JP2008069719A - 可変バルブタイミング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータをアクチュエータとする可変バルブタイミング装置において、電動モータおよび駆動装置の過熱状態を適切に検出して、機器保護および制御性能の向上を図る。
【解決手段】アクチュエータ作動量設定部６０００は、インテークバルブ位相が目標位相へ追従して変化するように、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆを生成する。電動機ＥＤＵ４１００は、回転数指令値Ｎｍｒｅｆに従って電動モータ２０６０が動作するように、モータ供給電力ＰＷｍを制御する。過熱判定部６２００は、モータ供給電力ＰＷｍを示す情報と判定基準値ＤＴＹｊとの比較に基づき発熱制限の要否を判定する。指令値制限部６３００は、発熱制限が必要と判定されたときに、電動機ＥＤＵ４１００へ送られる回転数指令値Ｎｍｒｅｆを所定範囲に制限する。判定基準値設定部６１００は、電動モータ２０６０の回転数に応じて、判定基準値ＤＴＹｊを可変に設定する。
【選択図】図１２

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、電動機をアクチュエータと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。

特に、油圧を駆動源とした可変バルブタイミング装置では、寒冷時やエンジン始動時に油圧が不足したり油圧制御の応答性が低下して、可変バルブタイミング制御精度が低下するという問題点があるため、駆動源として電動モータを用いた可変バルブタイミング装置が提案されている。しかしながら、電動モータでは、通電に伴いモータ巻線あるいは電動モータの駆動装置（電力変換回路）が発熱するために、発熱が過大とならないように電動モータを監視する必要が生じる。

たとえば、特開２００４−１８３５９１号公報（特許文献１）は、電動機を用いる可変動弁機構を備える内燃機関において、所定期間内に電動機に流れる電流値等に基づいて電動機が過熱状態であるかどうかを判断し、過熱状態であると判断されると動弁特性を所定の状態に固定して、このような運転モードに対するスロットル制御を行なう制御構成が開示されている。これにより、電動機の過剰な発熱を抑制することが可能となる。

また、特開２００５−２１８２８１号公報（特許文献２）では、リフト量可変機構等の電動アクチュエータの駆動制御装置において、電動アクチュエータの駆動電流レベルを検出するとともに、この駆動電流レベルの平均値を算出し、そして、駆動電流レベルの瞬時値が限界値以上である場合、および、平均値レベルが限界値以上である状態が所定時間以上継続したときに、電動アクチュエータの駆動を強制的に停止させる制御構成が開示される。これにより、電動アクチュエータおよびその駆動回路を過電流から保護するとともに、駆動回路基板の熱劣化を抑止することが可能となる。

さらに、特開平５−２８４７５５号公報（特許文献３）には、インバータ制御装置において、インバータ運転中におけるインバータ部の負荷電流検出値から、電動機およびインバータの発熱量の積算値を算出することが開示される。特許文献３のインバータ制御装置によれば、この積算値が保護機能動作レベル値あるいはそれより低い警告動作レベル値と比較され、積算値が警告動作レベル値以上のときには、インバータの出力を低下させることによってインバータの異常停止を未然に防止される。
特開２００４−１８３５９１号公報 特開２００５−２１８２８１号公報 特開平５−２８４７５５号公報

上記のように、電動モータをアクチュエータとする可変バルブタイミング装置では、駆動装置（インバータ、コンバータ等）を含めた電動モータの過熱保護が重要な課題となる。特に、電動モータが過熱状態であるかどうかを判定するための判定基準が適切に設定されないと、過熱状態を検知し損ねることによる機器故障の発生が懸念される一方、過熱状態を過度に検知してもアクチュエータ作動制限によるバルブタイミング制御の性能低下が引き起こされる可能性もある。

この点について、特許文献１では、電動機を駆動する際のパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）に従う、電動機駆動部中のトランジスタのオン・オフ制御デューティ比を判定基準値と比較することで、電動モータが過熱状態であるかどうかが判定される。ただし、判定基準値の設定については、エンジン温度に応じて変更する変形例を開示するものの、判定基準値を電動モータの運転状態、特にモータ回転速度に応じて変更する必要性については何ら開示していない。

