JP2019183765A

JP2019183765A - 弁開閉時期制御機構の制御装置

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Publication number: JP2019183765A
Application number: JP2018076773A
Authority: JP
Inventors: 角田　裕治; Yuji Tsunoda; 裕治角田; 敏貴佐藤; Toshitaka Sato; 省悟甲木; Shogo Katsuki; 優伍倉橋; Yugo Kurahashi
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2019-10-24
Anticipated expiration: 2038-04-12
Also published as: US10711656B2; DE102019109473A1; CN110374710A; CN110374710B; JP7139667B2; US20190316497A1

Abstract

【課題】目標位相が最遅角位相や最進角位相に設定されても衝撃音を発生させることのない制御装置を構成する。【解決手段】現在の第１実位相と目標位相との偏差に基づき、偏差を小さくする方向に電動モータＭを制御し、且つ、偏差が小さくなるほど電動モータＭに供給する電力を低減する位相制御部５２を備え、目標位相がストッパー部で作動限界となる最遅角位相または最進角位相に設定された場合には、偏差を小さくする作動方向で目標位相より第１実位相側に設定角だけ変位した第１目標位相を、目標位相に代えて設定する制御目標設定部を備え、このように設定された第１目標位相と現在の位相との偏差を小さくする位相制御となる第１位相制御を位相制御部５２が実行する。【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室のバルブの開閉時期を電動モータにより制御する弁開閉時期制御機構の制御装置に関する。

上記構成の弁開閉時期制御機構として特許文献１には、内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転体（文献では駆動回転体）と、内燃機関の燃焼室を開閉するカムシャフトと一体回転する従動側回転体（文献では従動回転体）と、これらの相対回転位相を設定する電動モータとを備え、電動モータを制御する制御部（文献では制御ユニット）を備えた技術が示されている。

この特許文献１では、駆動側回転体に対する従動側回転体の相対回転位相が最遅角と最進角との何れに達した場合でも機械的な当接により、相対回転位相の変位を停止させるストッパー構造を備えている。そして、相対回転位相を最遅角又は最進角に設定する制御が行われる場合には、制御ユニットが、第一通電を行った後に、オンオフ制御において第二通電と第三通電とを繰り返して行うことでストッパー構造での当接速度を減ずる制御が行われる。

特開２０１５−１３２１７８号公報

特許文献１に記載されるように、駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相が最遅角に達した場合と、最進角に達した場合との作動限界を決めるためにストッパー構造を備える技術は一般的である。

内燃機関では、エンジンの稼動状況等に基づき相対回転位相を、例えば、最遅角に設定することもあり、このように設定する制御では相対回転位相を高速で変位させた場合には、ストッパーの部位で機械的な衝撃音を発生させることもあった。

例えば、電動モータとして、ブラシレスＤＣモータのように供給される電力の電圧上昇に比例して回転速度が上昇するものを用い、制御部が、例えばＰＩＤ制御のように、相対回転位相の偏差が小さいほど電動モータに供給する電圧を低減させるように制御形態を設定できるものでは、相対回転位相が最遅角に達した時点で電動モータの回転速度を、カムシャフトの回転速度と一致させ、結果として、ストッパーでの衝撃を小さくすることも可能と考えられる。

しかしながら、駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相を検知するセンサの検知に遅れがあり、制御部で制御に遅れがあることから、制御目標が最遅角や最進角である場合には、ストッパーで衝撃音を発生させることも考えられた。このように衝撃音を発生させる制御では、弁開閉時期制御装置を傷めるだけでなく、バルブの開閉時期の制御の性能の低下を招くことも考えられた。

このような理由から、目標位相が最遅角位相や最進角位相に設定されても衝撃音を発生させることのない制御装置が求められる。

本発明に係る弁開閉時期制御機構の制御装置の特徴構成は、内燃機関のクランクシャフトの回転に連係して回転する駆動側回転体と、燃焼室を開閉するバルブ開閉用のカムシャフトと一体回転する従動側回転体と、前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の最遅角側の機械的な作動限界および最進角側の機械的な作動限界を決めるストッパー部と、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を制御する電動モータとを備えて弁開閉時期制御機構が構成されると共に、目標位相が設定された場合に、前記相対回転位相を検知する位相検知ユニットで検知される現在の第１実位相と前記目標位相との偏差に基づき、偏差を小さくする方向に前記電動モータを制御し、且つ、偏差が小さくなるほど前記電動モータに供給する電力を低減する位相制御部を備え、前記目標位相が、前記ストッパー部で作動限界となる最遅角位相または最進角位相に設定された場合には、偏差を小さくする作動方向で前記目標位相より前記第１実位相側に設定角だけ変位した第１目標位相を、前記目標位相に代えて設定する制御目標設定部を備え、このように設定された前記第１目標位相と前記現在の第１実位相との偏差を小さくする位相制御となる第１位相制御を前記位相制御部が実行する点にある。

