JP2005291200A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関始動時におけるバルブの開閉タイミングを、最も遅れる最遅角タイミングよりも進角側の始動時タイミングとする構成において、始動時バルブタイミングへの応答性を向上させる。
【解決手段】機関停止時に始動時タイミングとなるように可変バルブタイミングを制御すると共にこのときの操作量を停止時操作量Ｕｅとして記憶する。機関始動時には、記憶した停止時操作量Ｕｅを基本始動時操作量Ｕｓ０として設定すると共に（Ｓ２３）、始動時タイミングと現在の開閉タイミングとの偏差に基づいてフィードバック操作量Ｕを算出し（Ｓ２４〜２６）、これらを加算した始動時操作量Ｕｓ（＝Ｕｓ０＋Ｕ）を可変バルブタイミング機構に出力する（Ｓ２７、Ｓ２８）。
【選択図】図１４

Description

本発明は、機関の吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミング（バルブタイミング）を変化させる可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

特許文献１には、吸気バルブのバルブタイミングを機関停止直後の惰性回転によって最も遅れる最遅角タイミングとし、機関始動時に最遅角タイミングからこれよりも進角側に設定される始動時タイミングとなるよう可変バルブタイミング機構を制御するものが開示されている。
特開平１１−２４１６０８号公報

ところで、上記従来の可変バルブタイミング機構はいわゆる油圧式のものであり、機関始動時のクランキングの開始によりクランクシャフトが回転し始めることで油圧が供給されてバルブタイミングを変化させるものであるため、バルブタイミングの変化速度はオイルポンプの吐出圧に依存することになる。
このため、オイルポンプの吐出圧の低い機関始動時では、最遅角タイミングから始動時タイミングに到達するまでの遅れが生じ、始動時タイミングに到達する前に燃料噴射・点火が行われて（初爆が生じて）しまう可能性があり、エミッションの悪化や燃焼の不安定を招くことおそれがあった。

この点、可変バルブタイミング機構を電磁式のものとすることで上記したような遅れを改善できることにはなるが、始動時におけるエミッションの悪化や燃焼の不安定を回避するために、機関始動時により速やかに始動時タイミングへと制御する等、前記始動時タイミングでの始動をより確実に行えるようにすることが望まれていた。
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、機関始動時に吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミングを機関の始動に適した始動時タイミングに設定する構成において、機関始動時におけるエミッションの悪化や燃焼の不安定を効果的に防止することを目的とする。

このため、請求項１に記載の発明は、機関始動時における吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを、最も遅れる最遅角タイミングよりも進角側の始動時タイミングとする構成において、機関停止時（停止直前）に前記開閉タイミングが前記始動時タイミングとなるように可変バルブタイミング機構を制御する。
このようにすると、例えば、機関停止中において可変バルブタイミング機構がその直前に制御された開閉タイミングを保持するような場合には、機関始動時に特別な制御を必要とすることなく、常に機関の始動に適した始動時タイミング（あるいは、その近傍）にて機関始動を行えることになり、エミッションの悪化や燃焼の不安定を確実に防止できる。また、機関停止中においては開閉タイミングが最遅角タイミングとなるような場合（すなわち、停止直前の開閉タイミングを保持できない場合）であっても、機関始動時に、例えば前回の機関停止時に開閉タイミングを始動時タイミングへと制御した際の操作量に基づいて可変バルブタイミング機構を制御できるので、始動時タイミングへの応答性を向上させることができ、エミッションの悪化や燃焼の不安定を確実に防止できる。

請求項２に記載の発明は、機関停止時（停止直前）に前記開閉タイミングを前記始動時タイミングへと制御すると共に、そのときの操作量を停止時操作量として記憶し、この記憶した停止時操作量に基づいて、機関始動時に可変バルブタイミング機構へ出力する始動時操作量を設定する。
このようにすると、前記開閉タイミングが始動時タイミングに収束した状態での操作量（停止時操作量）を考慮して始動時操作量が設定できるので、機関始動時に、機関停止中の最遅角タイミングから始動時タイミング（あるいは、その近傍）へと応答よく制御することができ、エミッションの悪化や燃焼の不安定を防止することができる。

請求項３に記載の発明は、機関始動時における吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを、最も遅れる最遅角タイミングよりも進角側の始動時タイミングとする構成において、機関温度に応じてあらかじめ設定された操作量に基づいて、機関始動時に可変バルブタイミング機構へ出力する始動時操作量を設定する。
このようにすると、例えば、機関温度（冷却水温度）ごとに、前記開閉タイミングを最遅角タイミングから始動時タイミングへと制御するのに適当な操作量を求めておき、そのときの機関温度に応じて操作量を選択してこれをフィードフォワードで可変バルブタイミング機構に与えることが（出力）できるので、複雑な構成（制御）の追加を必要とすることなく、機関停止中の最遅角タイミングから始動時タイミング（あるいは、その近傍）へと応答よく制御することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、実施形態における車両用内燃機関の構成図である。この図１において、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。

機関の各燃焼室には点火プラグ１３３が設けられており、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させる。燃焼排気は燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７は、それぞれ吸気側カムシャフト１３４、排気側カムシャフト１１０に設けられたカムによって開閉駆動されるが、吸気側カムシャフト１３４には、可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１３が設けられている。

このＶＴＣ１１３は、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相を変化させることで吸気バルブ１０５の開閉タイミング（バルブタイミング）を変化させる機構であり、その詳細については後述する。
なお、本実施形態では吸気バルブ１０５側のみにＶＴＣ１１３を備える構成としたが、吸気バルブ１０５側に代えて又は吸気バルブ１０５側と共に、排気バルブ１０７側にＶＴＣ１１３を備える構成であっても良い。

また、各気筒の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ１０５に向けて噴射する。
マイクロコンピュータを内蔵するＥＣＵ１１４には、各種センサからの出力信号が入力され、該信号に基づく演算処理によって、前記電子制御スロットル１０４、ＶＴＣ１１３及び燃料噴射弁１３１等を制御する。

前記各種センサとしては、アクセル開度を検出するアクセル開度センサＡＰＳ１１６、機関１０１の吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ１１５、クランクシャフト１２０からクランク角１８０°毎の基準回転位置で基準クランク角信号ＲＥＦを取り出すと共に単位クランク角度毎の単位角度信号ＰＯＳを取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、機関１０１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１１９、吸気側カムシャフト１３４からカム角９０°（クランク角１８０°）毎の基準回転位置でカム信号ＣＡＭを取り出すカムセンサ１３２、燃焼室１０６内の燃焼圧力を検出する圧力センサ１３５、バッテリ電圧Ｖｂを検出する電圧センサ１３６等が設けられている。なお、機関回転速度Ｎｅは、前記基準クランク角信号ＲＥＦの周期、又は、単位時間当たりの単位角度信号ＰＯＳの発生数に基づいて算出される。

次に、前記ＶＴＣ１１３の構成を、図２〜図９に基づいて説明する。図２に示すように、本実施形態に係るＶＴＣ１１３は、前記吸気側カムシャフト（以下、単にカムシャフトという）１３４と、このカムシャフト１３４の前端部に相対回動できるように組み付けられ、タイミングチェーン（図示せず）を介してクランクシャフト１２０に連係されるタイミングスプロケット３０２（駆動回転体）と、このタイミングスプロケット３０２とカムシャフト１３４の前方側（図２において左側）に配置されて、カムシャフト１３４とタイミングスプロケット３０２との組付角を操作する組付角操作機構３０４と、この組付角操作機構３０４のさらに前方側に配置されて、同機構３０４を駆動する操作力付与手段３０５と、内燃機関の図外のシリンダヘッドとヘッドカバーの前面に跨って取り付けられて組付角操作機構３０４と操作力付与手段３０５の前面と周域を覆う図外のＶＴＣカバーと、を備えている。なお、図３（及び図５）は図２のＡ−Ａ断面に相当し、図４は図２のＢ−Ｂ断面に相当する。

タイミングスプロケット３０２は、段差状の挿通孔３０６を備えた短軸円筒状に形成され、外周には前記タイミングチェーンと噛み合う歯車部３０３を有している。そして、前記挿通孔３０６部分が、カムシャフト１３４の前端部に結合された従動軸部材３０７（従動回転体）に回転可能に組み付けられている。また、タイミングスプロケット３０２の前面（カムシャフト１３４と逆側の面）には、図３に示すように、対面する平行な側壁を有する３個の径方向溝３０８（径方向ガイド）がタイミングスプロケット３０２のほぼ半径方向に沿うように形成されている。

