JP2020079581A - 可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ回転角センサを用いることなく、カム位相角補間を高精度に行うことができる可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】可変バルブタイミング機構１１４の制御装置２０１は、カム信号に基づいてカムの位相角を検出し、電動モータ１２を用いてカムの位相角を制御する。そして、モータ特性に基づいてモータトルク推定部２３０でモータ電流からモータトルクを演算し、少なくともモータトルク及びエンジン運転状態に基づいてモータ回転角推定部２３１でモータ回転角を演算し、変換部２３２とフィードバック制御部２３３でモータ回転角から可変バルブタイミング機構のカム位相角の補間を行うことを特徴とする。【選択図】図６

Description

本発明は、ブラシ付ＤＣモータを使用し、このモータに位相変換時のみ電圧を印加して、スプロケット部に対してモータシャフト部を回転させてカムシャフト部の位相を変換する、可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法に関する。

特許文献１には、モータの回転トルクを利用してエンジンのバルブタイミングを調整する電動式のバルブタイミング調整装置が記載されている。この特許文献１では、カム軸角度、クランク軸角度、潤滑油の温度、冷却水の温度、及びモータ軸の回転角度に基づいて実際のクランク軸に対するカム軸の位相（カム軸位相）を算出するとともに、エンジン運転条件に応じて目標とするカム軸位相を算出している。カム軸位相の算出は、エンジン回転角に同期して行われるため低回転時は更新が遅くなる。そこで、モータ回転角センサを用いてモータ軸の回転角度を検出し、可変バルブタイミング（ＶＴＣ：Variable valve Timing Control）機構の位相角を補間している。

特開２０１３−８３１８７号公報

ところで、ＶＴＣシステムのコスト削減のため、モータ回転角センサの非搭載化が検討されている。このためには、例えばＤＣモータのトルク−電流（Ｔ−Ｉ）特性とトルク−回転数（Ｔ−Ｎ）特性を用いて、モータ電流から位相角補間を行うことが考えられる。

しかしながら、Ｔ−Ｉ特性とＴ−Ｎ特性に基づくモータ電流による位相角補間は、精度が低い、という課題がある。精度が低下する第１の要因は、Ｔ−Ｉ特性とＴ−Ｎ特性は定常特性であるのに対し、ＶＴＣはモータの正転／逆転による位相進角−遅角を繰り返し、モータ電流の変化に依存して位相角が急変するためである。第２の要因は、Ｔ−Ｉ特性とＴ−Ｎ特性はモータ単体の特性であるのに対し、ＶＴＣにはモータトルク以外に様々な因子が影響し、位相角の変化が実際より大きくなるためである。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、モータ回転角センサを用いることなく、カム位相角補間の精度を向上できる可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法を提供することにある。

本発明の一態様に係る可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法は、カム信号に基づいてカムの位相角を検出し、電動モータを用いてカムの位相角を制御する可変バルブタイミング機構の制御装置において、モータ特性に基づいてモータ電流からモータトルクを演算し、少なくともモータトルク及びエンジン運転状態に基づいてモータ回転角を演算し、前記モータ回転角から前記可変バルブタイミング機構のカム位相角の補間を行うことを特徴とする。

本発明によれば、カム信号による位相角検出の間の補間において、モータ特性に基づいてモータ電流からモータトルクを推定し、モータトルクとエンジン運転状態を用いた運動方程式に基づいてモータ回転角を推定して補間を行うので、モータ回転角センサを用いることなく、カム位相角補間を高精度に行うことができる。モータ回転角センサを使用せずにカム位相角補間が行えることから、ＶＴＣシステムのコストを削減できる。

本発明の実施形態に係る可変バルブタイミング機構の制御装置が適用される内燃機関のシステム構成図である。 図１における可変バルブタイミング機構を示す断面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 図１に示した制御装置における可変バルブタイミング機構の制御に関係する要部を抽出して示すブロック図である。 本発明の概要について説明するためのもので、図５に示した電動ＶＴＣコントローラの機能ブロック図である。 ＶＴＣ位相ステップ応答に本発明の位相角補間を適用した場合のモータ電流、位相角、位相角校正量を従来と比較して示す特性図である。 図７における位相角校正量における一部の領域の時間変化を拡大して示す特性図である。 本発明の第１の実施形態に係る可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法について説明するためのブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法について説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法の変形例について説明するためのフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法について説明するための波形図である。 図１２におけるＤＣモータ特性の補正について説明するための特性図である。 本発明の第４の実施形態に係る可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法について説明するための波形図である。 図１４においてモータ電流の検出値と理論値を用いた検出値の補正について説明するための特性図である。 本発明の第５の実施形態に係る可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法について説明するための波形図である。 図１６においてＤＣモータ特性の補正について説明するための特性図である。 電動ＶＴＣの位相変換に関係するトルクとその影響因子について説明するための図である。 電動ＶＴＣの位相変換に関係するアクチュエータ側トルクとエンジン側トルクについて説明するための模式図である。 モータトルクに対する印加電圧の影響について説明するための特性図である。 モータトルクに対するモータ温度の影響について説明するための特性図である。 慣性トルクがない場合のＴ−Ｉ特性及びＴ−Ｎ特性によるＶＴＣ位相角の推定と補間について説明するための特性図である。 慣性トルクを考慮した場合のＴ−Ｉ特性及びＴ−Ｎ特性によるＶＴＣ位相角の推定と補間について説明するための特性図である。 モータ回転速度とフリクショントルクの関係を示す特性図である。 油温と動粘度（摩擦係数）の関係を示す特性図である。 慣性トルクのみを考慮した場合のＶＴＣ位相角の推定と補間について説明するための特性図である。 慣性トルクとフリクショントルクを考慮した場合のＶＴＣ位相角の推定と補間について説明するための特性図である。 電動ＶＴＣの位相変換に関係するカムトルクの位相変換への影響について説明するための特性図である。 エンジン回転速度とカムトルクの関係を示す特性図である。 慣性トルクとカムトルクを考慮した場合のＶＴＣ位相角の推定と補間について説明するための特性図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る可変バルブタイミング機構の制御装置が適用される内燃機関のシステム構成図である。
内燃機関（エンジン）１００は、車両に搭載されて動力源として用いられる。この内燃機関１００は、図示する直列型の他、Ｖ型あるいは水平対向型などの様々な形式とすることができる。

内燃機関１００の吸気ダクト１０２には、内燃機関１００の吸入空気流量ＱＡを検出する吸入空気量センサ１０３を設けている。
吸気バルブ１０５は、各気筒の燃焼室１０４の吸気口を開閉する。この吸気バルブ１０５の上流側の吸気ポート１０２ａには、気筒毎に燃料噴射弁１０６を配置している。ここでは、燃料噴射弁１０６が吸気ダクト１０２内に燃料を噴射するものを例に取るが、燃焼室１０４内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関であっても良い。

