JP4072346B2 - 可変バルブタイミング機構の制御装置 - Google Patents
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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、上記の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、カムシャフト側からの入力トルク（カム反力、回転による遠心力）が、リンクアームのスライド部を渦巻きガイドの外周側に押圧する方向に作用するため、電磁ブレーキの制動力でガイドプレートを相対回転させるときの負荷トルクが、前記カムシャフト側からの入力トルクによって変化し、前記入力トルクによってバルブタイミング制御の応答性が変化するという特性があった。
【０００６】
そこで、本発明は、電磁ブレーキの制動力によってクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させる可変バルブタイミング機構において、カムシャフト側からの入力トルクに影響されることなく、所望の応答性を安定的に維持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。
【０００７】
【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、可変バルブリフト機構によってバルブリフト量が可変とされる機関弁のバルブタイミングを、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によって変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置であって、前記バルブリフト量による前記電磁ブレーキの負荷トルクの変化に応じて前記制動力を補正すべく、前記電磁ブレーキの通電制御量を補正するための補正値を前記バルブリフト量に基づいて設定し、目標のバルブタイミングと実際のバルブタイミングとの偏差に基づいて設定されるフィードバック通電制御量に前記補正値を付加して前記電磁ブレーキの最終的な通電制御量を設定し、前記最終的な通電制御量に応じて前記電磁ブレーキへの通電を制御する構成とした。
【０００８】
上記構成によると、バルブリフト量に応じてカムの反力が変化することに対応して、電磁ブレーキの通電制御量（制動力）が補正される。請求項２記載の発明では、前記補正値が、バルブリフト量が大きいときほど前記電磁ブレーキへの通電量をより多く補正する構成とした。
【０００９】
上記構成によると、バルブリフト量が大きくなるほどカムの反力が大きくなることに対応して、電磁ブレーキの通電制御量（制動力）が増大補正される。請求項３記載の発明では、前記補正値とは個別に、機関回転速度に応じて補正値を設定し、前記バルブリフト量に応じた補正値及び前記機関回転速度に応じた補正値を前記フィードバック通電制御量に付加して最終的な通電制御量を設定する構成とした。
【００１０】
請求項４記載の発明では、前記補正値が、前記バルブリフト量及び機関回転速度に応じて設定される構成とした。上記請求項３，４記載の発明によると、カム反力の加速度が機関回転速度に応じて変化し、前記入力トルクが変化することに対応して、電磁ブレーキの通電制御量（制動力）が補正される。
【００１１】
請求項５記載の発明では、前記機関回転速度が高いときほど前記電磁ブレーキへの通電量をより多く補正する補正値を設定する構成とした。上記構成によると、カム反力の加速度が機関回転速度に応じて大きくなって、前記入力トルクが大きくなることに対応して、電磁ブレーキの通電制御量（制動力）が補正される。
【００１２】
請求項６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、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。
【００１３】
上記構成によると、電磁ブレーキの制動力によってガイドプレートが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。
尚、本願発明には、前記ガイドプレートを弾性体によって遅角方向に付勢し、前記電磁ブレーキの制動力によって前記ガイドプレートを進角側に相対回転させる構成の他、２つの電磁ブレーキによって進角側への相対回転と遅角側への相対回転をそれぞれに制御する構成が含まれる。
【００１５】
請求項７記載の発明では、前記可変バルブリフト機構が、前記カムシャフトに同期して回転する駆動軸と、前記駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することで機関弁を開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、前記伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、前記制御軸を回動するアクチュエータとからなり、前記アクチュエータにより前記制御軸を回動することによりバルブリフト量を連続的に変化させる構成とした。
【００１６】
上記構成によると、前記電磁ブレーキによってガイドプレートを相対回転させることで、前記駆動軸とクランクシャフトの回転位相が変化して、機関弁のバルブタイミングが変化する一方、制御軸をアクチュエータで回転駆動させると、一端で駆動軸の駆動カム側と連係し他端で揺動カム側と連係する伝達機構の姿勢が変化して、バルブリフト量が変化する。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によると、バルブタイミングと共にバルブリフト量が変更される構成において、カムシャフト側からの入力トルクがバルブリフト量によって変化することに対応して電磁ブレーキの通電制御量を精度良く設定することができるという効果がある。
【００１８】
請求項３〜５記載の発明によると、カムシャフト側からの入力トルクがバルブリフト量によって変化することに対応して電磁ブレーキの通電制御量を精度良く設定することができると共に、カムシャフト側からの入力トルクが機関回転速度によって変化することに対応して電磁ブレーキの通電制御量を精度良く設定することができるという効果がある。
【００２０】
請求項６記載の発明によると、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、カムシャフト側からの入力トルクによる応答性の低下を回避することができるという効果がある。
【００２１】
請求項７記載の発明によると、制御軸をアクチュエータで回転駆動させることで、一端で駆動軸の駆動カム側と連係し、他端で機関弁を駆動する揺動カム側と連係する伝達機構の姿勢が変化して、バルブリフト量を変化させる可変バルブリフト機構を備える構成において、前記可変バルブリフト機構の動作によって変化する反力に影響されて、バルブタイミング制御の応答性が変化することを回避できるという効果がある。
【００２２】
【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。
【００２３】
