JP2008057455A - 可変バルブタイミング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータへの動作指示のための制御信号を適切に設定することによってバルブタイミング制御の安定性を高める。
【解決手段】ＥＣＵ４０００は、ＶＶＴアクチュエータである電動モータ２０６０の動作指示を示すためのパルス波状の動作指示信号ＳＧＩを、電動機ＥＤＵ４１００へ与える。電動機ＥＤＵ４１００は、動作指示信号ＳＧＩのデューティ比より、アクチュエータの作動方向および制御モードの組合せを認識し、かつ、動作指示信号ＳＧＩの周波数より回転数指令値を認識して、動作指示に従って電動モータ２０６０を駆動制御する。動作指示信号ＳＧＩの各組合せでのデューティ比は、デューティ比の認識誤差が発生しても、バルブ位相の変化方向が意図と反対になってしまうアクチュエータの作動方向の誤認識が防止され、かつ、誤認識が発生してもその際の位相変化速度が抑制されるように決められる。
【選択図】図１５

Description

この発明は、可変バルブタイミング装置に関し、より特定的には、アクチュエータの作動量に応じた変化量でバルブの開閉タイミングを変更する機構を有する可変バルブタイミング装置に関する。

従来より、インテークバルブやエキゾーストバルブが開閉する位相（クランク角）を運転状態に応じて変更する可変バルブタイミング（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）装置が知られている。一般的に、可変バルブタイミング装置では、インテークバルブやエキゾーストバルブを開閉駆動するカムシャフトをスプロケット等に対して相対的に回転させることにより位相を変更する。カムシャフトは、油圧や電動モータ等のアクチュエータにより回転される。

たとえば、特開２００５−１２０８７４号公報（特許文献１）には、電動モータの回転トルクを利用してエンジンのバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置が開示される。このバルブタイミング調整装置によれば、エンジン運転状況から設定した目標の位相と、クランク回転数およびカム回転数から割り出した実際の位相との位相差に応じて、電動モータ回転数の目標変化量が設定される。この目標変化量は、位相変化速度に対応するものであり、電動モータは、上記目標変化量を示す制御信号を受信する駆動回路によって通電制御される。特に、特許文献１では、電動モータの回転数目標値に対して比例する周波数の制御信号を制御回路が生成し、駆動回路が制御回路からの制御信号に基づき電動モータへの通電制御（インバータ制御）を行なう構成が開示される。

このような２個の制御回路間での情報の伝達について、特開平８−１１４１６８号公報（特許文献２）には、エンジンのノックセンサとＥＣＵとの間で伝達される信号について、ノックセンサ側でノック量に基づいてノック判定をコード化するとともに、ＴＤＣとゲートクローズタイミングにおいて出力信号線の値を変化させ、ＥＣＵ側で、２回のタイミングで上記出力信号線の値を読取ってコードを作成して、ノック判定結果を復元する構成が開示される。この構成では、１本の出力信号線の値で最大４つの判定と、ノックの有無のみならず強度をも伝達できる。また、ＥＣＵ側で入力信号線を反転させてＴＤＣをノックセンサ側へ伝達することにより、１本の入力信号線でＴＤＣのみならず気筒の情報を伝達可能であることについても開示されている。

さらに、特開平２−２６７３４４号公報（特許文献３）では、電子制御ユニットからの制御信号に応じて複数の駆動回路により複数のアクチュエータを駆動するパワーモジュールから電子制御ユニットに対して、これら各駆動回路の作動状況のモニタ結果を変調することによって１つの信号線により情報を伝達する構成が開示されている。
特開２００５−１２０８７４号公報 特開平８−１１４１６８号公報 特開平２−２６７３４４号公報

上記のような可変バルブタイミング装置では、アクチュエータ（たとえば、電動モータ）の制御モードを複数個設けることによって、その制御性を向上させることが一般的に行なわれる。たとえば、位相制御の追従性を確保する通常モードに加えて、機器保護の観点から、たとえば、バルブ位相の機械的可動範囲の限界位置等に対応させて、アクチュエータの作動を制御する特殊モードが設けられることがある。また、バルブ位相は、進角側および遅角側の両方向に制御する必要があるので、アクチュエータの作動方向（たとえば、電動機では回転方向に相当）を併せて指示する必要がある。

したがって、可変バルブタイミング装置では、バルブ位相制御の現状に基づいてアクチュエータの動作指示（作動量、作動方向、制御モード等）を決定する制御ユニットから、アクチュエータを駆動制御する駆動ユニットに対して、この動作指示を示す制御信号を伝送する必要がある。

この際に、上記動作指示の各項目を上記制御信号によってどのように示すかについては、駆動ユニット側で制御信号の誤認識が発生した際にもダメージを抑えられるように考慮する必要がある。さらに、必要な信号線数を抑制する観点から、１つの制御信号に多くの動作指示を含めることが望ましい。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、アクチュエータへの動作指示のための制御信号を適切に設定することによってバルブタイミング制御の安定性を高めた可変バルブタイミング装置を提供することである。

この発明による可変バルブタイミング装置は、エンジンに設けられたインテークバルブおよびエキゾーストバルブの少なくとも一方のバルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置であって、アクチュエータと、変更機構と、制御装置と、駆動制御装置とを備える。アクチュエータは、複数の制御モードのうちの選択された制御モードに従って駆動される。変更機構は、アクチュエータの作動量に応じた変化量で開閉タイミングを変更するように構成される。制御装置は、開閉タイミングの現在値に基づきアクチュエータの動作指示を生成し、かつ、生成した動作指示のうちの、少なくともアクチュエータの作動方向および選択された制御モードを示すためのパルス波状の動作指示信号を生成する。駆動制御装置は、動作指示信号を受けて、記制御装置による動作指示に従ってアクチュエータを駆動制御する。特に、制御装置は、作動方向および制御モードの想定される複数の組合せごとに予め決められた所定値に従って、動作指示における作動方向および選択された制御モードの組合せに応じてパルス波状の動作指示信号のデューティ比を設定し、さらに、複数の組合せごとの所定値は、（１）一方の作動方向について複数の制御モードにそれぞれ対応する複数の所定値が境界値より大きい一方で、他方の作動方向について複数の制御モードにそれぞれ対応する複数の所定値は境界値より小さいように決められ、かつ、（２）各作動方向について複数の制御モードにそれぞれ対応する複数の所定値は、開閉タイミングの変化速度が相対的に高い制御モードにおいて、境界値との差が相対的に大きくなるように順次決められる。

このような可変バルブタイミング装置によれば、制御モードおよびアクチュエータの作動方向を示す動作指示信号のデューティ比が、アクチュエータの作動方向に従って境界値の一方側および他方側に設定され、かつ、それぞれの作動方向において、境界値近傍のデューティ比は開閉タイミングの変化速度が相対的に低い制御モードに対応する。したがって、駆動制御装置において動作指示信号のデューティ比の検出誤差が発生しても、開閉タイミングの変化方向が意図と反対になってしまうアクチュエータの作動方向の誤認識を防止し、かつ、誤認識が発生してもその際の開閉タイミングの変化速度を抑えることができる。したがって、制御信号が複数の動作指示項目を含み、かつ、この制御信号のデューティ比を誤認識した際にもダメージが小さくなるように考慮して、アクチュエータの動作指示信号を適切に設定することにより、バルブタイミング制御の安定性を向上することができる。

