JP2013194642A

JP2013194642A - 可変バルブタイミング機構の制御装置

Info

Publication number: JP2013194642A
Application number: JP2012063832A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Matsuo; 宣彦松尾; Kentaro Mikawa; 謙太郎三河
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2013-09-30
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: JP5851898B2; CN103321703B; KR102039564B1; US9046010B2; US20130247850A1; KR20130107222A; CN103321703A; DE102013004969A1

Abstract

【課題】可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）の消費電力を抑制する。
【解決手段】カムトルクの交番周波数がＶＴＣの駆動周波数以下となるエンジン低回転域において、カムシャフトの回転に伴うバルブスプリングの反力などからなる交番トルク（カムトルク）により、バルブタイミングの変更に必要なトルクが電動モータの最大トルクより大きくなると、電動モータの回転が停止する「ロック状態」が発生する。このロック状態が発生した場合には、エンジン運転状態に応じたモータ操作量を、カムトルクに抗して、ＶＴＣの現在角度を維持可能な操作量まで減少させ、この分だけ電力消費を抑制する。
【選択図】図８

Description

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変化させることで、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブタイミング（開閉タイミング）を変更する、可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）の制御装置に関する。

バルブタイミングを任意に変更可能とするため、特開２００８−５７３７１号公報（特許文献１）に記載されるように、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を電動モータで変化させる電動式ＶＴＣが知られている。

特開２００８−５７３７１号公報

ところで、カムシャフトの端部に取り付けられるＶＴＣは、カムシャフトの回転に伴う、バルブスプリングの反力及び可動部の質量による慣性力からなる交番トルク（カムトルク）を受ける。例えば、カムトルクの交番周波数がＶＴＣの駆動周波数以下となるエンジン低回転域においては、カムトルクを平均値として捉えることができるエンジン高回転域とは異なり、バルブタイミングの変更に必要なトルクがモータの最大トルクより大きくなる状態が生じ得る。この場合には、モータの回転が停止する「ロック状態」となり、逆起電力が発生しなくなることに加え、ＶＴＣ角度が目標角度に到達していないため、目標角度へと近づけるべく過大な電流（ロック電流）が発生してしまう。モータがロック状態になると、モータトルクがバルブタイミングの変更に活かされないため、ロック電流による消費電力の増大などを来たしてしまう。

そこで、本発明は、消費電力を抑制した、可変バルブタイミング機構の制御装置を提供することを目的とする。

電動アクチュエータによりカム位相を変更するＶＴＣの制御装置は、エンジン運転状態に基づいて、カムシャフトの回転角度の所定範囲、電動アクチュエータの操作量を減少させる。

ＶＴＣの動作への影響がある場合又は可能性がある場合、カムシャフトの回転角度の所定範囲、電動アクチュエータの操作量が減少するので、消費電力を抑制することができる。

車両用エンジンシステムの構成図である。ＶＴＣの詳細を示す斜視図である。制御プログラムの第１実施例を示すフローチャートである。クランクシャフト及びカムシャフトの回転角度を検出する方法の説明図である。モータ操作量を減少させる方法を示し、（Ａ）〜（Ｄ）は第１〜第４方法の説明図である。モータ操作量を復帰させる方法を示し、（Ａ）〜（Ｄ）は第１〜第４方法の説明図である。従来技術におけるＶＴＣ角度の変更に係る各種状態の説明図である。本提案技術におけるＶＴＣ角度の変更に係る各種状態の説明図である。制御プログラムの第２実施例を示すフローチャートである。制御プログラムの第３実施例を示すフローチャートである。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、本実施形態に係るＶＴＣの制御装置が適用される、車両用エンジンのシステム構成を示す。

エンジン１０は、例えば、直列４気筒ガソリンエンジンであり、各気筒に吸気（吸入空気）を導入するための吸気管１２には、エンジン１０の負荷の一例としての吸気流量Ｑを検出する吸気流量センサ１４が取り付けられている。吸気流量センサ１４としては、例えば、エアフローメータなどの熱線式流量計を使用することができる。なお、エンジン１０の負荷としては、吸気流量Ｑに限らず、例えば、吸気負圧、過給圧力、スロットル開度、アクセル開度など、トルクと密接に関連する状態量を使用することができる。

各気筒の燃焼室１６に吸気を導入する吸気ポート１８には、その開口を開閉する吸気弁２０が配設されている。吸気弁２０の吸気上流に位置する吸気管１２には、吸気ポート１８に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２２が取り付けられている。燃料噴射弁２２は、電磁コイルへの通電によって磁気吸引力が発生すると、スプリングによって閉弁方向に付勢されている弁体がリフトして開弁し、燃料を噴射する、電磁式の噴射弁である。燃料噴射弁２２には、その開弁時間に比例した燃料が噴射されるように、所定圧力に調圧された燃料が供給されている。

