JP2008025456A - 位相角検出装置及び該位相角検出装置を用いた内燃機関のバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位相変更機構によって制御された回転位相差をクランクシャフトの極低回転域でも精度良く検出し得る位相角検出装置を提供する。
【解決手段】前記ステップ１とステップ２で検出されたカム角基準位置ＣａＢとクランク角基準位置ＣｒＢとを比較して回転位相角を算出する。Ｎが規定の回転数以下の場合は、信号変化量当たりのカム回転角度を算出し、１０°ＣＡのクランクパルス信号に対してＣａＢを検出したタイミングが、１０°ＣＡ＋α°ＣＡである場合は、＋α°ＣＡを補間タイマーによって算出する。Ｎ回転目の１０°ＣＡのクランクパルス信号を検出した際に、カムの角度信号出力Ｖを検知し、カム角度／Ｖ×（Ｖ−Ｖｍｉｎ）よりＣａＢからの回転角Ａを算出し、クランク角度Ａと、ステップ９で検出されたカム角度Ａとの比較から位相差を算出する。
【選択図】図６

Description

本発明は、少なくとも２つの回転軸の回転位相差を検出する位相角検出装置に関し、例えば内燃機関の吸気側または排気側の機関弁の開閉時期を運転状態に応じて可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置などに用いられる位相角検出装置に関する。

従来の位相角検出装置としては、例えばＶ型６気筒内燃機関のバルブタイミング制御装置に適用された以下の特許文献1に記載されたものが知られている。

まず、前記バルブタイミング制御装置は、吸気弁側に適用されたもので、機関運転状態に応じてクランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相を変更して機関弁の開閉時期を可変にする位相変更機構と、前記クランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相差を検出して前記位相変更機構に駆動信号出力する位相角検出装置と、を備えている。

この位相角検出装置は、クランクシャフトの回転角度を検出するクランク角センサと、カムシャフトの回転角度を検出するカム角センサと、これらのセンサからそれぞれ出力された回転角度信号に基づいてクランクシャフトとカムシャフトとの相対的な回転位相差を検出するコントローラとを有している。

前記クランク角センサは、電磁ピックアップ式であって、クランクシャフトに取り付けられて、外周に複数のターゲット突起を有する円盤状のクランクターゲットと、複数のターゲット突起をピックアップして現在のクランクシャフトの回転位置及び回転数を検出し、この検出信号を前記コントローラに出力するクランク角検出部とから構成されている。

一方、前記カム角センサは、同じく電磁ピックアップ式であって、カムシャフトに取り付けられて、円周方向の等間隔位置に３つ設けられたターゲット突起と、カムシャフトの近傍に配置されて、前記各ターゲット突起をピックアップして現在のカムシャフトの回転位置を検出し、この検出信号を前記コントローラに出力するカム角検出部とから構成されている。

そして、クランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相差を検出する方法としては、前記クランク角センサから出力されるクランク角信号は、１０°ＣＡ毎に１パルス信号を出力すると共に、１２０°ＣＡ毎に１箇所歯欠けを出力し、１２０°毎に発生する歯欠けをクランク角基準位置（クランク角ベース）とする。

また、前記カム角センサから出力されるカム角パルス信号は、前記ターゲット突起の形成角度である１２０°毎であり、そのカム角基準位置（カム角ベース）がクランクシャフトの２４０°ＣＡ毎に１回更新されることから、このカム角ベースが検出されたタイミングと前記クランク角ベースとの比較によってカム位相角（位相差）を算出するようになっている。例えば、実際に検出されたカム角ベースが基準カム角ベースよりも約６０°進角側に位置しているため、カムシャフトの相対回転位置がクランクシャフトに対して６０°進角していると検出できる。
特開平６−２９９８７６号公報

しかしながら、前記従来における相対回転位相差の検出方法は、カム角検出部から出力されるカム角ベース信号がそれぞれ独立した非連続な３つのターゲット突起をピックアップして得られる１２０°毎のパルス信号になっていることから、内燃機関の回転数が例えば１２００ｒｐｍ以上などの所定回転数以上であれば、比較的高い検出精度が得られるものの、例えば機関のクランキング中などの２００ｒｐｍ〜４００ｒｐｍ程度の極低回転数の場合は、前記カム角センサの隣接するターゲット突起間の円周方向の間隙に起因して制御周期に対して位相角の更新頻度が少なくなるため、位相変更制御に十分な精度の高い位相角検出が得られないおそれがある。

