JP2005299640A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低回転時においても、高応答・高精度なバルブタイミング制御を行う。
【解決手段】クランク角センサ及びカムセンサの出力信号に基づいて、カムシャフトの回転周期毎に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できる第１回転位相検出手段と、カムシャフトの回転周期にかかわらず前記回転位相を任意のタイミングで検出できる第２回転位相検出手段と、を備え、機関回転速度Ｎｅが所定回転速度Ｎｓ２以下のときは、第２回転位相検出手段により検出した回転位相θｄｅｔ２に基づいて可変バルブタイミング機構のフィードバック操作量を算出する（Ｓ２４、Ｓ２６）。一方、機関回転速度が所定回転速度Ｎｓ２を上回るときは、第１回転位相検出手段により検出した回転位相θｄｅｔ１に基づいて可変バルブタイミング機構のフィードバック操作量を算出する（Ｓ２５、Ｓ２６）。
【選択図】 図１８

Description

本発明は、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、機関の吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させる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に開示されているように、従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置においては、クランクシャフトの基準回転位置でクランク角信号を出力するクランク角センサと、カムシャフトの基準回転位置でカム信号を出力するカムセンサと、を備え、その基準回転位置のずれ角に基づいて、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していた。
特開２０００−３０３８６５号公報

ところで、上記従来の構成のもとでは、一定のクランク角（カムシャフトの回転周期）毎に回転位相が検出されることになるが、かかる回転位相の検出結果に基づく可変バルブタイミング機構のフィードバック制御（バルブタイミング制御）は、一般に微少単位時間毎に実行される。
このため、特に低回転時においては、フィードバック制御の実行周期よりも回転位相の検出周期の方が長くなってしまい、制御上十分な頻度で回転位相を検出できない。このような場合には、実際とは異なる回転位相に基づいて目標回転位相との偏差が算出され、誤った偏差に基づいてフィードバック操作量が算出されることになって、制御性が悪化してしまうという問題があった。

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、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回転位相を検出することで、低回転時であっても高応答・高精度なバルブタイミング制御を実現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、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、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た構成において、前記回転位相を任意のタイミングで検出できる回転位相検出手段を備え、この回転位相検出手段により検出した回転位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御する。

このようにすると、機関回転とは無関係に（より具体的には、カムシャフトの回転周期よりも短い周期であっても）回転位相を検出できるので、バルブタイミング制御（フィードバック制御）を行うに際し、低回転時であってもバルブタイミングの制御周期と回転位相の検出周期とを一致させて、高応答、高精度のバルブタイミング制御を実現できる。
請求項２に記載の発明は、前記回転位相検出手段が前記カムシャフトの回転周期にかかわらず、前記回転位相を直接検出する。

このようにすると、クランクシャフトの回転位置（角度）とカムシャフトの回転位置（角度）とのそれぞれを検出する必要がなく、一つの検出値（出力信号）に基づくバルブタイミング制御が可能となる。
請求項３に記載の発明は、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、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た構成において、前記クランクシャフトの基準回転位置を検出するクランク角センサ及びカムシャフトの基準回転位置を検出するカムセンサの出力信号に基づいて、カムシャフトの回転周期毎に前記回転位相を検出する第１回転位相検出手段と、カムシャフトの回転周期にかかわらず、前記回転位相を任意のタイミングで検出できる第２回転位相検出手段とを備え、機関回転速度が所定回転速度以下のときは、前記第２回転位相検出手段によって検出した回転位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御し、機関回転速度が所定回転速度を上回るときは、前記第１回転位相検出手段によって検出した回転位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御する。

請求項４に記載の発明は、前記第２回転位相検出手段が前記回転位相を直接検出する。
請求項５に記載の発明は、前記第１回転位相検出手段による回転位相検出周期（カムシャフトの回転周期）が可変バルブタイミング機構の制御周期よりも長くなるときは、前記第２回転位相検出手段によって検出した回転位相に基づいて可変バルブタイミング機構を制御し、それ以外のときは、第１回転位相検出手段によって検出した回転位相に基づいて可変バルブタイミング機構を制御する。