また、特許文献２および特許文献３では、電動モータ過熱判定のための判定基準値は基本的には固定値であり、特許文献１と同様に、電動モータの運転状態に応じて判定基準値を可変とすることについては開示されていない。

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って、この発明の目的は、電動モータをアクチュエータとする可変バルブタイミング装置において、電動モータの過熱をその運転状態に応じて適切に検出することによって、電動モータおよびその駆動装置の機器保護を図るとともに、過熱からの保護を過度に行なうことによってバルブタイミング制御性能が低下することを防止することである。

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、電動機と、変更機構と、指令値生成手段と、電動機駆動装置と、判定基準値設定手段と、過熱判定手段と、指令値制限手段とを備える。電動機は、可変バルブタイミング装置を作動させるアクチュエータを構成する。変更機構は、アクチュエータの作動量に応じてバルブの開閉タイミングを変更するように構成される。指令値生成手段は、少なくともカムシャフトおよび電動機の回転速度を検知するセンサからの信号に基づいて開閉タイミングの現在値を求め、かつ、エンジンの運転状態に従って設定される目標値に従って開閉タイミングが変化するように、開閉タイミングの目標値および現在値の偏差に応じて電動機の作動指令値を生成する。電動機駆動装置は、指令値生成手段からの作動指令値に従って電動機が作動するように、電動機への供給電力を制御する。判定基準値設定手段は、電動機の回転速度に応じて、電動機駆動装置から電動機への供給電力についての判定基準値を可変設定する。過熱判定手段は、電動機駆動装置から電動機への供給電力を示す情報と判定基準値との比較に基づき、電動機および電動機駆動装置での発熱制限の要否を判定する。指令値制限手段は、過熱判定手段により発熱制限が必要と判定されたときに、電動機の作動指令値を所定範囲内に制限する。

上記可変バルブタイミング装置によれば、電動機の回転速度領域に応じて電動機および電動機駆動装置（電動機ＥＤＵ）中の過熱部位が変化することを反映して、発熱制限が必要な過熱状態であるかどうかの判定（過熱判定）を適切に行なうとともに、過熱状態発生時には電動機の作動量を所定範囲内に制限して発熱を抑制することができる。この結果、電動機および電動機駆動装置の過熱を適切に防止して機器保護を図るとともに、過度に過熱保護のための発熱制限を行なうことにより可変バルブタイミングの制御性能が低下することを防止することができる。

好ましくは、過熱判定手段は、情報によって示される電動機への供給電力が、第１の所定期間より長く継続的に判定基準値を超えたときに、発熱制限が必要と判定する。

このような構成とすることにより、電動機への供給電力が基準より大きい状態が連続したことに応答して、電動機およびその電動機駆動装置の過熱状態を適切に検知することができる。

また好ましくは、過熱判定手段は、発熱制限が必要と一旦判定した後は、情報によって示される電動機への供給電力が判定基準値以下となる期間が第２の所定期間より長く継続したときに、発熱制限を不要と判定する。

このような構成とすることにより、過熱状態の検出に従い発熱制限を一旦実行した後に、電動機への供給電力が制限された状態が継続したときには、発熱制限を解除した通常のバルブタイミング制御を再開することができる。これにより、制御性能を確保することが可能となる。

さらに好ましくは、過熱判定手段は、情報によって示される電動機への供給電力が判定基準値を超えた期間を積算するための積算手段を含む。そして、積算手段による積算期間は、情報によって示される電動機への供給電力が、第２の所定期間よりも長く継続的に判定基準値以下となったときにクリアされ、第２の期間は、過熱判定手段によって発熱制限が必要と判定されている場合には、発熱制限が不要と判定されている場合と比較して相対的に長く設定される。

このような構成とすることにより、過熱判定のための積算手段（カウンタ）の積算値に応じて過熱判定を実行することができ、かつ、過熱状態の発生前後で積算値のクリア条件を切換えることにより、過熱状態発生時には機器保護を十分図るとともに、過熱状態発生前では過度の機器保護を回避してバルブ開閉タイミングの制御性能を確保することができる。

好ましくは、変更機構は、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の正負および大きさに応じた方向および変化速度で、バルブの開閉タイミングを変更するように構成される。そして、指令値生成手段は、開閉タイミングの目標値に対する偏差に応じた回転速度差と、カムシャフトの回転速度との和に従って、電動機の回転速度指令値を作動指令値として生成し、電動機駆動装置は、電動機の回転速度が回転速度指令値と一致するように電動機への供給電力を制御する。

