JP4125999B2

JP4125999B2 - 可変バルブタイミング機構の制御装置

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Publication number: JP4125999B2
Application number: JP2003307231A
Authority: JP
Inventors: 竜宮腰; 憲一町田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2023-08-29
Also published as: JP2005076518A

Description

本発明は、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変化させることで、機関の吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミング（開閉タイミング）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。

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（以下、単に回転位相という）を変化させることで、機関の吸気バルブ又は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としては、特許文献１に開示されるようなものがある。
このものは、機関のクランクシャフトによって回転駆動される駆動回転体を介してカムシャフトに一体に結合された従動回転体が回転駆動するようになっており、前記駆動回転体と前記従動回転体との位相を保持してこれらを一体回転させる保持手段と、この保持手段による位相保持状態を解除する解除手段と、前記駆動回転体と前記従動回転体とを相対回転させる駆動手段と、を備える。

そして、前記駆動手段を電磁ブレーキと前記相対回転に伴って巻き上げられる渦巻きばねとで構成し、電磁ブレーキをオンとしてその制動力によって前記駆動回転体と前記従動回転体とを一方側（進角側）に相対回転させ、又は、電磁ブレーキをオフとして巻き上げられた渦巻きばねの力によって他方側（遅角側）に相対回転させることで、回転位相を進遅角させるようになっている。
特開平９−２５０３０９号公報

ところで、上記構成においては、機関の回転により回転されるカムシャフトにブレーキをかけることで実際の回転位相を目標回転位相へと進角させることになるが、カムシャフトには、吸気バルブ又は排気バルブを開閉駆動するカムの動作によって生じるカムトルクが作用している。
このカムトルクには、前記回転位相を進角させる際に、妨げとなる方向のもの（以下、これを正トルクという）と、妨げとはならない方向もの（以下、これを負トルクという）とが存在しており、従って、正トルクが作用しているときに回転位相を進角させようとすると、負トルクが作用しているときに比べて、より多くのブレーキ（制動力）が必要となると共に機関に対する回転抵抗も大きくなるため、カムトルクにより回転位相制御が妨げられるばかりでなく、燃費の面でも不利であった。

本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、バルブタイミング制御に伴う燃費の悪化を抑制しつつ、良好な制御性能（収束性）を確保できる可変バルブタイミング機構の制御装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１に記載の発明は、機関の吸気バルブ又は排気バルブを開閉駆動するカムの動作によってカムシャフトに生じるカムトルクの状態を検出し、このカムトルクが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方向と対向するよう生じているときは、前記回転位相の変化を減少させるか、または前記回転位相を変化させずにそのまま保持するようにした。

このようにすると、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変化させることで吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミングを変化させる構成において、回転位相を変化させる際に、その妨げとなる方向にカムトルクが生じているときは、回転位相の変化（量）が減少されるか回転位相の変化が停止される。従って、カムトルクによる機関負荷の増加を防止することができ、燃費の悪化を抑制できる。

請求項２に記載の発明は、カムトルクが回転位相を変化させている方向と対向するように生じたときは、回転位相の変化を一時的に停止し、カムトルクが回転位相を変化させている方向に生じたときに前記停止を解除して回転位相の変化を再開させるようにした。
このようにすると、回転位相を変化させているときにその妨げとなるカムトルクが生じたときは、回転位相の変化が停止され、回転位相の変化を妨げないカムトルクが生じたときに回転位相の変化が再開される。従って、回転位相の変化をアシストするようにカムトルクが生じているときに回転位相を変化させることになるので、燃費の悪化を抑制しつつ、安定した回転位相制御を実現できる。

請求項３に記載の発明は、カムトルクが回転位相を変化させている方向と対向するように生じたときは、回転位相の変化を一時的に減少させ、カムトルクが回転位相を変化させている方向に生じたときに回転位相の変化を増大させるようにした。
このようにすると、回転位相を変化させているときにその妨げとなるカムトルクが生じたときは、回転位相の変化（量）が減少され、回転位相の変化を妨げないカムトルクが生じたときに回転位相の変化（量）が増大される。従って、回転位相の変化をアシストするように生じているカムトルクを利用して、効果的に回転位相を変化させることができるので、燃費の悪化を抑制しつつ、安定した回転位相制御を実現できる。

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る。この図１において、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。