この特徴構成によると、例えば、目標位相として最遅角位相が設定された場合には、制御目標設定部が、偏差を小さくする作動方向で前記目標位相を基準に第１実位相側に（進角位相の側）に設定角だけ変位した第１目標位相を、目標位相に代えて設定する。また、位相制御部が、第１目標位相と位相検知ユニットで検知される現在の第１実位相との偏差を小さくする第１位相制御を実行する。これにより、位相検知ユニットによる検知に遅れがある場合や位相制御部に制御遅れがある場合でも、相対回転位相が第１目標位相に達する以前に変位速度を低減させ、ストパー部において機械的な当接を阻止する、あるいは、当接があっても、ストッパー部で当接が行われる際の衝撃を低減できる。このような制御は目標位相が最進角位相に設定された場合でも同様に行われ、衝撃の低減が可能となる。
従って、目標位相が最遅角位相や最進角位相に設定されても衝撃音を発生させることのない制御装置が構成された。

他の構成として、前記第１位相制御の実行により、前記相対回転位相が前記第１目標位相に達したことを判定した場合には、前記制御目標設定部が、前記目標位相を第２目標位相として前記第１目標位相に代えて設定し、このように設定された前記第２目標位相と現在の第２の実位相との偏差を小さくする位相制御となる第２位相制御を前記位相制御部が実行しても良い。

これによると、第１位相制御の実行により、相対回転位相が第１目標位相に達した際において相対回転位相が変位する速度を大きく低下させ、この状態において、目標位相が本来の制御目標である第２目標位相に設定されるため、第２位相制御を開始する時点の偏差が小さく、第２位相制御の実行により、相対回転位相が第２目標位相（本来の制御目標）に達しても、ストッパー部で機械的な当接を低速で行わせることになり衝撃音の発生を抑制できる。

他の構成として、前記第２位相制御の実行により、前記相対回転位相が前記第２目標位相に達したことを判定した後に、偏差を小さくする作動方向で前記目標位相より前記第１実位相とは反対側に所定角だけ変位した第３目標位相を前記第２目標位相に代えて設定し、このように設定された前記第３目標位相と現在の第３実位相との偏差を小さくする位相制御となる第３位相制御を前記位相制御部が実行しても良い。

これによると、第２位相制御の実行により相対回転位相が、本来の制御目標に達した後に、偏差を小さくする作動方向で本来の目標位相より更に下流側に第３目標位相を設定することにより、ストッパー部が機械的な当接状態にある状況でも、第３位相制御の実行により当接状態を維持する方向に継続的に相対回転位相を変位させるように電動モータが駆動される。その結果、ストッパー部において機械的な当接状態を維持することになり、カム変動トルクが作用してもストッパー部で当接音と発生させることもない。

エンジンの断面図である。制御装置のブロック図である。弁開閉時期制御機構の断面図である。図３のIV−IV線断面図である。図３のＶ−Ｖ線断面図である。図３のVI−VI線断面図である。弁開閉時期制御機構の分解斜視図である。制御ユニットのブロック回路図である。位相制御ルーチンのフローチャートである。作動限界制御のフローチャートである。作動限界制御における規制部と当接片との位置関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように内燃機関としてのエンジンＥが構成されると共に、図２に示すようにエンジンＥを制御する機関制御装置Ａが構成されている。

機関制御装置Ａは、ＥＣＵとして機能するエンジン制御ユニット４０と、ＥＣＵとして機能する位相制御ユニット５０（弁開閉時期制御機構の制御装置の一例）とを備えている。エンジン制御ユニット４０は、エンジンＥの始動と、稼動状態のエンジンＥの管理と、エンジンＥの停止とを実現する。位相制御ユニット５０は、弁開閉時期制御機構ＶＴによる吸気バルブＶａの開閉時期（開閉タイミング）を設定するために弁開閉時期制御機構ＶＴの位相制御モータＭ（電動モータの一例）を制御する。

