JP6090178B2 - バルブタイミング調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸が開閉する動弁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に、関する。

近年、電動モータの利用により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は、その制御性に優れる点で注目を集めてきている。例えば特許文献１の開示装置では、クランク軸及びカム軸とそれぞれ連動回転する駆動回転体及び従動回転体間を、電動モータの回転状態に応じて遊星運動する遊星歯車回転体により、歯車連繋させている。かかる歯車連繋下、駆動回転体に対する従動回転体の回転位相を遊星歯車体の遊星運動により変化させることで、迅速なバルブタイミング調整が可能となっている。

こうした特許文献１の開示装置において駆動回転体は、遊星歯車体が遊星運動可能に噛合する歯車部材と、従動回転体との当接により回転位相の変化を位相端にて規制するストッパ部材とを、軸方向に重ね合わせて螺子留めしてなる。かかる螺子留め状態下、特許文献１の開示装置では、回転位相を位相端まで変化させるように電動モータへの通電を制御することで、当該位相端での回転位相変化の規制が正確なものとなる。

特開２０１２−２３７２０３号公報

さて、特許文献１の開示装置では、回転位相変化の規制時にストッパ部材と従動回転体とが当接して衝撃力が発生すると、遊星歯車体を介して当該従動回転体と連繋の歯車部材にも、衝撃力が作用する。このとき、螺子部材が歯車部材及びストッパ部材を緊縛している緊縛力よりも、衝撃力が大きいと、歯車部材に弾性歪みが発生し易くなる。ここで本発明者らの鋭意研究の結果、螺子部材による螺子留め状態下にて歯車部材の弾性歪みは、衝撃力の発生時以降にあっても維持されてしまうことから、その蓄積が進むと、遊星歯車体及び歯車部材の噛合状態をロックさせるおそれのあることが判明した。そこで、このような作動ロックを回避すべく、回転位相を位相端まで変化させる際に、ストッパ部材に対する従動回転体の当接速度を制限して衝撃力を小さくしようとすると、バルブタイミング調整の応答性を低下させてしまうため、別の改善策が望まれていた。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、バルブタイミング調整の応答性向上と作動ロックの回避とを両立させるバルブタイミング調整装置を、提供することにある。

上述した課題を解決するために開示された発明は、内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸（２）が開閉する動弁のバルブタイミングを、電動モータ（４）の利用により調整するバルブタイミング調整装置であって、クランク軸と連動回転する駆動回転体（１０）と、カム軸と連動回転する従動回転体（２０）と、駆動回転体及び従動回転体間を歯車連繋し、電動モータの回転状態に応じて遊星運動することにより、駆動回転体に対する従動回転体の回転位相を変化させる遊星歯車体（５０）と、電動モータへの通電を制御する制御系（６）と、を備え、駆動回転体は、遊星歯車体が遊星運動可能に噛合する歯車部材（１１）と、従動回転体との当接により回転位相の変化を位相端にて規制するストッパ部材（１３）と、歯車部材とストッパ部材とを軸方向に重ね合わせて螺子留めする螺子部材（８１）と、を有し、制御系は、回転位相を位相端（Ｐｅ）まで変化させる第一通電（Ｅ１）を、電動モータに対して与えるストッパ制御手段（Ｓ１０３）と、第一通電の結果、歯車部材の弾性歪みが予測される場合に、回転位相を位相端からずらす第二通電（Ｅ２）と、回転位相を位相端まで戻す第三通電（Ｅ３）とを、電動モータに対して交互に繰り返すリピート制御手段（Ｓ１０２，Ｓ１０４，Ｓ２０１，Ｓ３００，Ｓ４００）であって、螺子部材が歯車部材及びストッパ部材を緊縛している緊縛力（Ｆｂ）以下の衝撃力（Ｆｉ）を、第三通電によるストッパ部材と従動回転体との当接時に歯車部材に作用させるリピート制御手段と、を有することを特徴とする。