好ましくは、複数の組合せごとの所定値は、さらに、（３）境界値をはさんで最も差の小さい２個の所定値間の差が、各作動方向について複数の制御モードにそれぞれ対応する複数の所定値を昇順に並べた際に隣接する所定値間の差よりも大きくなるように決められる。

これにより、駆動制御装置によるアクチュエータ作動方向の誤認識の防止効果を高めることができる。

さらに好ましくは、アクチュエータは電動機で構成され、かつ、アクチュエータの作動量および作動方向は、開閉タイミングが変更されるバルブを駆動するカムシャフトに対する電動機の相対的な回転速度差および電動機の回転方向である。さらに、複数の制御モードは、電動機の回転速度制御を行なう第１の制御モードと、開閉タイミングの変化速度を抑制するために電動機への供給電力を固定する第２の制御モードとを含み、電動機が正転方向を指示される場合、第１の制御モードのときにデューティ比は第１の値に設定される一方で、第２の制御モードのときにデューティ比は第２の値に設定され、電動機が逆転方向を指示される場合、第２の制御モードのときにデューティ比は第３の値に設定される一方で、第１の制御モードのときにデューティ比は第４の値に設定される。そして、第１の値と境界値との差は、第２の値および境界値の差より大きく、かつ、第４の値と境界値との差は、第３の値および境界値の差より大きい。

特に、第２および第３の値の差は、第１および第２の値の差、ならびに、第３および第４の値の差のいずれよりも大きい。

これにより、アクチュエータが電動機であり、かつ、電動機の回転速度制御を行なう第１の制御モード（回転数制御モード）と、電動機への供給電力を固定する第２の制御モード（電力一定制御モード）とを有する構成において、上記可変バルブタイミング装置と同様の効果を得ることができる。

また好ましくは、動作指示信号は、アクチュエータの作動方向および選択された制御モードに加えて、アクチュエータの作動量をさらに示す。そして、制御装置は、アクチュエータの作動量およびパルス波の周波数との予め定めた対応関係に基づき、アクチュエータの作動量指令値に応じてパルス波状の動作指示信号の周波数を設定する。

このような構成とすることにより、動作指示信号を増やすことなく、アクチュエータ作動量指令値を制御装置から駆動制御装置に伝達することができる。

さらに好ましくは、アクチュエータは電動機で構成され、かつ、アクチュエータの作動量は、開閉タイミングが変更されるバルブを駆動するカムシャフトに対する電動機の相対的な回転速度差である。そして、制御装置は、電動機の回転速度およびパルス波の周波数の間の予め定めた対応関係に基づき、電動機の回転速度指令値に応じてパルス波状の動作指示信号の周波数を設定する。

これにより、アクチュエータが電動機であり、その回転速度制御によってバルブタイミングを変化させる構成において、動作指示信号を増やすことなく回転数指令値を制御装置から駆動制御装置に伝達することができる。

この発明による可変バルブタイミング装置によれば、制御信号が複数の動作指示項目を含み、かつ、この制御信号の誤認識が発生した際にもダメージが小さくなるように考慮して、アクチュエータへの動作指示のための制御信号を適切に設定することにより、バルブタイミング制御の安定性を向上することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置を搭載した車両のエンジンについて説明する。

エンジン１０００は、第１バンク１０１０および第２バンク１０１２に、それぞれ４つの気筒（シリンダ）からなる気筒群が設けられたＶ型８気筒エンジンである。なお、本発明の適用はエンジン形式を限定するものではなく、Ｖ型８気筒以外の形式のエンジンについても、以下に説明する可変バルブタイミング装置を適用可能である。

エンジン１０００には、エアクリーナ１０２０から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０３０により調整される。スロットルバルブ１０３０はモータにより駆動される電子スロットルバルブである。

空気は、吸気通路１０３２を通ってシリンダ１０４０に導入される。空気は、シリンダ１０４０の内部（燃焼室）において燃料と混合される。シリンダ１０４０には、インジェクタ１０５０から燃料が直接噴射される。すなわち、インジェクタ１０５０の噴射孔はシリンダ１０４０内に設けられている。

燃料は吸気行程において噴射される。なお、燃料が噴射される時期は、吸気行程に限らない。また、本実施の形態においては、インジェクタ１０５０の噴射孔がシリンダ１０４０内に設けられた直噴エンジンとしてエンジン１０００を説明するが、直噴用のインジェクタ１０５０に加えて、ポート噴射用のインジェクタを設けてもよい。さらに、ポート噴射用のインジェクタのみを設けるようにしてもよい。

シリンダ１０４０内の混合気は、点火プラグ１０６０により着火されて燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１０７０により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１０８０が押し下げられることにより、クランクシャフト１０９０が回転する。

シリンダ１０４０の頭頂部には、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０が設けられる。インテークバルブ１１００はインテークカムシャフト１１２０により駆動される。エキゾーストバルブ１１１０はエキゾーストカムシャフト１１３０により駆動される。インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０は、チェーンやギヤ等により連結されて、同じ回転速度（クランクシャフト１０９０の回転速度の２分の１）で回転する。なお、シャフト等の回転体の回転速度については、単位時間当たりの回転数（代表的には、毎分当たりの回転数：ｒｐｍ）で表わすことが一般的であるため、以下では、回転体の回転速度の意味で単に「回転数」とも表記する。

インテークバルブ１１００は、インテークカムシャフト１１２０に設けられたインテーク用ＶＶＴ機構２０００により、その位相（開閉タイミング）が制御される。エキゾーストバルブ１１１０は、エキゾーストカムシャフト１１３０に設けられたエキゾースト用ＶＶＴ機構３０００により、その位相（開閉タイミング）が制御される。

本実施の形態においては、インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０がＶＶＴ機構により回転されることにより、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の位相が制御される。なお、位相を制御する方法はこれに限らない。

インテーク用ＶＶＴ機構２０００は、電動モータ２０６０（図３において図示）により作動する。電動モータ２０６０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０００により制御される。電動モータ２０６０の電流や電圧は電流計（図示せず）および電圧計（図示せず）により検知され、ＥＣＵ４０００に入力される。

エキゾースト用ＶＶＴ機構３０００は、油圧により作動する。なお、インテーク用ＶＶＴ機構２０００を油圧により作動するようにしてもよく、エキゾースト用ＶＶＴ機構３０００を電動モータにより作動するようにしてもよい。

ＥＣＵ４０００には、クランク角センサ５０００からクランクシャフト１０９０の回転数およびクランク角を表す信号が入力される。また、ＥＣＵ４０００には、カムポジションセンサ５０１０からインテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０の位相（回転方向におけるカムシャフトの位置）を表す信号が入力される。

さらに、ＥＣＵ４０００には、水温センサ５０２０からエンジン１０００の水温（冷却水の温度）を表す信号が、エアフローメータ５０３０からエンジン１０００の吸入空気量（エンジン１０００に吸入される空気量）を表す信号が入力される。

ＥＣＵ４０００は、これらのセンサから入力された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１０００が所望の運転状態になるように、スロットル開度、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、インテークバルブ１１００の位相、エキゾーストバルブ１１１０の位相などを制御する。