本発明は前記従来の技術的課題を解決するために案出されたもので、駆動軸の回転位置を所定のターゲットを介して検出する駆動軸角検出部と、前記駆動軸によって回転駆動される従動軸に設けられ、検出位置が連続的に変化する第１の部位及び該第１の部位の端縁に形成されて、検出位置が非連続的に変化する少なくとも１つの第２の部位を有するターゲットと、該ターゲットの変位を検出する従動軸角検出部と、を備え、該従動軸角検出部からの出力信号に基づいて前記従動軸の回転角度を検出すると共に、前記駆動軸角検出部からの出力信号に基づいて駆動軸の回転角度を検出し、該駆動軸と従動軸とのそれぞれの回転角度から前記駆動軸の回転角度に対する前記従動軸の相対的な回転角度を検出することを特徴としている。

この発明によれば、前記駆動軸角検出部による最小検出周期を基準として前記第１の部位による連続的に変化するターゲット信号を検出できるため、前記駆動軸の回転数が低い場合でも、駆動軸と従動軸との間の相対回転位相角度の検出頻度を高めることができる。したがって、駆動軸の回転変動など影響を受けにくくなり、両軸の相対回転位相差を精度良く検出することが可能になる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明を具体化したもので、特に、前記駆動軸角検出部からの出力信号に基づいて駆動軸の回転位置を検出し、該駆動軸と従動軸とのそれぞれの回転位置から前記駆動軸の回転角度に対する前記従動軸の相対的な回転角度を検出するコントローラの存在を明確にした。

したがって、この請求項２の発明も請求項１と同様な作用効果が得られる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の位相角検出装置を内燃機関のバルブタイミング制御装置に適用したものであり、具体的には、クランクシャフトの回転位置を所定のターゲットを介して検出するクランク角検出部と、前記クランクシャフトによって回転駆動されるカムシャフトに設けられ、検出位置が連続的に変化する第１の部位及び該第１の部位の端縁に形成されて、検出位置が非連続的に変化する少なくとも１つの第２の部位を有するターゲットと、該ターゲットの変位を検出するカム角検出部と、を備え、コントローラは、前記カム角検出部からの出力信号に基づいて前記カムシャフトの回転角度を検出すると共に、前記クランク角検出部からの出力信号に基づいてクランクシャフトの回転角度を検出し、該検出されたクランクシャフトとカムシャフトとのそれぞれの回転角度から前記クランクシャフトの回転角度に対するカムシャフトの相対的な回転角度を検出することを特徴としている。

したがって、この発明も請求項１の発明と同様に、前記クランクシャフトの回転数が極低回転域でも、クランクシャフトとカムシャフトとの間の相対回転位相差（位相角度）を精度良く検出することが可能になる。

この結果、位相変更機構の作動応答性の向上が図れ、機関始動時やアイドル運転などにおいてかかる運転状態に応じた最適なバルブタイミングが速やかに得られるので、排気エミッションの低減やアイドル回転の安定性及び燃費の向上が図れると共に、車両の発進加速性能の向上が実現できる。

以下、本発明に係る位相角検出装置を内燃機関のバルブタイミング制御装置（ＶＴＣ）に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態では、内燃機関の吸気側の動弁系に適用したものであるが、内燃機関の排気側の動弁系に同様に適用することも可能である。

すなわち、このバルブタイミング制御装置は、例えば本出願人が先に出願した特開２００５−１８０３０７号公報に記載された、いわゆる電磁ブレーキ式のバルブタイミング制御装置に適用したものである。したがって、かかるバルブタイミング制御装置の概略構成を図１に示し、具体的な構造説明は省略する。

すなわち、バルブタイミング制御装置は、駆動軸である機関のクランクシャフト１からチェーン２を介して回転力が伝達されるタイミングスプロケット３と、該タイミングスプロケット３に対して所定の角度範囲内で相対回転自在に支持された従動軸であるカムシャフト４と、該カムシャフト４に連結された図外のスリーブと、前記タイミングスプロケット３と前記スリーブとの間に設けられ、機関運転状態に応じて前記タイミングスプロケット３とカムシャフト４の相対回転位相を変換させる位相変更機構５とを備えている。

この位相変更機構５は、前記タイミングスプロケット３に形成された径方向ガイド窓と、渦ディスクに形成された渦巻き状ガイド（渦巻き溝）と、基端部が前記スリーブに回転自在に設けられて、先端部が前記径方向ガイド内を径方向移動可能に配置されたリンク部材と、該リンク部材の先端部に設けられて、先端の球状部が前記渦巻き状ガイドに係合した係合部と、機関運転状態に応じて前記渦ディスクにブレーキ力を付与するヒステリシスブレーキとを備えている。

そして、ヒステリシスブレーキの電磁コイルにコントローラ６から制御電流を出力して、ヒステリシス材を介して前記渦ディスクに電磁ブレーキを作用させる。これによって、前記係合部が径方向ガイド窓に沿って径方向に移動しつつ渦巻き状ガイド内を摺動して、前記タイミングスプロケット３と前記スリーブ（カムシャフト４）とを所定の角度範囲内で相対的に回転させる。これにより、図外の吸気弁の開閉時期を機関運転状態に応じて可変制御するようになっている。

