JP2022012432A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】最進角位相と最遅角位相とを確実に検出でき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と同期回転する駆動側回転体と、カムシャフト７と一体回転する従動側回転体と、これらの相対回転位相を制御する電動モータＭと、電動モータＭに供給する電流を制御するモータ制御部４４と、電動モータＭに流れた電流を検出する電流センサ４５と、を備え、進角側と遅角側との機械的な限界を決める規制部が駆動側回転体と従動側回転体との間に備えられ、電動モータＭで相対回転位相を制御する際に、規制部により相対回転位相の変化が停止し、電流センサ４５で検出される電流が上昇したタイミングを規制位相として検出する規制位相検出部４２を備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、弁開閉時期制御装置に関する。
従来から、内燃機関（以下「エンジン」とも称する）運転状況に応じて吸気バルブあるいは排気バルブの開閉時期を変更する弁開閉時期制御装置が実用化されている。この弁開閉時期制御装置は、クランクシャフトと同期回転する駆動側回転体と、カムシャフトに連結する従動側回転体との相対回転位相を、アクチュエータで制御することでバルブの開閉時期を制御している。例えば、内燃機関の制御時には、開閉時期を最遅角位相あるいは、最進角位相に設定する制御も必要とされる。このような制御に係る技術として特許文献１に記載されるものがあり、相対回転位相を制御する電動モータの温度上昇に基づいて機器の保護を図る技術が特許文献２に記載されている。
特許文献１には、バルブタイミング可変機構がストッパにより制限される限界位置に押し付けられた状態か否かを判定するストッパ判定手段が記載されている。この特許文献１では、位相角フィードバック制御においてアクチュエータ操作量が予め設定された操作量の監視値より大きい状態が所定時間継続した場合に、ストッパにより制限される限界位置に押し付けられた状態と判定するように構成されている。
特許文献２は、電動モータで開閉時期（文献では、バルブタイミング）が制御される弁開閉時期制御装置（文献では、可変バルブタイミング装置）において、電動モータの加熱を、運転状態に応じて検出することにより、電動モータおよび駆動装置の保護を図り、開閉時期の制御性能の低下を防止する構成が記載されている。
特開２０１０－２２９９８０号公報 特開２００８－６９７１９号公報
エンジンの始動時に各気筒での圧縮比を低下させ、低負荷でのクランキングを可能にするため、吸気バルブの開閉時期を最遅角位相に設定する制御が従来から行われている。また、エンジンで高出力を得るため、吸気バルブの開閉時期を最進角位相に設定する制御も従来から行われている。
しかしながら、最遅角位相は、駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相のうち、遅角側の機械的限界であり、最進角位相は、進角側の機械的限界である。また、弁開閉時期制御装置の相対回転位相を任意の位相に設定する際には、相対回転位相をセンサでフィードバックする制御が行われるもののセンサの検出結果には誤差を含むものである。
従って、相対回転位相を最遅角位相に設定する制御時において、相対回転位相が最遅角位相に達しない状況でも、最遅角位相に達したと誤検出し制御を停止することや、相対回転位相が最遅角位相に達した状態でも最遅角位相に達していないと誤検出し、電動モータを遅角側に駆動し続ける不都合を招くこともあった。
このような理由から、最進角位相と最遅角位相とを適正に検出でき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、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制御する電動モータと、前記電動モータに供給する電流を制御するモータ制御部と、前記電動モータに流れた電流を検出する電流センサと、前記相対回転位相の進角側と遅角側との機械的な限界である規制位相を決める規制部と、備え、前記電動モータで前記相対回転位相を制御する際に、前記規制部により変化が停止する前記相対回転位相に到達し、且つ、前記電流センサで検出される電流値の上昇に基づいて前記規制位相を検出する規制位相検出部を備えている点にある。
この特徴構成によると、電動モータの駆動力によって相対回転位相を、例えば、進角側に変化させ、この変化が規制部により停止する相対回転位相が最進角位相であった場合に、このように相対回転位相の変化が停止するタイミングでは負荷の増大に伴い電動モータに流れる電流は増大する。これと同様に、電動モータの駆動力により相対回転位相が最遅角位相に達した場合にも電動モータに流れる電流は増大する。このような現象を利用することにより、電流センサで検出される電流に基づいて最進角位相と最遅角位相とを判定することが可能となる。