従動軸部材３０７は、図２に示すように、軸芯部を貫通するボルト３１０によってカムシャフト１３４に結合されている。また、カムシャフト１３４の前端部に突き合される基部側外周に拡径部３０７ａが形成されると共に、その拡径部よりも前方側の外周面に放射状に突出する三つのレバー（突起部）３０９が一体に形成されている。
各突起部３０９には、三つのリンク３１１の基端がピン３１２によって回転可能に連結される。前記各リンク３１１の先端には、前記各径方向溝３０８に摺動自由に係合する円柱状の突出部３１３が一体に形成されている。

前記各リンク３１１は、各突出部３１３が対応する径方向溝３０８に係合した状態において、ピン３１２を介して従動軸部材３０７に連結されているため、リンク３１１の先端側が外力を受けて径方向溝３０８に沿って変位すると、タイミングスプロケット３０２と従動軸部材３０７とは、リンク３１１の作用によって相対回動する。
また、各リンク３１１の先端部には、軸方向前方側に開口する収容穴３１４が形成されている。この収容穴３１４には、後述する渦巻き溝３１５（渦巻き状ガイド）に係合する球面突起３１６ａを有する係合ピン３１６（転動部材）と、この係合ピン３１６を前方側（渦巻き溝３１５側）に付勢するコイルばね３１７とが収容されている。

一方、従動軸部材３０７の突起部３０９よりも前方側には、フランジ部３１８ａを有する円板状の中間回転体３１８が、軸受３２９を介して回転自在に支持されている。
この中間回転体３１８の後方側（カムシャフト１３４側）には、断面半円状の前述の渦巻き溝３１５が形成され、この渦巻き溝３１５に、前記各リンク３１１の先端の係合ピン３１６が転動自在に係合されている。

渦巻き溝３１５は、タイミングスプロケット３０２の回転方向に沿って次第に縮径するように形成されている。
従って、各リンク３１１の先端の係合ピン３１６が渦巻き溝３１５に係合した状態において、中間回転体３１８がタイミングスプロケット３０２に対して遅れ方向に相対回転すると、各リンク３１１の先端部は、径方向溝３０８に案内されつつ、渦巻き溝３１５の渦巻き形状に誘導されて半径方向内側に移動する。逆に、中間回転体３１８が進み方向に相対変位すると、半径方向外側に移動する。

前記組付角操作機構３０４は、前記タイミングスプロケット３０２の径方向溝３０８、リンク３１１、突出部３１３、係合ピン３１６、突起部３０９、中間回転体３１８、渦巻き溝３１５等によって構成されている。
そして、前記操作力付与手段３０５から中間回転体３１８に対して回動操作力が入力されると、渦巻き溝３１５と係合ピン３１６との係合部を通して、リンク３１１の先端を径方向に変位させ、リンク３１１と突起部３０９との作用によって、タイミングスプロケット３０２と従動軸部材３０７（従って、カムシャフト１３４）との組付角を変化させる回動力として伝達する。

操作力付与手段３０５は、中間回転体３１８をタイミングスプロケット３０２の回転方向に付勢するゼンマイばね３１９と、中間回転体３１８をタイミングスプロケット３０２の回転方向とは逆方向に回動させる制動力を発生するヒステリシスブレーキ３２０と、を備えている。そして、ＥＣＵ１１４が、内燃機関１０１の運転状態に応じてヒステリシスブレーキ３２０の制動力を制御することにより、中間回転体３１８をタイミングスプロケット３０２に対して相対回転させ、その回転位置を維持できるようになっている。

ゼンマイばね３１９は、タイミングスプロケット３０２に一体に取り付けられた円筒部材３２１にその外周端部が結合される一方で、内周端部が中間回転体３１８の円筒状の基部に結合され、全体が中間回転体３１８のフランジ壁３１８ａの前方側スペースに配置されている。
ヒステリシスブレーキ３２０は、中間回転体３１８の前端部にリテーナプレート３２２を介して取り付けられた有底円筒状のヒステリシスリング３２３と、非回転部材である図外のＶＴＣカバーに回転を規制した状態で取り付けられた磁界制御手段としての電磁コイル３２４と、電磁コイル３２４の磁気を誘導する磁気誘導部材であるコイルヨーク３２５と、を備える。そして、ＥＣＵ１１４が、内燃機関１０１の運転状態に応じて前記電磁コイル３２４への通電を制御する。具体的には、ＥＣＵ１１４は、電磁コイル３２４に対する通電量を、ディザ信号が重畳されたデューティ制御信号に基づいて制御する。

ヒステリシスリング３２３は、図６に示すように、外部の磁界の変化に対して位相遅れをもって磁束力が変化する特性（磁気的ヒステリシス特性）を持つヒステリシス材（半硬質材）によって形成され、外周側の円筒部（壁）３２３ａが前記コイルヨーク３２５によって制動作用を受けるようになっている。
コイルヨーク３２５は、電磁コイル３２４を取り囲むように全体が略円筒形状に形成され、その外周面が図外のシリンダヘッドに固定されている。また、コイルヨーク３２５の内周面は、軸受３２８を介して従動軸部材３０７の先端部に回転可能に支持されている。

そして、コイルヨーク３１５の後部面側（中間回転体３１８側）には、所定の隙間を有して向かい合う一対の対向面３２６、３２７が形成されている。
コイルヨーク３２５の両対向面３２６、３２７には、図４に示すように、夫々円周方向に沿って複数の凹凸が連続して形成され、これらの凹凸のうち凸部３２６ａ、３２７ａが磁極（磁界発生部）を構成している。

そして、一方の対向面３２６の凸部３２６ａと他方の対向面３２７の凸部３２７ａとは円周方向に交互に配置され、対向面３２６、３２７相互の近接する凸部３２６ａ，３２７ａがすべて円周方向にずれている。
従って、両対向面３２６、３２７の近接する凸部３２６ａ、３２７ａ間には、電磁コイル２４の励磁によって円周方向に傾きをもった向きの磁界が発生する（図７参照）。なお、前記ヒステリシスリング３２３の円筒部（壁）３２３ａは、両対向面３２６、３２７間の隙間に非接触状態で介装されている。

ここで、このヒステリシスブレーキ３２０の作動原理を図８により説明する。図８（ａ）はヒステリシスリング３２３（ヒステリシス材）に最初に磁界をかけた状態を示し、図８（ｂ）は上記（ａ）の状態からヒステリシスリング３２３を変位（回転）させた状態を示す。
図８（ａ）の状態においては、コイルヨーク３２５の両対向面３２６、３２７間における磁界の向き（対向面３２７の凸部３２７ａから他方の対向面３２６の凸部３２６ａに向かう磁界の向き）に沿うようにヒステリシスリング３２３内に磁束の流れが生じる。

この状態からヒステリシスリング３２３が、外力Ｆ１を受けて図８（ｂ）に示す状態に移動すると、外部磁界内をヒステリシスリング３２３が変位することとなるため、このときヒステリシスリング３２３の内部の磁束は位相遅れをもち、ヒステリシスリング３２３内部の磁束の向きは、対向面３２６、３２７間の磁界の向きに対してずれる（傾斜する）こととなる。

従って、対向面３２７の凸部３２７ａからヒステリシスリング３２３に入る磁束の流れ（磁力線）と、ヒステリシスリング３２３から他方の対向面３２６の凸部３２６ａに向かう磁束の流れ（磁力線）が歪められ、このとき、この磁束の流れの歪みを矯正するような引き合い力が対向面３２６、３２７とヒステリシスリング３２３との間に作用し、その引き合い力がヒステリシスリング３２３を制動する抗力Ｆ２として働く。

つまり、ヒステリシスブレーキ３２０は、以上説明したように、ヒステリシスリング３２３が対向面３２６、３２７間の磁界内を変位するときに、ヒステリシスリング３２３内部の磁束の向きと磁界の向きのずれによって制動力を発生するものである。そして、その制動力は、ヒステリシスリング３２３の回転速度（対向面３２６，３２７とヒステリシスリング３２３の相対速度）に関係なく、磁界の強さ、即ち、電磁コイル３２４の励磁電流の大きさに略比例した一定の値となる。