燃料噴射弁１０６から噴射された燃料は、吸気バルブ１０５を介して燃焼室１０４内に空気と共に吸引され、点火プラグ１０７による火花点火によって着火燃焼し、該燃焼による圧力がピストン１０８をクランクシャフト１０９に向けて押し下げることで、クランクシャフト１０９を回転駆動する。
また、排気バルブ１１０は、燃焼室１０４の排気口を開閉し、排気バルブ１１０が開くことで燃焼室１０４内の排ガスが排気管１１１に排出される。

排気管１１１には三元触媒等を備えた触媒コンバータ１１２が設置され、触媒コンバータ１１２によって排気が浄化される。
吸気バルブ１０５は、クランクシャフト１０９によって回転駆動される吸気カムシャフト１１５ａの回転に伴って開動作する。また、排気バルブ１１０は、クランクシャフト１０９によって回転駆動される排気カムシャフト１１５ｂの回転に伴って開動作する。

ＶＴＣ機構１１４は、アクチュエータとしての電動モータ（ブラシ付ＤＣモータ）によって、クランクシャフト１０９に対する吸気カムシャフト１１５ａの相対回転位相角を変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の位相、つまり、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを連続的に進角方向及び遅角方向に変化させる、電動式のＶＴＣ機構である。
また、気筒毎に設けた点火プラグ１０７には、点火プラグ１０７に対して点火エネルギを供給する点火モジュール１１６がそれぞれ直付けされている。点火モジュール１１６は、点火コイル及び点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタを備えている。

制御装置（電子制御ユニット）２０１は、ＶＴＣ機構１１４を駆動制御する電動ＶＴＣコントローラ２０１ａと、燃料噴射弁１０６や点火モジュール１１６などを制御するエンジンコントロールモジュール（以下、ＥＣＭと称する）２０１ｂとを備えている。電動ＶＴＣコントローラ２０１ａ及びＥＣＭ２０１ｂは、それぞれがＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭなどを含むマイクロコンピュータを備え、ＲＯＭなどのメモリに予め格納されたプログラムに従って演算処理を行うことで各種デバイスの操作量を演算して出力する。また、電動ＶＴＣコントローラ２０１ａは、ＶＴＣ機構１１４のモータを駆動するインバータなどの駆動回路を備えている。

これら電動ＶＴＣコントローラ２０１ａとＥＣＭ２０１ｂは、ＣＡＮ（Controller Area Network）２０１ｃを介して相互にデータ転送を行えるように構成されている。
なお、通信回路網としてのＣＡＮ２０１ｃには、電動ＶＴＣコントローラ２０１ａ，ＥＣＭ２０１ｂの他、例えば内燃機関と組み合わされる自動変速機を制御するＡＴコントローラなどが接続される。

制御装置２０１には、吸入空気量センサ１０３から出力される吸入空気流量ＱＡを入力する他、クランクシャフト１０９の回転角信号ＰＯＳを出力するクランク角センサ２０３、アクセルペダル２０７の踏込み量、換言すればアクセル開度ＡＣＣを検出するアクセル開度センサ２０６、吸気カムシャフト１１５ａの回転角信号ＣＡＭを出力するカム角センサ２０４、内燃機関１００の冷却水の温度ＴＷを検出する水温センサ２０８、触媒コンバータ１１２の上流側の排気管１１１に設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比ＡＦを検出する空燃比センサ２０９、オイルパン内（またはエンジンオイルの循環経路）におけるエンジンオイルの油温ＴＯを検出する油温センサ２１０などからの出力信号を入力し、更に、内燃機関１００の運転及び停止のメインスイッチであるイグニッションスイッチ（エンジンスイッチ）２０５からの信号ＩＧＮＳＷを入力する。

クランク角センサ２０３が出力する回転角信号ＰＯＳは、単位クランク角（例えば、１０ｄｅｇ．ＣＡ）毎のパルス信号であって、気筒間の行程位相差（点火間隔）に相当するクランク角（４気筒機関でクランク角１８０ｄｅｇ）毎に、１個若しくは複数のパルスが欠落するように構成される。
また、クランク角センサ２０３が、単位クランク角毎の回転角信号ＰＯＳ（単位クランク角信号）と、気筒間の行程位相差（点火間隔）に相当するクランク角毎の基準クランク角信号とを出力するよう構成することができる。ここで、単位クランク角毎の回転角信号ＰＯＳの欠落箇所若しくは基準クランク角信号の出力位置は、各気筒の基準ピストン位置を表すことになる。

カム角センサ２０４は、気筒間の行程位相差（点火間隔）に相当するクランク角毎に回転角信号ＣＡＭを出力する。
ここで、吸気カムシャフト１１５ａは、クランクシャフト１０９の回転速度の半分の速度で回転するから、内燃機関１００が４気筒機関で、気筒間の行程位相差（点火間隔）に相当するクランク角が１８０ｄｅｇ．ＣＡであれば、クランク角１８０ｄｅｇ．ＣＡは吸気カムシャフト１１５ａの回転角９０ｄｅｇに相当する。つまり、カム角センサ２０４は、吸気カムシャフト１１５ａが９０ｄｅｇ回転する毎に、回転角信号ＣＡＭを出力する。

回転角信号ＣＡＭは、基準ピストン位置に位置している気筒を判別させるための信号（気筒判別信号）であり、気筒間の行程位相差（点火間隔）に相当するクランク角毎に気筒番号を表す特性のパルスとして出力される。
例えば、４気筒機関であって点火順を第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒とする場合、カム角センサ２０４は、クランク角１８０ｄｅｇ毎に１個のパルス信号、３個のパルス信号、４個のパルス信号、２個のパルス信号を出力することで、基準ピストン位置に位置している気筒をパルス数に基づき特定することができる。また、回転角信号ＣＡＭは、パルス数で気筒番号を表す代わりに、パルス幅や振幅に基づき気筒番号を表すことができる。

図２〜図４はそれぞれ、図１におけるＶＴＣ機構１１４の構造の一例を示す。
なお、ＶＴＣ機構１１４の構造は、図２〜図４に例示したものに限定されるものではなく、ブラシ付ＤＣモータに位相変換時のみ電圧を印加して、スプロケット部に対してモータシャフト部を回転させてカムシャフト部の位相を変換するものであれば採用できる。

ＶＴＣ機構１１４は、図２に示すように、内燃機関１００のクランクシャフト１０９によって回転駆動される駆動回転体であるタイミングスプロケット（カムスプロケット）１と、シリンダヘッド上に軸受４４を介して回転自在に支持され、タイミングスプロケット１から伝達された回転力によって回転する吸気カムシャフト１１５ａと、タイミングスプロケット１の前方位置に配置されて、チェーンカバー４０にボルトによって固定されたカバー部材３と、タイミングスプロケット１と吸気カムシャフト１１５ａの間に配置されて、タイミングスプロケット１に対する吸気カムシャフト１１５ａの相対回転位相角を変更する位相変更機構４と、を備える。

