JP4027670B2

JP4027670B2 - 可変バルブタイミング機構の制御装置

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Publication number: JP4027670B2
Application number: JP2002007923A
Authority: JP
Inventors: 肇細谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: JP2003206711A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関弁（吸・排気バルブ）のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可変バルブタイミング機構として、内燃機関のクランクシャフトから回転を伝達される駆動回転体と、カムシャフト側の従動回転体との組付角度を、組付角調整機構によって変化させることによって、機関弁の開閉タイミングをクランク角に対して進角側及び遅角側に変化させる構成のものが知られている。
【０００３】
例えば、特開２００１−０４１０１３号公報に開示される可変バルブタイミング機構の組付角調整機構は、一端の回転部が駆動回転体と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部が駆動回転体と従動回転体との他方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可能に連結されたリンクアームを備え、前記スライド部の径方向の移動に伴って回転部の位置が周方向に相対変位して、駆動回転体と従動回転体との組付角度が相対的に変化するように構成され、前記リンクアームのスライド部が係合する渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレートの相対回転角を電磁ブレーキの制動力で制御することで、前記スライド部を径方向に変位させ、以って、バルブタイミングを進・遅角変位させるようになっている。
【０００４】
以下、上記構成の組付角調整機構を備えた可変バルブタイミング機構を、スパイラルラジアルリンク式と称するものとする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記特開２００１−０４１０１３号公報に開示されたスパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミング機構では、ゼンマイばねによってガイドプレートがバルブタイミングの遅角方向に付勢される構成であるため、電磁ブレーキをオフすることで、ゼンマイばねの付勢力によって最遅角位置に戻ることになる。
【０００６】
一方、本出願人が先に出願した特願２００１−３１９９０８号のように、２つの電磁ブレーキで進角方向及び遅角方向の制御をそれぞれ行う場合には、進角方向と遅角方向とのいずれの変化方向に対しても電磁ブレーキの制動力を作用させる必要がある。
しかし、２つの電磁ブレーキを径方向の内外に配置する構造や遊星歯車を用いる構成によって、同じ制御量を電磁ブレーキに与えても、最終的に組付角度の変更に作用する発生トルクが異なり、進角方向と遅角方向とで異なる制御応答性を示す可能性があった。
【０００７】
そこで、本発明は、２つの電磁ブレーキで進角方向及び遅角方向の制御を行う可変バルブタイミング機構において、バルブタイミングの変化方向に因らずに所望の応答性でフィードバック制御することができる制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、内燃機関の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磁ブレーキの制動力によって変化させることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構であって、２つの電磁ブレーキを備え、一方の電磁ブレーキを作動させると前記回転位相が進角変化し、他方の電磁ブレーキを作動させると前記回転位相が遅角変化する可変バルブタイミング機構において、前記機関弁のバルブタイミングを検出し、該検出したバルブタイミングに基づいて前記２つの電磁ブレーキへの通電をフィードバック制御するときに、前記２つの電磁ブレーキのうち同じ制御量を与えたときの発生トルクが小さい方の電磁ブレーキの通電を制御するフィードバックゲインを他方に比べて大きくする構成とした。
【０００９】
