JP4299327B2 - 可変バルブタイミング装置 - Google Patents

Description

この発明は、可変バルブタイミング装置に関し、より特定的には、アクチュエータの作動量に応じた変化量でバルブの開閉タイミングを変更する機構を有する可変バルブタイミング装置に関する。

従来より、インテークバルブやエキゾーストバルブが開閉する位相（クランク角）を運転状態に応じて変更する可変バルブタイミング（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）装置が知られている。一般的に、可変バルブタイミング装置では、インテークバルブやエキゾーストバルブを開閉駆動するカムシャフトをスプロケット等に対して相対的に回転させることにより位相を変更する。カムシャフトは、油圧や電動モータ等のアクチュエータにより回転される。

たとえば、特開２００５−１２０８７４号公報（特許文献１）には、電動モータの回転トルクを利用してエンジンのバルブタイミングを調整するバルブタイミング調整装置が開示される。特に、このバルブタイミング調整装置によれば、エンジン運転状況から設定した目標の位相と、クランク回転数およびカム回転数から割り出した実際の位相との位相差に応じて、電動モータ回転数の目標変化量が設定される。この目標変化量は、位相変化速度に対応するものであり、電動モータは、上記目標変化量を示す制御信号を受信する駆動回路によって通電制御される。
特開２００５−１２０８７４号公報

エンジンのバルブタイミングは、燃焼安定性、燃費、出力およびエミッション等に大きな影響を与える。すなわち、バルブタイミングの目標位相の設定は、どの要素を優先するかによって異なってくる。たとえば、アイドル運転時には、燃焼安定性を重視した目標位相が設定される。

一般的には、これらの要素が総合的にバランス良く実現されるように、エンジンの運転状態に対応させて目標位相が予め設定される。具体的には、エンジン運転中に、エンジン運転状態と目標位相との対応関係を予め格納したマップ等の参照により、エンジンの運転状況の変化に応じてバルブタイミングの目標位相が逐次設定される。

したがって、バルブタイミング制御中には、燃焼を不安定側へ変化させるようなバルブタイミング変更を行なう場面も存在することとなる。このため、上記のような観点からエンジンの総合的なパフォーマンスを向上させるためにバルブタイミング制御を行なうためには、バルブタイミングの変化方向と燃焼安定性との関係を考慮することが重要となる。特に、上記のような燃焼安定性の高い位相が、バルブタイミングの位相変更可能な制御範囲の中間に位置する場合には、単純に、進角時と遅角時との間での位相変化速度を異なる値とするのに止まらず、上記の点を考慮に入れた制御とすることが好ましい。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、燃焼安定性が損なわれないように考慮して、エンジン運転状態に応じたバルブタイミング制御を行なうことが可能な可変バルブタイミング装置を提供することである。

この発明の可変バルブタイミング装置は、エンジンに設けられたインテークバルブおよびエキゾーストバルブの少なくとも一方のバルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置であって、アクチュエータと、変更機構と、位相目標設定手段と、制御目標値設定手段と、アクチュエータ作動量設定手段と、位相変化方向判定手段と、変化速度制御手段とを備える。アクチュエータは、可変バルブタイミング装置を作動させる。変更機構は、アクチュエータの作動量に応じた変化量で上記少なくとも一方のバルブの開閉タイミングを変更するように構成され、かつ、エンジンの燃焼が安定となる基準タイミングが開閉タイミングの変更可能な制御範囲の途中に存在するように構成される。位相目標設定手段は、エンジンの運転状態に応じて、少なくとも一方のバルブの目標開閉タイミングを設定するように構成される。制御目標値設定手段は、位相目標設定手段によって設定された目標開閉タイミングに基づき、開閉タイミングの制御目標値を設定するように構成される。アクチュエータ作動量設定手段は、開閉タイミングの現在値と制御目標値との偏差に基づき、アクチュエータの作動量を設定するように構成される。位相変化方向判定手段は、開閉タイミングの現在値および目標開閉タイミングに基づき、開閉タイミングの変化方向が、基準タイミングに近づく第１の方向および基準タイミングから遠ざかる第２の方向のいずれであるかを判定するように構成される。変化速度制御手段は、開閉タイミングの変化方向が第２の方向であるときに、開閉タイミングの変化速度を、開閉タイミングの変化方向が第１の方向であるときと比較して相対的に遅くするように構成される。

好ましくは、上記基準タイミングは、エンジンのアイドル運転時における目標開閉タイミングである。

上記可変バルブタイミング装置によれば、エンジン運転状態に従うバルブ開閉タイミング制御による開閉タイミングの変化が、基準タイミングから遠ざかる方向、すなわち、エンジンの燃焼安定性の面からは不安定な方向の変化となる場面では、エンジン運転状態に対応した目標開閉タイミングの変化に対する開閉タイミングの変化速度を制限するような制御が実現される。これにより、バルブ開閉タイミングによってエンジンの燃焼安定性に悪影響が発生することを防止できる。一方、バルブ開閉タイミング制御による開閉タイミングの変化が基準タイミングに近づく方向、すなわち、エンジンの燃焼安定性を高める方向となる場面では、目標開閉タイミングの変化に対する開閉タイミングの変化速度を確保して、バルブ開閉タイミング制御効果の発揮によるエンジンの総合的なパフォーマンス向上を図ることができる。これにより、燃焼安定性を損なわれないように考慮して、エンジン運転状態に応じたバルブ開閉タイミング制御を行なうことが可能となる。

好ましくは、制御目標値設定手段は、位相目標設定手段により設定される目標開閉タイミングの変化を時間軸方向になまして制御目標値を設定できるように構成され、かつ、変化速度制御手段は、制御目標値設定手段における時間軸方向へのなまし度合いを、開閉タイミングの変化方向が第２の方向である場合に、開閉タイミングの変化方向が第１の方向である場合と比較して相対的に大きく設定するように構成される。

このような構成とすることにより、エンジンの運転状態に応じて設定される目標タイミングの時間的変化を、バルブ開閉タイミング制御の制御目標値に反映する際の時間軸方向のなまし度合いの可変設定によって、上述した、燃焼安定性を損なわれないように考慮したバルブ開閉タイミング制御を実現することができる。

また好ましくは、アクチュエータ作動量設定手段は、開閉タイミングの現在値と制御目標値との偏差に基づき、単一の制御周期内での最大制御量の範囲内でアクチュエータの作動量を設定するように構成され、かつ、変化速度制御手段は、最大制御量を、開閉タイミングの変化方向が第２の方向であるときに、開閉タイミングの変化方向が第１の方向である場合と比較して相対的に小さく設定するように構成される。

このような構成とすることにより、バルブ開閉タイミング制御の単一の制御周期内における最大制御量の可変設定により、上述した、燃焼安定性を損なわれないように考慮したバルブ開閉タイミング制御を実現することができる。