なお、図９は、ヒステリシスブレーキ３２０における回転速度と制動トルクの関係を、励磁電流をａ〜ｄ（ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ）に変化させて調べた試験結果である。この試験結果から明らかなように、このヒステリシスブレーキ３２０よれば、回転速度の影響を受けることがなく、常に励磁電流値に応じた制動力を得ることができる。
本実施形態に係るＶＴＣ１１３は以上のような構成となっており、機関回転中（例えば、停止前のアイドル運転中）にヒステリシスブレーキ３２０の電磁コイル３２４の励磁がオフされると、ゼンマイばね３１９の力によって中間回転体３１８がタイミングスプロケット３０２に対して機関回転方向に最大に回転される（図３参照）。これにより、クランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の回転位相はバルブタイミングが最も遅れる最遅角側（吸気バルブ１０５のバルブタイミングは最遅角タイミング）に維持される。

この状態から前記回転位相を最進角側に変更すべき指令が前記ＥＣＵ１１４から発されると、ヒステリシスブレーキ３２０の電磁コイル３２４の励磁がオンにされて、ゼンマイばね３１９の力に抗する制動力が中間回転体３１８に付与される。これにより、中間回転体３１８がタイミングスプロケット３０２に対して回転移動し、それによってリンク３１１の先端の係合ピン３１６が渦巻き溝３１５に誘導されてリンク３１１の先端部が径方向溝３０８に沿って変位し、図５に示すように、リンク３１１の作用によってタイミングスプロケット３０２と従動軸部材３０７の組付角が最進角側に変更される。この結果、回転位相はバルブタイミングが最も進む最進角側（吸気バルブ１０５のバルブタイミングは最進角タイミング）に変更される。

一方、この状態（最進角側）から前記回転位相を最遅角側に変更すべき指令が前記ＥＣＵ１１４から発されると、ヒステリシスブレーキ３２０の電磁コイル３２４の励磁がオフにされ、再度ゼンマイばね３１９の力によって中間回転体３１８が戻す方向に回転移動する。すると、渦巻き溝３１５による係合ピン３１６の誘導によってリンク３１１が上記と逆方向に揺動し、図３に示すように、そのリンク３１１の作用によってタイミングスプロケット３０２と従動軸部材３０７の組付角が再度最遅角側に変更される。

なお、このＶＴＣ１１３によって変更される（クランクシャフトに対するカムシャフト１３４の）回転位相は、以上説明した最遅角と最進角の二種の位相ばかりでなく、ヒステリシスブレーキ３２０の制動力の制御によって任意の位相に変更することができ、ゼンマイばね３１９の力とヒステリシスブレーキ３２０の制動力のバランスによってその位相を保持することもできる。

また、機関停止中は電磁コイル３２４の励磁がオフされることになるが、機関停止中はフリクションが大きく前記中間回転体３１８を回転させるには、より大きな力が必要となるため、機関回転中のように前記ゼンマイばね３１９の力のみで前記中間回転体３１８を遅角側（戻す方向）へと回転させることはできない。このため、機関停止中は、停止直前に制御されたバルブタイミングがほとんどそのまま維持されることになる。

さらに、本実施形態に係るＶＴＣ１１３は、図１０に示すように、カムシャフト１３４と共に回転する回転体４０１と、この回転体４０１の外周に近接配置された電磁式のギャップセンサ４０２とを備えている。
回転体４０１は直接又は他の部材を介して間接的にカムシャフト１３４に固定されており、その外周は、図１０に示すように、カムシャフト１３４の中心からの距離が周方向で徐々に変化するよう形成されている。ギャップセンサ４０２は、カムシャフト１３４と回転に伴って変化する回転体４０１の外周とのギャップＧｐに応じた信号（電圧）をＥＣＵ１１４に出力する。なお、回転体４０１は、吸気側カムシャフト１３４と共に回転するように設けられていれば、その固定方法や固定位置等は問わず、また、ギャップセンサ４０２は、回転体４０１の外周とのギャップＧｐに応じた信号を連続的に出力できればその方式は問わない。

ここで、ギャップセンサ４０２からの出力は、図１１に示すように、回転体４０１の外周とのギャップに対してほぼ正比例の関係にあり、また、ギャップとカムシャフト１３４の回転角度とは１対１で対応するため、ギャップセンサ４０２の出力とカムシャフト１３４の回転角度とは、図１２に示すように、ほぼ正比例の関係となる。従って、ＥＣＵ１１４は、ギャップセンサ４０２からの出力信号に基づいて瞬時に（任意のタイミングで）カムシャフト１３４の回転角度を検出することができ、この検出した回転角度とクランク角センサ１１７から出力信号に基づくクランクシャフト１２０の回転角度とにより、クランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の回転位相を検出できる。

すなわち、本実施形態におけるＥＣＵ１１４は、（１）クランク角センサ１１７及びカムセンサ１３２の出力信号に基づいて、吸気側カムシャフト１３４の回転周期毎に、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相（吸気バルブ１０５のバルブタイミング）を検出できる（第１回転位相検出手段）と共に、（２）クランク角センサ１１７及びギャップセンサ４０２の出力信号に基づいて、任意のタイミングで連続的に前記回転位相（吸気バルブ１０５のバルブタイミング）を検出できる（第２回転位相検出手段）。

具体的には、第１回転位相検出手段は、基準クランク角信号ＲＥＦの発生からカム信号ＣＡＭの発生までの単位角度信号ＰＯＳをカウントすることで前記回転位相を検出（算出）し、第２回転位相検出手段は、ギャップセンサ４０２の出力信号に基づいて検出したカムシャフト１３４の回転角度と、基準クランク角信号ＲＥＦの発生から吸気側カムシャフト１３４の回転角度検出までの単位角度信号ＰＯＳをカウントすることで検出したクランクシャフト１２０の回転角度とから前記回転位相を検出（算出）する。

なお、クランクシャフト１２０側にも中心からの距離が周方向で徐々に変化する回転体とギャップセンサを設け、該ギャップセンサと上記カムシャフト１３４側のギャップセンサ４０２との出力信号に基づいて回転位相を検出するように構成してもよい。
このように、２つの回転位相検出手段を備えることにより、例えば、高回転時には前記第１回転位相検出手段により安定かつ正確にクランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相を検出すると共に、バルブタイミング制御等の実行周期よりも第１回転位相検出手段による回転位相の検出周期の方が長くなる低回転時には、前記第２回転位相検出手段により前記回転位相を検出することで、制御性の悪化を防止できる。

ところで、本実施形態では、機関始動の吸気バルブ１０５のバルブタイミング（始動時タイミング）を前記最遅角タイミングよりも進角側に設定するようにしている。これは、機関始動時においては始動性を損なわないバルブタイミングとしつつ、高回転時においてはバルブタイミングをより遅角させて出力の向上を図るようにするためである。
このため、ＥＣＵ１１４は、機関のクランキング時、つまり、キースイッチ（イグニッションスイッチ）の操作によって始動モータがＯＮされているときに、前記第２回転位相検出手段により実バルブタイミング（実回転位相）を検出し、この実バルブタイミングを始動時タイミングに一致させるようヒステリシスブレーキ３２０の電磁コイル３２４の通電を制御する。

ここで、本実施形態におけるＶＴＣ１１３は、電磁ブレーキの制動力によってバルブタイミングを変化させる構成であり、ＶＴＣ１１３への操作量の出力（電磁コイル３２４の通電）とほぼ同時にＶＴＣ１１３を動作させることができるため、機関始動時の応答性は油圧式のものよりも優れていると言えるが、本実施形態（第１実施形態）では、さらにその応答性を高めて始動性を向上させるように、以下のバルブタイミング制御を実行する。

図１３は、機関停止時のバルブタイミング制御を示すフローチャートである。このフローは、機関の停止要求を検出したときに（例えば、キースイッチがＯＦＦされると）開始される。
Ｓ１１では、前記始動時タイミング（始動時回転位相）θｓを目標バルブタイミング（目標回転位相）θｔｇに設定する（θｔｇ←θｓ）。

Ｓ１２では、吸気バルブ１０５の実際のバルブタイミング（実回転位相）θｄｅｔを検出する。かかる検出は、クランク角センサ１１７及びギャップセンサ４０２の出力信号に基づいて、すなわち、前記第２回転位相検出手段により行う。
Ｓ１３では、例えば、前記目標回転位相θｔｇと前記実回転位相θｄｅｔとの偏差Ｅｒに基づいて、次式によりＶＴＣ１１３のフィードバック操作量（電磁コイル３２４の通電量）Ｕを算出し、このフィードバック操作量Ｕに基づくデューティ制御信号を出力する。