〔エンジン〕
エンジンＥ（内燃機関の一例）は、図１、図３に示すように乗用車等の車両に備えられるものを想定している。このエンジンＥは、クランクシャフト１を支持するシリンダブロック２の上部にシリンダヘッド３を連結し、シリンダブロック２に形成された複数のシリンダボアにピストン４を摺動自在に収容し、ピストン４をコネクティングロッド５によりクランクシャフト１に連結して４サイクル型に構成されている。

このエンジンＥでは一方の端部から他方に向けて＃１気筒、＃２気筒、＃３気筒、＃４気筒（図３では、＃１、＃２、＃３、＃４として示している）が配置されている。

シリンダヘッド３には、吸気バルブＶａと排気バルブＶｂとが備えられ、シリンダヘッド３の上部に吸気バルブＶａを制御する吸気カムシャフト７と、排気バルブＶｂを制御する排気カムシャフト８とが備えられている。クランクシャフト１の出力プーリ部１Ｐと、弁開閉時期制御機構ＶＴの駆動ケース２１のタイミングプーリ部２１Ｐと、排気カムシャフト８の駆動プーリ部８Ｐに亘ってタイミングベルト６が巻回されている。

シリンダヘッド３には、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ９と、点火プラグ１０とが備えられている。シリンダヘッド３には、吸気バルブＶａを介して燃焼室に空気を供給するインテークマニホールド１１と、排気バルブＶｂを介して燃焼室からの燃焼ガスを送り出すエキゾーストマニホールド１２とが連結されている。

〔基本構成：センサ類の構成〕
このエンジンＥでは、図１、図２に示すようにクランクシャフト１を駆動回転するスタータモータ１５を備え、クランクシャフト１の近傍位置には回転角と単位時間あたりの回転数との検知が可能なクランク角センサ１６を備えている。エンジンＥには、吸気カムシャフト７の回転位相の検知が可能なカム角センサ１７を備えている。

このクランク角センサ１６と、カム角センサ１７と、図８に示す位相演算部５１とで位相検知ユニットが構成されている。尚、位相検知ユニットとして駆動ケース２１（駆動側回転体）と内部ロータ２２（従動側回転体）との相対回転位相を検知する専用のセンサを用いても良い。

この構成から、スタータモータ１５の駆動によりエンジンＥを始動する際には、クランク角センサ１６での検知結果と、カム角センサ１７での検知結果とに基づいて弁開閉時期制御機構ＶＴの相対回転位相を求め、開閉時期（バルブタイミング）を取得できる。

このエンジンＥでは、クランク角センサ１６の検知信号とカム角センサ１７の検知信号とに基づいてエンジン制御ユニット４０で気筒判別が行われる。つまり、図２に示すように、クランクシャフト１と一体回転するディスク部１６Ｄの外周に多数の歯部１６Ｔを備えており、この多数の歯部１６Ｔを検知するクランクセンサ部１６Ｓを備えてクランク角センサ１６が構成されている。ディスク部１６Ｄの外周の２箇所に歯部１６Ｔを備えない基準点１６ｎを形成しており、この基準点を所定の気筒（例えば、＃１気筒）の上死点に一致させている。

ディスク部１６Ｄと歯部１６Ｔとは磁性体材料により一体的に形成され、クランクセンサ部１６Ｓとしてピックアップ型のものを用いることにより、クランクシャフト１の回転時には基準点１６ｎを基準にして多数の歯部１６Ｔの夫々をクランクセンサ部１６Ｓで検知すると共に、この検知毎に位相制御ユニット５０においてカウントすることによりクランクシャフト１の回転角（基準点１６ｎを基準にした角度）が取得される。

図２に示すように、吸気カムシャフト７と一体回転する回転体１７Ｄの外周にセクタ状となる４つの検知領域１７Ｔを備えており、これらの検知領域１７Ｔを検知する吸気カムセンサ部１７Ｓを備えてカム角センサ１７が構成されている。また、４つの検知領域１７Ｔは、回転体１７Ｄの全周を等しく４分割した領域において、各々の長さ（周長）を異ならせることで４つの気筒の判別を可能にしている。