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。
前記排気バルブ１０７は、排気側カムシャフト１１０に軸支されたカム１１１によって一定のバルブリフト量及びバルブ作動角を保って開閉駆動されるが、吸気バルブ１０５は、可変バルブリフト機構ＶＥＬ１１２によってバルブリフト量が連続的に変えられると共に、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３によってバルブタイミングが連続的に変えられるようになっている。
【００２４】
尚、吸気バルブ１０５に代えて又は吸気バルブ１０５と共に、排気バルブ１０７に、可変バルブリフト機構ＶＥＬ１１２及び可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３が備えられる構成であっても良い。
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は、アクセルペダルセンサＡＰＳ１１６で検出されるアクセルペダルの開度ＡＰＯ等に応じて前記電子制御スロットル１０４，可変バルブリフト機構ＶＥＬ１１２及び可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を制御する。
【００２５】
前記ＥＣＵ１１４には、前記アクセルペダルセンサＡＰＳ１１６の他、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の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ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からの検出信号が入力される。
【００２６】
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。
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。
【００２７】
シリンダ内に形成された混合気は、点火プラグ１３２による火花点火によって着火燃焼する。
各点火プラグ１３２には、それぞれにパワートランジスタを内蔵したイグニッションコイル１３３が設けられており、前記ＥＣＵ１１４は、前記パワートランジスタをスイッチング制御することによって、点火時期（点火進角値）を制御する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
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。
【００５３】
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。
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。
【００５４】
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。
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。
【００５５】
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。
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
前記ＥＣＵ１１４は、カムシャフト１３４の目標進角値を設定し、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。
【００６４】
図６〜図８は、前記可変バルブリフト機構ＶＥＬ１１２の構造を詳細に示すものである。
尚、本実施形態における可変バルブリフト機構ＶＥＬ１１２は、特開２０００−２８２９０１号公報に開示されるような制御軸の作動角を変化させることでバルブリフト量がバルブ作動角の変化を伴って連続的に変化する構成の機構である。
【００６５】
図６〜図８に示す可変バルブリフト機構ＶＥＬは、一対の吸気バルブ１０５，１０５と、シリンダヘッド２１１のカム軸受２１４に回転自在に支持された中空状のカムシャフト１３４（駆動軸）と、該カムシャフト１３４に軸支された回転カムである２つの偏心カム２１５，２１５（駆動カム）と、前記カムシャフト１３４の上方位置に同じカム軸受２１４に回転自在に支持された制御軸２１６と、該制御軸２１６に制御カム２１７を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム２１８，２１８と、各吸気バルブ１０５，１０５の上端部にバルブリフター２１９，２１９を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム２２０，２２０とを備えている。
【００６６】
前記偏心カム２１５，２１５とロッカアーム２１８，２１８とは、リンクアーム２２５，２２５によって連係され、ロッカアーム２１８，２１８と揺動カム２２０，２２０とは、リンク部材２２６，２２６によって連係されている。
上記ロッカアーム２１８，２１８，リンクアーム２２５，２２５，リンク部材２２６，２２６が伝達機構を構成する。
【００６７】
前記偏心カム２１５は、図９に示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体２１５ａと、該カム本体２１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部２１５ｂとからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔２１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体２１５ａの軸心Ｘがカムシャフト１３４の軸心Ｙから所定量だけ偏心している。
【００６８】
また、前記偏心カム２１５は、カムシャフト１３４に対し前記バルブリフター２１９に干渉しない両外側にカム軸挿通孔２１５ｃを介して圧入固定されていると共に、カム本体２１５ａの外周面２１５ｄが同一のカムプロフィールに形成されている。
前記ロッカアーム２１８は、図８に示すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部２１８ａが制御カム２１７に回転自在に支持されている。
【００６９】
また、基部２１８ａの外端部に突設された一端部２１８ｂには、リンクアーム２２５の先端部と連結するピン２２１が圧入されるピン孔２１８ｄが貫通形成されている一方、基部２１８ａの内端部に突設された他端部２１８ｃには、各リンク部材２２６の後述する一端部２２６ａと連結するピン２２８が圧入されるピン孔２１８ｅが形成されている。
【００７０】
前記制御カム２１７は、円筒状を呈し、制御軸２１６外周に固定されていると共に、図６に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸２１６の軸心Ｐ２からαだけ偏心している。
前記揺動カム２２０は、図６及び図１０，図１１に示すように略横Ｕ字形状を呈し、略円環状の基端部２２２にカムシャフト１３４が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２２ａが貫通形成されていると共に、ロッカアーム２１８の他端部２１８ｃ側に位置する端部２２３にピン孔２２３ａが貫通形成されている。
