JP5396101B2 - 可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータによって駆動され、エンジンバルブの開特性を可変とする可変動弁機構の制御装置に関する。

特許文献１には、３相ブラシレスモータによってコントロールシャフトを軸方向に変位させることで、吸気バルブのバルブ特性（吸気バルブの最大リフト量及び吸気カムの作用角）を可変とする可変動弁機構が開示されている。

特開２００７‐２８８９４８号公報

ブラシレスモータをアクチュエータとして用いる可変動弁機構においては、従来、ブラシレスモータの電気角を検出するセンサと、エンジンバルブ（吸気バルブ・排気バルブ）の開特性（バルブ特性）を検出するためのセンサとをそれぞれに備え、電気角の検出と開特性の検出とをそれぞれのセンサからの出力信号に基づいて個別に行っていた。

このため、可変動弁機構の制御系で用いるセンサ数が多いという問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、可変動弁機構の制御系で用いるセンサ数を削減できるようにすることを目的とする。

そのため、本願発明では、ブラシレスモータの出力軸が単位機械角だけ回転する毎にパルス信号を発生する回転角センサを備え、前記ブラシレスモータによって回転駆動される制御軸の角度に応じてエンジンバルブの開特性を可変とする可変動弁機構に適用される制御装置であって、前記回転角センサのパルス信号に基づき前記ブラシレスモータの磁極位置を検出して前記ブラシレスモータの駆動パターンを切り替え、前記回転角センサのパルス信号に基づき前記制御軸の角度を検出して前記ブラシレスモータのトルクを制御することで前記制御軸の角度をエンジン運転状態に応じた角度にするようにした。
また、本願発明では、前記磁極位置及び前記制御軸の角度の情報がない場合、又は、セルフシャット期間において、前記制御軸の回転がストッパで規制される位置にまで前記制御軸を回転させ、前記磁極位置の検出値及び前記制御軸の角度の検出値を初期化するようにした。
また、本願発明では、３相ブラシレスモータの出力軸が単位機械角だけ回転する毎にパルス信号を発生する回転角センサと、前記３相ブラシレスモータの永久磁石回転子による磁界の変化を検出する１つの磁極位置センサとを備え、前記磁極位置センサの出力によって磁極位置が検出される電気角１８０deg毎に、前記回転角センサのパルス信号に基づく磁極位置の検出値をリセットするようにした。
また、本願発明では、３相ブラシレスモータの出力軸が単位機械角だけ回転する毎にパルス信号を発生する回転角センサを備えると共に、前記３相ブラシレスモータの永久磁石回転子による磁界の変化を検出する２つの磁極位置センサを電気角９０degの位相差でパルス信号を発生するように設け、前記磁極位置センサの出力によって磁極位置が検出される電気角９０deg毎に、前記回転角センサのパルス信号に基づく磁極位置の検出値をリセットするようにした。

上記発明によると、ブラシレスモータの出力軸が単位機械角だけ回転する毎にパルス信号を発生する回転角センサを用いて、ブラシレスモータの磁極位置及び可変動弁機構の制御軸の角度を検出するので、センサを削減できる。

本発明に係る制御装置が適用される車両用内燃機関（エンジン）を示す全体構成図である。 内燃機関に備えられる可変作動角・リフト機構を示す斜視図である。 前記可変作動角・リフト機構の部分拡大図である。 内燃機関に備えられる可変バルブタイミング機構を示す断面図である。 前記可変作動角・リフト機構及び可変バルブタイミング機構による吸気バルブの開特性（最大バルブリフト量ＶＬ、バルブ作動ＯＡ、中心位相ＳＰ）の変化を示すグラフである。 第１実施形態における回転角センサの出力特性、及び、回転角・磁極位置の検出処理の様子を示すタイムチャートである。 第１実施形態における可変作動角・リフト機構の駆動系を示すブロック図である。 前記内燃機関の制御システムの詳細を示すブロック図である。 前記可変作動角・リフト機構に用いられるブラシレスモータ及びモータ駆動回路を示す回路図である。 第１実施形態におけるモータ制御を示すフローチャートである。 第１実施形態におけるモータ回転角及び磁極位置の初期化処理を示すフローチャートである。 第１実施形態における通常制御不許可時処理（電源オフ時処理）を示すフローチャートである。 第２実施形態における可変作動角・リフト機構の駆動系を示すブロック図である。 第２実施形態における回転角センサ及び磁極位置センサの出力特性、及び、回転角・磁極位置の検出処理の様子を示すタイムチャートである。 第２実施形態における磁極位置の演算処理を示すフローチャートである。 第２実施形態におけるモータ回転角及び磁極位置の初期化処理を示すフローチャートである。 第２実施形態における学習処理を示すフローチャートである。 図１７のフローチャートに従った学習処理を説明するためのタイムチャートである。 第３実施形態における可変作動角・リフト機構の駆動系を示すブロック図である。 第３実施形態における回転角センサ及び磁極位置センサの出力特性、及び、回転角・磁極位置の検出処理の様子を示すタイムチャートである。 第３実施形態におけるモータ制御を示すフローチャートである。 第３実施形態におけるモータ回転角の初期化処理を示すフローチャートである。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る制御装置が適用される車両用内燃機関のシステム構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１０１は、例えば直列４気筒ガソリン機関である。
前記内燃機関１０１において、各気筒に空気を導入するための吸気管１０２には、内燃機関１０１の吸入空気流量ＱＡを検出する吸入空気量センサ１０３が設けられている。

前記吸入空気量センサ１０３としては、例えば、熱線式流量計などが用いられる。
各気筒の燃焼室１０４の吸気口を開閉する吸気バルブ１０５が設けられ、該吸気バルブ１０５上流側の吸気管１０２には、気筒毎に燃料噴射弁１０６が配置される。

前記燃料噴射弁１０６には、前記燃料噴射弁１０６の開弁時間に比例する燃料が噴射されるように圧力が調整された燃料が供給される。
前記燃料噴射弁１０６から噴射された燃料は、吸気バルブ１０５を介して燃焼室１０４内に空気と共に吸引され、点火プラグ１０７による火花点火によって着火燃焼し、該燃焼による圧力がピストン１０８をクランク軸１０９に向けて押し下げることで、前記クランク軸１０９を回転駆動する。

尚、燃料噴射弁１０６から燃焼室１０４内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関であっても良い。
また、前記燃焼室１０４の排気口を開閉する排気バルブ１１０が設けられ、該排気バルブ１１０が開くことで排ガスが排気管１１１に排出される。

前記排気管１１１には、三元触媒等の排気浄化触媒を備えた触媒コンバータ１１２が介装されており、排ガス中の有害成分は、前記触媒コンバータ１１２によって無害成分に転換され、排出される。

前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１１０は、クランク軸１０９を介して回転駆動されるカム軸の回転によって開動作する。
前記排気バルブ１１０は、一定の開特性（最大バルブリフト量・バルブ作動角・バルブタイミング）で開動作するが、前記吸気バルブ１０５の開特性（最大バルブリフト量・バルブ作動角・バルブタイミング）は、可変作動角・リフト機構１１３及び可変バルブタイミング機構１１４によって変更可能となっている。

前記可変作動角・リフト機構１１３は、吸気バルブ１０５のバルブ作動角（開弁期間の角度）を最大バルブリフト量と共に連続的に変化させる機構であり、前記可変バルブタイミング機構１１４は、クランク軸１０９に対する後述の吸気カム軸１１５の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相を進角・遅角変化させる機構である。

尚、最大バルブリフト量とは、吸気バルブ（エンジンバルブ）１０５の開弁期間中におけるバルブリフト量の最大値を示すものとする。
また、前記点火プラグ１０７それぞれには、点火プラグ１０７に対して点火エネルギを供給する点火モジュール１１６が直付けされている。

前記点火モジュール１１６は、点火コイルと該点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタとを含んで構成される。
前記燃料噴射弁１０６，可変作動角・リフト機構１１３，可変バルブタイミング機構１１４及び点火モジュール１１６は、制御装置２０１から出力される操作信号によって動作する。