図２に示すように、本実施の形態においてＥＣＵ４０００は、エンジン運転状態を示すパラメータ、代表的にはエンジン回転数ＮＥと吸入空気量ＫＬとをパラメータに対応して予め目標位相を決定したマップの参照により、現在のエンジン運転状態に対応したインテークバルブ１１００の目標位相を逐次決定する。一般的に、インテークバルブ１１００の目標位相を決定するための上述のマップは水温別に複数記憶される。

以下、インテーク用ＶＶＴ機構２０００についてさらに説明する。なお、エキゾースト用ＶＶＴ機構３０００を、以下に説明するインテーク用ＶＶＴ機構２０００と同じ構成にするようにしてもよく、インテーク用ＶＶＴ機構２０００およびエキゾースト用ＶＶＴ機構３０００の各々を、以下に説明するインテーク用ＶＶＴ機構２０００と同じ構成にしてもよい。

図３に示すように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００は、スプロケット２０１０、カムプレート２０２０、リンク機構２０３０、ガイドプレート２０４０、減速機２０５０、および電動モータ２０６０から構成される。

スプロケット２０１０は、チェーン等を介してクランクシャフト１０９０に連結される。スプロケット２０１０の回転数は、インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０と同様に、クランクシャフト１０９０の２分の１の回転数である。スプロケット２０１０の回転軸と同心軸で、スプロケット２０１０に対して相対的に回転可能であるように、インテークカムシャフト１１２０が設けられる。

カムプレート２０２０は、ピン（１）２０７０によりインテークカムシャフト１１２０に連結される。カムプレート２０２０は、スプロケット２０１０の内部において、インテークカムシャフト１１２０と一体的に回転する。なお、カムプレート２０２０とインテークカムシャフト１１２０とを一体的に形成するようにしてもよい。

リンク機構２０３０は、アーム（１）２０３１とアーム（２）２０３２とから構成される。図３におけるＡ−Ａ断面である図４に示すように、インテークカムシャフト１１２０の回転軸に対して点対称になるように、一対のアーム（１）２０３１がスプロケット２０１０内に設けられる。各アーム（１）２０３１は、ピン（２）２０７２を中心として搖動可能であるようにスプロケット２０１０に連結される。

図３におけるＢ−Ｂ断面である図５、および図５の状態からインテークバルブ１１００の位相を進角させた状態である図６に示すように、アーム（１）２０３１とカムプレート２０２０とが、アーム（２）２０３２により連結される。

アーム（２）２０３２は、ピン（３）２０７４を中心として、アーム（１）２０３１に対して搖動可能であるように支持される。また、アーム（２）２０３２は、ピン（４）２０７６を中心として、カムプレート２０２０に対して搖動可能であるように支持される。

一対のリンク機構２０３０により、インテークカムシャフト１１２０がスプロケット２０１０に対して相対的に回転し、インテークバルブ１１００の位相が変更される。そのため、一対のリンク機構２０３０のうちのいずれか一方が破損等して折れた場合であっても、他方のリンク機構によりインテークバルブ１１００の位相を変更することが可能である。

図３に戻って、各リンク機構２０３０（アーム（２）２０３２）のガイドプレート２０４０側の面には、制御ピン２０３４が設けられる。制御ピン２０３４は、ピン（３）２０７４と同心軸に設けられる。各制御ピン２０３４は、ガイドプレート２０４０に設けられたガイド溝２０４２内を摺動する。

各制御ピン２０３４は、ガイドプレート２０４０のガイド溝２０４２内を摺動することにより、半径方向に移動される。各制御ピン２０３４が半径方向に移動されることにより、インテークカムシャフト１１２０がスプロケット２０１０に対して相対回転せしめられる。

図３におけるＣ−Ｃ断面である図７に示すように、ガイド溝２０４２は、ガイドプレート２０４０が回転することにより各制御ピン２０３４を半径方向に移動させるように、渦巻形状に形成される。なお、ガイド溝２０４２の形状はこれに限らない。

制御ピン２０３４がガイドプレート２０４０の軸心から半径方向に離れるほど、インテークバルブ１１００の位相はより遅角される。すなわち、位相の変化量は、制御ピン２０３４が半径方向に変化することによるリンク機構２０３０の作動量に対応した値になる。なお、制御ピン２０３４がガイドプレート２０４０の軸心から半径方向に離れるほど、インテークバルブ１１００の位相がより進角されるようにしてもよい。

図７に示すように、制御ピン２０３４がガイド溝２０４２の端部に当接すると、リンク機構２０３０の作動が制限される。そのため、制御ピン２０３４がガイド溝２０４２の端部に当接する位相が、最遅角もしくは最進角の位相になる。

図３に戻って、ガイドプレート２０４０には、ガイドプレート２０４０と減速機２０５０とを連結するための凹部２０４４が、減速機２０５０側の面において複数設けられる。

減速機２０５０は、外歯ギヤ２０５２および内歯ギヤ２０５４から構成される。外歯ギヤ２０５２は、スプロケット２０１０と一体的に回転するように、スプロケット２０１０に対して固定される。

内歯ギヤ２０５４には、ガイドプレート２０４０の凹部２０４４に収容される凸部２０５６が複数形成される。内歯ギヤ２０５４は、電動モータ２０６０の出力軸の軸心２０６４に対して偏心して形成されたカップリング２０６２の偏心軸２０６６を中心に回転可能に支持される。

図３におけるＤ−Ｄ断面を、図８に示す。内歯ギヤ２０５４は、複数の歯のうちの一部の歯が外歯ギヤ２０５２と噛合うように設けられる。電動モータ２０６０の出力軸回転数がスプロケット２０１０の回転数と同じである場合は、カップリング２０６２および内歯ギヤ２０５４は外歯ギヤ２０５２（スプロケット２０１０）と同じ回転数で回転する。この場合、ガイドプレート２０４０がスプロケット２０１０と同じ回転数で回転し、インテークバルブ１１００の位相が維持される。

電動モータ２０６０により、カップリング２０６２が、軸心２０６４を中心に外歯ギヤ２０５２に対して相対的に回転されると、内歯ギヤ２０５４全体が軸心２０６４を中心に回転（公転）するとともに、内歯ギヤ２０５４が偏心軸２０６６を中心に自転する。内歯ギヤ２０５４の回転運動により、ガイドプレート２０４０がスプロケット２０１０に対して相対的に回転せしめられ、インテークバルブ１１００の位相が変更される。

インテークバルブ１１００の位相は、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数（電動モータ２０６０の作動量）が、減速機２０５０、ガイドプレート２０４０およびリンク機構２０３０において減速されることにより変化する。なお、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数を増速してインテークバルブ１１００の位相を変更するようにしてもよい。なお、電動モータ２０６０の出力軸には、この出力軸の回転角（回転方向における出力軸の位置）を表す信号を出力するモータ回転角センサ５０５０が設けられる。モータ回転角センサ５０５０は、一般的には、電動モータ２０６０の出力軸が所定角度回転する度にパルス信号を発生するように構成される。このモータ回転角センサ５０５０の出力に基づいて、電動モータ２０６０の出力軸の回転数（以下、単に電動モータ２０６０の回転数とも称する）を検知可能である。

