JP2008115867A - 可変バルブタイミング機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一端の回転部が駆動回転体と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部が駆動回転体と従動回転体との他方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可能に連結されるリンクアームを備え、前記スライド部を径方向に変位させるガイドが形成されたガイドプレートを、アクチュエータによって駆動回転体に対して相対回転させることによって、前記回転部の位置を周方向に相対変位させ、駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させる可変バルブタイミング機構において、回転位相の固着状態を解除し、フィードバック制御状態に復帰させることができるようにする。
【解決手段】目標回転位相のステップ変化から所定時間が経過した時点で、目標回転位相と実際値との偏差が所定値以上であるときに、固着発生を判定する。そして、固着発生が判定されると、進角方向と遅角方向とに交互にトルクを発生させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、機関弁（吸・排気バルブ）のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置に関する。

従来、可変バルブタイミング機構として、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によって、機関弁の開閉タイミングをクランク角に対して進角側及び遅角側に変化させる構成のものが知られている。
例えば、特許文献１に開示される可変バルブタイミング機構は、内燃機関のクランクシャフトから回転を伝達される駆動回転体と、カムシャフト側の従動回転体とが組付角調整機構を介して同軸に連結され、前記組付角調整機構によって前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる構成であって、前記組付角調整機構が、一端の回転部が駆動回転体と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部が駆動回転体と従動回転体との他方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可能に連結されたリンクアームを備え、前記スライド部の径方向の移動に伴って回転部の位置が周方向に相対変位して、駆動回転体と従動回転体との組付角度が相対的に変化するように構成され、前記リンクアームのスライド部が係合する渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレートの相対回転角を、電磁ブレーキで制御することで、前記スライド部を径方向に変位させ、以って、バルブタイミングを進・遅角変位させるようになっている。

以下、上記構成の組付角調整機構を備えた可変バルブタイミング機構を、スパイラルラジアルリンク式と称するものとする。
特開２００１−０４１０１３号公報

ところで、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可変バルブタイミング機構では、組付角調整機構の係合部分での噛み込みなどが発生すると、これが回転位相変化の大きな抵抗になり、通常制御では回転位相を変化させることができない回転位相の固着状態になる可能性がある。
そこで、本発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相をアクチュエータによって変化させる可変バルブタイミング機構において、組付角調整機構の係合部分での噛み込みなどが発生しても、回転位相の動き出しを図れる制御装置を提供することを目的とする。

そのため本発明では、内燃機関のクランクシャフトから回転を伝達される駆動回転体とカムシャフト側の従動回転体とが組付角調整機構を介して同軸に連結され、前記組付角調整機構によって前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる構成であり、前記組付角調整機構が、一端の回転部が前記駆動回転体と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部が前記駆動回転体と従動回転体との他方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可能に連結されるリンクアームを備え、前記スライド部を径方向に変位させるガイドが形成されたガイドプレートを、前記アクチュエータによって前記駆動回転体に対して相対回転させることによって、前記回転部の位置を周方向に相対変位させ、前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させる構成であり、かつ、前記ガイドが前記ガイドプレートに対して溝として形成される一方、前記スライド部が、前記ガイドを構成する溝に係合される可変バルブタイミング機構において、前記回転位相の固着状態が検出されたときに、前記回転位相の進角方向と遅角方向とに交互にトルクを発生させるべく前記アクチュエータを強制駆動するようにした。

また、内燃機関のクランクシャフトから回転を伝達される駆動回転体とカムシャフト側の従動回転体とが組付角調整機構を介して同軸に連結され、前記組付角調整機構によって前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる構成であり、前記組付角調整機構が、一端の回転部が前記駆動回転体と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部が前記駆動回転体と従動回転体との他方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可能に連結されるリンクアームを備え、前記スライド部を径方向に変位させる渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレートを、前記アクチュエータによって前記駆動回転体に対して相対回転させることによって、前記回転部の位置を周方向に相対変位させ、前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させる構成であり、かつ、前記ガイドプレートを、前記アクチュエータとしての２つの電磁ブレーキによって前記駆動回転体に対して減速方向及び増速方向に相対回転させる構成であって、前記ガイドプレートが、キャリア部材を入力要素とし、サンギヤとリングギヤとの一方を出力要素、他方をフリー要素とする遊星歯車機構を介して回転伝達され、前記２つの電磁ブレーキの一方が前記出力要素に制動を与え、他方が前記フリー要素に制動を与える構成の可変バルブタイミング機構において、前記回転位相の固着状態が検出されたときに、前記回転位相の進角方向と遅角方向とに交互にトルクを発生させるべく前記アクチュエータを強制駆動するようにした。