前記コントローラ６は、前記クランクシャフト１の回転位置（回転角度）と回転数とを検出するクランク角センサ７や、図外の吸入空気量検出部、機関の冷却水温、潤滑油の温度検出部、アクセル開度検出部などの各種の検出部類からの情報信号を入力して現在の機関運転状態を検出すると共に、前記クランク角センサ７と前記カムシャフト４の回転位置を検出するカム角センサ８からの情報信号を入力して前記クランクシャフト１とカムシャフト４との相対回転位相角度を検出し、かかる回転角度情報に基づいて前記位相変更機構５を駆動するようになっている。

具体的に説明すれば、前記クランク角センサ７は、電磁ピックアップ式であって、図１に示すように、クランクシャフト１の後端縁にボルトによって取り付けられた薄肉円盤状のクランクターゲット９と、該クランクターゲット９の外周縁に形成されたパルス誘起体である複数のクランクターゲット凹部９ａをピックアップして現在のクランクシャフト１の回転位置及び回転数を検出するパルス発生器であるクランク角検出部１０とから構成されている。

前記クランクターゲット９は、図２に示すように、所定外径の円盤状に形成されて、中央に前記図外のボルトが挿通されるボルト挿通孔９ｂが貫通形成されていると共に、外周縁には、間欠的に切り欠かれた小矩形状の切欠部によって前記複数のクランクターゲット凸部９ａが一体に形成されている。この複数のクランクターゲット凸部９ａは、クランクターゲット９の円周方向の１２０°位置の３箇所が２０°ＣＡ（クランク角）となり、他の全てが１０°ＣＡ間隔に形成されている。

前記クランク角検出部１０は、エンジンカバーなどに固定されていると共に、前記クランクターゲット凸部９ａにクランクシャフト１の軸方向から近接配置されていると共に、クランクターゲット凸部９ａをピックアップして、図５に示すクランク１０°ＣＡのパルス信号を出力すると共に、クランクターゲット凸部９ａのない３箇所の２０°ＣＡをクランク角基準位置（クランクベースＣｒＢ）としている。

なお、このクランク角センサ７は、電磁式の他に、ホール素子型、あるいは光学式のものであってもよい。

一方、前記カム角センサ８は、図１に示すように、カムシャフト４の後端縁にボルトによって取り付けられて、薄肉な均一幅の複葉状に形成されたカムターゲット１１と、該各カムターゲット１１の変位を検出するギャップセンサであるカム角検出部１２とから構成されている。

前記カムターゲット１１は、図３に示すように、中央にボルト挿通孔１１ａが形成されていると共に、該ボルト挿通孔１１ａを中心とした放射方向に３つのターゲット部１３が円周方向の等間隔位置に形成されており、この各ターゲット部１３は、それぞれの外周縁が周方向へ円弧状に形成された第１の検知部位１３ａと、該第１の検知部位１３ａの端縁から直径方向へ切り欠かれた３つの第２の検知部位１３ｂとから構成されている。

前記各第１の検知部１３ａは、円弧状に形成されて、内周側の一端部１３ｃから外周側の他端部１３ｄに掛けて曲率半径が漸次大きくなるように形成されて、前記カム角検出部１２による検出位置が連続的に変化するようになっている。一方、前記第２の検知部位１３ｂは、前記第１検知部位１３ａの他端部１３ｄから前記ボルト挿通孔１１ａの中心方向へ軸直角方向に沿って形成されて、検出位置が非連続的に変化するようになっている。

前記カム角検出部１２は、電磁ピックアップ式であって、エンジンカバーに固定されていると共に、カムシャフト４の後端部近傍に配置されて、カムターゲット１１の第１、第２検知部位１３ａ、１３ｂに対してカムシャフト４の径方向から指向している。そして、前記第１，第２検知部１３ａ、１３ｂを検出することによって、基本的に図５に示す連続した階段状（鋸刃状）の波形信号を出力し、第１の検知部位１３ａでは連続的な傾斜状として検出され、第２の検知部位１３ｂではカムシャフト４の一回転当たり非連続の上下直線状となっている箇所が周期的に検出される。

そして、カム角検出部１２をモニターして、出力が一定レベル以上急激に変化する位置、つまり前記各第２検知部１３ｂで検出された上下直線状の位置がカム角基準位置（ＣａＢ）となり、これはクランク角２４０°ＣＡの位置になっていると共に、カム角検出部１２のＭａｘ、Ｍｉｎ出力が機関回転数によって変化することから、これを考慮してカム角基準位置ＣａＢが検出される毎に随時Ｍａｘ値（Ｖｍａｘ）、Ｍｉｎ値（Ｖｍｉｎ）を学習する（図５参照）。なお、このＶｍａｘ、Ｖｍｉｎは、機関の回転数Ｎ回前までに検出されたＭａｘ平均値、Ｍｉｎ平均値としてもよい。