図９に示すように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比Ｒ（θ）、すなわち、位相の変化量に対する電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数の比は、インテークバルブ１１００の位相に応じた値をとり得る。なお、本実施の形態においては、減速比が大きいほど、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数に対する位相の変化量がより小さくなる。

インテークバルブ１１００の位相が最遅角からＣＡ（１）までの第１の領域にある場合では、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比はＲ（１）となる。インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（２）（ＣＡ（２）はＣＡ（１）よりも進角側）から最進角までの第２の領域にある場合には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比は、Ｒ（２）（Ｒ（１）＞Ｒ（２））となる。

インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（１）からＣＡ（２）までの第３の領域にある場合には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比は、予め定められた変化率（（Ｒ（２）−Ｒ（１））／（ＣＡ（２）−ＣＡ（１）））で変化する。

以上のような構造に基づき発現する、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置のインテーク用ＶＶＴ機構２０００の作用について説明する。

インテークバルブ１１００の位相（インテークカムシャフト１１２０）を進角させる場合、電動モータ２０６０を作動させ、ガイドプレート２０４０をスプロケット２０１０に対して相対的に回転させると、図１０に示すように、インテークバルブ１１００の位相が進角される。

インテークバルブ１１００の位相が最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域にある場合、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（１）で減速されて、インテークバルブ１１００の位相が進角される。

インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域にある場合、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（２）で減速されて、インテークバルブ１１００の位相が進角される。

インテークバルブ１１００の位相を遅角する場合は、位相を進角する場合とは逆方向に電動モータ２０６０の出力軸がスプロケット２０１０に対して相対回転される。位相を遅角する場合も、進角する場合と同様に、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域において、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（１）で減速されて、位相が遅角される。また、ＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域において、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（２）で減速され、位相が遅角される。

これにより、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対的な回転方向が同じである限り、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域およびＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域の両方の領域においてインテークバルブ１１００の位相を進角させたり、遅角させたりすることができる。このとき、ＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域において、位相をより大きく進角させたり、遅角させたりすることができる。そのため、大きな範囲で位相を変化させることができる。

また、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域においては、減速比が大きいため、エンジン１０００の運転に伴なってインテークカムシャフト１１２０に作用するトルクにより電動モータ２０６０の出力軸を回転させるためには大きなトルクが必要になる。そのため、電動モータ２０６０の停止時等において、電動モータ２０６０がトルクを発生しない状態であっても、インテークカムシャフト１１２０に作用するトルクにより電動モータ２０６０の出力軸が回転されることを抑制することができる。そのため、制御上の位相から実際の位相が変化することを抑制することができる。また、アクチュエータである電動モータ２０６０の通電停止時に、意図しない位相変化が発生することを抑制できる。

なお、電動モータ２０６０の相対回転方向と、位相の進角／遅角との対応関係については、電動モータ２０６０の出力軸の回転速度がスプロケット２０１０よりも低いときに、インテークバルブ位相が遅角側に変化するように設計することが好ましい。このようにすると、エンジン運転中にアクチュエータである電動モータ２０６０が動作不能となった場合に、インテークバルブ位相は、遅角側へ徐々に変化し、最終的には、最遅角位置まで行き着くこととなる。すなわち、インテークバルブ位相制御が不能となっても、インテークバルブ位相について、エンジン１０００の燃焼安定側の設定とすることができる。

ところで、インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（１）とＣＡ（２）との間の第３の領域にある場合、予め定められた変化率で変化する減速比で、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速されて、インテークバルブ１１００の位相が進角されたり、遅角されたりする。

これにより、位相が第１の領域から第２の領域に、もしくは第２の領域から第１の領域に変化する場合において、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数に対する位相の変化量を漸増もしくは漸減させることができる。そのため、位相の変化量がステップ状に急変することを抑制して、位相が急変することを抑制することができる。その結果、位相の制御性を向上することができる。

以上のように、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置のインテーク用ＶＶＴ機構によれば、インテークバルブの位相が最遅角からＣＡ（１）までの領域にある場合では、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比はＲ（１）となる。インテークバルブの位相がＣＡ（２）から最進角までの領域にある場合には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比は、Ｒ（１）よりも小さいＲ（２）となる。これにより、電動モータの出力軸の回転方向が同じである限り、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域およびＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域の両方の領域においてインテークバルブの位相を進角させたり、遅角させたりすることができる。このとき、ＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域において、位相をより大きく進角させたり、遅角させたりすることができる。そのため、大きな範囲で位相を変化させることができる。また、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域においては、減速比が大きいため、エンジンの運転に伴なってインテークカムシャフトに作用するトルクにより電動モータの出力軸が回転されることを抑制することができる。そのため、制御上の位相から実際の位相が変化することを抑制することができる。その結果、大きな範囲で位相を変化させ、かつ、位相を精度よく制御することができる。

なお、インテーク用ＶＶＴ機構２０００では、前述した図７に示すように、インテークバルブ１１００の位相が最遅角時および最進角時に、制御ピン２０３４がガイド溝２０４２の端部に当接する。したがって、図９に示された、最遅角位置近傍の領域ＡＲ０および最進角位置近傍の領域ＡＲ１では、制御ピン２０３４とガイド溝２０４２の端部との接触時の衝撃が過大とならないように、機器保護の観点より、インテークバルブ１１００の位相変化速度、すなわち、アクチュエータである電動モータ２０６０の作動を通常制御時よりも制限することが好ましい。

次に、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置におけるインテークバルブ位相制御について、詳細に説明する。

図１１は、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置によるインテークバルブ位相の制御構成を説明する概略ブロック図である。

図１１を参照して、図１でも説明したように、エンジン１０００は、クランクシャフト１０９０からの動力がタイミングチェーン１２００（またはタイミングベルト）により各スプロケット２０１０，２０１２を介してインテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０に伝達されるように構成されている。また、インテークカムシャフト１１２０の外周側には、所定のカム角毎にカム角信号Ｐｉｖを出力するカムポジションセンサ５０１０が取付けられている。一方、クランクシャフト１０９０の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号Ｐｃａを出力するクランク角センサ５０００が取付けられている。また、電動モータ２０６０の回転子（図示せず）には、所定の回転角度毎にモータ回転角信号Ｐｍｔを出力するモータ回転角センサ５０５０が取付けられている。これらのカム角信号Ｐｉｖ、クランク角信号Ｐｃａおよびモータ回転角信号Ｐｍｔは、ＥＣＵ４０００へ入力される。

ＥＣＵ４０００は、さらに、エンジン１０００の状態を検出するためのセンサ群の出力および運転条件（運転者ペダル操作、現車速等）に基づき、エンジン１０００に対して要求される出力が得られるように、エンジン１０００の動作を制御する。そのエンジン制御の一環として、ＥＣＵ４０００は、図２に示したマップに基づき、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の位相の目標値を設定する。さらに、ＥＣＵ４０００は、インテークバルブ１１００の位相をこの目標値（目標位相）に合致させるように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００へのアクチュエータである電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆを生成する。この回転数指令値Ｎｍｒｅｆは、以下に説明するように、アクチュエータ作動量に相当する電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０（インテークカムシャフト１１２０）との相対回転数に対応させて決定される。