上記構成によると、２つの電磁ブレーキに同じ制御量を与えても発生トルクが異なることで、進角方向と遅角方向とで異なる制御応答性を示すことがないように、同じ制御量を与えたときの発生トルクが小さい方の電磁ブレーキの通電を制御するフィードバックゲインを他方に比べて大きく設定し、進角方向と遅角方向とで異なるゲインでフィードバック制御を行わせる。請求項２記載の発明では、前記可変バルブタイミング機構が、内燃機関のクランクシャフトから回転を伝達される駆動回転体と、カムシャフト側の従動回転体とが組付角調整機構を介して同軸に連結され、前記組付角調整機構によって前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる構成であって、前記組付角調整機構が、一端の回転部が前記駆動回転体と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部が前記駆動回転体と従動回転体との他方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可能に連結されるリンクアームを備え、前記スライド部を径方向に変位させる渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレートを、２つの電磁ブレーキによって前記駆動回転体に対して相対回転させることによって、前記回転部の位置を周方向に相対変位させ、前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させる構成とした。
【００１０】
上記構成によると、２つの電磁ブレーキの制動力によってガイドプレートが進角方向及び遅角方向に相対回転することで、リンクアームのスライド部が径方向に変位し、該変位に伴ってリンクアームの回転部の位置が周方向に相対変位し、駆動回転体と従動回転体との組付角度、即ち、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相が変化する構成において、ガイドプレートを相対回転させる方向によって異なるゲインでフィードバック制御を行わせる。
【００１１】
請求項３記載の発明では、前記２つの電磁ブレーキがガイドプレートの径方向の内外に配置される構成であり、前記２つの電磁ブレーキの回転中心からの距離に応じてフィードバックゲインが設定される構成とした。
上記構成によると、２つの電磁ブレーキがガイドプレートの径方向の内外に配置されることから、同じ通電量を２つの電磁ブレーキそれぞれに与えても、外側の電磁ブレーキでの制動力が大きくなることに対応すべく、２つの電磁ブレーキの回転中心からの距離に応じてフィードバックゲインを設定する。
【００１２】
請求項４記載の発明では、前記ガイドプレートが、キャリア部材を入力要素とし、サンギヤとリングギヤとの一方を出力要素、他方をフリー要素とする遊星歯車機構を介して回転伝達される構成であって、
前記２つの電磁ブレーキの一方が前記出力要素に制動を与え、他方が前記フリー要素に制動を与える構成であり、前記遊星歯車機構の増速比に応じてフィードバックゲインが設定される構成とした。
【００１３】
上記構成によると、遊星歯車機構の増速比によって、組付角度（回転位相）の変更に作用する発生トルクが異なるので、前記増速比によってフィードバックゲインを設定する。
請求項５記載の発明では、前記２つの電磁ブレーキの摩擦面の面積に応じてフィードバックゲインが設定される構成とした。
【００１４】
上記構成によると、同じ通電量を２つの電磁ブレーキそれぞれに与えても、摩擦面積の違いによって、回転位相の変更に作用する発生トルクが異なるようになることに対応すべく、２つの電磁ブレーキそれぞれの摩擦面積に応じてフィードバックゲインを設定する。
請求項６記載の発明では、前記２つの電磁ブレーキの摩擦面における摩擦係数に応じてフィードバックゲインが設定される構成とした。
【００１５】
上記構成によると、摩擦面でのせん断力の違いによって見かけの摩擦係数が異なることに対応すべく、フィードバックゲインを設定する。
請求項７記載の発明では、前記２つの電磁ブレーキの摩擦面における摩擦係数を、機関回転速度及び／又は潤滑油温度に応じて推定する構成とした。
上記構成によると、機関回転速度による周速度の違い及び油温による粘性の違いによる摩擦係数の変化を考慮して、制御方向毎のフィードバックゲインが設定される。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、２つの電磁ブレーキを用いて遅角方向・進角方向にバルブタイミングを制御する構成において、２つの電磁ブレーキに同じ制御量を与えても発生トルクが異なることで、進角方向と遅角方向とで異なる制御応答性を示すようになることを回避でき、制御方向に因らずに応答良くバルブタイミングをフィードバック制御することができるという効果がある。
【００１７】
請求項２記載の発明によると、２つの電磁ブレーキを用いて遅角方向・進角方向にバルブタイミングを制御するスパイラルラジアルリンク式可変バルブタイミング機構において、制御方向に因らずに応答良くバルブタイミングをフィードバック制御することができるという効果がある。
請求項３記載の発明によると、２つの電磁ブレーキが回転中心から異なる距離に配置されることで、回転位相（組付角度）の変更に作用する発生トルクに差が生じても、制御方向に因らずに応答良くバルブタイミングをフィードバック制御することができるという効果がある。
【００１８】
請求項４記載の発明によると、遊星歯車機構の増速比によって、２つの電磁ブレーキの回転位相（組付角度）の変更に作用する発生トルクに差が生じても、制御方向に因らずに応答良くバルブタイミングをフィードバック制御することができるという効果がある。
