JP2011140890A - 可変バルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関のバルブタイミングを適正に制御する。
【解決手段】エンジン１０には、モータ２６の駆動に伴い発生する回転力をカム軸１６側に伝達し、それによりクランク軸１２に対するカム軸１６の回転位相を変化させる可変バルブタイミング装置１８が設けられている。ＥＣＵ３０は、モータ２６の通電制御によりエンジン１０の吸気バルブの開閉タイミングを制御する。このＥＣＵ３０は、エンジン１０の停止後において、カム軸１６の回転位相を目標値に変化している途中に同回転位相の変化が停止又はほぼ停止した状態であるロック状態が発生したことを検出する。そして、ロック状態が発生したことを検出した場合に、カム軸１６の回転位相を目標値への変化方向とは逆方向に一時的に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に関するものであり、詳しくは、モータの通電制御によりバルブタイミングを変更する内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に関するものである。

従来、内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相をモータにより変化させ、これにより吸気バルブや排気バルブの開閉タイミング（バルブタイミング）を変更する電動式の可変バルブタイミング装置が知られており、この装置を制御するための方法が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１の制御装置では、内燃機関の停止時にバルブタイミングを変化させる場合、モータの作動量を内燃機関の運転中よりも小さくする。これにより、内燃機関の停止時における可変バルブタイミング装置の作動音が低減されるようにしている。

特許第４２６７６３５号公報

内燃機関が停止した後にバルブタイミングを変更する場合、カム軸を静止状態から作動させる必要がある。例えば、可変バルブタイミング装置におけるカム軸への回転伝達部が複数のギヤで構成されている場合、モータ通電によるモータ出力軸の回転により回転伝達部におけるギヤを静止状態から回転させ、それに伴いカム軸の回転位相を変化させる必要がある。かかる場合、回転伝達部におけるギヤの噛み合い状態の固体差等に起因して、内燃機関停止後のバルブタイミング変更途中にクランク軸に対するカム軸の回転位相の変化が停止してしまい、それ以上カム軸を回転できない状態（ロックした状態）が発生することが考えられる。このようなロック状態が発生した場合、カム軸の位相を所望の位置に変更することができず、バルブタイミング制御を適正に実施できないおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、内燃機関のバルブタイミングを適正に制御することができる可変バルブタイミング装置の制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、モータ駆動に伴い発生する回転力を内燃機関のカム軸側に伝達し、それにより前記内燃機関のクランク軸に対する前記カム軸の回転位相を変化させる可変バルブタイミング装置に適用され、前記モータの通電制御により前記内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくともいずれかの開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング制御装置に関するものである。そして、請求項１に記載の発明は、前記内燃機関の停止後において、前記回転位相を目標値に制御する目標値制御手段と、前記目標値制御手段による前記回転位相の前記目標値への変化中に、同回転位相の変化が停止又はほぼ停止した状態であるロック状態が発生したことを検出するロック検出手段と、前記ロック検出手段により前記ロック状態が発生したことを検出した場合に、前記回転位相を前記目標値への変化方向とは逆方向に一時的に制御する位相制御手段と、を備えることを特徴とする。

カム軸のカム部や、可変バルブタイミング装置のカム軸への回転伝達部には、カム軸の回転を比較的小さな力で実施可能な部分とそうでない部分とが存在する。そのため、可変バルブタイミング装置によりクランク軸に対するカム軸の回転位相を変更する場合、カム軸の回転の負荷が一時的に大きくなることがある。特に、内燃機関の停止後においてカム軸の回転位相を変更する場合には、カム軸の回転を静止状態から行う必要があるため、内燃機関の運転中での位相変更に比べてカム軸の回転の負荷が大きくなる。そのため、エンジン停止後におけるカム軸の位相変化では、カム軸の回転の負荷が一時的に大きくなる場合に回転力が不足し、その結果、カム軸の回転位相をその位相から動かすことができない（モータ駆動時において回転位相の変化が停止又はほぼ停止する）ロック状態が発生することが考えられる。

これに鑑み、本発明では、カム軸のロック状態が発生したことを検出した場合に、カム軸の回転位相を目標値への変化方向とは逆方向に一時的に回転させる。これにより、その後カム軸の回転位相を目標値への変化方向に回転させたときに、そのカム軸の反転に伴う回転の勢いによってロック状態を解除することができる。したがって、本発明によれば、カム軸の位相を目標値に確実に変更することができ、ひいてはバルブタイミング制御を適正に実施することができる。

具体的には、請求項２に記載の発明のように、前記位相制御手段が、前記モータの通電方向を、前記回転位相を前記目標値に変化させているときの通電方向に対して反転させることで前記回転位相を一時的に前記逆方向に制御するとよい。モータの通電方向を反転することでカム軸を積極的に逆回転させることにより、カム軸のロック状態発生時においてロック解除を確実に行うことができる。

ロック状態の発生頻度やロック解除のし難さ等には個体差があり、その個体差に応じた態様でロック解除を行うのが望ましい。したがって、請求項３に記載の発明のように、前記回転位相の前記逆方向への変更量を可変に設定する変更量設定手段を備え、前記位相制御手段が、前記変更量設定手段により設定した変更量に基づいて前記回転位相を前記逆方向に制御してもよい。具体的には、例えば、今回又は過去のエンジン停止後におけるロック発生回数やロック解除の実施回数等のロック状態に関する情報に基づいて逆方向への変更量を設定する。このとき、逆方向への変更量は、例えばモータの通電量や通電時間により変更する。

請求項４に記載の発明では、前記位相制御手段による前記回転位相の前記逆方向への制御後、同回転位相を前記目標値に変更する場合、その変更の開始当初において前記モータの通電量を所定の増量値に一時的に増量する通電増量制御を実施する。すなわち、この構成では、ロック発生時においてカム軸を逆回転させた後、モータの出力を適度にかつ瞬時に大きくして可変バルブタイミング装置を作動させる。これにより、ロック解除を確実に行うことができる。所定の増量値について具体的には、例えば、回転位相の目標値への変更においてフィードバック制御を実施する場合、そのフィードバック制御による制御量よりも大きい制御量とする。