燃料噴射弁２２から噴射された燃料は、吸気ポート１８と吸気弁２０との隙間を介して燃焼室１６に吸気と共に導入され、点火プラグ２４の火花点火によって着火燃焼し、その燃焼による圧力がピストン２６をクランクシャフト（図示省略）に向けて押し下げることで、クランクシャフトを回転駆動させる。

また、燃焼室１６から排気を導出する排気ポート２８には、その開口を開閉する排気弁３０が配設され、排気弁３０が開弁することで、排気ポート２８と排気弁３０との隙間を介して、排気が排気管３２へと排出される。排気管３２には、触媒コンバータ３４が配設されており、排気中の有害物質は、触媒コンバータ３４によって無害成分に浄化された後、排気管３２の終端開口から大気中に放出される。ここで、触媒コンバータ３４としては、例えば、排気中のＣＯ（一酸化炭素），ＨＣ（炭化水素）及びＮＯｘ（窒素酸化物）を同時に浄化する三元触媒を使用することができる。

吸気弁２０を開閉駆動する吸気カムシャフト３６の端部には、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト３６の回転位相を変化させることで、吸気弁２０のバルブタイミングを変更するＶＴＣ３８が取り付けられている。ＶＴＣ３８は、図２に示すように、クランクシャフトの回転駆動力を伝達するカムチェーンが巻き回されるカムスプロケット３８Ａと一体化され、減速機が内蔵された電動モータ３８Ｂ（電動アクチュエータ）により、カムスプロケット３８Ａに対して吸気カムシャフト３６を相対回転させることで、バルブタイミングを進角又は遅角させる。ここで、図２において符号３８Ｃで示すものは、電動モータ３８Ｂへ電力を供給するハーネスを接続するためのコネクタである。

なお、ＶＴＣ３８としては、図２に示す構成のものに限らず、電動モータなどの電動アクチュエータによりバルブタイミングを変更可能であれば如何なる構成をなしていてもよい。また、ＶＴＣ３８は、吸気弁２０に限らず、吸気弁２０及び排気弁３０の少なくとも一方に備え付けられていればよい。

燃料噴射弁２２，点火プラグ２４及びＶＴＣ３８は、マイクロコンピュータを内蔵した電子制御装置４０によって制御される。電子制御装置４０は、各種センサからの信号を入力し、予め記憶された制御プログラムに従って、燃料噴射弁２２，点火プラグ２４及びＶＴＣ３８の各操作量を決定し出力する。燃料噴射弁２２による燃料噴射制御においては、例えば、各気筒の吸気行程に合わせて個別の燃料噴射を行う、いわゆる「シーケンシャル噴射制御」が行われる。なお、ＶＴＣ３８の制御は、電子制御装置４０とは異なる別体の電子制御装置で行うようにしてもよい。

電子制御装置４０には、吸気流量センサ１４の信号に加え、エンジン１０の冷却水温度（水温）Ｔｗを検出する水温センサ４２、エンジン１０の回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ４４、クランクシャフトの回転角度（基準位置からの角度）θ_CRKを検出するクランク角度センサ４６、吸気カムシャフト３６の回転角度θ_CAMを検出するカム角度センサ４８の各信号が入力される。

電子制御装置４０は、後述するＶＴＣ３８の制御に加え、次のように、燃料噴射弁２２及び点火プラグ２４を制御する。即ち、電子制御装置４０は、吸気流量センサ１４及び回転速度センサ４４から吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅを夫々読み込み、これらに基いてエンジン運転状態に応じた基本燃料噴射量を算出する。また、電子制御装置４０は、水温センサ４２から水温Ｔｗを読み込み、基本燃料噴射量を水温Ｔｗなどで補正した燃料噴射量を算出する。そして、電子制御装置４０は、エンジン運転状態に応じたタイミングで、燃料噴射量に応じた燃料を燃料噴射弁２２から噴射し、点火プラグ２４を適宜作動させて燃料と吸気との混合気を着火燃焼させる。このとき、電子制御装置４０は、図示省略の空燃比センサから空燃比を読み込み、排気中の空燃比が理論空燃比に近づくように、燃料噴射弁２２をフィードバック制御する。