このような構成とすることにより、カムシャフトに対する電動機の相対な回転速度差に応じてバルブ開閉タイミングが変化される構成の変更機構において、アクチュエータである電動機および電動機駆動装置の過熱を適切に防止して機器保護を図ることができる。

さらに好ましくは、判定基準値設定手段は、エンジンの回転速度に応じて判定基準値を設定する。

このような構成とすることにより、上記構成の変更機構では、概略的には電動機の回転速度がエンジン回転速度に従って変化することを反映して、より変化が滑らかなエンジン回転速度に従って過熱判定のための判定基準値を設定することができる。これにより、判定基準値の変化が急変することを防止して、より安定的に電動機および電動機駆動装置の過熱判定を行なうことができる。

あるいはさらに好ましくは、指令値制限手段による所定範囲は、エンジンの回転速度に応じて設定され、かつ、電動機の回転速度がカムシャフトの回転速度よりも早い領域および遅い領域、ならびに、電動機およびカムシャフトの回転速度が等しい領域を含むように設定される。

このような構成とすることにより、過熱状態発生による発熱制限時にも、バルブ可変タイミングの変化方向を進角側および遅角側の両方に確保することができる。

この発明によれば、電動モータをアクチュエータとする可変バルブタイミング装置において、電動モータの過熱を運転状態に応じて適切に検出することによって、電動モータおよびその駆動装置の機器保護を図るとともに、過熱からの保護を過度に行なうことによって可変バルブタイミングの制御性能が低下することを防止することである。

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。

本実施の形態において、ＥＣＵ４０００は、図２に示すように、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とをパラメータとしたマップに基づいて、インテークバルブ１１００の目標位相を決定する。一般に、インテークバルブ１１００の位相を決定するためのマップは、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。また、電動モータ２０６０を駆動制御するための電動機ＥＤＵ４１００が、電動モータ２０６０と一体的に作製される。なお、電動モータ２０６０および電動機ＥＤＵ４１００は、同一ケース内に格納してもよく、それぞれを別個ケース内に格納した上で両者を接合する構成としてもよい。

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、エンジン停止時等に、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。

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。なお、図３に示したように、電動機ＥＤＵ４１００を電動モータ２０６０と一体的に作製する場合には、電動機ＥＤＵ４１００内にホール素子等で構成されるモータ回転角センサ５０５０を配置することによって装置全体の小型化を図ることも可能である。

図１２は、本発明の実施の形態によるインテーク用ＶＶＴ機構２０００のアクチュエータである電動モータ２０６０の回転数制御を説明するブロック図である。

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。図１２に示された各要素は、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、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、実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）を算出する。

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の最大値である最大制御量θｍａｘが予め設定され、必要位相変化量算出部６０２５は、この最大制御量θｍａｘ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、この際の最大制御量θｍａｘ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。このように、アクチュエータ作動量設定部６０００は、インテークバルブ位相を検出するとともに、目標位相への追従を行なうためのインテークバルブ位相のフィードバック制御を行なうように、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆを生成する。

さらに、本実施の形態では、電動モータ２０６０および電動機ＥＤＵ４１００の過熱防止のために、判定基準値設定部６１００、過熱判定部６２００および回転数指令値制限部６３００が設けられる。

過熱判定部６２００は、判定基準値設定部６１００により設定された判定基準値ＤＴＹｊと、電動機ＥＤＵ４１００からの電動機制御に関する情報との比較に基づき、電動モータ２０６０および電動機ＥＤＵ４１００での発熱制限が必要であるかどうかの過熱判定を行なう。過熱判定部６２００は、過熱判定に用いられる、タイマとしての機能を有するカウンタ６２１０を含む。判定基準値設定部６１００は、電動モータ２０６０の回転数に応じて過熱判定の判定基準値ＤＴＹｊを設定する。

回転数指令値制限部６３００は、過熱判定部６２００により発熱制限が必要であると判定されたときに、アクチュエータ作動量設定部６０００によって設定された回転数指令値Ｎｍｒｅｆを所定範囲内に制限した上で、電動機ＥＤＵ４１００へ送出する。一方、過熱判定部６２００により発熱制限が不要と判定されたときには、回転数指令値制限部６３００が回転数指令値Ｎｍｒｅｆを制限することなく、アクチュエータ作動量設定部６０００によって設定された回転数指令値Ｎｍｒｅｆがそのまま電動機ＥＤＵ４１００へ送出される。