以上の請求項３〜４に記載の発明によると、低回転時であって実際の回転位相と制御に用いる回転位相との「ずれ」が大きくなり易いときには、第２回転位相検出手段により回転位相を検出する一方、前記「ずれ」がそれほど問題とならない（大きくならない）ときには、第１回転位相検出手段により回転位相を検出し、この検出した回転位相に基づいてバルブタイミング制御が実行される。これにより、従来から安定している第１回転位相検出手段により検出される回転位相に基づくバルブタイミング制御を最大限利用しつつ、低回転時におけるバルブタイミング制御の制御性の向上させることができる。なお、第２回転位相検出手段が回転位相を直接検出することにより、請求項２に記載の発明と同様、クランクシャフトの回転位置（角度）とカムシャフトの回転位置（角度）とのそれぞれを検出する必要がなく、一つの検出値（出力信号）に基づくバルブタイミング制御が可能となる。

請求項６に記載の発明は、低回転領域において、機関回転速度が低い（小さい）ほど大きく設定される制御ゲインを用いて前記可変バルブタイミング機構のフィードバック操作量を算出する。
このようにすると、低回転時は可変バルブタイミング機構における摺動抵抗が増加して制御応答性が低下することになるが、この低下分を補うようにフィードバック制御ゲインが設定することができるので、低回転時における応答性を更に向上させることができる。

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の開閉タイミングを変化させる機構であるが、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側にのみ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、各種センサからの検出信号（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、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の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吸気側カムシャフト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。
ここで、本実施形態において、ＥＣＵ１１４によって実行されるバルブタイミング（回転位相）制御について説明する。なお、以下の説明において第１回転位相検出手段により検出した回転位相を第１回転位相θｄｅｔ１といい、第２回転位相検出手段により検出した回転位相を第２回転位相θｄｅｔ２という。

図１３は、本実施形態（第１実施形態）に係るバルブタイミング（回転位相）制御のフローチャートであり、キースイッチがＯＮされると開始され、所定時間（例えば、１０ｍｓ）毎に実行される。
Ｓ１１では、エンジン回転速度Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、冷却水温度Ｔｗ等の機関運転状態を読み込む。

Ｓ１２では、読み込んだ機関運転状態に基づいて吸気バルブ１０５の目標バルブタイミング（目標回転位相）θｔｇを設定する。かかる設定は、例えば、機関負荷及び機関回転速度Ｎｅに基づいて、これらに応じてあらかじめ割り付けられた基本目標回転位相マップを参照することにより基本目標回転位相θｔｇ（ｂａｓｅ）算出し、これを冷却水温度Ｔｗ等に応じた補正をすることにより行う。

Ｓ１３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）θｄｅｔ２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。
Ｓ１４では、設定した目標回転位相θｔｇと検出した実際の回転位相θｄｅｔ２との偏差Ｅｒに基づいて、次式のようにしてＶＴＣ１１３（の電磁ブレーキ３２４）のフィードバック操作量Ｕを算出する。

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。なお、本実施形態において、前記比例ゲインＧｐは機関回転速度Ｎｅに応じて可変設定されるものであり、その詳細については後述する（図１７（ｃ）参照）。

Ｓ１５では、算出したフィードバック操作量ＵをＶＴＣ１１３（の電磁ブレーキ３２４）に出力して本フローを終了する。
このように、本実施形態では、機関回転の影響を受けずに、任意のタイミングで回転位相を検出できる第２回転位相検出手段によって検出した第２回転位相θｄｅｔ２（と目標回転位相θｔｇとの偏差Ｅｒ）に基づいてバルブタイミング制御を実行する（従って、本実施形態においては、バルブタイミング制御に関して言えば、第１回転位相検出手段を備えなくてもよい）。

次に、以上説明した第１実施形態に係るバルブタイミング制御と、従来のバルブタイミング制御、すなわち、第１回転位相検出手段によって検出した第１回転位相θｄｅｔ１（と目標回転位相θｔｇ）に基づいて行うバルブタイミング制御（従来のバルブタイミング制御という）とを比較する。
図１４は、前記第１実施形態に係るバルブタイミング制御結果を示している。