図３は、エンジン１０が始動されたことを契機として、電子制御装置４０が繰り返し実行する、制御プログラムの第１実施例を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、電子制御装置４０が、エンジン運転状態に応じたＶＴＣ３８の目標角度を算出する。即ち、電子制御装置４０は、吸気流量センサ１４，水温センサ４２及び回転速度センサ４４から、吸気流量Ｑ，水温Ｔｗ及び回転速度Ｎｅを夫々読み込む。そして、電子制御装置４０は、例えば、水温ごとに回転速度及び吸気流量に応じた目標角度が設定されたテーブルを参照し、水温Ｔｗ，回転速度Ｎｅ及び吸気流量Ｑに応じた目標角度を求める。

ステップ２では、電子制御装置４０が、ＶＴＣ３８の実角度（基準位置からの実際の角度）を算出する。即ち、電子制御装置４０は、クランク角度センサ４６及びカム角度センサ４８から、クランクシャフトの回転角度θ_CRK及び吸気カムシャフト３６の回転角度θ_CAMを夫々読み込む。そして、電子制御装置４０は、例えば、吸気カムシャフト３６の回転角度θ_CAMからクランクシャフトの回転角度θ_CRKを減算することで、進角側を正値とした、ＶＴＣ３８の実角度を求める。

ここで、クランク角度センサ４６及びカム角度センサ４８としては、次のようなセンサシステムのいずれかを利用することができる。
第１のセンサシステムは、離散的な所定角度ごとに回転角度を検出するセンサ（以下「センサＡ」という。）を使用したものである。この場合、他の制御で利用しているセンサ信号を流用することでコストが低減するが、特に、エンジン低回転域においては、単位時間当たりの角度検出頻度が低下してしまう欠点がある。

第２のセンサシステムは、単位角度ごとに回転角度を検出するセンサ、要するに、回転角度を連続して出力するセンサ（以下「センサＢ」という。）を使用したものである。この場合、センサ単価が上昇してしまう欠点があるが、エンジン低回転域においても、単位時間当たりの角度検出頻度を高めることができる利点がある。

第３のセンサシステムは、センサＡ及びセンサＢの両方を使用し、図４に示すように、ＶＴＣ３８が要求する角度検出頻度を満たすことができるエンジン回転域ではセンサＡを使用する一方、その角度検出頻度を満たすことができないエンジン回転域ではセンサＢを使用するものである。この場合、エンジン１０の全回転域において、十分な角度検出頻度を得ることができる。

第４のセンサシステムは、センサＡ及びセンサＢの両方を使用し、図４に示すように、ＶＴＣ３８が要求する角度検出頻度を満たすことができるエンジン回転域ではセンサＡを使用する一方、その角度検出頻度を満たすことができないエンジン回転域ではセンサＢを使用しつつ、これをセンサＡで随時校正するものである。この場合、エンジン１０の全回転域において、十分な角度検出頻度及び角度検出精度を得ることができる。

ステップ３では、電子制御装置４０が、ＶＴＣ３８の目標角度と実角度との偏差に基づいて、電動モータ３８Ｂの操作量（例えば、デューティなど）を算出する。
ステップ４では、電子制御装置４０が、前回算出したＶＴＣ３８の実角度と今回算出したＶＴＣ３８の実角度との偏差（実角度偏差）の絶対値が第１の所定角度未満であるか否かを介して、電動モータ３８Ｂがロック状態にあるか否かを判定する。即ち、電子制御装置４０は、ＶＴＣ３８の実角度偏差にあまり変化がない場合に、バルブタイミングの変更に必要なトルクが電動モータ３８Ｂの最大トルクより大きくなった「ロック状態」が発生したと判定する。そして、電子制御装置４０は、実角度偏差の絶対値が第１の所定角度未満（ロック状態発生）であると判定すれば処理をステップ５へと進める一方（Ｙｅｓ）、実角度偏差の絶対値が第１の所定角度以上であると判定すれば処理をステップ１０へと進める（Ｎｏ）。

ここで、例えば、ノイズ重畳による誤操作を抑制するため、実角度偏差の絶対値が第１の所定角度未満である状態が所定回数連続した場合に、電動モータ３８Ｂがロック状態にあると判定するようにしてもよい。また、第１の所定角度が大きいほど、所定回数が小さいほど、早期にロック状態が発生したと判定することができる。

ステップ５では、電子制御装置４０が、ステップ３で算出したモータ操作量を、カムトルクに抗して、ＶＴＣ３８の現在角度を維持可能な操作量まで減少させる。最終的に減少させるモータ操作量の決定方法としては、以下説明するように、（１）学習値を用いる方法、又は、（２）テーブルを用いる方法を採用することができる。また、モータ操作量は、図５に示すように、（Ａ）一気に減少、（Ｂ）弓なりに減少、（Ｃ）徐々に（段階的に）減少、又は、（Ｄ）山なりに減少させればよい。