次に、電動機ＥＤＵ４１００による電動モータ２０６０の制御について説明する。
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（Ｎｍｒｅｆ−Ｎｍ）に応じて、電動モータ２０６０への供給電力（代表的には、モータ電流やモータ印加電圧振幅）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に基づいて設定されるプリセット項である。

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。あるいは、デューティ比特性６０６０に従う基準値から、相対回転数ΔＮｍに応じたデューティ比の値を相対的に増減させることにより設定してもよい。

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。

図１４は、電動機ＥＤＵ４１００の具体的な構成例を説明する機能ブロック図である。
図１４を参照して、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、フィルタコイル４２５０と、電力変換回路４３００とを含む。

パルスカウンタ４１１０は、ＥＣＵ４０００からの回転数指令値Ｎｍｒｅｆを示すパルス信号Ｐｒｅｆのパルス数をカウントする。パルス信号Ｐｒｅｆは、回転数指令値Ｎｍｒｅｆに応じた周波数を有する。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１４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Ｖｄｔｙを出力する。制御電圧Ｖｄｔｙは、上記（２）式中でのデューティ比ＤＴＹを示す電圧である。

電力変換回路４３００は、一般的なインバータ、コンバータ等で構成され、直流電源４２００から、フィルタコイル４２５０を経由して供給された直流電力を、電力用半導体素子の代表例として示されるトランジスタ４３５０のオン・オフ制御（スイッチング制御）によって、モータ２０６０を駆動するためのモータ供給電力ＰＷｍに変換する。このように、電動モータ２０６０への供給電力ＰＷｍは、トランジスタ４３５０のスイッチング制御におけるデューティ比ＤＴＹに応じて可変制御される。

電動モータ２０６０は、代表的には、ＤＣブラシレスモータにより構成される。図１４に示した電動機ＥＤＵ４１００により、電動モータ２０６０の回転数が回転数指令値Ｎｍｒｅｆと合致するように、モータ供給電力ＰＷｍが制御されることになる。

ここで、判定基準値設定部６１００、過熱判定部６２００および回転数指令値制限部６３００による、電動モータ２０６０および電動機ＥＤＵ４１００の過熱保護制御について詳細に説明する。

図１５を参照して、本発明の実施の形態による可変バルブタイミング装置では、アクチュエータである電動モータ２０６０の発熱制限要否を判断する過熱判定を、上記（２）式に従って設定されたトランジスタ４３５０のデューティ比ＤＴＹと、図１２に示した判定基準値設定部６１００によって設定された判定基準値としてのデューティ比基準値ＤＴＹｊとの比較に基づいて実行する。

具体的には、ＤＴＹ＞ＤＴＹｊの領域を「連続使用不可領域」と定義する一方で、ＤＴＹ≦ＤＴＹｊの領域を「連続使用可能領域」と定義する。そして、連続使用不可領域でのデューティ比設定が所定時間以上継続した場合に、電動モータ２０６０および／または電動機ＥＤＵ４１００が過熱状態であると判定することとする。

図１５に示されるように、過熱判定の判定基準値であるデューティ比基準値ＤＴＹｊは、モータ回転数Ｎｍに応じて可変に設定されるが、その理由は以下のとおりである。

電動モータ２０６０および電動機ＥＤＵ４１００の各部位は、モータ回転数に応じてその発熱特性が異なり、また各部位ごとに許容発熱量も設計上異なってくる。たとえば、電動モータ２０６０のコイル巻線部や、コイル巻線へ電流を供給する電力変換回路４３００（図１４）内のトランジスタ４３５０では、低回転数時ほど特定相にモータ電流が連続的に流れることになるため、モータ低回転数領域ではこれらの部位の過熱を監視する必要がある。一方、モータ高回転数領域では、上記のようなコイル巻線部およびトランジスタ（電力用半導体素子）での発熱が軽減されるのに対して、フィルタコイル４２５０（図１４）での発熱が相対的に大きくなるので、フィルタコイル部の過熱を監視する必要が生じる。