次に、前記第１、第２の検知部位１３ａ、１３ｂによって検出される鋸刃状の出力電圧からカムシャフト４のカム角度に換算する方法を説明すると、まず、カム角基準位置ＣａＢは、カムシャフト４の１回転毎に３箇所になっていることから、以下の換算式によって単位出力信号当たりのカムシャフト回転角度を決定する。

カム角度／Ｖ＝（７２０°ＣＡ／カムシャフト１回転当たりのカム角基準位置ＣａＢ個数）／（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）
ここで、例えばＶｍａｘ：４Ｖ、Ｖｍｉｎ：１Ｖであるとすると、カム角度／Ｖ＝（７２０°ＣＡ／３箇所）／（４Ｖ−１Ｖ）＝８０°ＣＡ／Ｖとなる。

図４はカムターゲット１１の変形例を示し、このカムターゲット１１は、三次元的な形状に形成されて、中央にボルト挿通孔１１ａが形成されていると共に、該ボルト挿通孔１１ａを中心とした軸方向に突出した３つのターゲット部１３が円周方向の等間隔位置に形成されており、この各ターゲット部１３は、それぞれの上端面が周方向へ円弧状に形成された第１の検知部位１３ａと、該第１の検知部位１３ａの端縁から軸方向かつ径方向へ直線状に切り立った３つの第２の検知部位１３ｂとから構成されている。

前記各第１の検知部位１３ａは、前記第２の検出部位１３ｂを頂点とした一端１３ｃ側から他端１３ｄ側へ所定の角度で下り傾斜面状に形成されて、前記カム角検出部１２による検出位置が連続的に変化するようになっている。一方、前記第２の検知部位１３ｂは、それぞれ半径方向に沿って切り立って形成されて、前記第１検知部位１３ａの一端１３ｃから軸方向へ平坦面状に形成されて、検出位置が非連続的に変化するようになっている。また、カム角検出部１２は、カムシャフト４の軸方向位置に配置されている。

以下では、前記カムターゲット１１を、図３に示したものを用いた場合の検出方法を説明するが、図４に示すカムターゲット１１でも同じ作用効果が得られ、この場合は、カム角センサ８が、レイアウト上、径方向に大きくならないので、装置のレイアウトの自由度が向上すると共に、径方向の大型化を抑制できる。

次に、前記コントローラ６によるカム位相角を算出する方法について、図６のフローチャートに基づいて説明する。この検出方法は、具体的には、図７に示す方法で行われる。

まず、図６において、ステップ１でクランク角センサ７によってクランク角基準位置（ＣｒＢ）を検出する。ステップ２では、カム角センサ８によってカム角基準位置ＣａＢを検出する。

ステップ３では、一般的な通常のカム角検出方法によって前記カム角基準位置ＣａＢとクランク角基準位置ＣｒＢとを比較して回転位相角を算出する。

ステップ４では、機関回転数Ｎが規定の回転数以下であるか否かを判別する。ここで、規定以上であると判別した場合は、ステップ５に移行し、ここでは前記通常のカム角検出方法によって次のカム角基準位置ＣａＢを検出した段階で位相角を更新する。ステップ４で規定以下であると判別した場合は、ステップ６に進む。

このステップ６では、カム角基準位置ＣａＢを検出した際のＶｍａｘ値とＶｍｉｎ値とを検出する（図５参照）。

ステップ７では、前記換算式である
カム角度／Ｖ＝（７２０°ＣＡ／カムシャフト１回転当たりのカム角基準位置ＣａＢ個数）／（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）
から信号変化量当たりのカム回転角度を算出する。

次に、ステップ８では、１０°ＣＡのクランクパルス信号に対してカム角基準位置ＣａＢを検出したタイミングが、１０°ＣＡ＋α°ＣＡである場合は、＋α°ＣＡを補間タイマーによって算出する。すなわち、クランクの１０°ＣＡパルスの立ち上がり（または立ち下がり）の検出タイミングとカム角基準位置ＣａＢを検出するタイミングは取付誤差などによって必ずしも一致しないことから、図７に示すように１０°ＣＡパルスの検出タイミングからカム角基準位置検出タイミングまでの＋α°ＣＡを補間タイマーにより算出する。

次のステップ９では、カム角基準位置ＣａＢの検出タイミングからクランクシャフトのＮ回転目の１０°ＣＡのクランクパルス信号を検出した際に、カムシャフトの回転角度信号の出力（Ｖ）を検知し、カム角度／Ｖ×（Ｖ−Ｖｍｉｎ）よりカム角基準位置ＣａＢからの回転角（カム角度Ａ）を算出する。

