JP4923757B2 - 可変バルブタイミング装置 - Google Patents

Description

本発明は可変バルブタイミング装置に関し、特に、予め定められた制御値に応じた電圧で作動するアクチュエータを用いてバルブが開閉するタイミングを変更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ＶＶＴ（Variable Valve Timing）が知られている。一般的に、ＶＶＴにおいてはインテークバルブやエキゾーストバルブを開閉させ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。特に電動モータでカムシャフトを回転させる場合、油圧で回転させる場合に比べてカムシャフトを回転させるトルクを得難い。そのため、電動モータでカムシャフトを回転させる場合は、電動モータの出力軸の回転を減速機構等により減速することによりカムシャフトを回転させる。この場合、位相の変化幅は、減速機構による制約を受ける。

特開２００４−１５０３９７号公報（特許文献１）は、位相変化幅の設定自由度が高いバルブタイミング調整装置を開示する。特許文献１に記載のバルブタイミング調整装置は、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を開閉駆動する従動軸に内燃機関の駆動軸の駆動トルクを伝達する伝達系に設けられ、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングを調整する。このバルブタイミング調整装置は、駆動軸の駆動トルクにより回転中心線周りに回転する第一回転体と、第一回転体の回転に伴い回転中心線周りに第一回転体と同一方向に回転して従動軸を同期回転させる第二回転体であって第一回転体に対して相対回転可能な第二回転体と、制御部材を有し、制御部材の回転中心線からの径方向距離を変化させる制御装置とを含む。第一回転体は、回転中心線からの径方向距離が変化するように延伸する第一軌道を形成する第一孔部であって第一軌道を通過する制御部材に回転方向両側において当接する第一孔部を有し、第二回転体は、回転中心線からの径方向距離が変化するように延伸する第二軌道を形成する第二孔部であって第二軌道を通過する制御部材に回転方向両側において当接する第二孔部を有し、第一軌道と第二軌道とは、第一回転体及び第二回転体の回転方向において互いに傾斜する。このバルブタイミング装置においては、電動機（電動モータ）がトルクを発生しない場合において位相が維持される。

この公報に記載のバルブタイミング調整装置によれば、第一回転体の第一孔部は、回転中心線からの径方向距離が変化するように延伸する第一軌道を形成し、その第一軌道を通過する制御部材に回転方向両側において当接する。また、第二回転体の第二孔部は、回転中心線からの径方向距離が変化するように延伸する第二軌道を形成し、その第二軌道を通過する制御部材に回転方向両側において当接する。ここで、第一軌道と第二軌道とは第一回転体及び第二回転体の回転方向において互いに傾斜する。そのため、制御装置が制御部材の回転中心線からの径方向距離を変化させるときには、第一孔部及び第二孔部の少なくとも一方が制御部材により押圧されることで、制御部材が第一軌道及び第二軌道を共に通過するようにして第二回転体が第一回転体に対して相対回転する。このように作動するバルブタイミング調整装置では、第一回転体に対する第二回転体の位相変化幅が第一軌道及び第二軌道の長さと相互傾斜の度合いとに依存する。回転中心線からの径方向距離が変化するように第一軌道及び第二軌道を延伸形成することで、それら軌道の長さと相互傾斜の度合いとを比較的自由に設定することができる。したがって、第一回転体に対する第二回転体の位相変化幅、ひいては駆動軸に対する従動軸の位相変化幅について設定自由度を高めることができる。
特開２００４−１５０３９７号公報

ところで、特開２００４−１５０３９７号公報に記載のバルブタイミング調整装置のように、電動モータをアクチュエータとして用いた場合、消費電力や発熱等を考慮して電動モータを制御する必要がある。また、最遅角となる位相等は、ＶＶＴの機械的な構造により定まるため、ＶＶＴが損傷しないように電動モータを制御する必要がある。しかしながら、特開２００４−１５０３９７号公報には、これを考慮した制御に関する記載が何等ない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、機構の破損、消費電力および発熱を抑制することができる可変バルブタイミング装置を提供することである。