請求項５に記載の発明では、前記ロック状態に関する情報及び該ロック状態の解除に関する情報としてロック情報を記憶する記憶手段を備え、前記位相制御手段が、前記記憶手段に記憶されている過去のロック情報に基づいて前記回転位相を前記逆方向に制御する。こうすることにより、過去の情報に基づいて、ロック状態の発生頻度やロック解除のし難さ等の個体差をロック解除制御に反映させることができ、ロック解除を確実に行う上で好適である。具体的には、例えば、過去のエンジン停止後におけるカム軸の逆回転量に基づいて、今回のエンジン停止後におけるロック解除のためのカム軸の逆回転を実施する。

バルブタイミング制御システムの全体概略を示す構成図。 可変バルブタイミング装置の概略構成図。 吸気側カム軸のロック時及びロック解除を説明するためのタイムチャート。 吸気側カム軸の位相制御を示すフローチャート。 停止後基本制御を示すサブルーチン。

以下、本発明を具体化した実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、内燃機関であるエンジンの吸気バルブを対象にバルブタイミング制御システムを構築するものとしている。当該制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢としてバルブタイミング制御を実施する。この制御システムの全体概略構成図を図１に示す。

エンジン１１において、同エンジン１１の出力軸であるクランク軸１２は、タイミングチェーン（又はタイミングベルト）１３を介して吸気側カム軸１６のスプロケット１４及び排気側カム軸１７のスプロケット１５に連結されている。これにより、エンジン１１の動力が、タイミングチェーン１３及びスプロケット１４，１５を介して吸気側カム軸１６及び排気側カム軸１７に伝達される。そして、エンジン１１の駆動によりクランク軸１２が回転すると、その回転に伴い吸気側カム軸１６、排気側カム軸１７が回転するとともに、カム軸１６，１７に取り付けられた図示しないカムが回転する。このカムの回転により、カムの突起部分（カム山）が、バルブスプリングの付勢力に抗して吸気バルブ及び排気バルブ（図示略）を押し下げる。これにより、吸気バルブ及び排気バルブが閉弁状態から開弁状態になる。

吸気バルブには、電動式の可変バルブタイミング装置１８が設けられている。この可変バルブタイミング装置１８により、クランク軸１２に対する吸気側カム軸１６の回転位相（カム軸位相）が変更されて吸気バルブの開閉タイミング（バルブタイミング）が変更される。

図２は、電動式の可変バルブタイミング装置１８の概略構成を示す図である。図２において、吸気側カム軸１６には位相可変機構２１が取り付けられている。位相可変機構２１は、吸気側カム軸１６に取り付けられた外歯付きのインナギヤ２２（第１のギヤ）と、インナギヤ２２の外周側に配置された内歯付きのアウタギヤ２３（第２のギヤ）と、これらインナギヤ２２とアウタギヤ２３との間に両者に噛み合うように配置された遊星ギヤ２４（位相可変ギヤ）とから構成されている。これらのうち、インナギヤ２２及びアウタギヤ２３は、吸気側カム軸１６に対して同心状に設けられている。また、アウタギヤ２３については、吸気側スプロケット１４と一体に回転可能になっている。

可変バルブタイミング装置１８には、遊星ギヤ２４の旋回速度を可変にするためのモータ２６が設けられている。モータ２６の回転軸２７は、吸気側カム軸１６、インナギヤ２２及びアウタギヤ２３と同軸上に配置されており、その回転軸２７と遊星ギヤ２４の支持軸２５とが径方向に延びる連結部材２８を介して連結されている。これにより、モータ２６の回転に伴って、遊星ギヤ２４が支持軸２５を中心に回転（自転）しながらインナギヤ２２の外周を旋回（公転）可能になっている。

位相可変機構２１において、遊星ギヤ２４がインナギヤ２２とアウタギヤ２３とに噛み合った状態でインナギヤ２２の外周を旋回すると、アウタギヤ２３の回転力が、遊星ギヤ２４を介してインナギヤ２２に伝達される。また、インナギヤ２２の回転速度（吸気側カム軸１６の回転速度）に対する遊星ギヤ２４の旋回速度（公転速度）が変化されることで、アウタギヤ２３に対するインナギヤ２２の回転位相（カム軸位相）が変更される。

詳しくは、モータ２６の非通電時では、モータ２６の回転軸２７がアウタギヤ２３と同期して回転されてモータ２６の回転速度がアウタギヤ２３の回転速度に一致される。これにより、アウタギヤ２３に対するインナギヤ２２の回転位相が現状維持され、バルブタイミング（カム軸位相）が現状維持される。

これに対し、モータ２６の通電によりモータ２６の回転速度がアウタギヤ２３の回転速度に対して変化されると、遊星ギヤ２４の旋回速度がアウタギヤ２３の回転速度に対して変化され、アウタギヤ２３に対するインナギヤ２２の回転位相が変更される。これにより、バルブタイミングが変更される。

例えば、バルブタイミングを進角する場合には、モータ２６の回転速度をアウタギヤ２３の回転速度よりも速くして、遊星ギヤ２４の旋回速度をアウタギヤ２３の回転速度よりも速くする。これにより、アウタギヤ２３に対するインナギヤ２２の回転位相を進角してバルブタイミングを進角する。

一方、バルブタイミングを遅角する場合には、モータ２６の回転速度をアウタギヤ２３の回転速度よりも遅くして、遊星ギヤ２４の旋回速度をアウタギヤ２３の回転速度よりも遅くする。これにより、アウタギヤ２３に対するインナギヤ２２の回転位相を遅角してバルブタイミングを遅角する。