従って、最進角位相と最遅角位相とを適正に検出でき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、前記相対回転位相を検出する位相センサを備え、前記規制位相検出部は、前記相対回転位相を前記規制位相から外れた位相にある状態から前記規制位相に向けて変化させる制御において、前記位相センサで検出される前記相対回転位相が前記規制部により変化が停止する前記相対回転位相に到達し、且つ、前記電流センサで検出される電流が上昇したタイミングに基づいて前記規制位相を検出しても良い。
これによると、相対回転位相が規制位相に達した場合に位相センサで検出される相対回転位相の変化が停止する現象と、電流センサが上昇したタイミングとの２つの条件に基づいて規制位相を検出するため規制位相の検出精度が向上する。
上記構成に加えた構成として、前記規制維持電流は、前記電流センサで検出された上昇した電流値、並びに、前記内燃機関の回転数と、前記電動モータの回転数との偏差に基づいて設定されても良い。
これによると、電動モータの駆動により相対回転位相が規制位相に到達した場合には、電動モータに作用する負荷の増大に伴い電動モータに供給される電流が増大し、これと同時に電動モータの回転数が低下し、内燃機関の回転数との偏差が縮小する。従って、電流値の増大、偏差の縮小に基づいて検出するため規制位相の検出精度が向上する。
上記構成に加えた構成として、前記規制位相検出部で、前記相対回転位相が前記規制位相に到達したことを検出した後に、規制維持電流を設定し、この規制維持電流を前記電動モータに供給することにより、前記相対回転位相を前記規制位相に維持する規制位相維持部を備えても良い。
これによると、相対回転位相が規制位相にある状態で規制維持電流を電動モータに供給することにより、規制状態を維持することが可能となる。この規制維持電流として、例えば、規制部における機械的限界を維持するに必要な規制維持電流の値を設定することにより、電力の無駄な消費を低減し、電動モータの寿命を長くする。
上記構成に加えた構成として、前記規制維持電流は、前記電動モータの逆起電力に基づいて設定されても良い。
電動モータのロータの回転に伴い発生する逆起電力の電圧が電源の電圧の印加方向と逆方向に作用するため、この逆起電力を考慮した値の電流を供給することにより、必要とする規制維持電流を電動モータ供給し、相対回転位相を規制位相に維持できる。
上記構成に加えた構成として、前記駆動側回転体と前記従動側回転体とに供給される潤滑油の油温を検出する油温センサを備え、前記規制維持電流は、前記油温センサで検出された潤滑油の油温に基づいて設定されても良い。
潤滑油は、温度低下に伴い粘性が高まるものであり、電動モータに設定された値の規制維持電流を供給した場合でも、潤滑油の粘性により規制部において相対回転位相を維持するために必要とする力を得られないこともある。このような理由から、油温センサで検出される油温に基づき、潤滑油の粘性を考慮した規制維持電流を供給することにより、相対回転位相を規制位相に維持できる。
上記構成に加えた構成として、前記モータ制御部が、前記電動モータに供給される電流の制御時における制御基板の温度を検出する温度センサを備え、前記規制位相維持部は、前記規制維持電流を供給する制御において、前記温度センサが第１設定温度を超える温度を検出した際に、前記相対回転位相を、前記規制位相に達する直前の隣接位相に維持する隣接位相制御を行っても良い。
これによると、相対回転位相が規制位相にある状態で規制維持電流を電動モータに供給することにより、規制状態を維持することが可能となる。また、このように規制状態を維持する制御が継続する際に、温度センサが第１設定温度を超える温度を検出した場合に、相対回転位相を、規制位相に達する直前の隣接位相に維持する隣接位相制御を行うことにより、電動モータの過剰な電流が供給される不都合を解消でき、電力の無駄を低減し、電動モータの寿命を長くする。
上記構成に加えた構成として、前記規制位相維持部は、前記温度センサで、前記第１設定温度より高温に設定された第２設定温度を超える温度を検出した際に、前記電動モータに対する電流の供給を停止しても良い。
これによると、電動モータに過剰な電流が供給される不都合を解消できる。
エンジンの断面および制御装置を示す図である。 弁開閉時期制御装置の作動本体の断面図である。 図２のIII－III線断面図である。 位相制御のフローチャートである。 規制位相維持制御のフローチャートである。 電流制限制御のフローチャートである。 電流変化と回転数変化と相対回転位相変化を示すタイミングチャートである。 温度変化と制御との関係を示すグラフである。 別実施形態（ａ）の規制位相維持制御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。このエンジンＥ（内燃機関の一例）は、乗用車等の走行駆動力を得るために車両に備えられたものを示している。