この結果、図１５に示すように、モータ回転数Ｎｍの上昇に従ってデューティ比基準値ＤＴＹｊが上昇するように設定することで、各モータ回転数領域での各部位の発熱特性を反映して、電動モータ２０６０および／または電動機ＥＤＵ４１００が過熱状態であるかどうかをより適切に判定することができる。なお、デューティ比基準値ＤＴＹｊについては、温度（エンジン冷却水温等）をさらに考慮して設定してもよい。具体的には、同一のモータ回転数Ｎｍに対して、高温時ほどデューティ比基準値ＤＴＹｊが相対的に低くなるように設定することができる。

また、デューティ比ＤＴＹは、モータ供給電力ＰＷｍを示す情報の代表的なものとして例示される。あるいは、電動モータ２０６０への印加電圧あるいは印加電流等の検出値に基づいてモータ供給電力ＰＷｍを評価してもよい。

また、図１２に示したように、本実施の形態による可変バルブタイミング装置では、インテークバルブ位相の変化量に応じた相対回転数ΔＮｍと、エンジン回転数の１／２であるカムシャフト回転数ＩＶＮとの和に従って電動モータ２０６０の回転数指令値が生成される。過熱状態は、モータ供給電力ＰＷｍが大きい状態が所定期間以上継続した場合に発生するので、モータ回転数Ｎｍに代えて、エンジン回転数（またはカムシャフト回転数ＩＶＮ）に応じて、判定基準値であるデューティ比基準値ＤＴＹｊを設定してもよい。モータ回転数Ｎｍと比較して、エンジン回転数の方が変動量は小さいため、エンジン回転数に応じてデューティ比基準値ＤＴＹｊを設定することにより、判定基準値が急激に変化することを防止して、より安定的な過熱判定を実行することが可能となる。

なお、デューティ比基準値ＤＴＹｊは、電動モータ２０６０の相対回転数ΔＮｍ＝０のとき（すなわち、電動モータ２０６０をインテークカムシャフト１１２０と同一回転数とするとき）に必要なモータ供給電力に対応したデューティ比（図１３の特性線６０６０に対応するデューティ比）よりも高い領域に設定される。

図１６は、本発明の実施の形態による可変バルブタイミング装置における電動モータ２０６０および電動機ＥＤＵ４１００の過熱保護制御を説明するフローチャートである。図１６に示したフローチャートは、ＥＣＵ４０００に格納された所定プログラムを所定の制御周期前に実行することにより実現される。

図１６を参照して、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１００では、モータ回転数あるいは、エンジン回転数（またはカムシャフト回転数ＩＶＮ）に応じて、図１５に示すようにデューティ比基準値ＤＴＹｊを設定する。ステップＳ１００における処理は、図１２に示した判定基準値設定部６１００の機能に対応する。

ＥＣＵ４０００は、さらにステップＳ１２０により、電動機ＥＤＵ４１００でのデューティ比ＤＴＹと、ステップＳ１００で求めたデューティ比基準値ＤＴＹｊとの比較に基づき、現在のデューティ比ＤＴＹが連続使用不可領域内であるかどうかを判定する。そして、連続使用不可領域内であるときには、その連続時間をカウンタ６２１０（図１２）により積算する。

そしてＥＣＵ４０００は、ステップＳ１４０により、カウンタ積算値が第１の所定期間に対応する所定値Ｔ１を超えているかどうかを判定する。カウンタ積算値がＴ１を超えている場合（ステップＳ１４０のＹＥＳ判定時）には、過熱状態であるために発熱制限が必要であると判定されて、発熱制限フラグがオンされる。一方、カウンタ積算値がＴ１以下である場合（ステップＳ１４０のＮＯ判定時）には、過熱状態でないため発熱制限は不要であると判定されて、発熱制限フラグはオフされる。すなわちステップＳ１２０およびＳ１４０による処理は、図１２における過熱判定部６２００の機能に対応する。

ＥＣＵ４０００は、発熱制限実行時（ステップＳ１４０のＹＥＳ判定時）には、さらにステップＳ１６０により、アクチュエータ作動量設定部６０００によって設定された回転数指令値Ｎｍｒｅｆが上限回転数指令値Ｎｍｍａｘを超えているかどうかを判定する。