第１の発明に係る可変バルブタイミング装置は、インテークバルブおよびエキゾーストバルブのうちの少なくともいずれか一方のバルブの開閉タイミングを変更する。この可変バルブタイミング装置は、制御値が大きいほど大きいトルクで作動することにより、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、制御値を制御するための制御手段と、可変バルブタイミング装置の作動状態に応じて制御値の上限値を変更するための変更手段とを含む。

第１の発明によると、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は、制御値が大きいほど大きいトルクで作動する。この制御値は、制御手段により制御される。制御値の上限値は、可変バルブタイミング装置の作動状態に応じて変更手段により変更される。これにより、たとえば上限値を小さくすると、アクチュエータのトルクが過大になることを抑制することができる。そのため、アクチュエータのトルクを抑制してアクチュエータの作動によるＶＶＴの損傷を抑制したり、アクチュエータにおける消費電力や発熱を抑制したりすることができる。その結果、機構の破損、消費電力および発熱を抑制することができる可変バルブタイミング装置を提供することができる。

第２の発明に係る可変バルブタイミング装置においては、第１の発明の構成に加え、制御手段は、制御値を制御するための第１の制御手段と、第１の制御手段よりも制御値を大きくすることが可能であるように制御値を制御するための第２の制御手段とを含む。変更手段は、可変バルブタイミング装置の作動状態に応じて第１の制御手段による制御および第２の制御手段による制御のうちのいずれか一方の制御を選択することにより、制御値の上限値を変更するための選択手段とを含む。

第２の発明によると、可変バルブタイミング装置の作動状態に応じて第１の制御手段による制御および第２の制御手段による制御のうちのいずれか一方の制御を選択することにより、制御値の上限値が変更される。第２の制御手段は、第１の制御手段よりも制御値を大きくすることが可能である。すなわち、第１の制御手段による制御値の上限値は、第２の制御手段による制御値の上限値よりも小さい。これにより、たとえば第１の制御手段による制御値の制御が選択された場合には、アクチュエータのトルクが過大になることを抑制することができる。そのため、アクチュエータのトルクを抑制してアクチュエータの作動によるＶＶＴの損傷を抑制したり、アクチュエータにおける消費電力や発熱を抑制したりすることができる。その結果、機構の破損、消費電力および発熱を抑制することができる可変バルブタイミング装置を提供することができる。

第３の発明に係る可変バルブタイミング装置においては、第２の発明の構成に加え、選択手段は、開閉タイミングが第１の領域にある場合において第１の制御手段による制御を選択し、開閉タイミングが第１の領域よりも進角側の第２の領域にある場合において第２の制御手段による制御を選択するための手段を含む。

第３の発明によると、開閉タイミングが第１の領域にある場合において第１の制御手段による制御値の制御が選択される。開閉タイミングが第１の領域よりも進角側の第２の領域にある場合において第２の制御手段による制御値の制御が選択される。これにより、開閉タイミングを遅角する場合において、第２の制御手段による制御から第１の制御手段による制御に移行することができる。そのため、可変バルブタイミング装置の構造上の制約により開閉タイミングが変化し得なくなる最遅角の状態まで開閉タイミングを遅角する際において、アクチュエータのトルクを抑制することができる。その結果、可変バルブタイミング装置が損傷することを抑制したり、開閉タイミングを最遅角の状態に維持する際における消費電力および発熱を抑制したりすることができる。

第４の発明に係る可変バルブタイミング装置においては、第２または３の発明の構成に加え、第１の制御手段は、フィードバック制御により制御値を制御するための手段を含む。第２の制御手段は、フィードバック制御により制御値を制御するための手段を含む。

第４の発明によると、フィードバック制御により、制御値を精度よく制御することができる。

第５の発明に係る可変バルブタイミング装置においては、第２または３の発明の構成に加え、第１の制御手段は、フィードフォワード制御により制御値を制御するための手段を含む。第２の制御手段は、フィードフォワード制御により制御値を制御するための手段を含む。