なお、可変バルブタイミング装置１８は、定常時に吸気側カム軸１６をクランク軸１２の回転速度の１／２の回転で駆動するようにインナギヤ２２とアウタギヤ２３と遊星ギヤ２４とが構成されている。そして、クランク軸１２の回転速度の１／２の回転速度（定常的には、クランク軸１２の回転速度の１／２＝吸気側カム軸１６の回転速度）に対してモータ２６の回転速度を調整することで、吸気バルブのバルブタイミング（カム軸位相）を変化させている。

図１の説明に戻り、その他、本システムには、吸気側カム軸１６に対向する位置に、所定のカム角毎にカム角信号を出力するカム角センサ１９が設けられており、クランク軸１２に対向する位置に、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ２０が設けられている。また、モータ２６の回転軸２７（図２参照）付近には、モータ２６の回転に同期して所定回転角毎にモータ回転角信号を出力するモータ回転角センサ２９が設けられている。このモータ回転角センサ２９の出力信号により、モータ２６の回転角を検出可能になっている。

ＥＣＵ３０は、周知のマイクロコンピュータ等を備えてなる電子制御装置であり、本システムに設けられている各種センサの検出結果等に基づいて、燃料噴射量制御や点火制御、バルブタイミング制御などの各種エンジン制御を実施する。

バルブタイミング制御について詳しくは、ＥＣＵ３０は、例えばカム角センサ１９及びクランク角センサ２０の出力信号に基づいて、クランク軸１２に対するカム軸１６の回転位相（実カム軸位相）を算出する。また、エンジン運転条件に応じて目標カム軸位相を算出する。そして、その目標カム軸位相（目標バルブタイミング）と実カム軸位相（実バルブタイミング）との偏差及びエンジン回転速度に基づいて目標モータ回転速度を算出し、その算出した目標モータ回転速度の信号と実モータ回転速度との偏差に基づくフィードバック制御によりモータ２６の通電デューティ比（通電制御量）を算出する。ＥＣＵ３０は、その算出した通電デューティ比をモータ駆動制御回路（以下「ＥＤＵ」と表す）３１に出力する。また、ＥＤＵ３１は、その入力した通電デューティ比に基づいてモータ２６の通電を制御する。なお、ＥＤＵ３１の機能をＥＣＵ３０に組み込むようにしてもよい。

ここで、エンジン始動時のバルブタイミングの最適値はエンジン１１の温度（エンジン水温）に応じて異なり、エンジン水温が低いほど最適タイミングが進角側になる。そのため、ＩＧスイッチのオフに伴いエンジン停止した後、次回のエンジン始動の際に始動時水温（特に冷間始動時の水温）に応じたバルブタイミングに設定されていない場合にはエンジンを始動できないことが考えられる。

これに鑑み、本システムでは、エンジン運転中に加え、ＩＧオフに伴うエンジン停止後においてバルブタイミングの変更を実施している。具体的には、ＩＧオフに伴うエンジン停止後にモータ２６を駆動させることにより、次回のエンジン始動が冷間時に行われる場合に備えてバルブタイミングを冷間始動時に適した位置に変更している。これにより、ＩＧスイッチのオフ後において、次回、エンジン１１を確実に始動できるようにしている。

なお、エンジン停止後での実カム軸位相の算出はモータ回転角センサ２９の出力信号に基づいて行う。具体的には、ＥＣＵ３０は、エンジン停止直前における実カム軸位相を、カム角センサ１９及びクランク角センサ２０の出力信号に基づいて算出する。また、モータ回転角センサ２９の出力に基づいて、エンジン停止後におけるモータ２６の作動量を算出する。そして、エンジン停止直前における実カム軸位相と、エンジン停止後におけるモータ作動量とから、エンジン停止後における実カム軸位相を算出する。

ところで、エンジン停止後にバルブタイミングを変更する場合、モータ２６の駆動によりカム軸１６を回転停止状態から作動させる必要がある。そのため、エンジン停止後では、可変バルブタイミング装置１８によるカム軸１６の回転位相の変更（バルブタイミングの変更）に際し、位相可変機構２１の各ギヤ同士の噛み合い状態やバルブスプリング等の影響がエンジン運転中よりも大きくなることが考えられる。よって、エンジン停止後の位相変更では、その変更途中でクランク軸１２に対するカム軸１６の回転位相の変化が停止してしまう状態（ロックした状態）が発生することが懸念される。

より具体的には、位相可変機構２１の各ギヤ（インナギヤ２２、アウタギヤ２３、遊星ギヤ２４）には、例えば製造工程における各ギヤ歯の加工誤差や熱処理によるひずみが生じていることがある。そのため、ギヤ同士の回転方向における位置関係によっては、互いのギヤのひずみに起因してギヤ同士の噛み合い状態が悪く、モータ２６の回転力がカム軸１６に一時的に伝達されにくくなることが考えられる。かかる場合、カム軸１６を回転させるためのモータ２６の出力トルクが不足し、その結果、ロック状態が生じやすくなることが考えられる。

また、可変バルブタイミング装置１８によりカム軸１６をクランク軸１２に対して回転させる場合、吸気バルブをバルブスプリングの付勢力に抗して変位させる、すなわちカム軸１６に取り付けられたカムのカム山を乗り越えることが必要になることがある。このとき、エンジン停止後では、クランク軸１２の回転が停止しているため、エンジン運転中に比べてバルブスプリングを押し縮めるための負荷が大きくなる。かかる場合、カム軸１６の回転時にカム山を乗り越えることができず、これによりクランク軸１２に対するカム軸１６の回転位相の変化が停止してしまうロック状態が発生することが考えられる。このような種々の要因によって吸気側カム軸１６のロック状態が発生した場合には、バルブタイミングを所望のタイミング（例えば冷間始動時に最適なバルブタイミング）に変更することができず、その結果、次回のエンジン始動の際の始動性が低下することが懸念される。