請求項５記載の発明によると、２つの電磁ブレーキの摩擦面積の違いによって、回転位相の変更に作用する発生トルクに差が生じても、制御方向に因らずに応答良くバルブタイミングをフィードバック制御することができるという効果がある。
【００１９】
請求項６記載の発明によると、前記２つの電磁ブレーキの摩擦面における摩擦係数（せん断力）の違いによって、回転位相の変更に作用する発生トルクに差が生じても、制御方向に因らずに応答良くバルブタイミングをフィードバック制御することができるという効果がある。
請求項７記載の発明によると、機関回転速度及び／又は潤滑油温度の違いによる摩擦係数の変化に対応して、適正なフィードバックゲインを設定させることができるという効果がある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施形態における車両用内燃機関の構成図であり、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００２１】
燃焼排気は燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７は、それぞれ排気側カムシャフト１１０，吸気側カムシャフト１３４に設けられたカムによって開閉駆動されるが、吸気側カムシャフト１３４には、クランクシャフト１２０に対する回転位相を変化させることで、バルブタイミングを変化させるスパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３が設けられている。
【００２２】
尚、本実施形態では吸気バルブ側にのみ可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を備える構成としたが、吸気バルブ側に代えて又は吸気バルブ側と共に、排気バルブ側に可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を備える構成であっても良い。
また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、前記ＥＣＵ１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ１０５に向けて噴射する。
【００２３】
マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４には、各種センサからの検出信号が入力され、該検出信号に基づく演算処理によって、前記前記電子制御スロットル１０４，可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３及び燃料噴射弁１３１などを制御する。
前記各種センサとしては、アクセル開度を検出するアクセル開度センサＡＰＳ１１６、機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、クランクシャフト１２０から回転信号を取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、機関１０１の潤滑油温度を検出する油温センサ１１９、吸気側カムシャフト１３４から回転信号を取り出すカムセンサ１３２などが設けられている。
【００２４】
尚、前記クランク角センサ１１７から出力される回転信号に基づいてＥＣＵ１１４において機関回転速度Ｎｅが算出される。
次に、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３の構成を、図２〜図５に基づいて説明する。
前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３は、カムシャフト１３４と、駆動プレート２と、組付角調整機構４と、作動装置１５と、ＶＴＣカバー６から構成される。
【００２５】
前記駆動プレート２は、機関１０１（クランクシャフト１２０）から回転が伝達されて回転する部材であり、前記組付角調整機構４は、前記カムシャフト１３４と駆動プレート２との組付角度を変化させる機構であって、作動装置１５によって作動する。
前記ＶＴＣカバー６は、図示省略したシリンダヘッドとロッカカバーの前端に跨って取り付けられて、駆動プレート２と組付角調整機構４の前面とその周域を覆うカバーである。
【００２６】
前記カムシャフト１３４の前端部（図２における左側）には、スペーサ８が嵌合され、更に、このスペーサ８は、カムシャフト１３４のフランジ部１３４ｆに貫通されるピン８０によって回転規制されている。
また、前記カムシャフト１３４には、径方向に油供給孔１３４ｒが複数貫通形成されている。
【００２７】
前記スペーサ８は、図３に示すように、円盤状の係止フランジ８ａと、この係止フランジ８ａの前端面から軸方向に延びる円管部８ｂと、同じく係止フランジ８ａの前端面であって円管部８ｂの基端側から外径方向の３方に延びて軸方向と平行な圧入穴８ｃが形成された軸支持部８ｄとが形成されている。
