JP2022012431A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の始動時に相対回転位相を短時間のうちに取得し、内燃機関の円滑な始動を可能にする弁開閉時期制御装置を構成する。【解決手段】クランクシャフト１のクランク角信号及び基準位置からの角度情報となる基準クランク角信号を検出するクランク角センサ１６と、カムシャフト７の回転に伴いカム角信号を検出するカム角センサ１７と、を備えた弁開閉時期制御装置において、複数の分割領域の分割長情報を記憶する記憶部４５と、内燃機関の始動制御の開始とともにクランク角信号とカム角信号との取得を開始し、カム角信号に基づいて設定されるタイミングにおけるクランク角信号で記憶部４５に記憶されている分割長情報を参照して分割領域の１つを特定し、特定した分割領域の境界に対応するクランク角信号と、基準クランク角信号とから相対回転位相を実位相として取得する実位相取得部４３とを備えた。【選択図】図３

Description

本発明は、弁開閉時期制御装置に関する。

弁開閉時期制御装置として、クランクシャフトと同期して回転する駆動側回転体と、カムシャフトと一体的に回転する従動側回転体とを備え、駆動側回転体と従動側回転体との回転を個別に検出するセンサを備え、夫々のセンサの検出結果に基づいて、駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相を算出するものが以下の特許文献１と特許文献２とに記載されている。

特許文献１には、クランクシャフトの回転に伴い複数の基準位置を基準とするクランク角信号を検出するクランク角センサと、吸気カムシャフトの回転に応じて複数のカム信号パルスを検出するカム角センサとを備えており、内燃機関の始動時に最初に検出されたカム角信号と、クランク角センサからの最初の基準位置の信号とに基づいて実際の相対回転位相を算出する処理形態が記載されている。

この特許文献１では、カム角センサが、シグナルプレートの外周の４つの領域に対し、１個、３個、４個、２個の突起部を形成し、この突起部を検出する回転検出装置を備えており、カムシャフトが回転した際には４つの領域で異なる数のパルス信号を検出する。

特許文献２には、駆動側回転体と、従動側回転体と、これらの相対回転位相を制御する電動モータとを備え、相対回転位相を取得する位相センシング部が、クランクシャフトの回転に伴いパルス信号を検出するクランク角センサと、カムシャフトの回転角が１回転する際に４つの検知信号を検出するカム角センサとを備え、これらのセンサの検出信号に基づいて駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相を算出する処理形態が記載されている。

この特許文献２では、カム角センサとして、吸気カムシャフトに備えた回転体が、異なる周長となる４つの検知領域を有し、この検知領域を検知するカムセンサ部を有して構成され、吸気カムシャフトが１回転する際には、カムセンサ部が４つの検知領域の周方向での後端部を検出することで異なるタイミングで検知信号を出力する。

特開２０１７－８７２９号公報 特開２０２０－７９４２号公報

内燃機関の始動時には、クランキングの開始から可能な限り短時間のうちに弁開閉時期制御装置の相対回転位相を取得し、始動に適した相対回転位相に移行することが、内燃機関の安定した始動の観点から望ましい。

特許文献１では、クランキングの開始からカム角センサの信号を検出し、クランク角センサで最初の基準位置を検出することで、相対回転位相を算出するように処理形態が設定されるものの、相対回転位相を計算するためにはカム角センサで検出されるパルス信号を正確にカウントする必要がある。

しかしながら、内燃機関の始動時に、例えば、１個、３個、４個、２個の突起部が形成された領域の中間に回転検出装置が存在することも考えられ、このような場合にはカム角センサで検出されるパルス信号の数が不適正になるため、最初のカウント値は計算に用いることができないのが現実である。このため、突起部の数を正確にカウントするために更にカムシャフトが回転する時間を待つ必要があった。

また、この特許文献１では、カム角センサでパルス信号を正確にカウントした後に、クランク角センサで基準位置を検出した時点で相対回転位相が決まるため、この相対回転位相を取得できるまでにクランクシャフトが回転することになり、弁開閉時期制御装置の制御を開始するまでに時間を要するものであった。

特許文献２では、相対回転位相を算出するためには、回転体の検知領域である４つの端部のうちの少なくとも２つをカムセンサ部で検知することが必要であるため、時間を要することも想像できた。

このような理由から、内燃機関の始動時には相対回転位相を短時間のうちに取得し、内燃機関の円滑な始動を可能にする弁開閉時期制御装置が求められる。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の特徴構成は、回転軸芯を中心に回転自在で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と、前記回転軸芯を中心に回転自在で前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと一体回転する従動側回転体と、電動モータの駆動力で前記駆動側回転体および前記従動側回転体の相対回転位相を設定する位相調節機構と、前記相対回転位相を検出するセンサユニットと、を備え、前記センサユニットが、前記クランクシャフトの回転に伴う角度情報となるクランク角信号、及び、前記クランクシャフトの回転に伴い予め設定された基準位置からの角度情報となる基準クランク角信号を検出するクランク角センサと、前記カムシャフトの１回転領域を、予め不均一な角度で分割した分割領域の境界に達する毎にカム角信号を検出するカム角センサと、を備え、連続する複数の前記分割領域を、夫々の前記分割領域の分割長に対応する複数の分割長情報として記憶する記憶部と、前記内燃機関を始動する始動制御の開始とともに前記クランク角信号と、前記カム角信号との取得を開始し、前記カム角信号に基づいて設定されるタイミングにおける前記クランク角信号で前記記憶部に記憶されている前記分割長情報を参照することにより前記分割領域の１つを特定し、特定した前記分割領域の前記境界に対応する前記クランク角信号と、前記基準クランク角信号とから、前記相対回転位相を実位相として取得する実位相取得部とを備えている点にある。