そこで、本実施形態では、エンジン停止後のバルブタイミング制御に際し、吸気側カム軸１６における実カム軸位相の目標カム軸位相への変更途中にカム軸位相の変化が停止してしまうロック状態が発生したか否かを検出する。そして、吸気側カム軸１６のロック状態が発生したことが検出された場合に、カム軸位相を目標カム軸位相への変化方向とは逆方向に一時的に制御するロック解除制御を実施する。また、そのロック解除制御の実施後、再びカム軸位相を目標カム軸位相への変化方向に制御する。より具体的には、吸気側カム軸１６のロック状態が検出された場合に、モータ２６の通電方向を反転することでカム軸１６を一旦逆回転させ、その後、通電方向を元に戻すことにより、ロック状態を確実に解除するようにしている。

図３は、エンジン停止後のバルブタイミング制御の具体的態様を示すタイムチャートである。図中、（ａ）はカム軸位相の変更の際に吸気側カム軸１６のロック状態が発生していない正常時の場合を示し、（ｂ）はカム軸位相の変更途中で吸気側カム軸１６のロック状態が発生した場合を示す。

図３では、エンジン停止時において、カム軸位相が例えば最遅角位置θ１に設定されている。この状態において、目標カム軸位相が、例えばエンジン冷間始動時の最適位相θ２（最遅角位置θ１よりも例えば５０〜７０°ＣＡだけ進角側の値）に変更されると、図３（ａ）に示すように、そのタイミングｔ１１で通電増量制御を実行する。また、モータ２６の通電開始に伴い通電カウンタＣＥのカウントを開始する。

この通電増量制御では、モータ２６の通電デューティ比Ｄｕｔｙが増量値Ｄ(Ini)に設定される。本制御では、増量値Ｄ(Ini)を、同通電増量制御に引き続き実施されるフィードバック制御による制御量よりも大きくしてあり、詳しくは、カム軸１６や可変バルブタイミング装置１８に作用する静止摩擦力に打ち勝ってカム軸１６を回転可能とするのに必要なトルクを出力する通電デューディ比（例えば８０％以上の通電デューティ比）にしてある。

通電増量制御を開始してから所定時間Ｔ１が経過し、通電カウンタＣＥが所定値Ｋ１になると、そのタイミングｔ１２で、実カム軸位相を目標カム軸位相に一致させるべく、モータ２６の通電デューティ比のフィードバック制御を開始する。具体的には、まずタイミングｔ１２で通電デューディ比をフィードバック制御の初期値Ｄ(FBini)に設定し、その後、例えば積分項を用いたフィードバック制御を実行する。また、タイミングｔ１３で実カム軸位相が目標カム軸位相に一致した場合に、フィードバック制御を終了してモータ２６の通電を停止する。

次に、実カム軸位相を目標値に制御している途中でカム軸位相のロック状態が発生した場合について説明する。図３（ｂ）において、タイミングｔ２１でモータ２６の通電制御が開始され、通電デューティ比のフィードバック制御実行中のタイミングｔ２２以降でカム軸位相が変化しなくなるロック状態が生じたとする。この場合、タイミングｔ２２でロックカウンタＣＲのカウントを開始する。そして、ロックカウンタＣＲが判定値Ｋ２に達すると、そのタイミングｔ２３で、カム軸位相を目標値への変化方向とは逆方向に変化させるべく、モータ２６の通電方向を反転する。

具体的には、本制御では、カム軸位相の目標値として、最終的な制御目標値Ｍｔｇとは別に、所定周期の繰り返し処理において都度用いる仮目標値Ｎｔｇを設定することとしている。そして、ロック状態が発生していない通常時には、制御目標値Ｍｔｇ（図中の実線）を仮目標値Ｎｔｇとして用い、ロック発生時には、ロック発生時用の仮目標値Ｎｔｇ（図中の一点鎖線）によりカム軸位相を制御している。本実施形態では、ロック発生時用の仮目標値Ｎｔｇとして、そのときのカム軸位相に対して所定の変更量Δθ（例えば１０°ＣＡ）だけ遅角側の値を設定する。また、仮目標値Ｎｔｇの設定後のタイミングｔ２３以降において、実カム軸位相を仮目標値Ｎｔｇに一致させるべく、通電デューティ比を負電流のデューティ比、ここでは負の所定値（例えば−Ｄ(Ini)）に切り替える。

仮目標値Ｎｔｇへの制御期間では、通電デューディ比をまず負の所定値（図３（ｂ）では−Ｄ(Ini)）で所定時間Ｔ２保持し、これに引き続いて通電デューティ比のフィードバック制御を実施する。すなわち、タイミングｔ２３で通電カウンタＣＥを一旦ゼロにリセットし、そのタイミングｔ２３で再び通電カウンタＣＥのカウントを開始する。その後、通電カウンタＣＥが判定値Ｋ３（本実施形態ではＫ３＝Ｋ１）になったタイミングでフィードバック制御を開始する。

なお、本実施形態において、負の所定値は、フィードバック制御による制御量よりも負側に大きい制御量となっている。また、所定時間Ｔ２は、目標値Ｍｔｇによる制御時（通電増量制御時）における所定時間Ｔ１と同じ時間としたが、異なる時間としてもよい。

そして、実カム軸位相が仮目標値Ｎｔｇに達すると、そのタイミングｔ２４で仮目標値Ｎｔｇが制御目標値Ｍｔｇに変更される。また、モータ２６の通電デューティ比を正電流のデューティ比である増量値Ｄ(Ini)に変更し、所定時間Ｔ１だけこれを継続する。すなわち、吸気側カム軸１６のロック状態が検出された場合には、一旦、吸気側カム軸１６の回転方向を反転させ、その後、回転方向を再度制御目標値Ｍｔｇへの変化方向（正転）に一気に切り換える。本実施形態では、このカム軸１６の反転から正転への切り換えによって回転に勢いをつけることで、吸気側カム軸１６のロック状態が解除されるようにしている。