モータ操作量の減少による消費電力の抑制効果は、同一のタイミングでモータ操作量を減少させた場合、（Ａ）一気に減少＞（Ｂ）弓なりに減少＞（Ｃ）徐々に減少＞（Ｄ）山なりに減少、という大小関係がある。また、その制御負荷は、ＶＴＣ３８の制御全体から見れば差は少ないが、局所的には、（Ａ）一気に減少＜（Ｃ）徐々に減少＜（Ｂ）弓なりに減少≒（Ｄ）山なりに減少、という大小関係がある。さらに、ＶＴＣ３８の現在角度を保持可能なモータ操作量よりも減少させた場合には、ＶＴＣ３８はカムトルクに負けて目標方向とは逆方向に押し戻されてしまう。この場合、ＶＴＣ３８の押し戻しによる角度変更の遅延は、（Ａ）一気に減少＞（Ｂ）弓なりに減少＞（Ｃ）徐々に減少＞（Ｄ）山なりに減少、という大小関係がある。

従って、これらの特性（大小関係）を考慮し、モータ操作量の減少方法を適宜選択するとよい。
［学習値を用いる方法］
電子制御装置４０は、ＶＴＣ３８の角度を変更していない場合、即ち、ＶＴＣ３８の角度が略一定である場合に、そのときのモータ操作量を学習値として記憶する。具体的には、電子制御装置４０は、エンジン１０の回転速度Ｎｅが所定速度以下である状態において、実角度偏差の絶対値が第１の所定値未満である状態が所定回数連続（即ち、所定時間持続）した場合に、そのときのモータ操作量の平均値を学習値として、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）などの不揮発性メモリに記憶する。そして、電子制御装置４０は、不揮発性メモリに記憶された学習値を参照し、その学習値までモータ操作量を減少させる。

この場合、エンジン１０の水温Ｔｗごとに学習値を記憶し、水温変化に伴うモータ操作量の変化に対応するようにしてもよい。即ち、電動モータ３８Ｂの特性として、モータトルクは電流値に比例すると共に、印加電圧が一定である場合には、温度が低いほどコイル抵抗が小さくなる。従って、電動モータ３８Ｂの温度と相関性がある水温Ｔｗが低くなると、電動モータ３８Ｂに流れる電流値が大きくなって、モータトルクが大きくなることから、減少可能なモータ操作量が大きくなる。そこで、エンジン１０の水温Ｔｗに応じて学習値を切り替えることで、消費電力をより抑制することができる。

なお、モータ操作量を減少させる場合、学習値に所定の余裕代を持たせた値までモータ操作量を減少させるようにすれば、誤操作によるＶＴＣ３８の角度変動を抑制することができる。
［テーブルを用いる方法］
ロック状態が発生した場合において、水温ごとに、ＶＴＣ３８の角度を維持可能なモータ操作量が設定されたテーブルを準備する。そして、電子制御装置４０は、テーブルを参照し、水温Ｔｗに応じたモータ操作量を求め、この値までモータ操作量を減少させる。

ステップ６では、電子制御装置４０が、モータ操作量を電動モータ３８Ｂに出力する。ここで、電動モータ３８Ｂへのモータ操作量の出力は、ＶＴＣ３８の駆動周波数に応じた所定時間ごとに行われるようにする（以下同様）。

ステップ７では、電子制御装置４０が、ステップ２と同様な方法で、ＶＴＣ３８の実角度を算出する。
ステップ８では、電子制御装置４０が、実角度偏差の絶対値が第２の所定角度以上であるか否かを介して、電動モータ３８Ｂのロック状態が解除されたか否かを判定する。即ち、電子制御装置４０は、モータ操作量を減少させた後に、ＶＴＣ３８の実角度偏差に変化が生じた場合に、バルブタイミングの変更に必要なトルクが電動モータ３８Ｂの最大トルクより小さくなり、ロック状態が解除されたと判定する。そして、電子制御装置４０は、実角度偏差の絶対値が第２の所定角度以上（ロック状態解除）であると判定すれば処理をステップ９へと進める一方（Ｙｅｓ）、実角度偏差の絶対値が第２の所定角度未満（ロック状態継続）であると判定すれば処理をステップ６へと戻す（Ｎｏ）。

ここで、第２の所定角度が小さいほど、早期にロック状態が解除されたと判定することができる。また、第２の所定角度としては、第１の所定角度と同じ値をとるようにしてもよい。但し、第１の所定角度と第２の所定角度とを異ならせることで、制御にヒステリシスを持たせることが可能となり、ロック状態の発生及び解除の判定が頻繁に繰り返されることを抑制できる。