上記発明によると、回転位相が固着すると、進角方向と遅角方向とに交互にトルクを発生させることで回転位相の動き出しを図るので、係合部分での噛み込みなどが発生しても、回転位相制御状態への復帰を図ることができるという効果がある。

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り、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。

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、それぞれ排気側カムシャフト１１０，吸気側カムシャフト１３４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、クランクシャフト１２０に対する回転位相を変化させることで、バルブタイミングを変化させるスパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３が設けられている。

尚、本実施形態では吸気バルブ側にのみ可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を備える構成としたが、吸気バルブ側に代えて、又は、吸気バルブ側と共に、排気バルブ側に可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を備える構成であっても良い。
また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート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、前記ＥＣＵ１１４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エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４には、各種センサからの検出信号が入力され、該検出信号に基づく演算処理によって、前記前記電子制御スロットル１０４，可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３及び燃料噴射弁１３１などを制御する。
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Ｑを検出するエアフローメータ１１５、クランクシャフト１２０から回転信号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の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、吸気側カムシャフト１３４から回転信号を取り出すカムセンサ１３２などが設けられている。

尚、前記クランク角センサ１１７から出力される回転信号に基づいてＥＣＵ１１４において機関回転速度Ｎｅが算出される。
次に、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３の構成を、図２〜図５に基づいて説明する。前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３は、カムシャフト１３４と、駆動プレート２と、組付角調整機構４と、作動装置１５と、ＶＴＣカバー６から構成される。

前記駆動プレート２は、機関１０１（クランクシャフト１２０）から回転が伝達されて回転する部材であり、前記組付角調整機構４は、前記カムシャフト１３４と駆動プレート２との組付角度を変化させる機構であって、作動装置１５によって作動する。
前記ＶＴＣカバー６は、図示省略したシリンダヘッドとロッカカバーの前端に跨って取り付けられて、駆動プレート２と組付角調整機構４の前面とその周域を覆うカバーである。

前記カムシャフト１３４の前端部（図２における左側）には、スペーサ８が嵌合され、更に、このスペーサ８は、カムシャフト１３４のフランジ部１３４ｆに貫通されるピン８０によって回転規制されている。
また、前記カムシャフト１３４には、径方向に油供給孔１３４ｒが複数貫通形成されている。

前記スペーサ８は、図３に示すように、円盤状の係止フランジ８ａと、この係止フランジ８ａの前端面から軸方向に延びる円管部８ｂと、同じく係止フランジ８ａの前端面であって円管部８ｂの基端側から外径方向の３方に延びて軸方向と平行な圧入穴８ｃが形成された軸支持部８ｄとが形成されている。
尚、上記軸支持部８ｄ及び圧入穴８ｃは、図３に示すように、それぞれ周方向に１２０°毎に配置される。

また、前記スペーサ８には、油を供給する油供給孔８ｒが径方向に貫通形成されている。前記駆動プレート２は、中心に貫通穴２ａが形成された円盤状に形成されており、前記スペーサ８に対して係止フランジ８ａによって軸方向の変位を規制された状態で相対回転自在に組み付けられている。
また、駆動プレート２は、図３に示すように、その後部外周に、クランクシャフト１２０から図示省略したチェーンを介して回転が伝達されるタイミングスプロケット３が形成されている。

更に、駆動プレート２の前端面には、貫通穴２ａと外周とを結んで外径方向に３つのガイド溝２ｇが形成されており、前記ガイド溝２ｇは、前記軸支持部８ｄと同様に、周方向に１２０°毎に配置される。
また、駆動プレート２の前端面の外周部には、円環状のカバー部材２ｃが溶接或いは圧入により固定されている。

本実施形態において、従動回転体は、カムシャフト１３４及びスペーサ８によって構成され、駆動回転体は、タイミングスプロケット３を含む駆動プレート２によって構成される。
前記組付角調整機構４は、カムシャフト１３４と駆動プレート２との前端部側に配置されて、カムシャフト１３４と駆動プレート２との組付相対角度を変更するものである。この組付角調整機構４は、図３に示すように、３本のリンクアーム１４を有している。