この特徴構成によると、内燃機関を始動する始動制御の開始とともにクランク角センサのクランク角信号と、カム角センサのカム角信号との取得を開始し、カム角信号に基づいて設定されるタイミングにおけるクランク角信号に基づき、記憶部に記憶されている分割長情報を参照して分割領域の１つを特定し、特定された分割領域の境界に対するクランク角信号と、基準クランク角信号とに基づいて実位相取得部が実位相を取得するため、取得された実位相に基づいて弁開閉時期制御装置を、内燃機関の始動に適した相対回転位相に設定する。

このため、例えば、内燃機関を始動した後に、カム角センサのカム角信号を取得し、この取得の後に、クランク角信号の基準となる信号を取得するまでのクランク角信号を取得し、このクランク角信号の値から実位相を取得する処理形態と比較すると、実位相を取得するまでの時間の短縮が可能となり、内燃機関の早期の始動を実現できる。
従って、内燃機関の始動時には相対回転位相を短時間のうちに取得し、内燃機関の円滑な始動を可能にする弁開閉時期制御装置が構成された。

上記構成に加えた構成として、前記実位相取得部は、前記始動制御の開始後に前記カム角信号を最初に検出した第１検出タイミングの前記クランク角信号で、前記記憶部の前記分割長情報を参照し、前記第１検出タイミングに対応する前記分割領域の特定の可否を判定する判定処理を行い、前記分割領域を特定できる場合には、特定した前記分割領域の前記境界に対応する前記クランク角信号と、前記基準クランク角信号とに基づき前記実位相を取得し、前記実位相取得部は、前記判定処理で前記分割領域を特定できない場合には、前記カム角センサが次の前記カム角信号を検出した第２タイミングの前記クランク角信号と、前記第１検出タイミングの前記クランク角信号との差分で前記記憶部の前記分割長情報を参照し、差分となる前記クランク角信号に対応する前記分割領域の前記境界とする前記クランク角信号を特定し、特定された前記クランク角信号と、前記基準クランク角信号とに基づき前記実位相を取得しても良い。

例えば、分割領域が４つである場合には、カムシャフトが１回転した場合には４つのカム角信号が検出され、この４つのカム角信号を検出した際のクランク角信号が４種となる。また、このように分割領域が４つである場合には、４つのクランク角信号に対応する４つの分割長情報を記憶部に記憶することになる。従って、内燃機関の始動の後に、カム角センサでカム角信号を最初に検出した第１検出タイミングにおけるクランク角信号を取得し、判定処理において、第１検出タイミングで取得したクランク角信号で記憶部を参照することで、１つの分割領域を特定することが可能である場合には、その後のカム角信号の取得を必要とせず、特定した分割領域の境界に対応するクランク角信号と基準クランク角信号とに基づいて実位相を取得できる。

ここで、４つの分割領域のうち、１つの分割領域を特定できる条件として、第１検出タイミングで検出されたクランク角信号が、記憶部に記憶されている４つの分割長情報のうち最大のものより小さく、残りの３つより大きい場合が考えられる。

これに対して、判定処理によって分割領域を特定できない場合には、次にカム角信号を検出した第２タイミングのクランク角信号と、第１検出タイミングのクランク角信号との差分で記憶部を参照することで１つの分割長情報を特定し、特定した分割領域の境界に対応するクランク角信号と、基準クランク角信号とに基づいて実位相を取得できる。
このように、最初のカム角信号で１つのクランク角信号を特定できる場合には早期に実位相を取得できることになり、第１検出タイミングで分割領域が特定できない場合でも、次のカム角信号を取得した後には確実に実位相を取得することが可能となる。

上記構成に加えた構成として、前記カム角センサが、前記カムシャフトと一体回転する回転部材と、この回転部材のうち径方向の外方に突出し、周長を異ならせた複数の被検出突部のうち回転方向の上流側または下流側の端部を検出するように固定系に支持された検出部とを備えても良い。

これによると、カムシャフトが回転する際には、検出部が回転部材の被検出突部の端部を検出できる。

上記構成に加えた構成として、前記クランク角センサが、前記クランクシャフトと一体回転し外周に複数の被検出歯部を有する歯車状部材と、前記クランクシャフトの回転時に前記被検出歯部を検出するように固定系に支持された検出機構とを備え、複数の前記被検出歯部の一部を取り除くことにより、前記基準位置を設定しても良い。

これによると、クランクシャフトと一体回転する歯車状部材の複数の被検出歯部を、検出機構で検出することにより、この検出機構からの信号を、クランク角信号とすることが可能となる。また、歯車状部材の被検出歯部の一部を取り除いているので、検出機構で検出される信号に欠けが作り出され、この信号が欠けたタイミングを基準位置として基準クランク角信号を検出できる。

エンジンの断面図である。 弁開閉時期制御機構の断面図である。 エンジン制御部を示すブロック図である。 カム角センサを示す図である。 弁開閉時期制御機構の制御のタイミングチャートである。 実位相取得処理のフローチャートである。 実位相確定処理のフローチャートである。 ノイズ対策ルーチンのフローチャートである。 基準位置判定処理のフローチャートである。