上記制御によりロック状態が解消された後、実カム軸位相を目標値に制御している最中に再度ロック状態の発生が検出された場合には、そのタイミングｔ２５で、カム軸位相の仮目標値Ｎｔｇをロック発生時用に変更するとともに、通電デューディ比を負電流のデューティ比に切り替える。またその後、カム軸の回転方向を戻すことにより、回転方向の変更に伴う回転の勢いによってロック状態が解消される。このように、カム軸位相の目標値への制御途中にロック状態が発生した場合、その発生時においてロック解除制御を実施することにより、最終的にカム軸位相が制御目標値Ｍｔｇに一致される。

なお、図３では、エンジン停止直後のカム軸位相に対して制御目標値Ｍｔｇが進角側にある場合、すなわちカム軸位相を遅角側から進角側に変更する場合について説明したが、エンジン停止直後のカム軸位相に対して制御目標値Ｍｔｇが遅角側にある場合、すなわちカム軸位相を進角側から遅角側に変更する場合についても同様のことが言える。この場合、ロック発生時用の仮目標値Ｎｔｇとして、実カム軸位相に対して変更量Δθ（例えば１０°ＣＡ）だけ進角側の値を設定する。

次に、本システムの吸気側カム軸１６の位相制御について、図４のフローチャートを用いて説明する。本処理は、ＥＣＵ３０により所定周期毎に実行される。なお、本システムでは、図示しないイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）のオフ後において電源ラインのメインリレーをオンすることによりＥＣＵ３０やモータ２６等へ通電可能になっており、同メインリレーにより以下の図４の処理が実行される。

図４において、まずステップＳ１０１では、エンジン１１の停止後であるか否かを判定し、エンジン運転中であればステップＳ１０２へ進み、エンジン運転中の位相制御を実行する。このエンジン運転中の位相制御では、制御目標値Ｍｔｇと実カム軸位相θｒｅとの偏差及びエンジン回転速度に基づいて目標モータ回転速度を演算し、その目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差に基づいてモータ２６のデューティ比をフィードバック制御する。

エンジン１１の停止後であれば、ステップＳ１０３へ進み、吸気側カム軸１６のロック状態を解除するための制御であるロック解除制御を実行中か否かを判定する。ロック解除制御の実行中でない場合にはステップＳ１０４へ進み、吸気カム軸１６のロック状態が発生しているか否かを判定する。

吸気カム軸１６のロック状態の判定について本実施形態では、モータ回転角センサ２９の出力信号に基づいて行う。具体的には、モータ回転角センサ２９の出力に基づきモータ２６の回転変化量（カム軸位相の変化速度）を算出し、その算出した回転変化量が所定値以下の場合に吸気カム軸１６の回転変化が停止又はほぼ停止した状態であるロック状態であると判定する。

なお、モータ２６の通電デューティ比のフィードバック制御中であれば、積分項ＦＢＩのゲインをカム軸位相の変化速度に応じて可変にするようにしておき、そのゲインに基づいてロック状態の有無を判定してもよい。

さて、吸気カム軸１６のロック状態が発生していない場合にはステップＳ１０５へ進み、カム軸位相の仮目標値Ｎｔｇとして制御目標値Ｍｔｇを設定する。また、ステップＳ１０６において、エンジン停止後における基本制御（停止後基本制御）を実施する。

図５は、吸気側カム軸１６の位相制御における停止後基本制御を示すサブルーチンである。図５において、ステップＳ２０１では、エンジン停止直前の実カム軸位相と、モータ回転角センサ２９の出力に基づき検出されるエンジン停止後のカム軸回転量とから、エンジン停止後における実カム軸位相θｒｅを算出し、その算出した実カム軸位相θｒｅと制御目標値Ｍｔｇとの差の絶対値が所定値よりも大きいか否かを判定する。

実カム軸位相θｒｅと制御目標値Ｍｔｇとの差の絶対値が所定値よりも大きい場合にはステップＳ２０２へ進み、通電カウンタＣＥが判定値Ｋ１よりも小さいか否かを判定する。通電カウンタＣＥが判定値Ｋ１よりも小さい場合には、ステップＳ２０３〜Ｓ２０５において通電増量制御を実行する。

通電増量制御について具体的には、まずステップＳ２０３で、通電カウンタＣＥを所定値（本処理では値１）だけカウントアップし、続くステップＳ２０４で、通電デューティ比Ｄｕｔｙを増量値Ｄ（Ini）に設定する。その後、ステップＳ２０５へ進み、その設定した通電デューティ比Ｄｕｔｙ（増量値Ｄ（Ini））でモータ２６の通電制御を実施するようＥＤＵ３１に指令する。

通電カウンタＣＥが判定値Ｋ１以上の場合には、ステップＳ２０６において、通電カウンタＣＥが判定値Ｋ１であるか否かを判定する。通電カウンタＣＥが判定値Ｋ１の場合にはステップＳ２０７へ進み、通電増量制御を開始してから所定時間Ｔ１が経過したと判断してフィードバック制御に移行する。

具体的には、まずステップＳ２０７で通電カウンタＣＥを値１だけカウントアップし、ステップＳ２０８でフィードバック制御における通電デューティ比の初期値Ｄ（FBini）を設定する。初期値Ｄ（FBini）について本実施形態では、通電増量制御中のカム軸位相の実変化速度に応じて設定することとしている。このとき、通電増量制御中のカム軸位相の変化速度が小さいほど（可変バルブタイミング装置１８の負荷トルクが大きいほど）、初期値Ｄ（FBini）が大きくなるように設定する。なお、通電増量制御中のカム軸位相の変化速度は、例えば、通電増制御の実行期間中の実カム軸位相の変化量をその実行期間で除算して求める。その後、ステップＳ２０５へ進み、その設定した通電デューティ比Ｄｕｔｙ（初期値Ｄ（FBini））でモータ２６の通電制御を実施するようＥＤＵ３１に指令する。