本実施形態では、第２回転位相検出手段により任意のタイミングで前記回転位相を検出することができるので、バルブタイミング制御周期（図中「Ａ」で示す）と回転位相の検出周期（図中「Ｂ」で示す）とを合わせることができる（図１４（ａ）参照）。
従って、バルブタイミング制御を行うに際し、実際の回転位相（実回転位相）αと、ＥＣＵ１１４が認識する回転位相（すなわち、検出回転位相θｄｅｔのことであり、図中βと記す。以下同じ。）とが一致することとなり、そのずれを最小限に抑える（又はなくす）ことができる。この結果、機関回転速度等の影響を受けず、常に、高精度、高応答なバルブタイミング制御を実現でき、また、不要な電力消費も抑制できる（図１４（ｂ）、（ｃ）参照）。

図１５は、従来のバルブタイミング制御において、バルブタイミング制御周期Ａ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（すなわち、カム信号ＣＡＭの出力周期）Ｂの方が長いときの、言い換えると低回転時におけるバルブタイミング制御結果を示している。
この場合、バルブタイミング制御を行うに際し、実際の回転位相（実回転位相）αと認識回転位相βとに誤差（以下、「認識誤差」ＥＲＲという）が発生する（図１５（ａ）参照）。そして、この認識誤差ＥＲＲは常に一定とは限らず変動するので、制御系から見ると、応答が遅くなったり、早くなったりすることになる。制御系は、所望の応答になるように操作量を変更するので、認識誤差ＥＲＲが変化することによって、操作量の増加・減少が激しくなり応答性が悪化してしまうことになる（図１５（ｂ）参照）。また、操作量の振動（増減）により、本実施形態に比べて、消費電力が増大しており、燃費等にも悪影響を与えることになる（図１５（ｃ）参照）。

図１６は、従来のバルブタイミング制御において、バルブタイミング制御周期Ａ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（カム信号ＣＡＭの出力周期）Ｂの方が短いとき、言い換えると高回転時におけるバルブタイミング制御結果を示している。
この場合も、図１５に示す低回転時と同様に、バルブタイミング制御を行うに際し、実回転位相αと認識回転位相βとに誤差（認識誤差）ＥＲＲが発生する（図１５（ａ）参照）。そして、低回転時と同様の理由により、応答性が悪化し、消費電力も増大することになる（図１５（ｂ）、（ｃ）参照）。

以上の結果からも明らかなように、本実施形態によれば、前記第２回転位相検出手段によって、カムシャフト１３４の回転周期とは無関係に、任意のタイミングでクランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の回転位相を検出できるので、その検出周期をバルブタイミング制御周期に合わせることができ、実回転位相と制御に用いる回転位相（認識回転位相）との誤差（認識誤差）がほとんど発生しない。従って、従来のものに比べて、バルブタイミング制御の制御性を向上できると共に燃費についても有利である。

ところで、従来のものでは、低回転時においてバルブタイミング制御周期Ａより回転位相検出周期Ｂが長くなることから、回転位相が更新される間は、実際とは異なる同一の回転位相を用いて繰り返しフィードバック制御が行われることとなり、オーバーシュートが発生するおそれがあるために、例えば、図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、機関回転速度が低いときにはフィードバック制御ゲイン（比例ゲインＧｐ）を小さく設定して対応するようにしていた。

一般に、低回転時は、ＶＴＣ１１３における（回転）摺動抵抗が大きくなって高回転時に比べて応答性が低くなってしまうところ、さらに、上記のようにフィードバック制御ゲインを小さく設定せざるを得ないことから、制御応答性という面ではかなり不利な状態となっていた。
これに対し、本実施形態ではバルブタイミング制御周期Ａと回転位相の検出周期Ｂとを合わせて実回転位相と認識回転位相とを一致させることができるので（図１４参照）、低回転時であっても上記したようなオーバーシュートが発生するおそれがない。