Ｕ＝Ｕｐ＋Ｕｉ＋Ｕｄ
Ｕｐ＝Ｇｐ＊Ｅｒ
Ｕｉ＝Ｇｉ＊Ｅｒ＊Ｔｓ＋Ｕｉｚ
Ｕｄ＝Ｇｄ＊（Ｅｒ−Ｅｒｚ）／Ｔｓ
ただし、Ｕｐ：比例操作量（比例項）、Ｕｉ：積分操作量（積分項）、Ｕｄ：微分操作量（微分項）、Ｇｐ：比例ゲイン、Ｇｉ：積分ゲイン、Ｇｄ：微分ゲイン、Ｔｓ：制御周期、Ｕｉｚ：積分操作量の前回値、Ｅｒｚ：偏差の前回値、である。

Ｓ１４では、実回転位相θｄｅｔが目標回転位相θｔｇに収束しているか否かを判定する。かかる判定は、例えば前記偏差Ｅｒの絶対値が所定値Ｅｓ以下となっているか否かにより行う。実回転位相θｄｅｔが目標回転位相θｔｇに収束していればＳ１５に進み、目標回転位相θｔｇに収束していなければＳ１２に戻りフィードバック制御を継続する。
Ｓ１５では、出力中の、すなわち、実回転位相θｄｅｔが目標回転位相θｔｇに収束している状態におけるフィードバック操作量Ｕを停止時操作量Ｕｅとして記憶する（Ｕｅ←Ｕ）。

そして、Ｓ１６において、機関が完全に停止したか否かを判定し、機関が完全に停止していればＳ１７に進み、フィードバック操作量Ｕの出力（電磁コイル３２４への通電）を停止して本フローを終了する。これにより、機関停止中は、ほぼ始動時タイミングが維持されることになる。
図１４は、機関始動時のバルブタイミング制御（始動時バルブタイミング制御）のフローチャートである。このフローは、機関の始動要求を検出したときに（例えば、始動モータがＯＮされると）開始され、所定時間毎に実行される。

Ｓ２１では、クランキング中であるか否か（完爆していないか否か）を判定する。かかる判定は、例えば前記圧力センサ１３５の出力信号や機関回転速度Ｎｅの変化量に基づいて行う。クランキング中であれば（完爆していなければ）Ｓ２２に進む。一方、クランキングが終了していれば（完爆していれば）Ｓ３０に進み、通常のバルブタイミング制御（フィードバック制御）に移行する。

Ｓ２２では、基本始動時操作量Ｕｓ０がすでに設定されたか否かを判定する。すでに設定されていればＳ２４に進み、設定されていなければＳ２３に進む。
Ｓ２３では、前回の停止時に記憶した停止時操作量Ｕｅを読み出して、機関の始動要求を検出したときに出力する基本始動時操作量Ｕｓ０に設定する（Ｕｓ０←Ｕｅ）。なお、この基本始動時操作量Ｕｓ０は、始動時の機関温度（冷却水温度Ｔｗ）に応じて補正して設定されるのが望ましい。電磁コイル３２４のコイル電流値はコイル温度によって変化（コイル温度が高いほどコイル電流が減少）し、カムトルクも作動油温度によって変化するからである。かかる水温補正は、例えば、あらかじめ設定したテーブル検索等により、始動時の冷却水温度Ｔｗに基づいて水温補正係数を求め、この水温補正係数を始動時操作量Ｕｓ０に乗算することにより行う。

Ｓ２４〜Ｓ２６では、図１３のＳ１１〜Ｓ１３と同様であり、前記始動時タイミング（始動時回転位相）θｓを目標バルブタイミング（目標回転位相）θｔｇに設定すると共に、吸気バルブ１０５の実際のバルブタイミング（実回転位相）θｄｅｔを検出し、その偏差Ｅｒに基づいてＶＴＣ１１３のフィードバック操作量Ｕを算出する。なお、実回転位相θｄｅｔの検出は、第２回転位相検出手段により行う。

Ｓ２７では、Ｓ２３で設定した基本始動時操作量Ｕｓ０（又は水温補正後の基本始動時操作量）にＳ２６で算出したフィードバック操作量Ｕを加算して始動時操作量Ｕｓを算出する。
Ｓ２８では、算出した始動時操作量Ｕｓに基づくデューティ制御信号を電磁コイル３２４に出力する。その際、バッテリ電圧Ｖｂに基づく補正を行うのが望ましい。クランキング中は始動モータを駆動するために大きな電力消費を伴い、他の状態に比べてバッテリ電圧Ｖｂが低下してしまうためである。かかるバッテリ電圧補正は、簡易には、例えば次式のようにして行う。

出力Ｄｕｔｙ値＝（始動時操作量Ｕｓ（電圧）／バッテリ電圧Ｖｂ）×１００（％）
そして、Ｓ２９において、基本始動時操作量Ｕｓ０をリセットして（Ｕｓ０＝０として）本フローを終了する。
これにより、機関の始動要求を検出したときは、前回の機関停止時にバルブタイミングが始動時タイミングに収束したときの操作量（停止時操作量Ｕｅ）がフィードフォワード操作量としての基本始動時操作量Ｕｓ０に設定され、この基本始動時操作量Ｕｓ０とフィードバック操作量Ｕとを加算した始動時操作量Ｕｓによって、直ちにＶＴＣ１１３が駆動されることになる（その後は、引き続きフィードバック制御が行われる）。その際、上記機関停止時の制御により、バルブタイミングは始動時タイミング近傍となっているから、速やかに始動時バルブタイミングへと制御することができる。

図１５は、本実施形態（第１実施形態）における機関停止時及び始動時の変化を示すタイムチャートである。
キースイッチがＯＦＦされると、目標バルブタイミング（破線）が始動時バルブタイミングに設定される（時刻ｔ１）。これにより、実バルブタイミング（実線）が始動時バルブタイミングに一致するようにＶＴＣ１１３が制御される。そして、実バルブタイミングが始動時バルブタイミングに一致（収束）したときのＶＴＣ１１３の操作量を記憶し（時刻ｔ２）、その後、機関は停止する（時刻ｔ３）。ここで、機関が停止したことを確認した後にＶＴＣ１１３へのフィードバック操作量の出力を停止するため、ＶＴＣ１１３は、機関停止中もそのまま始動時バルブタイミングを保持することになる。

一方、キースイッチ操作（ＯＮ）により始動モータがＯＮされると、目標バルブタイミングが始動時タイミングに設定されると共に、前回の停止時に記憶した停止時操作量Ｕｅが基本始動時操作量（フィードフォワード操作量）Ｕｓ０として設定され、この基本始動時操作量Ｕｓ０とフィードバック操作量Ｕとを合算した始動時操作量ＵｓがＶＴＣ１１３に出力される（時刻ｔ４）。これにより、始動時は、始動時バルブタイミング付近からの制御開始となり、しかも、最初に記憶した停止時操作量Ｕｅが始動時操作量ＵｓとしてＶＴＣ１１３に出力され、その後は実際のバルブタイミングが始動時タイミングに一致するようフィードバック制御が行われるから、バルブタイミングは速やかに始動時バルブタイミングへと収束することになる。そして、クランキングが終了すると（完爆すると）始動時バルブタイミング制御から通常のバルブタイミング制御に移行する（時刻ｔ５）。

以上のように、本実施形態では、機関停止時（機関の停止要求を検出したとき）に吸気バルブ１０５のバルブタイミングを機関の始動に適した始動時タイミングに制御すると共に、この始動時タイミングに収束している状態でＶＴＣ１１３に出力した操作量を停止時操作量として記憶し、機関が完全に停止してからＶＴＣ１１３への操作量の出力を停止する。そして、機関始動時（機関の始動要求を検出したとき）には、記憶した停止時操作量に基づいてＶＴＣ１１３へ出力する始動時操作量を設定する。

従って、機関始動時において、バルブタイミングを最遅角タイミングよりも進角側の始動時タイミングへと速やかに制御することができ、始動時タイミングに到達する前に燃料噴射及び点火が行われて初爆が生じてしまう事態を回避して、エミッションの悪化、燃焼の不安定を防止できる。なお、上記機関停止時のバルブタイミング制御（図１３）を行っていれば、機関始動時は通常のバルブタイミング制御（フィードバック制御）としてもよい。