たとえば、上限回転数指令値Ｎｍｍａｘは、図１５に示したデューティ比基準値ＤＴＹｊにより電動モータ２０６０を駆動制御した場合における電動モータ２０６０の回転数に対応して設定される。なお、図１５に示したように、デューティ比基準値ＤＴＹｊが特性線６０６０に対応するデューティ比よりも高い領域に設定されることにより、発熱制限時にも、変化速度は制約されるもののインテークバルブ位相を遅角側および進角側の両方向に変化させることが可能となる。

ＥＣＵ４０００は、Ｎｍｒｅｆ＞Ｎｍｍａｘのとき（ステップＳ１６０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１７０により、Ｎｍｒｅｆ＝Ｎｍｍａｘに修正して電動モータ２０６０の回転数を制限する。すなわち、発熱制限時には、ＥＣＵ４０００から電動機ＥＤＵ４１００へ与えられる回転数指令値Ｎｍｒｅｆは上限回転数指令値Ｎｍｍａｘ以下の値とされて、電動モータ２０６０は、図１５に示した連続使用可能領域内で駆動制御される。

一方、ＥＣＵ４０００は、発熱制限の非実行時（ステップＳ１４０のＮＯ判定時）および、発熱制限実行時ではあるもののＮｍｒｅｆ≦Ｎｍｍａｘのとき（ステップＳ１６０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１８０により、アクチュエータ作動量設定部６０００により設定された回転数指令値Ｎｍｒｅｆをそのまま電動機ＥＤＵ４１００へ送出する。

このような構成とすることにより、電動モータ２０６０の回転数制御におけるデューティ比ＤＴＹが、発熱大となる連続使用不可領域内で所定期間を超えて継続的に設定された場合には、電動モータ２０６０および／または電動機ＥＤＵ４１００の発熱を制限するように電動モータ２０６０の回転数を制限する。これにより、電動モータ２０６０および／または電動機ＥＤＵ４１００の過熱を防止して機器保護を図ることができる。

次に図１７を用いて、連続使用不可領域での連続使用時間を強化するカウンタ６２１０（図１２）の動作を説明する。図１７に示すフローチャートは、図１６のステップＳ１２０を詳細に説明したものに相当する。

図１７を参照して、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１２２により、電動機ＥＤＵ４１００でのデューティ比ＤＴＹと、ステップＳ１００で設定されたデューティ比基準値ＤＴＹｊとを比較する。そして、ＤＴＹ＞ＤＴＹｊのとき（ステップＳ１２２のＹＥＳ判定時）には、連続使用不可領域での使用であるから、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１２４により、カウンタ６２１０による発熱カウンタ値を所定値加算する。発熱カウンタ値は、図１６のステップＳ１４０でのカウンタ積算値に相当する。なお、ステップＳ１２４での発熱カウンタ値の加算値は、温度（エンジン冷却水温等）に応じて可変に設定してもよい。具体的には、発熱が起こり易い高温時には、加算値を非高温時よりも大きい値に設定することができる。

さらに、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１２６により、解除カウンタ値をクリアする。解除カウンタ値は、発熱カウンタ値と同様にカウンタ６２１０によりカウントされるが、発熱カウンタ値とは反対に、連続使用可能領域での連続的な使用時間を示すカウンタ値である。

図１６および図１７に示すフローチャートは所定周期で実行されるため、ステップＳ１２４の処理により、発熱カウンタ値は、デューティ比ＤＴＹが連続使用不可領域に設定された時間に応じて増加する。

一方、ＥＣＵ４００は、ＤＴＹ≦ＤＴＹｊのとき（ステップＳ１２２のＮＯ判定時）には、ステップＳ１２８により、解除カウンタ値を所定値加算する（ステップＳ１２８）。この際の加算値についても、温度（エンジン冷却水温等）に応じて可変に設定してもよい。具体的には、放熱し易い非高温時には、加算値を高温時よりも大きい値に設定することができる。

さらに、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１３０により、解除カウンタ値が第２の所定期間に対応する所定値Ｔ２を超えているかどうかを判定する。そして、解除カウンタ値がＴ２より大きいとき（ステップＳ１３０のＹＥＳ判定時）、すなわち、デューティ比ＤＴＹが連続使用可能領域に第２の所定期間を超えて連続的に設定使用されている場合には、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１３０により、発熱カウンタ値をクリアあるいは所定値減算する。一方、ステップＳ１３０のＮＯ判定時には、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１３２を実行することなく制御処理を終了する。

