JP4432936B2

JP4432936B2 - バルブタイミング調整装置

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Publication number: JP4432936B2
Application number: JP2006156689A
Authority: JP
Inventors: 大介水野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2026-06-05
Also published as: JP2007321750A; US7448351B2; US20070277759A1

Description

本発明は、電動モータの回転を利用して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（以下、電動バルブタイミング調整装置という）に関する。

従来、バルブタイミングの調整精度を高めるために、制御回路が電動モータの回転方向に応じて制御信号を生成し、駆動回路が当該制御信号に応じて電動モータを通電駆動する電動バルブタイミング調整装置が知られている。こうした電動バルブタイミング調整装置の一種として、特許文献１には、電動モータの回転方向等を表すモータ回転信号を駆動回路により生成して制御回路へ出力するようにしたものが提案されている。
２００５−３３０９５６号公報

しかし、特許文献１に開示の電動バルブタイミング調整装置では、駆動回路から制御回路へモータ回転信号を伝達する信号線に地絡、断線等の異常が発生すると、制御回路が電動モータの回転方向を正しく認識できなくなるおそれがある。もし、制御回路が回転方向を誤って認識し、その誤った回転方向に応じて制御信号を生成した場合、最悪、内燃機関の運転に支障を来しかねないため、フェイルセーフの観点において改善が望まれている。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、フェイルセーフ性を高めた電動バルブタイミング調整装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明によると、駆動回路は、制御信号の出力開始以降の所定期間において電圧レベルがハイレベルの回転方向信号を強制出力する。故に、駆動回路から制御回路へ回転方向信号を伝達する信号線が地絡している場合、ハイレベルの回転方向信号が駆動回路から出力されるにもかかわらず、制御回路へ入力される回転方向信号の電圧レベルがローレベルとなる。したがって、制御回路は、所定期間において入力された回転方向信号から信号線の地絡異常を認識可能となるので、当該認識結果に応じて内燃機関の運転に適切な制御信号を生成することができる。また、所定期間は制御信号の出力開始以降の期間であるので、制御回路は制御信号の出力後、可及的に早い段階で地絡異常を認識して内燃機関への影響を抑制することが可能となる。このような請求項１に記載の発明によれば、地絡異常時のフェイルセーフ性を高めることができる。

請求項２に記載の発明によると、制御回路は、所定期間においてローレベルの回転方向信号が入力されることにより、回転方向信号の伝達信号線の地絡異常を検出するので、地絡異常を正確に認識することができる。

請求項３に記載の発明によると、駆動回路は、所定期間以外の所定時期において回転方向信号の電圧レベルを回転方向信号の伝達信号線のアクティブ電圧レベルと同レベルに強制設定する。故に、回転方向信号の伝達信号線が断線している場合、アクティブ電圧レベルと同レベルの回転方向信号が駆動回路から出力されるにもかかわらず、制御回路へ入力される回転方向信号の電圧レベルがアクティブ電圧レベルと異なるレベルとなる。したがって、制御回路は、所定時期において入力された回転方向信号から信号線の断線異常を認識可能となるので、当該認識結果に応じて内燃機関の運転に適切な制御信号を生成することができる。このような請求項３に記載の発明によれば、断線異常時のフェイルセーフ性を高めることができる。

請求項４に記載の発明によると、所定時期は、所定期間以降の時期に規定されているので、制御回路は地絡異常の有無を認識した上で、断線異常の有無を認識可能となる。故に、そうした異常認識によれば、所定時期において制御回路へ入力される回転方向信号が地絡異常の影響を受けることにより断線異常の誤認が生じることを防止できる。