尚、上記軸支持部８ｄ及び圧入穴８ｃは、図３に示すように、それぞれ周方向に１２０°毎に配置される。
【００２８】
また、前記スペーサ８には、油を供給する油供給孔８ｒが径方向に貫通形成されている。
前記駆動プレート２は、中心に貫通穴２ａが形成された円盤状に形成されており、前記スペーサ８に対して係止フランジ８ａによって軸方向の変位を規制された状態で相対回転自在に組み付けられている。
【００２９】
また、駆動プレート２は、図３に示すように、その後部外周に、クランクシャフト１２０から図示省略したチェーンを介して回転が伝達されるタイミングスプロケット３が形成されている。
更に、駆動プレート２の前端面には、貫通穴２ａと外周とを結んで外径方向に３つのガイド溝２ｇが形成されており、前記ガイド溝２ｇは、前記軸支持部８ｄと同様に、周方向に１２０°毎に配置される。
【００３０】
また、駆動プレート２の前端面の外周部には、円環状のカバー部材２ｃが溶接或いは圧入により固定されている。
本実施形態において、従動回転体は、カムシャフト１３４及びスペーサ８によって構成され、駆動回転体は、タイミングスプロケット３を含む駆動プレート２によって構成される。
【００３１】
前記組付角調整機構４は、カムシャフト１３４と駆動プレート２との前端部側に配置されて、カムシャフト１３４と駆動プレート２との組付相対角度を変更するものである。
この組付角調整機構４は、図３に示すように、３本のリンクアーム１４を有している。
【００３２】
前記各リンクアーム１４は、先端部にスライド部としての円筒部１４ａが設けられ、また、この円筒部１４ａから外径方向に延びるアーム部１４ｂが設けられている。
前記円筒部１４ａには、収容孔１４ｃが貫通して形成されている一方、アーム部１４ｂの基端部には、回動部としての回動穴１４ｄが貫通して形成されている。
【００３３】
前記リンクアーム１４は、前記スペーサ８の圧入穴８ｃにきつく圧入された回動ピン８１に対して回動穴１４を装着して、回動ピン８１を中心に回動可能に取り付けられている。
一方、リンクアーム１４の円筒部１４ａは、前記駆動プレート２の径方向ガイドとしてのガイド溝２ｇに挿入されて、駆動プレート２に対して径方向に移動可能（スライド可能）に取り付けられている。
【００３４】
上記構成において、円筒部１４ａが外力を受けてガイド溝２ｇに沿って径方向にスライド変位すると、リンクアーム１４によるリンク作用により回動ピン８１が前記円筒部１４ａの径方向の変位量に応じた角度だけ周方向に移動することになるもので、この回動ピン８１の変位によりカムシャフト１３４が駆動プレート２に対して相対回転することになる。
【００３５】
図４及び図５は、前記組付角調整機構４の作動を示すもので、図４に示すように、円筒部１４ａがガイド溝２ｇにおいて駆動プレート２の外周側に配置されているときには、基端部の回動ピン８１がガイド溝２ｇに近い位置に引っ張られているもので、この位置が最遅角位置となる。
一方、図５に示すように、円筒部１４ａがガイド溝２ｇにおいて駆動プレート２の内周側に配置されているときには、回動ピン８１が周方向に押されてガイド溝２ｇから離れるもので、この位置が最進角位置となる。
【００３６】
上記組付角調整機構４における前記円筒部１４ａの径方向への移動は、前記作動装置１５により行われ、この作動装置１５は、作動変換機構４０と増減速機構４１とを備えている。
前記作動変換機構４０は、リンクアーム１４の円筒部１４ａに保持された球２２と、前記駆動プレート２の前面に対向して同軸に設けられたガイドプレート２４とを備え、このガイドプレート２４の回転を前記リンクアーム１４における円筒部１４ａの径方向の変位に変換する機構である。
【００３７】
前記ガイドプレート２４は、前記スペーサ８の円管部８ｂの外周に金属系のブッシュ２３を介して相対回転可能に支持されている。
また、前記ガイドプレート２４の後面には、断面略半円状で周方向の変位に伴って径方向に変位する渦巻きガイドとしての渦巻状ガイド溝２８が形成され、かつ、径方向の中間部には、油の供給を行う油供給孔２４ｒが前後方向に貫通して形成されている。
【００３８】
前記渦巻状ガイド溝２８には、前記球２２が係合されている。
即ち、前記リンクアーム１４の円筒部１４ａに設けられた収容孔１４ｃには、図２及び図３に示すように、円盤状の支持パネル２２ａと、コイルスプリング２２ｂと、リテーナ２２ｃと、球２２とが順に挿入されている。
また、前記リテーナ２２ｃは、前端部に球２２が飛び出した状態で支持する椀状の支持凹部２２ｄが形成されていると共に、外周に前記コイルスプリング２２ｂが着座するフランジ２２ｆが形成されている。
【００３９】
そして、図２に示す組付状態では、コイルスプリング２２ｂが圧縮され、支持パネル２２ａが駆動プレート２の前面に押し付けられ、かつ、前記球２２が渦巻状ガイド溝２８に押し付けられて上下方向で係合すると共に、渦巻状ガイド溝２８の延在方向には相対移動可能となっている。
また、前記渦巻状ガイド溝２８は、図４，５に示すように、駆動プレート２の回転方向Ｒに沿って次第に縮径するように形成されている。
【００４０】