さらに好ましくは、アクチュエータは電動機で構成され、かつ、アクチュエータの作動量は、開閉タイミングが変更されるバルブを駆動するカムシャフトに対する電動機の相対的な回転速度差である。また、開閉タイミングの変更可能な制御範囲は、第１および第２の領域を含み、基準タイミングは、第１の領域内に設けられる。さらに、変更機構は、開閉タイミングが第１の領域にある場合におけるアクチュエータの作動量に対する開閉タイミングの変化量の比率が、開閉タイミングが第２の領域にある場合における比率よりも大きくなるように構成され、かつ、電動機の回転速度がカムシャフトの回転速度より低いときに、第１の領域外の開閉タイミングが第１の領域へ向けて変化するように構成される。

このような構成とすることにより、エンジン運転中にアクチュエータである電動機が動作不能となったケースにおいて、開閉タイミングが第１の領域内、すなわち、比較的基準タイミングに近い位相に位置するときには開閉タイミングの変化量を抑えることができ、かつ、開閉タイミングが第２の領域内、すなわち、比較的基準タイミングから遠い位相に位置するときには、開閉タイミングを基準タイミングの近傍（第１の領域）に向けて変更することができる。したがって、エンジン運転中にアクチュエータの異常によって開閉タイミングが不能となっても、開閉タイミングをエンジンの燃焼安定側の設定とすることができる。

この発明による可変バルブタイミング装置によれば、燃焼安定性を損なわれないように考慮して、エンジン運転状態に応じたバルブタイミング制御を行なうことが可能である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置を搭載した車両のエンジンについて説明する。

エンジン１０００は、第１バンク１０１０および第２バンク１０１２に、それぞれ４つの気筒（シリンダ）からなる気筒群が設けられたＶ型８気筒エンジンである。なお、本発明の適用はエンジン形式を限定するものではなく、Ｖ型８気筒以外の形式のエンジンについても、以下に説明する可変バルブタイミング装置を適用可能である。

エンジン１０００には、エアクリーナ１０２０から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０３０により調整される。スロットルバルブ１０３０はモータにより駆動される電子スロットルバルブである。

空気は、吸気通路１０３２を通ってシリンダ１０４０に導入される。空気は、シリンダ１０４０の内部（燃焼室）において燃料と混合される。シリンダ１０４０には、インジェクタ１０５０から燃料が直接噴射される。すなわち、インジェクタ１０５０の噴射孔はシリンダ１０４０内に設けられている。

燃料は吸気行程において噴射される。なお、燃料が噴射される時期は、吸気行程に限らない。また、本実施の形態においては、インジェクタ１０５０の噴射孔がシリンダ１０４０内に設けられた直噴エンジンとしてエンジン１０００を説明するが、直噴用のインジェクタ１０５０に加えて、ポート噴射用のインジェクタを設けてもよい。さらに、ポート噴射用のインジェクタのみを設けるようにしてもよい。

シリンダ１０４０内の混合気は、点火プラグ１０６０により着火されて燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１０７０により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１０８０が押し下げられることにより、クランクシャフト１０９０が回転する。

シリンダ１０４０の頭頂部には、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０が設けられる。インテークバルブ１１００はインテークカムシャフト１１２０により駆動される。エキゾーストバルブ１１１０はエキゾーストカムシャフト１１３０により駆動される。インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０は、チェーンやギヤ等により連結されて、同じ回転速度（クランクシャフト１０９０の回転速度の２分の１）で回転する。なお、シャフト等の回転体の回転速度については、単位時間当たりの回転数（代表的には、毎分当たりの回転数：ｒｐｍ）で表わすことが一般的であるため、以下では、回転体の回転速度の意味で単に「回転数」とも表記する。

インテークバルブ１１００は、インテークカムシャフト１１２０に設けられたインテーク用ＶＶＴ機構２０００により、その位相（開閉タイミング）が制御される。エキゾーストバルブ１１１０は、エキゾーストカムシャフト１１３０に設けられたエキゾースト用ＶＶＴ機構３０００により、その位相（開閉タイミング）が制御される。

本実施の形態においては、インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０がＶＶＴ機構により回転されることにより、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の位相が制御される。なお、位相を制御する方法はこれに限らない。

インテーク用ＶＶＴ機構２０００は、電動モータ２０６０（図３において図示）により作動する。電動モータ２０６０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０００により制御される。電動モータ２０６０の電流や電圧は電流計（図示せず）および電圧計（図示せず）により検知され、ＥＣＵ４０００に入力される。

エキゾースト用ＶＶＴ機構３０００は、油圧により作動する。なお、インテーク用ＶＶＴ機構２０００を油圧により作動するようにしてもよく、エキゾースト用ＶＶＴ機構３０００を電動モータにより作動するようにしてもよい。

ＥＣＵ４０００には、クランク角センサ５０００からクランクシャフト１０９０の回転数およびクランク角を表す信号が入力される。また、ＥＣＵ４０００には、カムポジションセンサ５０１０からインテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０の位相（回転方向におけるカムシャフトの位置）を表す信号が入力される。

さらに、ＥＣＵ４０００には、水温センサ５０２０からエンジン１０００の水温（冷却水の温度）を表す信号が、エアフローメータ５０３０からエンジン１０００の吸入空気量（エンジン１０００に吸入される空気量）を表す信号が入力される。

ＥＣＵ４０００は、これらのセンサから入力された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１０００が所望の運転状態になるように、スロットル開度、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、インテークバルブ１１００の位相、エキゾーストバルブ１１１０の位相などを制御する。

図２に示すように、本実施の形態においてＥＣＵ４０００は、エンジン運転状態を示すパラメータ、代表的にはエンジン回転数ＮＥと吸入空気量ＫＬとをパラメータに対応して予め目標位相を決定したマップの参照により、現在のエンジン運転状態に対応したインテークバルブ１１００の目標位相を逐次決定する。一般的に、インテークバルブ１１００の目標位相を決定するための上述のマップは水温別に複数記憶される。

上述のように、インテークバルブ１１００の目標位相は、それぞれのエンジン運転状態において、燃焼安定性、燃費、出力およびエミッション等の項目のうちのいずれを優先させるべきかを考慮して定められている。たとえば、アイドル運転時には、燃焼安定性を重視した目標位相が設定される。なお、図２中には、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＫＬをパラメータとした目標位相設定の定性的な特性が合せて例示される。

以下、インテーク用ＶＶＴ機構２０００についてさらに説明する。なお、エキゾースト用ＶＶＴ機構３０００を、以下に説明するインテーク用ＶＶＴ機構２０００と同じ構成にするようにしてもよく、インテーク用ＶＶＴ機構２０００およびエキゾースト用ＶＶＴ機構３０００の各々を、以下に説明するインテーク用ＶＶＴ機構２０００と同じ構成にしてもよい。

図３に示すように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００は、スプロケット２０１０、カムプレート２０２０、リンク機構２０３０、ガイドプレート２０４０、減速機２０５０、および電動モータ２０６０から構成される。