図１７に示した一連の処理により、電動モータ２０６０の連続使用不可領域での使用時間が発熱カウンタ値によって示される。そして、発熱カウンタ値が所定値Ｔ１を超えることに伴って発熱制限が実行される。一方、連続使用不可領域から、発熱制限により連続使用可能領域へ遷移した場合には、連続使用可能領域での使用が所定期間（所定値Ｔ２に対応）を超えて継続することに応答して、発熱カウンタ値がクリアあるいは減少されることに伴い、ステップＳ１４０（図１６）での判定が切換えられて発熱制限が解除されることになる。

この際に、連続使用可能領域での連続期間が所定期間を超えるまでは発熱カウンタ値をホールドするため、一旦発生した過熱状態が確実に解消されるまでに発熱カウンタ値がクリアまたは減少されて、発熱制限が解除されることを防止できる。なお、上記ホールドの期間を示す所定値Ｔ２（Ｓ１３０）は、発熱制限フラグのオン・オフに応じて切換えることが好ましい。具体的には、発熱制限中（発熱制限フラグのオン時）には、一旦発生した過熱状態が解消されるのにある程度の期間が必要であることからホールド期間を長く（所定値Ｔ２を大きく）設定することが必要となる。その一方で、発熱非制限中（発熱制限フラグのオフ時）には、連続使用可能領域での使用により、温度は速やかに低下することが予想される。したがって、ホールド期間は、発熱制限フラグのオン時と比較して短く（所定値Ｔ２を小さく）設定することが好ましい。これにより、電動モータ２０６０および電動機ＥＤＵ４１００の過熱保護制御を過度に行なって、インテークバルブ位相制御の性能が低下することを防止できる。

以上説明したように本発明の実施の形態によれば、可変バルブタイミング装置の特徴を考慮して、アクチュエータの過熱判定に用いる判定基準値を電動モータ２０６０の回転数に応じて可変設定することにより、アクチュエータの過熱判定および過熱保護制御を適切に実行することが可能となる。これにより、アクチュエータである電動モータ２０６０および電動機ＥＤＵ４１００の過熱防止による機器保護、ならびに、過度の過熱保護制御によるバルブタイミング制御性能低下の防止を図ることができる。

また、モータ供給電力に基づく過熱判定とするので温度センサを設けることなく過熱判定を実行することができ、かつ、実際の温度上昇に対して予防的に過熱防止のための発熱制限を効果的に実行することが可能となる。

なお、以上説明した実施の形態において、ＶＶＴ機構２０００は、本発明での「変更機構」に対応し、電動機ＥＤＵ４１００は本発明での「電動機駆動装置」に対応する。さらに、アクチュエータ作動量設定部６０００は、本発明における「指令値生成手段」に相当し、判定基準値設定部６１００およびステップＳ１００（図１６）は本発明での「判定基準値設定手段」に対応する。また、過熱判定部６２００およびステップＳ１２０，Ｓ１４０（図１６）は、本発明での「過熱判定手段」に対応し、回転数指令値制限部６３００およびステップＳ１６０，Ｓ１７０（図１６）は、本発明での「指令値制限手段」に対応する。

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。 図１１に示した制御構成におけるフィードバック制御ループの形成を説明する概略ブロック図である。 電動モータの回転数制御を説明する概念図である。 電動機ＥＤＵの具体的な構成例を説明する機能ブロック図である。 本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置における電動モータおよび電動機ＥＤＵの過熱判定を説明する概念図である。 本発明の実施の形態による可変バルブタイミング装置における電動モータおよび電動機ＥＤＵの過熱保護制御を説明する第１のフローチャートである。 本発明の実施の形態による可変バルブタイミング装置における電動モータおよび電動機ＥＤＵの過熱保護制御を説明する第２のフローチャートである。