ステップ９では、電子制御装置４０が、ステップ５で減少させたモータ操作量を復帰、即ち、減少前のモータ操作量に戻す。なお、モータ操作量は、ＶＴＣ３８の目標角度と実角度との偏差に応じた値まで復帰させてもよい。また、モータ操作量は、図６に示すように、（Ａ）一気に復帰、（Ｂ）弓なりに復帰、（Ｃ）徐々に（段階的に）復帰、又は、（Ｄ）山なりに復帰させればよい。

モータ操作量の復帰による消費電力の抑制効果は、同一のタイミングでモータ操作量を復帰させた場合、（Ｂ）弓なりに復帰＞（Ｃ）徐々に復帰＞（Ｄ）山なりに復帰＞（Ａ）一気に復帰、という大小関係がある。また、その制御負荷は、ＶＴＣ３８の制御全体から見れば差は少ないが、局所的には、（Ａ）一気に復帰＜（Ｃ）徐々に復帰＜（Ｂ）弓なりに復帰≒（Ｄ）山なりに復帰、という大小関係がある。

従って、これらの特性（大小関係）を考慮し、モータ操作量の復帰方法を適宜選択するとよい。
ステップ１０では、電子制御装置４０が、モータ操作量を電動モータ３８Ｂに出力する。

ステップ１１では、電子制御装置４０が、ＶＴＣ３８の実角度が目標角度に到達したか否かを判定する。そして、電子制御装置４０は、実角度が目標角度に到達したと判定すれば処理を終了させる一方（Ｙｅｓ）、実角度が目標角度に到達していないと判定すれば処理をステップ２へと戻す（Ｎｏ）。

かかる電子制御装置４０によれば、ＶＴＣ３８の角度を目標角度まで変更する場合、ＶＴＣ３８の実角度偏差が第１の所定角度未満になると、バルブタイミングの変更に必要なトルクが電動モータ３８Ｂの最大トルクより大きくなった「ロック状態」が発生したと判定される。そして、ロック状態が発生すると、ＶＴＣ３８の目標角度と実角度との偏差に応じたモータ操作量が、カムトルクに抗してＶＴＣ３８の角度を維持可能なレベルまで減少される。

その後、ＶＴＣ３８の実角度偏差が第２の所定角度以上になると、バルブタイミングの変更に必要なトルクが電動モータ３８Ｂの最大トルクより小さくなり、ロック状態が解除されたと判定される。そして、ロック状態が解除されると、ロック状態において減少されていたモータ操作量が復帰される。

このため、従来技術においては、図７に示すように、ＶＴＣ３８の角度変更が行われなくなるロック状態が発生した場合、モータ電流にロック電流が発生して電力が無駄に消費されていたものが、本提案技術においては、図８に示すように、ロック状態が発生すると、モータ電流が減少し、その分だけ消費電力を抑制することができる。また、電動モータ３８Ｂにロック電流が発生し難くなるため、モータ駆動回路の発熱も抑制することができる。

なお、ロック状態が発生している場合には、バルブタイミングの変更に必要なトルクが電動モータ３８Ｂの最大トルクより大きくなっているので、ＶＴＣ３８の角度を変更することが不可能であり、ＶＴＣ３８の現在角度を保持可能な範囲で、モータ操作量を減少させてもＶＴＣ３８の動作に影響がない。

図９は、エンジン１０が始動されたことを契機として、電子制御装置４０が繰り返し実行する、制御プログラムの第２実施例を示す。なお、先の第１実施例と共通する制御内容については、重複説明を排除する観点から、その説明を簡単にする（以下同様）。

ステップ２１では、電子制御装置４０が、エンジン運転状態に応じたＶＴＣ３８の目標角度を算出する。
ステップ２２では、電子制御装置４０が、ＶＴＣ３８の実角度を算出する。

ステップ２３では、電子制御装置４０が、ＶＴＣ３８の目標角度と実角度との偏差に基づいて、電動モータ３８Ｂの操作量を算出する。
ステップ２４では、電子制御装置４０が、ＶＴＣ３８に作用するカムトルクを算出する。即ち、電子制御装置４０は、例えば、カムシャフトの回転状態を表す、クランクシャフトの回転角度及びＶＴＣ３８の角度に応じたカムトルクが設定されたテーブルを参照し、クランクシャフトの回転角度θ_CRK及びＶＴＣ３８の実角度に応じたカムトルクを求める。そして、電子制御装置４０は、カムトルクと電動モータ３８Ｂの減速比とを積算することで、ＶＴＣ３８に作用するカムトルクを求める。なお、カムトルクは、例えば、カムシャフトの歪みなどから求めるようにしてもよい。