請求項５に記載の発明によると、駆動回路は、所定時期において回転方向信号の電圧レベルを、駆動回路から制御回路へ回転方向信号を伝達する信号線のアクティブ電圧レベルと同レベルに強制設定する。故に、回転方向信号の伝達信号線が断線している場合、アクティブ電圧レベルと同レベルの回転方向信号が駆動回路から出力されるにもかかわらず、制御回路へ入力される回転方向信号の電圧レベルがアクティブ電圧レベルと異なるレベルとなる。したがって、制御回路は、所定時期において入力された回転方向信号から信号線の断線異常を認識可能となるので、当該認識結果に応じて内燃機関の運転に適切な制御信号を生成することができる。このような請求項５に記載の発明によれば、断線異常時のフェイルセーフ性を高めることができる。

尚、信号線のアクティブ電圧レベルとは、信号線のアクティブ状態における電圧レベルを意味する。したがって、このアクティブ電圧レベルについては、例えば請求項６に記載の発明のようにローレベルとして、アクティブローの信号伝達を実現してもよいし、請求項７に記載の発明のようにハイレベルとして、アクティブハイの信号伝達を実現してもよい。

請求項８に記載の発明によると、制御回路は、所定時期においてアクティブ電圧レベルと異なるレベルの回転方向信号が入力されることにより、回転方向信号の伝達信号線の断線異常を検出するので、断線異常を正確に認識することができる。

請求項９に記載の発明によると、所定時期は、制御信号の出力開始以降の時期に規定されているので、制御回路は制御信号の出力後、可及的に早い段階で断線異常を認識して内燃機関への影響を抑制することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態による電動バルブタイミング調整装置１０を示している。電動バルブタイミング調整装置１０は、電動モータ１２の回転を利用して内燃機関の吸気弁又は排気弁のバルブタイミングを調整する。

まず、図１に示す電動バルブタイミング調整装置１０の電動モータ１２について説明する。電動モータ１２は例えばブラシレスモータであり、モータケース１３、モータ軸１４及びコイル（図示しない）を備えている。モータケース１３は、内燃機関にステーを介して固定される。モータケース１３は、モータ軸１４を正逆回転自在に支持していると共に、コイルを固定している。電動モータ１２では、コイルへの通電により図２の時計方向の回転磁界が形成されるときには、正転方向の回転トルクがモータ軸１４に付与される。一方、コイルへの通電により図２の反時計方向の回転磁界が形成されるときには、逆転方向の回転トルクがモータ軸１４に付与される。

図３に示すように電動モータ１２は、回転角センサ１６をさらに備えている。回転角センサ１６はホール素子等からなり、モータ軸１４の回転方向に等間隔に並んで複数設けられている。回転角センサ１６は、モータ軸１４の磁極Ｎ，Ｓが所定角度範囲内に位置するときと位置しないときとで電圧レベルが変化するセンサ信号（図８参照）を出力する。

次に、図１，２に示す電動バルブタイミング調整装置１０の位相変化ユニット２０について説明する。位相変化ユニット２０は、駆動側回転体２２、従動側回転体２４、差動歯車機構３０及びリンク機構５０を備えている。

駆動側回転体２２は、内燃機関のクランク軸との間にタイミングチェーンが巻き掛けられるタイミングスプロケットである。クランク軸の出力トルクが駆動側回転体２２へ入力されるときには、駆動側回転体２２はクランク軸と連動して、当該クランク軸に対する相対位相を保ちつつ図４の時計方向へ回転する。従動側回転体２４は内燃機関のカム軸２に同軸上に固定されており、カム軸２と一体に図４の時計方向へ回転する。

図１，２に示すように差動歯車機構３０は、太陽歯車３１、遊星キャリア３２、遊星歯車３３及び伝達回転体３４等から構成されている。内歯車からなる太陽歯車３１は駆動側回転体２２に同軸上に螺子止めされており、クランク軸の出力トルクの伝達により駆動側回転体２２と一体に回転する。遊星キャリア３２は継手３５を介してモータ軸１４に連結されており、モータ軸１４からの回転トルクの伝達によりモータ軸１４と一体に回転する。遊星キャリア３２は、駆動側回転体２２に対して偏心する円筒面状の外周面部により偏心部３６を形成している。外歯車からなる遊星歯車３３はベアリング３７を介して偏心部３６に嵌合しており、太陽歯車３１に対し偏心して配置されている。遊星歯車３３は太陽歯車３１に内周側から噛合しており、駆動側回転体２２に対するモータ軸１４の相対回転に応じて遊星運動する。伝達回転体３４は、従動側回転体２４の外周側に同心的に嵌合している。伝達回転体３４には、回転方向に等間隔に並ぶ複数の係合孔３８が設けられている。遊星歯車３３には、各係合孔３８内に突出する複数の係合突起３９が設けられている。各係合突起３９が係合孔３８に係合することにより、遊星歯車３３の自転運動が抽出されて伝達回転体３４の回転運動へ変換されるようになっている。