第５の発明によると、フィードフォワード制御により、制御値を精度よく制御することができる。

第６の発明に係る可変バルブタイミング装置においては、第２または３の発明の構成に加え、第１の制御手段は、フィードフォワード制御により制御値を制御するための手段を含む。第２の制御手段は、フィードバック制御により制御値を制御するための手段を含む。

第６の発明によると、フィードフォワード制御およびフィードバック制御により制御値を精度よく制御することができる。

第７の発明に係る可変バルブタイミング装置においては、第２または３の発明の構成に加え、第１の制御手段は、フィードバック制御により制御値を制御するための手段を含む。第２の制御手段は、フィードフォワード制御により制御値を制御するための手段を含む。

第７の発明によると、フィードバック制御およびフィードフォワード制御により制御値を精度よく制御することができる。

第８の発明に係る可変バルブタイミング装置は、第１〜７のいずれかの発明の構成に加え、制御値が大きいほどアクチュエータが大きいトルクで作動するように、アクチュエータを駆動するための駆動手段をさらに含む。制御値は、制御手段から駆動手段に出力される。

第８の発明によると、アクチュエータを駆動させるために制御手段から駆動手段に制御値が出力される可変バルブタイミング装置において、機構の破損、消費電力および発熱を抑制することができる。

第９の発明に係る可変バルブタイミング装置においては、第１〜７のいずれかの発明の構成に加え、制御値は、電圧である。

第９の発明によると、電圧に応じた強さで作動するアクチュエータを備えた可変バルブタイミング装置において、機構の破損、消費電力および発熱を抑制することができる。

第１０の発明に係る可変バルブタイミング装置においては、第１〜７のいずれかの発明の構成に加え、制御値は、電流である。

第１０の発明によると、電流に応じた強さで作動するアクチュエータを備えた可変バルブタイミング装置において、機構の破損、消費電力および発熱を抑制することができる。

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、「Ａ」バンク１０１０と「Ｂ」バンク１０１２とに、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、Ｖ型８気筒以外の形式のエンジンを用いるようにしてもよい。

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（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、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押し下げられ、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とエキゾーストカムシャフト１１３０とは、チェーンやギヤ等により連結され、同じ回転数で回転する。

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、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、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において図示せず）により作動する。電動モータ２０６０は、ＥＣＵ４０００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（インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の位相を表わす信号）が入力される。また、カムポジションセンサ５０１０からは、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の回転数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。

さらに、ＥＣＵ４０００には、回転数センサ５０４０から電動モータ２０６０の出力軸回転数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。

本実施の形態において、ＥＣＵ４０００は、図２に示すように、エンジン回転数ＮＥと吸入空気量ＫＬとをパラメータとしたマップに基づいて、インテークバルブ１１００の位相を決定する。インテークバルブ１１００の位相を決定するためのマップは、水温別に複数記憶される。

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、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。

図９に示すように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比（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）までの遅角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）から最進角までの進角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）までの中間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。

以下、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）との間の遅角領域にある場合、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）と最進角との間の進角領域にある場合、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。

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）との間の遅角領域において、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）と最進角との間の進角領域において、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）との間の遅角領域およびＣＡ（２）と最進角との間の進角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）と最進角との間の進角領域において、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）との間の遅角領域においては、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。

ところで、インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（１）とＣＡ（２）との間の中間領域にある場合、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、位相が遅角領域から進角領域に、もしくは進角領域から遅角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。

図３に戻って、電動モータ２０６０は、ＥＤＵ（Electronic Driver Unit）４００２を介して、ＥＣＵ４０００によりデューティ制御される。ここで、デューティ制御とは、ＥＤＵ４００２のスイッチング素子（図示せず）がオンにされる割合を示すデューティ比を設定し、このデューティ比でスイッチング素子を作動させることにより、電動モータ２０６０の作動電圧を制御することをいう。

すなわち、電動モータ２０６０の作動電圧は、デューティ比に応じた電圧となる。デューティ比が大きいほど、作動電圧が高くなる。作動電圧が高いほど、電動モータ２０６０で発生するトルクが大きくなる。また、電動モータ２０６０は、作動電流が高いほど、大きなトルクを発生する。