前記制御装置２０１は、マイクロコンピュータを含んで構成され、各種センサ・スイッチからの信号を入力し、予め記憶されたプログラムに従った演算処理を行うことで、前記燃料噴射弁１０６，可変作動角・リフト機構１１３，可変バルブタイミング機構１１４及び点火モジュール１１６それぞれの操作信号（操作量）を決定し出力する。

図２は、前記可変作動角・リフト機構１１３（可変動弁機構）の構造を示す斜視図である。
前記吸気バルブ１０５の上方に、前記クランク軸１０９によって回転駆動される吸気カム軸１１５が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。

前記吸気カム軸１１５には、吸気バルブ１０５のバルブリフタ１０５ａに当接して吸気バルブ１０５を開駆動する揺動カム４が相対回転可能に外嵌されている。
前記吸気カム軸１１５と揺動カム４との間には、吸気バルブ１０５のバルブ作動角を最大バルブリフト量と共に連続的に変更するための可変作動角・リフト機構１１３が設けられている。

また、前記吸気カム軸１１５の一端部には、クランク軸１０９に対する前記吸気カム軸１１５の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相を連続的に変更する可変バルブタイミング機構１１４が配設されている。

前記可変作動角・リフト機構１１３は、図２及び図３に示すように、吸気カム軸１１５に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム１１と、この駆動カム１１に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１２と、吸気カム軸１１５と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム１４と、この制御カム１４に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク１２の先端に連結されたロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺動カム４とに連結されたロッド状リンク１６と、を有している。

前記制御軸１３には、モータ１７の回転駆動力が減速機構（ギア列）１８を介して伝達される。
前記制御軸１３には可動側ストッパ部１３Ａが一体的に設けられており、この可動側ストッパ部１３Ａが図外の固定側ストッパ部に突き当たることで、制御軸１３の回転範囲が規制されるようになっている。

前記減速機構１８は、モータ出力軸１７Ａの回転を制御軸１３側に伝達するものの、制御軸１３側からモータ出力軸１７Ａに向けての回転駆動力を伝達しない非可逆の特性のものである。

尚、モータ１７として本実施形態では、３相のＤＣブラシレスモータを用いる。
上記の構成により、クランク軸１０９に連動して吸気カム軸１１５が回転すると、駆動カム１１を介してリング状リンク１２が略並進移動すると共に、ロッカアーム１５が制御カム１４の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して吸気バルブ１０５が開閉駆動される。

また、前記モータ１７を駆動制御して制御軸１３の角度を変化させることにより、ロッカアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の軸心位置が変化して揺動カム４の姿勢が変化する。

これにより、図５の矢印３０１に示すように、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相ＳＰが略一定のままで、吸気バルブ１０５のバルブ作動角ＯＡが最大バルブリフト量ＶＬと共に連続的に変化する。

尚、バルブ作動角が最大バルブリフト量と共に連続的に変化すると同時に、バルブ作動角の中心位相が変化するように、前記可変作動角・リフト機構１１３を構成することも可能である。

図４は、前記可変バルブタイミング機構１１４の構造を示す。
前記可変バルブタイミング機構１１４は、クランク軸１０９によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット５１（タイミングスプロケット）と、前記吸気カム軸１１５の端部に固定されてカムスプロケット５１内に回転自在に収容された回転部材５３と、該回転部材５３をカムスプロケット５１に対して相対的に回転させる油圧回路５４と、カムスプロケット５１と回転部材５３との相対回転位置を初期位置で選択的にロックするロック機構６０とを備えている。

前記カムスプロケット５１は、外周にタイミングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部を有する回転部（図示省略）と、該回転部の前方に配置されて前記回転部材５３を回転自在に収容するハウジング５６と、該ハウジング５６の前後開口を閉塞するフロントカバー，リアカバー（図示省略）とから構成される。

前記ハウジング５６は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面には、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング５６の軸方向に沿って設けられる４つの隔壁部６３が９０°間隔で突設されている。

前記回転部材５３は、吸気カムシャフト３の前端部に固定されており、円環状の基部７７の外周面に９０°間隔で４つのベーン７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄが設けられている。

前記第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部６３間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン７８ａ〜７８ｄの両側と各隔壁部６３の両側面との間に、進角側油圧室８２と遅角側油圧室８３を構成する。

前記ロック機構６０は、ロックピン８４が、回転部材５３の初期位置において係合孔（図示省略）に係入するようになっている。
前記油圧回路５４は、進角側油圧室８２に対して油圧を給排する第１油圧通路９１と、遅角側油圧室８３に対して油圧を給排する第２油圧通路９２との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路９１，９２には、供給通路９３とドレン通路９４ａ，９４ｂとがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁９５を介して接続されている。

前記供給通路９３には、オイルパン９６内の油を圧送する機関駆動のオイルポンプ９７が設けられている一方、ドレン通路９４ａ，９４ｂの下流端がオイルパン９６に連通している。

前記第１油圧通路９１は、回転部材５３の基部７７内に略放射状に形成されて各進角側油圧室８２に連通する４本の分岐路９１ｄに接続され、第２油圧通路９２は、各遅角側油圧室８３に開口する４つの油孔９２ｄに接続される。

前記電磁切換弁９５は、内部のスプール弁体が各油圧通路９１，９２と供給通路９３及びドレン通路９４ａ，９４ｂとを相対的に切り換え制御するようになっている。
前記制御装置２０１は、前記電磁切換弁９５を駆動する電磁アクチュエータ９９に対する通電量を、ディザ信号が重畳されたデューティ制御信号（操作量）に基づいて制御する。

可変バルブタイミング機構１１４においては、電磁アクチュエータ９９にデューティ比（オン時間割合）０％のオフ制御信号を出力すると、オイルポンプ４７から圧送された作動油は、第２油圧通路９２を通って遅角側油圧室８３に供給されると共に、進角側油圧室８２内の作動油が、第１油圧通路９１を通って第１ドレン通路９４ａからオイルパン９６内に排出されるようにしてある。

従って、電磁アクチュエータ９９にデューティ比０％のオフ制御信号を出力すると、遅角側油圧室８３の内圧が高くなる一方で、進角側油圧室８２の内圧が低くなり、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｂを介して最大遅角側に回転し、この結果、吸気バルブ１０５の開期間（バルブ作動角の中心位相）がピストン位置に対して相対的に遅角変化する。

即ち、電磁アクチュエータ９９への通電を遮断すると、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相は遅角変化し、最終的には、最遅角位置で停止する。
また、電磁アクチュエータ９９にデューティ比１００％のオン制御信号を出力すると、作動油は、第１油圧通路９１を通って進角側油圧室８２内に供給されると共に、遅角側油圧室８３内の作動油が第２油圧通路９２及び第２ドレン通路９４ｂを通ってオイルパン９６に排出され、遅角側油圧室８３が低圧になる。

このため、電磁アクチュエータ９９にデューティ比１００％のオン制御信号を出力すると、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｄを介して進角側へ最大に回転し、これによって、吸気バルブ１０５の開期間（バルブ作動角の中心位相）がピストン位置に対して相対的に進角変化する。

このように、前記可変バルブタイミング機構１１４は、図５の矢印３０２に示すように、吸気バルブ１０５のバルブ作動角ＯＡ及び最大バルブリフト量ＶＬを変えずに、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相ＳＰを進・遅角変化させる機構であり、前記制御信号のデューティ比を変更することで、最遅角位置から最進角位置までの間の任意の位置にバルブ作動角の中心位相を変化させることができる。

尚、吸気バルブ１０５のバルブ作動角・最大バルブリフト量を連続的に可変とする可変作動角・リフト機構１１３、及び、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相を連続的に可変とする可変バルブタイミング機構１１４は、上記の図２〜４に示したものに限定されない。

例えば、可変バルブタイミング機構１１４としては、上記のベーン式の他、歯車を用いてクランク軸１０９に対し前記吸気カム軸１１５を相対回転させる機構などを用いることができ、更に、油圧アクチュエータの他、モータや電磁ブレーキをアクチュエータとして用いる機構を採用できる。