回転体１７Ｄと検知領域１７Ｔとは磁性体材料で形成され、吸気カムセンサ部１７Ｓとしてピックアップ型のものを用いている。吸気カムシャフト７の回転に伴い吸気カムセンサ部１７Ｓで検知領域１７Ｔの始端部を検知（アップエッジを検知）した際には、位相制御ユニット５０の内部で発生させたクロック信号のカウントを開始し、検知領域１７Ｔの終端部を検知（ダウンエッジを検知）した際にはカウントを終了し、この終了時点でのカウント値（積算値）に基づいて気筒の判別を可能にしている。

特に、このカム角センサ１７は、弁開閉時期制御機構ＶＴの開閉時期（バルブタイミング）の検知も可能に構成されている。つまり、例えば、弁開閉時期制御機構ＶＴが最遅角にある状況を考えると、４つの検知領域１７Ｔのうち予め設定された１つの検知領域１７Ｔの端部を検知した際の検知タイミングにおけるクランク角センサ１６のカウント値は、最遅角位相に対応する値となる。

また、弁開閉時期制御機構ＶＴの相対回転位相（図３に示す駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相）が、最遅角位相から中間位相の方向に変位した場合には、前述した検知タイミングにおけるクランク角センサ１６のカウント値も変化することになり、この変化量（差分／オフセット値）から開閉時期の検知が可能となる。

尚、最遅角とは、図４〜図６に示すように、弁開閉時期制御機構ＶＴの相対回転位相が遅角方向Ｓｂに変位した際の限界となる位相である。また、相対回転位相が進角方向Ｓａに変位した際の限界となる位相を最進角位相と称している。

〔弁開閉時期制御機構〕
図３〜図７に示すように、弁開閉時期制御機構ＶＴは、駆動ケース２１（駆動側回転体の一例）と、内部ロータ２２（従動側回転体の一例）とを有すると共に、これらの相対回転位相を位相制御モータＭ（電動モータの一例）の駆動により設定する位相調節部を備えている。この位相制御モータＭは、ブラシレスＤＣモータが用いられ、供給される電力の電圧が上昇するほど回転速度を増大させるものが用いられている。

駆動ケース２１は、吸気カムシャフト７の回転軸芯Ｘと同軸芯に配置されると共に、外周にタイミングプーリ部２１Ｐが形成されている。内部ロータ２２は、駆動ケース２１に対し相対回転自在に内包され、連結ボルト２３により吸気カムシャフト７に連結固定されている。駆動ケース２１と内部ロータ２２との間に位相調節部が配置され、駆動ケース２１の開口部分を覆う位置にフロントプレート２４を配置し、複数の締結ボルト２５により駆動ケース２１に締結されている。

この弁開閉時期制御機構ＶＴでは、タイミングベルト６からの駆動力により、全体が図４、図５に示す駆動回転方向Ｓに回転する。また、位相制御モータＭの駆動力により駆動ケース２１に対する内部ロータ２２の相対回転位相が、駆動回転方向Ｓと同方向に変位する方向を進角方向Ｓａと称し、この逆方向への変位を遅角方向Ｓｂと称する。

尚、相対回転位相を進角方向Ｓａに変位させることで吸気バルブＶａでの吸気量を増大させる。これとは逆に相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変位させることで吸気バルブＶａでの吸気量を低減する。

〔弁開閉時期制御機構：位相調節部〕
図３〜図７に示すように、位相調節部は、内部ロータ２２と、この内部ロータ２２の内周に形成されるリングギヤ２６と、インナギヤ２７と、偏心カム体２８と、継手部Ｊとを備えて構成される。リングギヤ２６は内部ロータ２２の内周において回転軸芯Ｘを中心とする複数の内歯部２６Ｔが形成されている。インナギヤ２７は、外周に複数の外歯部２７Ｔを形成しており、回転軸芯Ｘと平行する姿勢の偏心軸芯Ｙと同軸芯に配置されることにより一部の外歯部２７Ｔが、リングギヤ２６の一部の内歯部２６Ｔに咬合する。