タイミングスプロケット１は、スプロケット本体１ａと、スプロケット本体１ａの外周に一体に設けられて、巻回されたタイミングチェーン４２を介してクランクシャフト１０９からの回転力を受けるギア部１ｂと、から構成される。
また、タイミングスプロケット１は、スプロケット本体１ａの内周側に形成された円形溝１ｃと吸気カムシャフト１１５ａの前端部に一体に設けられたフランジ部２ａの外周との間に介装された第３ボールベアリング４３によって、吸気カムシャフト１１５ａに回転自在に支持されている。

スプロケット本体１ａの前端部外周縁には、環状突起１ｅが一体に形成されている。
スプロケット本体１ａの前端部には、環状突起１ｅの内周側に同軸に位置決めされ、内周に波形状の噛み合い部である内歯１９ａが形成された環状部材１９と、円環状のプレート６とがボルト７によって軸方向から共締め固定されている。

また、スプロケット本体１ａの内周面の一部には、図４に示すように、円弧状の係合部であるストッパ凸部１ｄが周方向に沿って所定長さ範囲まで形成されている。
プレート６の前端側外周には、位相変更機構４の後述する減速機８や電動モータ１２の各構成部材を覆う状態で前方に突出した円筒状のハウジング５がボルト１１によって固定されている。

ハウジング５は、鉄系金属によって形成されてヨークとして機能し、前端側に円環プレート状の保持部５ａを一体に有していると共に、保持部５ａを含めた外周側全体がカバー部材３によって所定の隙間をもって覆われた形で配置されている。
吸気カムシャフト１１５ａは、外周に吸気バルブ１０５を開作動させる駆動カム（図示省略）を有すると共に、前端部に従動回転体である従動部材９がカムボルト１０によって軸方向から結合されている。

また、吸気カムシャフト１１５ａのフランジ部２ａには、図４に示すように、スプロケット本体１ａのストッパ凸部１ｄが係入する係止部であるストッパ凹溝２ｂが円周方向に沿って形成されている。
このストッパ凹溝２ｂは、円周方向へ所定長さの円弧状に形成され、この長さ範囲で回動したストッパ凸部１ｄの両端縁が周方向の対向縁２ｃ，２ｄにそれぞれ当接することによって、タイミングスプロケット１に対する吸気カムシャフト１１５ａの最大進角側、最大遅角側の相対回転位置を規制するようになっている。

つまり、ストッパ凸部１ｄがストッパ凹溝２ｂ内で移動できる角度範囲が、クランクシャフト１０９に対する吸気カムシャフト１１５ａの相対回転位相角の可変範囲、換言すれば、バルブタイミングの可変範囲となる。
カムボルト１０の頭部１０ａの軸部１０ｂ側の端縁には、フランジ状の座面部１０ｃが一体に形成され、軸部１０ｂの外周には、吸気カムシャフト１１５ａの端部から内部軸方向に形成された雌ねじ部に螺着する雄ねじ部が形成されている。

従動部材９は、鉄系金属材によって形成され、図３に示すように、前端側に形成された円板部９ａと、後端側に一体に形成された円筒状の円筒部９ｂとから構成されている。
円板部９ａには、後端面の径方向ほぼ中央位置に吸気カムシャフト１１５ａのフランジ部２ａとほぼ同外径の環状段差突起９ｃが一体に設けられる。

そして、環状段差突起９ｃの外周面とフランジ部２ａの外周面が第３ボールベアリング４３の内輪４３ａの内周に挿通配置されている。第３ボールベアリング４３の外輪４３ｂは、スプロケット本体１ａの円形溝１ｃの内周面に圧入固定されている。
また、円板部９ａの外周部には、複数のローラ３４を保持する保持器４１が一体に設けられている。

保持器４１は、円板部９ａの外周部から円筒部９ｂと同じ方向へ突出して形成され、円周方向へほぼ等間隔の位置に所定の隙間をもった複数の細長い突起部４１ａによって形成されている。
円筒部９ｂは、中央にカムボルト１０の軸部１０ｂが挿通される挿通孔９ｄが貫通形成され、円筒部９ｂの外周側に第１ニードルベアリング２８が設けられている。

カバー部材３は、合成樹脂材によって形成され、カップ状に膨出したカバー本体３ａと、該カバー本体３ａの後端部外周に一体に設けたブラケット３ｂとから構成される。
カバー本体３ａは、位相変更機構４の前端側、つまりハウジング５の軸方向の保持部５ｂから後端部側のほぼ全体を、所定隙間をもって覆うように配置されている。一方、ブラケット３ｂは、ほぼ円環状に形成され、６つのボス部にそれぞれボルト挿通孔３ｆが貫通形成されている。

また、カバー部材３には、ブラケット３ｂがチェーンカバー４０に複数のボルト４７を介して固定され、カバー本体３ａの前端部３ｃの内周面に、内外２重のスリップリング４８ａ，４８ｂが各内端面を露出した状態で埋設固定されている。
さらに、カバー部材３の上端部には、内部にスリップリング４８ａ，４８ｂと導電部材を介して接続されたコネクタ端子４９ａが固定されたコネクタ部４９を設けてある。

なお、コネクタ端子４９ａには、制御装置２０１を介して図外のバッテリー電源からの電力が供給されるようになっている。
カバー本体３ａの後端部側の内周面とハウジング５の外周面との間には、シール部材である大径な第１オイルシール５０が介装されている。

第１オイルシール５０は、横断面ほぼコ字形状に形成され、合成ゴムの基材の内部に芯金が埋設されていると共に、外周側の円環状基部５０ａがカバー本体３ａ後端部の内周面に形成された円形溝３ｄ内に嵌着固定されている。
また、第１オイルシール５０の円環状基部５０ａの内周側には、ハウジング５の外周面に当接するシール面５０ｂが一体に形成されている。

位相変更機構４は、吸気カムシャフト１１５ａのほぼ同軸上前端側に配置された電動モータ１２と、電動モータ１２の回転速度を減速して吸気カムシャフト１１５ａに伝達する減速機８と、から構成されている。
電動モータ１２は、ブラシ付きのＤＣモータであって、タイミングスプロケット１と一体に回転するヨークであるハウジング５と、ハウジング５の内部に回転自在に設けられた出力軸であるモータ軸１３と、ハウジング５の内周面に固定された半円弧状の一対の永久磁石１４，１５と、保持部５ａの内底面側に固定された固定子１６と、を備えている。

モータ軸１３は、筒状に形成されてアーマチュアとして機能し、軸方向のほぼ中央位置の外周に複数の極を持つ鉄心ロータ１７が固定されると共に、鉄心ロータ１７の外周には電磁コイル１８が巻回されている。
また、モータ軸１３の前端部外周には、コミュテータ２０が圧入固定されており、コミュテータ２０には、鉄心ロータ１７の極数と同数に分割された各セグメントに電磁コイル１８が接続されている。