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は、吸気バルブＶａと、排気バルブＶｂとを備え、吸気バルブＶａのバルブタイミング（開閉時期）を設定する弁開閉時期制御装置Ａを備えている。図１にはエンジンＥ（内燃機関）は、乗用車等の車両に備えられたものを示している。

エンジンＥは、図３に示すエンジン制御装置４０によって制御される。図２、図３に示すように、弁開閉時期制御装置Ａは、位相制御モータＭ（電動モータの一例）の駆動力により吸気バルブＶａのバルブタイミングを決めるハードウエアで成る作動本体Ａａと、位相制御モータＭを制御するため前述したエンジン制御装置４０のソフトウエアを含む制御ユニットＡｂとで構成されている。

図２に示すように、弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａ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）とを有し、位相制御モータＭ（電動モータの一例）の駆動力により、駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相（これ以降の説明では単に「相対回転位相」と記載することもある）を変化させる位相調節機構Ｇを有している。これに対し、制御ユニットＡｂは、エンジン制御装置４０のうちクランク角センサ１６やカム角センサ１７等の信号に基づいて位相制御モータＭを制御することで吸気バルブＶａのバルブタイミングを制御するソフトウエアを有している。

駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相は、吸気カムシャフト７の回転軸芯Ｘを中心とする、駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対的な角度である。また、相対回転位相を変化させることで吸気バルブＶａのバルブタイミングが変化する。

図１に示すように、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を往復作動自在に収容し、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。

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の上部には、吸気バルブＶａを制御する吸気カムシャフト７（弁開閉用のカムシャフトの一例）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。また、クランクシャフト１の出力プーリ１Ｓと、弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの駆動プーリ２１Ｓおよび排気バルブＶｂの排気プーリＶｂＳと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。

図１～図３に示すように、エンジンＥはクランクシャフト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の近傍位置に回転角の検出が可能なクランク角センサ１６を備え、吸気カムシャフト７の近傍位置に吸気カムシャフト７の回転角の検出が可能なカム角センサ１７を備えている。尚、クランク角センサ１６とカム角センサ１７とをセンサユニットＳＵと総称している。

エンジン制御装置４０は、エンジンＥを制御するＥＣＵとして構成され、始動制御部４１と、位相制御部４２と、始動時実位相取得部４３（実位相取得部の一例）と、稼動時実位相取得部４４と、記憶部４５とを備えている。

〔弁開閉時期制御装置：作動本体〕
図２に示すように作動本体Ａａは、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）とを、吸気カムシャフト７の回転軸芯Ｘと同軸芯に配置しており、これらの相対回転位相を位相制御モータＭの駆動力により設定する位相調節機構Ｇを備えている。

駆動ケース２１には、外周に駆動プーリ２１Ｓが形成されている。内部ロータ２２は、駆動ケース２１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。この構成により、吸気カムシャフト７に連結固定された内部ロータ２２の外周部位に駆動ケース２１が相対回転自在に支持される。

駆動ケース２１と内部ロータ２２との間に位相調節機構Ｇが配置され、駆動ケース２１の開口部分を覆う位置に、複数の締結ボルト２５によりフロントプレート２４が締結されている。このフロントプレート２４によって位相調節機構Ｇと内部ロータ２２との回転軸芯Ｘに沿う方向での変位が規制される。

この作動本体Ａａは、図１に示すように、タイミングベルト６からの駆動力により全体が駆動回転方向Ｓに回転する。また、位相制御モータＭの駆動力が位相調節機構Ｇで減速されて内部ロータ２２に伝えられることにより駆動ケース２１に対する内部ロータ２２の相対回転位相の変位を可能にしている。この変位のうち駆動回転方向Ｓと同方向へ向かう変位方向を進角方向Ｓａと称し、この逆方向を遅角方向Ｓｂと称している。

〔弁開閉時期制御装置：位相調節機構〕
図２に示すように、位相調節機構Ｇは、内部ロータ２２の内周に回転軸芯Ｘと同軸芯に形成したリングギヤ２６と、内部ロータ２２の内周側に回転軸芯Ｘから偏心した偏心軸芯Ｙと同軸芯で回転自在に配置されるインナギヤ２７と、インナギヤ２７の内周側に配置される偏心カム体２８と、フロントプレート２４と、継手部Ｊとを備えている。偏心軸芯Ｙと回転軸芯Ｘとは互いに平行している。

リングギヤ２６は、複数の内歯部２６Ｔを有し、インナギヤ２７は複数の外歯部２７Ｔを有しており、外歯部２７Ｔの一部がリングギヤ２６の内歯部２６Ｔに咬合している。この位相調節機構Ｇは、リングギヤ２６の内歯部２６Ｔの歯数と比較してインナギヤ２７の外歯部２７Ｔの歯数が１歯だけ少ない内接型遊星ギヤ減速機として構成されている。

継手部Ｊは、駆動ケース２１に対してインナギヤ２７が偏心する位置関係を維持しつつ、インナギヤ２７と駆動ケース２１とを一体的に回転させるオルダム継手型に構成されている。

偏心カム体２８は、全体に筒状であり、内周に対し一対の係合溝２８Ｂが回転軸芯Ｘと平行姿勢で形成されている。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に対し第１軸受３１によって支持され、この支持位置より吸気カムシャフト７の側の部位の外周に偏心カム面２８Ａが形成されている。