【００７１】
また、揺動カム２２０の下面には、基端部２２２側の基円面２２４ａと該基円面２２４ａから端部２２３端縁側に円弧状に延びるカム面２２４ｂとが形成されており、該基円面２２４ａとカム面２２４ｂとが、揺動カム２２０の揺動位置に応じて各バルブリフター２１９の上面所定位置に当接するようになっている。
また、前記リンクアーム２２５は、円環状の基部２２５ａと、該基部２２５ａの外周面所定位置に突設された突出端２２５ｂとを備え、基部２２５ａの中央位置には、前記偏心カム２１５のカム本体２１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴２２５ｃが形成されている一方、突出端２２５ｂには、前記ピン２２１が回転自在に挿通するピン孔２２５ｄが貫通形成されている。
【００７２】
更に、前記リンク部材２２６は、所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部２２６ａ，２２６ｂには前記ロッカアーム２１８の他端部２１８ｃと揺動カム２２０の端部２３の各ピン孔２１８ｄ，２２３ａに圧入した各ピン２２８，２２９の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２２６ｃ，２２６ｄが貫通形成されている。
【００７３】
尚、各ピン２２１，２２８，２２９の一端部には、リンクアーム２２５やリンク部材２２６の軸方向の移動を規制するスナップリング２３０，２３１，２３２が設けられている。
上記構成において、制御軸２１６の軸心Ｐ２と制御カム２１７の軸心Ｐ１との位置関係によって、図１０，１１に示すように、バルブリフト量が変化することになり、前記制御軸２１６を回転駆動させることで、制御カム２１７の軸心Ｐ１に対する制御軸２１６の軸心Ｐ２の位置を変化させる。
【００７４】
前記制御軸２１６は、図示省略したＤＣサーボモータによって回転駆動されるようになっており、前記制御軸２１６の作動角を前記ＤＣサーボモータで変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブリフト量がバルブ作動角の変化を伴って連続的に変化する。
前記制御軸２１６には、作動角を検出するポテンショメータ式の作動角センサ（図示省略）が設けられており、前記ＥＣＵ１１４は、前記作動角センサで検出される実際の作動角が目標作動角に一致するように、前記ＤＣサーボモータをフィードバック制御する。
【００７５】
但し、可変バルブリフト機構を上記構成のものに限定するものでなく、例えばバルブ開閉に用いるカムの切り換えによってバルブリフト量を切り換える構成のものであっても良い。
ところで、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３では、前述のように、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、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るが、係るカムシャフト１３４側からの入力トルクがガイドプレート２４を相対回転させるときの抵抗（負荷）となるため、バルブタイミングのフィードバック応答性が、前記入力トルクの大きさに影響されることになる。
【００７６】
そこで、本実施形態では、前記ＥＣＵ１１４が、図１２のフローチャートに示す制御プログラムに従って、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を制御するよう構成される。
図１２のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、カムシャフト１３４の目標進角値を算出する。
【００７７】
ステップＳ２では、実際の進角値を、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する。
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Δθを演算する。
ステップＳ４では、例えば前記偏差Δθに基づく比例・積分・微分制御によって、フィードバック通電制御量を設定する。
【００７８】
ステップＳ５では、前記偏差Δθの絶対値が所定値を超えているか否かを判別する。
前記偏差Δθの絶対値が所定値以下であって、略目標進角値になっているときには、後述するカムシャフト１３４側から入力される反力に応じた補正は不要と判断し、ステップＳ１０へ進んで、前記フィードバック通電制御量に基づいて電磁ブレーキ２６，２７を制御させる。
【００７９】
一方、前記偏差Δθの絶対値が所定値を超えている場合には、カムシャフト１３４側から入力される反力に応じた補正が必要であると判断し、ステップＳ６へ進む。
即ち、カムシャフト１３４側から入力される反力は、渦巻状ガイド構２８の外周側の壁に略直交する向きに作用して、特に、ガイドプレート２４とリンクアーム１４とが一体的に回転している状態から相対回転させ始めるときに大きな抵抗となり、かつ、ガイドプレート２４を相対回転させる角度が大きくなるほど応答性に大きく影響する。
【００８０】
ステップＳ６では、そのときの機関回転速度Ｎｅ及び前記可変バルブリフト機構１１２の制御軸２１６の作動角（バルブリフト量）を読み込む。
ステップＳ７では、前記機関回転速度Ｎｅに応じて通電制御量を補正するための第１補正値を設定する。
前記第１補正値は、機関回転速度Ｎｅが高いときほど通電量をより多く補正して、電磁ブレーキ２６，２７の発生磁力（制動力）を増大させるようになっている。
【００８１】
これは、機関回転速度Ｎｅが高いときには、それだけカムシャフト１３４側から入力される反力が大きくなるためである。
また、ステップＳ８では、前記可変バルブリフト機構１１２によるバルブリフト量に応じて通電制御量を補正するための第２補正値を設定する。
前記第２補正値は、バルブリフト量が大きいときほど通電量をより多く補正して、電磁ブレーキ２６，２７の発生磁力（制動力）を増大させるようになっている。
【００８２】
これは、バルブリフト量が大きいときには、それだけカムシャフト１３４側から入力される反力が大きくなるためである。
ステップＳ９では、前記フィードバック通電制御量に、前記第１，第２の補正値を加算し、該加算結果を最終的な通電制御量として設定し、ステップＳ１０では、前記最終的な通電制御量及びバルブタイミングの制御方向に応じて、電磁ブレーキ２６，２７の通電を制御する。
【００８３】
上記構成によると、カムシャフト１３４側からの入力トルクが大きく、ガイドプレート２４を摩擦制動で相対回転させるときの負荷が大きくなると、それに応じて電磁ブレーキ２６，２７の発生磁力（制動力）を増大させるので、カムシャフト１３４側からの入力トルクが大きいときに、バルブタイミングのフィードバック応答性が低下することを回避できる。
【００８４】
尚、フィードバック制御を、比例・積分・微分制御に限定するものではなく、例えばスライディングモード制御を用いる構成であっても良い。更に、カムシャフト１３４側からの入力トルクに応じた補正機能を、制御プログラムとして備える構成の他、集積回路として備える構成であっても良い。
