的旋转角度传感器5050分电动机旋转角度信号Pmt计算进气阀1100的实际相位IV(θ)(以下称为“实际进气阀相位IV(θ)”)。
凸轮轴相位改变量计算单元6020包括计算单元6022和所需相位改变量计算单元6025。计算单元6022计算实际进气阀相位IV(θ)与目标相位IVref的偏差△IV(θ)(△IV(θ)＝IV(θ)—IVref)。所需相位改变量计算单元6025基于所计算的偏差△IV(θ)计算在当前控制循环中要求改变进气凸轮轴1120的相位的量(以下称为“用于进气凸轮轴1120的所需相位改变量△θ”)。
例如，预先设定在单个控制循环中所需相位改变量△θ的最大值△θmax。所需相位改变量计算单元6025设定所需相位改变量△θ(其对应于偏差△IV(θ)并等于或者小于最大值△θmax)。最大值△θmax可以是固定值。可选地，最大值△θmax可以由所需相位改变量计算单元6025基于发动机1000的运转状态(发动机速度、进气量等)和偏差△IV(θ)可变地设定。凸轮轴相位改变量计算单元6020判定进气阀相位IV(θ)是否已经达到目标相位值IVref。如果判定进气阀相位IV(θ)已经达到目标相位值IVref，则凸轮轴相位改变量计算单元6020将相位改变量△θ设定为0(△θ＝0)。
相对旋转速度设定单元6030计算电动机2060的输出轴相对于链轮2010(进气凸轮轴1120)的旋转速度的旋转速度△Nm。旋转速度△Nm需要被实现以获得由所需相位改变量计算单元6025计算的所需相位改变量△θ。例如，当进气阀1100的相位被提前时将相对旋转速度△Nm设定为正值(△Nm>0)。另一方面，当进气阀1100的相位被延迟时，将相对旋转速度△Nm设定为负值(△Nm<0)。当进气阀1100的当前相位被维持(即，当进气阀相位IV(θ)已经达到目标相位值IVref(△θ＝0)时)，将相对旋转速度△Nm设定为大致等于零的值(△Nm＝0)。
每与一个控制循环相对应的单位时间△T的相位改变量△θ和相对旋转速度△Nm之间的关系由以下公式1表示。在公式1中，如图9所示，R(θ)是根据进气阀1100的相位而变化的减速比。
△θ∝△Nm×360°×(I/R(θ))×△T       公式1
根据公式1，相对旋转速度设定单元6030计算电动机2060相对于链轮2010的旋转速度的旋转速度△Nm，在控制循环△T的过程中相对旋转速度△Nm被要求实现以获得凸轮轴的相位改变量△θ。
凸轮轴旋转速度检测单元6040通过将凸轮轴1090的旋转速度除以2计算链轮2010的旋转速度(即，进气凸轮轴1120的实际旋转速度IVN)。可选地，凸轮轴旋转速度检测单元6040可以基于来自凸轮轴位置传感器5010的凸轮角度信号Piv计算进气凸轮轴1120的实际旋转速度IVN。
旋转速度指令值准备单元6050通过将由凸轮轴旋转速度检测单元6040计算出的进气凸轮轴1120的实际旋转速度IVN加上由相对旋转速度设定单元6030设定的相对旋转速度△Nm来准备用于电动机2060的旋转速度指令值Nmref。表示由旋转速度指令值准备单元6050准备的旋转速度指令值Nmref的信号传输到电动机EDU4100。
电动机ECU4100经由继电器电路4250连接到电力供应单元4200。基于控制信号SRL控制继电器电路4250的开/关状态。电力供应单元4200通常由在发动机1000的运转过程中被充电的二次电池形成。
电动机EDU4100执行旋转速度控制，使得电动机2060的旋转速度与旋转速度指令值Nmref一致。例如，电动机EDU4100基于电动机2060的实际旋转速度Nm与旋转速度指令值Nmref的偏差(Nmref—Nm)控制功率半导体元件(例如，晶体管)的开/关状态以控制从电力供应单元4200供应到电动机2060的电力(代表性地，流经电动机2060的电流大小和施加到电动机2060的电压的振幅)。例如，控制在功率半导体元件的开/关操作中使用的占空比。
电动机EDU4100根据以下公式(2)控制作为在旋转速度控制中使用的调节量的占空比DTY，以更合适地控制电动机2060。
DTY＝DTY(ST)+DTY(FB)  公式2
在公式2中，DTY(FB)是基于使用以上所述的偏差和预定的控制增益进行的控制计算的(代表性地，普通的P控制或者PI控制)的反馈项。
如图13所示，公式(2)中的DTY(ST)是基于用于电动机2060的旋转速度指令值Nmref和相对旋转速度△Nm设定的预设项。