ステップ２５では、電子制御装置４０が、ＶＴＣ３８に作用するカムトルクが第１の所定トルクより大きいか否かを介して、電動モータ３８Ｂがロック状態にあるか否かを判定する。第１の所定トルクとしては、例えば、電動モータ３８Ｂの最大トルク又はこれよりも若干低い値をとることができる。そして、電子制御装置４０は、ＶＴＣ３８に作用するカムトルクが第１の所定トルクより大きい（ロック状態発生）と判定すれば処理をステップ２６へと進める一方（Ｙｅｓ）、ＶＴＣ３８に作用するカムトルクが第１の所定トルク以下であると判定すれば処理をステップ３１へと進める（Ｎｏ）。

ここで、例えば、ノイズ重畳による誤操作を抑制するため、ＶＴＣ３８に作用するカムトルクが第１の所定トルクより大きい状態が所定回数連続した場合に、電動モータ３８Ｂがロック状態にあると判定するようにしてもよい。また、第１の所定トルクが小さいほど、早期にロック状態が発生したと判定することができる。さらに、第１の所定トルクが電動モータ３８Ｂの最大トルクより小さい場合には、電動モータ３８Ｂの回転が実際に停止する前にロック状態発生と判定することができる。

ステップ２６では、電子制御装置４０が、ステップ２３で算出したモータ操作量を、カムトルクに抗して、ＶＴＣ３８の現在角度を維持可能な操作量まで減少させる。
ステップ２７では、電子制御装置４０が、モータ操作量を電動モータ３８Ｂに出力する。

ステップ２８では、電子制御装置４０が、ステップ２４と同様な方法で、ＶＴＣ３８に作用するカムトルクを算出する。
ステップ２９では、電子制御装置４０が、ＶＴＣ３８に作用するカムトルクが第２の所定トルク以下であるか否かを介して、電動モータ３８Ｂのロック状態が解除されたか否かを判定する。そして、電子制御装置４０は、ＶＴＣ３８に作用するカムトルクが第２の所定トルク以下（ロック状態解除）であると判定すれば処理をステップ３０へと進める一方（Ｙｅｓ）、ＶＴＣ３８に作用するカムトルクが第２の所定トルクより大きい（ロック状態継続）と判定すれば処理をステップ２７へと戻す（Ｎｏ）。

ここで、第２の所定トルクが大きいほど、早期にロック状態が解除されたと判定することができる。また、第２の所定トルクとしては、第１の所定トルクと同じ値をとるようにしてもよい。但し、第１の所定トルクと第２の所定トルクとを異ならせることで、制御にヒステリシスを持たせることが可能となり、ロック状態の発生及び解除の判定が頻繁に繰り返されることを抑制できる。

ステップ３０では、電子制御装置４０が、ステップ２６で減少させたモータ操作量を復帰、即ち、減少前のモータ操作量に戻す。
ステップ３１では、電子制御装置４０が、モータ操作量を電動モータ３８Ｂに出力する。

ステップ３２では、電子制御装置４０が、ＶＴＣ３８の実角度が目標角度に到達したか否かを判定する。そして、電子制御装置４０は、実角度が目標角度に到達したと判定すれば処理を終了させる一方（Ｙｅｓ）、実角度が目標角度に到達していないと判定すれば処理をステップ２２へと戻す（Ｎｏ）。

かかる電子制御装置４０によれば、先の第１実施例における実角度偏差に代えて、ＶＴＣ３８に作用するカムトルクに応じて、電動モータ３８Ｂにロック状態が発生したか否か、又は、そのロック状態が解除されたか否かが判定される。このとき、ＶＴＣ３８に作用するカムトルクは、クランクシャフトの角度θ_CRK及びＶＴＣ３８の実角度から求められたカムトルクと、電動モータ３８Ｂの減速比と、から求められる。このため、ＶＴＣ３８に作用するカムトルクは、吸気カムシャフト３６が吸気弁２０を開閉駆動する状態を考慮した値となり、その推定精度を向上させることができる。なお、他の作用及び効果については、先の第１実施例と同様であるので、その説明は省略する。

また、第２実施例においては、ＶＴＣ３８に作用するカムトルクと第１の所定トルク又は第２の所定トルクとの比較により、ロック状態の発生及び解除を判定していたが、次のように、電動モータ３８Ｂが出力するトルクを推定し、これとＶＴＣ３８に作用するカムトルクとの比較により、ロック状態の発生及び解除を判定するようにしてもよい。即ち、電動モータ３８Ｂが出力するトルク[Nm]は、モータ操作量（電圧）に比例する一方、モータコイルの抵抗に反比例する特性がある。このため、変換係数としてのトルク定数をｋとすると、トルク[Nm]は、モータ操作量[V]／抵抗[Ω]×トルク定数ｋから求めることができる。このようにすれば、実際のモータトルクとカムトルクとの比較により、ロック状態の発生及び解除が判定されるので、その判定精度を向上させることができる。