【００８５】
図１３の回路ブロック図は、第２の実施形態を示すものであり、スライディングモード制御によってフィードバックを行わせるバルブタイミング制御回路を示す。
図１３において、制御偏差演算部３０１には、目標進角値と実際の進角値とが入力され、該目標進角値と実際の進角値との偏差を演算し、該偏差を制御偏差Δθとして出力する。
【００８６】
前記制御偏差Δθは、線形項演算部３０２，非線形項演算部３０３，ヒステリシス分演算部３０４にそれぞれ出力される。
前記線形項演算部３０２では、前記制御偏差Δθに基づく比例分、前記実際の進角値の微分値に応じた速度補正分などに基づいて、通電制御量を構成する線形項を演算する。
【００８７】
前記非線形項演算部３０３では、例えば、システム状態量としての前記制御偏差Δθ及び前記制御偏差Δθの微分値ΔΔθに基づいて定義される切換関数Ｓに基づいて、通電制御量を構成する非線形項を演算する。
前記切換関数Ｓは、例えば、係数γを用いて、
Ｓ＝γ・Δθ＋ΔΔθ
と定義され、非線形項は、係数Ｋ及びチャタリング防止係数δを用いて、
非線形項＝Ｋ・Ｓ／（｜Ｓ｜＋δ）
として算出される。
【００８８】
ヒステリシス分演算部３０４には、前記制御偏差Δθの他、機関回転速度Ｎｅ及び前記可変バルブリフト機構１１２によるバルブリフト量が入力される。
ヒステリシス分演算部３０４のヒス符号判定部３０４Ａでは、前記制御偏差Δθの絶対値及び符号から、カムシャフト１３４側からの入力トルクに応じた補正の要否を示す信号を生成する。
【００８９】
ここで、前記制御偏差Δθの絶対値が所定以上で、然も、リンクアーム１４に支持された球２２を渦巻き状ガイド溝２８の内周側に移動させる進角制御時であるときに補正要として「１」を出力し、それ以外では「０」を出力する。
進角制御時は、カムシャフト１３４側からの入力トルクによるガイドプレート２４の回転負荷が増大変化する方向であって、遅角時よりも大きく応答性が低下する。
【００９０】
また、ヒステリシス分演算部３０４のヒス量演算部３０４Ｂでは、前記機関回転速度Ｎｅ及びバルブリフト量に応じて、前記ヒス量（ヒステリシス補正値）を演算する。
前記ヒス量（ヒステリシス補正値）は、前記機関回転速度Ｎｅが高いほど、また、バルブリフト量が大きいほど大きな値に設定される。
【００９１】
即ち、バルブタイミング制御におけるヒステリシス特性を、カムシャフト１３４側からの入力トルク毎に予めモデル化し、応答性がより低い側の制御方向での応答性を改善すべく、ヒステリシス補正値を、入力トルクに相関する機関回転速度Ｎｅ及びバルブリフト量毎に適合させてある。
前記ヒス符号判定部３０４Ａからの信号と、前記ヒス量演算部３０４Ｂからのヒス量（ヒステリシス補正値）は、乗算器３０４Ｃに出力され、前記ヒス符号判定部３０４Ａからの信号が「１」であるときにのみ、ヒス量（ヒステリシス補正値）を出力する。
【００９２】
加算器３０５では、前記線形項，非線形項及びヒス量（ヒステリシス補正値）を総和し、その結果を通電制御量として進角分・遅角分分離部３０６に出力する。
前記進角分・遅角分分離部３０６では、前記加算器３０５からの通電制御量に基づいて、電磁ブレーキ２６，２７に対して選択的に通電制御する。
【００９３】
尚、制御方向による補正要否の判定機能を、制御プログラムとして図１２のフローチャートに示した第１実施形態に追加しても良い。
また、本実施形態では、進角方向及び遅角方向へのガイドプレート２４の相対回転を、２つの電磁ブレーキ２６，２７を用いて行わせる構成としたが、ガイドプレート２４を弾性体（例えばゼンマイばね）によって遅角方向へ付勢する一方、ガイドプレート２４に回転抵抗を付与する電磁ブレーキを設け、該電磁ブレーキの制動力に応じてカムシャフト１を進角させる構成において、入力トルクに相関する機関回転速度Ｎｅ及びバルブリフト量に応じて、バルブタイミングを変化させるときの電磁ブレーキの通電制御量を補正する構成としても良い。
【００９４】
更に、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備えてな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を対象としたが、カムシャフト側からの入力トルクに応じた電磁ブレーキの補正制御は、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構成の可変バルブタイミング機構であれば良く、スパイラルラジアルリンク式に限定されるものではない。
【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】実施の形態における可変バルブリフト機構を示す断面図（図７のＡ−Ａ断面図）。
【図７】上記可変バルブリフト機構の側面図。
【図８】上記可変バルブリフト機構の平面図。
【図９】上記可変バルブリフト機構に使用される偏心カムを示す斜視図。
【図１０】上記可変バルブリフト機構の低リフト時の作用を示す断面図（図７のＢ−Ｂ断面図）。
【図１１】上記可変バルブリフト機構の高リフト時の作用を示す断面図（図７のＢ−Ｂ断面図）。
【図１２】バルブタイミング制御の第１の実施形態を示すフローチャート。
【図１３】バルブタイミング制御の第２の実施形態を示す回路ブロック図。
【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
１１２…可変バルブリフト機構ＶＥＬ
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
１２０…クランクシャフト
１３２…カムセンサ
１３４…カムシャフト
２１５…偏心カム
２１６…制御軸
２１７…制御カム
２１８…ロッカアーム
２２０…揺動カム
２２５…リンクアーム
【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、上記の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、カムシャフト側からの入力トルク（カム反力、回転による遠心力）が、リンクアームのスライド部を渦巻きガイドの外周側に押圧する方向に作用するため、電磁ブレーキの制動力でガイドプレートを相対回転させるときの負荷トルクが、前記カムシャフト側からの入力トルクによって変化し、前記入力トルクによってバルブタイミング制御の応答性が変化するという特性があった。
【０００６】
そこで、本発明は、電磁ブレーキの制動力によってクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させる可変バルブタイミング機構において、カムシャフト側からの入力トルクに影響されることなく、所望の応答性を安定的に維持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。
【０００７】