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、それぞれ吸気側カムシャフト１３４、排気側カムシャフト１１０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、可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１３が設けられている。

このＶＴＣ１１３は、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相を変化させることで吸気バルブ１０５の開閉タイミングを変化させる機構であるが、その詳細については後述する。
なお、本実施形態では吸気バルブ１０５側にのみＶＴＣ１１３を備える構成としたが、吸気バルブ１０５側に代えて又は吸気バルブ１０５側と共に、排気バルブ１０７側にＶＴＣ１１３を備える構成であっても良い。

また、各気筒の吸気ポート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、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４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。
マイクロコンピュータを内蔵するＥＣＵ１１４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、前記電子制御スロットル１０４、ＶＴＣ１１３及び燃料噴射弁１３１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からクランク角１８０°毎の基準回転位置で基準クランク角信号ＲＥＦを取り出すと共に単位クランク角度毎の単位角度信号ＰＯＳ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の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、吸気側カムシャフト１３４からカム角９０°（クランク角１８０°）毎の基準回転位置でカム信号ＣＡＭを取り出すカムセンサ１３２が設けられている。

なお、前記基準クランク角信号ＲＥＦの周期、又は、単位時間当たりの単位角度信号ＰＯＳの発生数に基づいて、ＥＣＵ１１４において機関回転速度Ｎｅが算出される。
次に、前記ＶＴＣ１１３の構成を、図２〜図９に基づいて説明する。図２に示すように、本実施形態に係るＶＴＣ１１３は、前記吸気側カムシャフト（以下、単にカムシャフトという）１３４と、このカムシャフト１３４の前端部に必要に応じて相対回動できるように組み付けられ、チェーン（図示せず）を介してクランクシャフト１２０に連係されるタイミングスプロケット３０２を外周に有する駆動リング３０３（駆動回転体）と、この駆動リング３０３とカムシャフト１３４の前方側（図２において左側）に配置されて、カムシャフト１３４と駆動リング３０３との組付角を操作する組付角操作機構３０４と、この組付角操作機構３０４のさらに前方側に配置されて、同機構３０４を駆動する操作力付与手段３０５と、内燃機関の図外のシリンダヘッドとヘッドカバーの前面に跨って取り付けられて組付角操作機構３０４と操作力付与手段３０５の前面と周域を覆う図外のＶＴＣカバーと、を備えている。なお、図３（及び図５）は図２のＡ−Ａ断面図に相当し、図４は図２のＢ−Ｂ断面図に相当する。

駆動リング３０３は、段差状の挿通孔３０６を備えた短軸円筒状に形成され、この挿通孔３０６部分が、カムシャフト１３４の前端部に結合された従動軸部材３０７（従動回転体）に回転可能に組み付けられている。そして、駆動リング３０３の前面（カムシャフト１３４と逆側の面）には、図３に示すように、対面する平行な側壁を有する３個の径方向溝３０８（径方向ガイド）が駆動リング３０３のほぼ半径方向に沿うように形成されている。

また、従動軸部材３０７は、図２に示すように、カムシャフト１３４の前端部に突き合される基部側外周に拡径部が形成されると共に、その拡径部よりも前方側の外周面に放射状に突出する三つのレバー３０９が一体に形成され、軸芯部を貫通するボルト３１０によってカムシャフト１３４に結合されている。各レバー３０９には、リンク３１１の基端がピン３１２によって軸支連結され、各リンク３１１の先端には前記各径方向溝３０８に摺動自由に係合する円柱状の突出部３１３が一体に形成されている。

各リンク３１１は、突出部３１３が対応する径方向溝３０８に係合した状態において、ピン３１２を介して従動軸部材３０７に連結されているため、リンク３１１の先端側が外力を受けて径方向溝３０８に沿って変位すると、駆動リング３０３と従動軸部材３０７とは、リンク３１１の作用によって突出部３１３の変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。

また、各リンク３１１の先端部には、軸方向前方側に開口する収容穴３１４が形成され、この収容穴３１４に、後述する渦巻き溝３１５（渦巻き状ガイド）に係合する球面突起３１６ａを有する係合ピン３１６（転動部材）と、この係合ピン３１６を前方側（渦巻き溝３１５側）に付勢するコイルばね３１７とが収容されている。なお、この実施形態においては、リンク３１１の先端の突出部３１３と、係合ピン３１６、コイルばね３１７等とによって径方向に変位可能な可動案内部が構成されている。