また、可変作動角・リフト機構１１３として、モータ１７によって制御軸を軸方向に変位させることで、吸気バルブ１０５のバルブ作動角・最大バルブリフト量を可変とする機構を用いることができる。

更に、前記可変作動角・リフト機構１１３及び／又は可変バルブタイミング機構１１４を、排気バルブ１１０に適用することも可能である。
ここで、前記モータ（ブラシレスモータ）１７の出力軸（減速機構１８の入力軸）の回転に同期するパルス信号を発生する、換言すれば、出力軸１７が単位機械角だけ回転する毎にパルス信号を発生する２つの回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂが、前記モータ（ブラシレスモータ）１７のケーシング内に配設され、前記回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂからのパルス信号は、前記制御装置２０１に入力される。

前記回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂは、ロータリーエンコーダであり、例えば、磁気式や光学式のセンサが用いられる。
また、前記回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂからそれぞれ出力されるパルス信号は、図６に示すように、相互に１／４周期だけずれて出力されるように設定され、例えば、回転角センサ２０２Ａから出力されるパルス信号の立ち上がり時において、回転角センサ２０２Ｂの出力信号がハイレベルであるかローレベルであるかによって、モータ１７の出力軸（モータ軸）の正転・逆転を判断できるようになっている。

図７は、モータ１７の駆動系を簡略化して示すものであり、モータ１７の出力軸１７Ａの回転は、非可逆の減速機構（ギア列）１８を介して可変作動角・リフト機構１１３（制御軸１３）に伝達される。

前記回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂは、前記モータ１７の出力軸１７Ａの回転に同期するパルス信号を発生し、該パルス信号は、制御装置２０１を構成するＶＥＬコントローラ２１３に入力される。

そして、前記ＶＥＬコントローラ２１３は、機関運転条件（機関負荷・機関回転速度など）に基づいて演算される吸気バルブ１０５の目標作動角・目標最大リフト量（制御軸１３の目標角度）と、前記回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂからのパルス信号とに基づいて、実際のバルブ作動角・最大リフト量（実際の制御軸１３の角度）を目標に近づけるように、モータ１７の各相Ｕ，Ｖ，Ｗ（各コイル）への通電をフィードバック制御する。

尚、本実施形態では、回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂをモータ１７のケーシング内に配設したが、出力軸１７Ａのうちのケーシング外に延設される部分に、回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂを配設することができる。

また、前記出力軸１７Ａの回転角（機械角）を検出するセンサとして、前記回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂに代えて、例えば、回転方向によってパルス信号のハイレベル又はローレベルが変化することで、１つのパルス信号で回転方向の判別を行えるセンサを用いたり、出力軸１７Ａの回転に応じて出力が連続的に変化するセンサを用いたりすることができ、正転・逆転を検出できる公知の回転角（機械角）センサを適用できる。

前記制御装置２０１は、機関運転条件（機関負荷・機関回転速度など）に基づいて吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相の目標進角量を演算し、クランク角センサ２０３及びカムセンサ２０４の出力信号に基づいて検出される実際の進角量が前記目標進角量に近づくように、前記実際の進角量と目標進角量との偏差に基づいて、電磁アクチュエータ９９に出力する制御信号のデューティ比（操作量）をフィードバック制御する。

前記クランク角センサ２０３は、クランク軸１０９に軸支したシグナルプレート２０３ａの周縁に等間隔で形成された突起部２０３ｂを、ピックアップ２０３ｃで検出することで、単位クランク角毎のポジション信号ＰＯＳを出力すると共に、前記シグナルプレート２０３ａに１８０deg間隔で２箇所に形成した突起部２０３ｄをピックアップ２０３ｅで検出することで、各気筒の基準ピストン位置毎のリファレンス信号ＲＥＦを出力する。

前記制御装置２０１では、クランク角センサ２０３の出力信号（ポジション信号ＰＯＳ又はリファレンス信号ＲＥＦ）に基づいて内燃機関１０１の回転速度ＮＥを算出する。
一方、前記カムセンサ２０４は、前記リファレンス信号ＲＥＦの発生間隔期間において、気筒番号を示す数のカム信号ＣＡＭを出力し、可変バルブタイミング機構１１４によってクランク軸１０９に対する吸気カム軸１１５の位相が変化すると、前記リファレンス信号ＲＥＦの出力位置に対するカム信号ＣＡＭの出力位置が変化する。

従って、例えば、前記リファレンス信号ＲＥＦが発生してからカム信号ＣＡＭが発生するまでの角度を計測することで、可変バルブタイミング機構１１４による中心位相の進角量（クランク軸１０９に対する吸気カム軸１１５の位相変化量）を検出することができる。

尚、前記カム信号ＣＡＭの発生位置は、可変バルブタイミング機構１１４によって吸気カム軸１１５の位相を変化させても、リファレンス信号ＲＥＦの出力位置を超えて変化することがないように設定されている。

前記制御装置２０１には、上記吸入空気量センサ１０３，回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂ，クランク角センサ２０３及びカムセンサ２０４の出力信号が入力される他、内燃機関１０１の運転・停止のメインスイッチであるイグニッションスイッチ（ＩＧＮスイッチ）２０５の信号、アクセルセンサ２０６からのアクセルペダル２０７の開度信号ＡＣＣ、水温センサ２０８からの冷却水温度信号ＴＷ、空燃比センサ２０９からの空燃比信号ＡＦなどが入力される。

前記空燃比センサ２０９は、排気管１１１に設けられ、内燃機関１０１の空燃比と密接な関係にある排気中の酸素濃度に感応して出力が変化するセンサ（酸素濃度センサ）である。

図８は、前記制御装置２０１の詳細構成を示す図であり、前記制御装置２０１は、内燃機関１０１の点火や燃料噴射を制御するＥＣＭ２１４と、前記可変作動角・リフト機構１１３のモータ１７を駆動する駆動回路（インバータ）２１２と、前記駆動回路２１２を制御するＶＥＬコントローラ２１３とを備えている。

前記ＥＣＭ２１４には、前記水温センサ２０８やクランク角センサ２０３などの内燃機関１０１の運転状態を検出する各種センサ・スイッチからの信号が入力されると共に、アクセルセンサ２０６などの車両の運転状態を検出するセンサ・スイッチからの信号が入力され、これらの信号に基づいて、前記点火モジュール１１６や燃料噴射弁１０６に対して制御信号を出力する。

また、前記ＥＣＭ２１４は、前記各種センサ・スイッチからの信号に基づいて、前記可変作動角・リフト機構１１３の制御軸１３の目標角度（目標作動角・目標最大リフト量）を演算して、前記ＶＥＬコントローラ２１３に出力する。

前記ＶＥＬコントローラ２１３には、前述のように、前記回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂからのパルス信号が入力されると共に、前記ＥＣＭ２１４からの目標角度信号が入力され、実際の制御軸１３の角度が前記目標角度に近づくように、モータ１７の駆動回路２１２に含まれるスイッチング素子の制御信号を出力する。

図９は、前記駆動回路２１２及びモータ１７の詳細を示す。
前記モータ１７は、前述のようにブラシレスモータ（ＢＬＭ）であり、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相巻線２１５Ｕ，２１５Ｖ，２１５Ｗが、図示省略した円筒状の固定子に設けられ、該固定子の中央部に形成された空間に永久磁石回転子２１６が配置される。

そして、駆動回路２１２は、例えばＩＧＢＴからなる６個のスイッチング素子２１７ａ〜２１７ｆを３相ブリッジ接続し、かつ、各スイッチング素子２１７ａ〜２１７ｆに逆並列にダイオード２１８ａ〜２１８ｆをそれぞれ接続して構成され、かつ、電源回路２１９を有している。

前記スイッチング素子２１７ａ〜２１７ｆの制御端子（ゲート端子）は、前記ＶＥＬコントローラ２１３に接続されている。
以下では、前記回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂの出力パルスに基づく出力軸１７Ａの角度検出、及び、前記モータ１７の駆動制御を詳細に説明する。