図１０は、エンジン１０が始動されたことを契機として、電子制御装置４０が繰り返し実行する、制御プログラムの第３実施例を示す。
ステップ４１では、電子制御装置４０が、エンジン運転状態に応じたＶＴＣ３８の目標角度を算出する。

ステップ４２では、電子制御装置４０が、ＶＴＣ３８の実角度を算出する。
ステップ４３では、電子制御装置４０が、ＶＴＣ３８の目標角度と実角度との偏差に基づいて、電動モータ３８Ｂの操作量を算出する。

ステップ４４では、電子制御装置４０が、電動モータ３８Ｂの駆動電流が第１の所定電流より大きいか否かを介して、電動モータ３８Ｂがロック状態にあるか否かを判定する。電動モータ３８Ｂの駆動電流としては、例えば、電流検出回路で検出した値、電動モータ３８Ｂの回転速度から推定した値などを採用することができる。また、第１の所定電流としては、例えば、ロック電流又はこれよりも若干低い電流値とすることができる。そして、電子制御装置４０は、電動モータ３８Ｂの駆動電流が第１の所定電流より大きい（ロック状態発生）と判定すれば処理をステップ４５へと進める一方（Ｙｅｓ）、電動モータ３８Ｂの駆動電流が第１の所定電流以下であると判定すれば処理をステップ４９へと進める（Ｎｏ）。

ここで、例えば、ノイズ重畳による誤操作を抑制するため、電動モータ３８Ｂの駆動電流が第１の所定電流より大きい状態が所定時間連続した場合に、電動モータ３８Ｂがロック状態にあると判定するようにしてもよい。また、第１の所定電流が小さいほど、所定時間が短いほど、早期にロック状態が発生したと判定することができる。

ステップ４５では、電子制御装置４０が、ステップ４３で算出したモータ操作量を、カムトルクに抗して、ＶＴＣ３８の現在角度を維持可能な操作量まで減少させる。
ステップ４６では、電子制御装置４０が、モータ操作量を電動モータ３８Ｂに出力する。

ステップ４７では、電子制御装置４０が、電動モータ３８Ｂの駆動電流が第２の所定電流以下であるか否かを介して、電動モータ３８Ｂのロック状態が解除されたか否かを判定する。そして、電子制御装置４０は、電動モータ３８Ｂの駆動電流が第２の所定電流以下（ロック状態解除）であると判定すれば処理をステップ４８へと進める一方（Ｙｅｓ）、電動モータ３８Ｂの駆動電流が第２の所定電流より大きい（ロック状態継続）と判定すれば処理をステップ４６へと戻す（Ｎｏ）。

ここで、第２の所定電流が大きいほど、早期にロック状態が解除されたと判定することができる。また、第２の所定電流としては、第１の所定電流と同じ値をとるようにしてもよい。但し、第１の所定電流と第２の所定電流とを異ならせることで、制御にヒステリシスを持たせることが可能となり、ロック状態の発生及び解除の判定が頻繁に繰り返されることを抑制できる。

ステップ４８では、電子制御装置４０が、ステップ４５で減少させたモータ操作量を復帰、即ち、減少前のモータ操作量に戻す。
ステップ４９では、電子制御装置４０が、モータ操作量を電動モータ３８Ｂに出力する。

ステップ５０では、電子制御装置４０が、ＶＴＣ３８の実角度が目標角度に到達したか否かを判定する。そして、電子制御装置４０は、実角度が目標角度に到達したと判定すれば処理を終了させる一方（Ｙｅｓ）、実角度が目標角度に到達していないと判定すれば処理をステップ４２へと戻す（Ｎｏ）。

かかる電子制御装置４０によれば、先の第１実施例における実角度偏差に代えて、電動モータ３８Ｂの駆動電流に応じて、電動モータ３８Ｂにロック状態が発生したか否か、又は、そのロック状態が解除されたか否かが判定される。このため、実角度の算出が不要となり、制御負荷を低減することができる。なお、他の作用及び効果については、先の第１実施例と同様であるので、その説明は省略する。

電動モータ３８Ｂにロック状態が発生したか否か、又は、そのロック状態が解除されたか否かは、第１〜第３実施例で説明した判定条件を複数組み合わせて判定するようにしてもよい。このようにすれば、例えば、ノイズ重畳などにより１つの条件が成立しても、他の条件が成立していなければ、ロック状態の発生又はその解除がなされたと判定されないため、誤操作を抑制することができる。

また、本実施形態においては、第１〜第３実施例単独ではなく、そこで説明された処理内容を適宜入れ換え・組み合わせてもよい。
ここで、前記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。