また、図１４のフローでは、Ｓ２３において基本始動時操作量Ｕｓ０を設定した後、すぐにこの基本始動時操作量Ｕｓ０を出力するようにし、その後にフィードバック制御を行うようにしてもよい。
さらに、本実施形態におけるＶＴＣ１１３は、機関停止中は停止直前のバルブタイミングが保持される構成のものを用いているが、機関停止中に停止直前のバルブタイミングが保持されない構成（例えば、アクチュエータへの通電が停止されると、バルブタイミングが最遅角タイミングとなってしまう構成のものに適用してもよい。この場合であっても、機関始動と共に、少なくとも停止時操作量ＵｅがＶＴＣ１１３に出力されることになるから、従来に比べて、始動時バルブタイミングへの収束を早めることができる。

さらにまた、図１４のフローでは、基本始動時操作量Ｕｓ０は始動モータＯＮ後の最初の１回目のみに設定されてフィードバック制御量Ｕに加算されるようになっているが、ＶＴＣ１１３の特性に応じて基本始動時操作量Ｕｓ０を複数回加算するようにしてもよく、加算回数を重ねるごとに基本始動時操作量Ｕｓ０を徐々に減少させるようにしてもよい。このようにすると、特に機関停止中に停止直前のバルブタイミングが保持されない構成のものに適用した場合に有効である。

次に、別の実施形態（第２実施形態）に係るバルブタイミング制御について説明する。この実施形態では、始動時の状態（例えば、冷却水温度Ｔｗ）に応じて始動時バルブタイミングを保持できる操作量をあらかじめ求めてテーブル化しておき、機関の始動要求を検出したときに、このテーブル検索して始動時操作量（フィードフォワード操作量）として設定する（なお、機関停止時の制御は図１３と同様である）。

図１６は、第２実施形態に係る機関始動時のバルブタイミング制御のフローチャートである。このフローも図１４と同様に機関の始動要求を検出すると開始され、所定時間毎に実行される。
Ｓ３１、Ｓ３２及びＳ３４〜Ｓ４０までは、前記図１４のＳ２１、Ｓ２２及びＳ２４〜Ｓ３０までと同じであるので、ここでの説明は省略する。

Ｓ３２において、基本始動時操作量Ｕｓ０がまだ設定されていなければＳ３３に進む。
Ｓ３３では、始動時の冷却水温度Ｔｗに基づいて、あらかじめ設定したテーブル（図１７参照）を検索して、基本始動時操作量Ｕｓ０を設定する。基本始動時操作量Ｕｓ０を冷却水温度Ｔｗに応じて設定するようにしたのは、前記水温補正（図１４のＳ２３参照）を行うのと同様の理由による。

本実施形態においても、Ｓ３３において基本始動時操作量Ｕｓ０を設定した後すぐにこの基本始動時操作量Ｕｓ０を出力するようにしてもよいし、また、基本始動時操作量Ｕｓ０を複数回加算したり、加算回数を重ねるごとに基本始動時操作量Ｕｓ０を徐々に減少させたりするようにしてもよい。
以上のように、本実施形態では、機関始動時にそのときの状態（冷却水温度Ｔｗ等）に応じて始動時操作量Ｕｓをフィードフォワード操作量として設定し、このフィードフォワード操作量Ｕｓとフィードバック操作量Ｕを加算してＶＴＣ１１３に出力する。あるいは、始動時操作量Ｕｓを先に出力し、その後、通常のバルブタイミングと同様に、バルブタイミングが始動時タイミングに一致するようフィードバック制御を実行する。

従って、本実施形態においても、機関始動時に、始動時バルブタイミング付近からの制御開始となり、その状態から始動時バルブタイミングへと速やかに制御することができる。これにより、始動時タイミングに到達する前に燃料噴射及び点火が行われて初爆が生じてしまう事態を回避でき、エミッションの悪化、燃焼の不安定を防止できる。
本実施形態も、上記第１実施形態と同様に、機関停止中に停止直前のバルブタイミングが保持されない構成のものに適用してもよい。この場合においては、テーブル検索によって基本始動時操作量Ｕｓ０を設定するので、機関停止時（直前）にバルブタイミングを始動時タイミングに制御する必要はない。

ところで、上記実施形態では、吸気バルブ１０５の実際のバルブタイミング（実回転位相）θｄｅｔを任意のタイミングで連続的に検出する第２回転位相検出手段として、クランク角センサ１１７及びギャップセンサ４０２を用いているが、これに限られるものではない。例えば、上記ＶＴＣ（以下、「第１ＶＴＣ」という）１１３に対して以下のように構成したＶＴＣ（以下、「第２ＶＴＣ」という）２１３を用いることで、吸気バルブ１０５の実際のバルブタイミング（実回転位相）θｄｅｔを任意のタイミングで連続的に検出するようにしてもよい。

以下、第２ＶＴＣ２１３の構成を、図１８〜図２５を参照して説明する。
なお、この第２ＶＴＣ２１３も、ゼンマイばねの力とヒステリシスブレーキの制動力とによって位相を変更・保持するものであり、上述した第１ＶＴＣ１１３と同一又は類似する構成要素を有しているが、便宜上、全構成について説明する。なお、第１ＶＴＣ１１３では各構成要素の符号として３００番台を用いるのに対して、第２ＶＴＣ２１３では５００番台を用いる。

第２ＶＴＣ２１３は、図１８に示すように、カムシャフト１３４の前端部に相対回動できるように組み付けられ、タイミングチェーン（図示せず）を介してクランクシャフト１２０に連係されるタイミングスプロケット５０２と、このタイミングスプロケット５０２の内周側に配置されて、タイミングスプロケット５０２とカムシャフト１３４との組付角を操作する組付角操作機構５０４と、この組付角操作機構５０４よりもカムシャフト１３４よりの後方側に配置されて、該組付角操作機構５０４を駆動する操作力付与手段５０５と、前記タイミングスプロケット５０２に対するカムシャフト１３の相対回転変位角（回転位相）を検出する相対変位検出手段５０６と、シリンダヘッドのヘッドカバーに取り付けられて、前記組付角操作機構５０４及び相対変位検出手段５０６の前面を覆うＶＴＣカバー５３２とを備えている。

ここで、図２と図１８とを比較すれば明らかなように、第１ＶＴＣ１１３と第２ＶＴＣ２１３とは、概して次の点において相違している。
まず、第２ＶＴＣ２１３では、操作力付与手段５０５が組付角操作機構５０４のカムシャフト１３４側に配置されていることである。従って、第２ＶＴＣ２１３の組付角操作機構５０４及び操作力付与手段５０５の構成要素の配置は、ＶＴＣ１１３の組付角操作機構３０４及び操作力付与手段３０５の構成要素の配置と、図で見て左右逆転している（もちろん、この相違に伴う変更等もある）。

次に、タイミングスプロケット５０２に対するカムシャフト１３４の相対変位角を検出する相対変位角検出手段５０６が設けられていることである。この相対変位角検出手段５０６が前記第２回転位相検出手段に相当し、吸気バルブ１０５の実際のバルブタイミング（実回転位相）θｄｅｔを任意のタイミングで連続的に検出する。従って、第２ＶＴＣ２１３においては、第１ＶＴＣ１１３における回転体４０１及びギャップセンサ４０２は不要となる。

第２ＶＴＣ２１３において、前記カムシャフト１３４の端部には、従動軸部材５０７がカムボルト５１０によって固定されている。
前記従動軸部材５０７には、フランジ５０７ａが一体に設けられている。
前記タイミングスプロケット５０２は、前記タイミングチェーンが噛み合う歯車部５０３が形成された大径の円筒部５０２ａと、小径の円筒部５０２ｂと、前記円筒部５０２ａと円筒部５０２ｂとの間を連結する円板部５０２ｃとから構成される。

前記円筒部５０２ｂは、前記従動軸部材５０７のフランジ５０７ａに対してボールベアリング５３０によって回転可能に組み付けられている。
前記円板部５０２ｃの円筒部５０２ｂ側の面には、図１９〜図２１（図１８のＡ−Ａ断面に相当する）に示すように、三つ溝５０８がタイミングスプロケット５０２の半径方向に沿って放射状に形成されている。