エンジンＥは、エンジン制御装置４０によって制御され、エンジンＥの吸気バルブＶａのバルブタイミングは、弁開閉時期制御装置Ａで制御される。特に、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）と、内部ロータ２２（従動側回転体）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。また、図１に示す制御ユニットＡｂは、エンジン制御装置４０のうち、位相センサＰＳ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備えている。
図１に示すように、位相センサＰＳは、クランク角センサ１６とカム角センサ１７とで構成されている。クランク角センサ１６は、クランクシャフト１の回転角を検出する機能も有している。
駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相は、駆動ケース２１と内部ロータ２２との回転軸芯Ｘを中心とする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（開閉時期）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、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とが連結している。
図１、図２に示すように、クランクシャフト１の近傍位置には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の近傍には、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。
前述したようにクランク角センサ１６とカム角センサ１７とで位相センサＰＳが構成され、クランク角センサ１６とカム角センサ１７とは、回転に伴い間歇的にパルス信号を出力するピックアップ型に構成されている。クランク角センサ１６は、クランクシャフト１の回転時にクランクシャフト１の回転基準からのパルス信号をカウントすることで回転基準からの回転角を取得する。これと同様に、カム角センサ１７は、吸気カムシャフト７の回転時に吸気カムシャフト７の回転基準からパルス信号をカウントすることで回転基準からの回転角を取得する。
このような構成から、例えば、駆動ケース２１と内部ロータ２２とが所定の基準位相（例えば、中間位相）にある状態でのクランク角センサ１６のカウント値と、カム角センサ１７のカウント値とを記憶しておくことにより、相対回転位相が、基準位相から進角側と遅角側との何れに変化しても２種のカウント値の比較により相対回転位相を取得できるように構成されている。
エンジン制御装置４０は、エンジンＥを制御するＥＣＵとして制御ユニットＡｂを構成するものであり、位相制御部４１と、規制位相検出部４２とを備えており、位相制御部４１は、通常位相制御モジュール４１ａと、規制位相維持制御モジュール４１ｂ（規制位相維持部の一例）とで構成されている。このエンジン制御装置４０の制御の詳細は後述する。
〔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、内部ロータ２２が吸気カムシャフト７に連結状態で支持され、この内部ロータ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。これにより、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フロントプレート２４によって規制される。
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を介して内部ロータ２２に伝えられることで駆動ケース２１に対する内部ロータ２２の相対回転位相が変化する。この変化のうち駆動回転方向Ｓと同方向へ向かう変化方向を進角方向Ｓａと称し、この逆方向を遅角方向Ｓｂと称する。
特に、この作動本体Ａａでは、図３に示すように、相対回転位相が進角方向Ｓａの機械的な限界となる最進角位相Ｐａ（規制位相の一例）と、遅角方向Ｓｂの機械的な限界となる最遅角位相Ｐｂ（規制位相の一例）とを設定する規制部３５を備えている。
規制部３５は、駆動ケース２１のうち回転軸芯Ｘに直交する姿勢の壁部２１ｗの開口の内周に対し、回転軸芯Ｘを中心とする円周方向で離間する位置に形成された一対の規制壁３５ａと、内部ロータ２２のうち駆動ケース２１の壁部２１ｗの開口に挿通する位置に配置され、相対回転位相が最進角位相Ｐａに達した際に一方の規制壁３５ａに当接し、相対回転位相が最遅角位相Ｐｂに達した際に他方の規制壁３５ａに当接する規制突起３５ｂとで構成されている。