如图13所示，与当相对旋转速度△Nm为零(△Nm＝0)(即，当电动机2060基于旋转速度指令值Nmref以与链轮2010相同的旋转速度旋转时)要求供应到电动机2060的电力(流经电动机2060的电流和施加到电动机2060的电压)相对应的占空比特性6060预先以表格的形式提供。基于占空比特性6060设定公式2中的DTY(ST)。可选地，通过将与相对旋转速度△Nm相对应的占空比的值从基于占空比特性6060的基准值相对增大或者减小可以设定公式2中的DTY(ST)。
执行其中组合使用预设项和反馈项两者来控制供应到电动机2060的电力的旋转速度控制。以此方式，即使旋转速度指令值Nmref变化，电动机EDU4100使电动机2060的旋转速度与旋转速度指令值Nmref一致比在单纯的反馈控制(即，仅仅使用公式2中的反馈项DTY(FB)控制供应到电动机2060电力的旋转速度控制)中更迅速。
如在图12中所述，根据本发明实施例的可变阀正时系统还包括停止时控制模式设定单元6500，其控制在发动机停止指令被发送之后的进气阀的相位。停止时控制模式设定单元6500包括模式切换条件设定单元6510、模式切换判定单元6520和锁止状态判定单元6550。
模式切换判定单元6520响应于发动机停止指令的发送将发动机停止指令发送之后的进气阀相位控制的模式设定为最高速度模式(第一模式)，并维持最高速度模式，直到由模式切换条件设定单元6510设定的模式切换条件得到满足。当模式切换条件得到满足时，模式切换判定单元6520将进气阀相位控制的模式从最高速度模式改变为通常模式(第二模式)。
例如，如图14所示，在发动机停止指令被发送之后，在进气阀相位在其中进气阀相位比改变控制模式的模式切换相位θr更提前的的区域AR1内的同时，使用最高速度模式。当进气阀相位在其中进气阀相位与模式切换相位θr一致或者比模式切换相位θr更延迟的区域AR2内时，使用通常模式来代替最高速度模式。即，在发出发动机停止指令之后，使用速模式，直到作为停止时相位的最大延迟相位和当前进气阀相位之间的相位差△θ变得等于或者小于预定值()。然后，当相位差△θ变得等于或者小于预定值时，控制模式从最高速度模式(第一模式)改变到通常模式(第二模式)。此后，在通常模式下进气阀相位朝着停止时相位改变。当当发动机停止指令发出时进气阀相位已经在区域AR2内时，不选择最高速度模式，并且继续使用通常模式作为控制模式，直到发动机停止。
在通常模式下，致动器操作量设定单元6000执行对进气阀相位IV(θ)的反馈控制，并且电动机2060的旋转速度基于旋转速度指令值Nmref而被控制。
在最高速度模式下，不对进气阀相位IV(θ)执行反馈控制。供应到电动机2060的电力量固定为最大值，并且电动机2060逆着通常旋转方向旋转。因而，电动机2060以当前运转状态下的最高可能的旋转速度逆着通常旋转方向旋转，因而，在最高速度下进气阀相位朝着最大延迟相位(停止时相位)改变。在此情况下，电动机2060的旋转速度取决于诸如的温度的条件而变化。具体地，当温度较低时，电动机2060的负荷转矩由于润滑油的粘性的增大而增大。因而，由所接收到的相同电力量所实现的电动机2060的旋转速度变得低于当温度不低时的情况。
在接收到电动机旋转角度信号Pmt时，模式切换条件设定单元6510设定表示模式切换条件的模式切换相位θr，其中电动机旋转角度信号Pmt是频率对应于电动机2060的旋转速度Nm的脉冲信号。
如图15所示，根据当前电动机速度Nm依次设定模式切换相位θr。随着电动机速度Nm增大，模式切换相位θs更提前。即，模式切换条件被设定成，随着电动机速度Nm增大，模式从最高速度模式改变到通常模式的时间变得更早。
可选地，自发动机停止指令发出之后已经经过的时间可以由计时器(未示出)测量，并且模式切换条件可以基于经过的时间T和模式切换时间Tm之间的比较结果来设定。在此情况下，模式切换判定单元6250使用最高速度模式，直到经过的时间T到达模式切换时间Tm。当自发动机停止指令发出之后已经经过模式切换时间Tm时，模式切换判定单元65可以将控制模式从最高速度模式改变到通常模式，并在此后维持通常模式。