図１０のフローチャートは、ＶＥＬコントローラ２１３によって実行される、可変作動角・リフト機構１１３（可変動弁機構）の制御、即ち、出力軸１７Ａの角度検出及びモータ１７の駆動制御の流れ（第１実施形態）を示す。

図１０のフローチャートに示すルーチンは、微小時間毎に割り込み実行されるようになっており、まず、ステップＳ１００１では、可変作動角・リフト機構１１３の通常制御が許可されているか否かを判断する。

前記通常制御の許可条件には、例えば、可変作動角・リフト機構１１３や駆動回路２１２の異常が診断されていないこと、イグニッションスイッチ２０５のオン状態であることなどが含まれる。

前記制御許可条件が成立している場合には、ステップＳ１００２へ進み、出力軸１７Ａの基準位置からの回転角（機械角）の情報（絶対モータ回転角）、及び、モータ１７の磁極位置（電気角）の情報があるか否かを判断する。

換言すれば、回転角（機械角）及び磁極位置（電気角）の初期化が済んでいて、回転角（機械角）及び磁極位置（電気角）の検出が可能になっており、前回値として回転角検出値及び磁極位置のデータが記憶されているか否かを判断する。

前記初期化とは、後述するように、制御軸１３の回転が制限される最小バルブ作動角側のストッパ位置での回転角を０deg（既定値）に設定し、かつ、前記ストッパ位置での磁極位置を初期値として記憶する処理である。

回転角及び磁極位置の情報がある場合には、ステップＳ１００３（回転角検出手段）へ進み、モータ１７の出力軸１７Ａの回転角θ（deg）を更新演算する。
具体的には、本ルーチンの前回実行時に求めた回転角θoldと、前回実行時からの角度変化量Δθとから、現時点での回転角θを下式に従って更新する。

前記角度変化量Δθは、前記回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂから出力されるパルス信号の立ち上がり及び立ち下がりを計数することで求められ、バルブ作動角・最大バルブリフト量の増大方向を正転方向、減少方向を逆転方向とし、正転方向の角度変化をプラスの値で示し、逆転方向の角度変化をマイナスで示すものとする。

更に、回転角θ（絶対モータ回転角：機械角）は、後述するように、最小バルブ作動角側のストッパ位置で０degに初期化されるので、出力軸１７Ａが、最小バルブ作動角側のストッパ位置からバルブ作動角を増大させる方向にどれだけ回転したかを示すことになる。

図６は、前記回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂからのパルス信号の立ち上がり及び立ち下がりの計数による回転角θの検出を示すタイムチャートであり、回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂからのパルス信号の立ち上がり又は立ち下がりを検出すると、回転角センサ２０２Ａのパルス信号と回転角センサ２０２Ｂのパルス信号との位相差に相当する角度分だけ回転角θのデータを前回値から変化させることで、ストッパ位置（基準位置）からの出力軸１７Ａの回転角が検出される。

ステップＳ１００３で、モータ１７の出力軸１７Ａの回転角θ（基準位置からの角度変化）を演算すると、次のステップＳ１００４では、前記回転角θを可変作動角・リフト機構１１３の制御量に変換する。

前記制御量として、前記制御軸１３の角度を、前記出力軸１７Ａの回転角θ及び前記減速機構１８の減速比に基づいて算出することができ、また、前記回転角θをバルブ作動角又はバルブリフト量に変換することができる。

ステップＳ１００５では、可変作動角・リフト機構１１３の制御量の目標値を読み込み、ステップＳ１００６では、前記ステップＳ１００４で求めた制御量とステップＳ１００５で読み込んだ目標値とからモータ１７への指令トルクを演算する。

例えば、制御量を制御軸１３の角度とする場合には、前記指令トルクは、数２に示すように、角度エラーに基づく比例・積分・微分処理によって算出される。

尚、数２において、Ｐは比例ゲイン、Ｉは積分ゲイン、Ｄは微分ゲインであり、予め実機若しくはモデルを用いて適合された値を記憶しておいて用いる。
ステップＳ１００７（磁極位置検出手段）では、モータ１７における磁極位置の演算を行う。

前記磁極位置（deg）は、本ルーチンの前回実行時における磁極位置（電気角）と、前回実行時からの出力軸１７Ａの角度変化量Δθと、モータロータに取り付けられたマグネットのＮ極・Ｓ極の対数である極対数とから、数３に従って演算される。

本実施形態では、図９に示したように前記極対数は１である。
前記磁極位置（deg）のデータは、図６に示したように３６０degに達する毎に０degにリセットされるようにしてある。

前記磁極位置の推定値は、磁極位置センサの１周期（電気角３６０deg）に相当し、前記磁極位置の推定値から電気角６０deg毎に駆動パターンの切り替え信号を生成することができる。

上記のように、本実施形態では、磁極位置センサを用いずに、回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂの信号から可変作動角・リフト機構１１３の制御量（制御軸１３の角度）及び磁極位置を検出するので、ブラシレスモータ１７をアクチュエータとする可変作動角・リフト機構１１３の制御系で用いるセンサ数を削減することができる。

３相ブラシレスモータにおいては、モータロータの周囲に磁極位置センサを１２０deg間隔で３つ配置し、これらの磁極位置センサから１２０degの位相差で出力されるパルス信号に基づいて６０deg毎に駆動信号を切り換えて、各相Ｕ，Ｖ，Ｗへの通電を制御するが、上記実施形態では、前記磁極位置センサの信号を用いずに磁極位置を検出するので、３つの磁極位置センサを削減できたことになる。

そして、センサ数を削減することで、システムコストを低下させることができる。
また、ブラシレスモータ１７の駆動パターンの切り替えタイミングを、誘起電圧等から判断する場合（センサレス制御を行わせる場合）には、ノイズの影響などによって適切な駆動信号を出力することができなくなる場合があるが、回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂの信号を用いて磁極位置を推定させれば、ノイズ影響による制御性の低下を小さくできる。

ステップＳ１００８（制御手段）では、指令トルク、磁極位置、ロータ角速度、３相電流の検出値に基づき３相電圧Ｖu、Ｖv、Ｖwを設定し、該３相電圧Ｖu、Ｖv、Ｖwを駆動回路２１２に出力する、モータ制御を実行する。

具体的には、３相電流の検出値を、そのときのロータ角度に基づいて２軸の回転座標系（ｄ−ｑ座標系）の電流Ｉｄ，Ｉｑに変換する一方、指令トルクをトルク定数Ｋｔで除算して得られる目標電流と磁極位置と角速度と電流Ｉｄ，Ｉｑとから、ｄ−ｑ座標系におけるｄ軸電流指令値Ｉdref及びｑ軸電流指令値Ｉqrefを算出する。

そして、指令電流Ｉdref及びｑ軸電流指令値Ｉqrefと算出電流Ｉｑ，Ｉｄを比較してフィードバックし、指令電圧Ｖｑ，Ｖｄを算出し、該指令電圧Ｖｑ，Ｖｄを３相電圧Ｖu、Ｖv、Ｖwに変換する。

一方、前記ステップＳ１００２で回転角及び磁極位置の情報がないと判断された場合には、ステップＳ１００９へ進み、初期化処理を実行する。
前記初期化処理の詳細は、図１１のフローチャートに示してある。

まず、ステップＳ１１０１では、公知であるブラシレスモータのセンサレス制御によって、吸気バルブ１０５のバルブ作動角（バルブリフト量）が小さくなる方向（換言すれば、内燃機関１０１の吸入空気量が低減する方向）に向けて制御軸１３を回動させるべく、モータ１７を回転駆動する。

制御軸１３の回転は、バルブ作動角の最小側と最大側との双方においてストッパで規制されるようになっており、最小バルブ作動角側のストッパと、最大バルブ作動角側のストッパとのいずれかに突き当て、制御軸１３の角度を機械的に決められる既定値にすることで、初期化処理を行えるが、最小バルブ作動角側のストッパに突き当てて初期化することで、運転者に意図に反した機関出力の増大を避けることができる。