従って、前記作動変換機構４０は、前記球２２が渦巻状ガイド溝２８に係合した状態で、ガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒに相対回転すると、球２２が渦巻状ガイド溝２８の渦巻き形状に沿って半径方向外側に移動し、これによりスライド部としての円筒部１４ａが、図４に示す外径方向に移動し、リンクアーム１４に連結された回動ピン８１がガイド溝２ｇに近づくように引きつけられ、カムシャフト１３４は遅角方向に移動する。
【００４１】
逆に、上記状態からガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは逆方向に相対回転すると、球２２は渦巻状ガイド溝２８の渦巻き形状に沿って半径方向内側に移動し、これによりスライド部としての円筒部１４ａが、図５に示す内径方向に移動し、リンクアーム１４に連結された回動ピン８１がガイド溝２ｇから離れる方向に押され、この場合、カムシャフト１３４は進角方向に移動する。
【００４２】
次に、増減速機構４１について詳細に説明する。
前記増減速機構４１は、前記ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して増速及び減速、即ち、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に移動（増速）させたり、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは反対側に移動（減速）させたりするものであり、遊星歯車機構２５と第１電磁ブレーキ２６と第２電磁ブレーキ２７とを備えている。
【００４３】
前記遊星歯車機構２５は、サンギヤ３０と、リングギヤ３１と、両ギヤ３０，３１に噛み合わされたプラネタリギヤ３３とを備えている。
図２，図３に示すように、前記サンギヤ３０は、ガイドプレート２４の前面側の内周に一体的に形成されている。
前記プラネタリギヤ３３は、前記スペーサ８の前端部に固定されたキャリアプレート３２に回転自在に支持されている。
【００４４】
また、前記リングギヤ３１は、前記キャリアプレート３２の外側に回転自在に支持された環状の回転体３４の内周に形成されている。
尚、前記キャリアプレート３２は、前記スペーサ８の前端部に嵌合されて、ワッシャ３７を前端部に当接させた状態でボルト９を貫通させてカムシャフト１３４に締結させて固定されている。
【００４５】
また、前記回転体３４の前端面には、前方を向いた制動面３５ｂを有した制動プレート３５がねじ止めされている。
また、前記サンギヤ３０が一体に形成されたガイドプレート２４の外周にも、前方を向いた制動面３６ｂを有した制動プレート３６が溶接や嵌合などにより固定されている。
【００４６】
従って、前記遊星歯車機構２５は、プラネタリギヤ３３が自転せずにキャリアプレート３２と共に公転したとすると、第１電磁ブレーキ２６ならびに第２電磁ブレーキ２７が非作動状態では、サンギヤ３０とリングギヤ３１はフリー状態で同速回転する。
この状態から第１電磁ブレーキ２６のみを制動作動すると、ガイドプレート２４がキャリアプレート３２に対して（カムシャフト１３４に対して）遅れる方向（図４，５のＲ方向とは逆方向）に相対回転し、駆動プレート２とカムシャフト１３４とが、図５に示す進角方向に相対変位することになる。
【００４７】
一方、第２電磁ブレーキ２７のみを制動作動すると、リングギヤ３１のみに制動力が付与され、リングギヤ３１がキャリアプレート３２に対して遅れ方向に相対回転することによってプラネタリギヤ３３が自転し、このプラネタリギヤ３３の自転がサンギヤ３０を増速させ、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に相対回転し、駆動プレート２とカムシャフト１３４とが図４に示す遅角方向に相対回転することになる。
【００４８】
尚、本実施形態において、キャリアプレート３２が入力要素であり、サンギヤ３０が出力要素であり、リングギヤ３１がフリー要素となる。
前記第１電磁ブレーキ２６及び第２電磁ブレーキ２７は、それぞれ前述した制動プレート３６，３５の制動面３６ｂ，３５ｂに対向するよう内外２重に配置されて、前記ＶＴＣカバー６の裏面にピン２６ｐ，２７ｐによって回転のみを規制された浮動状態で支持された円管部材２６ｒ，２７ｒを有している。
【００４９】
これらの円管部材２６ｒ，２７ｒには、コイル２６ｃ，２７ｃが収容されていると共に、各コイル２６ｃ，２７ｃへの通電時に各制動面３５ｂ，３６ｂに押し付けられる摩擦材２６ｂ，２７ｂが装着されている。
また、各円管部材２６ｒ，２７ｒ及び各制動プレート３５，３６は、コイル２６ｃ，２７ｃへの通電時に磁界を形成するために鉄などの磁性体により形成されている。
【００５０】
それに対して、前記ＶＴＣカバー６は、通電時に磁束の漏れを生じさせないために、また、摩擦材２６ｂ，２７ｂは、永久磁石化して非通電時に制動プレート３５，３６に貼り付くのを防止するために、アルミなどの非磁性体により形成されている。
前記遊星歯車機構２５の出力要素としてのサンギヤ３０が設けられたガイドプレート２４と駆動プレート２の相対回動は、最遅角位置および最進角位置において組付角ストッパ６０により規制されるようになっている。