前記各リンクアーム１４は、先端部にスライド部としての円筒部１４ａが設けられ、また、この円筒部１４ａから外径方向に延びるアーム部１４ｂが設けられている。
前記円筒部１４ａには、収容孔１４ｃが貫通して形成されている一方、アーム部１４ｂの基端部には、回動部としての回動穴１４ｄが貫通して形成されている。
前記リンクアーム１４は、前記スペーサ８の圧入穴８ｃにきつく圧入された回動ピン８１に対して回動穴１４を装着して、回動ピン８１を中心に回動可能に取り付けられている。

一方、リンクアーム１４の円筒部１４ａは、前記駆動プレート２の径方向ガイドとしてのガイド溝２ｇに挿入されて、駆動プレート２に対して径方向に移動可能（スライド可能）に取り付けられている。
上記構成において、円筒部１４ａが外力を受けてガイド溝２ｇに沿って径方向にスライド変位すると、リンクアーム１４によるリンク作用により回動ピン８１が前記円筒部１４ａの径方向の変位量に応じた角度だけ周方向に移動することになるもので、この回動ピン８１の変位によりカムシャフト１３４が駆動プレート２に対して相対回転することになる。

図４及び図５は、前記組付角調整機構４の作動を示すもので、図４に示すように、円筒部１４ａがガイド溝２ｇにおいて駆動プレート２の外周側に配置されているときには、基端部の回動ピン８１がガイド溝２ｇに近い位置に引っ張られているもので、この位置が最遅角位置となる。
一方、図５に示すように、円筒部１４ａがガイド溝２ｇにおいて駆動プレート２の内周側に配置されているときには、回動ピン８１が周方向に押されてガイド溝２ｇから離れるもので、この位置が最進角位置となる。

上記組付角調整機構４における前記円筒部１４ａの径方向への移動は、前記作動装置１５により行われ、この作動装置１５は、作動変換機構４０と増減速機構４１とを備えている。
前記作動変換機構４０は、リンクアーム１４の円筒部１４ａに保持された球２２と、前記駆動プレート２の前面に対向して同軸に設けられたガイドプレート２４とを備え、このガイドプレート２４の回転を前記リンクアーム１４における円筒部１４ａの径方向の変位に変換する機構である。

前記ガイドプレート２４は、前記スペーサ８の円管部８ｂの外周に金属系のブッシュ２３を介して相対回転可能に支持されている。
また、前記ガイドプレート２４の後面には、断面略半円状で周方向の変位に伴って径方向に変位する渦巻きガイドとしての渦巻状ガイド溝２８が形成され、かつ、径方向の中間部には、油の供給を行う油供給孔２４ｒが前後方向に貫通して形成されている。

前記渦巻状ガイド溝２８には、前記球２２が係合されている。
即ち、前記リンクアーム１４の円筒部１４ａに設けられた収容孔１４ｃには、図２及び図３に示すように、円盤状の支持パネル２２ａと、コイルスプリング２２ｂ（弾性体）と、リテーナ２２ｃと、球２２（球状部材）とが順に挿入されている。
また、前記リテーナ２２ｃは、前端部に球２２が飛び出した状態で支持する椀状の支持凹部２２ｄが形成されていると共に、外周に前記コイルスプリング２２ｂが着座するフランジ２２ｆが形成されている。

そして、図２に示す組付状態では、コイルスプリング２２ｂが圧縮され、支持パネル２２ａが駆動プレート２の前面に押し付けられ、かつ、前記球２２が渦巻状ガイド溝２８に押し付けられて上下方向で係合すると共に、渦巻状ガイド溝２８の延在方向には相対移動可能となっている。
また、前記渦巻状ガイド溝２８は、図４，５に示すように、駆動プレート２の回転方向Ｒに沿って次第に縮径するように形成されている。

従って、前記作動変換機構４０は、前記球２２が渦巻状ガイド溝２８に係合した状態で、ガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒに相対回転すると、球２２が渦巻状ガイド溝２８の渦巻き形状に沿って半径方向外側に移動し、これによりスライド部としての円筒部１４ａが、図４に示す外径方向に移動し、リンクアーム１４に連結された回動ピン８１がガイド溝２ｇに近づくように引きつけられ、カムシャフト１３４は遅角方向に移動する。

逆に、上記状態からガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは逆方向に相対回転すると、球２２は渦巻状ガイド溝２８の渦巻き形状に沿って半径方向内側に移動し、これによりスライド部としての円筒部１４ａが、図５に示す内径方向に移動し、リンクアーム１４に連結された回動ピン８１がガイド溝２ｇから離れる方向に押され、この場合、カムシャフト１３４は進角方向に移動する。