〔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は、回転軸芯Ｘと平行する姿勢で形成されている。
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ＭＳ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、ロータの回転が伝達される出力軸ＭＳとを備えることで三相モータとして構成されている。
また、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ＭＳの回転に伴い偏心カム体２８が、回転軸芯Ｘを中心に回転した際には、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。尚、相対回転の方向は出力軸ＭＳの回転方向と逆方向となる。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。
この弁開閉時期制御装置Ａでは、エンジンＥの稼動時には、吸気カムシャフト７と等しい速度で、出力軸ＭＳ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。位相調節機構Ｇは、出力軸ＭＳの回転方向と逆方向に相対回転位相を変化させるため、相対回転位相を進角方向Ｓａに変化させる場合には出力軸ＭＳの回転速度を減じ、相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変化させる場合には出力軸ＭＳの回転速度を増加する制御が行われる。
〔制御構成〕
図１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と、電流センサ４５と、温度センサ４６と、油温センサ４７からの検出信号が入力する。エンジン制御装置４０は、補正テーブル４８の補正情報の取得が可能であり、位相制御モータＭを制御する制御基板４４（モータ制御部の一例）に制御信号を出力する。
電流センサ４５は、位相制御モータＭに供給されている電流を検出し、温度センサ４６は、制御基板４４の温度を検出する。制御基板４４は位相制御モータＭにコイルに供給する電流を制御する電力制御素子を備えており、温度センサ４６は位相制御モータＭに供給する電流の増大に伴う熱による制御基板４４の周囲の雰囲気の温度上昇を検出する。
油温センサ４７は、エンジンＥの潤滑油の油温を検出し、補正テーブル４８は、ＥＥＰＲＯＭのように不揮発性のストレージで構成され、後述する規制維持電流を供給する際に、油温と、供給すべき規制維持電流との関係を決める補正情報をテーブル化して記憶している。前述したように位相制御モータＭは三相モータとして構成されるため、制御基板４４は三相交流を生成するものであり、デューティ比の設定により供給電流を任意に設定できるように構成されている。
弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの内部にエンジンＥの潤滑油が供給されるように構成され、油温が低温である場合には潤滑油の粘性が高く、位相制御を行う際に位相制御モータＭに供給する電流を高め、油温の上昇に伴い位相制御モータＭに供給される電流を低減する補正を必要とする。このような理由から油温センサ４７で検出された検出油温に基づいて位相制御モータＭに供給する規制維持電流を適正にするように補正テーブルが構成されている。
特に、電流センサ４５で検出された電流値を「検出電流」と称し、位相センサＰＳで検出された相対回転位相を「実位相」と称する。
位相制御部４１の通常位相制御モジュール４１ａは、位相センサＰＳ（クランク角センサ１６、カム角センサ１７）で検出された実位相が目標位相に一致するように位相制御モータＭを駆動する。この制御は、位相センサＰＳで検出された実位相と目標位相との偏差に基づいて相対回転位相の変化速度を設定し、変化速度が低下した場合に位相制御モータＭに供給する電流を増大して、位相制御モータＭを高速駆動する制御（図４の＃１０３ステップ）を実現する。
また、位相制御部４１の規制位相維持制御モジュール４１ｂは、相対回転位相を最進角位相Ｐａと、最遅角位相Ｐｂとの何れかに設定する場合でも、位相制御モータＭの駆動力を用いることにより、規制部３５が相対回転位相の変化を規制する位相に維持する制御（図４の＃２００ステップ、及び、図５に示す規制位相維持制御）を実現する。
規制位相検出部４２は、図３に示すように、相対回転位相が最進角位相Ｐａに達した状態（規制部３５によって規制される進角方向Ｓａの限界）と、相対回転位相が最遅角位相Ｐｂに達した状態（規制部３５によって規制される遅角方向Ｓｂの限界）とを検出する。