一方、従動軸部材３０７のレバー３０９の突設位置よりも前方側には、円板状のフランジ壁３１８ａを有する中間回転体３１８が、軸受３３１を介して回転自在に支持されている。この中間回転体３１８のフランジ壁３１８ａの後面側には、断面半円状の前述の渦巻き溝３１５が形成され、この渦巻き溝３１５に、前記各リンク３１１の先端の係合ピン３１６が転動自在に案内係合されている。渦巻き溝３１５の渦巻きは、駆動リング３０３の回転方向に沿って次第に縮径するように形成されている。従って、各リンク３１１先端の係合ピン３１６が渦巻き溝３１５に係合した状態において、中間回転体３１８が駆動リング３０３に対して遅れ方向に相対回転すると、リンク３１１の先端部は径方向溝３０８に案内されつつ、渦巻き溝３１５の渦巻き形状に誘導されて半径方向内側に移動し、逆に、中間回転体３１８が進み方向に相対変位すると、半径方向外側に移動する。

この実施形態の組付角操作機構３０４は、以上説明した駆動リング３０３の径方向溝３０８、リンク３１１、突出部３１３、係合ピン３１６、レバー３０９、中間回転体３１８、渦巻き溝３１５等によって構成されている。この組付角操作機構３０４は、操作力付与手段３０５から中間回転体３１８にカムシャフト１３４に対する相対的な回動操作力が入力されると、その操作力が渦巻き溝３１５と係合ピン３１６の係合部を通してリンク３１１の先端を径方向に変位させ、このときリンク３１１とレバー３０９の作用によって駆動リンク３０３と従動軸部材３０７に相対的な回動力を伝達する。

一方、操作力付与手段３０５は、中間回転体３１８を駆動リング３０３の回転方向に付勢するゼンマイばね３１９と、中間回転体３１８を駆動リング３０３の回転方向と逆方向に付勢すべく制動機構であるヒステリシスブレーキ３２０と、を備えてなり、内燃機関の運転状態に応じてヒステリシスブレーキ３２０の制動力を適宜制御することにより、中間回転体３１８を駆動リング３０３に対して相対回動させ、或は、この両者の回動位置を維持するようになっている。

ゼンマイばね３１９は、駆動リング３０３に一体に取り付けられた円筒部材３２１にその外周端部が結合される一方で、内周端部が中間回転体３１８の円筒状の基部に結合され、全体が中間回転体３１８のフランジ壁３１８ａの前方側スペースに配置されている。
一方、ヒステリシスブレーキ３２０は、中間回転体３１８の前端部にリテーナプレート３２２を介して取り付けられた有底円筒状のヒステリシスリング３２３と、非回転部材である図外のＶＴＣカバーに回転を規制した状態で取り付けられた磁界制御手段としての電磁コイル３２４と、電磁コイル３２４の磁気を誘導する磁気誘導部材であるコイルヨーク３２５と、を備え、電磁コイル３２４が機関の運転状態に応じて前記ＥＣＵ１１４によって通電制御されるようになっている。

ヒステリシスリング３２３は、図６に示すように、外部の磁界の変化に対して位相遅れをもって磁束力が変化する特性（磁気的ヒステリシス特性）を持つヒステリシス材（半硬質材）によって形成され、外周側の円筒壁３２３ａ部分が前記コイルヨーク３２５によって制動作用を受けるようになっている。
コイルヨーク３２５は、電磁コイル３２５を取り囲むように全体が略円筒形状に形成され、その内周面が軸受３２８を介して従動軸部材３０７の先端部に回転可能に支持されている。そして、コイルヨーク３１５の後部面側（中間回転体３１８側）には磁気入出部分が円筒状の隙間をもって向かい合うように周面状の一対の対向面３２６，３２７が形成されている。

また、図７に示すように、コイルヨーク３２５の両対向面３２６，３２７には夫々円周方向に沿って複数の凹凸が連続して形成され、これらの凹凸のうち凸部３２６ａ，３２７ａが磁極（磁界発生部）を成すようになっている。
そして、一方の対向面３２６の凸部３２６ａと他方の対向面３２７の凸部３２７ａは円周方向に交互に配置され、対向面３２６，３２７相互の近接する凸部３２６ａ，３２７ａがすべて円周方向にずれている。従って、両対向面３２６，３２７の近接する凸部３２６ａ，３２７ａ間には、電磁コイル２４の励磁によって図７に示すような円周方向に傾きをもった向きの磁界が発生する。そして、両対向面３２６，３２７間の隙間には前記ヒステリシスリング３２３の円筒壁３２３ａが非接触状態で介装されている。