偏心カム面２８Ａは、回転軸芯Ｘに平行する姿勢の偏心軸芯Ｙを中心とする円形（断面形状が円形）に形成されている。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ている。また、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に作用させるように構成されている。このような構成から、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の一部が咬合し、バネ体２９の付勢力により咬合状態が維持される。

位相制御モータＭは、エンジンＥに支持され、出力軸Ｍａに形成された係合ピン３４を偏心カム体２８の内周の係合溝２８Ｂに嵌め込んでいる。詳細を図示していないが、位相制御モータＭは、永久磁石を有するロータと、このロータを取り囲む位置に配置される複数の界磁コイルを有するステータとを備えることで三相モータと共通する構造のブラシレス型に構成されている。

この弁開閉時期制御装置Ａでは、エンジンＥの稼動時においてクランクシャフト１と等しい速度で、出力軸Ｍａを駆動回転方向Ｓに駆動回転することにより、弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を維持する。また、相対回転位相を進角方向Ｓａに変位させる場合には出力軸Ｍａの回転速度を減じ、相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変位させる場合には出力軸Ｍａの回転速度を増大させる制御が行われる。

エンジンＥが停止する状況で説明すると位相調節機構Ｇは、位相制御モータＭの駆動により出力軸Ｍａの回転に伴い偏心カム体２８が、回転軸芯Ｘを中心に回転し、インナギヤ２７が１回転する毎に、歯数差に対応する角度だけインナギヤ２７とリングギヤ２６とを相対回転させる。その結果、インナギヤ２７に対し継手部Ｊを介して一体回転する駆動ケース２１と、リングギヤ２６に連結ボルト２３により連結する吸気カムシャフト７とを相対回転させ、バルブタイミングの調節を実現する。

〔制御構成〕
図３に示すように、エンジン制御装置４０は、クランク角センサ１６と、カム角センサ１７からの検出信号が入力すると共に、メインスイッチ４６と、アクセルペダルセンサ１４とからの信号が入力する。また、エンジン制御装置４０は、スタータモータ１５と、位相制御モータＭと、燃焼管理部１９とに制御信号を出力する。

エンジン制御装置４０は、メインスイッチ４６のＯＮ操作によりエンジンＥを始動し、メインスイッチのＯＦＦ操作によりエンジンＥを停止させる。更に、エンジンＥが稼動する状況でアクセルペダル（図示せず）が踏み込み操作量が変更されたことをアクセルペダルセンサ１４の信号から検出した場合には、燃焼管理部１９がインジェクタ９による燃料噴射量と、点火プラグ１０による点火タイミングとを制御する。

尚、以下の説明では、駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相のうち、現実の位相を実位相と称し、制御時に目標とする位相を目標位相と称する。

始動制御部４１は、停止状態にあるエンジンＥを始動するために、メインスイッチ４６がＯＮ操作された場合に、スタータモータ１５でクランキングを開始し、始動時実位相取得部４３で作動本体Ａａの実位相を早期に取得する。また、始動制御部４１は、弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの目標位相を、始動に適した位相に設定し、始動時実位相取得部４３で取得された実位相をフィードバックするフィードバック制御により、吸気バルブＶａの開閉時期を始動に最適な位相に移行し、燃焼管理部１９を制御することでインジェクタ９による燃料噴射と、点火プラグ１０による点火とを行い、エンジンＥの始動を実現する。

位相制御部４２は、エンジンＥの稼動時の目標位相に設定する。始動時実位相取得部４３は、前述したようにエンジンＥの始動時に弁開閉時期制御装置Ａの実位相（相対回転位相）を早期に取得できるように処理形態が設定されている。稼動時実位相取得部４４は、エンジンＥが稼動する状況において実位相を取得する。記憶部４５は、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリで構成されるものであり、図４に示す複数の分割領域の分割長の情報（以下、分割長情報と称する）を記憶する。分割領域、分割長については後述する。

〔制御構成：クランク角センサ〕
クランク角センサ１６は、図３に示すように、クランクシャフト１と一体回転し、外周に複数の被検出歯部１６Ｔを有する磁性体材料で成る歯車状部材１６Ｄと、クランクシャフト１の回転時に被検出歯部１６Ｔを検出するようにエンジンＥ（固定系の具体例）に支持されたピックアップ型のクランクセンサ部１６Ｓ（検出機構の一例）とで構成されている。このクランク角センサ１６は、複数の被検出歯部１６Ｔの１歯を取り除いた欠け歯部となる基準位置１６ｎが互いに１８０度離れた２箇所に形成されている。

このクランク角センサ１６は、図３において矢印で示す方向に回転し、クランクシャフト１の回転に伴う角度情報となるクランク角信号を検出し、クランクシャフトの回転に伴い予め設定された基準位置１６ｎからの角度情報となる基準クランク角信号の検出を可能にする。

クランク角信号は、クランクシャフト１の回転に伴う角度情報であり、クランクセンサ部１６Ｓに被検出歯部１６Ｔが近接する毎に検出されるため、図５に示すパルス信号となる。従って、任意のタイミングからパルス信号をカウントすることで任意のタイミングを基準とするクランク角の検出が可能となる。また、基準クランク角信号は、基準位置１６ｎを基準にしたカウント値であり、この基準位置１６ｎを基準にしたクランクシャフト１の回転角の検出を可能にしている。特に、クランク角信号としてパルス信号をカウントする場合に、基準位置１６ｎにおいて、パルス信号が１歯分不足する信号を補間する処理（１カウント加算する処理）により、正確なカウント値を得るように処理形態が設定されている。