（イ）前記カムシャフトから前記可変バルブタイミング機構に作用するカムトルクが所定値より大きくなった場合に、前記可変バルブタイミング機構の動作への影響があると判定することを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。

かかる構成によれば、カムシャフトから可変バルブタイミング機構に作用するカムトルクに基づいて、可変バルブタイミング機構の動作への影響があるか否かを判定することができる。

（ロ）前記所定値は、前記電動アクチュエータの操作量に応じて変更されることを特徴とする（イ）に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
かかる構成によれば、電動アクチュエータの操作量に応じて所定値が変更されるため、電動アクチュエータの出力を考慮した判定が可能となり、判定精度を向上させることができる。

（ハ）前記電動アクチュエータの駆動電流が所定値より大きくなった場合に、前記可変バルブタイミング機構の動作への影響があると判定することを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。

かかる構成によれば、電流検出回路などにより直接検出可能な、電動アクチュエータの駆動電流に基づいて、可変バルブタイミング機構の動作への影響があるか否かを判定することができる。このため、制御パラメータの推定演算などが不要となり、制御負荷を低減することができる。

（ニ）エンジン回転速度が所定値以下であり、かつ、前記可変バルブタイミング機構により前記カム位相が所定時間変更されていない場合に、前記電動アクチュエータの操作量の平均値を学習し、この学習値まで操作量を減少させることを特徴とする請求項１〜請求項３、（イ）〜（ハ）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。

かかる構成によれば、エンジン回転速度が所定値以下であり、かつ、可変バルブタイミング機構によりカム位相が所定時間変更されていない場合、即ち、カムトルクの影響が大きい定常状態の場合に、電動アクチュエータの操作量の平均値が学習される。このため、実機のバラツキなどを考慮して、可変バルブタイミング機構の現在角度を維持可能な操作量を求めることができる。

（ホ）前記学習値は、エンジンの水温ごとに学習されることを特徴とする（ニ）に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
かかる構成によれば、エンジンの水温に応じて学習値が学習されるため、温度に応じて変化する電動アクチュエータのトルクを考慮した制御が行われ、消費電力をより抑制することができる。

（ヘ）前記電動アクチュエータの操作量は、エンジンの水温に応じた値まで減少されることを特徴とする請求項１〜請求項３、（イ）〜（ハ）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。

かかる構成によれば、温度に応じて変化する電動アクチュエータのトルクを考慮した制御が行われ、消費電力をより抑制することができる。

（ト）離散的な所定角度ごとにカムシャフトの回転角度を検出する第１のセンサと、連続的にカムシャフトの回転角度を検出する第２のセンサと、を用い、エンジン回転速度が所定値以下である低回転域では、前記第２のセンサによりカムシャフトの回転角度を検出する一方、エンジン回転速度が所定値より大きい高回転域では、前記第１のセンサによりカムシャフトの回転角度を検出することを特徴とする請求項１〜請求項３、（イ）〜（ヘ）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。

かかる構成によれば、エンジンの全回転域において、十分なカムシャフトの回転角度検出頻度を得ることができる。

（チ）離散的な所定角度ごとにカムシャフトの回転角度を検出する第１のセンサと、連続的にカムシャフトの回転角度を検出する第２のセンサと、を用い、エンジン回転速度が所定値以下である低回転域では、前記第２のセンサにより検出した回転角度を前記第１のセンサにより検出した回転角度で校正する一方、エンジン回転速度が所定値より大きい高回転域では、前記第１のセンサによりカムシャフトの回転角度を検出することを特徴とする請求項１〜請求項３及び（イ）〜（ヘ）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。

かかる構成によれば、エンジンの全回転域において、十分なカムシャフトの回転角度検出頻度及び回転角度検出精度を得ることができる。

１０エンジン
３６吸気カムシャフト
３８ＶＴＣ（可変バルブタイミング機構）
３８Ｂ電動モータ（電動アクチュエータ）
４０電子制御装置
４２水温センサ
４４回転速度センサ
４６クランク角度センサ
４８カム角度センサ

Claims

電動アクチュエータによりカム位相を変更する可変バルブタイミング機構の制御装置であって、
エンジン運転状態に基づいて、前記可変バルブタイミング機構の動作への影響を判定し、その判定結果に基づいて、カムシャフトの回転角度の所定範囲、前記電動アクチュエータの操作量を減少させ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。
前記可変バルブタイミング機構の動作量が所定値未満となった場合に、前記可変バルブタイミング機構の動作への影響があると判定することを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
前記カムシャフトの回転角度は、回転角度を連続して出力するセンサによって検出されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。