次に、増減速機構４１について詳細に説明する。前記増減速機構４１は、前記ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して増速及び減速、即ち、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に移動（増速）させたり、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは反対側に移動（減速）させたりするものであり、遊星歯車機構２５と第１電磁ブレーキ２６と第２電磁ブレーキ２７とを備えている。

前記遊星歯車機構２５は、サンギヤ３０と、リングギヤ３１と、両ギヤ３０，３１に噛み合わされたプラネタリギヤ３３とを備えている。
図２，図３に示すように、前記サンギヤ３０は、ガイドプレート２４の前面側の内周に一体的に形成されている。前記プラネタリギヤ３３は、前記スペーサ８の前端部に固定されたキャリアプレート３２に回転自在に支持されている。

また、前記リングギヤ３１は、前記キャリアプレート３２の外側に回転自在に支持された環状の回転体３４の内周に形成されている。
尚、前記キャリアプレート３２は、前記スペーサ８の前端部に嵌合されて、ワッシャ３７を前端部に当接させた状態でボルト９を貫通させてカムシャフト１３４に締結させて固定されている。

また、前記回転体３４の前端面には、前方を向いた制動面３５ｂを有した制動プレート３５がねじ止めされている。また、前記サンギヤ３０が一体に形成されたガイドプレート２４の外周にも、前方を向いた制動面３６ｂを有した制動プレート３６が溶接や嵌合などにより固定されている。
従って、前記遊星歯車機構２５は、プラネタリギヤ３３が自転せずにキャリアプレート３２と共に公転したとすると、第１電磁ブレーキ２６ならびに第２電磁ブレーキ２７が非作動状態では、サンギヤ３０とリングギヤ３１はフリー状態で同速回転する。この状態から第１電磁ブレーキ２６のみを制動作動すると、ガイドプレート２４がキャリアプレート３２に対して（カムシャフト１３４に対して）遅れる方向（図４，５のＲ方向とは逆方向）に相対回転し、駆動プレート２とカムシャフト１３４とが、図５に示す進角方向に相対変位することになる。

一方、第２電磁ブレーキ２７のみを制動作動すると、リングギヤ３１のみに制動力が付与され、リングギヤ３１がキャリアプレート３２に対して遅れ方向に相対回転することによってプラネタリギヤ３３が自転し、このプラネタリギヤ３３の自転がサンギヤ３０を増速させ、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に相対回転し、駆動プレート２とカムシャフト１３４とが図４に示す遅角方向に相対回転することになる。

尚、本実施形態において、キャリアプレート３２が入力要素であり、サンギヤ３０が出力要素であり、リングギヤ３１がフリー要素となる。前記第１電磁ブレーキ２６及び第２電磁ブレーキ２７は、それぞれ前述した制動プレート３６，３５の制動面３６ｂ，３５ｂに対向するよう内外２重に配置されて、前記ＶＴＣカバー６の裏面にピン２６ｐ，２７ｐによって回転のみを規制された浮動状態で支持された円管部材２６ｒ，２７ｒを有している。

これらの円管部材２６ｒ，２７ｒには、コイル２６ｃ，２７ｃが収容されていると共に、各コイル２６ｃ，２７ｃへの通電時に各制動面３５ｂ，３６ｂに押し付けられる摩擦材２６ｂ，２７ｂが装着されている。また、各円管部材２６ｒ，２７ｒ及び各制動プレート３５，３６は、コイル２６ｃ，２７ｃへの通電時に磁界を形成するために鉄などの磁性体により形成されている。

それに対して、前記ＶＴＣカバー６は、通電時に磁束の漏れを生じさせないために、また、摩擦材２６ｂ，２７ｂは、永久磁石化して非通電時に制動プレート３５，３６に貼り付くのを防止するために、アルミなどの非磁性体により形成されている。
前記遊星歯車機構２５の出力要素としてのサンギヤ３０が設けられたガイドプレート２４と駆動プレート２の相対回動は、最遅角位置および最進角位置において組付角ストッパ６０により規制されるようになっている。

更に、前記遊星歯車機構２５において、リングギヤ３１と一体的に設けられている制動プレート３５と、キャリアプレート３２との間には、遊星歯車ストッパ９０が設けられている。
ところで、上述した前記作動変換機構４０は、リンクアーム１４の円筒部１４ａの位置を保持して、駆動プレート２とカムシャフト１３４との相対組付位置が変動しない構成となっているもので、その構成について説明する。