スプロケット２０１０は、チェーン等を介してクランクシャフト１０９０に連結される。スプロケット２０１０の回転数は、インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０と同様に、クランクシャフト１０９０の２分の１の回転数である。スプロケット２０１０の回転軸と同心軸で、スプロケット２０１０に対して相対的に回転可能であるように、インテークカムシャフト１１２０が設けられる。

カムプレート２０２０は、ピン（１）２０７０によりインテークカムシャフト１１２０に連結される。カムプレート２０２０は、スプロケット２０１０の内部において、インテークカムシャフト１１２０と一体的に回転する。なお、カムプレート２０２０とインテークカムシャフト１１２０とを一体的に形成するようにしてもよい。

リンク機構２０３０は、アーム（１）２０３１とアーム（２）２０３２とから構成される。図３におけるＡ−Ａ断面である図４に示すように、インテークカムシャフト１１２０の回転軸に対して点対称になるように、一対のアーム（１）２０３１がスプロケット２０１０内に設けられる。各アーム（１）２０３１は、ピン（２）２０７２を中心として搖動可能であるようにスプロケット２０１０に連結される。

図３におけるＢ−Ｂ断面である図５、および図５の状態からインテークバルブ１１００の位相を進角させた状態である図６に示すように、アーム（１）２０３１とカムプレート２０２０とが、アーム（２）２０３２により連結される。

アーム（２）２０３２は、ピン（３）２０７４を中心として、アーム（１）２０３１に対して搖動可能であるように支持される。また、アーム（２）２０３２は、ピン（４）２０７６を中心として、カムプレート２０２０に対して搖動可能であるように支持される。

一対のリンク機構２０３０により、インテークカムシャフト１１２０がスプロケット２０１０に対して相対的に回転し、インテークバルブ１１００の位相が変更される。そのため、一対のリンク機構２０３０のうちのいずれか一方が破損等して折れた場合であっても、他方のリンク機構によりインテークバルブ１１００の位相を変更することが可能である。

図３に戻って、各リンク機構２０３０（アーム（２）２０３２）のガイドプレート２０４０側の面には、制御ピン２０３４が設けられる。制御ピン２０３４は、ピン（３）２０７４と同心軸に設けられる。各制御ピン２０３４は、ガイドプレート２０４０に設けられたガイド溝２０４２内を摺動する。

各制御ピン２０３４は、ガイドプレート２０４０のガイド溝２０４２内を摺動することにより、半径方向に移動される。各制御ピン２０３４が半径方向に移動されることにより、インテークカムシャフト１１２０がスプロケット２０１０に対して相対回転せしめられる。

図３におけるＣ−Ｃ断面である図７に示すように、ガイド溝２０４２は、ガイドプレート２０４０が回転することにより各制御ピン２０３４を半径方向に移動させるように、渦巻形状に形成される。なお、ガイド溝２０４２の形状はこれに限らない。

制御ピン２０３４がガイドプレート２０４０の軸心から半径方向に離れるほど、インテークバルブ１１００の位相はより遅角される。すなわち、位相の変化量は、制御ピン２０３４が半径方向に変化することによるリンク機構２０３０の作動量に対応した値になる。なお、制御ピン２０３４がガイドプレート２０４０の軸心から半径方向に離れるほど、インテークバルブ１１００の位相がより進角されるようにしてもよい。

図７に示すように、制御ピン２０３４がガイド溝２０４２の端部に当接すると、リンク機構２０３０の作動が制限される。そのため、制御ピン２０３４がガイド溝２０４２の端部に当接する位相が、最遅角もしくは最進角の位相になる。

図３に戻って、ガイドプレート２０４０には、ガイドプレート２０４０と減速機２０５０とを連結するための凹部２０４４が、減速機２０５０側の面において複数設けられる。

減速機２０５０は、外歯ギヤ２０５２および内歯ギヤ２０５４から構成される。外歯ギヤ２０５２は、スプロケット２０１０と一体的に回転するように、スプロケット２０１０に対して固定される。

内歯ギヤ２０５４には、ガイドプレート２０４０の凹部２０４４に収容される凸部２０５６が複数形成される。内歯ギヤ２０５４は、電動モータ２０６０の出力軸の軸心２０６４に対して偏心して形成されたカップリング２０６２の偏心軸２０６６を中心に回転可能に支持される。

図３におけるＤ−Ｄ断面を、図８に示す。内歯ギヤ２０５４は、複数の歯のうちの一部の歯が外歯ギヤ２０５２と噛合うように設けられる。電動モータ２０６０の出力軸回転数がスプロケット２０１０の回転数と同じである場合は、カップリング２０６２および内歯ギヤ２０５４は外歯ギヤ２０５２（スプロケット２０１０）と同じ回転数で回転する。この場合、ガイドプレート２０４０がスプロケット２０１０と同じ回転数で回転し、インテークバルブ１１００の位相が維持される。

電動モータ２０６０により、カップリング２０６２が、軸心２０６４を中心に外歯ギヤ２０５２に対して相対的に回転されると、内歯ギヤ２０５４全体が軸心２０６４を中心に回転（公転）するとともに、内歯ギヤ２０５４が偏心軸２０６６を中心に自転する。内歯ギヤ２０５４の回転運動により、ガイドプレート２０４０がスプロケット２０１０に対して相対的に回転せしめられ、インテークバルブ１１００の位相が変更される。

インテークバルブ１１００の位相は、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数（電動モータ２０６０の作動量）が、減速機２０５０、ガイドプレート２０４０およびリンク機構２０３０において減速されることにより変化する。なお、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数を増速してインテークバルブ１１００の位相を変更するようにしてもよい。なお、電動モータ２０６０の出力軸には、この出力軸の回転角（回転方向における出力軸の位置）を表す信号を出力するモータ回転角センサ５０５０が設けられる。モータ回転角センサ５０５０は、一般的には、電動モータ２０６０の出力軸が所定角度回転する度にパルス信号を発生するように構成される。このモータ回転角センサ５０５０の出力に基づいて、電動モータ２０６０の出力軸の回転数（以下、単に電動モータ２０６０の回転数とも称する）を検知可能である。

図９に示すように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比Ｒ（θ）、すなわち、位相の変化量に対する電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数の比は、インテークバルブ１１００の位相に応じた値をとり得る。なお、本実施の形態においては、減速比が大きいほど、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数に対する位相の変化量がより小さくなる。

インテークバルブ１１００の位相が最遅角からＣＡ（１）までの第１の領域にある場合では、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比はＲ（１）となる。インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（２）（ＣＡ（２）はＣＡ（１）よりも進角側）から最進角までの第２の領域にある場合には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比は、Ｒ（２）（Ｒ（１）＞Ｒ（２））となる。

インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（１）からＣＡ（２）までの第３の領域にある場合には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比は、予め定められた変化率（（Ｒ（２）−Ｒ（１））／（ＣＡ（２）−ＣＡ（１）））で変化する。

以上のような構造に基づき発現する、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置のインテーク用ＶＶＴ機構２０００の作用について説明する。

インテークバルブ１１００の位相（インテークカムシャフト１１２０）を進角させる場合、電動モータ２０６０を作動させ、ガイドプレート２０４０をスプロケット２０１０に対して相対的に回転させると、図１０に示すように、インテークバルブ１１００の位相が進角される。

インテークバルブ１１００の位相が最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域にある場合、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（１）で減速されて、インテークバルブ１１００の位相が進角される。

インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域にある場合、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（２）で減速されて、インテークバルブ１１００の位相が進角される。

インテークバルブ１１００の位相を遅角する場合は、位相を進角する場合とは逆方向に電動モータ２０６０の出力軸がスプロケット２０１０に対して相対回転される。位相を遅角する場合も、進角する場合と同様に、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域において、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（１）で減速されて、位相が遅角される。また、ＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域において、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（２）で減速され、位相が遅角される。

これにより、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対的な回転方向が同じである限り、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域およびＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域の両方の領域においてインテークバルブ１１００の位相を進角させたり、遅角させたりすることができる。このとき、ＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域において、位相をより大きく進角させたり、遅角させたりすることができる。そのため、大きな範囲で位相を変化させることができる。

また、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域においては、減速比が大きいため、エンジン１０００の運転に伴なってインテークカムシャフト１１２０に作用するトルクにより電動モータ２０６０の出力軸を回転させるためには大きなトルクが必要になる。そのため、電動モータ２０６０の停止時等において、電動モータ２０６０がトルクを発生しない状態であっても、インテークカムシャフト１１２０に作用するトルクにより電動モータ２０６０の出力軸が回転されることを抑制することができる。そのため、制御上の位相から実際の位相が変化することを抑制することができる。また、アクチュエータである電動モータ２０６０の通電停止時に、意図しない位相変化が発生することを抑制できる。

なお、電動モータ２０６０の相対回転方向と、位相の進角／遅角との対応関係については、電動モータ２０６０の出力軸の回転速度がスプロケット２０１０よりも低いときに、インテークバルブ位相が遅角側に変化するように設計することが好ましい。このようにすると、エンジン運転中にアクチュエータである電動モータ２０６０が動作不能となった場合に、インテークバルブ位相は、遅角側へ徐々に変化し、最終的には、最遅角位置まで行き着くこととなる。すなわち、インテークバルブ位相制御が不能となっても、インテークバルブ位相について、エンジン１０００の燃焼安定側の設定とすることができる。

ところで、インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（１）とＣＡ（２）との間の第３の領域にある場合、予め定められた変化率で変化する減速比で、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速されて、インテークバルブ１１００の位相が進角されたり、遅角されたりする。

これにより、位相が第１の領域から第２の領域に、もしくは第２の領域から第１の領域に変化する場合において、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数に対する位相の変化量を漸増もしくは漸減させることができる。そのため、位相の変化量がステップ状に急変することを抑制して、位相が急変することを抑制することができる。その結果、位相の制御性を向上することができる。

以上のように、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置のインテーク用ＶＶＴ機構によれば、インテークバルブの位相が最遅角からＣＡ（１）までの領域にある場合では、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比はＲ（１）となる。インテークバルブの位相がＣＡ（２）から最進角までの領域にある場合には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比は、Ｒ（１）よりも小さいＲ（２）となる。これにより、電動モータの出力軸の回転方向が同じである限り、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域およびＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域の両方の領域においてインテークバルブの位相を進角させたり、遅角させたりすることができる。

このとき、ＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域において、位相をより大きく進角させたり、遅角させたりすることができる。そのため、大きな範囲で位相を変化させることができる。

また、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域においては、減速比が大きいため、エンジンの運転に伴なってインテークカムシャフトに作用するトルクにより電動モータの出力軸が回転されることを抑制することができる。そのため、制御上の位相から実際の位相が変化することを抑制することができる。その結果、大きな範囲で位相を変化させ、かつ、位相を精度よく制御することができる。

なお、エンジン１０００では、アイドル運転時の目標位相に設定される、すなわち燃焼状態が安定的となるインテークバルブ位相ＣＡ（０）は、最遅角とは異なり、インテークバルブ位相を可変設定可能な制御範囲の途中に存在する。また、減速比の大きい第１の領域は、この燃焼安定位相ＣＡ（０）を含むように設けられる。なお、燃焼安定位相ＣＡ（０）は、本発明における「基準タイミング」に対応する。

次に、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置におけるインテークバルブ位相制御について、詳細に説明する。

図１１は、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置によるインテークバルブ位相の制御構成を説明する概略ブロック図である。

図１１を参照して、図１でも説明したように、エンジン１０００は、クランクシャフト１０９０からの動力がタイミングチェーン１２００（またはタイミングベルト）により各スプロケット２０１０，２０１２を介してインテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０に伝達されるように構成されている。また、インテークカムシャフト１１２０の外周側には、所定のカム角毎にカム角信号Ｐｉｖを出力するカムポジションセンサ５０１０が取付けられている。一方、クランクシャフト１０９０の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号Ｐｃａを出力するクランク角センサ５０００が取付けられている。また、電動モータ２０６０の回転子（図示せず）には、所定の回転角度毎にモータ回転角信号Ｐｍｔを出力するモータ回転角センサ５０５０が取付けられている。これらのカム角信号Ｐｉｖ、クランク角信号Ｐｃａおよびモータ回転角信号Ｐｍｔは、ＥＣＵ４０００へ入力される。

ＥＣＵ４０００は、さらに、エンジン１０００の状態を検出するためのセンサ群の出力および運転条件（運転者ペダル操作、現車速等）に基づき、エンジン１０００に対して要求される出力が得られるように、エンジン１０００の動作を制御する。そのエンジン制御の一環として、ＥＣＵ４０００は、図２に示したマップに基づき、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の目標位相を設定する。さらに、ＥＣＵ４０００は、この目標位相に従って、インテークバルブ制御の制御対象となるインテークバルブ位相の制御目標値を設定し、インテークバルブ１１００の実位相を制御目標値に合致させるように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００のアクチュエータである電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆを生成する。

この回転数指令値Ｎｍｒｅｆは、以下に説明するように、アクチュエータ作動量に相当する電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０（インテークカムシャフト１１２０）との相対回転数に対応させて決定される。電動機ＥＤＵ（Electronic Drive Unit）４１００は、ＥＣＵ４０００からの回転数指令値Ｎｍｒｅｆに従い、電動モータ２０６０の回転数制御を行なう。