また、通電カウンタＣＥが判定値Ｋ１よりも大きい場合には、ステップＳ２０９へ進み、現在のカム軸位相の実変化速度と目標変化速度との偏差を算出し、その算出した偏差に応じてフィードバック制御における積分項ＦＢＩを算出する。このとき、本実施形態では、積分項ＦＢＩの算出に用いる積分ゲインを、通電増量制御中のカム軸位相の実変化速度に応じて設定する。その際、通電増量制御中のカム軸位相の実変化速度が小さいほど（可変バルブタイミング装置１８の負荷トルクが大きいほど）、積分ゲインを大きくする。

なお、現在のカム軸位相の実変化速度と目標変化速度との偏差を算出する場合、カム軸位相の目標変化速度を予め設定した所定値に固定して演算処理を簡略化してもよい。あるいは、現在の実カム軸位相と目標カム軸位相との偏差に応じてカム軸位相の目標変化速度を設定してもよい。その際、例えば、実カム軸位相と目標カム軸位相との偏差が小さいほど、カム軸位相の目標変化速度を小さくする。また、積分項ＦＢＩを算出するのにあたり、現在のカム軸位相の実変化速度と目標変化速度との偏差、及び通電増量制御中のカム軸位相の実変化速度に応じて積分項ＦＢＩを算出してもよい。

ステップＳ２１０では、前回の通電デューティ比Ｄｕｔｙ（I-1）に積分項ＦＢＩを加算して今回の通電デューティ比Ｄｕｔｙ（I）を算出する。その後、ステップＳ２０５へ進み、設定した通電デューティ比Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ（I））でモータ２６の通電制御を実施するようＥＤＵ３１に指令する。

そして、実カム軸位相θｒｅと制御目標値Ｍｔｇとの差の絶対値が所定値以下になると、ステップＳ２０１で否定判定されてステップＳ２１１に進む。ステップＳ２１１では、モータ２６の通電デューティ比Ｄｕｔｙをゼロに設定するとともに、通電カウンタＣＥをゼロにリセットする。こうしてカム軸位相が目標値に一致する。

図４の説明に戻り、カム軸位相の目標値Ｍｔｇへの制御途中で吸気側カム軸１６が制御目標値Ｍｔｇへの変化方向にそれ以上動かなくなるロック状態が発生すると、ステップＳ１０４で肯定判定されてステップＳ１０７以降の処理を実行する。具体的には、まずステップＳ１０７において、ロックカウンタＣＲを値１だけカウントアップし、ステップＳ１０８で、ロックカウンタＣＲが判定値Ｋ２よりも大きいか否かを判定する。

ロックカウンタＣＲが判定値Ｋ２以下の場合にはそのまま本ルーチンを終了する。一方、ロックカウンタＣＲが判定値Ｋ２よりも大きくなると、ステップＳ１０９へ進み、仮目標値Ｎｔｇとして、目標値Ｍｔｇへの変化方向とは逆方向に実カム軸位相θｒｅから変更量Δθ（例えば１０°ＣＡ）だけ離れた角度を設定する。また、通電カウンタＣＥ及びロックカウンタＣＲをゼロにリセットする。

なお、図４中では、制御目標値Ｍｔｇを基準にカム軸位相を示しており、制御目標値Ｍｔｇから離れる方向を負の符号で表し、制御目標値Ｍｔｇに近づく方向を正の符号で表している。したがって、ステップＳ１０９における式（仮目標値Ｎｔｇ＝実カム軸位相θｒｅ−変更量Δθ）について、制御目標値Ｍｔｇがエンジン停止直後のカム軸位相に対して進角側の場合には、実カム軸位相θｒｅよりも変更量Δθだけ遅角側の値を仮目標値Ｎｔｇとする。これに対し、制御目標値Ｍｔｇがエンジン停止直後のカム軸位相に対して進角側の場合には、実カム軸位相θｒｅよりも変更量Δθだけ進角側の値を仮目標値Ｎｔｇとする。

さて、ステップＳ１１０では、実カム軸位相θｒｅが仮目標値Ｎｔｇに達したか否かを判定する。そして、実カム軸位相θｒｅが仮目標値Ｎｔｇに達していない場合にはステップＳ１１１へ進み、通電カウンタＣＥが判定値Ｋ３よりも小さいか否かを判定し、判定値Ｋ３よりも小さい場合にはステップＳ１１２へ進む。

ステップＳ１１２では、通電カウンタＣＥを所定値（本処理では値１）だけカウントアップする。また、ステップＳ１１３では、通電デューティ比Ｄｕｔｙを、実カム軸位相θｒｅを制御目標値Ｍｔｇへ変化させる方向とは正負逆の通電方向の値に設定する。具体的には、例えば、通電増量制御における増量値Ｄ(Ini)と同じ大きさの負電流のデューティ比である−Ｄ(Ini)とする。あるいは固定値としてもよい。その後、ステップＳ１１４へ進み、設定した通電デューティ比Ｄｕｔｙ（例えば−Ｄ(Ini)）でモータ２６の通電制御を実施するようＥＤＵ３１に指令する。

一方、通電カウンタＣＥが判定値Ｋ３以上の場合には、ステップＳ１１５において、通電カウンタＣＥが判定値Ｋ３であるか否かを判定する。通電カウンタＣＥが判定値Ｋ３の場合には、ステップＳ１１６へ進みフィードバック制御に移行する。すなわち、ステップＳ１１６で通電カウンタＣＥを値１だけカウントアップし、ステップＳ１１７でフィードバック制御における通電デューティ比の初期値Ｄ（FBini）を設定する。本実施形態では、例えば、通電増量制御後のフィードバック制御における初期値Ｄ（FBini）と同じ大きさの負電流のデューティ比である−Ｄ（FBini）とする。あるいは固定値としてもよい。その後、ステップＳ１１４へ進み、設定した通電デューティ比Ｄｕｔｙ（−Ｄ（FBini））でモータ２６の通電制御を実施する。