モータ軸１３は、カムボルト１０の頭部１０ａ側の軸部１０ｂの外周面に、第１軸受であるニードルベアリング２８と該ニードルベアリング２８の軸方向の側部に配置された軸受である第４ボールベアリング３５を介して回転自在に支持されている。
また、モータ軸１３の吸気カムシャフト１１５ａ側の後端部には、減速機８の一部を構成する円筒状の偏心軸部３０が一体に設けられている。

また、モータ軸１３の外周面とプレート６の内周面との間には、減速機８内部から電動モータ１２内への潤滑油のリークを阻止するフリクション部材である第２オイルシール３２が設けられている。
第２オイルシール３２は、内周部がモータ軸１３の外周面に弾接することによって、モータ軸１３の回転に対して摩擦抵抗を付与する。

減速機８は、偏心回転運動を行う偏心軸部３０と、偏心軸部３０の外周に設けられた第２軸受である第２ボールベアリング３３と、第２ボールベアリング３３の外周に設けられたローラ３４と、ローラ３４を転動方向に保持しつつ径方向の移動を許容する保持器４１と、保持器４１と一体の従動部材９とで主に構成されている。
偏心軸部３０の外周面に形成されたカム面の軸心が、モータ軸１３の軸心Ｘから径方向へ僅かに偏心している。なお、第２ボールベアリング３３とローラ３４などが遊星噛み合い部として構成されている。

第２ボールベアリング３３は、大径状に形成されて、第１ニードルベアリング２８の径方向位置で全体がほぼオーバラップする状態に配置され、第２ボールベアリング３３の内輪３３ａが偏心軸部３０の外周面に圧入固定されていると共に、第２ボールベアリング３３の外輪３３ｂの外周面にはローラ３４が常時当接している。
また、外輪３３ｂの外周側には円環状の隙間Ｃが形成され、この隙間Ｃによって第２ボールベアリング３３全体が偏心軸部３０の偏心回転に伴って径方向へ移動可能、つまり偏心動可能になっている。

各ローラ３４は、第２ボールベアリング３３の偏心動に伴って径方向へ移動しつつ環状部材１９の内歯１９ａに嵌入すると共に、保持器４１の突起部４１ａによって周方向にガイドされつつ径方向に揺動運動させるようになっている。
減速機８の内部には、潤滑油供給機構から潤滑油が供給される。

潤滑油供給機構は、シリンダヘッドの軸受４４の内部に形成されて図外のメインオイルギャラリーから潤滑油が供給される油供給通路４４ａと、吸気カムシャフト１１５ａの内部軸方向に形成されて油供給通路４４ａにグルーブ溝を介して連通した油供給孔４８と、従動部材９の内部軸方向に貫通形成されて一端が油供給孔４８に開口し他端が第１ニードルベアリング２８と第２ボールベアリング３３の付近に開口した小径なオイル供給孔４５と、同じく従動部材９に貫通形成された大径な３つのオイル排出孔（図示省略）と、から構成されている。

次に、上述したＶＴＣ機構１１４の作動について説明する。
まず、内燃機関１００のクランクシャフト１０９が回転駆動するとタイミングチェーン４２を介してタイミングスプロケット１が回転し、その回転力によりハウジング５と環状部材１９とプレート６を介して電動モータ１２が同期回転する。

一方、環状部材１９の回転力が、ローラ３４から保持器４１及び従動部材９を経由して吸気カムシャフト１１５ａに伝達される。これによって、吸気カムシャフト１１５ａのカムが吸気バルブ１０５を開閉作動させる。
そして、制御装置２０１は、ＶＴＣ機構１１４によってクランクシャフト１０９に対する吸気カムシャフト１１５ａの相対回転位相角、つまり、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを変更するときは、電動モータ１２の電磁コイル１８に通電し、電動モータ１２を駆動させる。電動モータ１２が回転駆動されると、このモータ回転力が減速機８を介して吸気カムシャフト１１５ａに伝達される。

すなわち、モータ軸１３の回転に伴い偏心軸部３０が偏心回転すると、各ローラ３４がモータ軸１３の１回転毎に保持器４１の突起部４１ａに径方向へガイドされながら環状部材１９の１つの内歯１９ａを乗り越えて隣接する他の内歯１９ａに転動しながら移動し、これを順次繰り返しながら円周方向へ転接する。
この各ローラ３４の転接によってモータ軸１３の回転が減速されつつ従動部材９に回転力が伝達される。なお、モータ軸１３の回転が従動部材９に伝達されるときの減速比は、ローラ３４の個数などによって任意に設定することが可能である。

これにより、吸気カムシャフト１１５ａがタイミングスプロケット１に対して正逆相対回転して相対回転位相角が変換されて、吸気バルブ１０５の開閉タイミングが進角側あるいは遅角側に変更される。
ここで、タイミングスプロケット１に対する吸気カムシャフト１１５ａの正逆相対回転は、ストッパ凸部１ｄの各側面がストッパ凹溝２ｂの各対向縁２ｃ，２ｄのいずれか一方に当接することによって規制される。

すなわち、従動部材９が、偏心軸部３０の偏心回動に伴ってタイミングスプロケット１の回転方向と同方向に回転することによって、ストッパ凸部１ｄの一側面がストッパ凹溝２ｂの一方側の対向縁２ｃに当接してそれ以上の同方向の回転が規制される。これにより、吸気カムシャフト１１５ａは、タイミングスプロケット１に対する相対回転位相角が進角側へ最大に変更される。

一方、従動部材９が、タイミングスプロケット１の回転方向と逆方向に回転することによって、ストッパ凸部１ｄの他側面がストッパ凹溝２ｂの他方側の対向縁２ｄに当接してそれ以上の同方向の回転が規制される。これにより、吸気カムシャフト１１５ａは、タイミングスプロケット１に対する相対回転位相が遅角側へ最大に変更される。
このように、制御装置２０１は、ＶＴＣ機構１１４の電動モータ１２の通電を制御することによってクランクシャフト１０９に対する吸気カムシャフト１１５ａの相対回転位相角、つまり、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを可変に制御する。

制御装置２０１は、内燃機関１００の運転状態、例えば、機関負荷、機関回転速度、機関温度、始動状態などに基づいて目標位相角（換言すれば、目標進角量、目標バルブタイミング、目標変換角）を演算する一方、クランクシャフト１０９に対する吸気カムシャフト１１５ａの実際の相対回転位相角を検出する。
そして、制御装置２０１は、目標位相角に実際の相対回転位相角が近づくように電動モータ１２の操作量を演算して出力する、回転位相のフィードバック制御を実施する。上記フィードバック制御において、制御装置２０１は、例えば目標位相角と実際の相対回転位相角との偏差に基づく比例積分制御などによって、電動モータ１２の操作量を演算する。