模式切换条件设定单元6510基于当发动机停止指令发出时的相位差△θ和电动机2060的旋转速度Nm设定模式切换时间Tm。例如，如图16所示，针对当发动机停止指令发出时的每个相位差△θ预先设定表示电动机速度Nm和模式切换时间Tm之间关系的设定特性6600。模式切换条件设定单元6510基于当发动机停止指令发出时的相位差△θ选择将被使用的设定特性6600，然后根据所选定的设定特性6600依次与当前电动机速度Nm对应的模式切换时间Tm。模式切换时间Tm被设定为随着当发动机停止指令发出时的相位差△θ越小就越短的时间，并设定为随着电动机速度Nm越高就越短的时间。
如图12所示，锁止状态判定单元6550判定电动机2060是否处于其中电动机2060的旋转大致完全停止的锁止状态中。更具体地，如图17所示，当脉冲未发生期间(在此期间，电动机旋转角度信号Pmt不产生脉冲)超过限制值时，判定电动机2060处于锁止状态。可选地，脉冲未发生期间T1c可以在发动机停止指令发出之后被累积，并且可以当累积的期间达到预定值时判定电动机2060处于锁止状态下。
锁止状态判定单元6550产生用于关断继电器电路4250的控制信号SRL或者用于停止由电动机EDU4100执行的接通/关断控制的停止信号，由此停止对电动机2060的电力供应。因而，可以防止电动机2060以及布置在控制电动机2060的电动机EDU4100内的开关元件由于过热而出现故障。
接着，将参照图18描述控制电动机2060的电动机EDU4100的构造。
图18是图示电动机EDU4100的具体构造的功能框图。如图18所示，电动机EDU4100包括脉冲计数器4110和4120、减法电路4130、控制计算电路4140、占空预设电路4150、加法电路4155、驱动电路4160、DC/DC转换器4170、逆变器4180、模式判定电路4300和切换开关4310。
电动机EDU4100从ECU4000接收作为频率与旋转速度指令值Nmref对应的脉冲信号的控制信号SG1。脉冲计数器4110计数来自ECU4000的脉冲信号SGI的脉冲次数。脉冲信号SGI具有与旋转速度命令值Nmref对应的频率。脉冲计数器4120计数电动机旋转角度信号Pmt的脉冲的次数。减法电路4130输出表示由脉冲计数器4110计数的脉冲次数和由脉冲计数器4120计数的脉冲次数之间的差值△Np的信号。即，从减法电路4130输出的信号表示与电动机2060的旋转速度与旋转速度命令值Nmref之间偏差相对应的差值△Np。
控制计算电路4140根据公知的控制计算方法(例如，P控制或者PI控制)基于电动机2060的旋转速度与旋转速度命令值Nmref之间的偏差输出表示调节量的信号，即，表示方程式2中的反馈项DTY(FB)的控制电压Vfb。占空预设电路4150根据从脉冲计数器4110输出的信号基于图13所示的占空比特性6060输出表示控制电压Vst的信号，其中控制电压Vst表示方程式2中的预设项DTY(ST)。
加法电路4155输出表示控制电压Vmn的信号，控制电压Vmn是由来自控制计算电路4140的信号所表示的控制电压Vb和由来自占空预设电路4150的信号表示的控制电压Vst之和。控制电压Vmn对应于表示方程式2中的占空比DTY的电压。控制电压Vmn表示布置在DC/DC转换器4170内的功率半导体元件的占空比，其中DC/DC转换器4170用在旋转速度控制模式中。
模式判定电路4300根据来自ECU4000的指令准备表示电动机2060是否正沿着通常的旋转方向或者逆着通常的旋转方向旋转的控制信号SP和表示所选定的控制模式的控制信号SMD。在发动机停止指令发出之后，模式判定电路4300基于由图12所示的模式切换判定单元6520所选定的模式准备控制信号SMD。在通常运转期间，控制信号SMD被设定成基本选择通常模式。
基于旋转速度命令值Nmref基本上设定电动机2060的旋转方向。可选地，可以根据来自ECU4000的方向信号设定电动机2060的旋转方向。尤其是，在发动机停止指令发出之后的最高速度模式中，需要基于当前进气阀相位是否比停止时相位更提前或者更延迟来设定电动机2060的旋转方向。然而，根据本发明的实施例，因为进气阀1100的停止时相位与最大延迟相位一致，电动机2060的旋转方向在发动机停止指令发出之后恒定(逆着通常的旋转方向)。