ＥＣＵ４０００が設定したデューティ比を表わす信号がＥＤＵ４００２に出力される。ＥＤＵ４００２は、デューティ比に応じた電圧を出力する。これにより、電動モータ２０６０が駆動する。

なお、デューティ比を設定する代わりに、電動モータ２０６０の作動電圧もしくは作動電流を直接設定するようにしてもよい。この場合、設定された作動電圧もしくは作動電流で電動モータ２０６０が駆動するように構成してもよい。

電動モータ２０６０の回転数は、電動モータ２０６０で発生するトルクに応じた回転数になる。電動モータ２０６０の回転数は、回転数センサ５０４０により検知され、検知結果を表す信号がＥＣＵ４０００に送信される。

図１１を参照して、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置を制御するＥＣＵ４０００が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、以下に説明するプログラムは、予め定められた周期で繰返し実行される。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ４０００は、前述の図２に示したマップを用いて、エンジン回転数ＮＥと吸入空気量ＫＬとに基づいて、インテークバルブ１１００の目標位相を決定する。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ４０００は、決定された目標位相が、インテーク用ＶＶＴ機構２０００が実現し得る位相のうち、最も遅角側の位相（以下、最遅角位相とも記載する）であるか否かを判別する。目標位相が最遅角位相であると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。もしそうでないと（Ｓ１０４にてＮＯ）、処理はＳ３００に移される。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ４０００は、カムポジションセンサ５０１０から送信された信号に基づいて、インテークカムシャフト１１２０の位相、すなわちインテークバルブ１１００の位相を検知する。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ４０００は、インテークバルブ１１００の位相がしきい値ＣＡ（ＦＦ）よりも遅角側の位相であるか否かを判別する。インテークバルブ１１００の位相がしきい値ＣＡ（ＦＦ）よりも遅角側の位相であると（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ２００に移される。もしそうでないと（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ３００に移される。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ４０００は、フィードフォワード制御により、電動モータ２０６０を制御する。フィードフォワード制御においては、ＥＤＵ４００２に対して、予め定められたＤＵＴＹ指令値（ＥＤＵ４００２に対して指令されるＤＴＵＹ比）が送信される。

本実施の形態において、フィードフォワード制御によりＥＤＵ４００２に対して送信されるＤＵＴＹ指令値は、前述した図７に示すように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００において、制御ピン２０３４がガイド溝２０４２の端部に当接する際において、インテーク用ＶＶＴ機構２０００が損傷しないような値に設定される。このＤＵＴＹ指令値は、実験はシミュレーション等により予め設定される。

Ｓ２０２にて、ＥＣＵ４０００は、フィードバック制御により電動モータ２０６０を制御する。

図１２を参照して、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置を制御するＥＣＵ４０００が、フィードバック制御により電動モータ２０６０を制御する際において実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、以下に説明するプログラムは、予め定められた周期で繰返し実行される。

Ｓ３００にて、ＥＣＵ４０００は、カムポジションセンサ５０１０から送信された信号に基づいて、インテークカムシャフト１１２０の回転数と位相（インテークバルブ１１００の位相）とを検知する。Ｓ３０２にて、ＥＣＵ４０００は、目標位相と検知された位相との差ΔＣＡを算出する。

Ｓ３０４にて、ＥＣＵ４０００は、目標位相と検知された位相との差ΔＣＡに基づいて、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との回転数差（相対回転数）の要求値（以下、要求回転数差とも記載する）を算出する。要求回転数差は、たとえばΔＣＡをパラメータとして予め作成されたマップを用いて算出される。なお、要求回転数差の算出方法はこれに限らない。

Ｓ３０６にて、ＥＣＵ４０００は、電動モータ２０６０の出力軸の回転数の要求値（以下、要求回転数とも記載する）を算出する。要求回転数は、Ｓ３０４にて算出された要求回転数差とインテークカムシャフト１１２０の回転数との和として算出される。