電動機ＥＤＵ（Electronic Drive Unit）４１００は、ＥＣＵ４０００からの回転数指令値Ｎｍｒｅｆに従い、電動モータ２０６０の回転数制御を行なう。

図１２は、ＥＣＵ４０００によるインテークバルブ位相のフィードバック制御を行なうための電動モータの回転数制御を説明する説明する機能ブロック図である。

図１２を参照して、インテークバルブ位相のフィードバック制御を行なうためのアクチュエータ作動量設定部６０００は、バルブ位相検出部６０１０と、カムシャフト位相変化量算出部６０２０と、相対回転数設定部６０３０と、カムシャフト回転数検出部６０４０と、回転数指令値生成部６０５０とを含む。アクチュエータ作動量設定部６０００は、ＥＣＵ４０００により実現される機能ブロックに相当し、代表的には、ＥＣＵ４０００に予め格納された所定プログラムに従う制御処理を所定の制御周期毎に実行することによってその機能が実現される。

バルブ位相検出部６０１０は、クランク角センサ５０００からのクランク角信号Ｐｃａ、カムポジションセンサ５０１０からのカム角信号Ｐｉｖおよび、電動モータ２０６０の回転角センサ５０５０からのモータ回転角信号Ｐｍｔに基づき、現在のインテークバルブ１１００の実際の位相ＩＶ（θ）（以下、「実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）」とも表記する）を算出する。

バルブ位相検出部６０１０は、クランク角信号Ｐｃａおよびカム角信号Ｐｉｖに基づいて、たとえば、カム角信号Ｐｉｖの発生時に、クランク角信号Ｐｃａの発生に対するカム角信号Ｐｉｖの時間差を、クランクシャフト１０９０およびインテークカムシャフト１１２０の間の回転位相差に換算することによって、現在のインテークカムシャフト１１２０の位相検出値ＩＶ（θ）を求めることができる（第１の位相算出方式）。

あるいは、本発明の実施の形態によるインテーク用ＶＶＴ機構２０００では、アクチュエータである電動モータ２０６０の作動量（相対回転数ΔＮｍ）に基づいて、インテークバルブの位相変化量を正確にトレースすることができる。具体的には、各センサからの出力に基づいて実際の相対回転数ΔＮｍを算出し、算出された実際の相対回転数ΔＮｍに基づく上記（１）式に従った演算処理により、単位時間（制御周期）毎でのインテークバルブ位相の変化量ｄＩＶ（θ）を算出することができる。したがって、バルブ位相検出部６０１０は、位相変化量ｄＩＶ（θ）を積算することによっても、現在のインテークカムシャフト１１２０の位相検出値ＩＶ（θ）を逐次求めることができる（第２の位相算出方式）。バルブ位相検出部６０１０は、エンジン回転数の安定性や演算負荷等と考慮して、上記第１および第２の位相算出方式を適宜に用いることによって、位相検出値ＩＶ（θ）を求めることができる。

カムシャフト位相変化量算出部６０２０は、演算部６０２２と、必要位相変化量算出部６０２５とを有する。演算部６０２２は、実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）の目標位相ＩＶ（θ）ｒに対する偏差ΔＩＶ（θ）（ΔＩＶ（θ）＝ＩＶ（θ）−ＩＶ（θ）ｒ）を求める。必要位相変化量算出部６０２５は、演算部６０２２により求められた偏差ΔＩＶに応じて、この制御周期でのインテークカムシャフト１１２０の必要位相変化量Δθを算出する。

たとえば、単一の制御周期での位相変化量Δθの最大値が予め設定され、必要位相変化量算出部６０２５は、この最大値の範囲内で、偏差ΔＩＶ（θ）に応じた位相変化量Δθを決定する。なお、この際の最大値については所定の固定値としてもよく、あるいは、必要位相変化量算出部６０２５が、エンジン１０００の運転状態（回転数、吸入空気量等）や偏差ΔＩＶ（θ）の大きさに応じて可変に設定する構成としてもよい。

相対回転数設定部６０３０は、必要位相変化量算出部６０２５によって求められた必要位相変化量Δθを生じさせるのに必要な、スプロケット２０１０（インテークカムシャフト１１２０）の回転数に対する電動モータ２０６０の出力軸の相対的な回転数ΔＮｍを算出する。たとえば、この相対回転数ΔＮｍは、インテークバルブ位相を進角させるときには正値（ΔＮｍ＞０）に設定され、反対にインテークバルブ位相を遅角させるときには負値（ΔＮｍ＜０）に設定され、現在のインテークバルブ位相を維持するとき（Δθ＝０）には略零（ΔＮｍ＝０）に設定される。

ここで、制御周期に相当する単位時間ΔＴ当たりでの位相変化量Δθと相対回転数ΔＮｍとの関係は、下記（１）式で示される。なお、（１）式中において、Ｒ（θ）は、図９に示された、インテークバルブ位相に応じて変化する減速比である。

Δθ∝ΔＮｍ・３６０°・（１／Ｒ（θ））・ΔＴ …（１）
したがって、相対回転数設定部６０３０は、制御周期ΔＴにて要求されるカムシャフト位相変化量Δθを生じさせるための電動モータ２０６０の相対回転数ΔＮｍを、（１）式に従った演算処理によって求めることができる。

カムシャフト回転数検出部６０４０は、スプロケット２０１０の回転数、すなわちインテークカムシャフト１１２０の実回転数ＩＶＮを、クランクシャフト１０９０の回転数の２分の１として求める。なお、カムシャフト回転数検出部６０４０は、カムポジションセンサ５０１０からのカム角信号Ｐｉｖに基づいてインテークカムシャフト１１２０の実回転数ＩＶＮを算出する構成としてもよい。ただし、一般的に、インテークカムシャフト１１２０の１回転当たりのカム角信号出力数は、クランクシャフト１０９０の１回転当たりのクランク角信号出力数よりも少ないので、クランクシャフト１０９０の回転数に基づいてカムシャフト回転数ＩＶＮを検出することにより、検出精度を向上することができる。

回転数指令値生成部６０５０は、カムシャフト回転数検出部６０４０によって求められたインテークカムシャフト１１２０の実回転数ＩＶＮと、相対回転数設定部６０３０により設定された相対回転数ΔＮｍとを加算して、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆを生成する。回転数指令値生成部６０５０によって生成された回転数指令値Ｎｍｒｅｆは、電動機ＥＤＵ４１００へ送出される。これにより、インテークバルブ位相のフィードバック制御ループが形成される。

電動機ＥＤＵ４１００は、電動モータ２０６０の回転数を回転数指令値Ｎｍｒｅｆに合致させるような回転数制御を行なう。たとえば、電動機ＥＤＵ４１００は、回転数指令値Ｎｍｒｅｆに対する電動モータ２０６０の実回転数Ｎｍの回転数偏差（Ｎｒｅｆ−Ｎｍ）に応じて、電動モータ２０６０への供給電力（代表的には、モータ印加電圧振幅やモータ電流）を制御するように、電力用半導体素子（トランジスタ等）のスイッチングを制御する。たとえば、このような電力用半導体素子のスイッチング動作におけるデューティ比が制御される。

特に、電動機ＥＤＵ４１００は、モータ制御性を向上させるために、電動モータ２０６０への供給電力を制御する調整量であるデューティ比ＤＴＹを下記（２）式に従って制御する。