〔制御構成：カム角センサ〕
カム角センサ１７は、図３、図４に示すように、吸気カムシャフト７と一体回転し、外周に形成された４つの被検出突部１７Ｔを有する磁性体材料で成る回転部材１７Ｄと、被検出突部１７Ｔを検出するように、エンジンＥ（固定系の具体例）に支持されたピックアップ型のカムセンサ部１７Ｓ（検出部の一例）とで構成されている。

回転部材１７Ｄは、図３、図４に矢印で示す方向に回転し、４つの被検出突部１７Ｔの回転下流側の端部（回転方向の前端部）の位置を、吸気カムシャフト７の１回転領域の全周を等しく４分割した位置に設定し、この４つの被検出突部１７Ｔの周方向での長さを異ならせることにより、回転上流側の端部（回転方向の後端部）の位置が吸気カムシャフト７の１回転領域の全周を異なる周長に分割する位置となるように配置されている。

また、回転部材１７Ｄは、吸気カムシャフト７の１回転領域の全周において、４つの被検出突部１７Ｔに対応して４つに分割された第１分割領域Ｃ１、第２分割領域Ｃ２、第３分割領域Ｃ３、第４分割領域Ｃ４を有している。更に、吸気カムシャフト７が１回転する際に、カムセンサ部１７Ｓが被検出突部１７Ｔの回転上流側の４つの端部（境界位置、単にエッジと称することもある）を検出するタイミングを、第１タイミングＴ１、第２タイミングＴ２、第３タイミングＴ３、第４タイミングＴ４として区別しており、これらのタイミングでカムセンサ部１７Ｓが検出する４つの信号をカム角信号と称している。

図４に示すように、回転部材１７Ｄは、第２分割領域Ｃ２＞第１分割領域Ｃ１＞第３分割領域Ｃ３＞第４分割領域Ｃ４となるように分割長情報（周長の情報）の関係が設定されており、４つの分割領域のエッジの位置を検出（カム角信号を検出）したタイミングと、基準クランク角信号とに基づく計算により、相対回転位相が取得される。尚、夫々の分割長情報の値は、クランク角センサ１６でパルス的に検出されるクランク角信号のカウント値で表わされる。

４つの被検出突部１７Ｔは、エンジンＥの４つの気筒数に一致させた数であり、エンジンＥを始動する場合には、カム角センサ１７で検出されるカム角信号と、クランク角センサ１６で検出される基準クランク角信号とに基づいて、各気筒の行程（例えば、燃焼行程）を判定し、この判定結果に基づき始動制御部４１が各気筒の点火順序を設定する。

記憶部４５は、図４に示す第１分割領域Ｃ１と、第２分割領域Ｃ２と、第３分割領域Ｃ３と、第４分割領域Ｃ４との夫々の領域におけるクランク角信号のパルス信号のカウント値を、分割長情報として記憶している。これにより、例えば、第１タイミングＴ１から第２タイミングＴ２に達するまでクランクシャフト１が回転した際のカウント値で記憶部４５を参照することにより、カウント値に一致する分割長情報を有する第２分割領域Ｃ２を特定することが可能となる。

尚、例えば、第１タイミングＴ１から第２タイミングＴ２に達するまでのカウント値は、第１タイミングＴ１のカウント値を既に取得している場合に、このカウント値と、第２タイミングＴ２におけるカウント値との差分になる。

また、Ｃ１～Ｃ４で示す分割領域の分割長情報の大小関係は、図４に示すこれに限るものでなく、Ｔ１～Ｔ４で示すタイミングの関係も、同様に図４に示すものに限るものではない。

このエンジン制御装置４０では、エンジンＥを始動する際に、前述したように始動時実位相取得部４３によって実位相を早期に取得することで、この実位相に基づいて始動制御部４１が相対回転位相を、エンジンＥの始動に適した位相に移行する制御を迅速に行わせる制御を実行する。

〔制御構成：検出形態〕
エンジン制御装置４０は、エンジンＥが稼動する状況において、例えば、図５の第２タイミングＴ２と第３タイミングＴ３のように、カム角センサ１７で連続する２つのカム角信号を取得し、この２つのカム角信号を取得する間（インターバル）におけるクランク角信号のカウント値を取得し、取得したカウント値で記憶部４５の分割長情報を参照することで、カムセンサ部１７Ｓが２つ目の被検出突部１７Ｔの端部（境界）のカム角信号を検出した第３タイミングＴ３のエッジを有する被検出突部１７Ｔが特定される。

このように、エンジンＥが稼動する状況で４つの被検出突部１７Ｔの何れかを特定し、特定された被検出突部１７Ｔの端部（エッジ）を検出したタイミングと、クランク角センサ１６の基準クランク角信号とに基づく計算により弁開閉時期制御装置Ａの実位相が取得される。このように、エンジンＥが稼動する際に実位相を取得する処理が、実位相を取得する際の基本的な処理形態であり、稼動時実位相取得部４４によって行われる。

〔制御形態〕
エンジン制御装置４０は、エンジンＥを始動する際には、始動時実位相取得部４３が弁開閉時期制御装置Ａの実位相を早期に取得し、フィードバック制御により実位相をエンジンＥの始動に適した位相に早期に設定する制御を可能にしている。

〔制御形態：始動時実位相取得処理〕
始動時実位相取得部４３は、メインスイッチ４６のＯＮ操作によりスタータモータ１５の駆動が開始された場合には、図６のフローチャートの実位相取得処理に示すようにクランキングに伴い、カム角センサ１７で最初のカム角信号を取得するまでクランク角センサ１６からクランク角信号を取得（カウント）する（＃１０１～＃１０３ステップ）。