図４，５に示すようにリンク機構５０は、リンク５２，５３、案内部５４及び可動体５６等から構成されている。尚、図４，５では、断面を表すハッチングを省略している。第一リンク５２は、駆動側回転体２２に回り対偶によって連繋している。第二リンク５３は、従動側回転体２４に回り対偶によって連繋していると共に、可動体５６を介した回り対偶によって第一リンク５２に連繋している。図１，５に示すように案内部５４は、伝達回転体３４において遊星歯車３３とは反対側の端面を含む部分により形成されている。案内部５４には、可動体５６が滑動自在に嵌合する案内溝５８が形成されている。案内溝５８は、案内部５４の回転中心からの距離が長手方向で変化する螺旋溝状に形成されている。

このような位相変化ユニット２０では、モータ軸１４が駆動側回転体２２に対して相対回転しないときには、遊星歯車３３が遊星運動せず、駆動側回転体２２及び伝達回転体３４と連れ回りする。その結果、可動体５６が案内溝５８内を案内されず、リンク５２，５３の相対位置関係が変化しないので、駆動側回転体２２と従動側回転体２４との間の相対位相、ひいてはバルブタイミングが保持される。一方、モータ軸１４が駆動側回転体２２に対して正転方向となる図２の時計方向へ相対回転したときには、遊星歯車３３の遊星運動により伝達回転体３４が駆動側回転体２２に対して図５の反時計方向へ相対回転する。その結果、可動体５６が案内溝５８内を案内されてリンク５２，５３の相対位置関係が変化することにより、従動側回転体２４が駆動側回転体２２に対して図４，５の時計方向へ相対回転するため、バルブタイミングが進角する。また一方、モータ軸１４が駆動側回転体２２に対して逆転方向となる図２の反時計方向へ相対回転したときには、正転方向への相対回転時とは逆の原理によって、バルブタイミングが遅角する。

次に、図１に示す電動バルブタイミング調整装置１０の電気回路系６０について説明する。電気回路系６０は、制御回路６２及び駆動回路８０を備えている。尚、図１では、模式的に制御回路６２及び駆動回路８０が電動モータ１２の外部に位置するように示されているが、制御回路６２及び駆動回路８０の設置箇所については、仕様に応じて適宜設定することができる。

図３に示すように制御回路６２は、複数の信号線６３，６４，６５を介して駆動回路８０に接続されている。制御回路６２には、後に詳述する回転方向信号及び回転数信号がそれぞれ信号線６３，６４を通じて入力される。制御回路６２は、入力された回転方向信号及び回転数信号がそれぞれ表す電動モータ１２の実回転方向Ｄ及び実回転数Ｒ等に基づき実バルブタイミングを割り出すと共に、スロットル開度、油温等に基づき目標バルブタイミングを設定する。さらに制御回路６２は、得られた実バルブタイミング及び目標バルブタイミングの位相差から電動モータ１２の目標回転方向ｄ及び目標回転数ｒを決定し、それらを表す制御信号を生成する。こうして生成された制御信号は、制御回路６２から信号線６５へ出力されて当該信号線６５を通じて駆動回路８０へ入力される。