ＤＴＹ＝ＤＴＹ（ＳＴ）＋ＤＴＹ（ＦＢ） …（２）
（２）式において、ＤＴＹ（ＦＢ）は、上記回転数偏差および所定の制御ゲインによる制御演算（代表的には、一般的なＰ制御、ＰＩ制御等）基づくフィードバック項である。

（２）式中のＤＴＹ（ＳＴ）は、図１３に示すように、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆおよび設定された相対回転数ΔＮｍに基づいて設定されるプリセット項である。

図１３は、電動モータの回転数制御を説明する概念図である。
図１３を参照して、相対回転数ΔＮｍ＝０のとき、すなわち、回転数指令値Ｎｍｒｅｆに対して、電動モータ２０６０をスプロケット２０１０と同一回転数で回転するとき（ΔＮｍ＝０のとき）に必要なモータ電流値に対応させたデューティ比特性６０６０が予めテーブル化される。そして、（２）式中のＤＴＹ（ＳＴ）は、デューティ比特性６０６０に従って設定される。

このように、プリセット項およびフィードバック項を組み合わせて電動モータ２０６０への供給電力を制御する回転数制御とすることにより、電動機ＥＤＵ４１００は、単純なフィードバック制御、すなわち（２）式のＤＴＹ（ＦＢ）項のみによる回転数制御と比較して、回転数指令値Ｎｍｒｅｆの変化に対して電動モータ２０６０の回転数を高速に追従させることができる。

次に、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置の制御モードについて説明する。
可変バルブタイミング装置の制御モードには、これまで説明したインテークバルブ位相を目標位相に追従して変化させるフィードバック制御のために電動モータ２０６０の回転数指令値を逐次生成する「回転数制御モード（Ｓ１２０）」に加え、所定条件成立時に、インテークバルブ位相の変化速度を抑制するように、上記デューティ比ＤＴＹを所定値に固定して電動モータ２０６０への供給電力を制限する「電力一定制御モード（Ｓ１１０）」が設定される。

図１４を参照して、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１００により、電力一定制御モードが必要な所定の電力一定制御条件が成立しているか否かを判断する。代表的には、現在のインテークバルブ位相が最遅角位置近傍の領域ＡＲ０（図９）または最進角位置近傍の領域ＡＲ１（図９）に入っているときに、電力一定制御条件が成立する。また、インテークバルブ位相における基準位置学習が正常に実行されなかった等、インテークバルブ位相の検出精度が懸念されるような場合にも、電力一定制御条件を成立させることが好ましい。

ＥＣＵ４０００は、電力一定制御条件の不成立時（ステップＳ１００のＮＯ判定時）には、ステップＳ１１０により、通常の制御モードである回転数制御モードを選択する。上述のように、回転数制御モードでは、電動モータ２０６０への供給電力を制御するデューティ比ＤＴＹは可変とされ、かつ、インテークバルブ位相の追従性を確保するために位相変化速度も確保される。

一方、ＥＣＵ４０００は、電力一定制御条件の成立時（ステップＳ１００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１２０により、電力一定制御モードを選択する。電力一定制御モードでは、上記デューティ比ＤＴＹは所定値ＤＴＹｆに固定され、電動モータ２０６０への供給電力が制限される。この所定値は、機器保護の観点より、制御ピン２０３４とガイド溝２０４２の端部との接触時の衝撃が過大とならないように、予め実験的に求めることができる。

図１５を参照して、ＥＣＵ４０００から電動機ＥＤＵ４１００へ伝達される動作指示信号ＳＧＩは、制御モードが回転数制御モードおよび電力一定制御モードのいずれであるかの情報と、電動モータ２０６０の回転方向（正転／逆転）を示す情報とを、動作指示として示す必要がある。さらに、回転数制御モードでは、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆを示す情報についても、動作指示として示す必要がある。

電動機ＥＤＵ４１００は、回転数制御モードでは電動モータ２０６０の回転数が回転数指令値Ｎｍｒｅｆと一致するように電動モータ２０６０への供給電力ＰＷｍを可変制御し、一方、電力一定制御モードでは、所定のデューティ比ＤＴＹｆに従った一定値に供給電力ＰＷｍを制御する。

図１６を参照して、ＥＣＵ４０００は、パルス状信号である動作指示信号ＳＧＩの周波数（周期Ｔｓ）を回転数指令値Ｎｍｒｅｆに応じて設定し、さらに、パルス状信号のオン期間比であるデューティ比ＴＤ（ＴＤ＝Ｔｏｎ／Ｔｓ）を、制御モードおよび電動モータ２０６０の回転方向（正転／逆転）の組合せに従って設定する。

図１７を参照して、デューティ比ＴＤは、制御モードおよび電動モータ回転方向の組合せに従って、所定値ＤＴ１〜ＤＴ４のいずれかに設定される。電動モータ回転方向が正転方向の場合には、回転数制御モードのときにデューティ比ＴＤは所定値ＤＴ１（たとえば１０％）に設定され、電力一定制御モードのときにデューティ比ＴＤは所定値ＤＴ２（たとえば３５％）に設定される。また、電動モータ回転方向が逆転方向の場合には、電力一定制御モードのときにデューティ比ＴＤは所定値ＤＴ３（たとえば６５％）に設定され、回転数制御モードのときにデューティ比ＴＤは所定値ＤＴ４（たとえば９０％）に設定される。

これらの所定値ＤＴ１〜ＤＴ４は、以下に説明する条件を満たすように考慮して決定される。まず、電動モータ回転方向が正転方向の場合に選択される所定値ＤＴ１，ＤＴ２と電動モータ回転方向が逆転方向の場合に選択される所定値ＤＴ３，ＤＴ４とが、境界値をはさんで二分されるように決定される。図１７の例では、境界値＝５０％に対して、ＤＴ１，ＤＴ２＞５０％とされる一方で、ＤＴ３，ＤＴ４＜５０％とされている。

さらに、それぞれの電動モータ回転方向において、インテークバルブ位相の変化速度が相対的に高い回転数制御モードのときに選択される所定値ＤＴ１，ＤＴ４は、電力一定制御モードのときに選択される所定値ＤＴ２，ＤＴ３よりも、境界値との差が大きくなるように決められている。

これにより、異なる電動モータ回転方向に対応する所定値群が境界値をはさんで二分されるとともに、境界値近傍の所定値はインテークバルブ位相の変化速度が相対的に低い電力一定制御モードを示すものとされる。このため、境界値近傍のデューティ比について、電動機ＥＤＵ４１００側（デューティ検知回路４２００）で誤認識が発生した場合にも、インテークバルブ位相が意図と反する方向へ急激に変化することを防止できる。

また、境界値を挟んで（すなわち、異なる電動モータ回転方向に対応する）最も差の小さい所定値ＤＴ２，ＤＴ３の差（３０％）は、同一の電動モータ回転方向に対応する所定値ＤＴ１，ＤＴ２の差（２５％）および所定値ＤＴ２，ＤＴ３の差（２５％）のいずれよりも大きい。これにより、電動モータ２０６０の回転方向の誤認防止効果が高められている。