【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、可変バルブリフト機構によってバルブリフト量が可変とされる機関弁のバルブタイミングを、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によって変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置であって、前記バルブリフト量による前記電磁ブレーキの負荷トルクの変化に応じて前記制動力を補正すべく、前記電磁ブレーキの通電制御量を補正するための補正値を前記バルブリフト量に基づいて設定し、目標のバルブタイミングと実際のバルブタイミングとの偏差に基づいて設定されるフィードバック通電制御量に前記補正値を付加して前記電磁ブレーキの最終的な通電制御量を設定し、前記最終的な通電制御量に応じて前記電磁ブレーキへの通電を制御する構成とした。
【０００８】
上記構成によると、バルブリフト量に応じてカムの反力が変化することに対応して、電磁ブレーキの通電制御量（制動力）が補正される。請求項２記載の発明では、前記補正値が、バルブリフト量が大きいときほど前記電磁ブレーキへの通電量をより多く補正する構成とした。
【０００９】
上記構成によると、バルブリフト量が大きくなるほどカムの反力が大きくなることに対応して、電磁ブレーキの通電制御量（制動力）が増大補正される。請求項３記載の発明では、前記補正値とは個別に、機関回転速度に応じて補正値を設定し、前記バルブリフト量に応じた補正値及び前記機関回転速度に応じた補正値を前記フィードバック通電制御量に付加して最終的な通電制御量を設定する構成とした。
【００１０】
請求項４記載の発明では、前記補正値が、前記バルブリフト量及び機関回転速度に応じて設定される構成とした。上記請求項３，４記載の発明によると、カム反力の加速度が機関回転速度に応じて変化し、前記入力トルクが変化することに対応して、電磁ブレーキの通電制御量（制動力）が補正される。
【００１１】
請求項５記載の発明では、前記機関回転速度が高いときほど前記電磁ブレーキへの通電量をより多く補正する補正値を設定する構成とした。上記構成によると、カム反力の加速度が機関回転速度に応じて大きくなって、前記入力トルクが大きくなることに対応して、電磁ブレーキの通電制御量（制動力）が補正される。
【００１２】
請求項６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、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。
【００１３】
上記構成によると、電磁ブレーキの制動力によってガイドプレートが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。
尚、本願発明には、前記ガイドプレートを弾性体によって遅角方向に付勢し、前記電磁ブレーキの制動力によって前記ガイドプレートを進角側に相対回転させる構成の他、２つの電磁ブレーキによって進角側への相対回転と遅角側への相対回転をそれぞれに制御する構成が含まれる。
【００１５】
請求項７記載の発明では、前記可変バルブリフト機構が、前記カムシャフトに同期して回転する駆動軸と、前記駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することで機関弁を開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、前記伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、前記制御軸を回動するアクチュエータとからなり、前記アクチュエータにより前記制御軸を回動することによりバルブリフト量を連続的に変化させる構成とした。
【００１６】
上記構成によると、前記電磁ブレーキによってガイドプレートを相対回転させることで、前記駆動軸とクランクシャフトの回転位相が変化して、機関弁のバルブタイミングが変化する一方、制御軸をアクチュエータで回転駆動させると、一端で駆動軸の駆動カム側と連係し他端で揺動カム側と連係する伝達機構の姿勢が変化して、バルブリフト量が変化する。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によると、バルブタイミングと共にバルブリフト量が変更される構成において、カムシャフト側からの入力トルクがバルブリフト量によって変化することに対応して電磁ブレーキの通電制御量を精度良く設定することができるという効果がある。
【００１８】
請求項３〜５記載の発明によると、カムシャフト側からの入力トルクがバルブリフト量によって変化することに対応して電磁ブレーキの通電制御量を精度良く設定することができると共に、カムシャフト側からの入力トルクが機関回転速度によって変化することに対応して電磁ブレーキの通電制御量を精度良く設定することができるという効果がある。
【００２０】
請求項６記載の発明によると、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、カムシャフト側からの入力トルクによる応答性の低下を回避することができるという効果がある。
【００２１】
請求項７記載の発明によると、制御軸をアクチュエータで回転駆動させることで、一端で駆動軸の駆動カム側と連係し、他端で機関弁を駆動する揺動カム側と連係する伝達機構の姿勢が変化して、バルブリフト量を変化させる可変バルブリフト機構を備える構成において、前記可変バルブリフト機構の動作によって変化する反力に影響されて、バルブタイミング制御の応答性が変化することを回避できるという効果がある。
【００２２】
【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。
【００２３】
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。
前記排気バルブ１０７は、排気側カムシャフト１１０に軸支されたカム１１１によって一定のバルブリフト量及びバルブ作動角を保って開閉駆動されるが、吸気バルブ１０５は、可変バルブリフト機構ＶＥＬ１１２によってバルブリフト量が連続的に変えられると共に、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３によってバルブタイミングが連続的に変えられるようになっている。
【００２４】
尚、吸気バルブ１０５に代えて又は吸気バルブ１０５と共に、排気バルブ１０７に、可変バルブリフト機構ＶＥＬ１１２及び可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３が備えられる構成であっても良い。
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は、アクセルペダルセンサＡＰＳ１１６で検出されるアクセルペダルの開度ＡＰＯ等に応じて前記電子制御スロットル１０４，可変バルブリフト機構ＶＥＬ１１２及び可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を制御する。
【００２５】
前記ＥＣＵ１１４には、前記アクセルペダルセンサＡＰＳ１１６の他、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の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ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からの検出信号が入力される。