図５は、図１に示した制御装置２０１における、ＶＴＣ機構１１４の制御に関係する要部を抽出して示している。バッテリーＶＢＡＴに接続されたイグニッションスイッチ２０５からの信号ＩＧＮＳＷを、ＥＣＭ２０１ｂと電動ＶＴＣコントローラ２０１ａにそれぞれ入力してイグニッションオンにより起動する。ＥＣＭ２０１ｂは、入力回路２１１とＣＰＵ２１２を備えている。カム角センサ２０４からの回転角信号ＣＡＭ、及びクランク角センサ２０３からの回転角信号ＰＯＳをそれぞれ入力回路２１１とＣＰＵ２１２に入力する。ＥＣＭ２０１ｂは、これらの信号に基づいて燃料噴射弁１０６や点火モジュール１１６などを制御する。

ＣＰＵ２１２は、例えばＶＴＣ機構１１４で調整される回転位相の目標値（目標位相角）ＴＧＶＴＣ（ｄｅｇ．ＣＡ）を機関運転状態に基づいて演算し、クランク角センサ２０３からの回転角信号ＰＯＳ、及び吸気カムシャフト１１５ａの回転角信号ＣＡＭに基づき回転位相ＡＮＧ_ＣＡＭｅｃ（ｄｅｇ．ＣＡ）を算出する。更に、演算した目標値ＴＧＶＴＣや算出した回転位相ＡＮＧ_ＣＡＭｅｃなどを、ＣＡＮ通信により電動ＶＴＣコントローラ２０１ａに向けて送信する機能を有する。

一方、電動ＶＴＣコントローラ２０１ａは、ＣＰＵ２１３、駆動回路２１４ａ，２１４ｂ、内部電源回路２１５、入力回路２１６及びＣＡＮドライバ回路２１７などを備えている。この電動ＶＴＣコントローラ２０１ａの電源端子とグランド（ＧＮＤ）端子を、バッテリーＶＢＡＴに接続する。これによって、駆動回路２１４ａ，２１４ｂと内部電源回路２１５にヒュージブルリンク２１９を介して電源が供給される。内部電源回路２１５は、バッテリーＶＢＡＴの電圧を降圧して、例えば５Ｖの内部電源電圧を生成し、ＣＰＵ２１３を含む電動ＶＴＣコントローラ２０１ａ内の各回路に供給する。

入力回路２１６には、ＥＣＭ２０１ｂの入力回路２１１を介して、カム角センサ２０４からの回転角信号ＣＡＭと、クランク角センサ２０３からの回転角信号ＰＯＳを入力し、これらの回転角信号ＣＡＭ，ＰＯＳをＣＰＵ２１３に入力する。
ＣＡＮドライバ回路２１７は、電動ＶＴＣコントローラ２０１ａとＥＣＭ２０１ｂとの間でＣＡＮ通信を行うためのものであり、ＣＰＵ２１３からの送信情報ＣＡＮ_ＴＸをＥＣＭ２０１ｂに送信し、ＥＣＭ２０１ｂからの受信情報ＣＡＮ_ＲＸをＣＰＵ２１３で受信する。

駆動回路２１４ａ，２１４ｂはそれぞれ、ＣＰＵ２１３から出力されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号ＰＷＭ−Ｐ，ＰＷＰ−Ｎに基づいて、ＶＴＣ機構１１４の電動モータ１２への通電を制御する。これら駆動回路２１４ａ，２１４ｂはそれぞれ、電流センサ２１８ａ，２１８ｂを備えており、電動モータ１２の巻線に流れる電流を検知してＣＰＵ２１３に入力するようになっている。

次に、図６の機能ブロック図を参照して、本発明の概要について説明する。電動ＶＴＣコントローラ２０１ａは、モータトルク推定機能（モータトルク推定部２３０）、モータ回転角推定機能（モータ回転角推定部２３１）、ＶＴＣ変換角算出機能（変換部２３２）及びフィードバック制御機能（フィードバック制御部２３３）などを有する。そして、カム信号による位相角検出の間の補間において、モータ特性に基づいてモータ電流からモータトルクを推定し、モータトルクとエンジン運転状態を用いた運動方程式に基づいてモータ回転角を推定して補間を行う。

すなわち、モータトルク推定部２３０にモータ電流［Ａ］が入力されると、ＤＣモータのＴ−Ｉ特性によりモータトルクＴ_ｍｏｔ［Ｎ・ｍ］が算出されてモータ回転角推定部２３１に入力される。モータ回転角推定部２３１では、このモータトルクＴ_ｍｏｔと影響因子がモータ回転の運動方程式に入力され、モータ回転角［ｄｅｇ］が算出される。モータトルクＴ_ｍｏｔは、ＶＴＣアクチュエータの慣性、ＶＴＣアクチュエータ側の影響因子、及びカム側の影響因子の和で表され、下式のようになる。

ここで、Ｊは慣性モーメント［ｋｇ・ｍ^２］、Ｄは摩擦係数［Ｎ・ｍ・ｓｅｃ／ｄｅｇ］、θはモータ回転角［ｄｅｇ．ＣＡ］である。

上記モータ回転の運動方程式に基づきモータ回転角θを推定し、このモータ回転角θを変換部２３２でＶＴＣ変換角［ｄｅｇ．ＣＡ］に変換する。変換部２３２では、モータ回転角推定部２３１で算出したモータ回転角θを、減速機８の減速比などに基づきＶＴＣ変換角に変換する。このＶＴＣ変換角をフィードバック制御部２３３に入力し、フィードバック制御によって、カムによる位相角検出値の補間を行う。そして、このフィードバック制御部２３３からＶＴＣ位相角［ｄｅｇ．ＣＡ］を出力する。
カムによる位相角検出が行われたときには、この検出値が選択され、フィードバック制御部２３３から位相角検出値に基づくＶＴＣ位相角［ｄｅｇ．ＣＡ］を出力する。
電動ＶＴＣコントローラ２０１ａの上述したトルク推定機能、モータ回転角推定機能及びＶＴＣ変換角算出機能は、ＣＰＵ２１３によって実現され、ＶＴＣ位相角［ｄｅｇ．ＣＡ］に対応するＰＷＭ信号を出力してＶＴＣ機構１１４の電動モータ１２を制御する。

図７（ａ）〜（ｃ）は、ＶＴＣ位相ステップ応答に、本発明の位相角補間を適用した場合のモータ電流、位相角、位相角校正量を従来と比較して示す特性図である。また、図８は、図７（ｃ）の位相角校正量の時間変化における一部の領域ΔＡを拡大して示す特性図である。
従来の概略的な制御の流れは、まずＥＣＭ２０１ｂで目標角（図７（ｂ）に細い破線Ｌ１で示す）を演算し、電動ＶＴＣコントローラ２０１ａへ送信する。電動ＶＴＣコントローラ２０１ａは、受信した目標角と、ＶＴＣ位相角（細い実線Ｌ２で示す階段状のカム検出角）との偏差から、電動モータ１２の操作量（太い破線Ｌ３で示す）を演算する。この操作量（駆動電圧）に応じてモータ電流（図７（ａ））が変化し、このモータ電流に応じてＶＴＣ位相角が変化することになる。
これに対し、本発明では、ＶＴＣアクチュエータ（モータ＋減速機）の慣性を考慮しているため、モータ回転角センサを用いることなく、図７（ｂ）に太い実線Ｌ４で示すように過渡の滑らかなＶＴＣ位相角を再現できる。また、影響因子を考慮するため、実際により近い変化（傾き）を再現できる。
これによって、図７（ｃ）に示すように、従来に比べて位相角校正量を小さくできる。また、図８に示すように、位相角校正量は、モータ回転角センサを用いた場合（実線ＭＡＳ）と同等であり、十分に小さな位相角校正量となる。