そこで、本実施形態においては、低回転時においては、機関回転速度が低いほどフィードバック制御ゲイン（比例ゲインＧｐ）を大きく設定するようにしている。
具体的には、図１７（ｃ）に示すように、応答性という観点から、ＶＴＣ１１３における摺動抵抗の影響をほとんど受けなくなる機関回転速度をあらかじめ求めて、これを所定回転速度Ｎｓ１として設定しておき、機関回転速度Ｎｅ≧所定回転速度Ｎｓ１であれば比例ゲインＧｐ＝ｋ（一定値）とする一方、Ｎｅ＜Ｎｓ１であればＮｅが小さいほど大きな比例ゲインＧｐを設定する。

このように、低回転時においては機関回転速度Ｎｅが低いほどフィードバックゲイン（比例ゲインＧｐ）を大きく設定することにより、ＶＴＣ１１３における摺動抵抗の増加に伴う応答性の低下分を補うようにフィードバック制御ゲインが設定されることとなり、低回転時における制御性（応答性）を更に向上できることになる。
ここで、上記図１５、図１６に示すように、前記認識誤差ＥＲＲは、高回転時に比べて低回転時が大きくなることから、低回転時にのみ前記第２回転位相検出手段によって回転位相を検出するようにし、中・高回転時は、従来のように、前記第１回転位相検出手段によって回転位相を検出するようにしてもよい。このように、機関回転速度に応じて回転位相の検出、ひいては、バルブタイミング制御を切り換えるようにしたものが、以下に説明する第２実施形態に係るバルブタイミング制御である。

この実施形態では、第１回転位相検出手段による回転位相の検出周期がバルブタイミング制御周期よりも長くなる低回転時には、第２回転位相検出手段により検出した回転位相に基づいてバルブタイミング制御を行い、上記のような不都合が少ない中・高回転時には、第１回転位相検出手段により検出した回転位相に基づいてバルブタイミング制御を行うようにしている。

図１８は、第２実施形態に係るバルブタイミング（回転位相）制御を示すフローチャートであり、前記第１実施形態と同様、キースイッチがＯＮされると開始され、所定時間（例えば、１０ｍｓ）毎に実行される。
Ｓ２１では、機関回転速度Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、冷却水温度Ｔｗ等の機関運転状態を読み込む。

Ｓ２２では、読み込んだ機関運転状態に基づいて目標回転位相（目標バルブタイミング）θｔｇを設定する。
Ｓ２３では、機関回転速度Ｎｅが予め設定した所定回転速度Ｎｓ２以下であるか否かを判定する。Ｎｅ≦Ｎｓ２であればＳ２４に進み、Ｎｅ＞Ｎｓ２であればＳ２５に進む。なお、所定回転速度Ｎｓ２は、前記第１回転位相検出手段による回転位相の検出周期（すなわち、カムシャフト１３４の回転周期）がバルブタイミング制御周期よりも長くなる機関回転速度の値（若しくはその近傍の値）を設定する。

Ｓ２４では、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第２回転位相θｄｅｔ２を検出する。
Ｓ２５では、前記第１回転位相検出手段により検出した第１回転位相θｄｅｔ１を読み込む（図１９〜２１参照）。
Ｓ２６では、目標回転位相θｔｇと、第１回転位相θｄｅｔ１又は第２回転位相θｄｅｔ２との偏差Ｅに基づいて、ＶＴＣ１１３（電磁ブレーキ３２４）のフィードバック操作量Ｕを算出する。なお、算出方法は、図１３におけるＳ１４と同様である。

Ｓ２７では、算出したフィードバック操作量ＵをＶＴＣ１１３に出力して本フローを終了する。
図１９〜２１は、クランク角センサ及びカムセンサの出力信号に基づいて、すなわち、第１回転位相検出手段により回転位相θｄｅｔ１を検出するフローチャートである。
図１９は、単位角度信号ＰＯＳのカウント値ＣＰＯＳのリセット処理を行うフローチャートであり、クランク角センサ１１７から基準クランク信号ＲＥＦが出力されると実行される。Ｓ３１では、クランク角センサ１１７からの単位角度信号ＰＯＳのカウント値ＣＰＯＳを０とする。