また、通電カウンタＣＥが判定値Ｋ３よりも大きい場合には、ステップＳ１１８へ進み、フィードバック制御における積分項ＦＢＩを算出する。本実施形態では、通電増量制御後のフィードバック制御と同様の処理にて積分項ＦＢＩを算出する。また、ステップＳ１１９では、前回の通電デューティ比Ｄｕｔｙ（I-1）に積分項ＦＢＩを加算して今回の通電デューティ比Ｄｕｔｙ（I）を算出する。その後、ステップＳ１１４へ進み、設定した通電デューティ比Ｄｕｔｙ（Ｄｕｔｙ（I））でモータ２６の通電制御を実施するようＥＤＵ３１に指令する。

以上詳述した実施形態によれば以下の優れた効果が得られる。

エンジン停止後のバルブタイミング制御に際し、吸気側カム軸１６における実カム軸位相の目標カム軸位相への変更途中にカム軸位相の変化が停止してしまうロック状態が発生したか否かを検出し、同ロック状態が発生したことが検出された場合に、カム軸位相を目標カム軸位相への変化方向とは逆方向に一時的に制御する、具体的には、モータ２６の通電方向を反転することでカム軸１６を一旦逆回転させるロック解除制御を実施する構成としたため、その後、カム軸１６の回転位相を目標値への変化方向に回転させたときに、そのカム軸１６の反転に伴う回転の勢いによってロック状態を解除することができる。したがって、カム軸１６の位相を目標値に確実に変更することができ、ひいてはバルブタイミング制御を適正に実施することができる。

ロック解除制御によりカム軸１６を一旦逆回転させた後、元の回転方向に戻す際、その回転方向の変更の開始当初においてモータ２６の通電量を所定の増量値Ｄ(Ini)に一時的に増量する構成としたため、カム軸１６の反転から正転への移行の際にモータ２６の出力が適度にかつ瞬時に大きくなる。これにより、ロック解除を確実に行うことができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・吸気側カム軸１６のロック状態を検出した場合のロック解除制御において、カム軸位相の変更量Δθを可変に設定する。具体的には、例えば、今回のエンジン停止後におけるロック解除制御の実施回数に応じてモータ２６の通電量を可変に設定する。より具体的には、今回のエンジン停止後、最初のロック状態発生時には第１通電量Ｄ１でロック解除制御を実施し、そのロック解除後、再度ロック状態が発生した場合に、第１通電量Ｄ１よりも大きい第２通電量Ｄ２でロック解除制御を実施する。これにより、原則としてロック発生がまれであるとして、ロック解除の通電量を最初は比較的小さくしておき、必要に応じてロック解除の際の通電量を大きくすることで、好適なロック解除制御を行いつつもモータ２６への過剰な通電を抑制することができ、消費電力の抑制を図ることができる。

あるいは、モータ２６の通電方向を一時的に反転する反転時間を可変に設定する。具体的には、今回のエンジン停止後におけるロック解除制御の実施回数に応じて、その反転時間を可変に設定する。このとき、今回のエンジン停止後、最初のロック発生時よりも２回目以降のロック発生時において反転時間を長くする。これにより、必要に応じてロック解除のための通電方向の反転時間を長くすることができ、ロック状態に相応したロック解除を行いつつもモータ２６への過剰な通電を抑制することができる。

・上記実施形態では、モータ２６の通電方向を、カム軸位相を目標値に変化させているときの通電方向に対して反転させることでカム軸位相を一時的に逆方向に変化させる構成としたが、モータ２６の通電方向はそのままにしてモータ通電量を減少させるか、又はモータ２６の通電量をゼロにすることでカム軸位相を一時的に逆方向に変化させる構成としてもよい。モータ通電によるカム軸位相の変更途中においてカム軸位相をその位相で保持する場合、位相を保持するための保持電流が必要になることが考えられる。かかる場合、モータ通電量を今現在よりも減少させることにより、カム軸位相を目標値への変化方向とは逆方向に変更可能と考えられる。したがって、本構成によってもロック解除を実施可能と言える。この場合、モータ２６の通電方向を逆方向にする場合よりもロック解除の確実性は低下するものの、カム軸１６の逆回転に起因するギヤ間の歯打音を抑制できる点で好適である。

・モータ２６の通電方向を逆方向すること、及びモータ２６の通電方向はそのままにしてモータ通電量を減少させるか又はモータ２６の通電量をゼロにすることによりカム軸位相を一時的に逆方向に変化させる構成とし、最初のロック状態発生時にはモータ２６の通電方向はそのままにしてモータ通電量を減少させるか、又はモータ２６の通電量をゼロにすることでロック解除を実施し、再度のロック状態発生時には、モータ２６の通電方向を逆方向にすることでロック解除を実施する。こうすることにより、ギヤ間における歯打音の抑制とロック解除の確実性とのバランスを取りつつロック解除を行うことができる。すなわち、原則としてロック発生がまれであるとして、ロック解除の際の通電方向を最初は変化させず、必要に応じてその通電方向を反転させることで、好適なロック解除制御を行いつつもカム軸１６の逆回転に伴うギヤの歯打音を抑制することができる。