Ｓ３０８にて、ＥＣＵ４０００は、要求回転数に基づいて、電動モータ２０６０の基本ＤＵＴＹ比を算出する。基本ＤＵＴＹ比は、要求回転数が高いほど、より高い値に算出される。基本ＤＵＴＹ比は、たとえば要求回転数をパラメータとして予め作成されたマップを用いて算出される。なお、基本ＤＵＴＹ比の算出方法はこれに限らない。

Ｓ３１０にて、ＥＣＵ４０００は、回転数センサ５０４０から送信された信号に基づいて、電動モータ２０６０の出力軸回転数を検知する。Ｓ３１２にて、ＥＣＵ４０００は、要求回転数と検知された出力軸回転数との回転数差ΔＮを算出する。

Ｓ３１４にて、ＥＣＵ４０００は、要求回転数と検知された出力軸回転数との回転数差ΔＮに基づいて、電動モータ２０６０の補正ＤＵＴＹ比を算出する。補正ＤＵＴＹ比は、たとえば回転数差に補正係数Ｋを乗算した値として算出される。なお、補正ＤＵＴＹ比の算出方法はこれに限らない。

Ｓ３１６にて、ＥＣＵ４０００は、基本ＤＵＴＹ比と補正ＤＵＴＹ比とを加算することにより、電動モータ２０６０へのＤＵＴＹ指令値を算出する。このＤＵＴＹ指令値は、前述のＳ２００におけるＤＵＴＹ指令値よりも大きい値をとり得る。すなわち、ＤＵＴＹ指令値の上限値が大きい。

Ｓ３１８にて、ＥＣＵ４０００は、ＥＤＵ４００２に対してＤＵＴＹ指令値を送信する。すなわち、電動モータ２０６０が、ＤＵＴＹ指令値に応じた電圧で作動する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置の動作について説明する。

エンジン１０００の運転中において、前述の図２に示したマップを用いて、エンジン回転数ＮＥと吸入空気量ＫＬとに基づいて、インテークバルブ１１００の目標位相が決定される（Ｓ１００）。決定された目標位相が最遅角位相でないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、フィードバック制御により電動モータ２０６０が制御されて（Ｓ２０２）、インテークバルブ１１００の位相が制御される。

具体的には、カムポジションセンサ５０１０から送信された信号に基づいて、インテークカムシャフト１１２０の回転数と位相（インテークバルブ１１００の位相）とが検知される（Ｓ３００）。

目標位相と検知された位相との差ΔＣＡが算出され（Ｓ３０２）、ΔＣＡに基づいて、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との要求回転数差が算出される（Ｓ３０４）。

この要求回転数差とインテークカムシャフト１１２０の回転数との和として、電動モータ２０６０の出力軸の要求回転数が算出される（Ｓ３０６）。この要求回転数に基づいて、電動モータ２０６０の基本ＤＵＴＹ比が算出される（Ｓ３０８）。

さらに、回転数センサ５０４０から送信された信号に基づいて、電動モータ２０６０の出力軸回転数が検知され（Ｓ３１０）、要求回転数と検知された出力軸回転数との回転数差ΔＮが算出される（Ｓ３１２）。この回転数差ΔＮに基づいて、電動モータ２０６０の補正ＤＵＴＹ比が算出され（Ｓ３１４）、基本ＤＵＴＹ比と補正ＤＵＴＹ比とを加算することにより、電動モータ２０６０へのＤＵＴＹ指令値が算出される（Ｓ３１６）。

このようにして算出されたＤＵＴＹ指令値がＥＤＵ４００２に対して送信される（Ｓ３１８）。これにより、電動モータ２０６０が、ＤＵＴＹ指令値に応じた電圧で作動される。そのため、フィードバック制御によりインテークバルブ１１００の位相を精度よく制御することができる。

また、決定された目標位相が最遅角位相であって（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、インテークバルブ１１００の位相がしきい値ＣＡ（ＦＦ）よりも進角側の位相であると（Ｓ１０６にてＮＯ）、決定された目標位相が最遅角位相でない場合（Ｓ１０２にてＮＯ）と同様に、フィードバック制御によりインテークバルブ１１００の位相、すなわちＤＵＴＹ指令値が制御される。