【００２６】
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。
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。
【００２７】
シリンダ内に形成された混合気は、点火プラグ１３２による火花点火によって着火燃焼する。
各点火プラグ１３２には、それぞれにパワートランジスタを内蔵したイグニッションコイル１３３が設けられており、前記ＥＣＵ１１４は、前記パワートランジスタをスイッチング制御することによって、点火時期（点火進角値）を制御する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
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。
【００５３】
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。
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。
【００５４】
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。
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。
【００５５】
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。
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
前記ＥＣＵ１１４は、カムシャフト１３４の目標進角値を設定し、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。
【００６４】
図６〜図８は、前記可変バルブリフト機構ＶＥＬ１１２の構造を詳細に示すものである。
尚、本実施形態における可変バルブリフト機構ＶＥＬ１１２は、特開２０００−２８２９０１号公報に開示されるような制御軸の作動角を変化させることでバルブリフト量がバルブ作動角の変化を伴って連続的に変化する構成の機構である。
【００６５】
図６〜図８に示す可変バルブリフト機構ＶＥＬは、一対の吸気バルブ１０５，１０５と、シリンダヘッド２１１のカム軸受２１４に回転自在に支持された中空状のカムシャフト１３４（駆動軸）と、該カムシャフト１３４に軸支された回転カムである２つの偏心カム２１５，２１５（駆動カム）と、前記カムシャフト１３４の上方位置に同じカム軸受２１４に回転自在に支持された制御軸２１６と、該制御軸２１６に制御カム２１７を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム２１８，２１８と、各吸気バルブ１０５，１０５の上端部にバルブリフター２１９，２１９を介して配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム２２０，２２０とを備えている。
【００６６】
前記偏心カム２１５，２１５とロッカアーム２１８，２１８とは、リンクアーム２２５，２２５によって連係され、ロッカアーム２１８，２１８と揺動カム２２０，２２０とは、リンク部材２２６，２２６によって連係されている。
上記ロッカアーム２１８，２１８，リンクアーム２２５，２２５，リンク部材２２６，２２６が伝達機構を構成する。
【００６７】
前記偏心カム２１５は、図９に示すように、略リング状を呈し、小径なカム本体２１５ａと、該カム本体２１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部２１５ｂとからなり、内部軸方向にカム軸挿通孔２１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体２１５ａの軸心Ｘがカムシャフト１３４の軸心Ｙから所定量だけ偏心している。
【００６８】
また、前記偏心カム２１５は、カムシャフト１３４に対し前記バルブリフター２１９に干渉しない両外側にカム軸挿通孔２１５ｃを介して圧入固定されていると共に、カム本体２１５ａの外周面２１５ｄが同一のカムプロフィールに形成されている。
前記ロッカアーム２１８は、図８に示すように、略クランク状に屈曲形成され、中央の基部２１８ａが制御カム２１７に回転自在に支持されている。
【００６９】
また、基部２１８ａの外端部に突設された一端部２１８ｂには、リンクアーム２２５の先端部と連結するピン２２１が圧入されるピン孔２１８ｄが貫通形成されている一方、基部２１８ａの内端部に突設された他端部２１８ｃには、各リンク部材２２６の後述する一端部２２６ａと連結するピン２２８が圧入されるピン孔２１８ｅが形成されている。
【００７０】
前記制御カム２１７は、円筒状を呈し、制御軸２１６外周に固定されていると共に、図６に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸２１６の軸心Ｐ２からαだけ偏心している。
前記揺動カム２２０は、図６及び図１０，図１１に示すように略横Ｕ字形状を呈し、略円環状の基端部２２２にカムシャフト１３４が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２２２ａが貫通形成されていると共に、ロッカアーム２１８の他端部２１８ｃ側に位置する端部２２３にピン孔２２３ａが貫通形成されている。
【００７１】
また、揺動カム２２０の下面には、基端部２２２側の基円面２２４ａと該基円面２２４ａから端部２２３端縁側に円弧状に延びるカム面２２４ｂとが形成されており、該基円面２２４ａとカム面２２４ｂとが、揺動カム２２０の揺動位置に応じて各バルブリフター２１９の上面所定位置に当接するようになっている。
また、前記リンクアーム２２５は、円環状の基部２２５ａと、該基部２２５ａの外周面所定位置に突設された突出端２２５ｂとを備え、基部２２５ａの中央位置には、前記偏心カム２１５のカム本体２１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合穴２２５ｃが形成されている一方、突出端２２５ｂには、前記ピン２２１が回転自在に挿通するピン孔２２５ｄが貫通形成されている。
【００７２】
更に、前記リンク部材２２６は、所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部２２６ａ，２２６ｂには前記ロッカアーム２１８の他端部２１８ｃと揺動カム２２０の端部２３の各ピン孔２１８ｄ，２２３ａに圧入した各ピン２２８，２２９の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２２６ｃ，２２６ｄが貫通形成されている。
【００７３】
尚、各ピン２２１，２２８，２２９の一端部には、リンクアーム２２５やリンク部材２２６の軸方向の移動を規制するスナップリング２３０，２３１，２３２が設けられている。
上記構成において、制御軸２１６の軸心Ｐ２と制御カム２１７の軸心Ｐ１との位置関係によって、図１０，１１に示すように、バルブリフト量が変化することになり、前記制御軸２１６を回転駆動させることで、制御カム２１７の軸心Ｐ１に対する制御軸２１６の軸心Ｐ２の位置を変化させる。