特に、図６、図７に示すように、駆動ケース２１に対する内部ロータ２２の相対回転位相が最遅角位相に達した場合、及び、相対回転位相が最進角位相に達した場合に、これらの機械的な作動限界を決めるストッパー部Ｒを備えている。このストッパー部Ｒは、駆動ケース２１において内周方向に突出する一対の規制部２１ａと、内部ロータ２２の端部に形成され規制部２１ａに当接可能な位置に当接片２２ａとで構成されている。尚、内部ロータ２２には、回転軸芯Ｘを挟んで当接片２２ａと対向する位置にバランサ２２ｂが形成されている。

この位相調節部では、リングギヤ２６の内歯部２６Ｔの歯数に対して、インナギヤ２７の外歯部２７Ｔの歯数が１歯だけ少ないものが用いられている。

また、継手部Ｊは、駆動ケース２１に対して内部ロータ２２が回転軸芯Ｘに直交する方向への変位を許しつつ、駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転を阻止するオルダム継手として構成されている。

偏心カム体２８は、回転軸芯Ｘと同軸芯で回転するようにフロントプレート２４に対して第１軸受３１により支持されている。この偏心カム体２８には、回転軸芯Ｘに平行する姿勢の偏心軸芯Ｙを中心とする偏心カム面２８Ａが一体形成され、この偏心カム面２８Ａに対して第２軸受３２を介してインナギヤ２７が回転自在に支持される。更に、偏心カム面２８Ａに形成した凹部にバネ体２９を嵌め込み、このバネ体２９の付勢力を、第２軸受３２を介してインナギヤ２７に作用させている。

この偏心カム体２８は全体に筒状であり、内周には一対の係合溝２８Ｂが回転軸芯Ｘと平行となる姿勢で形成されている。これにより、リングギヤ２６の内歯部２６Ｔの一部にインナギヤ２７の外歯部２７Ｔの一部が咬合する。

継手部Ｊは、板材をプレス加工して成る継手部材３３を有しており、この継手部材３３に形成した一対の係合アーム３３Ａを駆動ケース２１の係合溝部２１Ｇに係合させ、この継手部材３３に形成した一対の係合凹部３３Ｂをインナギヤ２７の係合突部２７Ｕに係合させて構成されている。

つまり、継手部材３３は、中央部分が環状に形成されると共に、この環状の中央部分から外方に向けて一対の係合アーム３３Ａを突出形成し、環状の中央部分の空間と連なるように一対の係合凹部３３Ｂを形成した構造を有している。

この継手部Ｊでは、継手部材３３が、駆動ケース２１の一対の係合溝部２１Ｇを結ぶ直線方向に変位自在となり、この継手部材３３に対してインナギヤ２７が一対の係合突部２７Ｕを結ぶ直線方向に変位自在となる。

位相制御モータＭは、エンジンＥに支持されると共に、出力軸Ｍａに対して直交姿勢で備えた係合ピン３４を備えており、この係合ピン３４を、偏心カム体２８の内周の係合溝２８Ｂに嵌め込んでいる。

これにより、エンジンＥが停止する状態で作動形態を考えると、位相制御モータＭの駆動力で偏心カム体２８が回転した場合には、偏心カム面２８Ａが回転軸芯Ｘを中心に回転し、この回転に伴いインナギヤ２７が回転軸芯Ｘを中心に公転を開始する。この公転時には、インナギヤ２７の外歯部２７Ｔとリングギヤ２６の内歯部２６Ｔとの咬合位置がリングギヤ２６の内周に沿って変位するためインナギヤ２７には偏心軸芯Ｙを中心に自転させる力が作用する。

そして、インナギヤ２７が１回転だけ公転した場合には、リングギヤ２６の内歯部２６Ｔの歯数と、インナギヤ２７の外歯部２７Ｔの歯数と差（歯数差）に相当する角度（１歯に対応する角度）だけインナギヤ２７に対して回転させようとする回転力（自転力）が、このインナギヤ２７とリングギヤ２６との間で作用する。

前述したように、継手部Ｊが駆動ケース２１に対するインナギヤ２７の回転を規制する構造であるため、駆動ケース２１に対してインナギヤ２７が回転することはなく、インナギヤ２７に作用する回転力により、駆動ケース２１に対してリングギヤ２６が回転し、このリングギヤ２６と一体的に内部ロータ２２が相対回転することになり、駆動ケース２１に対する吸気カムシャフト７の回転位相の調節が実現する。