図１２は、本発明の実施の形態によるインテーク用ＶＶＴ機構２０００のアクチュエータである電動モータ２０６０の回転数制御を説明するブロック図である。

図１２を参照して、インテークバルブ位相設定部４０１０は、図２に示すマップに相当し、エンジン運転状態を示すパラメータ（図２の例では、エンジン回転数および空気量）に応じて、ＶＶＴの対象となるインテークバルブ１１００の目標位相ＩＶｒｅｆを設定する。

制御目標値設定部６００５は、インテークバルブ位相設定部４０１０により設定された目標位相ＩＶｒｅｆに基づき、インテークバルブ位相の制御目標値ＩＶ（θ）ｒを設定する。なお、制御目標値設定部６００５による制御目標値ＩＶ（θ）ｒの設定については、後程詳細に説明するように、位相変化速度制御部６２００が影響を及ぼす。

アクチュエータ作動量設定部６０００は、インテークバルブ１１００の現在の実際の位相ＩＶ（θ）（以下、「実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）」とも表記する）と、制御目標値設定部６００５により設定された制御目標値ＩＶ（θ）ｒとの偏差に基づき、実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）が制御目標値ＩＶ（θ）ｒと一致するようなアクチュエータ作動量が得られるように、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆを生成する。

アクチュエータ作動量設定部６０００は、バルブ位相検出部６０１０と、カムシャフト位相変化量算出部６０２０と、相対回転数設定部６０３０と、カムシャフト回転数検出部６０４０と、回転数指令値生成部６０５０とを含む。アクチュエータ作動量設定部６０００の動作は、ＥＣＵ４０００に予め格納された所定プログラムに従う制御処理を所定の制御周期毎に実行することによって実現される。

バルブ位相検出部６０１０は、クランク角センサ５０００からのクランク角信号Ｐｃａ、カムポジションセンサ５０１０からのカム角信号Ｐｉｖおよび、電動モータ２０６０の回転角センサ５０５０からのモータ回転角信号Ｐｍｔに基づき、実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）を算出する。

カムシャフト位相変化量算出部６０２０は、演算部６０２２と、必要位相変化量算出部６０２５とを有する。演算部６０２２は、実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）の目標位相ＩＶ（θ）ｒに対する偏差ΔＩＶ（θ）（ΔＩＶ（θ）＝ＩＶ（θ）−ＩＶ（θ）ｒ）を求める。必要位相変化量算出部６０２５は、演算部６０２２により求められた偏差ΔＩＶに応じて、この制御周期でのインテークカムシャフト１１２０の必要位相変化量Δθを算出する。

たとえば、単一の制御周期での位相変化量Δθの最大値である最大制御量θｍａｘが予め設定され、必要位相変化量算出部６０２５は、この最大制御量θｍａｘの範囲内で、偏差ΔＩＶ（θ）に応じた位相変化量Δθを決定する。なお、この際の最大制御量θｍａｘについては所定の固定値としてもよく、あるいは、必要位相変化量算出部６０２５が、エンジン１０００の運転状態（回転数、吸入空気量等）や偏差ΔＩＶ（θ）の大きさに応じて可変に設定する構成としてもよい。

相対回転数設定部６０３０は、必要位相変化量算出部６０２５によって求められた必要位相変化量Δθを生じさせるのに必要な、スプロケット２０１０（インテークカムシャフト１１２０）の回転数に対する電動モータ２０６０の出力軸の相対的な回転数ΔＮｍを算出する。たとえば、この相対回転数ΔＮｍは、インテークバルブ位相を進角させるときには正値（ΔＮｍ＞０）に設定され、反対にインテークバルブ位相を遅角させるときには負値（ΔＮｍ＜０）に設定され、現在のインテークバルブ位相を維持するとき（Δθ＝０）には略零（ΔＮｍ＝０）に設定される。

ここで、制御周期に相当する単位時間ΔＴ当たりでの位相変化量Δθと相対回転数ΔＮｍとの関係は、下記（１）式で示される。なお、（１）式中において、Ｒ（θ）は、図９に示された、インテークバルブ位相に応じて変化する減速比である。

Δθ∝ΔＮｍ・３６０°・（１／Ｒ（θ））・ΔＴ …（１）
したがって、相対回転数設定部６０３０は、制御周期ΔＴにて要求されるカムシャフト位相変化量Δθを生じさせるための電動モータ２０６０の相対回転数ΔＮｍを、（１）式に従った演算処理によって求めることができる。

カムシャフト回転数検出部６０４０は、スプロケット２０１０の回転数、すなわちインテークカムシャフト１１２０の実回転数ＩＶＮを、クランクシャフト１０９０の回転数の２分の１として求める。なお、カムシャフト回転数検出部６０４０は、カムポジションセンサ５０１０からのカム角信号Ｐｉｖに基づいてインテークカムシャフト１１２０の実回転数ＩＶＮを算出する構成としてもよい。ただし、一般的に、インテークカムシャフト１１２０の１回転当たりのカム角信号出力数は、クランクシャフト１０９０の１回転当たりのクランク角信号出力数よりも少ないので、クランクシャフト１０９０の回転数に基づいてカムシャフト回転数ＩＶＮを検出することにより、検出精度を向上することができる。

回転数指令値生成部６０５０は、カムシャフト回転数検出部６０４０によって求められたインテークカムシャフト１１２０の実回転数ＩＶＮと、相対回転数設定部６０３０により設定された相対回転数ΔＮｍとを加算して、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆを生成する。回転数指令値生成部６０５０によって生成された回転数指令値Ｎｍｒｅｆは、電動機ＥＤＵ４１００へ送出される。

電動機ＥＤＵ４１００は、電動モータ２０６０の回転数を回転数指令値Ｎｍｒｅｆに合致させるような回転数制御を行なう。たとえば、電動機ＥＤＵ４１００は、回転数指令値Ｎｍｒｅｆに対する電動モータ２０６０の実回転数Ｎｍの回転数偏差（Ｎｒｅｆ−Ｎｍ）に応じて、電動モータ２０６０への供給電力（代表的には、モータ電流Ｉｍｔやモータ印加電圧振幅）を制御するように、電力用半導体素子（トランジスタ等）のスイッチングを制御する。たとえば、このような電力用半導体素子のスイッチング動作におけるデューティ比が制御される。

特に、電動機ＥＤＵ４１００は、モータ制御性を向上させるために、回転数制御における調整量となるデューティ比ＤＴＹを下記（２）式に従って制御する。

ＤＴＹ＝ＤＴＹ（ＳＴ）＋ＤＴＹ（ＦＢ） …（２）
（２）式において、ＤＴＹ（ＦＢ）は、上記回転数偏差および所定の制御ゲインによる制御演算（代表的には、一般的なＰ制御、ＰＩ制御等）基づくフィードバック項である。

（２）式中のＤＴＹ（ＳＴ）は、図１３に示すように、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆに基づいて設定されるプリセット項である。