次に、ステップ１０において、カム角基準位置ＣａＢを検出した位置からのクランク回転角度Ａ＝１０×Ｎ−αと、前記ステップ９で検出されたカム角度Ａとの比較から位相差を算出し（進角方向を＋とする）、更新する。

例えば、カム角基準位置ＣａＢの検出タイミングがα＝８°ＣＡのとき、歯欠け分も考慮した１０°ＣＡパルス４回目検出位置でのクランク回転角は、クランク角度Ａ＝１０×４−８＝３２°ＣＡとなる。
これに対して、カム角信号の出力値はＶ＝１．４Ｖであることから、カム角度Ａ＝８０×（１．４−１）＝３２°ＣＡとなる。

したがって、カム角度Ａ−クランク角度Ａ＝０°ＣＡより、クランクシャフトとカムシャフトは共に同一の回転角であることから、位相差０°ＣＡとなる。

ステップ１１では、次のカム角基準位置ＣａＢを検出した際は、通常のカム位相角検出方法によって位相角を更新し、誤差を修正した後、ステップ３に戻る。

なお、図６でのＮが取り得る範囲は、１≦Ｎ≦（７２０°ＣＡ／カムシャフト１回転当たりのカム角基準位置の個数）×１０−１である。

このように、本実施の形態では、前記クランク角センサ７による最小検出周期（１０°ＣＡ）を基準として前記第１の検知部位１３ａによる連続的に変化するターゲット信号を検出できるため、前記クランクシャフト１の回転数が低い場合、例えばクランキング時の約２００ｒｐｍ〜４００ｒｐｍ位の極低回転数域でも、クランクシャフト１とカムシャフト４との間の相対回転位相角度の検出頻度を高めることができる。したがって、クランクシャフト１の回転変動など影響を受けにくくなり、両シャフト１，４の相対回転位相差を精度良く検出することが可能になる。

この結果、位相変更機構５の作動応答性の向上が図れ、機関始動時やアイドル運転などにおいて、かかる運転状態に応じた最適なバルブタイミングが速やかに得られる。これにより、機関始動時における排気エミッションの低減やアイドル回転の安定性及び燃費の向上が図れると共に、車両の発進加速性能の向上が実現できる。

また、この実施の形態では、カム角センサ８のカムターゲット１１やカム角検出部１２が、カムシャフト４の径方向に設けられているため、該カムターゲット１１などの加工作業が容易になると共に、該加工精度の向上が図れる。

図８及び図９は第２の実施形態におけるカム角検出方法を示し、前記第１の検知部位１３ａによって検出されたカム角度検出値（Ｖ）の傾き（ΔＶ）を利用して位相差を検出するものである。

まず、図８のフローチャートにおいて、ステップ２１〜２７までは、図６のステップ１〜７までと同じ処理を行うため、具体的な説明を省略する。

すなわち、ステップ２７において、前記カム角基準位置ＣａＢを検出した後、ステップ２８では、機関回転数がＮ回転目の１０°ＣＡのクランクパルス検出時に、カム角信号の出力値（Ｖ_(N)）を検知する。この段階では出力検知のみである。（図９参照）
ステップ２９では、機関回転数のＮ＋１回転目の１０°ＣＡのクランクパルス検出時に、カム角信号の出力値（Ｖ_(N+1)）を検知する。

ステップ３０では、前記Ｖ_(N)−Ｖ_(N+1)＝ΔＶとし、カム角度／Ｖ×ΔＶより、クランクシャフトが１０°ＣＡ回転した際のカム角度Ｂを算出する。

ステップ３１において、クランク角度Ｂは常時１０°ＣＡであることから、図９に示すように、カム角度Ｂ−クランク角度Ｂによって、クランクシャフトとカムシャフトとの回転位相差を算出する（進角方向を＋とする）。その後、これを更新する。

ここで、例えば、クランク角度Ｂが１０°ＣＡに対して、カム角信号出力値Ｖ_N：１．５Ｖ、Ｖ_N+1：１．６２５ＶよりΔＶ＝０．１２５Ｖとなり、よってカム角度Ｂ＝０°ＣＡより、クランクシャフト１とカムシャフト４とは共に同一回転角であることから、位相差が０°ＣＡとなる。

ステップ３２では、カム角基準位置ＣａＢを検出した際には、通常のカム位相角検出法によって位相角を更新し、誤差を修正してから、ステップ２３に戻る。

この実施の形態によれば、クランク回転角１０°ＣＡ毎にカム角度検出値（Ｖ）の傾き（ΔＶ）を算出することから、位相差の検出精度が高くなるが、カム角基準位置ＣａＢの検出タイミング直後の１０°ＣＡパルスの検出時には、位相差が出力されないため、コントローラ６の処理能力が十分であれば、カム角基準位置ＣａＢの検出タイミング直後の１０°パルス検出時のみ先の図６に示す検出法を使用するなど、両方の検出法を組み合わせることも可能である。これによってさらなる検出精度の向上が図れる。