即ち、制御軸１３を最小バルブ作動角側のストッパに突き当てるようにすることは、吸気バルブ１０５のバルブ作動角及びバルブリフト量を可変範囲の最小値に制御することになり、バルブ作動角及びバルブリフト量を小さくすることで、内燃機関１０１の吸入空気量が減って機関出力が低下するから、初期化処理に伴って機関出力が増えてしまうことが避けられる。

前記センサレス制御としては、例えば、以下のような制御がある。
各相への通電を電気角１８０degの内の１２０degの区間のみ行わせる所謂１２０deg通電を行うと、通電しない残りの６０degの区間において各相の誘起電圧が発生するので、この６０degの区間の各相の端子電圧と基準電圧とを比較して、何れかの相でそれらがクロスする時点、即ち、ゼロクロス点を求め、検出したゼロクロス点の間隔を６０degに相当する期間として、ゼロクロス点から３０deg遅延した時点で、各相のステータ巻線への通電を切換える。

尚、前記センサレス制御において、ブラシレスモータの起動時には、強制的に巻線に通電して、回転磁界を発生させる強制転流を行う。
また、センサレス制御における相電流の切り替えを、電流検出値に基づいて行わせることもできる。

ステップＳ１１０２では、前記誘起電圧に基づく磁極位置（電気角）の推定が可能になっているか否か、換言すれば、前記ゼロクロス点の検出が可能な誘起電圧の発生状態であるか否かを判断する。

モータ１７を起動した直後の低回転時には誘起電圧が小さく、ゼロクロス点の検出が行えないので、前記強制転流においては、誘起電圧が基準電圧を越える回転速度まで上昇するように、強制的にステータ巻線への通電を行うが、誘起電圧が基準電圧を越えるようになるまでは、磁極位置（電気角）の推定は行えないことになる。

ステップＳ１１０２で磁極位置（電気角）の推定が可能であると判断されると、ステップＳ１１０３に進んで、前記ゼロクロス点の検出に基づく磁極位置の推定を行ったのち、ステップＳ１１０４へ進む。

一方、ステップＳ１１０２で磁極位置（電気角）の推定が行えない状態であると判断されると、ステップＳ１１０３を迂回してステップＳ１１０４へ進む。
ステップＳ１１０４では、制御軸１３の回転が、最小バルブ作動角側のストッパに突き当たって停止したか否か（ストッパ位置までの変位が完了したか否か）を判断する。

前記ステップＳ１１０４の判断は、回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂからパルス信号が変化しなくなったか否かに基づいて行われ、具体的には、回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂからパルス信号が変化しなくなったと判断した時点で、ストッパ位置での停止を判断する。

また、パルス信号が変化しなくなったか否かは、予め設定した時間内でのパルス信号の立ち上がり及び／又は立ち下りの数を計数し、計数結果が閾値（≧０）以下になったときに、パルス信号が変化しなくなった（ストッパ位置に停止した）と判断する。

ステップＳ１１０４において、制御軸１３がストッパ位置に向けて回転している状態であると判断すると、そのまま本ルーチンを終了させる。
一方、ステップＳ１１０４において、制御軸１３がストッパ位置で停止していると判断すると、ステップＳ１１０５へ進む。

ステップＳ１１０５では、ストッパによって回転が停止している状態での出力軸１７Ａの回転角検出値θを０degにリセットする、回転角検出値の初期化を行う。
これにより、ストッパによって回転が停止する位置、即ち、機械的に予め決められた角度位置からの角度変化として、出力軸１７Ａの回転角θが検出されるようにする。

尚、本実施形態ではストッパ位置で回転角θを０degにリセットし、ストッパ位置での回転角θを０degとするが、ストッパ位置での角度は、任意の数値を用いることができ、０degに限定されるものではない。

次のステップＳ１１０６では、現時点で誘起電圧等に基づく磁極位置の推定が行われていて、ストッパ位置での磁極位置の推定値があるか否かを判断し、推定値がある場合にはステップＳ１１０７へ進む。

ステップＳ１１０７では、現時点での磁極位置の推定値をストッパ位置（最小バルブ作動角）での磁極位置として設定し、このストッパ位置での磁極位置を基準にして、その後の磁極位置の変化を検出させるようにする。

また、ステップＳ１１０７では、現時点での磁極位置の推定値を、ストッパ位置での値として記憶（学習）する。
一方、ステップＳ１１０６で磁極位置の推定が行われていないと判断されると、ステップＳ１１０８へ進み、過去にストッパ位置での磁極位置の推定値を記憶したデータ（学習データ）がある否かを判断する。

そして、学習データがあれば、ステップＳ１１０９へ進み、その学習データを、ストッパ位置での磁極位置として設定し、前記学習データを基準にして、その後の磁極位置の変化を検出させるようにする。

また、ステップＳ１１０８で、学習データがないと判断された場合には、ステップＳ１１１０へ進み、ストッパ位置での磁極位置の設計値を、ストッパ位置での磁極位置として設定する。

従って、学習データがなく、しかも、ストッパ位置に向けた駆動制御において、磁極位置を推定することができなかった場合には、予めストッパ位置での磁極位置として記憶させておいた設計値を用い、該設計値を基準にして、その後の磁極位置の変化を検出させるようにする。

上記のように、ステップＳ１１０７，ステップＳ１１０９，ステップＳ１１１０のいずれかで、ストッパ位置での磁極位置を設定すると、ステップＳ１１１１へ進み、回転角及び磁極位置の情報があることを設定する。

従って、ステップＳ１１１１へ進んだ後は、ステップＳ１００２で回転角及び磁極位置の情報があると判断されて、ステップＳ１００３へ進むことになる。
また、ステップＳ１００１で、制御許可条件が成立していないと判断された場合には、ステップＳ１０１０へ進み、通常制御不許可時の処理を実行する。

前記ステップＳ１０１０における処理の詳細は、図１２のフローチャートに示してある。
図１２のフローチャートにおいて、ステップＳ１２０１では、通常制御が許可されていた状態から不許可状態に切り換ったか否かを判断する。

不許可状態が継続している場合には、ステップＳ１２０２〜ステップＳ１２０７を迂回してそのまま本ルーチンを終了させ、許可状態から不許可状態に切り換った場合に、ステップＳ１２０２へ進む。

ステップＳ１２０２では、キーオフから制御装置２０１においてセルフシャットが行われるまでの期間（セルフシャット期間中）であるか否かを判断し、キーオフによって通常制御の不許可状態に切り換った直後のセルフシャット中のときには、ステップＳ１２０３へ進む。

一方、異常の診断などに基づいて通常制御の不許可状態に切り換った場合には、ステップＳ１２０３〜ステップＳ１２０７を迂回してそのまま本ルーチンを終了させる。
ステップＳ１２０３では、最小バルブ作動角側のストッパに突き当たるまで制御軸１３を回転させるべく、モータ制御を行う。

前記モータ制御は、回転角及び回転角に基づき更新される磁極位置の検出結果に基づいてなされる。
次のステップＳ１２０４では、前記ステップＳ１１０４と同様に、回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂからパルス信号に基づいて、制御軸１３の回転が、最小バルブ作動角側のストッパに突き当たって停止したか否かを判断する。

ステップＳ１２０４で、ストッパ位置まで到達しておらず、ストッパ位置に向けて回転している途中であると判断された場合には、ステップＳ１２０６へ進む。
ステップＳ１２０６では、セルフシャットによって電源オフされるまでの時間が、制御軸１３をストッパ位置まで回転させるのに充分な時間だけ残っているか否かを判断する。

前記ステップＳ１２０６の判断は、予め記憶された時間とセルフシャットまでの残り時間とを比較させても良いし、現時点の制御軸１３（出力軸１７Ａ）の角度とストッパ位置までの角度偏差からストッパ位置に達するまでに要する時間を推定し、該推定時間とセルフシャットまでの残り時間とを比較させてもよい。

ステップＳ１２０６で、セルフシャットによって制御装置２０１の電源がオフされるまでの時間が不十分であると判断された場合、即ち、残り時間内でストッパ位置まで変位させることができないと推定された場合には、ステップＳ１２０７へ進む。