駆動回路８０は、通電部８２及び信号生成部８４等から構成されている。通電部８２は信号線６５に接続されており、制御回路６２からの制御信号によって指令される電動モータ１２の目標回転方向ｄ及び目標回転数ｒを抽出する。さらに通電部８２は電動モータ１２のコイルにも接続されており、抽出した目標回転方向ｄ及び目標回転数ｒ等に基づきコイルへの印加電圧を制御することで電動モータ１２を通電駆動する。

信号生成部８４は電動モータ１２の各回転角センサ１６に接続されており、それらセンサのセンサ信号に基づき電動モータ１２の実回転方向Ｄ及び当該方向Ｄにおける実回転数Ｒを割り出す。さらに信号生成部８４は、得られた実回転方向Ｄ及び実回転数Ｒをそれぞれ表す回転方向信号及び回転数信号を生成する。ここで特に回転方向信号としては、図６に示すように電圧レベルが実回転方向Ｄに応じて変化する信号が生成される。具体的には、実回転方向Ｄが正転方向のとき回転方向信号の電圧レベルはロー（Ｌ）レベルに設定され、実回転方向Ｄが逆転方向のとき回転方向信号の電圧レベルはハイ（Ｈ）レベルに設定される。こうして生成された回転方向信号及び回転数信号はそれぞれ、信号生成部８４に接続された信号線６３，６４へ出力されて当該信号線６３，６４を通じて制御回路６２へ伝達される。尚、信号生成部８４は信号線６５にも接続されており、制御回路６２からの制御信号の立下りエッジを検知してその検知数を記憶する機能も有している。

図７に示すように本実施形態では、信号線６３による回転方向信号の伝達構成として、アクティブローの構成を採用している。具体的に制御回路６２では、信号線６３を抵抗６６を介して電源電圧Ｖｃｃに接続することでプルアップしており、信号線６３のアクティブ電圧レベルがローレベルに設定されている。また、駆動回路８０の信号生成部８４では、トランジスタ８６のベースがロジックコントローラ８５に接続され、トランジスタ８６のコレクタが抵抗８７を介して信号線６３に接続され、トランジスタ８６のエミッタが接地されている。したがって、実回転方向Ｄが正転方向のとき信号生成部８４においてロジックコントローラ８５がトランジスタ８６をオンすると、信号線６３がアクティブ状態となるため、制御回路６２は、ローレベルの回転方向信号が入力されたと判断する。一方、実回転方向Ｄが逆転方向のとき信号生成部８４においてロジックコントローラ８５がトランジスタ８６をオフすると、信号線６３が非アクティブ状態となるため、制御回路６２は、ハイレベルの回転方向信号が入力されたと判断する。

次に、電気回路系６０の特徴的作動について説明する。尚、制御回路６２及び駆動回路８０は、イグニッションスイッチがオンされるのに応じて起動するものとする。

（１）図８に示すように制御回路６２は、起動後、予め決められた制御信号を生成して駆動回路８０への出力を開始する。この出力を受けて駆動回路８０の信号生成部８４は、制御信号の出力開始時期Ｓから制御信号の立下りエッジを二つ検知するまでの期間Ｐにおいて、回転方向信号の電圧レベルをハイレベルに強制設定し、当該回転方向信号を制御回路６２へ強制出力する。このとき、回転方向信号を伝達する信号線６３が地絡している場合、図７の構成により信号線６３がアクティブ状態に固定されてしまうため、図９に示すように回転方向信号がローレベルの信号として制御回路６２へ入力される。そこで制御回路６２は、期間Ｐにおいて入力された回転方向信号の電圧レベルに応じて、地絡異常の有無を判定する。その結果、回転方向信号の電圧レベルがローレベルであった場合には、制御回路６２は地絡異常を検出したと判定して、電動モータ１２への通電遮断を制御信号により指令する。これに対して回転方向信号の電圧レベルがハイレベルであった場合には、制御回路６２は地絡異常なしと判断して、制御信号の生成を継続する。尚、制御回路６２では、制御信号の出力状況等から期間Ｐを判断する。