図２０は、単位角度信号ＰＯＳのカウント値ＣＰＯＳのカウントアップ処理を行うフローチャートであり、クランク角センサ１１７から単位角度信号ＰＯＳが出力されると実行される。Ｓ４１では、カウント値ＣＰＯＳを１アップする。
以上の図１９、２０のフローにより、前記カウント値ＣＰＯＳは基準クランク角信号ＲＥＦの発生時に０にリセットされ、その後の単位角度信号ＰＯＳの発生数を計数した値となる。

図２１は、第１回転位相θｄｅｔ１を検出するフローチャートであり、カムセンサ１３２からカム信号ＣＡＭが出力されると実行される。
Ｓ５１では、基準クランク角信号ＲＥＦの発生からカム信号ＣＡＭの発生までの前記カウント値ＣＰＯＳを読み込む。
Ｓ５２では、読み込んだカウント値ＣＰＯＳに基づいて第１回転位相θｄｅｔ１を検出する。つまり、第１回転位相検出手段では、カム信号ＣＡＭが出力される毎（クランク角１８０°毎）に、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（第１回転位相）が検出されることになる。

このように、第１回転位相検出手段による回転位相の検出周期がバルブタイミング制御周期よりも長くなる低回転時には、第２回転位相検出手段によって検出した第２回転位相θｄｅｔ２に基づいてバルブタイミング制御を行うことにより、バルブタイミング制御周期に対して回転位相の検出周期が長くなる不都合（すなわち、認識誤差ＥＲＲによる制御性の悪化）を回避して高応答・高精度なバルブタイミング制御が実現できる一方、上記のような不都合がない中・高回転時には、第１回転位相検出手段により検出した第１回転位相θｄｅｔ１に基づいてバルブタイミング制御を行うことにより、安定したバルブタイミング制御を実現できる。

なお、以上の説明では、機関回転速度Ｎｅと所定回転速度Ｎｓ２とを比較することによって低回転時を判定してバルブタイミング制御を切り換えるようにしているが（Ｓ２３）、第１回転位相検出手段による回転位相の検出周期がバルブタイミング制御周期よりも長い状態であって認識誤差ＥＲＲが大きい状態を判定できれば他の方法により判定するようにしてもよい。

例えば、（ａ）第１回転位相検出手段による回転位相θｄｅｔ１の検出（すなわち、カム信号ＣＡＭの出力）からの経過時間を計測し、所定時間Ｔ１経過するまでにバルブタイミング制御が実行されない場合を低回転時と判定するようにしたり、（ｂ）機関始動から所定時間Ｔ２経過するまでを低回転時と判定するようにしたり、（ｃ）機関始動からの機関回転速度をモニタし、アイドル回転が安定するまで（例えば、前回値との差ΔＮｅが所定量以下となるまで）を低回転時（この場合は始動時）と判定するようにしてもよい。

また、吸気バルブ１０５にＶＴＣ１１３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ＶＴＣ１１３を備えた場合であっても同様である。
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２２〜図２９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２２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２２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２３〜図２５（図２２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２６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と同様であり、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２２、２７、２８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２７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２７及び図２８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２７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２３参照）。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２４参照）。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２４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２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。
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２９は、相対変位検出手段５０６を模式的に示したものである。
図２９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を用いた場合においても、バルブタイミング制御周期に合わせて回転位相を検出することができるので、実回転位相と制御に用いる回転位相（認識回転位相）との誤差（認識誤差）がほとんど発生しない。このため、従来に比べて、バルブタイミング制御の制御性を向上できると共に燃費についても有利である。