前述した位相制御部４１と、規制位相検出部４２とは、ソフトウエアとして構成されるものであるが、各々の一部をハードウエアで構成することも可能である。
〔制御形態〕
エンジン制御装置４０による弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの位相制御の制御形態を図４のフローチャートに示し、この制御時の検出電流（電流センサ４５で検出される電流値）と、位相制御モータＭの回転数と、位相センサＰＳで検出される相対回転位相とを図７のタイミングチャートに示している。
図４のフローチャートに示す位相制御では、目標位相を取得した場合に、目標位相が最進角位相Ｐａまたは最遅角位相Ｐｂでない場合（＃１０２ステップのＹｅｓ）は通常制御であるため、位相センサＰＳで検出した実位相が目標位相と一致するように位相制御モータＭを制御する（＃１０１～＃１０３ステップ）。
これとは逆に、目標位相が最進角位相Ｐａまたは最遅角位相Ｐｂである場合（＃１０２ステップのＮｏ）には、位相制御モータＭの駆動力により規制部３５の規制壁３５ａに規制突起３５ｂを押し当てる規制位相維持制御（＃２００ステップ）を実行する。
この規制位相維持制御（＃２００ステップ）を開始するタイミングが、図７の制御開始タイミングＴａとなる。尚、この規制位相維持制御（＃２００ステップ）は、サブルーチンとして設定され、本実施形態では、相対回転位相を最遅角位相Ｐｂ（フローチャートでは目標規制位相として説明）に維持する際の具体的な制御形態を示している。
規制位相維持制御（＃２００ステップ）は、図５のフローチャートに示すように、図７に示す制御開始タイミングＴａの以降、目標規制位相の方向に位相制御モータＭを駆動し、検出電流（電流センサ４５で検出された電流値）を取得し、実位相（位相センサＰＳで検出された相対回転位相）を取得し、検出電流が電流閾値Ｉｔを超え、実位相が目標規制位相（最遅角）に達しているか否かを判定する（＃２０１～＃２０４ステップ）。
この＃２０１～＃２０４ステップでの制御は規制位相検出部４２での制御であり、この規制位相検出部４２は、検出電流が上昇したタイミングにおける実位相を規制位相とするように基本的な制御形態が設定されている。この制御では、規制位相が目標規制位相となる。
尚、この弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａでは、位相制御モータＭの増速と減速との選択により相対位相の変更を行っており、この制御では、位相制御部４１が実位相と目標位相との偏差に基づいて位相制御モータＭの目標速度が設定される。最遅角位相Ｐｂと最進角位相Ｐａと何れを検出する場合にも同様の制御が行われ、特に、最進角位相Ｐａを検出するため位相制御モータＭを減速した場合には、規制位相に達した後にも、偏差が低減しないため位相制御モータＭは減速を継続し、その後逆方向への回転を開始してそのまま増速する。これにより、最遅角位相Ｐｂを検出する場合と同様に、規制部３５の規制壁３５ａに規制突起３５ｂを押し当てた際の検出電流が増大し、この検出電流の増大に基づいて最進角移動Ｐａの検出を実現している。
つまり、図７に示すように、制御開始タイミングＴａで位相制御モータＭを始動したタイミングにおいて、検出電流が、電流閾値Ｉｔに達することもあるものの、実位相が変化し続けているため（図５のフローチャートの＃２０４ステップのＮｏ）、検出電流が一時的に上昇しても、この上昇のタイミングを規制位相と判定することがない。
この後に、規制壁３５ａに規制突起３５ｂが押し当たる押当タイミングＴｂに達した場合には、実位相が変化することなく（＃２０４ステップのＹｅｓ）、位相制御モータＭに作用する負荷の増大に伴い、検出電流（電流センサ４５で検出される電流値）が、電流閾値Ｉｔを超える状態となる。尚、図７に示すように、制御開始タイミングＴａから相対回転位相が最遅角位相Ｐｂに達するまで位相制御モータＭの回転数が変化するものの、制御開始タイミングＴａに達する以前と、最遅角位相Ｐｂに達した後とにおいて、位相制御モータＭの回転数は、エンジンＥの回転数と同期する速度（エンジンＥの回転数の１／２の回転数）で回転することになる。
この状態に達した時点で、実位相が、目標規制位相（最遅角位相Ｐｂ）に達していることを判定できるため、所定時間が経過した電流低減タイミングＴｃで電流の低減を開始し、電流維持タイミングＴｄにおいて規制維持電流を位相制御モータＭに供給する（図５のフローチャートの＃２０５ステップ）。電流維持タイミングＴｄで供給される規制維持電流は、油温センサ４７で検出した検出油温に基づいて補正テーブル４８を参照することで設定され、この後に、電流制限制御（＃３００ステップ）を実行する。