図１８は、電動機ＥＤＵ４１００の構成を説明する機能ブロック図である。
図１８を参照して、動作指示信号ＳＧＩに従って電動モータ２０６０を制御する電動機ＥＤＵ４１００は、パルスカウンタ４１１０，４１２０と、減算回路４１３０と、制御演算回路４１４０と、デューティプリセット回路４１５０と、加算回路４１５５と、駆動回路４１６０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１７０と、インバータ４１８０と、デューティ検知回路４２００と、切替スイッチ４２１０とを含む。

パルスカウンタ４１１０は、ＥＣＵ４０００からの動作指示信号ＳＧＩのパルス数をカウントする。上述のように動作指示信号ＳＧＩは、回転数指令値Ｎｍｒｅｆに応じた周波数を有している。パルスカウンタ４１２０は、モータ回転角信号Ｐｍｔのパルス数をカウントする。減算回路４１３０は、パルスカウンタ４１１０，４１２０のそれぞれでのパルスカウント数差ΔＮｐを示す信号を出力する。すなわち、減算回路４１３０の出力信号は、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆに対する回転数偏差に相当する。

制御演算回路４１４０は、Ｐ制御あるいはＰＩ制御等の周知の制御演算方式に従って、上記回転数偏差に応じた調整量、すなわち上記（２）式中でのフィードバック項ＤＴＹ（ＦＢ）を示す制御電圧Ｖｆｂを出力する。一方、デューティプリセット回路４１５０は、パルスカウンタ４１１０の出力に基づき、図１３に示したデューティ比特性６０６０に従って、上記（２）式中でのプリセット項ＤＴＹ（ＳＴ）を示す制御電圧Ｖｓｔを出力する。

そして、加算回路４１５５は、制御演算回路４１４０からの制御電圧Ｖｆｂおよびデューティプリセット回路４１５０からの制御電圧Ｖｓｔの和に従う制御電圧Ｖｍｎを出力する。制御電圧Ｖｍｎは、上記（２）式中でのデューティ比ＤＴＹに相当し、回転数制御モード時における、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１７０内の電力用半導体素子のデューティ比を示す。

デューティ検知回路４２００は、動作指示信号ＳＧＩのデューティ比ＴＤを検知し、検知したデューティ比が図１７に示したＤＴ１〜ＤＴ４のいずれであるかを判定する。そして、この判定結果に従い、電動モータ回転方向が正転および逆転のいずれであるかを示す制御信号ＳＰおよび、いずれの制御モードが選択されているかを示す制御信号ＳＭＤを生成する。

切替スイッチ４２１０は、デューティ検知回路４２００からの制御信号ＳＭＤに従って、回転数制御モードの選択時には加算回路４１５５からの制御電圧Ｖｍｎを制御電圧Ｖｄｔｙとして駆動回路４１６０へ伝達する。一方、切替スイッチ４２１０は、電力一定制御モードの選択時には、上記固定デューティ比ＤＴＹｆに対応する電圧Ｖｃｓを、制御電圧Ｖｄｔｙとして駆動回路４１６０へ伝達する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４１７０は、チョッパ回路等で構成され、回路中の電力用半導体素子のデューティ比に従って、電源電圧ＶＢを降圧あるいは昇降圧する。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１７０の出力電圧Ｖａｃは、制御電圧Ｖｄｔｙによって指示されるデューティ比ＤＴＹに応じて可変制御される。

インバータ４１８０は、一般的な三相インバータ等で構成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１７０の出力電圧Ｖａｃを振幅とする交流電圧を電動モータ２０６０へ印加する。なお、インバータ４１８０は、デューティ検知回路４２００からの制御信号ＳＰに従って、電動モータ２０６０の逆転時には、正転時とは位相が反転された交流電圧を電動モータ２０６０へ印加する。

このような構成とすることにより、電動機ＥＤＵ４１００は、動作指示信号ＳＧＩによって指示された、電動モータ回転方向、制御モードおよび回転数指令値に従って、回転数制御モード時には、回転数指令値Ｎｍｒｅｆに従った回転数フィードバック制御を行なうとともに、電力一定制御モード時には、インテークバルブ位相の変化速度が抑えられるように、電動モータへの供給電力（モータ電圧）を所定値に固定する。

以上説明したように、動作動作指示信号ＳＧＩには、制御モードおよび電動モータ回転方向、ならびに回転数制御モード時の回転数指令値Ｎｍｒｅｆといった複数の動作指示項目を含む。さらに、動作動作指示信号ＳＧＩのデューティ比は、制御モードおよび電動モータ回転方向の組合せに従って、電動機ＥＤＵ４１００で動作指示信号ＳＧＩのデューティ比を誤検出した際にも、インテークバルブ位相制御が受けるダメージが小さくなるように考慮して設定される。このように、ＥＣＵ４０００から電動機ＥＤＵ４１００に対して、アクチュエータである電動機ＥＤＵ４１００の動作を指示するための動作指示信号ＳＧＩを適切に設定することにより、バルブタイミング制御の安定性を向上することができる。

なお、実施の形態で説明した、「回転数制御モード」および「電力一定制御モード」はそれぞれ一例に過ぎず、インテークバルブ位相の変化速度が相対的に異なる任意の複数のモード間の選択を指示する際に、本実施の形態を同様に適用できる。また、アクチュエータについても電動モータに限定されず任意の構成であってよい。すなわち、アクチュエータの作動方向およびインテークバルブ位相の変化速度が相対的に異なる複数のモード間の選択の組合せを動作指示信号のデューティ比によって示す制御構成であれば、本発明を共通に適用することが可能である。

また、以上説明した実施の形態において、ＥＣＵ４０００および電動機ＥＤＵ４１００は、本発明での「制御装置」および「駆動制御装置」にそれぞれ対応し、動作指示信号ＳＧＩは本発明での「パルス波状の動作指示信号」に対応する。また、回転数制御モードはこの発明での「第１の制御モード」に対応し、電力一定制御モードはこの発明での「第２の制御モード」に対応する。また、図１７のＤＴ１〜ＤＴ４は、この発明での「予め定められた所定値」に対応し、特に「第１から第４の値」にそれぞれ対応する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置が搭載された車両のエンジンを示す概略構成図である。 インテークカムシャフトの位相を定めたマップを示す図である。 インテーク用ＶＶＴ機構を示す断面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図（その１）である。 図３のＢ−Ｂ断面図（その２）である。 図３のＣ−Ｃ断面図である。 図３のＤ−Ｄ断面図である。 インテーク用ＶＶＴ機構全体として減速比を示す図である。 スプロケットに対するガイドプレートの位相とインテークカムシャフトの位相との関係を示す図である。 本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置によるインテークバルブ位相の制御構成を説明する概略ブロック図である。 本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置のアクチュエータである電動モータの回転数制御を説明するブロック図である。 電動モータの回転数制御を説明する概念図である。 本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置における制御モードの選択を説明するフローチャートである。 ＥＣＵおよび電動機ＥＤＵの接続関係を説明する概念図である。 ＥＣＵから電動機ＥＤＵへの動作指示信号を説明する波形図である。 図１６に示した動作指示信号のデューティ比設定と電動モータへの動作指示との関係を説明する図である。 電動機ＥＤＵの構成を説明する機能ブロック図である。