当选择通常模式时，切换开关4310根据来自模式判定电路4300的控制信号SMD将由来自加法电路4155的信号所表示的表示控制电压Vmn的信号作为表示控制电压Vdty的信号传递到驱动电路4160。另一方面，当选择最高速度模式时，切换开关4310将表示与最大占空比DTYmax(100％)的电压Vcs的信号作为表示控制电压Vdty的信号传递到驱动电路4160。
DC/DC转换器4170由例如斩波电路形成。来自电力供应单元4200的源电压VB根据电路中的功率半导体元件的占空比升压或者降压。因而，来自DC/DC转换器4170的输出电压Vac根据由控制电压Vdty指示的占空比DTY被可变地控制着。
逆变器4180由例如普通的三相逆变器形成，并将峰值大小与来自DC/DC转换器4170的输出电压Vac一致的交流电压施加到电动机2060。因而，在最高速度模式中，来自DC/DC转换器4170的输出电压Vac基于最大占空比DTYmax具有最大值。因而，施加到电动机2060的电压的大小是最大值，并且供应到电动机2060的电力量也设定为最大值。因而，通过执行简单控制，可以将电动机速度设定为当前运转状态下最高可能值。
当电动机2060正逆着通常旋转方向旋转时，逆变器4180根据来自模式判定电路4300的控制信号SP将相位与当电动机2060正沿着通常旋转方向旋转时相反的交流电电压施加到电动机2060。
图19是图示在根据本发明实施例的可变阀正时系统中设定在发动机停止指令发出之后的控制模式的方式的流程图。图19所示的控制例程通过执行预先存储在ECU4000中程序以预定的控制循环来实现。
如图19所示，ECU4000在步骤S100判定是否已经发出发动机停止指令。例如，可以基于发动机停止处理标记进行步骤S100的判定，其中发动机停止处理标记在发动机起动时设定为“关”，并响应于发动机停止指令的发出而设定为“开”。
当在步骤S100作出否定的判定，即当判定尚未发出发动机停止指令时，ECU4000将用于进气阀相位的控制模式设定为通常模式。如上所述，在通常模式下，通过执行反馈控制以使进气阀相位为目标相位值来对电动机2060执行旋转速度控制。
另一方面，当在步骤S100作出肯定的判定时，ECU4000判定发动机速度在预定的速度范围内。当发动机正以相当低的速度(例如，低于200rpm的发动机速度)旋转时，即当直到发动机停止的时间太短而不足以将进气阀相位改变足够量时，或者当发动机正以高速(例如，超过2000rpm的发动机速度)旋转时，即当留下改变进气阀相位的足够时间因而估计出不用选择最高速度模式而执行通常模式下的控制就能将进气阀相位改变到停止时相位时，在步骤S105作出否定的判定。在除了发动机正以相当低的速度旋转的情况和发动机以高速旋转的情况(例如，在发动机正以从200rpm到2000rpm的发动机速度旋转的情况)以外的情况下，在步骤S105作出肯定的判定。
当在步骤S105作出肯定的判定时，ECU4000在步骤S110判定控制模式在发动机停止指令发出之后的下述条件下是否已经被设定为通常模式。如果判定控制模式已经被设定为通常模式(在步骤S110为“是”)，则ECU4000执行步骤S150以将用于进气阀相位的控制模式维持在通常模式下。如上所述，在发动机停止指令发出之后，通常模式下的目标相位值IV(θ)被设定为停止时相位θs(最大延迟相位)。
另一方面，当在步骤S110作出否定的判定时，即当维持当发动机停止指令发出时最初设定的最高速度模式时，ECU4000在步骤S120基于当前电动机速度Nm设定模式切换条件，更具体地，图14和图15所示的模式切换相位θr(或者图16所示的模式切换时间Tm)。
然后，ECU4000在步骤S130判定在步骤S120设定的模式切换条件是否已经得到满足。当模式切换相位θr被选择为模式切换条件时，ECU4000判定当前的进气阀相位IV(θ)是否比模式切换相位θr更接近停止时相位θs。即判定以下方程式是否得到满足：。当停止时相位与最大延迟相位一致时，ECU4000在步骤S130判定当前进气阀相位IV(θ)比在步骤S130中设定的模式切换相位θr更延迟(IV(θ)<θr)。
当模式切换时间Tm选择为模式切换条件时，在步骤S130作出否定的判定，直到自发动机停止指令发出之后已经经过的并由计时器(未示出)测量的时间达到模式切换时间Tm。在经过的时间超过模式切换时间Tm之后，在步骤S130作出否定的判定。在步骤S120中的处理对应于由图12所示的模式切换条件设定单元6510执行的操作。