なお、図８でのＮが取り得る範囲は、１≦Ｎ≦（７２０°ＣＡ／カムシャフト１回転当たりのカム角基準位置の個数）×１０−１である。

図１０は図８の検出方法を用いた場合のカム角センサ８の出力波形及び位相角変化を示し、比較し易くするために、２４０°ＣＡ内で８０°ＣＡの進角あるいは遅角作動した場合を示している。

クランク角１０°ＣＡ毎の更新に対して一定角保持時には、傾き０．１２５Ｖよりカムシャフト４は１０°ＣＡ回転では変換されていない。

傾き０．１５Ｖよりカムシャフト４は２０°ＣＡ回転し、これによって１０°ＣＡだけ進角している。

また、傾き０Ｖよりカムシャフト４は０°ＣＡであるから１０°遅角している。

そして、前記進角、遅角状態がクランクパルス８歯分連続して検出されていることから、ＶＴＣの位相変換角は進角、遅角ともに８０°ＣＡとなる。

以上の方法によってクランク角１０°ＣＡ毎でのクランクシャフト１とカムシャフト４との相対回転位相差を検出することが可能になる。

図１１はクランキング時の約２００ｒｐｍにおいて前記図５及び図８に示す各実施の形態の検出方法を用いた際のステップ応答波形を示し、太い実線はカム角センサ８のターゲット１１の形状、細い実線は実際のクランクシャフト１とカムシャフト４の回転位相角を示している。

この特性図で明らかなように、この検出方法を用いた場合は、ターゲット１１の形状と実際のカム角がほぼ同一の波形になっており、したがって、機関低回転域でも、正確な回転位相角を検出することができる。

図１２は第３の実施の形態を示し、クランクシャフト１の回転数が所定以上に高くなった時に、前記図６に示す検出処理に一部を間引きして検出する制御フローチャートである。

すなわち、まず、ステップ４１でクランク角センサ７によってクランク角基準位置（ＣｒＢ）を検出し、ステップ４２では、カム角センサ８によってカム角基準位置ＣａＢを検出する。

ステップ４３では、一般的な通常のカム角検出方法によって前記カム角基準位置ＣｒＢとクランク角基準位置ＣａＢとを比較して回転位相角を算出する。

ステップ４４では、カム角基準位置ＣａＢを検出した際のＶｍａｘ値とＶｍｉｎ値とを検出する。

ステップ４５では、図６のステップ７と同じく、
カム角度／Ｖ＝（７２０°ＣＡ／カムシャフト１回転当たりのカム角基準位置ＣａＢ個数）／（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）
から信号変化量当たりのカム回転角度を算出する。

ステップ４６では、式によって間引き数Ｎを決定する。すなわち、
Ｎ＜（制御周期×機関回転数×３６０）／（６０×クランク回転角最小検出角度）
この式が成立する整数の最大値をＮとする。

次に、ステップ４７〜５０は前記ステップ８〜１１と同じくクランク回転角補間タイマーを利用しており、同じ処理であるから、具体的な説明は省略する。

このように、本実施の形態では、クランクシャフト１の回転数が所定以上である場合には、間引き処理を行うことによって、コントローラ６の負荷を低減させることが可能になる。

図１３は第４の実施の形態を示し、クランクシャフト１の回転数が所定以上に高くなった時に、前記図８に示す検出処理に一部を間引きして検出する制御フローチャートである。

図１３のフローチャートにおいて、ステップ５１〜５６までは、図１２のステップ４１〜４６までと同じ処理を行うため、具体的な説明を省略する。

ステップ５７において、前記カム角基準位置ＣａＢを検出した後、ステップ２８では、機関回転数がＮ回転目の１０°ＣＡのクランクパルス検出時に、カム角信号の出力値（Ｖ_(N)）を検知する。この段階では出力検知のみである。

ステップ５８では、機関回転数のＮ＋１回転目の１０°ＣＡのクランクパルス検出時に、カム角信号の出力値（Ｖ_(N+1)）を検知する。

ステップ５９では、前記Ｖ_(N)−Ｖ_(N+1)＝ΔＶとし、カム角度／Ｖ×ΔＶより、クランクシャフトが１０°ＣＡ回転した際のカム角度Ｂを算出する。

ステップ６０において、クランク角度Ｂは常時１０°ＣＡであることから、カム角度Ｂ−クランク角度Ｂによって、クランクシャフトとカムシャフトとの回転位相差を算出する（進角方向を＋とする）。その後、これを更新する。