特に、インナギヤ２７が、回転軸芯Ｘを中心に１回転だけ公転した場合には、駆動ケース２１に対して吸気カムシャフト７を、インナギヤ２７の外歯部２７Ｔの歯数と差（歯数差）に相当する角度だけ回転させるため大きい減速比での調節が実現する。

〔位相調節の概要〕
弁開閉時期制御機構ＶＴの位相調節を行う際には、位相制御ユニット５０が、吸気カムシャフト７の回転速度と等速度で同じ方向に位相制御モータＭの出力軸Ｍａを駆動回転することで駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相が維持される。

また、位相制御ユニット５０は、吸気カムシャフト７の回転速度を基準にして位相制御モータＭの回転速度を増大する又は低減することにより相対回転位相を進角方向Ｓａ又は遅角方向Ｓｂへの変位を行う。このように相対回転位相の制御を行う場合には、前述したようにクランク角センサ１６とカム角センサ１７とからの情報に基づいて弁開閉時期制御機構ＶＴの相対回転位相を取得し、このように取得した相対回転位相をフィードバックする形態で制御が行われる。

〔エンジン制御ユニットおよび位相制御ユニット〕
エンジン制御ユニット４０は、スタータモータ１５とインジェクタ９と点火プラグ１０とを制御することにより、エンジンＥの始動から停止までの制御を行うようにソフトウエアで構成される機関制御部を備えている。

図８に示すように、位相制御ユニット５０は、位相演算部５１と、位相制御部５２と、制御目標設定部５３と、ＰＷＭ設定部５４と、電力制御部５５とを備えている。

この位相制御ユニット５０では、位相演算部５１と位相制御部５２と制御目標設定部５３とＰＷＭ設定部５４とがソフトウエアで構成されるものであるが、これらをロジックやメモリ等によるハードウエアで構成することや、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより構成することも可能である。

位相演算部５１は、カム角センサ１７とクランク角センサ１６との検知信号を取得することにより駆動ケース２１（駆動側回転体）と、内部ロータ２２（従動側回転体）との現在の相対回転位相を演算して位相制御部５２に与える。制御目標設定部５３は、外部（エンジン制御ユニット４０等）から目標位相情報を取得することにより目標とする相対回転位相を設定し、この目標位相を制御目標として位相制御部５２に与える。

位相制御部５２は、位相演算部５１から駆動ケース２１と内部ロータ２２との現在の相対回転位相を取得すると共に、制御目標設定部５３から取得した制御目標とから偏差を求め、この偏差に対応した目標電力を設定する。ＰＷＭ設定部５４では位相制御部５２からの目標電力に基づいてＰＷＭ制御の信号を電力制御部５５に出力し、この電力制御部５５が位相制御モータＭに電力を供給する。尚、ＰＷＭ設定部５４では、電源から供給される電力をスイッチング素子等により一定周期でＯＮ／ＯＦＦすると共に、周期中のＯＮ時間を設定するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）により電力を制御する。

この位相制御ユニット５０では、位相制御部５２においてＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential制御）を行うことにより、偏差が拡大するほど位相制御モータＭに供給する電力（電圧、電流）を増大させ、偏差が縮小するほど位相制御モータＭに供給する電力を低減するように制御形態が設定されている。

この位相制御部５２での制御形態はＰＩＤ制御に限るものではなく、例えば、Ｐ制御のみを行う、Ｉ制御のみを行う、あるいは、Ｄ制御のみを行うように構成しても良い。

尚、この弁開閉時期制御機構ＶＴでは、エンジンＥの稼動時において相対回転位相を維持する際には、位相制御モータＭを吸気カムシャフト７と等速で回転する制御が行われる。従って、例えば、現在の相対回転位相と制御目標とから偏差を求め、この偏差に対応した目標電力を設定する際には、位相制御モータＭを吸気カムシャフト７と等速に回転させる電力を基準にして、偏差対応した電力を加算するあるいは低減した値が位相制御モータＭに供給される。

〔制御形態〕
位相制御ユニット５０では、新たな目標位相を取得した場合には、図９に示すフローチャートに示す位相制御ルーチンを実行する。

前述したように、弁開閉時期制御機構ＶＴは、相対回転位相が最遅角位相または最進角位相である場合には、ストッパー部Ｒを構成する規制部２１ａと当接片２２ａとが当接する。この当接状態が作動限界であり、目標位相が作動限界でない場合には（＃１０１ステップ）、位相検知センサで検知された現在の相対回転位相と、目標位相との偏差を取得し、これに基づいて位相制御部５２が位相制御モータＭに供給する電力を設定する位相制御が、収束するまで行われる（＃１０２〜＃１０４ステップ）。