ステップＳ１２０７では、モータ１７を停止させ、そのときの出力軸１７Ａの回転角θ、及び、磁極位置の検出結果を記憶し、次回のモータ制御（エンジン再始動時）における初期値（前回値）として用いるようにする。

一方、セルフシャットによって電源オフされるまでの時間が十分であると判断された場合、即ち、残り時間内でストッパ位置まで変位させることができると推定された場合には、ステップＳ１２０７を迂回して本ルーチンを終了させることで、ストッパ位置まで変位したと検出されるようになるまで、ステップＳ１２０４の判断を繰り返させるようにする。

そして、ステップＳ１２０４でストッパ位置まで変位したと判断されるようになると、ステップＳ１２０５へ進み、回転角θを０degに設定して記憶し、そのときの磁極位置を記憶する。

従って、セルフシャット中に制御軸１３をストッパ位置まで回転させることができた場合には、該ストッパ位置からモータ制御（可変作動角・リフト機構１１３の制御）が開始されることになり、かつ、回転角θは０degを初期値（前回値）とし、磁極位置はストッパ位置での値を初期値（前回値）として、回転角θ及び磁極位置の更新演算がなされる。

尚、キースイッチのオフ後、ストッパ位置にまで制御軸１３が変位するのを待って、換言すれば、初期値の学習終了を待って、制御装置２０１のセルフシャットを実行させることができる。

以上のように、上記実施形態によると、キーオフ毎にストッパ位置にまで駆動して、ストッパ位置に対応する回転角θ及び磁極位置のデータを記憶させるので、次回内燃機関１０１を運転させる場合に、前記記憶データを初期値として回転角θ及び磁極位置の更新演算を開始させることができ、通常制御を速やかに開始させることができる。

一方、前回のキーオフ時の回転角θ及び磁極位置の記憶データがない場合には、通常制御の開始に先立って、制御軸１３をストッパ位置にまで回転させて、回転角θ及び磁極位置のデータの初期値を得る初期化を行い、その後、係る初期値を用いて回転角θ及び磁極位置の更新演算を開始させるから、初めての運転時や記憶データが失われてしまった場合にも、可変作動角・リフト機構１１３を目標に向けて制御することができる。

次に、第２実施形態を説明する。
前述の第１実施形態では、磁極位置センサを備えない構成としたが、第２実施形態では、第１実施形態の構成に対して１つの磁極位置センサ２１１を付加して構成される。

具体的には、図１３に示すように、２つの回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂと共に、磁極位置（電気角）を検出するための磁極位置センサ２１１を１つ設けてある。
前記磁極位置センサ２１１は、永久磁石回転子２１６による磁界の強弱でＯＮ・ＯＦＦ動作を行うことで、磁石の位置検出を行うホールＩＣで構成される。

ここで、前記２つの回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂと磁極位置センサ２１１とを用いたモータ制御は、第１実施形態において説明した図１０のフローチャートに従って行われるが、ステップＳ１００７における磁極位置の演算処理の内容が異なる。

即ち、前記数３に従って現時点での磁極位置を演算する点は、第１実施形態と共通であるが、第２実施形態では、前記磁極位置（deg）のデータを電気角１８０deg毎にリセットする処理を、前記磁極位置センサ２１１の出力に基づいて行わせる点が異なる。

図１４に示すように、第２実施形態では、前記数３に従って更新される磁極位置のデータを、磁極位置センサ２１１から出力されるパルス信号の立ち上がり・立ち下がりによって検出される磁極位置のデータにリセットさせるようにしてある。

従って、磁極位置センサを３つ備え、それぞれのセンサからのパルス信号の立ち上がり・立ち下がりに基づいて駆動信号の切り替えを行わせる場合に比べて、磁極位置センサの数を削減できる一方、第１実施形態のように磁極位置センサを備えない場合に比べて、磁極位置の検出精度を高めることができる。

即ち、第２実施形態では、回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂに基づく磁極位置の更新演算で誤差が生じたとしても、電気角１８０deg毎に正しい値にリセットされることになり、磁極位置の検出精度が第１実施形態に比べて高くなる。

図１５のフローチャートは、第２実施形態におけるステップＳ１００７の処理を詳細に示すものである。
まず、ステップＳ２００１では、本ルーチンの前回実行時から今回までの間に、前記磁極位置センサ２１１の出力の立ち上がり又は立ち下がりを検出したか否かを判断する。

そして、立ち上がり又は立ち下がりを検出していない場合には、ステップＳ２００２へ進み、本ルーチンの前回実行時において演算した磁極位置のデータを読み込み、また、次のステップＳ２００３では、前回からの回転角変化量を読み込み、ステップＳ２００４では、前記数３に従って現時点の磁極位置を演算する。

一方、ステップＳ２００１で前記磁極位置センサ２１１の出力の立ち上がり又は立ち下がりを検出したと判断されると、ステップＳ２００５へ進み、磁極位置センサ２１１の出力の立ち上がり又は立ち下がりが発生した時点でのモータ１７の回転方向を読み込む。

前記モータ１７の回転方向は、２つの回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂから相互に位相がずれて出力されるパルス信号の相関から判断される。
次のステップＳ２００６では、磁極位置センサ２１１からの出力の立ち上がりを検出したか立ち下がりを検出したかの区別と、モータ１７の回転方向とから、今回の立ち上がり又は立ち下がり時における磁極位置を求める。

即ち、モータ１７の正転時に磁極位置センサ２１１からの出力が立ち上がる磁極位置において、逆転時には磁極位置センサ２１１からの出力が立ち下がることになるので、回転方向と立ち上がり・立ち下がりの区別から、電気角が０deg（３６０deg）と１８０degのいずれかであるかを判別する。

ステップＳ２００７では、磁極位置センサ２１１の出力の立ち上がり又は立ち下がり時からモータ１７が回転したか否かを判断する。
そして、立ち上がり又は立ち下がり時からモータ１７が回転していない場合には、ステップＳ２００８へ進み、ステップＳ２００６で求めた磁極位置を現在の磁極位置に設定する。

また、立ち上がり又は立ち下がりからモータ１７が回転している場合には、ステップＳ２００９へ進み、ステップＳ２００６で求めた磁極位置に、立ち上がり又は立ち下がり後のモータ回転角量を極対数で除算した値を加算し、該加算結果を現在の磁極位置に設定する。

上記のように、第２実施形態では、回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂの出力（モータ回転角変化）に基づいて更新される磁極位置のデータを、磁極位置センサ２１１の出力の立ち上がり又は立ち下がりに基づいて求められる磁極位置のデータに基づいてリセットする。

従って、第２実施形態では、回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂの出力（モータ回転角変化）に基づいて更新される磁極位置のデータが、電気角１８０deg毎に磁極位置センサ２１１の出力に基づいて正しい値に修正されることになる。

また、第２実施形態では、図１０のフローチャートのステップＳ１００９における初期化処理の内容が、図１１のフローチャートに従って初期化処理を行う第１実施形態と異なる。

図１６のフローチャートは、第２実施形態における初期化処理の詳細を示すものであり、ステップＳ２１０１では、磁極位置の検出データがあるか否かを判断する。
そして、磁極位置の検出データがある場合には、ステップＳ２１０３へ進み、前記図１５のフローチャートに示した手順で磁極位置の演算を行わせ、次のステップＳ２１０４では、演算された磁極位置のデータに基づく駆動信号の切り替えによってモータ１７を制御し、制御軸１３（出力軸１７Ａ）を最小バルブ作動角側のストッパ位置に向けて回動させる。

一方、磁極位置の検出データがない場合には、ステップＳ２１０２へ進み、磁極位置センサ２１１の出力の立ち上がり又は立ち下がりを検出したか否かを判断する。
磁極位置センサ２１１の出力の立ち上がり又は立ち下がりを検出すると、該立ち上がり又は立ち下がりを基準に磁極位置の検出が可能になるので、ステップＳ２１０３へ進み、前記図１５のフローチャートに示した手順で磁極位置の演算を行わせ、ステップＳ２１０４で、演算された磁極位置のデータに基づきモータ１７を制御し、制御軸１３（出力軸１７Ａ）を最小バルブ作動角側のストッパ位置に向けて回動させる。