ここで、前記第１ＶＴＣ１１３においては、クランクシャフトの回転位置（角度）とカムシャフトの回転位置（角度）とをそれぞれ検出し、検出したクランクシャフトの回転位置（角度）及びカムシャフトの回転位置（角度）から前記回転位相を検出（算出）するのに対して、第２ＶＴＣ２１３においては、クランクシャフト及びカムシャフトの回転位置（角度）を検出することなく、ホール素子５４５の検出信号（ホール素子５４５からの出力信号）から前記回転位相を「直接（直ちに）」検出することができる。

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、第２回転位相検出手段は、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、第２回転位相検出手段として用いることができる。

また、以上では電磁式のＶＴＣについて説明したが、油圧式のＶＴＣ（例えば、機関始動時に油圧を上昇させる手段を備えたもの）に対して適用してもよい。
さらに、バルブタイミング制御のみならず、任意のタイミングで検出できる前記第２回転位相θｄｅｔ２を用いて燃料噴射制御や点火時期制御を実行するようにしてもよい。
図３０は、かかる燃料噴射制御、点火時期制御を示すフローチャートであり、例えば、機関始動直後等の低回転時に実行される。

Ｓ６１では、機関回転速度Ｎｅ、吸入空気量Ｑａ、冷却水温度Ｔｗ等の機関運転状態を読み込む。
Ｓ６２では、第２回転位相検出手段により実際の回転位相（実バルブタイミング）θｄｅｔ２を検出する。
Ｓ６３では、読み込んだ機関運転状態と検出した実際の回転位相θｄｅｔ２とに基づいて、燃料噴射量及び時期を設定する。かかる設定は、例えば、機関運転状態に応じて割り付けられた基本燃料噴射量マップ、基本燃料噴射時期マップを参照して、基本燃料噴射量及び時期を算出し、これを実際の回転位相θｄｅｔ２に応じて補正することにより行う。

Ｓ６４では、読み込んだ機関運転状態と検出した実際の回転位相θｄｅｔ２とに基づいて、点火時期を設定する。かかる設定は、例えば、機関運転状態に応じて割り付けられた基本点火時期マップを参照して基本点火時期算出し、これを実際の回転位相θｄｅｔ２に応じて補正することにより行う。
Ｓ６５では、算出した燃料噴射量及び燃料噴射時期に応じた駆動パルス信号を燃料噴射弁１３１に出力し、算出した点火時期の応じた駆動信号を点火プラグ１３３に出力する。

このように、本実施形態では、第２回転位相検出手段により、カムシャフト１３４の回転周期とは無関係に、任意のタイミングでクランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の回転位相を検出できるので、燃料噴射及び点火タイミングの設定時点における実際の回転位相を検出し、この検出結果に応じて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期を設定（補正）することができ、最適な燃料噴射制御及び点火時期制御を実現できる。これにより、特に始動直後の低回転時において、エミッションの悪化や燃焼不安定な状態を回避することができる。

以上説明した実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、その効果と共に以下に記載する。
（イ）請求項３〜５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、前記制御手段は、前記カムセンサから信号が出力されてから所定時間が経過した後は、前記第２回転位相検出手段により検出した回転位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構が制御する一方、前記所定時間が経過以前は、前記第１回転位相検出手段により検出した回転位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御する。
（ロ）請求項３〜５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、前記制御手段は、機関始動から所定時間が経過するまでは、前記第２回転位相検出手段により検出した回転位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御する一方、前記所定時間が経過した後は、前記第１回転位相検出手段により検出した回転位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御する。
（ハ）請求項３〜５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、前記制御手段は、機関始動からアイドル回転が安定するまでは、前記第２回転位相検出手段により検出した回転位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御する一方、前記アイドル回転が安定した後は、前記第１回転位相検出手段により検出した回転位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御する。

上記（イ）〜（ハ）に記載のものによれば、機関始動時を含む低回転領域において、第１回転位相検出手段による回転位相の検出周期がバルブタイミング制御周期よりも長くなることによる制御性の悪化を回避して、低回転時におけるバルブタイミング制御の制御性を高めつつ、中・高回転時においては、従来と同様の安定したバルブタイミング制御を実現できる。
（ニ）請求項１〜６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、
前記回転位相検出手段又は前記第２回転位相検出手段は、前記制御手段による前記可変バルブタイミング機構の制御周期に合わせて前記回転位相を検出する。