前記駆動プレート２からカムシャフト１３４には、リンクアーム１４およびスペーサ８を介して駆動トルクが伝達されるが、カムシャフト１３４からリンクアーム１４には、機関弁（吸気バルブ１０５）からの反力によるカムシャフト１３４の変動トルクが、回動ピン８１からリンクアーム１４の両端の枢支点を結ぶ方向の力Ｆとして入力される。
前記リンクアーム１４の円筒部１４ａは、径方向ガイドとしてのガイド溝２ｇに沿って径方向に案内されているとともに、円筒部１４ａから前面に突出した球２２が、渦巻状ガイド溝２８に係合されているため、各リンクアーム１４を介して入力される力Ｆは、ガイド溝２ｇの左右の壁とガイドプレート２４の渦巻状ガイド溝２８とによって支持される。

したがって、リンクアーム１４に入力された力Ｆは互いに直交する二つの分力ＦＡ，ＦＢに分解されるが、これらの分力ＦＡ，ＦＢは、渦巻状ガイド構２８の外周側の壁と、ガイド溝２ｇの一方の壁とに略直交する向きで受け止められ、リンクアーム１４の円筒部１４ａがガイド溝２ｇに沿って移動することが阻止され、これにより、リンクアーム１４が回動することが阻止される。

よって、各電磁ブレーキ２６，２７の制動力によってガイドプレート２４が回動されてリンクアーム１４が所定の位置に回動操作された後には、基本的には制動力を付与し続けなくてもリンクアーム１４の位置を維持、つまり、駆動プレート２とカムシャフト１３４の回転位相をそのまま保持することができる。
尚、前記力Ｆは、外径方向に作用することに限られず、逆向きの内径方向に作用することもあるが、このとき分力ＦＡ，ＦＢは渦巻状ガイド溝２８の内周側の壁と、ガイド構２ｇの他方側とに略直角の向きに受け止められる。

以下、上記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３の作用を説明する。
クランクシャフトとカムシャフト１３４の回転位相を遅角側に制御する場合には、第２電磁ブレーキ２７に通電する。
第２電磁ブレーキ２７に通電すると、第２電磁ブレーキ２７の摩擦材２７ｂが制動プレート３５に摩擦接触し、遊星歯車機構２５のリングギヤ３１に制動力が作用し、タイミングスプロケット３の回転に伴ってサンギヤ３０が増速回転される。

このサンギヤ３０の増速回転によりガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に回転させられ、これに伴ってリンクアーム１４に支持された球２２が渦巻状ガイド溝２８の外周側に移動する。
この遅角側への移動は、組付角ストッパ６０により図４に示す最遅角位置において規制される。

更に、上述のように、リングギヤ３１の回転を第２電磁ブレーキ２７により制動するにあたり、瞬時に回転を規制するのではなく所定量の回転を許しながら制動を行うもので、この回転量が所定量となると遊星歯車ストッパ９０によりリングギヤ３１の回転が規制されるようになっている。
一方、カムシャフト１３４の組付角度を進角方向に変位させるときには、第１ブレーキ２６に通電する。

これにより、ガイドプレート２４に制動力が作用してガイドプレート２４は駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは反対方向に回動し、カムシャフト１３４は進角側に組付角度が変位される。
この進角側への移動は、組付角ストッパ６０により図５に示す最進角位置において規制される更に、ガイドプレート２４の回転が規制されると、プラネタリギヤ３３が自転してリングギヤ３１が増速回転されるが、この回転量が所定量となると遊星歯車ストッパ９０により回転が規制される。

前記ＥＣＵ１１４は、クランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の目標進角値（目標回転位相）を機関の運転条件に基づいて設定し、該目標進角値に基づいて前記第１電磁ブレーキ２６及び第２電磁ブレーキ２７への通電をフィードバック制御するようになっている。
具体的には、図６のフローチャートに示すようにして前記フィードバック制御が行われる。

まず、ステップＳ１では、機関負荷・機関回転速度などの機関運転条件に基づいて目標進角値（目標回転位相）を演算する。
次のステップＳ２では、クランク角センサ１１７の検出信号とカムセンサ１３２の検出信号とに基づいて実際の進角値（実際の回転位相）を検出する。
ステップＳ３では、目標進角値と実際の進角値との偏差Δθを演算する。

ステップＳ４では、前記偏差Δθに基づく比例・積分・微分制御によって、電磁ブレーキ２６，２７への通電を高周波でオン・オフ制御して平均印加電圧を制御するときのデューティ比ＤＵＴＹを演算する。
ＤＵＴＹ＝Ｋｐ×Δθ＋Ｋｉ∫Δθ＋Kｄ（ｄΔθ／ｄｔ）
尚、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン、Ｋｄは微分ゲインを示す。