また、前記従動軸部材５０７のフランジ部５０７ａのカムシャフト１３４側端面には、径方向に放射状に突出する３つの突起部５０９が一体に形成されている
各突起部５０９には、３つのリンク５１１の基端がそれぞれピン５１２によって回転可能に連結される。
前記各リンク５１１の先端には、前記各溝５０８に摺動自在に係合する円柱状の突出部５１３が一体に形成されている。

前記各リンク５１１は、各突出部５１３が対応する溝５０８に係合した状態において、ピン５１２を介して前記従動軸部材５０７に連結されているため、リンク５１１の先端側が外力を受けて溝５０８に沿って変位すると、タイミングスプロケット５０２と従動軸部材５０７とは、各リンク５１１の作用によって相対的に回動する。
また、前記各リンク５１１の突出部５１３には、カムシャフト１３４側に向けて開口する収容穴５１４が形成される。

前記収容穴５１４には、後述する渦巻き溝５１５に係合する係合ピン５１６と、この係合ピン５１６を前記渦巻き溝５１５側に向けて付勢するコイルばね５１７とが収容されている。
一方、前記突起部５０９よりもカムシャフト１３４側の従動軸部材５０７には、円板状の中間回転体５１８が軸受５２９を介して回転自在に支持されている。

この中間回転体５１８の端面（突起部５０９側）には、渦巻き溝５１５が形成され、この渦巻き溝５１５に、前記各リンク５１１の先端の係合ピン５１６が係合される。
前記渦巻き溝５１５は、タイミングスプロケット５０２の回転方向に沿って次第に縮径するように形成されている。
従って、各係合ピン５１６が渦巻き溝５１５に係合した状態において、中間回転体５１８がタイミングスプロケット５０２に対して遅れ方向に相対変位すると、各リンク５１１の先端部は、溝５０８に案内されつつ渦巻き溝５１５に誘導されて半径方向内側に向けて移動する。

逆に、中間回転体５１８がタイミングスプロケット５０２に対して進み方向に相対変位すると、各リンク５１１の先端部は半径方向外側に向けて移動する。
前記組付角操作手段５０４は、前記タイミングスプロケット５０２の溝５０８、リンク５１１、突出部５１３、係合ピン５１６、中間回転体５１８、渦巻き溝５１５等によって構成されている。

前記操作力付与手段５０５から中間回転体５１８に対して回動操作力が入力されると、リンク５１１の先端が径方向に変位し、該変位がリンク５１１を介してタイミングスプロケット５０２と従動軸部材５０７との相対変位角を変化させる回動力として伝達される。
前記操作力付与手段５０５は、中間回転体５１８をタイミングスプロケット５０２の回転方向に付勢するゼンマイばね５１９と、中間回転体５１８をタイミングスプロケット５０２の回転方向とは逆方向に回動させる制動力を発生するヒステリシスブレーキ５２０とを備える。

ここで、前記ＥＣＵ１１４が、内燃機関１０１の運転状態に応じてヒステリシスブレーキ５２０の制動力を制御することにより、ゼンマイばね５１９の付勢力と前記ヒステリシスブレーキ５２０の制動力とがバランスする位置にまで、中間回転体５１８をタイミングスプロケット５０２に対して相対回転させることができるようになっている。
前記ゼンマイばね５１９は、図２２に示すように、前記タイミングスプロケット５０２の円筒部５０２ａ内に配置され、その外周端部５１９ａが円筒部５０２ａの内周に係合され、内周端部５１９ｂが中間回転体５１８の基部５１８ａの係合溝５１８ｂに係合されている。

前記ヒステリシスブレーキ５２０は、ヒステリシスリング５２３と、磁界制御手段としての電磁コイル５２４と、該電磁コイル５２４の磁気を誘導するコイルヨーク５２５とを備える。
前記ヒステリシスリング５２３は、前記中間回転体５１８の後端部に対して、リテーナプレート５２２、及び、該リテーナプレート５２２の後端面に一体に設けられた突起５２２ａを介して取り付けられる。

前記電磁コイル５２４への通電（励磁電流）は、機関の運転状態に応じてＥＣＵ１１４が制御する。
前記ヒステリシスリング５２３は、円筒部５２３ａと、この円筒部５２３ａがビス５２３ｃによって結合される円板状の基部５２３ｂとから構成される。
前記基部５２３ａは、円周方向の等間隔位置に設けられたブッシュ５２１内に前記各突起５２２ａが圧入されることによって、リテーナプレート５２２に対して結合されるようになっている。

また、前記ヒステリシスリング５２３は、外部の磁界変化に対して位相遅れをもって磁束が変化する特性をもつ材料によって形成され（第１ＶＴＣと同様であり、図６参照）、前記円筒部５２３ａが前記コイルヨーク５２５によって制動作用を受けるようになっている。
前記コイルヨーク５２５は、電磁コイル５２４を取り囲むように形成され、外周面が図外のシリンダヘッドに固定されている。

また、前記コイルヨーク５２５の内周側は、ニードル軸受５２８を介してカムシャフト１３４を回転自在に支持していると共に、ボールベアリング５３１によって前記ヒステリシスリング５２３の基部５２３ａ側を回転自在に支持している。
そして、前記コイルヨーク５２５の中間回転体５１８側には、環状の隙間を介して向かい合う一対の対向面５２６、５２７が形成されている。

前記対向面５２６、５２７には、磁界発生部を構成する複数の凸部５２６ａ、５２７ａが周方向に沿って等間隔に形成されている（第１ＶＴＣと同様である。図４参照）。
そして、一方の対向面５２６の凸部５２６ａと他方の対向面５２７の凸部５２７ａとは円周方向に交互に配置され、対向面５２６、５２７相互の近接する凸部５２６ａ、５２７ａがすべて円周方向にずれている。

従って、両対向面５２６、５２７の近接する凸部５２６ａ、５２７ａ間には、電磁コイル５２４の励磁によって円周方向に傾きをもった向きの磁界が発生する（第１ＶＴＣと同様であり、図７、図８参照）。
そして、両対向面５２６、５２７間の隙間には、前記ヒステリシスリング５２３の円筒部５２３ａが非接触状態で介装されている。

前記ヒステリシスリング５２３が対向面５２６、５２７間の磁界内を変位するときに、ヒステリシスリング５２３内部の磁束の向きと磁界の向きのずれによって制動力が発生する。前記制動力は、対向面５２６、５２７とヒステリシスリング５２３との相対速度に関係なく、磁界の強さ、即ち、電磁コイル５２４の励磁電流の大きさに略比例した値となる（第１ＶＴＣ１１３と同様であり、図９参照）。

前記相対変位検出手段５０６は、図１８、２３、２４に示すように、前記従動軸部材５０７側に設けられた磁界発生機構と、固定部側であるＶＴＣカバー５３２側に設けられて、前記磁界発生機構からの磁界の変化を検出するセンサ機構とから構成されている。
前記磁界発生機構は、前記従動軸部材５０７のフランジ５０７ａの前端側に固定された非磁性材からなるマグネットベース５３３と、該マグネットベース５３３の先端部に形成された溝５３３ａ内に収容され、ピン５３３ｃによって固定される永久磁石５３４と、前記タイミングスプロケット５０２の円筒部５０２ｂの先端縁に固定されたセンサベース５３５と、該センサベース５３５の前端面に円筒状のヨークホルダー５３６を介して固定された第１、２ヨーク部材５３７、５３８とを備えている。なお、前記マグネットベース５３３の外周面と前記センサベース５３５の内周面との間には、センサ機構へのゴミなどの侵入を防止するシール部材５５１が介装されている。

前記マグネットベース５３３は、図２３に示すように、図で見て上下が開放される溝５３３ａを形成する一対の突起壁５３３ｂ、５３３ｂを有し、この両突起壁５３３ｂ、５３３ｂの間に前記永久磁石５３４が収容される。
前記永久磁石５３４は、溝５３３ａの形状に対応するよう小判型に形成されており、その上端部中央と下端部中央とが、それぞれＮ極とＳ極の中心に設定されている。

前記第１ヨーク部材５３７は、図２３及び図２４に示すように、前記センサベース５３５に固定されるプレート状の基部５３７ａと、該基部５３７ａの内周縁に一体に設けられる扇状ヨーク部５３７ｂと、該扇状ヨーク部５３７ｂの要の部分に一体に設けられた円柱状の中央ヨーク部５３７ｃとから構成されている。なお、前記中央ヨーク部５３７ｃは、その後端面が前記永久磁石５３４の前面に配置されている。