また、磁極位置の検出データがなく、かつ、磁極位置センサ２１１の出力の立ち上がり又は立ち下がりを検出できていない場合には、ステップＳ２１０５へ進み、磁極位置を誘起電圧等によって推定して駆動信号の切り替えを行うセンサレス制御によってモータ１７を制御することで、制御軸１３を最小バルブ作動角側のストッパ位置に向けて回動させる。

ステップＳ２１０６では、制御軸１３の回転が、最小バルブ作動角側のストッパに突き当たって停止したか否かを判断する。
前記ステップＳ２１０６の判断は、回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂからパルス信号の出力の有無に基づいて行われる。

ステップＳ２１０６において、ストッパ位置に向けて制御軸１３（出力軸１７Ａ）が回転している過渡状態であると判断すると、そのまま本ルーチンを終了させる。
一方、ステップＳ２１０６において制御軸１３（出力軸１７Ａ）がストッパ位置で停止していると判断すると、ステップＳ２１０７へ進む。

ステップＳ２１０７では、ストッパによって回転が停止している状態での出力軸１７Ａの回転角θを０degにリセットする、回転角検出値の初期化を行う。
これにより、ストッパによって回転が停止する位置、即ち、機械的に予め決められた角度位置からの角度変化として、出力軸１７Ａの回転角θが検出されるようにする。

次のステップＳ２１０８では、現時点での磁極位置の検出値があるか否かを判断する。
ここで、ストッパ位置に向けたモータ制御を、磁極位置の検出値に基づいて行っていて、磁極位置の検出値がある場合には、ステップＳ２１０９へ進む。

ステップＳ２１０９では、現在の磁極位置の検出値をストッパ位置での値として記憶（学習）する。
一方、ストッパ位置に向けたモータ制御を、センサレス制御で行っていて、磁極位置の検出値がない場合には、ステップＳ２１１０へ進む。

ステップＳ２１１０では、過去にストッパ位置での磁極位置の検出値を記憶したデータ（学習データ）がある否かを判断する。
そして、学習データがあれば、ステップＳ２１１１へ進み、その学習データを、現在のストッパ位置での磁極位置として設定する。

また、ステップＳ２１１０で、学習データがないと判断された場合には、ステップＳ２１１２へ進み、ストッパ位置での磁極位置の設計値を、現在の磁極位置として設定する。
そして、ステップＳ２１１３では、回転角及び磁極位置の情報があることを設定する。

尚、上記第２実施形態では、図１０のフローチャートのステップＳ１０１０における通常制御不許可時の処理は、第１実施形態と同様に、図１２のフローチャートに従って行われる。

ところで、上記図１６のフローチャートに示した処理では、ストッパ位置で回転角θを０degにリセットすると共に、ストッパ位置での磁極位置を学習させるようにしたが、ストッパ位置からモータ１７をバルブ作動角が増大する方向に駆動したときに、磁極位置センサ２１１の出力が最初に切り替わったタイミングで、磁極位置及び回転角を学習させることができる。

図１７のフローチャートは、上記の磁極位置センサ２１１の出力が、ストッパ位置から回転させ始めてから最初に切り替わったタイミングでの学習の様子を示す。
ステップＳ２２０１では、キースイッチのオン状態で、ストッパ位置からバルブ作動角の増大方向に制御軸１３（出力軸１７Ａ）が回動されている状態であるか否かを判断する。

尚、図１７のフローチャートに示すルーチンは、電源オフ時にストッパ位置に向けたモータ制御が行われることを前提として実行され、電源オフ時にストッパ位置にまで変位させることができた場合には、ストッパ位置で回転角θが０degにリセットされるものとする。

ステップＳ２２０１で、最小バルブ作動角側のストッパから離れる方向の動作を判断すると、ステップＳ２２０２へ進み、磁極位置センサ２１１の出力のハイ・ローが切り替わったか否か（立ち上がり又は立ち下がりを検出したか否か）を判断する。

そして、磁極位置センサ２１１の出力の切り替わりを検出すると、ステップＳ２２０３へ進み、今回検出した出力の切り替わりが、最小バルブ作動角側のストッパから離れる方向への動作において、最初の出力切り替わりであるか否かを判断する。

ここで、最初の出力切り替わりであると判断されると、ステップＳ２２０４へ進み、そのときの回転角θ及び磁極位置を学習値として記憶する。
尚、電源オフ時にストッパ位置まで変位させることができなかった場合には、電源オンに伴いストッパ位置へ変位させるモータ制御を行わせ、ストッパ位置に達した時点で回転角θを０degに設定するものとする。

また、電源オン後から最初の出力切り替わりが検出されるまでの磁極位置は、最初の出力切り替わりタイミングに対応する磁極位置の学習値（又は設計値）と、最初の出力切り替わりタイミングに対応する回転角の学習値（又は設計値）と、ストッパ位置からの回転角θとから、磁極位置＝磁極位置の学習値−（回転角の学習値−回転角）／極対数として演算される。

図１８は、図１７のフローチャートに示した学習処理の様子を示すタイムチャートであり、制御軸１３（出力軸１７Ａ）を、ストッパ位置（基準位置）からバルブ作動角の増大方向に回動させ、磁極位置センサ２１１の出力のハイ・ローが切り替わると（図１８に示す例では、磁極位置センサ２１１の出力が立ち上がると）、その時点での回転角θ（ストッパ位置からの回転角）を学習すると共に、そのときの磁極位置を、ストッパ位置後最初の磁極位置として学習する。

次に、第３実施形態を説明する。
前述の第１実施形態では、磁極位置センサを備えない構成としたが、第２実施形態では、第１実施形態の構成に対して２つの磁極位置センサ２１１Ａ，２１１Ｂを付加して構成される。

具体的には、図１９に示すように、２つの回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂと共に、磁極位置（電気角）を検出するための２つの磁極位置センサ２１１Ａ，２１１Ｂを設けてある。

前記磁極位置センサ２１１Ａ，２１１Ｂは、永久磁石回転子２１６による磁界の強弱でＯＮ・ＯＦＦ動作を行うことで、磁石の位置検出を行うホールＩＣで構成され、図２０に示すように、電気角９０degの位相差をもってパルス信号を発生するように構成されている。

ここで、前記２つの回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂと２つの磁極位置センサ２１１Ａ，２１１Ｂとを用いた、第３実施形態におけるモータ制御は、図２１のフローチャートに従って行われる。

まず、ステップＳ３００１では、前記ステップＳ１００１と同様に、可変作動角・リフト機構１１３の通常制御が許可されているか否かを判断する。
前記制御許可条件が成立している場合には、ステップＳ３００２へ進み、出力軸１７Ａの基準位置（ストッパ位置）からの回転角（機械角）の情報があるか否かを判断する。

回転角の情報（前回検出値）がある場合には、ステップＳ３００３（回転角検出手段）へ進み、モータ１７の出力軸１７Ａの回転角θ（deg）を演算する。
具体的には、本ルーチンの前回実行時に求めた回転角θoldと、前回実行時からの角度変化量Δθとから、現時点での回転角θを前記数１に従って更新する。

次のステップＳ３００４では、前記ステップＳ１００４と同様に、前記回転角θを可変作動角・リフト機構１１３の制御量に変換する。
ステップＳ３００５では、可変作動角・リフト機構１１３の制御量の目標値を読み込み、ステップＳ３００６では、前記ステップＳ３００４で求めた制御量とステップＳ３００５で読み込んだ目標値とから、モータ１７への指令トルクを前記数２に従って演算する。

ステップＳ３００７（磁極位置検出手段）では、モータ１７における磁極位置の演算を行う。
前記ステップＳ３００７における磁極位置の演算は、第２実施形態と同様に、図１５のフローチャートに従って行われるが、２つの磁極センサ２１１Ａ，２１１Ｂを備えることから、回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂの出力に基づいて更新される磁極位置のデータを、より短い電気角９０deg毎に修正することができ、磁極位置の検出精度をより向上させることができる。