ここで、このヒステリシスブレーキ３２０の作動原理を図８によって説明する。なお、図８（ａ）はヒステリシスリング３２３（ヒステリシス材）に最初に磁界をかけた状態を示し、図８（ｂ）は上記（ａ）の状態からヒステリシスリング３２３を変位（回転）させた状態を示す。
図８（ａ）の状態においては、コイルヨーク３２５の両対向面３２６，３２７間における磁界の向き（対向面２７の凸部３２７ａから他方の対向面３２６の凸部３２７ａに向かう磁界の向き）に沿うようにヒステリシスリング３２３内に磁束の流れが生じる。

この状態からヒステリシスリング３２３が、外力Ｆを受けて図８（ｂ）に示す状態に移動すると、外部磁界内をヒステリシスリング３２３が変位することとなるため、このときヒステリシスリング３２３の内部の磁束は位相遅れをもち、ヒステリシスリング３２３内部の磁束の向きは、対向面３２６，３２７間の磁界の向きに対してずれる（傾斜する）こととなる。従って、対向面３２７の凸部３２７ａからヒステリシスリング３２３に入る磁束の流れ（磁力線）と、ヒステリシスリング３２３から他方の対向面３２６の凸部３２６ａに向かう磁束の流れ（磁力線）が歪められ、このとき、この磁束の流れの歪みを矯正するような引き合い力が対向面３２６，３２７とヒステリシスリング３２３との間に作用し、その引き合い力がヒステリシスリング３２３を制動する抗力Ｆ’として働く。

このヒステリシスブレーキ３２０は、以上のようにヒステリシスリング３２３が対向面３２６，３２７間の磁界内を変位するときに、ヒステリシスリング３２３の内部の磁束の向きと磁界の向きのずれによって制動力を発生するものであるが、その制動力は、ヒステリシスリング３２３の回転速度（対向面３２６，３２７とヒステリシスリング３２３の相対速度）に関係なく、磁界の強さ、即ち、電磁コイル３２４の励磁電流の大きさに略比例した一定の値となる。

なお、図９は、ヒステリシスブレーキ３２０における回転速度と制動トルクの関係を、励磁電流をａ〜ｄ（ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ）に変えて調べた試験結果である。この試験結果から明らかなように、このヒステリシスブレーキ３２０は、例えば、渦電流を用いたブレーキのように回転速度の影響を受けることがなく、常に励磁電流値に応じた制動力を得ることができる。

本実施形態に係るＶＴＣ１１３は以上のような構成となっており、機関の始動時やアイドル運転時には、ヒステリシスブレーキ３２０の電磁コイル３２４の励磁をオフにしておくことにより、ゼンマイばね３１９の力によって中間回転体３１８を駆動リング３０３に対して機関回転方向に最大に回転させておく（図３参照）。これにより、クランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の回転位相は最遅角側に維持される。

そして、この状態から機関の運転が通常運転に移行し、前記回転位相を最進角側に変更すべき指令が前記ＥＣＵ１１４から発されると、ヒステリシスブレーキ３２０の電磁コイル３２４の励磁がオンにされて、ゼンマイばね３１９の力に抗する制動力が中間回転体３１８に付与される。これにより、中間回転体３１８が駆動リング３０３に対して回転移動し、それによってリンク３１１の先端の係合ピン３１６が渦巻き溝３１５に誘導されてリンク３１１の先端部が径方向溝３０８に沿って変位し、図５に示すように、リンク３１１の作用によって駆動リング３０３と従動軸部材３０７の組付角が最進角側に変更される。この結果、回転位相が最進角側に変更される。

一方、この状態（最進角側）から前記回転位相を最遅角側に変更すべく前記ＥＣＵ１１４から発されると、ヒステリシスブレーキ３２０の電磁コイル３２４の励磁がオフにされ、再度ゼンマイばね３１９の力によって中間回転体３１８が戻す方向に回転移動する。すると、渦巻き溝３１５による係合ピン３１６の誘導によってリンク３１１が上記と逆方向に揺動し、図３に示すように、そのリンク３１１の作用によって駆動リング３０３と従動軸部材３０７の組付角が再度最遅角側に変更される。