図１３を参照して、相対回転数ΔＮｍ＝０のとき、すなわち、回転数指令値Ｎｍｒｅｆに対して、電動モータ２０６０をスプロケット２０１０と同一回転数で回転するとき（ΔＮｍ＝０のとき）に必要なモータ電流値に対応させたデューティ比特性６０６０が予めテーブル化される。そして、（２）式中のＤＴＹ（ＳＴ）は、デューティ比特性６０６０に従って設定される。あるいは、デューティ比特性６０６０に従う基準値から、相対回転数ΔＮｍに応じたデューティ比の値を相対的に増減させることにより設定してもよい。

このように、プリセット項およびフィードバック項を組み合わせて電動モータ２０６０への供給電力を制御する回転数制御とすることにより、電動機ＥＤＵ４１００は、単純なフィードバック制御、すなわち（２）式のＤＴＹ（ＦＢ）項のみによる回転数制御と比較して、回転数指令値Ｎｍｒｅｆの変化に対して電動モータ２０６０の回転数を高速に追従させることができる。

次に、制御目標値設定部６００５による制御目標値ＩＶ（θ）ｒの設定について説明する。

図１４を参照して、インテークバルブ位相設定部４０１０は、その時点でのエンジン運転状態に従って、図２に示したマップに基づいて目標位相ＩＶｒｅｆを逐次設定する。このため、目標位相ＩＶｒｅｆの変化が急激なものとなる可能性があり、この変化に対応してダイレクトにインテークバルブ制御を行なうと、インテークバルブ位相の急変によりエンジン１０００での燃焼状態が不安定となる可能性がある。

したがって、制御目標値設定部６００５は、インテークバルブ位相設定部４０１０による目標位相ＩＶｒｅｆの変化を時間軸方向になまして、インテークバルブ位相制御の制御目標値ＩＶ（θ）ｒを設定できるように構成される。たとえば、制御目標値設定部６００５は、直前の制御目標値ＩＶ（θ）ｒ（以下、区別のためＩＶ（θ）ｒ０と表記）および新たな（現在の）目標位相ＩＶｒｅｆより、下記（３）式に従って、新たな（現在の）制御目標値ＩＶ（θ）ｒを設定する。

ＩＶ（θ）ｒ＝ＩＶ（θ）ｒ０＋（ＩＶｒｅｆ−ＩＶ（θ）ｒ０）／ｋｎ …（３）
（３）式中の係数ｋｎ（ｋｎ≧１．０）は、時間軸方向のなまし度合いを決定する。ｋｎ＝１．０のとき、（３）式はＩＶ（θ）ｒ＝ＩＶｒｅｆとなり、時間軸方向のなまし度合いが零となって、インテークバルブ位相設定部４０１０による目標位相ＩＶｒｅｆが、直接、アクチュエータ作動量設定部６０００によるインテークバルブ制御の制御目標値ＩＶ（θ）ｒに設定される。一方、ｋｎ＞１．０のときは、これまでの制御目標値ＩＶ（θ）ｒ０および目標位相ＩＶｒｅｆの差の一部のみを反映するように制御目標値ＩＶ（θ）ｒが更新されるので、制御目標値ＩＶ（θ）の変化が時間軸方向になまされることとなる。そして、ｋｎが大きいほど、時間軸方向のなまし度合いは大きくなる。

図１５は、インテークバルブ制御の制御目標値設定を説明するブロック図である。
図１５を参照して、位相変化方向判定部６１００は、インテークバルブ位相設定部４０１０による目標位相ＩＶｒｅｆおよび現在の実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）より、直後のインテークバルブ位相制御によるインテークバルブ位相の変化方向が、上記燃焼安定位相ＣＡ（０）に対して近づく方向（第１の方向）および遠ざかる方向（第２の方向）のいずれであるかを示すフラグＦＬＧを発生する。

位相変化速度制御部６２００は、なまし係数設定部６２１０を含む。なまし係数設定部６２１０は、フラグＦＬＧに基づき、インテークバルブ位相の変化方向（第１の方向／第２の方向）に従って、上記（３）式での係数ｋｎを可変設定する。そいて、制御目標値設定部６００５は、なまし係数設定部６２１０により可変設定される係数ｋｎを用いて、上記（３）式に従って制御目標値ＩＶ（θ）ｒを設定する。

図１５に示す構成により、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置によるインテークバルブ位相制御では、ＥＣＵ４０００に格納されたプログラムを所定制御周期毎に実行することにより、図１６に示すフローチャートに従ってインテークバルブ位相の変化速度が制御される。

図１６を参照して、ＥＣＵ４０００は、位相変化方向判定部６１００の機能を実現するためのステップ群Ｓ１００、なまし係数設定部６２１０の機能を実現するためのステップ群Ｓ１２０および、制御目標値設定部６００５の機能を実現するためのステップＳ１３０を実行する。

ステップ群Ｓ１００は、ステップＳ１０２〜Ｓ１１０を含む。ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１１０では、現在の実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）を燃焼安定位相ＣＡ（０）と比較する。実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）が燃焼安定位相ＣＡ（０）よりも進角している場合（Ｓ１０２のＹＥＳ判定時）には、ＥＣＵ４０００は、さらに、ステップＳ１０４により、目標位相ＩＶｒｅｆが実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）と等しいあるいは実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）よりも遅角側であるか否かを判定する。

一方、実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）が燃焼安定位相ＣＡ（０）と等しいあるいは燃焼安定位相ＣＡ（０）よりも遅角している場合（Ｓ１０２のＮＯ判定時）には、ＥＣＵ４０００は、さらに、ステップＳ１０６により、目標位相ＩＶｒｅｆが実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）と等しいあるいは実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）よりも進角側であるか否かを判定する。

そして、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１０４のＹＥＳ判定時およびステップＳ１０６のＹＥＳ判定時には、ステップＳ１０８により、直後のインテークバルブ位相の変化方向が燃焼安定位相ＣＡ（０）に対して近づく方向（第１の方向）であると判定する。これに対して、ステップＳ１０４のＮＯ判定時およびステップＳ１０６のＮＯ判定時には、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１１０により、直後のインテークバルブ位相の変化方向が燃焼安定位相ＣＡ（０）に対して遠ざかる方向（第２の方向）であると判定する。

このように、実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）、目標位相ＩＶｒｅｆおよび燃焼安定位相ＣＡ（０）の相対関係から、目標位相ＩＶｒｅｆに従った直後のインテークバルブ位相制御によるインテークバルブ位相の変化方向が、燃焼安定位相ＣＡ（０）に対して近づく方向（第１の方向）および遠ざかる方向（第２の方向）のいずれであるかを判別することができる。

ステップ群Ｓ１２０は、ステップＳ１２２およびＳ１２４を含む。ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１２２では、インテークバルブ位相の変化方向が燃焼安定位相ＣＡ（０）に対して近づく方向（第１の方向）のときのなまし係数ｋ１（ｋｎ＝ｋ１）を設定する。たとえば、ｋ１＝１．０に設定される。