（２）図８に示すように駆動回路８０の信号生成部８４は、制御信号の出力開始から二つ目の立下りエッジを検知した直後の時期Ｔにおいて、回転方向信号の電圧レベルを信号線６３のアクティブ電圧レベルと同じローレベルに強制設定し、当該回転方向信号を制御回路６２へ強制出力する。このとき、回転方向信号の伝達信号線６３が断線している場合、図７の構成により信号線６３が非アクティブ状態に固定されてしまうため、図１０に示すように回転方向信号がハイレベルの信号として制御回路６２へ入力される。そこで制御回路６２は、時期Ｔにおいて入力された回転方向信号の電圧レベルに応じて、断線異常の有無を判定する。その結果、回転方向信号の電圧レベルがハイレベルであった場合、制御回路６２は断線異常を検出したと判定して、電動モータ１２への通電遮断を制御信号により指令する。これに対して回転方向信号の電圧レベルがローレベルであった場合には、制御回路６２は断線異常なしと判断して、制御信号の生成を継続する。尚、回転方向信号のローレベルへの強制設定は、駆動回路８０の通電部８２により電動モータ１２の通電駆動が開始されて回転角センサ１６から信号生成部８４へセンサ信号が入力されるまでの期間継続し、当該センサ信号の入力がなされると、終了する。また、制御回路６２では、制御信号の出力状況等から時期Ｔを判断する。

以上説明した本実施形態によると、回転方向信号の伝達信号線６３の地絡異常及び断線異常を共に検出して電動モータ１２の通電駆動、ひいてはバルブタイミング調整を止めることができる。しかも、地絡異常の検出は、内燃機関の始動に伴って制御信号の出力が開始された直後の期間Ｐにおいて実施され、また断線異常の検出は、当該期間Ｐの直後の時期Ｔにおいて実施されるので、それら異常の発生時には、内燃機関始動後の早い段階で対処することができる。加えて、断線異常の検出が地絡異常の検出後に実施されることで、時期Ｔに制御回路６２へ入力されたローレベルの回転方向信号が地絡異常によるものか、正常な信号伝達によるものかを正確に判別することもできる。このような本実施形態によれば、信号線６３の地絡異常及び断線異常に対し高いフェイルセーフ性を発揮して、内燃機関の運転に支障を来すことを防止できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

例えば、信号線６３よる回転方向信号の伝達構成としてアクティブハイの構成を採用することで、信号線６３のアクティブ電圧レベルをハイレベルに設定してもよい。尚、この場合には、上述の実施形態と同様、期間Ｐにおいて強制出力する回転方向信号をハイレベルに設定することで、地絡異常の検出が可能となる。また、この場合には、上述の実施形態とは逆に、時期Ｔにおいて回転方向信号を信号線６３のアクティブ電圧レベルと同じハイレベルに強制設定することで、断線異常の検出が可能となる。

地絡異常を検出するための期間Ｐについては、制御信号の出力開始以降であれば、上述の実施形態で説明した以外の任意の期間に規定することができる。また、期間Ｐを規定しないで、地絡異常の検出を実施しないようにしてもよい。

断線異常を検出するための時期Ｔについては、期間Ｐ以外の時期であれば、期間Ｐ以降において上述の実施形態で説明した以外の任意の時期に規定してもよいし、期間Ｐ以前の任意の時期に規定してもよい。また、時期Ｔを規定しないで、地絡異常の検出を実施しないようにしてもよい。

電気制御系６０に組み合わされる位相変化ユニットについては、電動モータの回転を利用して内燃機関のクランク軸及びカム軸間の相対位相を変化させることによりバルブタイミングを調整可能なものであれば、適宜採用することができる。

本発明の一実施形態によるバルブタイミング調整装置を示す構成図であって、図１のII−II線断面図に相当する。図１のII−II線断面図である。図１の電気回路系を示すブロック図である。図１のIV−IV線断面図である。図１のV−V線断面図である。図１の電気回路系の特徴を説明するための模式図である。図１の電気回路系の特徴部分を示すブロック図である。図１の電気回路系の作動を説明するための模式図である。図１の電気回路系の作動を説明するための模式図である。図１の電気回路系の作動を説明するための模式図である。