なお、このＶＴＣ１１３によって変更される（クランクシャフトに対するカムシャフト１３４の）回転位相は、以上説明した最遅角と最進角の二種の位相ばかりでなく、ヒステリシスブレーキ３２０の制動力の制御によって任意の位相に変更することができ、ゼンマイばね３１９の力とヒステリシスブレーキ３２０の制動力のバランスによってその位相を保持することもできる。

ここにおいて、前記ＥＣＵ１１４は、吸気バルブ１０５を開閉駆動する際にカムシャフト１３４に生じる（すなわち、ＶＴＣ１１３に入力される）カムトルクの状態を考慮しつつ、回転位相を変化させてバルブタイミング制御を実行する。
具体的には、回転位相を進角させる場合に、カムトルクがその妨げとなる方向に作用しているときは（すなわち、正トルクが生じているときは）回転位相を進角させずに現在の回転位相を保持するようにし、その妨げとならない方向に作用しているときに（すなわち、負トルクが発生しているときに）進角させるようにする。

すなわち、本実施形態におけるＶＴＣ１１３では、ヒステリシスブレーキ３２０によりカムシャフト１３４側にブレーキをかけることで回転位相を進角させる構成であるので、回転位相の進角制御それ自体が機関１０１に対する負荷となっている。このとき、正トルクが発生していると、それだけ大きな制動力を必要とし、また、機関１０１に対する負荷も増大することになる。つまり、正トルクが発生しているときに回転位相を進角させることは、負トルクが発生しているときに行うのに比べて、進角が妨げられるだけでなく、燃費の面でも不利となる。

そこで、正トルク発生時には回転位相の進角制御を行わないようにし、負トルク発生時において回転位相の進角制御を行うようにすることで、ヒステリシスブレーキ３２０の制動力及び機関１０１に対する負荷の増大に伴う燃費の悪化を防止するようにしている。
なお、本実施形態におけるＶＴＣ１１３では、ゼンマイばね３１９の力（反力）によって回転位相を遅角させる構成であるので、遅角制御時にカムトルクの状態に応じた制御を行ってもそのメリット（燃費向上等）がほとんど得られず、また、高回転時はカムトルクの発生周期も高周波となってその影響が少なくなることから、カムトルクの状態を考慮した制御を行わないようにしている（通常の制御としている）。

以下、本実施形態に係るバルブタイミング（回転位相）制御について説明する。図１０は、バルブタイミング（回転位相）制御のフローチャートであり、所定時間毎に実行される。
図１０において、Ｓ１１では、クランク角センサ１１７の基準クランク角信号ＲＥＦとカムセンサ１３２のカム信号ＣＡＭとに基づいて実際の回転位相（実バルブタイミング）を検出する。

Ｓ１２では、機関の運転状態（例えば、負荷・回転）に基づいて目標回転位相（目標バルブタイミング）を設定する。
Ｓ１３では、設定した目標回転位相と検出した実際の回転位相とに基づいて、ＶＴＣ１１３の操作量ＵをＰＩＤ制御等によって算出する。
Ｓ１４では、機関回転速度Ｎｅと所定回転速度Ｎｓとを比較する。機関回転速度Ｎｅが所定回転速度Ｎｓ以上であればＳ１５に進み、Ｓ１３で算出した操作量をＶＴＣ１１３（のアクチュエータであるヒステリシスブレーキ３２０）に出力する。一方、機関回転速度Ｎｅが所定回転速度Ｎｓよりも小さければＳ１６に進む。

Ｓ１６では、回転位相を進角させるか否か（進角制御であるか否か）を判定する。進角制御であればＳ１７に進む。進角制御でなければＳ１５に進み、Ｓ１３で算出した操作量Ｕをヒステリシスブレーキ３２０に出力する。
Ｓ１７では、正トルク発生タイミングであるか否かを判定する。正トルク発生タイミングであればＳ１８に進み、進角制御を行わず（進角制御中であれば停止して）現在の回転位相を保持して本制御を終了する。負トルク発生タイミングであればＳ１９に進む。なお、正トルク発生タイミングであるか否かの判定は、後述するように、機関回転速度Ｎｅ、カム信号ＣＡＭ検出からの経過時間、点火順序に基づいて行う（図１１、図１２参照）。