但し、フィードバック制御を、比例・積分・微分制御に限定するものではなく、例えば、スライディングモード制御を用いる構成であっても良い。
ステップＳ５では、ステップＳ４で演算された前記デューティ比のプラス・マイナスによって進角方向制御信号と遅角方向制御信号とに振り分ける。
ステップＳ６では、目標進角値（目標回転位相）が変化した時点から、目標進角値のステップ変化幅に応じて設定される所定時間が経過したか否かを判別する。

前記所定時間は、実際の進角値（回転位相）が目標の変化に追従して変化するのに要する時間に基づいて設定され、通常状態であれば、前記所定時間内で目標に到達するものとする。
ステップＳ６で、目標の変化から所定時間が経過していると判別されると、ステップＳ７へ進み、その時点での目標進角値と実際の進角値との偏差Δθの絶対値が所定値以上であるか否かを判別する。

前記所定値は、実際の進角値の検出精度や定常偏差を考慮して設定される。前記ステップＳ７で偏差Δθの絶対値が所定値以上であると判別されたときには、進角値（回転位相）の固着状態を判定して、ステップＳ８へ進む。
ステップＳ６で、所定時間内であると判別されたとき、及び、ステップＳ７で目標の変化から所定時間が経過した時点での偏差Δθの絶対値が所定値よりも小さいと判別されたときには、ステップＳ１４へ進んで、前記ステップＳ５での振り分けに応じて電磁ブレーキ２６，２７のいずれか一方を前記デューティ比ＤＵＴＹに基づいて通電させ、通常のフィードバック制御状態とする。

一方、ステップＳ７で進角値（回転位相）の固着状態が判定されてステップＳ８へ進むと、前記固着状態を解除すべく電磁ブレーキ２６，２７を強制的に交互に通電する処理における制御デューティ（発生トルク），駆動周期，駆動時間の設定を行う（図７参照）。
具体的には、例えば、進角・遅角方向における制御デューティをそれぞれ１００％（直結状態）に近い所定のＯＮデューティとし、機関回転速度が高いときほど制御周期を短くし（制御周波数を高くし）、駆動時間を機関回転速度が高いときほど短くする。

機関回転速度が高いときには、ブレーキの直結状態での単位時間当たりの進角値変化量が大きくなるので、低回転時に比べて固着状態が解除されたときに大きく進角値（回転位相）が変化することになるので、機関回転速度が高いときほど１回当たりの通電時間を短くする。
また、機関回転速度が高いときほど、短い周期で交互通電を行わせるので、通電回数を略揃えるために、機関回転速度が高いときほど交互通電を継続させる時間である駆動時間を短くする。

尚、制御デューティ（駆動電流）を抑制することで、回転位相の固着状態が解除されたときの回転位相変化を抑制する構成とすることができ、係る構成とする場合には、機関回転速度が高いときほど交互通電での制御デューティを小さく設定する。
ここで、制御デューティが同じであっても、コイル温度（コイルの抵抗値）によって実際にコイルに流れる駆動電流が異なり、以って、発生トルクが変化することになるので、機関の冷却水温度や潤滑油温度などから推定されるコイル温度に応じて制御デューティを補正すると良い。

また、回転位相の最進角側と最遅角側とはそれぞれストッパで動きが規制されるようになっており、進角・遅角方向における制御デューティをそれぞれ１００％に近い所定のＯＮデューティとした場合、最進角又は最遅角に近い位置で固着状態が解除されると、ストッパに勢い良く衝突してしまう可能性がある。
そこで、固着状態での回転位相が最進角又は最遅角に近く、固着していない場合に、ストッパ位置を越える回転位相の変化が発生すると予測されるときには、ストッパ位置を越える回転位相の変化が発生しないように、前記制御デューティに制限を加えるようにする。

例えば、最進角位置に近い位置で固着している場合には、回転位相の遅角側にガイドプレート２４を相対回転させる第２電磁ブレーキ２７の制御デューティは、例えば１００％に近い所定のＯＮデューティとするが、回転位相の進角側にガイドプレート２４を相対回転させる第１電磁ブレーキ２６の制御デューティは、回転位相の固着がない場合であっても、最進角側のストッパ位置を越える回転位相の変化が発生しない範囲内の制御デューティに制限する。