前記第２ヨーク部材５３８は、センサベース５３５に固定されるプレート状の基部５３８ａと、該基部５３８ａの上端縁に一体に設けられたプレート状の円弧ヨーク部５３８ｂと、該円弧ヨーク部５３８ｂの後端部に同じ曲率で一体に設けられた円環ヨーク部５３８ｃとから構成されている。なお、前記円環ヨーク部５３８ｃは、後述する第４ヨーク部材５４２の外周側を囲むように配置されている。

前記センサ機構は、円環状の素子ホルダー５４０と、整流ヨークである第３ヨーク部材５４１と、整流ヨークである有底円筒状の第４ヨーク部材５４２と、合成樹脂製の保護キャップ５４３と、保護部材５４４と、ホール素子５４５とを備えている。
前記素子ホルダー５４０は、前記ＶＴＣカバー５３２の内側に配置され、圧入等により固定されるボールベアリング５３９を介して前記ヨークホルダー５３６の前端部を回転自在に支持する。また、図２３に示すように、円周方向等間隔に３つの突起部５４０ａが一体に設けられていると共に、該各突起部５４０ａに穿設された固定用孔にピン５４６の一端がそれぞれ圧入固定されている。

また、ＶＴＣカバー５３２の内面と第４ヨーク部材５４２との間に介装されたコイルスプリング５４９のばね力によって、前記ボールベアリング５３９の外輪をカムシャフト１３４方向に付勢して軸方向の位置決めとガタの発生を防止している。
ＶＴＣカバー５３２の内部側には、円周方向に等間隔で三つの孔５３２ａが形成されており、各孔５３２ａの内部にゴムブッシュ５４７がそれぞれ固定される。各ゴムブッシュ５４７の中央に穿設された孔には、前記ピン５４６の他端部が挿通され、これにより、素子ホルダー５４０を前記ＶＴＣカバー５３２に支持する。なお、ＶＴＣカバー５３２には、前記各保持孔５０６ａの外側開口を閉塞する栓体５４８が螺着されている。

前記第３ヨーク部材５４１は、ほぼ円形状に形成されており、前記第１ヨーク部材５３７の中央ヨーク部５３７ｃに対して所定量（例えば、約１ｍｍ）のエアギャップＧを介して対向配置される。なお、第２ヨーク部材５３８の円環ヨーク部５３８ｃの内周面と第４ヨーク部材５４２の円筒部５４２ｂの外周面との間にも、エアギャップＧ１が形成されている。

前記第４ヨーク部材５４２は、前記素子ホルダー５４０の内周にボルト等により固定されており、素子ホルダー５４０に固定される円板状基部５４２ａと、該基部５４２ａのホール素子５４５側端面に一体に設けられる小径の円筒部５４２ｂと、該円筒部５４２ｂで囲まれる底壁に設けられる円柱状の突起５４２ｃを備える。前記突起５４２ｃは、前記永久磁石５３４、第１ヨーク部材５３７の中央ヨーク部５３７ｃ、第３ヨーク部材５４１と同軸に配置される。

前記保護キャップ５４３は、前記第４ヨーク部材５４２の円筒部５４２ｂの内周面に固定されて、前記第３ヨーク部材５４１を保持する。
前記保護部材５４４は、前記第４ヨーク部材５４２の円柱状突起５４２ｃの外周に嵌着される。
前記ホール素子５４５は、前記第３ヨーク５４１と第４ヨーク５４２の突起５４２ｃとの間に保持され、そのリード線５４５ａは、前記ＥＣＵ１１４に接続されている。

以上のような構成の第２ＶＴＣ２１３においても、機関回転中（例えば、停止前のアイドル運転中）にヒステリシスブレーキ５２０の電磁コイル５２４の励磁がオフされると、ゼンマイばね５１９の力によって中間回転体３１８がタイミングスプロケット３０２に対して機関回転方向に最大に回転される（図１９参照）。これにより、クランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の回転位相は、吸気バルブ１０５のバルブタイミングが最も遅れる最遅角側（最遅角タイミング）に維持される。

この状態から前記回転位相を最進角側に変更すべき指令が前記ＥＣＵ１１４から発されると、ヒステリシスブレーキ５２０の電磁コイル５２４の励磁がオンされ、ゼンマイばね５１９の力に抗する制動力が中間回転体５１８に付与される。これにより、中間回転体５１８がタイミングスプロケット５０２に対して回転移動し、リンク５１１の先端の係合ピン５１６が渦巻き溝５１５に誘導されてリンク５１１の先端部が径方向溝５０８に沿って変位し、タイミングスプロケット５０２と従動軸部材５０７の組付角が最進角側に変更される（図２０参照）。この結果、前記回転位相は、吸気バルブ１０５のバルブタイミングが最も進む最進角側（最進角タイミング）となる。

さらに、この状態（最進角側）から前記回転位相を最遅角側に変更すべき指令が前記ＥＣＵ１１４から発されると、ヒステリシスブレーキ５２０の電磁コイル５２４の励磁がオフにされ、再度ゼンマイばね５１９の力によって中間回転体５１８が戻す方向に回転移動する。すると、渦巻き溝５１５による係合ピン５１６の誘導によってリンク５１１が上記と逆方向に揺動し、図１９に示すように、タイミングスプロケット５０２と従動軸部材５０７の組付角が再度最遅角側に変更される。

なお、この第２ＶＴＣ２１３も、第１ＶＴＣ１１３と同様に、例えば図２１に示す中間的な進角状態のように、ヒステリシスブレーキ５２０の制動力の制御によって任意の位相に変更することができ、ゼンマイばね５１９の力とヒステリシスブレーキ５２０の制動力のバランスによってその位相を保持することもできる。図２１は、中間的な進角状態を示している。

また、機関停止中は電磁コイル５２４の励磁がオフされることになるが、機関停止中はフリクションが大きく前記中間回転体５１８を回転させるには、より大きな力が必要となるため、機関回転中のように前記ゼンマイばね５１９の力のみで前記中間回転体５１８を遅角側（戻す方向）へと回転させることはできない。このため、機関停止中は、停止直前に制御されたバルブタイミングがほとんどそのまま維持されることになる。

ここで、前記相対変位検出手段５０６による相対変位角度（回転位相）の検出について説明する。相対変位角度の検出は以下のようにして行われる。なお、図２５は、相対変位検出手段５０６を模式的に示したものである。
図２５に示すように、前記カムシャフト１３４とタイミングスプロケット５０２との相対回転位相が変化して、前記永久磁石５３４が、例えば角度θだけ回転すると、Ｎ極の中心Ｐから出力された磁界Ｚは、第１ヨーク部材５３７の扇状ヨーク部５３７ｂに伝達され、中央ヨーク部５３７ｃに伝達され、更に、エアギャップＧを介して第３ヨーク部材５４１を経てホール素子５４５に伝達される。

前記ホール素子５４５に伝達された磁界Ｚは、ホール素子５４５から第４ヨーク部材５４２の突起５４２ｃを介して第４ヨーク部材５４２の円筒部５４２ｂに伝達され、さらにここからエアギャップＧ１を介して第２ヨーク部材５３８の円環ヨーク部５３８ｃに伝達され、円弧ヨーク部５３８ｂを介して永久磁石５３４のＳ極に戻るようになっている。
前記永久磁石５３４の回転角度θの連続的な変化によって前記磁界Ｚの磁束密度が連続的に変化することから、この磁束密度の連続的な変化を前記ホール素子５４５が検出してその電圧変化を前記ＥＣＵ１１４に出力する。

ＥＣＵ１１４は、ホール素子５４５からリード線５４５ａを介して出力された連続的な検出信号（電圧変化）に基づいてクランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３の相対回転変位角（回転位相の進角値）を演算によって求める。
このように、第２ＶＴＣ２１３では、永久磁石５３４の回転角度の変化による磁束密度の変化を検出するホール素子５４５が前記第２回転位相検出手段に相当することになる。

従って、第１ＶＴＣ１１３に代えて第２ＶＴＣ２１３を用いて前記図１３〜１６のフローを実行しても、第１ＶＴＣ１１３の場合と同様の効果を得ることができる。
なお、以上説明した実施形態では、吸気バルブ１０５にＶＴＣ１１３、２１３を備えたものについて説明しているが、排気バルブ１０７側に備えた場合であっても同様である。
また、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相を任意のタイミングで検出できれば上述したものに限るものではなく、また、少なくとも吸気側カムシャフト１３４の回転周期よりも短い周期で回転位相を検出できるものであればよい。