また、＃１０１ステップにおいて目標位相が作動限界（最遅角位相または最進角位相）であることが判定された場合には、作動限界制御（＃２００ステップ）が実行される。

この作動限界制御（＃２００ステップ）では、まず、図１０のフローチャートに示すように制御目標設定部５３が第１目標位相Ｔ１を設定し、位相検知センサで検知された現在の相対回転位相と、第１目標位相Ｔ１との偏差を収束させるように、位相制御部５２が、位相制御モータＭを駆動し、この駆動を第１位相制御が収束するまで継続する（＃２０１〜＃２０３ステップ）。ここで、「偏差が収束する」とは、目標位相に対して±３°ＣＡ以内に相対回転位相が到達することを意味し、「位相制御が収束する」とは、偏差の収束に伴い、位相制御を収束することを意味する。

図１１の最上段（ａ）には、相対回転位相が作動限界にない現在の第１実位相Ｔｘを示しており、同図において、上から２段目（ｂ）に作動限界（例えば、最遅角位相）となる目標位相Ｔｐを示している。同図に示した現在の第１実位相Ｔｘは、本実施形態に係る位相制御が開始される以前の任意の相対回転位相を示している。

更に、３段目（ｃ）（中央の段）に第１目標位相Ｔ１を示している。この第１目標位相Ｔ１は、目標位相Ｔｐを基準にして、位相制御において偏差を小さくする作動方向で、目標位相Ｔｐより第１実位相側（図１１で時計廻り方向）に設定角Ｔｃだけ変位する角度となるように制御目標設定部５３を設定したものを示している。この位相制御により相対回転位相が第１実位相Ｔｘから第１目標位相Ｔ１に変位して位相制御が収束した際に、ストッパー部Ｒにおいて当接片２２ａと規制部２１ａとの間に必ず隙間が形成される。なお、第１実位相Ｔｘは、第１目標位相Ｔ１より上流側（図１１で時計廻り方向）にあるものとする。

前述したように位相制御部５２は、位相検知ユニットから取得した現在の第１実位相と、目標位相との偏差に対応した目標電力を設定するため、第１位相制御が収束した場合には駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対速度は極めて低い値となる。

次に（第１位相制御が収束した後に）、制御目標設定部５３が、第２目標位相Ｔ２を設定し、位相検知センサで検知された現在の相対回転位相（第１目標位相Ｔ１）と、第２目標位相Ｔ２との偏差を収束させるように、位相制御部５２が、位相制御モータＭを駆動し、この駆動を第２位相制御が収束するまで継続する（＃２０４〜＃２０６ステップ）。

図１１の４段目（ｄ）（下から２段目）に第２目標位相Ｔ２を示している。この第２目標位相Ｔ２は、目標位相Ｔｐと同じ回転位相となるように制御目標設定部５３が設定する。また、第２位相制御は、第１位相制御が収束した後に実行され、第２目標位相Ｔ２と第１目標位相Ｔ１（現在の第２実位相の一例）との角度差が小さいため、第２位相制御が開始された直後であっても偏差は小さく、駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対速度が高速化することはなく、ストッパー部Ｒにおいて当接片２２ａと規制部２１ａとが高速で当接することはなく、当接時の衝撃を招くこともないため衝撃音の発生も抑制される。

この後に（第２位相制御が収束した後に）、制御目標設定部５３が、第３目標位相Ｔ３を設定し、位相検知センサで検知された現在の相対回転位相（第２目標位相Ｔ２）と、第３目標位相Ｔ３との偏差を収束させるように、位相制御部５２が、位相制御モータＭを駆動する（＃２０７、＃２０８ステップ）。

図１１の５段目（ｅ）（最下段）に第３目標位相Ｔ３を示している。この第３目標位相Ｔ３は、第２目標位相Ｔ２（目標位相Ｔｐと同じ：現在の第３実位相の一例）を基準にして、第２位相制御において偏差を小さくする作動方向で第２目標位相Ｔ２より第１実位相とは反対側（図１１で反時計廻り方向）に所定角Ｔｄだけ変位する角度となるように制御目標設定部５３が設定する。