符号の説明

１０バルブタイミング調整装置、１２電動モータ、１４モータ軸、１６回転角センサ、２０位相変化ユニット、２２駆動側回転体、２４従動側回転体、３０差動歯車機構、５０リンク機構、６０電気回路系、６２制御回路、６３信号線、６６抵抗、８０駆動回路、８２通電部、８４信号生成部、８６トランジスタ、Ｐ期間、Ｔ時期、Ｄ実回転方向

Claims

電動モータの回転を利用して内燃機関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であって、
制御信号に応じて前記電動モータを通電駆動すると共に、前記電動モータの回転方向の正逆転を電圧レベルにより表す回転方向信号を出力する駆動回路と、
前記回転方向信号に応じて生成した前記制御信号を出力する制御回路と、
前記駆動回路から前記制御回路へ前記回転方向信号を伝達する信号線と、
を備え、
前記駆動回路から出力される前記回転方向信号における電圧レベルは、ハイレベルと、前記ハイレベルよりも電圧レベルが低いローレベルとを含み、
前記駆動回路は、前記制御信号の出力開始以降の所定期間において前記ハイレベルの前記回転方向信号を強制出力することを特徴とするバルブタイミング調整装置。
前記制御回路は、前記所定期間において前記ローレベルの前記回転方向信号が入力されることにより、前記信号線の地絡異常を検出することを特徴とする請求項１に記載のバルブタイミング調整装置。
前記駆動回路が前記ハイレベル及び前記ローレベルのいずれか一方の前記回転方向信号を出力すると、前記信号線がアクティブ状態となり、他方の前記回転方向信号を出力すると、前記信号線が非アクティブ状態となるように設定されており、
前記制御回路は、前記信号線がアクティブ状態となるアクティブ電圧レベルとなった場合に前記一方の前記回転方向信号を表す電圧レベルが入力されたと判断し、
前記駆動回路は、前記所定期間以外の所定時期において前記回転方向信号の電圧レベルを前記信号線の前記アクティブ電圧レベルと同レベルに強制設定することを特徴とする請求項２に記載のバルブタイミング調整装置。
前記所定時期は、前記所定期間以降の時期に規定されていることを特徴とする請求項３に記載のバルブタイミング調整装置。
電動モータの回転を利用して内燃機関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であって、
制御信号に応じて電動モータを通電駆動すると共に、前記電動モータを回転方向の正逆転を電圧レベルにより表す回転方向信号を出力する駆動回路と、
前記回転方向信号に応じて生成した前記制御信号を出力する制御回路と、
前記駆動回路から前記制御回路へ前記回転方向信号を伝達する信号線と、
を備え、
前記駆動回路から出力される前記回転方向信号における電圧レベルは、ハイレベルと、前記ハイレベルよりも電圧レベルが低いローレベルとを含み、
前記駆動回路が前記ハイレベル及び前記ローレベルのいずれか一方の前記回転方向信号を出力すると、前記信号線がアクティブ状態となり、他方の前記回転方向信号を出力すると、前記信号線が非アクティブ状態となるように設定されており、
前記制御回路は、前記信号線がアクティブ状態となるアクティブ電圧レベルとなった場合に前記一方の前記回転方向信号を表す電圧レベルが入力されたと判断し、
前記駆動回路は、所定時期において前記回転方向信号の電圧レベルを前記信号線の前記アクティブ電圧レベルと同レベルに強制設定することを特徴とするバルブタイミング調整装置。
前記アクティブ電圧レベルは、前記ローレベルであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
前記アクティブ電圧レベルは、前記ハイレベルであることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
前記制御回路は、前記所定時期において前記アクティブ電圧レベルと異なるレベルの前記回転方向信号が入力されることにより、前記信号線の断線異常を検出することを特徴とする請求項３〜７のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
前記所定時期は、前記制御信号の出力開始以降の時期に規定されていることを特徴とする請求項３〜８のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。