【００５１】
更に、前記遊星歯車機構２５において、リングギヤ３１と一体的に設けられている制動プレート３５と、キャリアプレート３２との間には、遊星歯車ストッパ９０が設けられている。
ところで、上述した前記作動変換機構４０は、リンクアーム１４の円筒部１４ａの位置を保持して、駆動プレート２とカムシャフト１３４との相対組付位置が変動しない構成となっているもので、その構成について説明する。
【００５２】
前記駆動プレート２からカムシャフト１３４には、リンクアーム１４およびスペーサ８を介して駆動トルクが伝達されるが、カムシャフト１３４からリンクアーム１４には、機関弁（吸気バルブ１０５）からの反力によるカムシャフト１３４の変動トルクが、回動ピン８１からリンクアーム１４の両端の枢支点を結ぶ方向の力Ｆとして入力される。
【００５３】
前記リンクアーム１４の円筒部１４ａは、径方向ガイドとしてのガイド溝２ｇに沿って径方向に案内されているとともに、円筒部１４ａから前面に突出した球２２が、渦巻状ガイド溝２８に係合されているため、各リンクアーム１４を介して入力される力Ｆは、ガイド溝２ｇの左右の壁とガイドプレート２４の渦巻状ガイド溝２８とによって支持される。
【００５４】
したがって、リンクアーム１４に入力された力Ｆは互いに直交する二つの分力ＦＡ，ＦＢに分解されるが、これらの分力ＦＡ，ＦＢは、渦巻状ガイド構２８の外周側の壁と、ガイド溝２ｇの一方の壁とに略直交する向きで受け止められ、リンクアーム１４の円筒部１４ａがガイド溝２ｇに沿って移動することが阻止され、これにより、リンクアーム１４が回動することが阻止される。
【００５５】
よって、各電磁ブレーキ２６，２７の制動力によってガイドプレート２４が回動されてリンクアーム１４が所定の位置に回動操作された後には、基本的には制動力を付与し続けなくてもリンクアーム１４の位置を維持、つまり、駆動プレート２とカムシャフト１３４の回転位相をそのまま保持することができる。
尚、前記力Ｆは、外径方向に作用することに限られず、逆向きの内径方向に作用することもあるが、このとき分力ＦＡ，ＦＢは渦巻状ガイド溝２８の内周側の壁と、ガイド構２ｇの他方側とに略直角の向きに受け止められる。
【００５６】
以下、上記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３の作用を説明する。
クランクシャフトとカムシャフト１３４の回転位相を遅角側に制御する場合には、第２電磁ブレーキ２７に通電する。
第２電磁ブレーキ２７に通電すると、第２電磁ブレーキ２７の摩擦材２７ｂが制動プレート３５に摩擦接触し、遊星歯車機構２５のリングギヤ３１に制動力が作用し、タイミングスプロケット３の回転に伴ってサンギヤ３０が増速回転される。
【００５７】
このサンギヤ３０の増速回転によりガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に回転させられ、これに伴ってリンクアーム１４に支持された球２２が渦巻状ガイド溝２８の外周側に移動する。
この遅角側への移動は、組付角ストッパ６０により図４に示す最遅角位置において規制される。
【００５８】
更に、上述のように、リングギヤ３１の回転を第２電磁ブレーキ２７により制動するにあたり、瞬時に回転を規制するのではなく所定量の回転を許しながら制動を行うもので、この回転量が所定量となると遊星歯車ストッパ９０によりリングギヤ３１の回転が規制されるようになっている。
一方、カムシャフト１３４の組付角度を進角方向に変位させるときには、第１ブレーキ２６に通電する。
【００５９】
これにより、ガイドプレート２４に制動力が作用してガイドプレート２４は駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは反対方向に回動し、カムシャフト１３４は進角側に組付角度が変位される。
この進角側への移動は、組付角ストッパ６０により図５に示す最進角位置において規制される
更に、ガイドプレート２４の回転が規制されると、プラネタリギヤ３３が自転してリングギヤ３１が増速回転されるが、この回転量が所定量となると遊星歯車ストッパ９０により回転が規制される。
【００６０】
前記ＥＣＵ１１４は、クランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の目標進角値（目標の回転位相差）を設定し、クランク角センサ１１７の検出信号とカムセンサ１３２の検出信号とから検出される実際の進角値と前記目標値との偏差及び偏差の方向に基づいて、前記第１電磁ブレーキ２６及び第２電磁ブレーキ２７への通電をフィードバック制御し、実際の進角値が目標に一致すると、両電磁ブレーキ２６，２７への通電を停止させて、そのときの進角位置を維持させる。
【００６１】
図６のフローチャートは、前記フィードバック制御を示すものである。
ステップＳ１では、機関運転条件に基づいて目標進角値（目標のバルブタイミング）を設定する。
ステップＳ２では、クランク角センサ１１７の検出信号とカムセンサ１３２の検出信号とから実際の進角値を検出する。