始動制御の開始からの検出信号を図５のタイミングチャートに示しており、カム角センサ１７で最初のカム角信号を取得したタイミングのクランク角信号のカウント値が、開始タイミングＴＳを基準にした初期経過時間Ｐｔにおけるクランク角信号（カウント値）に対応する。特に、同図では、カム角センサ１７で最初に被検出突部１７Ｔを検出した第１検出タイミングの具体例として第２タイミングＴ２を示している。

第２タイミングＴ２は、第２分割領域Ｃ２の周方向で、回転方向の上流側のエッジ（境界位置）である。そして、上述したように第２分割領域Ｃ２の周長が他の分割領域の周長より長いため、開始タイミングＴＳが第１タイミングＴ１に近い場合には、初期経過時間Ｐｔにおいて検出したクランク角信号の値（クランク角センサ１６が検出したパルス信号のカウント数）が、第１分割領域Ｃ１の分割長情報に対応するカウント値より大きい値を取ることもある。

このような大小関係を判定するために、＃１０３ステップで取得したクランク角信号で記憶部４５を参照することで分割領域の特定の可否を判定する（＃１０４、＃１０５ステップ）。この判断により特定が可能である場合（＃１０５ステップのＹｅｓ）には、第２タイミングＴ２におけるクランク角信号（エッジを特定する信号）と、基準クランク角信号とに基づいて実位相を取得する（＃１０４～＃１０６ステップ）。

つまり、＃１０５ステップでは、＃１０３ステップで取得したクランク角信号の値が、記憶部４５に記憶されている第１分割領域Ｃ１の分割長情報より大きい値である場合には、初期経過時間Ｐｔまでの間にクランク角センサ１６で取得されたクランク角信号は第２分割領域Ｃ２に対応する信号であると判定することができるので、＃１０２ステップでカム角信号を取得したタイミング（最初のカム角信号を取得したタイミング）が第２分割領域Ｃ２の回転方向の上流側のエッジである第２タイミングＴ２であると判定している。これにより、最初のカム角信号を取得したタイミングにおける吸気カムシャフト７の回転角が決まり、この吸気カムシャフト７の回転角と、このタイミングにおける基準クランク角信号とに基づいて実位相を取得するのである。

この実施形態では、図５に示すように基準クランク角信号の基準点Ｔｎが、第２タイミングＴ２より後であるため、この基準点Ｔｎを検出した直後に実位相が決まる。このように実位相が決まることにより図５の中段に示すタイミングチャートのように基準点Ｔｎに達した直後に弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの相対回転位相を目標位相（図５では目標位相１）に移行させる制御が可能となる。

また、図示はしていないが、基準点Ｔｎが第２タイミングＴ２より前である場合には、基準点Ｔｎを記憶しておき、第２タイミングＴ２が検出された直後に実位相が取得されることになる。この場合、図５の中段に示すタイミングチャートよりも早期に弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの相対回転位相を目標位相に移行させる制御が可能となる。

これに対し、例えば、初期経過時間Ｐｔにおけるクランク角信号の値から、対応する領域が第１分割領域Ｃ１の周長よりも短く且つ第３分割領域Ｃ３の周長よりも長い場合、初期経過時間Ｐｔの時点では、対応する領域が第１分割領域Ｃ１であるか第２分割領域Ｃ２であるかを判定することができない。このように、＃１０５ステップで特定が不能であることを判断した場合には（＃１０５ステップのＮｏ）、実位相確定処理（＃２００ステップ）を実行することで、実位相を確実に取得する。

この実位相確定処理（＃２００ステップ）は、図７に示すように、サブルーチンとして設定され既に取得しているクランク角信号をクリアし（＃２０１ステップ）、新たにクランク角センサ１６でカム角信号の取得を開始し、次のカム角センサ１７を取得したタイミング（＃２０２ステップのＹｅｓ）でクランク角センサ１６からクランク角信号を取得する（＃２０１～＃２０３ステップ）。

このように取得されるクランク角信号は、図５に示すように、カムセンサ部１７Ｓが第２タイミングＴ２を検出した初期経過時間Ｐｔの後に第３タイミングＴ３（第２検出タイミングの具体例）を検出するまでの中間経過時間Ｍｔにおけるクランク角信号（カウント値）に対応する。この後に、取得した中間経過時間Ｍｔにおけるクランク角信号で記憶部４５を参照し、該クランク角信号に基づいて分割領域を特定し、更に、特定された分割領域のエッジを検出したタイミングでのクランク角信号と、基準クランク角信号とに基づく計算により実位相を取得する（＃２０４、＃２０５ステップ）。

この実位相確定処理（＃２００ステップ）は、実位相取得処理においてカム角センサ１７で最初に検出した被検出突部１７Ｔが、第２分割領域Ｃ２に含まれない場合や、第２分割領域Ｃ２に含まれていても、クランク角信号が第２分割領域Ｃ２を特定できない値である場合に、確実に実位相を確定するための処理である。

従って、中間経過時間Ｍｔにおけるクランク角信号で記憶部４５を参照することにより、対応する分割領域を必ず特定し、特定された分割領域のエッジに対応するクランク角信号と、基準クランク角信号とに基づいて実位相を取得している。