［第１の実施形態］
図９は、本発明の第１の実施形態に係る可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法について説明するためのもので、図６における位相角検出の間の補間を行う機能ブロックのより詳細な構成例を示している。この電動ＶＴＣコントローラ２０１ａは、モータトルク推定部２３０、モータ回転角推定部２３１、変換部２３２及びフィードバック制御部２３３などを備えている。
モータトルク推定部２３０には、モータ電流［Ａ］に加えて、考慮すべきアクチュエータ側の影響因子である電源電圧［Ｖ］、駆動デューティ［％］及びモータ温度［℃］を入力し、ＤＣモータの特性に基づいて、モータ電流、電源電圧、駆動デューティ及びモータ温度の少なくとも１つを用いてモータトルクを推定する。モータトルクの推定は、多項式による演算、テーブルの参照、あるいはマップの参照などにより行われる。

この推定したモータトルク［Ｎ・ｍ］とエンジン側の影響因子、例えば油温［℃］、エンジン回転角度［ｄｅｇ．ＣＡ］、及びエンジン回転数［ｒ／ｍｉｎ］をモータ回転角推定部２３１に入力し、上述したモータ回転の運動方程式に基づいて、モータトルク、エンジン回転数、エンジン回転角度、及び油温などを用いてモータ回転角［ｄｅｇ］を推定する。
続いて、推定したモータ回転角を変換部２３２に入力し、モータ回転角をＶＴＣ変換角に単位変換し、ＶＴＣ位相角を補間する。
単位変換によって取得したＶＴＣ変換角［ｄｅｇ．ＣＡ］とカム信号をフィードバック制御部２３３に入力し、カム信号によってＶＴＣ位相角を検出したとき、位相角補間値を検出値に校正する。そして、このフィードバック制御部２３３からＶＴＣ位相角［ｄｅｇ．ＣＡ］を出力する。
このように、ＶＴＣ位相変換の影響因子を考慮した運動方程式に基づいて位相角補間を行うことで、モータ電流による位相角補間の精度を向上できる。

［第２の実施形態］
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法について説明するためのフローチャートである。本第２の実施形態では、位相角制御が過渡のときに位相角補間を行い、定常のときに位相角補間を行わないようにしている。すなわち、まず、過渡状態か否か判定し（ステップＳ１）、位相角が変化する過渡状態であると判断されると、ＶＴＣ位相角補間を行う（ステップＳ２）。過渡状態か否かの判定は、現在位相角と目標位相角との差、及び／または現在位相角の変化の度合いに基づいて判定する。ステップＳ２では、位相角に補間値を入力、またはカム信号入力時には位相角に検出値を入力する。
一方、ステップＳ１で過渡状態でないと判断されると、ＶＴＣ位相角補間は行なわずに位相角を検出値（回転数）とする（ステップＳ３）。続いて、位相角のフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を行う（ステップＳ４）。
このように、位相角補間が不要なときに補間演算を停止させることで、演算負荷を低減できる。

＜変形例＞
図１１は、上述した本発明の第２の実施形態の変形例について説明するためのフローチャートである。本変形例では、位相角制御が過渡状態か否かに加えて、エンジン回転数が所定値以下か否かを判断しており、所定値以下のときに位相角補間を行い、所定値よりも大きいときに位相角補間を行わないようにしている。すなわち、まず、過渡状態か否か判定し（ステップＳ１１）、過渡状態であると判断されると、エンジンが所定回転数以下か否か判断する（ステップＳ１２）。過渡状態か否かの判定は、現在位相角と目標位相角との差、及び／または現在位相角の変化の度合いに基づいて判定する。
所定回転数以下であると判断されると、ＶＴＣ位相角補間を行う（ステップＳ１３）。ステップ１３では、位相角に補間値を入力、またはカム信号入力時には位相角に検出値を入力する。

一方、ステップＳ１１で過渡状態でないと判断された場合、及びステップＳ１２でエンジンが所定回転以下でないと判断された場合には、ＶＴＣ位相角補間は行なわずに位相角を検出値（回転数）とする（ステップＳ１４）。続いて、位相角のフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御を行う（ステップＳ１５）。
このようにエンジン回転を考慮するのは、エンジン回転速度が高くなるほどカム検出頻度が増加し、エンジン回転速度が所定値よりも大きくなると、ＶＴＣ制御周期よりカム検出周期が短くなるからである。このため、位相角補間が不要になる。従って、位相角補間が不要なときに補間演算を停止させることで演算負荷を低減できる。

［第３の実施形態］
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法について説明するための波形図である。本第３の実施形態は、入力（モータ電流）に対する出力（モータトルク、モータ回転角）の特性を学習するものである。学習は、例えば工場出荷前、特定のエンジン運転状態（一定エンジン回転速度、一定油温など）、チェックツールからの学習要求があったタイミングで実行する。
学習の流れとしては、まず実線Ｌ５で示すように所定のモータ電流を与え（図１２（ａ）参照）、続いてＶＴＣ位相角の変化特性（＝モータ回転角の変化特性）を学習する。ＶＴＣ位相角の変化特性は、破線Ｌ６で示すように階段状に変化するカム検出角の角部を結ぶ直線となる（図１２（ｂ）参照）。
このように、モータ電流に対するモータ回転角の変化特性が実機と合うように、ＤＣモータ特性（図１３のＴ−Ｉ特性における実線Ｌ７の傾き）や運動方程式の係数（慣性モーメントＪ、摩擦係数Ｄ）を補正する。

［第４の実施形態］
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法について説明するための波形図である。本第４の実施形態は、ＶＴＣ操作量（電動モータ１２の操作量に対応する）を学習するものである。ここで、操作量とは、位相角を目標角に近づけるためにモータを制御する量であり、駆動電圧、デューティ、モータ電流の何れかで表せる。モータ電流は、センサ検出値を用いることができるが、「駆動電圧＝電源電圧×デューティ」の関係があるため、駆動電圧から推定することもできる。この学習は、例えば工場出荷前、特定のエンジン運転状態（一定エンジン回転速度、一定油温など）、チェックツールからの学習要求があったタイミングで実行する。
学習の流れとしては、まず実線Ｌ８で示すように所定のＶＴＣ操作量（駆動電圧［Ｖ］、デューティ［％］）を与え（図１４（ａ）参照）、続いて実線Ｌ９で示すようなモータ電流の検出特性を学習する（図１４（ｂ）参照）。
その後、図１５に示すように、２点のモータ電流の検出値と理論値から実線Ｌ１０で示すようにゲイン、オフセット量を算出し、これらを用いて検出値を補正する。
このように、ＶＴＣ操作量を学習することで、電流センサの個体ばらつきや経時変化に対応でき、位相角補間の精度を向上できる。