この第３位相制御では、ストッパー部Ｒにおいて当接片２２ａが規制部２１ａに当接する機械的な限界に達しているため、制御は収束しないものの、位相制御モータＭの駆動力により、当接片２２ａが規制部２１ａ当接する状態を維持するように駆動を継続するため、カム変動トルクが作用しても当接片２２ａと規制部２１ａとが離間する現象を阻止し、衝撃音の発生も抑制している。

〔実施形態の作用効果〕
このように、相対回転位相を最遅角位相あるいは最進角位相に設定するように目標位相Ｔｐが設定された場合には、目標位相Ｔｐに代えて第１目標位相Ｔ１を設定して第１位相制御を実行することで、ストッパー部Ｒの規制部２１ａと当接片２２ａとが当接しない状態で制御を収束させることが可能にしている。

次に、第２目標位相Ｔ２を設定して第２位相制御を行うことでストッパー部Ｒの規制部２１ａと当接片２２ａとを緩速で当接させるため衝撃音の発生の抑制を可能にしている。更に、第２位相制御が収束した後には、第３目標位相Ｔ３を設定して第３位相制御を実行することにより、ストッパー部Ｒの規制部２１ａと当接片２２ａとが当接する状態を維持し、規制部２１ａと当接片２２ａとが繰り返して当接する衝撃音の発生を抑制する。

本発明は、内燃機関の燃焼室のバルブの開閉時期を電動モータにより制御する弁開閉時期制御装置に利用することができる。

１クランクシャフト
７吸気カムシャフト
２１駆動ケース（駆動側回転体）
２２内部ロータ（従動側回転体）
５２位相制御部
５３制御目標設定部
Ｅエンジン（内燃機関）
Ｍ位相制御モータ（電動モータ）
Ｒストッパー部
ＶＴ弁開閉時期制御機構
Ｔｐ目標位相
Ｔｃ設定角
Ｔｄ所定角
Ｔｘ第１実位相
Ｔ１第１目標位相
Ｔ２第２目標位相
Ｔ３第３目標位相

Claims

内燃機関のクランクシャフトの回転に連係して回転する駆動側回転体と、
燃焼室を開閉するバルブ開閉用のカムシャフトと一体回転する従動側回転体と、
前記駆動側回転体に対する前記従動側回転体の最遅角側の機械的な作動限界および最進角側の機械的な作動限界を決めるストッパー部と、
前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を制御する電動モータとを備えて弁開閉時期制御機構が構成されると共に、
目標位相が設定された場合に、前記相対回転位相を検知する位相検知ユニットで検知される現在の第１実位相と前記目標位相との偏差に基づき、偏差を小さくする方向に前記電動モータを制御し、且つ、偏差が小さくなるほど前記電動モータに供給する電力を低減する位相制御部を備え、
前記目標位相が、前記ストッパー部で作動限界となる最遅角位相または最進角位相に設定された場合には、偏差を小さくする作動方向で前記目標位相より前記第１実位相側に設定角だけ変位した第１目標位相を、前記目標位相に代えて設定する制御目標設定部を備え、このように設定された前記第１目標位相と前記現在の第１実位相との偏差を小さくする位相制御となる第１位相制御を前記位相制御部が実行する弁開閉時期制御機構の制御装置。
前記第１位相制御の実行により、前記相対回転位相が前記第１目標位相に達したことを判定した場合には、前記制御目標設定部が、前記目標位相を第２目標位相として前記第１目標位相に代えて設定し、このように設定された前記第２目標位相と現在の第２の実位相との偏差を小さくする位相制御となる第２位相制御を前記位相制御部が実行する請求項１に記載の弁開閉時期制御機構の制御装置。
前記第２位相制御の実行により、前記相対回転位相が前記第２目標位相に達したことを判定した後に、偏差を小さくする作動方向で前記目標位相より前記第１実位相とは反対側に所定角だけ変位した第３目標位相を前記第２目標位相に代えて設定し、このように設定された前記第３目標位相と現在の第３実位相との偏差を小さくする位相制御となる第３位相制御を前記位相制御部が実行する請求項２に記載の弁開閉時期制御機構の制御装置。