・ロック状態及びそのロック状態の解除に関するロック情報を記憶しておき、その記憶されている過去のロック情報に基づいて、カム軸１６の回転位相を目標値に向かう方向とは逆方向に制御する。ロック状態の発生頻度やロック解除のし難さ等には個体差があり、その個体差に応じた態様でロック解除を行うことにより、ロック解除を適正に実施することができる。例えば、過去のエンジン停止後におけるカム軸１６の逆回転量（変更量Δθ）に基づいて、今回のエンジン停止後におけるロック解除のためのカム軸１６の逆回転を実施する。具体的には、過去のエンジン停止後におけるカム軸１６の変更量Δθを学習値としてバックアップ用メモリに記憶しておく。このとき、ロック解除の可否についても併せて記憶しておくとよい。そして、過去のエンジン停止後において変更量Δθでロック解除できた場合には、今回のエンジン停止後においてもその変更量Δθでロック解除を実施するとよい。一方、過去のエンジン停止後において変更量Δθではロック解除できなかった場合には、今回のエンジン停止後ではその変更量Δθよりも変更量を大きく設定するとよい。

・今回のエンジン停止後において、カム軸位相を目標値Ｍｔｇに制御している途中でロック解除制御の実施回数が判定値に達した場合、その後のロック解除制御を実施しない構成とする。ロック解除制御を複数回行ってもロック解除できない場合、カム軸１６の一時的な反転ではロック解除が困難であることが考えられる。したがって、かかる場合には、その後のロック解除制御を中止することにより、上記ロック解除制御の実施による無駄な電力消費を抑制する。なお、ロック解除制御の実施回数が判定値に達した場合、併せて異常発生の旨をドライバに通知したり、その異常内容をバックアップ用メモリに記憶したりするとよい。

・今回のエンジン停止後において、吸気側カム軸１６のロック状態発生に伴いロック解除制御を実施した場合、その実施後において所定時間経過してもカム軸位相が目標値Ｍｔｇに一致しないときには、その所定時間経過後ではロック解除制御を実施しない構成とする。ロック解除制御（通電方向の反転）を所定時間継続してもロック解除ができない場合には、上記と同様に、カム軸１６の一時的な反転ではロック解除が困難であることが考えられる。したがって、通電方向の反転を所定時間継続してもロック解除できない場合には、通電方向の反転を停止する。このとき、併せて異常発生の旨をドライバに通知したり、その異常内容をバックアップ用メモリに記憶したりするとよい。

・上記実施形態では、位相可変機構２１を介してモータ２６により吸気側カム軸１６の回転を電気的に行う電動式の可変バルブタイミング装置に本発明を適用したが、モータによって駆動される電動ポンプにより油圧回路の油圧を制御することで吸気側カム軸１６の回転を行う油圧式の可変バルブタイミング装置に本発明を適用してもよい。本構成の場合、回転伝達部としての位相可変機構２１が不要となるため、この位相可変機構２１のギヤ歯の噛み合い状態の良否によるロック発生の懸念は軽減されるものの、カム軸のカムがバルブスプリングの付勢力に抗して吸排気バルブを押し下げるときの負荷によりロック発生が生じる可能性がある。故に、油圧式の可変バルブタイミング装置に本発明を適用することにより、カム軸の位相を目標値に確実に変更するといった効果を得ることができる。

・吸気側カム軸１６に可変バルブタイミング装置１８を設けたが、排気側カム軸１７に可変バルブタイミング装置を設け、これについても上記と同様のロック解除制御を実施してもよい。

・モータ２６と吸気側カム軸１６との間に位相可変機構２１を備える可変バルブタイミング装置に本発明を適用したが、モータ２６の駆動によりクランク軸１２に対する吸気側カム軸１６の回転位相を変更可能であれば、位相可変機構２１を備える上記構成に限定しない。例えば、モータ２６と吸気側カム軸１６との間に、アームにより構成されるリンク機構やガイドプレートを備える可変バルブタイミング装置に本発明を適用してもよい。

１１…エンジン、１２…クランク軸、１６…吸気側カム軸、１８…可変バルブタイミング装置、１９…カム角センサ、２０…クランク角センサ、２６…モータ、２９…モータ回転角センサ、３０…ＥＣＵ（目標値制御手段、ロック検出手段、位相制御手段、変更量設定手段、記憶手段）。

Claims (5)

1. モータ駆動に伴い発生する回転力を内燃機関のカム軸側に伝達し、それにより前記内燃機関のクランク軸に対する前記カム軸の回転位相を変化させる可変バルブタイミング装置に適用され、
   前記モータの通電制御により前記内燃機関の吸気弁及び排気弁の少なくともいずれかの開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング制御装置において、
   前記内燃機関の停止後において、前記回転位相を目標値に制御する目標値制御手段と、
   前記目標値制御手段による前記回転位相の前記目標値への変化中に、同回転位相の変化が停止又はほぼ停止した状態であるロック状態が発生したことを検出するロック検出手段と、
   前記ロック検出手段により前記ロック状態が発生したことを検出した場合に、前記回転位相を前記目標値への変化方向とは逆方向に一時的に制御する位相制御手段と、
   を備えることを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
2. 前記位相制御手段は、前記モータの通電方向を、前記回転位相を前記目標値に変化させているときの通電方向に対して反転させることで前記回転位相を一時的に前記逆方向に制御する請求項１に記載の可変バルブタイミング制御装置。
3. 前記回転位相の前記逆方向への変更量を可変に設定する変更量設定手段を備え、
   前記位相制御手段は、前記変更量設定手段により設定した変更量に基づいて前記回転位相を前記逆方向に制御する請求項１又は２に記載の可変バルブタイミング制御装置。
4. 前記位相制御手段による前記回転位相の前記逆方向への制御後、同回転位相を前記目標値に変更する場合、その変更の開始当初において前記モータの通電量を所定の増量値に一時的に増量する通電増量制御を実施する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の可変バルブタイミング制御装置。
5. 前記ロック状態に関する情報及び該ロック状態の解除に関する情報としてロック情報を記憶する記憶手段を備え、
   前記位相制御手段は、前記記憶手段に記憶されている過去のロック情報に基づいて前記回転位相を前記逆方向に制御する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の可変バルブタイミング制御装置。

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