【００７４】
前記制御軸２１６は、図示省略したＤＣサーボモータによって回転駆動されるようになっており、前記制御軸２１６の作動角を前記ＤＣサーボモータで変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブリフト量がバルブ作動角の変化を伴って連続的に変化する。
前記制御軸２１６には、作動角を検出するポテンショメータ式の作動角センサ（図示省略）が設けられており、前記ＥＣＵ１１４は、前記作動角センサで検出される実際の作動角が目標作動角に一致するように、前記ＤＣサーボモータをフィードバック制御する。
【００７５】
但し、可変バルブリフト機構を上記構成のものに限定するものでなく、例えばバルブ開閉に用いるカムの切り換えによってバルブリフト量を切り換える構成のものであっても良い。
ところで、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３では、前述のように、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、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るが、係るカムシャフト１３４側からの入力トルクがガイドプレート２４を相対回転させるときの抵抗（負荷）となるため、バルブタイミングのフィードバック応答性が、前記入力トルクの大きさに影響されることになる。
【００７６】
そこで、本実施形態では、前記ＥＣＵ１１４が、図１２のフローチャートに示す制御プログラムに従って、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を制御するよう構成される。
図１２のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、カムシャフト１３４の目標進角値を算出する。
【００７７】
ステップＳ２では、実際の進角値を、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する。
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Δθを演算する。
ステップＳ４では、例えば前記偏差Δθに基づく比例・積分・微分制御によって、フィードバック通電制御量を設定する。
【００７８】
ステップＳ５では、前記偏差Δθの絶対値が所定値を超えているか否かを判別する。
前記偏差Δθの絶対値が所定値以下であって、略目標進角値になっているときには、後述するカムシャフト１３４側から入力される反力に応じた補正は不要と判断し、ステップＳ１０へ進んで、前記フィードバック通電制御量に基づいて電磁ブレーキ２６，２７を制御させる。
【００７９】
一方、前記偏差Δθの絶対値が所定値を超えている場合には、カムシャフト１３４側から入力される反力に応じた補正が必要であると判断し、ステップＳ６へ進む。
即ち、カムシャフト１３４側から入力される反力は、渦巻状ガイド構２８の外周側の壁に略直交する向きに作用して、特に、ガイドプレート２４とリンクアーム１４とが一体的に回転している状態から相対回転させ始めるときに大きな抵抗となり、かつ、ガイドプレート２４を相対回転させる角度が大きくなるほど応答性に大きく影響する。
【００８０】
ステップＳ６では、そのときの機関回転速度Ｎｅ及び前記可変バルブリフト機構１１２の制御軸２１６の作動角（バルブリフト量）を読み込む。
ステップＳ７では、前記機関回転速度Ｎｅに応じて通電制御量を補正するための第１補正値を設定する。
前記第１補正値は、機関回転速度Ｎｅが高いときほど通電量をより多く補正して、電磁ブレーキ２６，２７の発生磁力（制動力）を増大させるようになっている。
【００８１】
これは、機関回転速度Ｎｅが高いときには、それだけカムシャフト１３４側から入力される反力が大きくなるためである。
また、ステップＳ８では、前記可変バルブリフト機構１１２によるバルブリフト量に応じて通電制御量を補正するための第２補正値を設定する。
前記第２補正値は、バルブリフト量が大きいときほど通電量をより多く補正して、電磁ブレーキ２６，２７の発生磁力（制動力）を増大させるようになっている。
【００８２】
これは、バルブリフト量が大きいときには、それだけカムシャフト１３４側から入力される反力が大きくなるためである。
ステップＳ９では、前記フィードバック通電制御量に、前記第１，第２の補正値を加算し、該加算結果を最終的な通電制御量として設定し、ステップＳ１０では、前記最終的な通電制御量及びバルブタイミングの制御方向に応じて、電磁ブレーキ２６，２７の通電を制御する。
【００８３】
上記構成によると、カムシャフト１３４側からの入力トルクが大きく、ガイドプレート２４を摩擦制動で相対回転させるときの負荷が大きくなると、それに応じて電磁ブレーキ２６，２７の発生磁力（制動力）を増大させるので、カムシャフト１３４側からの入力トルクが大きいときに、バルブタイミングのフィードバック応答性が低下することを回避できる。
【００８４】
尚、フィードバック制御を、比例・積分・微分制御に限定するものではなく、例えばスライディングモード制御を用いる構成であっても良い。更に、カムシャフト１３４側からの入力トルクに応じた補正機能を、制御プログラムとして備える構成の他、集積回路として備える構成であっても良い。
【００８５】
図１３の回路ブロック図は、第２の実施形態を示すものであり、スライディングモード制御によってフィードバックを行わせるバルブタイミング制御回路を示す。
図１３において、制御偏差演算部３０１には、目標進角値と実際の進角値とが入力され、該目標進角値と実際の進角値との偏差を演算し、該偏差を制御偏差Δθとして出力する。
【００８６】
前記制御偏差Δθは、線形項演算部３０２，非線形項演算部３０３，ヒステリシス分演算部３０４にそれぞれ出力される。
前記線形項演算部３０２では、前記制御偏差Δθに基づく比例分、前記実際の進角値の微分値に応じた速度補正分などに基づいて、通電制御量を構成する線形項を演算する。
【００８７】
前記非線形項演算部３０３では、例えば、システム状態量としての前記制御偏差Δθ及び前記制御偏差Δθの微分値ΔΔθに基づいて定義される切換関数Ｓに基づいて、通電制御量を構成する非線形項を演算する。
前記切換関数Ｓは、例えば、係数γを用いて、
Ｓ＝γ・Δθ＋ΔΔθ
と定義され、非線形項は、係数Ｋ及びチャタリング防止係数δを用いて、
非線形項＝Ｋ・Ｓ／（｜Ｓ｜＋δ）
として算出される。
【００８８】
ヒステリシス分演算部３０４には、前記制御偏差Δθの他、機関回転速度Ｎｅ及び前記可変バルブリフト機構１１２によるバルブリフト量が入力される。
ヒステリシス分演算部３０４のヒス符号判定部３０４Ａでは、前記制御偏差Δθの絶対値及び符号から、カムシャフト１３４側からの入力トルクに応じた補正の要否を示す信号を生成する。
【００８９】
ここで、前記制御偏差Δθの絶対値が所定以上で、然も、リンクアーム１４に支持された球２２を渦巻き状ガイド溝２８の内周側に移動させる進角制御時であるときに補正要として「１」を出力し、それ以外では「０」を出力する。