［第５の実施形態］
図１６は、本発明の第５の実施形態に係る可変バルブタイミング機構の制御装置及びその制御方法について説明するための波形図である。上述した第１乃至第４の実施形態では、モータ特性に予め考えられる影響因子を考慮して位相角を求めていた。これに対し、本第５の実施形態では、補間値がカムによる検出値に対してずれていた分だけ傾きを補正するものである。すなわち、位相角を校正したときの補間値と検出値との差に応じて、モータトルク及び／またはモータ回転角の演算を補正する。

補正の流れとしては、まず、カム検出角の更新時に補間値を校正する。続いて、校正時の補間値と検出値との差に応じて、ＤＣモータ特性や運動方程式の係数、定数を補正する。
ＤＣモータ特性（Ｔ−Ｉ特性）を補正する場合には、モータトルク（モータ回転角）が小さくなるように、Ｔ−Ｉ特性のゲインを補正する。すなわち、図１７に示すように、ベースとなる補正前の状態を破線で示すと、補正後は実線で示すようになる。
このように、補間演算が検出値に近づくように傾きを補正することで、位相角補間の精度を向上できる。この補正は、図１６のような場合には、モータ特性の傾きを小さく補正する。一方、補間値と検出値との差によっては傾きを大きく補正する場合もある。

図１８は、電動ＶＴＣの位相変換に関係するトルクとその影響因子をまとめて示している。トルクには、モータトルク、慣性トルク（ＶＴＣアクチュエータ側）、フリクショントルク（ＶＴＣアクチュエータ側）、カムトルク、慣性トルク（エンジン側）及びフリクショントルク（エンジン側）があり、様々な因子（１次因子、２次因子）を考慮して位相角補間を行う。
（Ａ）モータトルクは、カムの位相角を変換させるためのトルクであり、１次因子としてはモータ電流、２次因子としては印加電圧とモータ温度がある。
（Ｂ）慣性トルク（ＶＴＣアクチュエータ側）は、モータトルクの変化に対して抵抗となるトルクであり、１次因子としてはモータ回転角加速度と慣性モーメントがある。
（Ｃ）フリクショントルク（ＶＴＣアクチュエータ側）は、モータ回転速度に比例して作用するＶＴＣアクチュエータの摩擦抵抗トルクであり、１次因子としてはモータ回転速度と摩擦係数があり、２次因子としては油温がある。

（Ｄ）カムトルクは、エンジン回転角度に応じてバルブから受ける交番トルクであり、１次因子としてはエンジン回転角度とエンジン回転速度がある。
（Ｅ）慣性トルク（エンジン側）は、エンジン回転の加減速に応じて作用するトルクであり、１次因子としてはエンジン回転角加速度と慣性モーメントがあり、２次因子としてはエンジン回転速度（アクチュエータ固有値）がある。
（Ｆ）フリクショントルク（エンジン側）は、カムシャフト周りの摩擦抵抗トルクであり、１次因子としてはエンジン回転速度と摩擦係数があり、２次因子としては油温がある。

図１９は、図１８に示した電動ＶＴＣの位相変換に関係するアクチュエータ側トルクとエンジン側トルクについて説明するためもので、（Ａ）モータトルク、（Ｂ）慣性トルク及び（Ｃ）フリクショントルクはＶＴＣアクチュエータ側、（Ｄ）カムトルク、慣性トルク及び（Ｆ）フリクショントルクはエンジン側である。

次に、各トルクへの影響因子について詳しく説明する。
（Ａ）モータトルク
モータトルクは、Ｔ−Ｉ特性に基づいてモータ電流から算出する。モータトルクとモータ回転速度との関係は、図２０に実線Ｌ１１で示すように、モータトルクの上昇に伴ってモータ回転速度が低下する。この際、印加電圧が高い場合には破線Ｌ１２で示すようなモータトルクとモータ回転速度の関係となる。一方、印加電圧が低い場合には破線Ｌ１３で示すようなモータトルクとモータ回転速度の関係となる。このように、印加電圧が高い場合と低い場合でＴ−Ｎ特性が変化する。
また、モータ電流とモータトルクとの関係は、図２１に実線Ｌ１４で示すように、モータ電流の上昇に伴ってモータトルクが上昇する。この際、モータ温度が低い場合には破線Ｌ１５で示すようなモータ電流とモータトルクの関係となる。一方、モータ温度が高い場合には破線Ｌ１６で示すようなモータ電流とモータトルクの関係となる。このように、モータ温度が低い場合と高い場合でＴ−Ｉ特性が変化する。

（Ｂ）慣性トルク（ＶＴＣアクチュエータ側）
Ｔ−Ｉ特性、Ｔ−Ｎ特性によりモータ回転角を推定して補間すると（慣性トルク無し）、図２２（ａ）に示すようにモータ電流が変化したときに、位相角の推定値は図２２（ｂ）に示すようになる。ここで、太い破線Ｌ１７は校正無しの推定値であり、太い実線Ｌ１８は校正有りの補間値である。細い破線Ｌ１９は目標角、階段状に上昇する細い実線Ｌ２０はカム検出角である。
一方、慣性トルクを考慮して推定値と補間値を算出すると、図２３に太い破線Ｌ２１で示すように校正無しの推定値は変化が緩やかになり、太い実線Ｌ２２で示すように校正有りの補間値は滑らかになる。
このように、慣性トルクを考慮することで、位相角補間の際に、滑らかな位相角変化の開始と収束の過渡動作を再現できる。

（Ｃ）フリクショントルク（ＶＴＣアクチュエータ側）
図２４に示すように、フリクショントルクはモータ回転速度に比例して作用し、モータ回転速度の上昇に伴ってフリクショントルクが大きくなる。図２５は、油温と動粘度（摩擦係数）の関係を示しており、粘度によって異なるものの、油温が低いほど動粘度は大きくなる傾向にある。すなわち、油温によって摩擦係数が変化し、摩擦係数が小さい場合にはフリクショントルクの変化が小さく、摩擦係数が大きい場合にはフリクショントルクの変化が大きくなる。
このように、モータ回転速度と摩擦係数に応じてフリクショントルクが変化する。