＃２０５ステップでは、規制維持電流を位相制御モータＭに供給することで規制壁３５ａに規制突起３５ｂを適度の圧力で押し当て、最遅角位相Ｐｂの維持を実現する。規制維持電流を供給する際には、位相制御モータＭの逆起電力を考慮することにより精度の高い値の規制維持電流を供給できる。また、電流制限制御（＃３００ステップ）は、サブルーチンとして設定され、規制維持電流を供給する状態において温度センサ４６で検出される検出温度Ｃ（図８を参照）が上昇した場合には、電流の供給を制限することで制御基板４４、位相制御モータＭを保護するように機能する。
電流制限制御（＃３００ステップ）の制御形態を、図８に示すグラフのように現れる検出温度Ｃに対応して説明できる。図８のグラフでは温度センサ４６の検出温度Ｃを縦軸に取り、時間経過を横軸に取っている。
つまり、電流制限制御では、復帰閾値ＴＨ０、解除閾値ＴＨ１（第１設定温度の一例）、停止閾値ＴＨ２（第２設定温度の一例）が設定され、図８のグラフに示すように検出温度Ｃが変化した場合に、判定タイミングＤ１～Ｄ７のタイミングで制御を設定し、この制御の切り換わりを経過時間Ｔ１～Ｔ４で示している。
図６のフローチャートに示すように、電流制限制御（＃３００ステップ）では、温度センサ４６で検出温度Ｃを取得し、検出温度Ｃが解除閾値ＴＨ１（図８を参照）より高温となる高温状態が経過時間Ｔ１の間継続した場合（＃３０２ステップのＹｅｓ）には、相対回転位相を、規制壁３５ａと規制突起３５ｂが当接する直前の隣接位相に維持する隣接位相制御に移行する（＃３０１～＃３０３ステップ）。
このように隣接位相制御を行うことで、規制壁３５ａに規制突起３５ｂが押し当たる状態を解除することも可能となる。また、＃３０２ステップで高温状態が継続しないことを判定した場合（＃３０２ステップＮｏ）には、この電流制限制御（＃３００ステップ）の制御を抜け出してリターンする。
＃３０１～＃３０３ステップの制御を図８で参照すると、判定タイミングＤ０で検出温度Ｃが解除閾値ＴＨ１より高温となり、この高温状態が経過時間Ｔ１だけ経過したタイミングＤ１で、相対回転位相を、規制壁３５ａと規制突起３５ｂが当接する直前の隣接位相に維持する隣接位相制御に移行する。これにより、規制壁３５ａに規制突起３５ｂが押し当たる状態を解除することも可能な状態となる。その結果、最遅角位相Ｐｂを維持しながら位相制御モータＭに作用する負荷を軽減し、制御基板４４や位相制御モータＭの温度低下を可能にしている。
次に、隣接位相制御が行われている状況で、検出温度Ｃが停止閾値ＴＨ２（図８を参照）より高温となる高温状態が経過時間Ｔ２の間継続した場合（＃３０４ステップのＹｅｓ）には、位相制御モータＭに供給される電流を停止して位相制御モータＭを停止する（＃３０４、＃３０５ステップ）。また、＃３０４ステップで検出温度Ｃが停止閾値ＴＨ２より高温でない場合、あるいは、検出温度Ｃが停止閾値ＴＨ２より高温であっても高温状態が継続しない場合（＃３０４ステップＮｏ）には、＃３０７ステップに制御が移行する。この＃３０７ステップは、前述した＃３０３ステップと同様に隣接位相制御が行われる。
＃３０４、＃３０５ステップの制御で図８を参照すると、判定タイミングＤ２において検出温度Ｃが停止閾値ＴＨ２より高温となり、この高温の状態が経過時間Ｔ２だけ経過した判定タイミングＤ３で位相制御モータＭに供給される電流が停止される。また、検出温度Ｃが停止閾値ＴＨ２より高温となる状況では、位相制御モータＭに作用する負荷が大きく、制御基板４４の温度が上昇しているため、位相制御モータＭを完全に停止させることで、制御基板４４や位相制御モータＭの放熱を促進させることになる。このとき、規制壁３５ａに規制突起３５ｂを押し付ける力が作用しないので、相対回転位相（実位相）は最遅角位相Ｐｂから進角方向Ｓａに変化し得る。
次に、検出温度Ｃが解除閾値ＴＨ１（図８を参照）より低温となる低温状態が経過時間Ｔ３の間継続した場合（＃３０６ステップのＹｅｓ）には、相対回転位相を、規制壁３５ａと規制突起３５ｂが当接する直前の隣接位相に維持する隣接位相制御に移行する（＃３０６、＃３０７ステップ）。また、＃３０６ステップで検出温度Ｃが解除閾値ＴＨ１より低温でない場合や、検出温度Ｃが解除閾値ＴＨ１より低温であっても低温状態が継続しない場合（＃３０６ステップのＮｏ）には、＃３０５ステップの制御に移行する。これにより、相対回転位相（実位相）が最遅角位相Ｐｂから進角方向Ｓａに変化していたとしても、再度最遅角位相Ｐｂに変化する。
＃３０６、＃３０７ステップの制御で図８を参照すると、判定タイミングＤ４において検出温度Ｃが解除閾値ＴＨ１より低温となり、この低温の状態が経過時間Ｔ３だけ経過した判定タイミングＤ５において、相対回転位相を、規制壁３５ａと規制突起３５ｂが当接する直前の隣接位相に維持する隣接位相制御に移行し、相対回転位相が最遅角位相Ｐｂに維持される。