一方、決定された目標位相が最遅角位相であって（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、インテークバルブ１１００の位相がしきい値ＣＡ（ＦＦ）よりも遅角側の位相である場合（Ｓ１０６にてＹＥＳ）には、フィードバック制御により位相を制御することが好ましいとは限らない。

フィードバック制御により決定されたＤＵＴＹ指令値で電動モータ２０６０を作動した場合、電動モータ２０６０の出力トルクが過大となり、インテーク用ＶＶＴ機構２０００の制御ピン２０３４がガイド溝２０４２の端部に当接する際に、インテーク用ＶＶＴ機構２０００が損傷する可能性が考えられるからである。

そこで、決定された目標位相が最遅角位相であって（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、インテークバルブ１１００がしきい値ＣＡ（ＦＦ）よりも遅角側の位相である場合（Ｓ１０６にてＹＥＳ）には、フィードバック制御に代えて、フィードフォワード制御により電動モータ２０６０が制御されて（Ｓ２００）、位相が制御される。

具体的には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００が損傷しないような値に予め定められたＤＵＴＹ指令値が、ＥＤＵ４００２に対して送信される。すなわち、インテークバルブ１１００がしきい値ＣＡ（ＦＦ）よりも進角側の位相である場合に定められるＤＵＴＹ指令値の上限値よりも小さいＤＵＴＹ指令値が、ＥＤＵ４００２に送信される。

これにより、インテーク用ＶＶＴ機構２０００の制御ピン２０３４がガイド溝２０４２の端部に当接する際の衝撃を抑制することができる。また、位相を最遅角位相に維持する際において、電動モータ２０６０における消費電力および発熱を抑制することができる。

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によれば、しきい値ＣＡ（ＦＦ）よりも遅角側の領域において、しきい値ＣＡ（ＦＦ）よりも進角側の位相である場合に定められるＤＵＴＹ指令値の上限値よりも小さいＤＵＴＹ指令値が、ＥＤＵに送信される。これにより、インテーク用ＶＶＴ機構の制御ピンがガイド溝の端部に当接する際の衝撃を抑制することができる。また、位相を最遅角位相に維持する際において、電動モータにおける消費電力および発熱を抑制することができる。そのため、インテーク用ＶＶＴ機構の損傷、電動モータにおける消費電力および発熱を抑制することができる。

なお、しきい値ＣＡ（ＦＦ）よりも遅角側の領域において設定されるＤＵＴＹ指令値を、しきい値ＣＡ（ＦＦ）よりも進角側の領域において設定されるＤＵＴＹ指令値の上限値よりも小さくする代わりに、その他、予め定められた条件が満たされた場合に設定されるＤＵＴＹ指令値を、条件が満たされない場合に設定されるＤＵＴＹ指令値の上限値より小さくするようにしてもよい。

また、しきい値ＣＡ（ＦＦ）よりも遅角側の領域で定められるＤＵＴＹ指令値を、インテークバルブ１１００の位相に応じて変更するようにしてもよい。この場合、しきい値ＣＡ（ＦＦ）よりも遅角側の領域で定められるＤＵＴＹ指令値の上限値が、しきい値ＣＡ（ＦＦ）よりも進角側の領域で定められるＤＵＴＹ指令値の上限値よりも小さくなるようにしてもよい。

＜その他の実施の形態＞
しきい値よりも遅角側の領域において設定されるＤＵＴＹ指令値の上限値が、しきい値よりも進角側の領域において設定されるＤＵＴＹ指令値の上限値よりも小さくなるように、しきい値よりも遅角側の領域およびしきい値よりも進角側の領域の両方の領域において、フィードフォワード制御により位相、すなわちデューティ指令値を制御するようにしてもよい。

また、しきい値よりも遅角側の領域において設定されるＤＵＴＹ指令値の上限値が、しきい値よりも進角側の領域において設定されるＤＵＴＹ指令値の上限値よりも小さくなるように、しきい値よりも遅角側の領域およびしきい値よりも進角側の領域の両方の領域において、フィードバック制御により位相を制御するようにしてもよい。