【００６２】
ステップＳ３では、前記目標進角値と実際の進角値との偏差を演算する。
ステップＳ４では、実際の進角値を目標に近づける方向が、進角方向であるか遅角方向であるかを、前記偏差に基づいて判別する。
ステップＳ４で、進角方向に変化させる必要があると判断されたとき、即ち、第１電磁ブレーキ２６に通電する場合には、ステップＳ５へ進む。
【００６３】
ステップＳ５では、予め潤滑油温度及び機関回転速度の条件毎に、進角方向への制御に適合するフィードバックゲインＧを記憶したマップから、そのときの潤滑油温度及び機関回転速度に対応するゲインＧを検索する。
また、ステップＳ４で、遅角方向に変化させる必要があると判断されたとき、即ち、第２電磁ブレーキ２７に通電する場合には、ステップＳ６へ進む。
【００６４】
ステップＳ６では、予め潤滑油温度及び機関回転速度の条件毎に、遅角方向への制御に適合するフィードバックゲインＧを記憶したマップから、そのときの潤滑油温度及び機関回転速度に対応するゲインＧを検索する。
尚、油温センサ１１９を備えない場合には、冷却水温度を潤滑油温度に相当する値として、冷却水温度と機関回転速度とからゲインを設定させることができ、また、潤滑油温度と機関回転速度とのいずれか一方からゲインＧを設定させることができる。
【００６５】
前記ステップＳ５又はステップＳ６で設定されるゲインＧは、第１電磁ブレーキ２６，第２電磁ブレーキ２７の径（回転中心からの距離），摩擦面積，摩擦係数（せん断力）、更に、前記遊星歯車機構２５の増速比を考慮し、バルブタイミング制御の応答性が、制御方向が異なっても略同じになるように、予め適合されている。
【００６６】
即ち、第１電磁ブレーキ２６，第２電磁ブレーキ２７の径（回転中心からの距離）のみに着目すると、径が大きくより外側に配置される第１電磁ブレーキ２６の発生トルクは、第２電磁ブレーキの発生トルクよりも大きく、同じゲインで制御したときには、進角方向の応答に比べて、遅角方向の応答が低下することになってしまう。
【００６７】
そこで、第１電磁ブレーキ２６，第２電磁ブレーキ２７の径（回転中心からの距離）のみに着目すると、遅角方向のフィードバックゲインを進角方向に比べて大きくするようにしてある。
また、第１電磁ブレーキ２６，第２電磁ブレーキ２７の摩擦面積に着目すると、摩擦面積が大きい方（径の大きい方）の電磁ブレーキを用いる制御方向の応答が相対的に高くなるので、係る摩擦面積の違いを考慮してゲインが予め設定される。
【００６８】
尚、摩擦面積の違いは、電磁ブレーキの径が異なることで発生するが、径が同じであっても、摩擦面積が異なる設定になる場合がある。
更に、本実施形態のように、遊星歯車機構２５を用いる構成では、遊星歯車機構２５の増速比によって進角方向と遅角方向とで応答が変化するので、係る増速比の設定を考慮してゲインが予め設定される。
【００６９】
また、第１電磁ブレーキ２６と第２電磁ブレーキ２７とで摩擦係数（制動時の摩擦面でのせん断力）が異なる場合があり、かつ、係る摩擦係数が機関回転速度や潤滑油の温度（潤滑油の粘性）によって変化するので、機関回転速度及び潤滑油温度に応じてそれぞれの制御方向でのゲインＧが決定されるようにしてある。
尚、フィードバックゲインＧとしては、比例・積分・微分制御における比例ゲイン・積分ゲイン・微分ゲインが含まれる他、スライディングモード制御におけるゲインであっても良い。
【００７０】
ステップＳ７では、ステップＳ５又はステップＳ６で設定したゲインＧと、ステップＳ３で求めた制御偏差とに基づいてフィードバック制御量を演算する。
ステップＳ８では、ステップＳ７で演算したフィードバック制御量に基づいて前記第１電磁ブレーキ２６又は第２電磁ブレーキ２７への通電を制御する。
上記構成によると、第１電磁ブレーキ２６，第２電磁ブレーキ２７の径，摩擦面積，摩擦係数（摩擦面でのせん断力）の違い、また、遊星歯車機構による増速比の影響で、組付角度の変更に作用するトルクが制御方向で異なっても、応答性を略揃えることができ、目標進角値（目標のバルブタイミング）へのフィードバック制御性を向上させることができ、更に、機関回転速度及び潤滑油温度による摩擦係数の変化に対応して、常に所望の応答性でフィードバック制御を行わせることができる。
【００７１】
尚、上記実施形態では、渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレートを２つの電磁ブレーキによって進角方向及び遅角方向に相対回転させる構成のスパイラルラジアルリンク式可変バルブタイミング機構を対象としたが、スパイラルラジアルリンク式に限定されるものではなく、２つの電磁ブレーキの制動力でクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を進角方向及び遅角方向に変化させる構成の可変バルブタイミング機構であれば、同様なフィードバック制御を適用して同様の効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】実施の形態における可変バルブタイミング機構を示す断面図。