さらに、以上では電磁式のＶＴＣについて説明したが、油圧式のＶＴＣに対して適用してもよい。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する
（イ）請求項２記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記始動時操作量は、前記記憶した停止時操作量に、前記始動時タイミングと実際の開閉タイミングとの偏差に基づくフィードバック操作量を加算して算出されることを特徴とする。
（ロ）請求項３記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記始動時操作量は、機関温度に応じてあらかじめ設定される操作量に、前記始動時タイミングと実際の開閉タイミングとの偏差に基づくフィードバック操作量を加算して算出されることを特徴とする。

上記（イ）、（ロ）によると、記憶した停止時操作量又は機関温度に応じて設定される操作量がフィードフォワード分として可変バルブタイミング機構に出力されると共に、実際の開閉タイミングが始動時タイミングに一致するようフィードバック制御が行われるから、開閉タイミングを速やかに始動時バルブタイミングへと収束させることができる。
（ハ）請求項１又は請求項２記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記開閉タイミングを任意のタイミングで検出可能な開閉タイミング検出手段を備え、
前記開閉タイミング検出手段により検出した開閉タイミングに基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御することを特徴とする。

このようにすると、開閉タイミング検出手段により現在の開閉タイミングをリアルタイムで検出し、実際の開閉タイミングと制御上認識している開閉タイミングとのずれがなくなるので、精度のよいバルブタイミング制御が実現できる。
（ニ）上記（ハ）記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記可変バルブタイミング機構は、機関のクランクシャフトに対する吸気バルブ又は排気バルブのカムシャフトの回転位相を変化させることで前記開閉タイミングを変化させる構成であり、
前記開閉タイミング検出手段は、前記クランクシャフトに対する前記カムシャフトの相対変位角を連続的に検出することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。

このようにすると、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対変位角をアナログ的に連続して検出できるので、機関回転速度等にかかわらず、機関バルブの開閉タイミングを精度よく制御できる。
（ホ）上記（ニ）記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記開閉タイミング検出手段は、
前記クランクシャフト又は前記カムシャフトの一方に設けられる永久磁石と、
前記クランクシャフト又は前記カムシャフトの他方に設けられ、前記クランクシャフトと前記カムシャフトの相対回転に応じて前記永久磁石の磁極中心からの磁界の磁束密度が変化するように形成されたヨーク部材と、を有し、
前記磁束密度の変化に基づいて前記回転位相を検出することを特徴とする。

このようにすると、永久磁石のヨーク部材に作用する磁力の強弱が、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対変位角の変化に応じて連続的に変化するので、磁束密度の検出結果を変化することにより、開閉タイミングを任意のタイミングで検出できる。
（ヘ）上記（ホ）記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記磁束密度の変化をホール素子によって検出することを特徴とする。

かかる構成によると、ホール素子の出力信号から開閉タイミングを任意のタイミングで検出できる。
（ト）上記（ニ）記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記開閉タイミング検出手段は、
前記クランクシャフトの回転位置（角度）を検出する第１の回転位置検出手段（クランク角センサ）と、
前記カムシャフトの回転位置（角度）を任意のタイミングで検出できる第２の回転位置検出手段（回転体、ギャップセンサ）と、を有し、
前記第１の回転位置検出手段及び前記第２の回転位置検出手段の出力信号に基づいて、前記クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を検出することを特徴とする。

このようにすると、第２の回転位置検出手段の出力信号はカムシャフトの回転位置に１対１で対応するため、このカムシャフト回転位置検出手段の出力信号に基づいてカムシャフトの回転位置を任意のタイミングで瞬時に求めることできる。これにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を、カムシャフトの回転周期とは無関係に任意のタイミングで検出することができ、低回転時であっても回転位相の検出に遅れ（実際の回転位相と制御上認識している回転位相のとのずれ）が生じることはない。

（チ）上記（ト）記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記第２の回転位置検出手段は、
前記カムシャフトと共に回転し、カムシャフトの中心から外周までの距離が周方向で変化する回転体と、
前記回転体の外周に近接して配置され、該回転体の外周との間に形成されるギャップに応じた信号を出力するギャップセンサと、
を備えることを特徴とする。

このようにすると、カムシャフトの回転に伴って回転体の外周とギャップセンサと間に形成されるギャップが変化するため、比較的簡単な構成としつつ、ギャップセンサの出力信号に基づいてカムシャフトの回転位置（回転角度）を連続的かつ正確に検出することができる。
（リ）請求項１〜３、上記（ハ）〜（チ）のいずれか１つに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記可変バルブタイミング機構が、電磁ブレーキの制動力によって前記開閉タイミングを変化させることを特徴とする。

このようにすると、可変バルブタイミング機構へ操作量を出力するとほぼ同時に、すなわち、電磁ブレーキの通電とほぼ同時に開閉タイミングを変化させることができるので、機関の始動要求と共に電磁ブレーキの通電を開始することで、バルブタイミングを始動時タイミングへと応答よく制御できる。

実施形態に係る内燃機関のシステム構成図である。 実施形態に係る可変バルブタイミング機構（第１ＶＴＣ）を示す断面図である。 図２のＡ−Ａ断面に相当する図である。 図２のＢ−Ｂ断面に相当する図である。 上記第１ＶＴＣの作動状態を示す断面図（Ａ−Ａ断面図に相当する）。 ヒステリシス材の磁束密度の変化特性を示す図である。 図４の部分拡大図であり、ヒステリシスブレーキにおける磁界の向きを示す図である。 図７の部品を直線状に展開した模式図であり、初期状態（ａ）とヒステリシスリングが回転したとき（ｂ）の磁束の流れを示す図である。 機関回転速度−ＶＴＣのブレーキ（制動）トルクとの関係を示す図である。 第２回転位置検出手段を構成する回転体４０１とギャップセンサ４０２とを説明する図である。 ギャップとギャップセンサ出力との関係を示す図である。 ギャップセンサ出力とカムシャフト（回転体）の回転角度との関係を示す図である。 第１実施形態に係る機関停止時のバルブタイミング制御のフローチャートである。 第１実施形態に係る機関始動時のバルブタイミング制御のフローチャートである。 第１実施形態における機関停止時及び始動時のタイムチャートである。 第２実施形態に係る機関始動時のバルブタイミング制御のフローチャートである。 第２実施形態において、機関温度に応じた（基本）始動時操作量を設定するためのテーブル例である。 他の構成のＶＴＣ（第２ＶＴＣ）を示す断面図である。 上記第２ＶＴＣの最遅角状態を示す図である。 上記第２ＶＴＣの最進角状態を示す図である。 上記第２ＶＴＣの中間的進角状態を示す図である。 上記第２ＶＴＣにおけるゼンマイばねの取り付け状態を示す図である。 上記第２ＶＴＣの相対変位検出手段を示す分解斜視図である。 図２３の部分拡大図である。 上記第２ＶＴＣの相対変位検出手段を模式的に示した図である。

符号の説明

１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１３、２１３…ＶＴＣ（可変バルブタイミング機構）、１１４…ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）、クランク角センサ…１１７、１２０…クランクシャフト、１３２…カムセンサ、１３４…吸気側カムシャフト、４０１…回転体、４０２…ギャップセンサ、５３４…永久磁石、５３５…ホール素子

Claims (3)

1. 機関の吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構を備え、機関始動時における前記開閉タイミングを、最も遅れる最遅角タイミングよりも進角側の始動時タイミングとする内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   機関停止時に、前記開閉タイミングが前記始動時タイミングとなるように前記可変バルブタイミング機構を制御することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
2. 機関停止直前であって、前記開閉タイミングが前記始動時タイミングに収束した状態における前記可変バルブタイミング機構への出力操作量を停止時操作量として記憶し、
   前記記憶した停止時操作量に基づいて、機関始動時に前記可変バルブタイミング機構へ出力する始動時操作量を設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
3. 機関の吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構を備え、機関始動時における前記開閉タイミングを、最も遅れる最遅角タイミングよりも進角側の始動時タイミングとする内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   機関温度に応じてあらかじめ設定される操作量に基づいて、機関始動時に前記可変バルブタイミング機構へ出力する始動時操作量を設定することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。

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