ステップ６１では、次のカム角基準位置ＣａＢを検出した際は、通常のカム位相検出法によって位相角を更新して、誤差を修正し、その後、ステップ５３に戻る。

したがって、この実施形態も第３の実施形態と同様に、コントローラ６の負荷を低減できる。

なお、図１３でのＮが取り得る範囲は、１≦Ｎ≦（７２０°ＣＡ／カムシャフト１回転当たりのカム角基準位置の個数）×１０−１である。

図１４は第５の実施形態を示し、前記各実施の形態では、機関回転数によってカム角センサ８の信号出力値が変化することを前提に定義しているが、前記カム角センサ８のギャップ検出信号が機関回転数（ターゲット通過時間）に対して変化しない、例えばレーザー変位計などの出力一定のカム位相検出方法を示している。なお、この実施の形態では図８に示す検出方法を基本としている。

ステップ７１では、カム角基準位置ＣａＢを検出し、ステップ７２ではカム角基準位置ＣａＢを検出した際のＭａｘ値（Ｖｍａｘ）とＭｉｎ値（Ｖｍｉｎ）を検出する（図９参照）。

次に、ステップ７３〜ステップ７７は、前記ステップ２７〜ステップ３１と同じ処理を行い、ステップ７３において、前記カム角基準位置ＣａＢを検出した後、ステップ７４では、機関回転数がＮ回転目の１０°ＣＡのクランクパルス検出時に、カム角信号の出力値（Ｖ_(N)）を検知する。この段階では出力検知のみである。

ステップ７５では、機関回転数のＮ＋１回転目の１０°ＣＡのクランクパルス検出時に、カム角信号の出力値（Ｖ_(N+1)）を検知する。

ステップ７６では、前記Ｖ_(N)−Ｖ_(N+1)＝ΔＶとし、カム角度／Ｖ×ΔＶより、クランクシャフト１が１０°ＣＡ回転した際のカム角度Ｂを算出する。

ステップ７７において、クランク角度Ｂは常時１０°ＣＡであることから、図９に示すように、カム角度Ｂ−クランク角度Ｂによって、クランクシャフト１とカムシャフト４との回転位相差を算出する（進角方向を＋とする）。その後、これを更新する。

なお、図１４でのＮが取り得る範囲は、１≦Ｎ≦（７２０°ＣＡ／カムシャフト１回転当たりのカム角基準位置の個数）×１０−１である。

本発明は、前記各実施の形態の構成に限定されるものではなく、例えばカム角センサ８のカムターゲット１１を第１、第２の検出部位１３ａ、１３ｂを３つではなく、１つあるいは２つで構成することも可能であり、また、特に、第１の検出部位１３ａは、連続的な形状であれば、どのような形状であっても良い。

また、本発明の位相角検出装置は、前記各実施の形態の内燃機関のバルブタイミング制御装置ばかりではなく、他の装置の駆動軸と従動軸の２つの軸の相対回転位相差を検出するものにも適用することも可能である。

前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
（ア）前記ターゲットを従動軸の径方向に沿って突設する一方、前記従動軸角検出部を前記従動軸の径方向位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載の位相角検出装置。

この発明によれば、ターゲットや従動軸角検出部が従動軸の径方向に設けられているため、該ターゲットなどの加工作業が容易になると共に、該加工精度の向上が図れる。
（イ）前記ターゲットを従動軸の軸方向の端部に設ける一方、前記従動軸角検出部を前記従動軸の軸方向に配置したことを特徴とする請求項１に記載の位相角検出装置。

この発明によれば、ターゲットや従動軸角検出部が従動軸の軸方向に設けられているため、内燃機関のレイアウトの自由度が高くなると共に、外径寸法を小さくすることが可能になる。
（ウ）前記駆動軸と従動軸とのそれぞれの回転角度に基づき、前記駆動軸の回転角度に対する従動軸の相対的な回転角度の位相差を演算によって算出することを特徴とする請求項１に記載の位相角検出装置。
（エ）前記駆動軸の回転角度は、前記駆動軸角検出部からアナログ信号として出力されることを特徴とする請求項１または（ア）〜（ウ）のいずれかに記載の位相角検出装置。
（オ）前記駆動軸の回転角度は、前記駆動軸角検出部からパルス信号として出力されることを特徴とする請求項１または（ア）〜（ウ）のいずれかに記載の位相角検出装置。
（カ）前記駆動軸の所定の回転速度以上の回転速度領域では、前記パルス信号中の所定タイミングのパルス信号を間引き処理を行うことを特徴とする（オ）に記載の位相角検出装置。