【図３】上記可変バルブタイミング機構の分解斜視図。
【図４】上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図５】上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図６】バルブタイミングのフィードバック制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
２…駆動プレート
２ｇ…ガイド溝
３…タイミングスプロケット
４…組付角調整機構
６…ＶＴＣカバー
８…スペーサ
１４…リンクアーム
１５…作動装置
２４…ガイドプレート
２５…遊星歯車機構
２６…第１電磁ブレーキ
２７…第２電磁ブレーキ
２８…渦巻状ガイド溝
３０…サンギヤ
３１…リングギヤ
３２…キャリアプレート
３３…プラネタリギヤ
３５…制動プレート
３６…制動プレート
４０…作動変換機構
４１…増減速機構
１０１…内燃機関
１０５…吸気バルブ
１１３…可変バルブタイミング機構ＶＴＣ
１１４…エンジンコントロールユニット
１１７…クランク角センサ
１１９…油温センサ
１２０…クランクシャフト
１３２…カムセンサ
１３４…カムシャフト

Claims

内燃機関の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磁ブレーキの制動力によって変化させることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構であって、２つの電磁ブレーキを備え、一方の電磁ブレーキを作動させると前記回転位相が進角変化し、他方の電磁ブレーキを作動させると前記回転位相が遅角変化する可変バルブタイミング機構において、
前記機関弁のバルブタイミングを検出し、該検出したバルブタイミングに基づいて前記２つの電磁ブレーキへの通電をフィードバック制御するときに、前記２つの電磁ブレーキのうち同じ制御量を与えたときの発生トルクが小さい方の電磁ブレーキの通電を制御するフィードバックゲインを他方に比べて大きく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装置。
前記可変バルブタイミング機構が、内燃機関のクランクシャフトから回転を伝達される駆動回転体と、カムシャフト側の従動回転体とが組付角調整機構を介して同軸に連結され、前記組付角調整機構によって前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる構成であって、前記組付角調整機構が、一端の回転部が前記駆動回転体と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部が前記駆動回転体と従動回転体との他方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可能に連結されるリンクアームを備え、前記スライド部を径方向に変位させる渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレートを、２つの電磁ブレーキによって前記駆動回転体に対して相対回転させることによって、前記回転部の位置を周方向に相対変位させ、前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させる構成であることを特徴とする請求項１記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
前記２つの電磁ブレーキがガイドプレートの径方向の内外に配置される構成であり、前記２つの電磁ブレーキの回転中心からの距離に応じてフィードバックゲインが設定されることを特徴とする請求項２記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
前記ガイドプレートが、キャリア部材を入力要素とし、サンギヤとリングギヤとの一方を出力要素、他方をフリー要素とする遊星歯車機構を介して回転伝達される構成であって、前記２つの電磁ブレーキの一方が前記出力要素に制動を与え、他方が前記フリー要素に制動を与える構成であり、前記遊星歯車機構の増速比に応じてフィードバックゲインが設定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
前記２つの電磁ブレーキの摩擦面の面積に応じてフィードバックゲインが設定されることを特徴とする請求項１〜４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。
前記２つの電磁ブレーキの摩擦面における摩擦係数に応じてフィードバックゲインが設定されることを特徴とする請求項１〜５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。
前記２つの電磁ブレーキの摩擦面における摩擦係数を、機関回転速度及び／又は潤滑油温度に応じて推定することを特徴とする請求項６記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。