（Ｃ’）フリクショントルク（ＶＴＣアクチュエータ側）
図２６（ａ）に示すようにモータ電流が変化したとき、慣性トルクのみを考慮した推定値と補間値の算出を行うと、図２６（ｂ）に示すようになる。ここで、太い破線Ｌ２５は校正無しの推定値であり、太い実線Ｌ２６は校正有りの補間値である。また、階段状に上昇する細い実線Ｌ２７はカム検出角である。
これに対し、慣性トルクとフリクショントルクの両方を考慮して推定値と補間値の算出を行うと、図２７に太い破線Ｌ２８（校正無しの推定値）と太い実線Ｌ２９（校正有りの補間値）で示すように位相角の変化（傾き）が小さくなる。
このように、油温に応じて摩擦係数が変化し、モータ回転速度と摩擦係数に応じてフリクショントルクが変化する。従って、慣性トルクとフリクショントルクを考慮して位相角補間を行うことで、位相角補間の精度を向上できる。例えば、図２７の場合には、位相角の変化（傾き）が小さくなり、位相角補間の精度を向上できる。

（Ｄ）カムトルク
図２８に示すように、エンジン回転角度に応じてカムトルクが交番して作用し、図２９に示すように、交番トルクの最大値、最小値がエンジン回転速度に応じて変化する。
このように、エンジン回転角度に応じてＶＴＣ進角／遅角方向に交互にトルク作用し、位相角補間に影響を与える。

（Ｄ’）カムトルク
図２６（ａ）に示したように、モータ電流が変化したとき、慣性トルクのみを考慮した推定値と補間値の算出を行うと、校正無しの推定値（破線Ｌ２５）、校正有りの補間値（太い実線Ｌ２６）及びカム検出角（細い実線Ｌ２７）はそれぞれ、図２６（ｂ）に示したようになる。
これに対し、慣性トルクとカムトルクの両方を考慮して推定値と補間値の算出を行うと、図３０に示すように位相角の変化（傾き）が小さくなる。ここで、太い破線Ｌ３０は校正無しの推定値であり、太い実線Ｌ３１は校正有りの補間値である。また、階段状に上昇する細い実線Ｌ２７はカム検出角である。
このように、エンジン回転角度とエンジン回転速度に応じてＶＴＣ進角／遅角方向に交互にカムトルクが作用する。従って、慣性トルクとカムトルクを考慮して位相角補間を行うことで、位相角補間の精度を向上できる。例えば図３０の場合には、位相角の変化（傾き）が小さくなり、位相角補間の精度を向上できる。

（Ｅ）慣性トルク（エンジン側）
エンジン回転加速時に、モータ軸には慣性によってエンジン回転方向と逆方向（進行方向）にトルクが働く。
このように、エンジン回転速度の加速時にＶＴＣ進角方向、ＶＴＣ遅角方向にトルクが作用し、位相角補間に影響を与える。従って、エンジン回転の加減速に応じて作用するトルクの位相変換への影響を考慮することで、位相角補間の精度を向上できる。

（Ｆ）フリクショントルク（エンジン側）
カムシャフト周りに作用するフリクショントルクは、位相角変化の抵抗となる。フリクショントルク（カムシャフト周り）は、エンジン回転速度に応じて変化する。また、フリクショントルク（カムシャフト周り）は、油温に応じた動粘度（摩擦係数）変化によって大きさが変化する。
よって、本影響を考慮することで位相角補間の精度を向上できる。

従って、図１８及び図１９に示したように、モータトルク、慣性トルク（ＶＴＣアクチュエータ側）、フリクショントルク（ＶＴＣアクチュエータ側）、カムトルク、慣性トルク（エンジン側）及びフリクショントルク（エンジン側）など、様々な因子を考慮して位相角補間を行うことで、カム位相角補間の精度を向上できる。しかも、モータ回転角センサを非搭載でカム位相角補間を行うことができることから、ＶＣＴシステムのコストを削減できる。

１２…電動モータ（ブラシ付ＤＣモータ）、１００…内燃機関（エンジン）、１１４…ＶＴＣ機構、２０１…制御装置、２０１ａ…電動ＶＴＣコントローラ、２０１ｂ…エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）、２０１ｃ…ＣＡＮ、２０３…クランク角センサ、２０４…カム角センサ、２０５…イグニッションスイッチ、２１０…油温センサ、２１４ａ，２１４ｂ…駆動回路、２１８ａ，２１８ｂ…電流センサ、２３０…モータトルク推定部、２３１…モータ回転角推定部、２３２…変換部、２３３…フィードバック制御部、ＩＧＮＳＷ…イグニッションスイッチからの信号、ＴＯ…油温、ＣＡＭ…吸気カムシャフトの回転角信号、ＰＯＳ…クランクシャフトの回転角信号

Claims (13)

1. カム信号に基づいてカムの位相角を検出し、電動モータを用いてカムの位相角を制御する可変バルブタイミング機構の制御装置において、
   モータ特性に基づいてモータ電流からモータトルクを演算し、
   少なくともモータトルク及びエンジン運転状態に基づいてモータ回転角を演算し、
   前記モータ回転角から前記可変バルブタイミング機構のカム位相角の補間を行うことを特徴とする、可変バルブタイミング機構の制御装置。
2. 前記カム信号によりカムの位相角を検出したときに、補間値を検出値に校正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。
3. 前記モータ回転角の演算は、位相角変換に関係する因子を考慮した運動方程式に基づいて行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
4. エンジン回転速度、エンジン回転角度及びエンジン油温を用いてモータ回転角の演算を補正することを特徴とする、請求項１乃至３いずれか１つの項に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
5. 前記モータトルクの演算は、ＤＣモータのトルク−電流特性に基づいて行うことを特徴とする、請求項１乃至４いずれか１つの項に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
6. 電源電圧、駆動デューティ及びモータ温度のうち少なくとも１つに基づいてモータトルクの演算を補正することを特徴とする、請求項１乃至５いずれか１つの項に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
7. 前記モータ電流はセンサ検出値を用いる、又は操作量から推定することを特徴とする、請求項１乃至６いずれか１つの項に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
8. 前記電動モータを用いた位相角制御が過渡のときに位相角補間を行い、定常のときに位相角補間を行わないことを特徴とする、請求項１乃至７いずれか１つの項に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
9. エンジン回転速度が所定値以下のときに位相角補間を行い、エンジン回転速度が所定値より大きいときに位相角補間を行わないことを特徴とする、請求項１乃至８いずれか１つの項に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
10. 入力されたモータ電流に対して出力されるモータトルクとモータ回転角の特性を学習することを特徴とする、請求項１乃至９いずれか１つの項に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
11. 前記電動モータの操作量に対するモータ電流検出の特性を学習する機能を備えることを特徴とする、請求項１乃至１０いずれか１つの項に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
12. 位相角を校正したときの補間値と検出値との差に応じて、モータトルク及びモータ回転角の少なくとも一方の演算を補正することを特徴とする、請求項１乃至１１いずれか１つの項に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
13. カム信号に基づいてカムの位相角を検出し、電動モータを用いてカムの位相角を制御する可変バルブタイミング機構の制御方法において、
    モータ特性に基づいてモータ電流からモータトルクを演算するステップと、
    少なくともモータトルク及びエンジン運転状態に基づいてモータ回転角を演算するステップと、
    前記モータ回転角から前記可変バルブタイミング機構のカム位相角の補間を行うステップとを具備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方法。