Ｓ１９では、進角制御を停止した後に負トルク発生タイミングとなったか否か、すなわち、正トルク発生タイミングから負トルク発生タイミングに変化したか否かを判定する。進角制御を停止した後（すなわち、進角制御停止後の再開時）であればＳ２０に進み、Ｓ１３で算出した操作量Ｕに、停止中進角させることができなかった分を加算した操作量Ｕ'（＝Ｕ＋α）をヒステリシスブレーキ３２０に出力して本制御を終了する。一方、進角制御を停止した後でなければ（すなわち、進角制御開始直後であれば）Ｓ１５に進み、Ｓ１３で算出した操作量Ｕをヒステリシスブレーキ３２０に出力して本制御を終了する。

次に、上記Ｓ１６で行われる正トルク発生タイミングであるか否かの判定ついて図１１、図１２を参照して説明する。
図１１は、直列４気筒機関のある機関回転速度におけるカムトルク（正トルク、負トルク）の発生状況を示した図である。
各気筒において発生するカムトルクは、図１１（ａ）に示すようになっており、各気筒それぞれにおいて正トルクと負トルクと存在している。カムシャフト１３４には、これらを合計したものが作用することになるので、ＶＴＣ１１３に入力されるカムトルクとしては、図１１（ｂ）に示すようになる。

すなわち、点火を気筒順に行う機関（直列４気筒機関やＶ型６気筒機関が該当する）においては、ＶＴＣ１１３へのカムトルクの入力は、機関回転に対して一定周期（機関１回転に要する時間／気筒数）毎に発生するので、正トルク発生タイミングであるか負トルク発生タイミングであるかは、機関回転速度Ｎｅとカム信号ＣＡＭ検出からの経過時間とに基づいて容易に判断できる。

図１２は、Ｖ型８気筒機関のある機関回転速度におけるカムトルクの発生状況の１例を示したものである。なお、ここでの点火順序は、＃１→＃８→＃７→＃３→＃６→＃５→＃４→＃２となっており、また、右バンク、左バンクのそれぞれにＶＴＣ１１３が設けられバンク毎にバルブタイミング制御が行われる。
右バンク側の各気筒（＃１、＃３、＃５、＃７）において発生するカムトルクは図１２（ａ）に示すようになっており、従って、右バンク側のＶＴＣ１１３に入力されるカムトルクとしては、図１２（ｂ）に示すようになる。

同様に、左バンク側の各気筒（＃２、＃４、＃６、＃８）において発生するカムトルクは、図１２（ｃ）に示すようになっており、従って、左バンク側のＶＴＣ１１３に入力されるカムトルクとしては、図１２（ｄ）に示すようになる。
すなわち、点火を気筒順に行わない機関（Ｖ型８気筒機関やＶ型１２気筒機関が該当する）においては、点火順序によってＶＴＣ１１３へのカムトルクの入力周期が変化することなる。従って、このような機関においては、更に点火順序を考慮することによって、すなわち、点火順序、機関回転速度Ｎｅ及びカム信号ＣＡＭ検出からの経過時間に基づいて、バンク毎に正トルク発生タイミングであるか負トルク発生タイミングであるかを判断することになる。

以上説明したように、本実施形態におけるバルブタイミング制御では、機関負荷となる進角制御を行うに際し、負荷が増大する正トルクが発生しているときは進角制御を行わない又は停止するようにし、正トルクが発生していないときに進角制御を行う。そして、停止後に進角制御を再開するときは、当該停止中に進角させることができなかった分をそのときの操作量Ｕに加算した操作量Ｕ'をヒステリシスブレーキ３２０に出力するようにしたので、バルブタイミング制御における燃費の悪化を最小限に抑制しつつ（従って、燃費が向上し）、目標回転位相への収束性も良好に維持することができる。