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 インテーク用ＶＶＴ機構、３０００ エキゾースト用ＶＶＴ機構、４０００ ＥＣＵ、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、４２００ 直流電源、４２５０ フィルタコイル、４３００ 電力変換回路、４３５０ トランジスタ（電力用半導体素子）、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（ΔＮｍ＝０）、６１００ 判定基準値設定部、６２００ 過熱判定部、６２１０ カウンタ（タイマ）、６３００ 回転数指令値制限部、ＤＴＹ デューティ比（トランジスタ）、ＤＴＹｊ デューティ比基準値（判定基準値）、ＩＶ（θ） インテークバルブ位相、ＩＶ（θ）ｒ 目標位相、ＩＶＮ カムシャフト回転数、ＮＥ エンジン回転数、Ｎｍ モータ回転数、Ｎｍｍａｘ 上限回転数指令値（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、Ｐｉｖ カム角信号、Ｐｍ モータ供給電力、Ｐｍｔ モータ回転角信号、Ｐｒｅｆ パルス信号、ΔＮｍ 相対回転数（電動モータ／インテークカムシャフト）。

Claims (7)

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、
   前記可変バルブタイミング装置を作動させるアクチュエータを構成する電動機と、
   前記アクチュエータの作動量に応じて前記バルブの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、
   少なくとも前記カムシャフトおよび前記電動機の回転速度を検知するセンサからの信号に基づいて前記開閉タイミングの現在値を求め、かつ、前記エンジンの運転状態に従って設定される目標値に従って前記開閉タイミングが変化するように、前記開閉タイミングの前記目標値および前記現在値の偏差に応じて前記電動機の作動指令値を生成する指令値生成手段と、
   前記指令値生成手段からの作動指令値に従って前記電動機が作動するように、前記電動機への供給電力を制御する電動機駆動装置と、
   前記電動機の回転速度に応じて、前記電動機駆動装置から前記電動機への供給電力についての判定基準値を可変設定する判定基準値設定手段と、
   前記電動機駆動装置から前記電動機への供給電力を示す情報と前記判定基準値との比較に基づき、前記電動機および前記電動機駆動装置での発熱制限の要否を判定する過熱判定手段と、
   前記過熱判定手段により前記発熱制限が必要と判定されたときに、前記電動機の作動指令値を所定範囲内に制限するための指令値制限手段とを備える、可変バルブタイミング装置。
2. 前記過熱判定手段は、前記情報によって示される前記電動機への供給電力が、第１の所定期間より長く継続的に前記判定基準値を超えたときに、前記発熱制限が必要と判定する、請求項１記載の可変バルブタイミング装置。
3. 前記過熱判定手段は、前記発熱制限が必要と一旦判定した後は、前記情報によって示される前記電動機への供給電力が前記判定基準値以下となる期間が第２の所定期間より長く継続したときに、前記発熱制限を不要と判定する、請求項２記載の可変バルブタイミング装置。
4. 前記過熱判定手段は、前記情報によって示される前記電動機への供給電力が前記判定基準値を超えた期間を積算するための積算手段を含み、
   前記積算手段による積算期間は、前記情報によって示される前記電動機への供給電力が、第２の所定期間よりも長く継続的に前記判定基準値以下となったときにクリアされ、
   前記第２の期間は、前記過熱判定手段によって前記発熱制限が必要と判定されている場合には、前記発熱制限が不要と判定されている場合と比較して相対的に長く設定される、請求項２記載の可変バルブタイミング装置。
5. 前記変更機構は、前記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の正負および大きさに応じた方向および変化速度で、前記バルブの開閉タイミングを変更するように構成され、
   前記指令値生成手段は、前記開閉タイミングの目標値に対する偏差に応じた前記回転速度差と、前記カムシャフトの回転速度との和に従って、前記電動機の回転速度指令値を前記作動指令値として生成し、
   前記電動機駆動装置は、前記電動機の回転速度が前記回転速度指令値と一致するように前記電動機への供給電力を制御する、請求項１記載の可変バルブタイミング装置。
6. 前記判定基準値設定手段は、前記エンジンの回転速度に応じて前記判定基準値を設定する、請求項５記載の可変バルブタイミング装置。
7. 前記指令値制限手段による前記所定範囲は、前記エンジンの回転速度に応じて設定され、かつ、前記電動機の回転速度が前記カムシャフトの回転速度よりも早い領域および遅い領域、ならびに、前記電動機および前記カムシャフトの回転速度が等しい領域を含むように設定される、請求項５記載の可変バルブタイミング装置。

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