ステップＳ９では、ステップＳ８で設定した制御デューティ，駆動周期，駆動時間に基づいて、電磁ブレーキ２６，２７に交互に通電する。
上記交互通電により、回転位相を進角側に変位させる方向に作用するトルクと、回転位相を遅角側に変位させる方向に作用するトルクとが交互に発生し、例えば前記球２２が渦巻状ガイド溝２８の底部に噛み込んで固着した場合には、球２２を渦巻状ガイド溝２８に沿って前後に揺することになり、係る揺動によって前記噛み込み部分を乗り越えて固着状態が解除されるようにする。

前記駆動時間だけ交互通電を実行すると、ステップＳ１０では、進角値が所定以上変化したか否かを判別し、所定以上に進角値が変化した場合には、固着状態が解除されたものと判断して、本ルーチンを終了させ、次回から通常のフィードバック制御に復帰させるようにする。
一方、ステップＳ１０で固着状態の解除が判断されなかった場合には、ステップＳ１１へ進み、前記駆動時間に基づいた交互通電を所定回数以上行ったか否かを判別する。

そして、交互通電の実行回数が所定回数未満である場合には、ステップＳ１２で所定の停止時間だけ待機させた後、ステップＳ８に戻ることで、前記強制駆動を間欠的に繰り返し行わせるようにする。
尚、交互通電を繰り返し行わせるときに、繰り返し毎に段階的に電磁ブレーキ２６，２７の制御デューティを増大させ、最初は比較的小さい発生トルクで固着状態の解除を図り、固着状態を解除できなかったときには、より大きなトルクが必要であると判断して、発生トルクをより大きくすることができる。

前記ステップＳ１１で、前記駆動時間に基づいた交互通電を所定回数以上行ったと判別されたときには、前記所定回数だけ交互通電を行っても固着状態を解除できなかったことになるので、その場合には、固着状態の解除はできない故障状態であると判断してステップＳ１３へ進み、故障判定を行う。故障判定時には、故障判定がなされたことを運転者にランプ等で警告する一方、通常のフィードバック制御を禁止すると共に、例えば回転位相の遅角側にガイドプレート２４を相対回転させる第２電磁ブレーキ２７を常時通電状態とするなどのフェイルセーフ処理に移行させる。

尚、上記実施形態では、２つの電磁ブレーキの制動力によってガイドプレート２４を進角方向と遅角方向とに相対回転させる構成としたが、ガイドプレート２４を弾性体によって回転位相の遅角方向に付勢し、電磁ブレーキの制動力が前記付勢力に対抗してガイドプレート２４を回転位相の進角方向に相対回転させる構成とした、電磁ブレーキを１つだけ備えるスパイラルラジアルリンク式可変バルブタイミング機構においても、固着発生時に、電磁ブレーキの作動状態と電磁ブレーキの作動停止状態とを周期的に行わせれば、回転位相の進角方向と遅角方向とに交互にトルクを発生させることになり、以って、噛み込みによる固着の解除を図ることが可能である。

更に、前記ガイドプレート２４を相対回転させるアクチュエータとしてステップモータを用いる構成においても、進角方向のステップ変化量と遅角方向のステップ変化量とを交互に設定することで、回転位相の進角方向と遅角方向とに交互にトルクを発生させることになり、以って、噛み込みによる固着の解除を図ることが可能である。
また、可変バルブタイミング機構を、渦巻状ガイド溝２８とリンクアーム１４との係合によって組付角度を変化させる構成に限定されるものではなく、他の機構によって組付角度を変化させる構成の可変バルブタイミング機構であってもよい。

実施の形態における内燃機関のシステム構成図。 実施の形態における可変バルブタイミング機構を示す断面図。 上記可変バルブタイミング機構の分解斜視図。 上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を示す図２のＡ−Ａ断面図。 上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を示す図２のＡ−Ａ断面図。 可変バルブタイミング機構のフィードバック制御及び固着解除制御を示すフローチャート。 前記固着解除制御時における電磁ブレーキの制御特性を示すタイムチャート。

符号の説明

２…駆動プレート、２ｇ…ガイド溝、３…タイミングスプロケット、４…組付角調整機構、６…ＶＴＣカバー、８…スペーサ、１４…リンクアーム、１５…作動装置、２４…ガイドプレート、２５…遊星歯車機構、２６…第１電磁ブレーキ、２７…第２電磁ブレーキ、２８…渦巻状ガイド溝、３０…サンギヤ、３１…リングギヤ、３２…キャリアプレート、３３…プラネタリギヤ、３５…制動プレート、３６…制動プレート、４０…作動変換機構、４１…増減速機構、１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１３…可変バルブタイミング機構ＶＴＣ、１１４…エンジンコントロールユニット、１１７…クランク角センサ、１１９…水温センサ、１２０…クランクシャフト、１３２…カムセンサ、１３４…カムシャフト