一方、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１２４では、インテークバルブ位相の変化方向が燃焼安定位相ＣＡ（０）に対して遠ざかる方向（第２の方向）のときのなまし係数ｋ２（ｋｎ＝ｋ２）を設定する。この係数ｋ２は、係数ｋ１よりも大きい値に設定される（ｋ２＞ｋ１）。

このような構成とすることにより、エンジン運転状態に従うバルブタイミング制御によるバルブ位相の変化が、エンジンの燃焼安定性の面からは不安定な方向の変化となる場面では、エンジン運転状態に対応した目標位相ＩＶｒｅｆの変化に対する実際の位相変化速度を制限するような位相変化速度制御が実現される。これにより、バルブタイミング制御によってエンジンの燃焼安定性に悪影響が発生することを防止できる。

一方、バルブタイミング制御によってバルブ位相がエンジンの燃焼安定性を高める方向に変化する場面では、エンジン運転状態に対応した目標位相ＩＶｒｅｆの変化に対する実際の位相変化速度を相対的に高めるような位相変化速度制御が実現される。したがって、このような場面では、バルブタイミング制御効果の発揮によりエンジンの総合的なパフォーマンスを高めることができる。

以上のように、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置によれば、燃焼安定性を損なわれないように考慮して、エンジン運転状態に応じたバルブタイミング制御を行なうことが可能となる。

なお、図１６の例では、なまし係数ｋｎは、インテークバルブ位相の変化方向（第１の方向／第２の方向）に従って２段階に設定されたが、この第１および第２の方向の少なくとも一方において、燃焼安定位相ＣＡ（０）との位相差に応じて細分化して多段階に設定してもよい。

次に、インテークバルブ位相制御における上記の位相変化速度制御を実現する他の例について説明する。

図１７は、インテークバルブ制御の各制御周期における最大制御量設定を説明するブロック図である。

図１７を参照して、位相変化速度制御部６２００は、最大制御量（θｍａｘ）設定部６２２０を含む。最大制御量設定部６２２０は、図１５と同様の位相変化方向判定部６１００からのフラグＦＬＧに基づき、必要位相変化量算出部６０２５（図１２）での最大制御量θｍａｘを設定する。

図１７に示す構成により、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置によるインテークバルブ位相制御では、ＥＣＵ４０００に格納されたプログラムを所定制御周期毎に実行することにより、図１８に示すフローチャートに従ってインテークバルブ位相の変化速度が制御される。

図１８を参照して、ＥＣＵ４０００は、位相変化方向判定部６１００の機能を実現するためのステップ群Ｓ１００、および最大制御量設定部６２２０の機能を実現するためのステップ群Ｓ１４０を実行する。

ステップ群Ｓ１００は、図１５に示したのと同様に、ステップＳ１０２〜Ｓ１１０を含む。すなわち、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１０２〜Ｓ１１０により、実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）、目標位相ＩＶｒｅｆおよび燃焼安定位相ＣＡ（０）の相対関係から、目標位相ＩＶｒｅｆに従った直後のインテークバルブ位相制御によるインテークバルブ位相の変化方向が、燃焼安定位相ＣＡ（０）に対して近づく方向（第１の方向）および遠ざかる方向（第２の方向）のいずれであるかを判別する。

ステップ群Ｓ１４０は、ステップＳ１４２およびＳ１４４を含む。ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１４２では、インテークバルブ位相の変化方向が燃焼安定位相ＣＡ（０）に対して近づく方向（第１の方向）のときの最大制御量θ１（θｍａｘ＝θ１）を設定する。

一方、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１４４では、インテークバルブ位相の変化方向が燃焼安定位相ＣＡ（０）に対して遠ざかる方向（第２の方向）のときの最大制御量θ２（θｍａｘ＝θ２）を設定する。ここで、θ２＜θ１に設定される。

このような構成とすることにより、エンジン運転状態に従うバルブタイミング制御によるバルブ位相の変化が、エンジンの燃焼安定性の面からは不安定な方向の変化となる場面では、制御周期当たりの最大制御量、すなわち位相変化量を抑制して、位相変化速度を抑えることができる。その一方で、バルブタイミング制御によってバルブ位相がエンジンの燃焼安定性を高める方向に変化する場面では、制御周期当たりの最大制御量、すなわち位相変化量を確保して、位相変化速度を高めることができる。

なお、最大制御量θｍａｘについても、図１８に例示した、インテークバルブ位相の変化方向（第１の方向／第２の方向）に従う２段階の設定のみならず、この第１および第２の方向の少なくとも一方において、燃焼安定位相ＣＡ（０）との位相差に応じて細分化して多段階に設定してもよい。

このように、図１４〜図１６で説明したインテークバルブ位相制御の制御目標値設定におけるなまし係数の設定、および、図１７および図１８で説明した制御周期ごとの最大制御量θｍａｘの設定のいずれによっても、あるいは両者の組合せによって、エンジン運転状態に従うバルブタイミング制御によるバルブ位相の変化方向を考慮した位相変化速度制御が実現される。これにより、燃焼安定性を損なわれないように考慮して、エンジン運転状態に応じたバルブタイミング制御を行なうことが可能となる。

また、インテークバルブ位相のフィードバック制御におけるゲイン（たとえば、図１２の必要位相変化量算出部６０２５における制御演算ゲイン）を、インテークバルブ位相の変化方向（第１の方向／第２の方向）に応じて可変設定しても、同様の位相変化速度制御を実現することが可能である。

なお、以上説明した実施の形態において、インテークバルブ位相設定手段４０１０は、本発明における「位相目標設定手段」に対応し、制御目標値設定手段６００５またはステップＳ１３０（図１６）は、本発明における「制御目標値設定手段」に対応し、アクチュエータ作動量設定手段６０００は、本発明での「アクチュエータ作動量設定手段」に対応する。さらに、位相変化方向判定手段６１００またはステップ群Ｓ１００（図１６，図１８）は、本発明での「位相変化方向判定手段」に対応し、位相変化速度制御手段６２００（なまし係数設定手段６２１０，最大制御量設定手段６２２０）または、ステップ群Ｓ１２０（図１６），Ｓ１４０（図１８）は、本発明での「変化速度制御手段」に対応する。