さらに、しきい値よりも遅角側の領域において設定されるＤＵＴＹ指令値の上限値が、しきい値よりも進角側の領域において設定されるＤＵＴＹ指令値の上限値よりも小さくなるように、しきい値よりも遅角側の領域においてフィードバック制御により位相を制御し、しきい値よりも進角側の領域においてフィードフォワード制御により位相を制御するようにしてもよい。

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。 インテークバルブ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機構全体としての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バルブの位相との関係を示す図である。 図１のＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャート（その１）である。 図１のＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャート（その２）である。

符号の説明

１０００ エンジン、１０１０ 「Ａ」バンク、１０１２ 「Ｂ」バンク、１０２０ エアクリーナ、１０３０ スロットルバルブ、１０４０ シリンダ、１０５０ インジェクタ、１０６０ 点火プラグ、１０７０ 三元触媒、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、２０００ インテーク用ＶＶＴ機構、２０１０ スプロケット、２０２０ カムプレート、２０３０ リンク機構、２０３１ アーム（１）、２０３２ アーム（２）、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、２０７０ ピン（１）、２０７２ ピン（２）、２０７４ ピン（３）、２０７６ ピン（４）、３０００ エキゾースト用ＶＶＴ機構、４０００ ＥＣＵ、４００２ 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。

Claims (9)

1. インテークバルブおよびエキゾーストバルブのうちの少なくともいずれか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、
   入力された制御指令値が大きいほど出力トルクが大きくなるように制御されるアクチュエータと、
   前記アクチュエータによって駆動され、前記バルブの開閉タイミングを最遅角タイミングから最進角タイミングの間で変更させる変更機構と、
   前記アクチュエータに入力される制御指令値を制御するための第１の制御手段と、
   前記第１の制御手段よりも制御指令値を大きくすることが可能であるように、アクチュエータに入力される制御指令値を制御するための第２の制御手段とを備え、
   前記バルブの開閉タイミングが、前記開閉タイミングの変化が機械的に制約されるように構成された所定の開閉タイミングを含む第１の領域に含まれる場合において、前記所定の開閉タイミングに向かって前記開閉タイミングが変化するときに、前記所定の開閉タイミングに到達する前に予め前記制御指令値を減少するように前記第１の制御手段によって前記アクチュエータを制御する一方で、前記バルブの開閉タイミングが第２の領域に含まれる場合において前記第２の制御手段によって前記アクチュエータを制御することを特徴とする、可変バルブタイミング装置。
2. 前記所定の開閉タイミングは、前記最遅角タイミングであり、
   前記第２の領域は、前記第１の領域よりも進角側であることを特徴とする、請求項１に記載の可変バルブタイミング装置。
3. 前記第１の制御手段は、フィードバック制御により前記制御指令値を制御するための手段を含み、
   前記第２の制御手段は、フィードバック制御により前記制御指令値を制御するための手段を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の可変バルブタイミング装置。
4. 前記第１の制御手段は、フィードフォワード制御により前記制御指令値を制御するための手段を含み、
   前記第２の制御手段は、フィードフォワード制御により前記制御指令値を制御するための手段を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の可変バルブタイミング装置。
5. 前記第１の制御手段は、フィードフォワード制御により前記制御指令値を制御するための手段を含み、
   前記第２の制御手段は、フィードバック制御により前記制御指令値を制御するための手段を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の可変バルブタイミング装置。
6. 前記第１の制御手段は、フィードバック制御により前記制御指令値を制御するための手段を含み、
   前記第２の制御手段は、フィードフォワード制御により前記制御指令値を制御するための手段を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の可変バルブタイミング装置。
7. 前記可変バルブタイミング装置は、
   前記制御指令値が大きいほど前記アクチュエータの出力トルクが大きくなるように、前記アクチュエータを駆動するための駆動手段をさらに含み、
   前記制御指令値は、前記第１または前記第２の制御手段から前記駆動手段に出力されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の可変バルブタイミング装置。
8. 前記制御指令値は、電圧の指令値であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の可変バルブタイミング装置。
9. 前記制御指令値は、電流の指令値であることを特徴とする、請求項１〜６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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