符号の説明

１０００ エンジン、１０１０，１０１２ バンク、１０２０ エアクリーナ、１０３０ スロットルバルブ、１０３２ 吸気通路、１０４０ シリンダ、１０５０ インジェクタ、１０６０ 点火プラグ、１０７０ 三元触媒、１０８０ ピストン、１０９０ クランクシャフト、１１００ インテークバルブ、１１１０ エキゾーストバルブ、１１２０ インテークカムシャフト、１１３０ エキゾーストカムシャフト、１２００ タイミングチェーン、１２１０，１２１２ スプロケット、２０２０ カムプレート、２０３０ リンク機構、２０３４ 制御ピン、２０４０ ガイドプレート、２０４２ ガイド溝、２０４４ 凹部、２０５０ 減速機、２０５２ 外歯ギヤ、２０５４ 内歯ギヤ、２０５６ 凸部、２０６０ 電動モータ、２０６２ カップリング、２０６４ 軸心、２０６６ 偏心軸、２０００ エキゾースト用ＶＶＴ機構、３０００ エキゾースト用ＶＶＴ機構、４０００ ＥＣＵ、４００５ 信号線、４１００ 電動機ＥＤＵ、４１１０，４１２０ パルスカウンタ、４１３０ 減算回路、４１４０ 制御演算回路、４１５０ デューティプリセット回路、４１５５ 加算回路、４１６０ 駆動回路、４１７０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、４１８０ インバータ、４２００ デューティ検知回路、４２１０ 切替スイッチ、５０００ クランク角センサ、５０１０ カムポジションセンサ、５０２０ 水温センサ、５０３０ エアフローメータ、５０５０ モータ回転角センサ、６０００ アクチュエータ作動量設定部、６０１０ バルブ位相検出部、６０２０ カムシャフト位相変化量算出部、６０２２ 演算部、６０２５ 必要位相変化量算出部、６０３０ 相対回転数設定部、６０４０ カムシャフト回転数検出部、６０５０ 回転数指令値生成部、６０６０ デューティ比特性、７０００ インテークバルブ位相フィードバック制御ループ、７１００ モータ回転数フィードバック制御ループ、ＡＲ０ 最遅角位置近傍領域、ＡＲ１ 最進角位置近傍領域、ＤＴ１〜ＤＴ４ 所定値（動作指示信号デューティ比）、Ｉｍｔ モータ電流、ＩＶ（θ） 実インテークバルブ位相、ＩＶ（θ）ｒ 目標位相、ＩＶＮ 実回転数（カムシャフト）、Ｎｍ 実回転数（電動モータ）、Ｎｍｒｅｆ 回転数指令値（電動モータ）、Ｐｃａ クランク角信号、Ｐｃａ♯ クランク角分周信号、Ｐｉｖ カム角信号、Ｐｍｔ モータ回転角信号、Ｐｒｅｆ パルス信号（モータ回転数指令）、ＰＷｍ 供給電力、Ｒ（θ） 減速比、Ｖａｃ 出力電圧（ＤＣ／ＤＣコンバータ）、Ｖｄｔｙ，Ｖｆｂ，Ｖｓｔ 制御電圧、Ｓｄｖ 駆動制御信号、ＳＧＩ 動作指示信号、ΔＮｍ 相対回転数（電動モータ）。

Claims (6)

1. エンジンに設けられたインテークバルブおよびエキゾーストバルブの少なくとも一方のバルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置であって、
   複数の制御モードのうちの選択された制御モードに従って駆動されるアクチュエータと、
   前記アクチュエータの作動量に応じた変化量で前記開閉タイミングを変更するように構成された変更機構と、
   前記開閉タイミングの現在値に基づき前記アクチュエータの動作指示を生成し、かつ、生成した前記動作指示のうちの、少なくとも前記アクチュエータの作動方向および前記選択された制御モードを示すためのパルス波状の動作指示信号を生成する制御装置と、
   前記動作指示信号を受けて、前記記制御装置による前記動作指示に従って前記アクチュエータを駆動制御する駆動制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記作動方向および前記制御モードの想定される複数の組合せごとに予め決められた所定値に従って、前記動作指示における前記作動方向および前記選択された制御モードの組合せに応じてパルス波状の動作指示信号のデューティ比を設定し、
   前記複数の組合せごとの所定値は、（１）一方の前記作動方向について前記複数の制御モードにそれぞれ対応する複数の前記所定値が境界値より大きい一方で、他方の前記作動方向について前記複数の制御モードにそれぞれ対応する複数の前記所定値は前記境界値より小さいように決められ、かつ、（２）各前記作動方向について前記複数の制御モードにそれぞれ対応する複数の前記所定値は、前記開閉タイミングの変化速度が相対的に高い制御モードにおいて、前記境界値との差が相対的に大きくなるように順次決められる、可変バルブタイミング装置。
2. 前記複数の組合せごとの所定値は、さらに、（３）前記境界値をはさんで最も差の小さい２個の前記所定値間の差が、各前記作動方向について前記複数の制御モードにそれぞれ対応する複数の前記所定値を昇順に並べた際に隣接する所定値間の差よりも大きくなるように決められる、請求項１記載の可変バルブタイミング装置。
3. 前記アクチュエータは電動機で構成され、かつ、前記アクチュエータの作動量および作動方向は、前記開閉タイミングが変更されるバルブを駆動するカムシャフトに対する前記電動機の相対的な回転速度差および前記電動機の回転方向であり、
   前記複数の制御モードは、前記電動機の回転速度制御を行なう第１の制御モードと、前記開閉タイミングの変化速度を抑制するために前記電動機への供給電力を固定する第２の制御モードとを含み、
   前記電動機が正転方向を指示される場合、前記第１の制御モードのときに前記デューティ比は第１の値に設定される一方で、前記第２の制御モードのときに前記デューティ比は第２の値に設定され、かつ、前記電動機が逆転方向を指示される場合、前記第２の制御モードのときに前記デューティ比は第３の値に設定される一方で、前記第１の制御モードのときに前記デューティ比は第４の値に設定され、
   前記第１の値と前記境界値との差は、前記第２の値および前記境界値の差より大きく、かつ、前記第４の値と前記境界値との差は、前記第３の値および前記境界値の差より大きい、請求項１または２記載の可変バルブタイミング装置。
4. 前記第２および前記第３の値の差は、前記第１および前記第２の値の差、ならびに、前記第３および前記第４の値の差のいずれよりも大きい、請求項３記載の可変バルブタイミング装置。
5. 前記動作指示信号は、前記アクチュエータの作動方向および前記選択された制御モードに加えて、前記アクチュエータの作動量をさらに示し、
   前記制御装置は、前記アクチュエータの作動量および前記パルス波の周波数との予め定めた対応関係に基づき、前記アクチュエータの作動量指令値に応じて前記パルス波状の動作指示信号の周波数を設定する、請求項１記載の可変バルブタイミング装置。
6. 前記アクチュエータは電動機で構成され、かつ、前記アクチュエータの作動量は、前記開閉タイミングが変更されるバルブを駆動するカムシャフトに対する前記電動機の相対的な回転速度差であり、
   前記制御装置は、前記電動機の回転速度および前記パルス波の周波数の間の予め定めた対応関係に基づき、前記電動機の回転速度指令値に応じて前記パルス波状の動作指示信号の周波数を設定する、請求項５記載の可変バルブタイミング装置。

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