このように、このように実位相が決まることにより図５の下段に示すタイミングチャートのように第３タイミングＴ３（このタイミングは一例）に達した直後に弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの相対回転位相を目標位相（図５では目標位相２）に移行させる制御が可能となる。

〔稼動時実位相取得処理〕
図３に示す稼動時実位相取得部４４の処理形態を図面に示していないが、稼動時実位相取得処理は、稼動時実位相取得部４４において実行されるものであり、エンジンＥが稼動する状況において相対回転位相を制御するために実位相を取得する処理であり、図７の実位相確定処理（＃２００ステップ）と同様に行われる。この処理は、先に説明したように実位相の早期の取得を必要としないため、例えば、図５に示す第３タイミングＴ３と第４タイミングＴ４のようにカム角センサ１７で連続する２つのカム角信号を取得し、これらの間（インターバル）におけるカム角信号で記憶部４５を参照することで分割領域を特定し、２つ目のカム角信号の検出タイミングと、クランク角センサ１６で検出される基準クランク角信号との計算により実位相が取得される（図７のフローチャートと同様の処理となる）。

〔ノイズ対策処理〕
カム角センサ１７において、ノイズをカム角信号として誤検出することもある。このような誤検出を排除するため、例えば、連続する２つカム角信号の差分を取得し、記憶部４５に記憶されている複数の分割長情報と比較し、一致するものがなければノイズが含まれると判定することも考えられる。この判定は有効であるが、判定制度を向上させるため、３以上のカム角信号の差分（２以上の差分）を取得し、連続する分割長情報を参照することにより誤検出の排除を可能にしている。尚、３以上のカム角信号として、吸気カムシャフト７が１回転する際（１サイクル）の４のカム角信号を取得することが理想である。

このノイズ対策ルーチンは、前述した実位相取得処理と並行して行われるものであり、実位相取得処理においてカム角信号にノイズが含まれる場合でも、ノイズを排除した適正なカム角信号に基づく処理を可能にしている。

つまり、図８のフローチャートに示すように、カム角信号とクランク角信号とを連続的に取得し、取得したカム角信号のうち連続する２以上のカム角信号の差分（インターバル）となるクランク角信号で記憶部４５を参照することで、記憶部４５に記憶されている分割領域の連続する２以上の分割長情報の比較を行う（＃３０１、＃３０２ステップ）。

この比較により全てが一致する場合には、取得したカム角信号を出力し、一部でも一致しない場合（＃３０２ステップのＮｏ）には、分割長情報と一致しない信号をノイズとして特定し、特定した信号を排除したカム角信号を生成し出力する（＃３０３～＃３０４ステップ）。

〔基準位置判定処理〕
先に説明したようにクランク角センサ１６の基準クランク角信号を検出する際には、基準位置１６ｎの欠け歯部を適正に判定することが必要である。エンジンＥの始動時のようにクランクシャフト１の回転速度が低い場合には、回転速度が高い場合と比較してパルス信号の間隔が延びやすく、適正な判定を行い難い面があった。この理由からクランクシャフト１の回転速度に基づいて基準位置１６ｎを判定する処理形態を切り換えている。

この基準位置判定処理は、前述した実位相取得処理と並行して行われるものであり、基準位置を正確に判定することにより、基準クランク角信号を適正な値に維持して正確な制御を可能にしている。

つまり、図９のフローチャートに示すように、例えばクランキング開始時といったエンジンＥの始動時（＃４０１ステップのＹｅｓ）である場合、クランク角センサ１６のクランク角信号となるパルス信号の間隔の比率に基づいて基準位置１６ｎを判定する（＃４０２ステップ）。つまり、エンジンＥが始動する際にクランクシャフト１の回転速度が多少変化する場合でも、パルス信号が設定された比率で連続する場合には、基準位置１６ｎでないことを判定し、設定された比率より拡大している場合に、拡大したタイミングでのクランクシャフト１の回転角を基準位置１６ｎとして判定する制御が行われる。

また、エンジンＥの始動時でない場合（＃４０１ステップのＮｏ）において、エンジンＥの回転速度が設定速度以上である場合には（＃４０３ステップのＹｅｓ）、クランク角センサ１６のパルス信号のカウント値に基づいて基準位置１６ｎを判定する（＃４０４ステップ）。エンジンＥが稼動する際にはクランクシャフト１の回転に伴いパルス信号を設定数だけカウントする毎に基準位置１６ｎを検出するため、例えば、エンジンＥの回転速度が変化した場合でもパルス信号をカウントすることで基準位置１６ｎを判定する制御が行われる。

更に、エンジンＥの回転速度が設定値以上でない場合（＃４０３ステップのＮｏ）には、＃４０２ステップのようにクランク角センサ１６のパルス信号の間隔の比率に基づいて基準位置１６ｎを判定する制御と、＃４０４ステップのようにパルス信号のカウント値とに基づいて基準位置１６ｎを判定する制御とに基づいて基準位置１６ｎが判定される（＃４０５ステップ）。この判定では、例えば、ＡＮＤ条件が成立する場合に判定する制御形態が考えられている。

〔実施形態の作用効果〕
エンジンＥの始動の後に、カム角センサ１７でカム角信号を最初に検出した第１検出タイミングにおけるクランク角信号を取得し、判定処理（＃１０４、＃１０５ステップ）において、第１検出タイミングで取得したクランク角信号で記憶部４５を参照することで、１つの分割領域を特定することが可能である場合には、特定した分割領域の境界に対応するクランク角信号と基準クランク角信号とに基づいて早期に実位相を取得できる。このように早期に実位相を取得することにより、始動に適した位相に早期に移行しエンジンＥの円滑な始動を実現する。