Claims (11)

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アクチュエータによって変化させることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構であって、
   内燃機関のクランクシャフトから回転を伝達される駆動回転体とカムシャフト側の従動回転体とが組付角調整機構を介して同軸に連結され、前記組付角調整機構によって前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる構成であり、
   前記組付角調整機構が、一端の回転部が前記駆動回転体と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部が前記駆動回転体と従動回転体との他方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可能に連結されるリンクアームを備え、前記スライド部を径方向に変位させるガイドが形成されたガイドプレートを、前記アクチュエータによって前記駆動回転体に対して相対回転させることによって、前記回転部の位置を周方向に相対変位させ、前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させる構成であり、
   かつ、前記ガイドが前記ガイドプレートに対して溝として形成される一方、前記スライド部が、前記ガイドを構成する溝に係合される可変バルブタイミング機構において、
   前記回転位相の固着状態が検出されたときに、前記回転位相の進角方向と遅角方向とに交互にトルクを発生させるべく前記アクチュエータを強制駆動することを特徴とする可変バルブタイミング機構の制御装置。
2. 前記可変バルブタイミング機構が、前記ガイドプレートを、前記アクチュエータとしての２つの電磁ブレーキによって前記駆動回転体に対して減速方向及び増速方向に相対回転させる構成であって、前記ガイドプレートが、キャリア部材を入力要素とし、サンギヤとリングギヤとの一方を出力要素、他方をフリー要素とする遊星歯車機構を介して回転伝達され、前記２つの電磁ブレーキの一方が前記出力要素に制動を与え、他方が前記フリー要素に制動を与える構成であることを特徴とする請求項１記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
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アクチュエータによって変化させることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構であって、
   内燃機関のクランクシャフトから回転を伝達される駆動回転体とカムシャフト側の従動回転体とが組付角調整機構を介して同軸に連結され、前記組付角調整機構によって前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる構成であり、
   前記組付角調整機構が、一端の回転部が前記駆動回転体と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部が前記駆動回転体と従動回転体との他方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可能に連結されるリンクアームを備え、前記スライド部を径方向に変位させる渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレートを、前記アクチュエータによって前記駆動回転体に対して相対回転させることによって、前記回転部の位置を周方向に相対変位させ、前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させる構成であり、
   かつ、前記ガイドプレートを、前記アクチュエータとしての２つの電磁ブレーキによって前記駆動回転体に対して減速方向及び増速方向に相対回転させる構成であって、前記ガイドプレートが、キャリア部材を入力要素とし、サンギヤとリングギヤとの一方を出力要素、他方をフリー要素とする遊星歯車機構を介して回転伝達され、前記２つの電磁ブレーキの一方が前記出力要素に制動を与え、他方が前記フリー要素に制動を与える構成の可変バルブタイミング機構において、
   前記回転位相の固着状態が検出されたときに、前記回転位相の進角方向と遅角方向とに交互にトルクを発生させるべく前記アクチュエータを強制駆動することを特徴とする可変バルブタイミング機構の制御装置。
4. 目標回転位相の変化から所定時間が経過した時点における目標回転位相と実際の回転位相との偏差が所定値以上であるときに、回転位相の固着状態を判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
5. 前記アクチュエータを強制駆動するときの発生トルク，駆動周期，駆動時間のうちの少なくとも１つを機関運転条件に応じて変更することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
6. 前記アクチュエータが電磁ブレーキであり、機関回転速度に応じて前記アクチュエータの発生トルク，駆動周期，駆動時間のうちの少なくとも１つを変更することを特徴とする請求項５記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
7. 前記アクチュエータが電磁ブレーキであり、該電磁ブレーキのコイル温度特性に応じて強制駆動における駆動電流制御信号を補正することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
8. 前記強制駆動を行うときの回転位相に応じて前記アクチュエータの強制駆動における制御信号を制限することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
9. 前記アクチュエータの強制駆動を所定の実行時間だけ行わせた後、所定の停止時間だけ強制駆動を停止し、該停止時間が経過した後再度強制駆動を行わせることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
10. 前記強制駆動を繰り返す毎に、前記アクチュエータの発生トルクを増大させることを特徴とする請求項９記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
11. 前記強制駆動を所定回数以上繰り返しても回転位相が変化しないときに、前記可変バルブタイミング機構の故障判定を行うことを特徴とする請求項９又は１０記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。

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