次に、検出温度Ｃが復帰閾値ＴＨ０（図８を参照）より低温となる低温状態が経過時間Ｔ４の間継続した場合（＃３０８ステップのＹｅｓ）には、位相制御モータＭに対し、規制維持ルーチン（＃２００ステップ）の＃２０５ステップで設定される規制維持電流と同じ値の規制維持電流を供給する（＃３０９ステップ）。また、＃３０８ステップで復帰閾値ＴＨ０より低温でない場合、あるいは、復帰閾値ＴＨ０より低温であっても低温状態が継続しない場合（＃３０８ステップＮｏ）には、＃３０７ステップの制御が継続される。
尚、規制維持電流を供給する場合には＃２０５ステップにおいて既に説明したように油温センサ４７で検出した検出油温に基づいて補正テーブル４８を参照することで設定される規制維持電流が供給される。
この＃３０８、＃３０９ステップの制御で図８を参照すると、判定タイミングＤ６において検出温度Ｃが復帰閾値ＴＨ０より低温となる低温状態が経過時間Ｔ４だけ経過した判定タイミングＤ７で規制維持電流が供給される。このように規制維持電流を供給することにより、規制壁３５ａに規制突起３５ｂを適度の圧力で押し当て、最遅角位相Ｐｂを維持する状態に復帰する。
この制御の概要としては、図８に示すように検出温度Ｃが変化する場合には、＃３００ステップの制御開始から判定タイミングＤ１までの領域で、位相制御モータＭに規制維持電流を供給する正常な制御が実行され、判定タイミングＤ１～Ｄ３の領域で相対回転位相を、規制壁３５ａと規制突起３５ｂが当接する直前の隣接位相に維持する隣接位相制御が実行される。
この後に、判定タイミングＤ３～Ｄ５の領域で位相制御モータＭを停止する停止制御が実行され、判定タイミングＤ５～Ｄ７の領域で、相対回転位相を、規制壁３５ａと規制突起３５ｂが当接する直前の隣接位相に維持する隣接位相制御が実行される。そして、判定タイミングＤ７の後の領域で、位相制御モータＭに規制維持電流が供給される正常な制御が実行される。
〔実施形態の作用効果〕
このように、弁開閉時期制御装置Ａを最進角位相Ｐａと最遅角位相Ｐｂとの何れの規制位相に設定する場合でも、規制部３５の規制壁３５ａと規制突起３５ｂとが当接し、検出電流が電流閾値Ｉｔを超えて上昇するタイミングを、規制位相検出部４２が、規制位相（最進角位相Ｐａ、最遅角位相Ｐｂ）に達したと正確に判定できる。
また、最進角位相Ｐａと、最遅角位相Ｐｂとを正確に判定した後には位相制御モータＭに供給される電流を規制維持電流まで低減することにより、位相制御モータＭに無駄に電流を供給することなく、規制壁３５ａと規制突起３５ｂとを押し付ける状態で最進角位相Ｐａと最遅角位相Ｐｂとの何れの位相も維持できる。
また、規制位相維持制御では、位相制御モータＭの駆動力によって、規制部３５の規制壁３５ａと規制突起３５ｂと当接させる状態を維持するために、位相制御モータＭを、弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの回転速度より僅かに高速で回転させることになり、制御基板４４や位相制御モータＭの温度上昇を招くことがあるものの、電流制限制御によって位相制御モータＭに供給する電流値の制御により温度上昇を抑制し、位相制御モータＭの寿命を長くする。
〔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）規制位相維持制御（＃４のフローチャートの＃２００ステップ）を図９の＃４０１～＃４０５ステップのように構成する。つまり、制御開始タイミングＴａ（図７を参照）の以降、目標規制位相の方向に位相制御モータＭを駆動し、検出電流（電流センサ４５で検出された電流）を取得し、エンジンＥの単位時間あたりの回転数をエンジン回転数として取得し、位相制御モータＭの単位時間あたりの回転数をモータ回転数として取得し、検出電流が電流閾値Ｉｔ（図７を参照）を超え、エンジン回転数とモータ回転数の偏差が、設定値を超えて縮小したか否かを判定する（＃４０１～＃４０４ステップ）。
この＃４０１～＃４０４ステップでの制御が、規制位相検出部４２での制御であり、この規制位相検出部４２は、＃４０４ステップのＹｅｓを判定したタイミングにおける実位相を規制位相とする。このように設定した規制維持電流を位相制御モータＭに供給する制御に移行し（＃４０５ステップ）、図６に示す電流制限制御（＃３００ステップ）を実行する。
この別実施形態（ａ）では、 ＃４０５ステップのように、規制維持電流を位相制御モータＭに供給することで規制壁３５ａに規制突起３５ｂを適度の圧力で押し当て、最遅角位相Ｐｂ又は最進角位相Ｐａの何れかの位相に維持を実現する。このように規制維持電流を供給する際には、位相制御モータＭの逆起電力を考慮することにより精度の高い値の規制維持電流を供給できる。
（ｂ）例えば、弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａが最進角位相Ｐａと最遅角位相Ｐｂとに設定された際の位相センサＰＳの検出値を学習し、記憶しておくことにより、この学習、記憶の後には、最進角位相Ｐａと最遅角位相Ｐｂとの範囲内で相対回転位相を設定する場合に、位相制御モータＭを無駄に駆動することがなく、電流を無駄に消費することもない。