この発明によれば、間引き処理によってコントローラの負荷を軽減させることが可能になる。
（キ） クランクシャフトの回転角度を所定のターゲットを介して検出するクランク角検出部と、
前記クランクシャフトによって回転駆動されるカムシャフトに設けられ、検出位置が連続的に変化する第１の部位及び該第１の部位の端縁に形成されて、検出位置が非連続的に変化する少なくとも１つの第２の部位を有するターゲットと、
該ターゲットの変位を検出するカム角検出部と、
該カム角検出部からの出力信号に基づいて前記カムシャフトの回転角度を検出すると共に、前記クランク角検出部からの出力信号に基づいてクランクシャフトの回転角度を検出し、該クランクシャフトとカムシャフトとのそれぞれの回転角度から前記クランクシャフトの回転角度に対する前記カムシャフトの相対的な回転角度を検出するコントローラと、
該コントローラから出力された制御信号に基づき前記カムシャフトの相対回転位相角度を進角あるいは遅角側に駆動制御する位相変更機構と、
を備えた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。

本発明に係る位相角検出装置が適用された内燃機関のバルブタイミング制御装置の実施形態を示す概略図である。 本実施形態に供されるクランク角センサのクランクターゲットを示す正面図である。 本実施形態に供されるカム角センサのカムターゲットの正面図である。 カムターゲットの他例を示す斜視図である。 本実施形態のクランクパルスとカム角センサの出力信号との特性図である。 本実施形態のコントローラによる位相角検出のフローチャート図である。 同コントローラによる前記位相角検出のフローチャートに基づくカム角センサの出力信号とクランク角センサの出力信号の特性図である。 第２の実施形態におけるコントローラによる位相角検出のフローチャート図である。 同コントローラの前記フローチャートに基づくカム角センサの出力信号とクランク角センサの出力信号の特性図である。 本実施形態におけるカム位相角の進角と遅角時のカム角センサの出力信号と位相角変化とを示す特性図である。 本実施形態における位相角検出装置を用いた際のステップ応答波形図である。 第３の実施形態におけるコントローラによる位相角検出のフローチャート図である。 第４の実施形態におけるコントローラによる位相角検出のフローチャート図である。 第５の実施形態におけるコントローラによる位相角検出のフローチャート図である。

符号の説明

１…クランクシャフト（駆動軸）
３…タイミングスプロケット
４…カムシャフト（従動軸）
５…位相変更機構
６…コントローラ
７…クランク角センサ
８…カム角センサ
９…クランクターゲット
１０…クランク角検出部
１１…カムターゲット
１２…カム角検出部
１３…カムターゲット
１３ａ…第１の検知部位
１３ｂ…第２の検知部位

Claims (3)

1. 駆動軸の回転位置を所定のターゲットを介して検出する駆動軸角検出部と、
   前記駆動軸によって回転駆動される従動軸に設けられ、検出位置が連続的に変化する第１の部位及び該第１の部位の端縁に形成されて、検出位置が非連続的に変化する少なくとも１つの第２の部位を有するターゲットと、
   該ターゲットの変位を検出する従動軸角検出部と、を備え、
   該従動軸角検出部からの出力信号に基づいて前記従動軸の回転角度を検出すると共に、前記駆動軸角検出部からの出力信号に基づいて駆動軸の回転角度を検出し、該駆動軸と従動軸とのそれぞれの回転角度から前記駆動軸の回転角度に対する前記従動軸の相対的な回転角度を検出することを特徴とする位相角検出装置。
2. 駆動軸の回転位置を所定のターゲットを介して検出する駆動軸角検出部と、
   前記駆動軸によって回転駆動される従動軸に設けられ、検出位置が連続的に変化する第１の部位及び該第１の部位の端縁に形成されて、検出位置が非連続的に変化する少なくとも１つの第２の部位を有するターゲットと、
   該ターゲットの変位を検出する従動軸角検出部と、
   該従動軸角検出部からの出力信号に基づいて前記従動軸の回転角度を検出すると共に、前記駆動軸角検出部からの出力信号に基づいて駆動軸の回転角度を検出し、該駆動軸と従動軸とのそれぞれの回転角度から前記駆動軸の回転角度に対する前記従動軸の相対的な回転角度を検出するコントローラと、
   を備えたことを特徴とする位相角検出装置。
3. 機関運転状態に応じてクランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相を変更して機関弁の開閉時期を可変にする位相変更機構と、前記クランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相差を検出して前記位相変更機構に駆動信号出力するコントローラと、を備えた内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
   前記クランクシャフトの回転位置を所定のターゲットを介して検出するクランク角検出部と、
   前記クランクシャフトによって回転駆動されるカムシャフトに設けられ、検出位置が連続的に変化する第１の部位及び該第１の部位の端縁に形成されて、検出位置が非連続的に変化する少なくとも１つの第２の部位を有するターゲットと、
   該ターゲットの変位を検出するカム角検出部と、を備え、
   前記コントローラは、前記カム角検出部からの出力信号に基づいて前記カムシャフトの回転角度を検出すると共に、前記クランク角検出部からの出力信号に基づいてクランクシャフトの回転角度を検出し、該検出されたクランクシャフトとカムシャフトとのそれぞれの回転角度から前記クランクシャフトの回転角度に対するカムシャフトの相対的な回転角度を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。
   

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