また、以上説明した本発明による可変バルブタイミング装置では、バルブタイミングを変更するためのＶＶＴ機構の構成は実施の形態で例示したものに限定されず、アクチュエータの種類を限定することなく任意の構成を適用可能である点について、確認的に記載する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置が搭載された車両のエンジンを示す概略構成図である。 インテークカムシャフトの位相を定めたマップを示す図である。 インテーク用ＶＶＴ機構を示す断面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図（その１）である。 図３のＢ−Ｂ断面図（その２）である。 図３のＣ−Ｃ断面図である。 図３のＤ−Ｄ断面図である。 インテーク用ＶＶＴ機構全体として減速比を示す図である。 スプロケットに対するガイドプレートの位相とインテークカムシャフトの位相との関係を示す図である。 本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置によるインテークバルブ位相の制御構成を説明する概略ブロック図である。 本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置のアクチュエータである電動モータの回転数制御構成を説明するブロック図である。 電動モータの回転数制御を説明する概念図である。 インテークバルブ制御の制御目標値の設定における時間軸方向のなましを説明する波形図である。 インテークバルブ制御の制御目標値設定を説明するブロック図である。 本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置によるインテークバルブ位相制御における位相変化速度制御の第１の例を説明するフローチャートである。 インテークバルブ制御の各制御周期における最大制御量設定を説明するブロック図である。 本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置によるインテークバルブ位相制御における位相変化速度制御の第２の例を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０００ エンジン、１０１０，１０１２ バンク、１０２０ エアクリーナ、１０３０ スロットルバルブ、１０３２ 吸気通路、１０４０ シリンダ、１０５０ インジェクタ、１０６０ 点火プラグ、１０７０ 三元触媒、１０８０ ピストン、１０９０ クランクシャフト、１１００ インテークバルブ、１１１０ エキゾーストバルブ、１１２０ インテークカムシャフト、１１３０ エキゾーストカムシャフト、１２００ タイミングチェーン、１２１０，１２１２ スプロケット、２０２０ カムプレート、２０３０ リンク機構、２０３４ 制御ピン、２０４０ ガイドプレート、２０４２ ガイド溝、２０４４ 凹部、２０５０ 減速機、２０５２ 外歯ギヤ、２０５４ 内歯ギヤ、２０５６ 凸部、２０６０ 電動モータ、２０６２ カップリング、２０６４ 軸心、２０６６ 偏心軸、２０００ エキゾースト用ＶＶＴ機構、３０００ エキゾースト用ＶＶＴ機構、４０００ ＥＣＵ、４０１０ インテークバルブ位相設定部、４１００ 電動機ＥＤＵ、５０００ クランク角センサ、５０１０ カムポジションセンサ、５０２０ 水温センサ、５０３０ エアフローメータ、５０５０ モータ回転角センサ、６０００ アクチュエータ作動量設定部、６００５ 制御目標値設定部、６０１０ バルブ位相検出部、６０２０ カムシャフト位相変化量算出部、６０２２ 演算部、６０２５ 必要位相変化量算出部、６０３０ 相対回転数設定部、６０４０ カムシャフト回転数検出部、６０５０ 回転数指令値生成部、６０６０ デューティ比特性、６１００ 位相変化方向判定部、６２００ 位相変化速度制御部、６２１０ なまし係数設定部、６２２０ 最大制御量設定部、ＣＡ（０） 燃焼安定位相（アイドル時目標位相）、ＦＬＧ フラグ（位相変化方向）、Ｉｍｔ モータ電流、ＩＶ（θ） 実インテークバルブ位相、ＩＶ（θ）ｒ 制御目標値（インテークバルブ位相制御）、ＩＶｒｅｆ 目標位相（インテークバルブ位相）、ＩＶＮ 実回転数（カムシャフト）、ｋｎ なまし係数、Ｎｍ 実回転数（電動モータ）、Ｎｍｒｅｆ 回転数指令値（電動モータ）、Ｐｃａ クランク角信号、Ｐｃａ♯ クランク角分周信号、Ｐｉｖ カム角信号、Ｐｍｔ モータ回転角信号、Ｒ（θ） 減速比、ｄＩＶ（θ） 実位相変化量、ΔＮｍ 相対回転数（電動モータ）、Δθ カムシャフト位相変化量、θｍａｘ， 最大制御量。

Claims (4)

1. エンジンに設けられたインテークバルブおよびエキゾーストバルブの少なくとも一方のバルブに設けられた可変バルブタイミング装置であって、
   前記可変バルブタイミング装置を作動させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータの作動量に応じた変化量で対応のバルブの開閉タイミングを変更するように構成され、かつ、前記エンジンのアイドル運転時における前記目標開閉タイミングの目標値に相当する基準タイミングが前記開閉タイミングの変更可能な制御範囲の途中に存在するように構成された変更機構と、
   前記エンジンの運転状態に応じて、前記対応のバルブの目標開閉タイミングを設定する位相目標設定手段と、
   前記位相目標設定手段によって設定された前記目標開閉タイミングに基づき、前記開閉タイミングの制御目標値を設定する制御目標値設定手段と、
   前記開閉タイミングの現在値と前記制御目標値との偏差に基づき、前記アクチュエータの作動量を設定するアクチュエータ作動量設定手段と、
   前記開閉タイミングの現在値および前記目標開閉タイミングに基づき、前記開閉タイミングの変化方向が、前記基準タイミングに近づく第１の方向および前記基準タイミングから遠ざかる第２の方向のいずれであるかを判定する位相変化方向判定手段と、
   前記開閉タイミングの変化方向が前記第２の方向であるときに、前記前記開閉タイミングの変化速度を、前記開閉タイミングの変化方向が前記第１の方向であるときと比較して相対的に遅くするための変化速度制御手段とを備える、可変バルブタイミング装置。
2. 前記制御目標値設定手段は、前記位相目標設定手段により設定される前記目標開閉タイミングの変化を時間軸方向になまして前記制御目標値を設定できるように構成され、
   前記変化速度制御手段は、前記制御目標値設定手段における前記時間軸方向へのなまし度合いを、前記開閉タイミングの変化方向が前記第２の方向である場合に、前記開閉タイミングの変化方向が前記第１の方向である場合と比較して相対的に大きく設定する、請求項１記載の可変バルブタイミング装置。
3. 前記アクチュエータ作動量設定手段は、前記開閉タイミングの現在値と前記制御目標値との偏差に基づき、単一の制御周期内での最大制御量の範囲内で前記アクチュエータの作動量を設定し、
   前記変化速度制御手段は、前記最大制御量を、前記開閉タイミングの変化方向が前記第２の方向であるときに、前記開閉タイミングの変化方向が前記第１の方向である場合と比較して相対的に小さく設定する、請求項１記載の可変バルブタイミング装置。
4. 前記アクチュエータは電動機で構成され、かつ、前記アクチュエータの作動量は、前記対応のバルブを駆動するカムシャフトに対する前記電動機の相対的な回転速度差であり、
   前記前記開閉タイミングの変更可能な制御範囲は、前記アクチュエータの作動量に対する前記開閉タイミングの変化量の比率が異なる、第１および第２の領域を含み、
   前記変更機構は、前記第１の領域における前記比率が、前記第２の領域における前記比率よりも小さくなるように構成され、かつ、前記電動機の回転速度が前記カムシャフトの回転速度より低いときに、前記第１の領域外の前記開閉タイミングが前記第１の領域へ向けて変化するように構成され、
   前記基準タイミングは、前記第１の領域内に設けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載の可変バルブタイミング装置。

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