このようにすると、実回転位相と制御に用いる回転位相とのずれを抑えることができ、バルブタイミング制御の制御性を向上できる。
（ホ）請求項１、３、５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、
前記回転位相検出手段又は前記第２回転位相検出手段は、
前記クランクシャフトの回転位置（角度）を検出する第１の回転角度検出手段と、
前記カムシャフトの回転角度（角度）を検出する第２の回転角度検出手段と、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（ギャップセンサ４０２）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、この第２の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。
（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、
前記第２の回転角度検出手段は、
前記カムシャフトと共に回転し、該カムシャフトの中心からその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）を迅速かつ正確に検出することができる。
（ト）請求項２又は請求項４記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
前記回転位相検出手段又は前記第２回転位相検出手段は、
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。
（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。
（リ）機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、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た内燃機関の制御装置において、
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任意のタイミングで検出可能な回転位相検出手段を備え、
機関の運転状態に基づいて設定される燃料噴射量又は点火時期の少なくとも一方を前記回転位相検出手段により検出した回転位相に基づいて補正することを特徴とする。

このようにすると、特に始動直後の低回転時において、最適な燃料噴射制御及び点火時期制御を実現でき、エミッションの悪化や燃焼不安定な状態を回避することができる。

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実施形態に係るバルブタイミング制御を示すフローチャートである。 第１実施形態に係るバルブタイミング制御結果を説明する図である。 従来のバルブタイミング制御結果を説明する図である。 同じく従来のバルブタイミング制御結果を説明する図である。 フィードバック制御ゲインの設定例を示す図である。 第２実施形態に係るバルブタイミング制御を示すフローチャートである。 基準クランク角信号ＲＥＦ毎のＣＰＯＳリセット処理を示すフローチャートである。 単位角度信号ＰＯＳ毎のＣＰＯＳのカウントアップ処理を示すフローチャートである。 カム信号ＣＡＭ毎の進角値θｄｅｔ１の検出処理を示すフローチャートである。 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。 燃料噴射制御、点火時期制御を示すフローチャートである。

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 (6)

1. 内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、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と、
   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任意のタイミングで検出できる回転位相検出手段と、
   前記回転位相検出手段により検出した回転位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御する制御手段と、
   を備え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. 前記回転位相検出手段は、前記クランクシャフト及び前記カムシャフトの回転角度を検出することなく、前記回転位相を直接検出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. 内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、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と、
   機関回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記クランクシャフトの基準回転位置を検出するクランク角センサ及び前記カムシャフトの基準回転位置を検出するカムセンサの出力信号に基づいて、前記カムシャフトの回転周期毎に前記回転位相を検出する第１回転位相検出手段と、
   前記カムシャフトの回転周期にかかわらず、前記回転位相を任意のタイミングで検出できる第２回転位相検出手段と、
   機関回転速度が所定回転速度以下のときは、前記第２回転位相検出手段により検出した回転位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御する一方、機関回転速度が前記所定回転速度を上回るときは、前記第１回転位相検出手段により検出した回転位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御する制御手段と、
   を備え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。
4. 前記第２回転位相検出手段は、前記クランクシャフト及び前記カムシャフトの回転角度を検出することなく、前記回転位相を直接検出することを特徴とする請求項３記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
5. 前記制御手段は、
   前記第１回転位相検出手段による回転位相の検出周期が前記可変バルブタイミング機構の制御周期よりも長くなるときは、前記第２回転位相検出手段により検出した回転位相に基づいて前記可変バルブタイミング機構を制御する一方、
   それ以外のときは、前記第１回転位相検出手段により検出した回転位相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請求項３又は請求項４記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
6. 前記制御手段は、
   所定回転速度以下の低回転領域において、機関回転速度が低いほど制御ゲインを大きく設定する制御ゲイン設定手段と、
   設定された制御ゲインを用いて前記可変バルブタイミング機構のフィードバック操作量を算出するフィードバック操作量算出手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜５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。

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