また、第３実施形態では、第２実施形態よりも磁極位置センサ２１１の数が多くなるものの、磁極位置センサの立ち上がり・立ち下がりから駆動信号の切り替えを行う場合には３つの磁極位置センサが必要になるのに対して、２つの磁極位置センサで駆動信号の切り替えを行え、センサ数を削減できる。

ステップＳ３００８（制御手段）では、指令トルク、磁極位置、ロータ角速度、３相電流の検出値に基づき３相電圧Ｖu、Ｖv、Ｖwを設定し、該３相電圧Ｖu、Ｖv、Ｖwを駆動回路２１２に出力する、モータ制御を実行する。

一方、前記ステップＳ３００２で回転角の情報（前回検出値）がないと判断された場合には、ステップＳ３００９へ進み、初期化処理を実行する
ステップＳ３００９における初期化処理は、図２２のフローチャートに従って行われる。

図２２のフローチャートにおいて、ステップＳ３１０１では、磁極位置センサ２１１Ａ，２１１Ｂの出力信号から判断される電気角９０deg毎の磁極位置のデータ間を、回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂの出力で補間して求められる詳細な（分解能が高い）磁極位置情報があるか否かを判断する。

ステップＳ３１０１で、詳細な磁極位置情報があれば、ステップＳ３１０３へ進み、詳細な磁極位置情報の更新演算を行わせ、次のステップＳ３１０４では、演算された詳細な磁極位置のデータに基づく駆動信号の切り替えによってモータ１７を制御し、制御軸１３を最小バルブ作動角側のストッパ位置に向けて回動させる。

一方、詳細な磁極位置情報がない場合には、ステップＳ３１０２へ進み、磁極位置センサ２１１Ａ，２１１Ｂからの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりを検出したか否かを判断する。

磁極位置センサ２１１Ａ，２１１Ｂからの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりを検出した場合には、ステップＳ３１０３へ進み、詳細な磁極位置情報の更新演算を行わせる。
また、磁極位置センサ２１１Ａ，２１１Ｂからの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりを検出しなかった場合には、ステップＳ３１０５へ進み、磁極位置センサ２１１Ａ，２１１Ｂの出力のハイ・ローの組み合わせから判断される電気角９０deg毎に切り替わる磁極位置情報に基づきモータ１７を制御して、制御軸１３を最小バルブ作動角側のストッパ位置に向けて回動させる。

ステップＳ３１０６では、制御軸１３が最小バルブ作動角側のストッパ位置にまで変位し、制御軸１３（出力軸１７Ａ）の回転が停止したか否かを、前記回転角センサ２０２Ａ，２０２Ｂの出力に基づいて判断する。

そして、制御軸１３が最小バルブ作動角側のストッパ位置に向けて変位している途中であって、制御軸１３（出力軸１７Ａ）が回転している場合には、ステップＳ３１０７及びステップＳ３１０８を迂回して本ルーチンを終了させる。

また、制御軸１３が最小バルブ作動角側のストッパ位置にまで変位し、制御軸１３（出力軸１７Ａ）の回転が停止したと判断されると、ステップＳ３１０７へ進む。
ステップＳ３１０７では、出力軸１７Ａの回転角θを０degにリセットする、回転角検出値の初期化を行う。

次のステップＳ３１０８では、出力軸１７Ａの基準位置からの回転角θ（機械角）の情報があると設定することで、次回からステップＳ３００２で回転角θの情報があると判断されてステップＳ３００３へ進むことになる。

また、ステップＳ３００１で可変作動角・リフト機構１１３の通常制御が許可されていないと判断されると、ステップＳ３０１０へ進み、不許可時処理を実行する。
ステップＳ３０１０の不許可時処理の詳細は、前記図１２のフローチャートに示してあり、図１２のフローチャートに示した不許可時処理は、第１〜第３実施形態に共通の処理である。

尚、上記実施形態では、極対数を１とする３相ブラシレスモータを用いたが、極対数や相（巻線）の数を限定するものではない。
また、ブラシレスモータをアクチュエータとして用いてエンジンバルブ（吸気バルブ及び／又は排気バルブ）の開特性（バルブ特性）を可変とする可変動弁機構に適用できるものであり、前記可変作動角・リフト機構１１３に限定されない。

１３…制御軸、１７…モータ、１７Ａ…出力軸、１８…減速機構、１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１３…可変作動角・リフト機構、１１４…可変バルブタイミング機構、２０１…制御装置、２０２Ａ，２０２Ｂ…回転角センサ、２１１，２１１Ａ，２１１Ｂ…磁極位置センサ、２１２…駆動回路、２１３…ＶＥＬコントローラ

Claims (4)

1. ブラシレスモータの出力軸が単位機械角だけ回転する毎にパルス信号を発生する回転角センサを備え、前記ブラシレスモータによって回転駆動される制御軸の角度に応じてエンジンバルブの開特性を可変とする可変動弁機構に適用される制御装置であって、
   前記回転角センサのパルス信号に基づき前記ブラシレスモータの磁極位置を検出して前記ブラシレスモータの駆動パターンを切り替え、前記回転角センサのパルス信号に基づき前記制御軸の角度を検出して前記ブラシレスモータのトルクを制御することで前記制御軸の角度をエンジン運転状態に応じた角度にする、可変動弁機構の制御装置。
2. ブラシレスモータの出力軸が単位機械角だけ回転する毎にパルス信号を発生する回転角センサを備え、前記ブラシレスモータによって回転駆動される制御軸の角度に応じてエンジンバルブの開特性を可変とする可変動弁機構に適用される制御装置であって、
   前記回転角センサのパルス信号に基づき前記ブラシレスモータの磁極位置を検出して前記ブラシレスモータの駆動パターンを切り替え、前記回転角センサのパルス信号に基づき前記制御軸の角度を検出して前記ブラシレスモータのトルクを制御し、
   前記磁極位置及び前記制御軸の角度の情報がない場合、又は、セルフシャット期間において、前記制御軸の回転がストッパで規制される位置にまで前記制御軸を回転させ、前記磁極位置の検出値及び前記制御軸の角度の検出値を初期化する、可変動弁機構の制御装置。
3. ３相ブラシレスモータによって回転駆動される制御軸の角度に応じてエンジンバルブの開特性を可変とする可変動弁機構に適用される制御装置であって、
   前記３相ブラシレスモータの出力軸が単位機械角だけ回転する毎にパルス信号を発生する回転角センサと、前記３相ブラシレスモータの永久磁石回転子による磁界の変化を検出する１つの磁極位置センサとを備え、
   前記回転角センサのパルス信号に基づき前記ブラシレスモータの磁極位置を検出して前記ブラシレスモータの駆動パターンを切り替え、前記回転角センサのパルス信号に基づき前記制御軸の角度を検出して前記ブラシレスモータのトルクを制御し、
   前記磁極位置センサの出力によって磁極位置が検出される電気角１８０deg毎に、前記回転角センサのパルス信号に基づく磁極位置の検出値をリセットする、可変動弁機構の制御装置。
4. ３相ブラシレスモータによって回転駆動される制御軸の角度に応じてエンジンバルブの開特性を可変とする可変動弁機構に適用される制御装置であって、
   前記３相ブラシレスモータの出力軸が単位機械角だけ回転する毎にパルス信号を発生する回転角センサを備えると共に、前記３相ブラシレスモータの永久磁石回転子による磁界の変化を検出する２つの磁極位置センサを電気角９０degの位相差でパルス信号を発生するように設け、
   前記回転角センサのパルス信号に基づき前記ブラシレスモータの磁極位置を検出して前記ブラシレスモータの駆動パターンを切り替え、前記回転角センサのパルス信号に基づき前記制御軸の角度を検出して前記ブラシレスモータのトルクを制御し、
   前記磁極位置センサの出力によって磁極位置が検出される電気角９０deg毎に、前記回転角センサのパルス信号に基づく磁極位置の検出値をリセットする、可変動弁機構の制御装置。

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