当判定模式切换条件得到满足(在步骤S130中为“是”)时，即当判定当前进气阀相位IV(θ)比模式切换相位θr更接近停止时相位θs时，或者当自发动机停止指令发出之后已经经过的时间超过模式切换时间Tm时，ECU4000执行步骤S150以将用于进气阀相位的控制模式设定为通常模式。
另一方面，当判定模式切换条件没有得到满足时(在步骤S130中为“否”)，即当判定当前进气阀相位IV(θ)比模式切换相位θs更远离停止时相位θs，即当自发动机停止指令发出之后已经经过的时间尚未达到模式切换时间Tm时，ECU4000执行步骤S160，以判定电动机2060是否处于其中电动机2060的旋转大致完全停止的锁止状态下。因为与以上所述的方式相同的方式作出步骤S160的判定，在以上所述方式中锁止状态判定单元6550判定电动机2060是否处于锁止状态下，所以以下不提供详细的描述。
当判定电动机2060处于锁止状态下时(在步骤S160中的“是”)，ECU4000在步骤S200停止对电动机2060的电力供应，并在步骤S210结束进气阀相位控制。即，步骤S160、S200和S210中的处理对应于由图12所示的锁止状态判定单元6550执行的操作。在通常控制过程(通常模式)中还执行用于判定电动机2060是否处于锁止状态下的控制。然而，在其中大量电力供应到电动机2060的最高速度模式中，用来判定电动机2060是否处于锁止状态中的限制值被设定为比在通常模式下使用的值更短的值。
当电动机2060不在锁止状态下时，ECU4000在步骤S180将用于进气阀相位的控制模式设定为最高速度模式。在步骤S130、S150和S180中的处理对应于由在图12中所示的模式切换判定单元6520所执行的操作。
根据以上所述的控制例程，在发动机停止指令发出之后，判定发动机速度是否在预定的速度范围内(S105)，并判定模式切换条件是否得到满足(S130)。当发动机速度在其中应该选择最高速度模式中的预定速度范围内，并且模式切换条件没有得到满足时(即，进气阀相位比模式切换相位更远离停止时相位)，将用于进气阀相位的控制模式设定为最高速度模式。直到模式切换条件得到满足，用于进气阀相位的控制模式被维持在最高速度模式。在此期间，电动机2060以最高速度旋转，因而在高速度下使进气阀相位接近停止时相位。结果，进气阀相位在发动机停止指令发出之后被可靠地改变了所需量。
此外，当进气阀相位接近停止时相位并且模式切换条件得到满足时，用于进气阀相位的控制模式从最高速度模式改变到通常模式。因而，以更高精度将进气阀相位设定为停止时相位。尤其是，当停止时相位是相位可改变范围的限制值(例如，最大延迟相位)时，防止装置由于VVT机构2000的可动部件与止挡部分的高速碰撞而出现故障，因为在控制模式被改变到通常模式之后，进气阀相位在高速下没有被改变。
此外，根据本发明的实施例，模式切换条件可变地设定成，电动机速度越高，控制模式被改变到通常模式的时间更早，即，当当前阀正时和目标阀正时之间的相位差值越大时将控制模式改变到通常模式。因而，根据电动机速度适合地设定模式切换条件。即，与其中模式切换条件固定的控制构造相比，利用根据本发明实施例的控制构造，更可靠地将进气阀相位改变所需量，并且更精确地将进气阀相位设定为停止时相位。
此外，在其中大量电力供应到电动机2060的最高速度模式中，以与通常模式中不同的方式执行以下控制：响应于电动机2060处于锁止状态的判定而停止对电动机2060的电力供应。因而，防止电动机2060由于处于锁止状态下而过热。结果，保护装置以免出现故障。
在以上所述的本发明实施例中，VVT机构2000(图3至图9)可以视为根据本发明的“改变机构”，并且停止时控制模式设定单元6500和步骤S105至S210可以视为根据本发明的“停止时相位控制单元”。模式切换条件设定单元6510和步骤S120可以视为根据本发明的“模式切换条件设定单元”。模式切换判定单元6520和步骤S130、S150和S180可以视为根据本发明的“模式切换判定单元”。锁止状态判定单元6550和步骤S160、S200和S210可以视为根据本发明的“锁止状态判定单元”。电动机EDU4100可以视为根据本发明的“驱动控制单元”。
因而，已经在说明书中公开的本发明的实施例在所有方面被认为是图示性和非限制性的。本发明的技术范围由权利要求限定，并落在权利要求及其等同的意义和范围内的所有改变意在包括在其中。