これに対し、１つの分割領域を特定できない場合でも、吸気カムシャフト７が１／４程度回転するだけで分割領域を特定し、実位相を取得できる。これによりエンジンＥの始動時には弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を、始動に適した位相に移行しエンジンＥの円滑な始動を実現する。

このように、カム角センサ１７の検出信号と、クランク角センサ１６の検出信号とで分割領域を判定し、エッジを判定することで実位相を取得するため、例えば、カム角センサ１７で被検出突部１７Ｔの波形パターンを判別して実位相を取得するものと比較して移植性が高く、例えば、異なる車種の車両に備える場合でも、カム角センサ１７の取り付け位置が制限されることがない。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）実施形態で説明した実位相取得処理では、図４に示した第２分割領域Ｃ２に対する第１分割領域Ｃ１の大きさを同図より大きくすることで、図６のフローチャートの＃１０５ステップにおける特定可能となる確率を増大させるように構成する。このように特定可能な確率を増大させることで、実位相を、より一層迅速に取得し、エンジンＥを早期に始動できる。

（ｂ）例えば、６気筒エンジンに対応してカム角センサの被検出突部１７Ｔの数を６つに設定することが可能である。６気筒エンジンの場合でも、カム角センサ１７の被検出突部１７Ｔは６つ形成することにより気筒判別の機能を持たせることも考えられる。

本発明は、内燃機関のカムシャフトの弁開閉時期を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（カムシャフト）
１６ クランク角センサ
１６Ｄ 歯車状部材
１６ｎ 基準位置
１６Ｓ クランクセンサ部（検出機構）
１７ カム角センサ
１７Ｄ 回転部材
１７Ｔ 被検出突部
１７Ｓ カムセンサ部（検出部）
２１ 駆動ケース（駆動側回転体）
２２ 内部ロータ（従動側回転体）
４３ 実位相取得部（始動時実位相取得部）
４５ 記憶部
Ｃ１ 第１分割領域（分割領域）
Ｃ２ 第２分割領域（分割領域）
Ｃ３ 第３分割領域（分割領域）
Ｃ４ 第４分割領域（分割領域）
Ｅ 内燃機関
Ｇ 位相調節機構
Ｍ 位相制御モータ（電動モータ）
ＳＵ センサユニット
Ｘ 回転軸芯

Claims (4)

1. 回転軸芯を中心に回転自在で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と、前記回転軸芯を中心に回転自在で前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと一体回転する従動側回転体と、電動モータの駆動力で前記駆動側回転体および前記従動側回転体の相対回転位相を設定する位相調節機構と、前記相対回転位相を検出するセンサユニットと、を備え、
   前記センサユニットが、
   前記クランクシャフトの回転に伴う角度情報となるクランク角信号、及び、前記クランクシャフトの回転に伴い予め設定された基準位置からの角度情報となる基準クランク角信号を検出するクランク角センサと、
   前記カムシャフトの１回転領域を、予め不均一な角度で分割した分割領域の境界に達する毎にカム角信号を検出するカム角センサと、を備え、
   連続する複数の前記分割領域を、夫々の前記分割領域の分割長に対応する複数の分割長情報として記憶する記憶部と、
   前記内燃機関を始動する始動制御の開始とともに前記クランク角信号と、前記カム角信号との取得を開始し、前記カム角信号に基づいて設定されるタイミングにおける前記クランク角信号で前記記憶部に記憶されている前記分割長情報を参照することにより前記分割領域の１つを特定し、特定した前記分割領域の前記境界に対応する前記クランク角信号と、前記基準クランク角信号とから、前記相対回転位相を実位相として取得する実位相取得部とを備えている弁開閉時期制御装置。
2. 前記実位相取得部は、前記始動制御の開始後に前記カム角信号を最初に検出した第１検出タイミングの前記クランク角信号で、前記記憶部の前記分割長情報を参照し、前記第１検出タイミングに対応する前記分割領域の特定の可否を判定する判定処理を行い、前記分割領域を特定できる場合には、特定した前記分割領域の前記境界に対応する前記クランク角信号と、前記基準クランク角信号とに基づき前記実位相を取得し、
   前記実位相取得部は、前記判定処理で前記分割領域を特定できない場合には、前記カム角センサが次の前記カム角信号を検出した第２タイミングの前記クランク角信号と、前記第１検出タイミングの前記クランク角信号との差分で前記記憶部の前記分割長情報を参照し、差分となる前記クランク角信号に対応する前記分割領域の前記境界とする前記クランク角信号を特定し、特定された前記クランク角信号と、前記基準クランク角信号とに基づき前記実位相を取得する請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記カム角センサが、前記カムシャフトと一体回転する回転部材と、この回転部材のうち径方向の外方に突出し、周長を異ならせた複数の被検出突部のうち回転方向の上流側または下流側の端部を検出するように固定系に支持された検出部とを備えている請求項１又は２に記載の弁開閉時期制御装置。
4. 前記クランク角センサが、前記クランクシャフトと一体回転し外周に複数の被検出歯部を有する歯車状部材と、前記クランクシャフトの回転時に前記被検出歯部を検出するように固定系に支持された検出機構とを備え、複数の前記被検出歯部の一部を取り除くことにより、前記基準位置を設定している請求項１～３のいずれか一項に記載の弁開閉時期制御装置。

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