なお、本実施形態では、正トルクが発生しているときに進角制御を行わないように（又は停止するように）し、正トルクが発生していないときに進角制御を行うようにしているが、正トルクが発生しているときに進角量を減少させるようにし、正トルクが発生していないときに進角量を増大させるようにしても同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態におけるＶＴＣ１１３は、進角制御時にのみカムシャフト１３４側にブレーキをかける構成であるので、進角制御に際してカムトルクの状態に応じたバルブタイミング制御（停止、再開）を行うようにしているが、遅角制御時においても同様にカムシャフト１３４側にブレーキをかける構成のＶＴＣを採用した場合には、遅角制御に際してもカムトルクの状態に応じたバルブタイミング制御（停止・再開）を行うようにしてもよい。この場合は、遅角制御に際して負トルクが発生しているときは、当該遅角制御を行わない又は停止すればよい。

また、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相をアクチュエータによって変化させる構成であれば、他の構造の可変バルブタイミング機構であっても良く、例えば油圧式ＶＴＣに適用してもよい。
更に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１記載の可変バルブタイミング機構の制御装置において、機関回転速度が所定回転速度を下回っているときに、前記回転位相の変化を減少させるか、または前記回転位相を変化させずにそのまま保持することを特徴とする。

このようにすれば、カムトルクの発生周期が高周波となってその影響が小さくなる高回転時には通常のバルブタイミング（回転位相）制御が行われ、効果がより多く得られる範囲内でのみカムトルクに応じたバルブタイミング制御が行われるので、演算負荷の増大等を最小限に抑制することができる。
（ロ）請求項２記載の可変バルブタイミング機構の制御装置において、前記回転位相の変化を再開させるときに、通常算出される操作量よりも所定量大きくした操作量によって前記可変バルブタイミング機構を制御することを特徴とする。

このようにすれば、停止中に回転位相を変化させることができなかった分を再開時に補うことができ、また、再開後においてはカムトルクによって回転位相の変化がアシストされるので、目標回転位相への収束性を良好に維持できる。
（ハ）請求項１〜３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において、機関回転速度と、前記カムシャフトの基準回転位置の検出からの経過時間とに基づいて前記カムトルクの状態を検出することを特徴とする。

このようにすれば、機関回転速度とカムシャフトの基準回転信号検出からの経過時間とに基づいてカムトルクの方向性、すなわち、回転位相の変化を妨げる方向であるか回転位相の変化を妨げずアシストする方向であるかを容易に判定することができる。
（ニ）上記（ハ）記載の可変バルブタイミング機構の制御装置において、更に点火順序を考慮して前記カムトルクの状態を検出することを特徴とする。

このようにすれば、機関回転速度と、前記カムシャフトの基準回転位置の検出からの経過時間と、点火順序とに基づいてカムトルクの状態を検出するので、点火順序が気筒順になされず不規則な場合であっても、カムシャフトに生じるカムトルクの状態（カムトルクの方向性；回転位相を妨げる方向か否か）を容易に検出できる。

実施形態に係る内燃機関のシステム構成図である。実施形態に係る可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）を示す断面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図２のＢ−Ｂ断面図である。上記ＶＴＣの作動状態を示す断面図（Ａ−Ａ断面図に相当する）。ヒステリシス材の磁束密度−磁界特性を示すグラフである。図４の部分拡大断面図である。図７の部品を直線状に展開した模式図であり、初期状態（ａ）とヒステリシスリングが回転したとき（ｂ）の磁束の流れを示す図である。上記ＶＴＣのブレーキトルク−回転速度特性を示すグラフである。バルブタイミング（回転位相）制御のフローチャートである。点火順序が規則的な機関におけるカムトルクの発生状況を示す図である。点火順序が不規則な機関におけるカムトルクの発生状況を示す図である。

符号の説明

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（ＥＣＵ）、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…（吸気側）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変化させることで、吸気バルブ又は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であって、
前記吸気バルブ又は前記排気バルブを開閉駆動するカムの動作によって前記カムシャフトに生じるカムトルクの状態を検出し、
前記カムトルクが前記回転位相を変化させる方向と対向するよう生じているときは、前記回転位相の変化を減少させるか、または前記回転位相を変化させずにそのまま保持するようにした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。
前記カムトルクが前記回転位相を変化させている方向と対向するように生じたときは、前記回転位相の変化を一時的に停止し、
前記カムトルクが前記回転位相を変化させている方向に生じたときに前記停止を解除して前記回転位相の変化を再開させ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。
前記カムトルクが前記回転位相を変化させている方向と対向するように生じたときは、前期回転位相の変化を一時的に減少させ、
前記カムトルクが前記回転位相を変化させている方向に生じたときに前記回転位相の変化を増大させ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。