この別実施形態（ｂ）のように学習し、記憶することにより、弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの製造誤差により、最進角位相Ｐａと最遅角位相Ｐｂとの位相にバラツキがあっても、最進角位相Ｐａと最遅角位相Ｐｂとの位相を正確に学習、記憶して無駄のない制御を可能にする。
（ｃ）電流制限制御の制御形態は、実施形態で説明したものに限るものではなく、例えば、温度センサ４６の検出温度が予め設定された閾値に達したタイミングで位相制御モータＭに供給する電力を遮断するように構成しても良い。これと同様に、温度センサ４６の検出温度が上昇するほど、位相制御モータＭに供給する電流を低減するように、検出温度と電流とが反比例するように制御形態を設定することも考えられる。
本発明は、電動モータで開閉時期を制御する弁開閉時期制御装置に利用できる。
１ クランクシャフト
７ 吸気カムシャフト（カムシャフト）
２１ 駆動ケース（駆動側回転体）
２２ 内部ロータ（従動側回転体）
３５ 規制部
４１ｂ 規制位相維持制御モジュール（規制位相維持部）
４２ 規制位相検出部
４４ 制御基板（モータ制御部）
４５ 電流センサ
４６ 温度センサ
４７ 油温センサ
Ｅ エンジン（内燃機関）
Ｍ 位相制御モータ（電動モータ）
ＴＨ１ 解除閾値（第１設定温度）
ＴＨ２ 停止閾値（第２設定温度）
Ｘ 回転軸芯
Ｐａ 最進角位相（規制位相）
Ｐｂ 最遅角位相（規制位相）
ＰＳ 位相センサ

Claims (8)

  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、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制御する電動モータと、前記電動モータに供給する電流を制御するモータ制御部と、前記電動モータに流れた電流を検出する電流センサと、前記相対回転位相の進角側と遅角側との機械的な限界である規制位相を決める規制部と、備え、
    前記電動モータで前記相対回転位相を制御する際に、前記規制部により変化が停止する前記相対回転位相に到達し、且つ、前記電流センサで検出される電流値の上昇に基づいて前記規制位相を検出する規制位相検出部を備えている弁開閉時期制御装置。
  2. 前記相対回転位相を検出する位相センサを備え、
    前記規制位相検出部は、前記相対回転位相を前記規制位相から外れた位相にある状態から前記規制位相に向けて変化させる制御において、前記位相センサで検出される前記相対回転位相が前記規制部により変化が停止する前記相対回転位相に到達し、且つ、前記電流センサで検出される電流が上昇したタイミングに基づいて前記規制位相を検出する請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
  3. 前記規制位相検出部は、前記電流センサで検出された上昇した電流値、並びに、前記内燃機関の回転数と、前記電動モータの回転数との偏差に基づいて前記規制位相を検出する請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
  4. 前記規制位相検出部で、前記相対回転位相が前記規制位相に到達したことを検出した後に、規制維持電流を設定し、この規制維持電流を前記電動モータに供給することにより、前記相対回転位相を前記規制位相に維持する規制位相維持部を備えている請求項１～３のいずれか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
  5. 前記規制維持電流は、前記電動モータの逆起電力に基づいて設定される請求項４に記載の弁開閉時期制御装置。
  6. 前記駆動側回転体と前記従動側回転体とに供給される潤滑油の油温を検出する油温センサを備え、前記規制維持電流は、前記油温センサで検出された潤滑油の油温に基づいて設定される請求項４に記載の弁開閉時期制御装置。
  7. 前記モータ制御部が、前記電動モータに供給される電流の制御時における制御基板の温度を検出する温度センサを備え、
    前記規制位相維持部は、前記規制維持電流を供給する制御において、前記温度センサが第１設定温度を超える温度を検出した際に、前記相対回転位相を、前記規制位相に達する直前の隣接位相に維持する隣接位相制御を行う請求項４に記載の弁開閉時期制御装置。
  8. 前記規制位相維持部は、前記温度センサで、前記第１設定温度より高温に設定された第２設定温度を超える温度を検出した際に、前記電動モータに対する電流の供給を停止する請求項７に記載の弁開閉時期制御装置。
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