進角制御時は、カムシャフト１３４側からの入力トルクによるガイドプレート２４の回転負荷が増大変化する方向であって、遅角時よりも大きく応答性が低下する。
【００９０】
また、ヒステリシス分演算部３０４のヒス量演算部３０４Ｂでは、前記機関回転速度Ｎｅ及びバルブリフト量に応じて、前記ヒス量（ヒステリシス補正値）を演算する。
前記ヒス量（ヒステリシス補正値）は、前記機関回転速度Ｎｅが高いほど、また、バルブリフト量が大きいほど大きな値に設定される。
【００９１】
即ち、バルブタイミング制御におけるヒステリシス特性を、カムシャフト１３４側からの入力トルク毎に予めモデル化し、応答性がより低い側の制御方向での応答性を改善すべく、ヒステリシス補正値を、入力トルクに相関する機関回転速度Ｎｅ及びバルブリフト量毎に適合させてある。
前記ヒス符号判定部３０４Ａからの信号と、前記ヒス量演算部３０４Ｂからのヒス量（ヒステリシス補正値）は、乗算器３０４Ｃに出力され、前記ヒス符号判定部３０４Ａからの信号が「１」であるときにのみ、ヒス量（ヒステリシス補正値）を出力する。
【００９２】
加算器３０５では、前記線形項，非線形項及びヒス量（ヒステリシス補正値）を総和し、その結果を通電制御量として進角分・遅角分分離部３０６に出力する。
前記進角分・遅角分分離部３０６では、前記加算器３０５からの通電制御量に基づいて、電磁ブレーキ２６，２７に対して選択的に通電制御する。
【００９３】
尚、制御方向による補正要否の判定機能を、制御プログラムとして図１２のフローチャートに示した第１実施形態に追加しても良い。
また、本実施形態では、進角方向及び遅角方向へのガイドプレート２４の相対回転を、２つの電磁ブレーキ２６，２７を用いて行わせる構成としたが、ガイドプレート２４を弾性体（例えばゼンマイばね）によって遅角方向へ付勢する一方、ガイドプレート２４に回転抵抗を付与する電磁ブレーキを設け、該電磁ブレーキの制動力に応じてカムシャフト１を進角させる構成において、入力トルクに相関する機関回転速度Ｎｅ及びバルブリフト量に応じて、バルブタイミングを変化させるときの電磁ブレーキの通電制御量を補正する構成としても良い。
【００９４】
更に、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備えてな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を対象としたが、カムシャフト側からの入力トルクに応じた電磁ブレーキの補正制御は、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構成の可変バルブタイミング機構であれば良く、スパイラルラジアルリンク式に限定されるものではない。
【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】実施の形態における可変バルブリフト機構を示す断面図（図７のＡ−Ａ断面図）。
【図７】上記可変バルブリフト機構の側面図。
【図８】上記可変バルブリフト機構の平面図。
【図９】上記可変バルブリフト機構に使用される偏心カムを示す斜視図。
【図１０】上記可変バルブリフト機構の低リフト時の作用を示す断面図（図７のＢ−Ｂ断面図）。
【図１１】上記可変バルブリフト機構の高リフト時の作用を示す断面図（図７のＢ−Ｂ断面図）。
【図１２】バルブタイミング制御の第１の実施形態を示すフローチャート。
【図１３】バルブタイミング制御の第２の実施形態を示す回路ブロック図。
【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
１１２…可変バルブリフト機構ＶＥＬ
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
１２０…クランクシャフト
１３２…カムセンサ
１３４…カムシャフト
２１５…偏心カム
２１６…制御軸
２１７…制御カム
２１８…ロッカアーム
２２０…揺動カム
２２５…リンクアーム
Claims (7)
- 可変バルブリフト機構によってバルブリフト量が可変とされる機関弁のバルブタイミングを、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によって変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置であって、
前記バルブリフト量による前記電磁ブレーキの負荷トルクの変化に応じて前記制動力を補正すべく、前記電磁ブレーキの通電制御量を補正するための補正値を前記バルブリフト量に基づいて設定し、
目標のバルブタイミングと実際のバルブタイミングとの偏差に基づいて設定されるフィードバック通電制御量に前記補正値を付加して前記電磁ブレーキの最終的な通電制御量を設定し、前記最終的な通電制御量に応じて前記電磁ブレーキへの通電を制御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。 - 前記補正値が、バルブリフト量が大きいときほど前記電磁ブレーキへの通電量をより多く補正する補正値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。
- 前記補正値とは個別に、機関回転速度に応じて補正値を設定し、前記バルブリフト量に応じた補正値及び前記機関回転速度に応じた補正値を前記フィードバック通電制御量に付加して最終的な通電制御量を設定することを特徴とする請求項１又は２記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
- 前記補正値が、前記バルブリフト量及び機関回転速度に応じて設定されることを特徴とする請求項１又は２記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
- 前記機関回転速度が高いときほど前記電磁ブレーキへの通電量をより多く補正する補正値を設定することを特徴とする請求項３又は４記載の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、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１〜５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。
- 前記可変バルブリフト機構が、前記カムシャフトに同期して回転する駆動軸と、前記駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することで機関弁を開閉作動する揺動カムと、一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、前記伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、前記制御軸を回動するアクチュエータとからなり、前記アクチュエータにより前記制御軸を回動することによりバルブリフト量を連続的に変化させる構成であることを特徴とする請求項１〜６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。
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