かかる発明によると、回転位相を位相端まで変化させる第一通電の結果、歯車部材の弾性歪みが予測される場合には、回転位相を位相端からずらす第二通電と、回転位相を位相端まで戻す第三通電とが交互に繰り返される。このとき、第三通電によりストッパ部材と従動回転体とが当接して歯車部材に作用する衝撃力は、螺子部材が歯車部材及びストッパ部材を緊縛している緊縛力以下となるので、当該衝撃力に起因した新たな弾性歪みが抑制され得る。しかも歯車部材では、第一通電時の衝撃力により発生する弾性歪みが大きくなるほど、大きな復原力が発生するので、かかる大復原力と第三通電による衝撃力との総和が緊縛力を超えることで、当該弾性歪みは解放され得る。これらの抑制作用並びに解放作用によれば、ストッパ部材に対する従動回転体の当接速度を第一通電時に増大させても、第二通電と第三通電との繰り返しにより歯車部材には、弾性歪みが蓄積され難くなる。したがって、回転位相を位相端まで素早く変化させてバルブタイミング調整の応答性を向上させることと、遊星歯車体及び歯車部材の噛合状態がロックする作動ロックを回避することとを、両立させることが可能となる。

また、開示された別の発明によるリピート制御手段は、第三通電により緊縛力以下の衝撃力を発生させる速度に、駆動回転体に対する従動回転体の当接速度を制限する。

かかる発明では、ストッパ部材に対する従動回転体の当接速度は、第三通電により緊縛力以下の衝撃力の発生速度に制限されるので、当該衝撃力に起因した新たな弾性歪みは、確実に抑制され得る。したがって、ストッパ部材に対する従動回転体の当接速度を第一通電時に増大させてバルブタイミング調整の応答性を可及的に向上させつつも、作動ロックの回避効果を確固たる効果として発揮可能となる。

本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置の基本構成を示す図であって、図３のI−I線縦断面図である。 図１のII−II線横断面図である。 図１のIII−III線横断面図である。 図１の制御系の詳細構成を示すブロック図である。 図４のモータドライバの詳細構成を示すブロック図である。 図４，５の制御ユニットによる歪み解放制御の制御フローを示すフローチャートである。 図６の制御フローのＳ１０３，Ｓ１０４について説明するためのタイムチャートである。 図１〜３の調整機構系における特性を示す特性図である。 本発明の第二実施形態による歪み解放制御の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の第三実施形態による歪み解放制御の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の第四実施形態による歪み解放制御の制御フローを示すフローチャートである。 図６の変形例を示すフローチャートである。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

図１に示すように、本発明の第一実施形態によるバルブタイミング調整装置１は、車両において内燃機関のクランク軸（図示しない）からカム軸２へクランクトルクを伝達する伝達系に、設置されている。ここでカム軸２は、内燃機関の「動弁」のうち吸気弁（図示しない）をクランクトルクの伝達により開閉する。そこで、装置１は、電動モータ４の利用により吸気弁のバルブタイミングを調整する。

（基本構成）
以下、装置１の基本構成を説明する。図１〜４に示すように装置１は、電動モータ４、制御系６及び調整機構系８等から構成されている。

図１に示すように電動モータ４は、ブラシレスの永久磁石型同期モータである。電動モータ４は、モータケース４０、軸受４１、モータ軸４２、磁性ロータ４３及びモータステータ４５を備えている。モータケース４０は、内燃機関において例えばチェーンケース等の固定節に、取付けられる。全体として中空状のモータケース４０は、電動モータ４の他の要素４１，４２，４３，４５を内部に収容している。一対の軸受４１は、それぞれモータ軸４２を正逆回転可能に支持している。磁性ロータ４３は、モータ軸４２から径方向外側へと突出する円環板状に形成され、周方向に正逆回転可能となっている。磁性ロータ４３のうち正逆回転方向に等間隔をあけた箇所には、複数の永久磁石４４が一体回転可能に設けられている。全体として円環板状のモータステータ４５は、径方向外側から磁性ロータ４３を同軸上に囲んでいる。モータステータ４５は、ステータコア４６及びモータコイル４７をそれぞれ複数ずつ有している。各ステータコア４６は、金属片を積層して形成され、モータ軸４２及び磁性ロータ４３の正逆回転方向に沿って等間隔に配置されている。各モータコイル４７は、それぞれ対応するステータコア４６に個別に巻装されて、互いにスター結線されている（図５を参照）。

図１に示すように制御系６は、各モータコイル４７への通電を、内燃機関の運転状況に合わせて制御する。この通電制御を受けて電動モータ４は、各永久磁石４４に作用する磁界を各モータコイル４７の励磁により発生することで、モータ軸４２を図２の反時計方向又は時計方向へ回転駆動する。尚、図２では、反時計方向がモータ軸４２の正回転方向であり、時計方向がモータ軸４２の逆回転方向である。

調整機構系８は、駆動回転体１０、従動回転体２０、遊星キャリア３０及び遊星歯車体５０を備えている。

図１〜３に示すように全体として中空状の駆動回転体１０は、調整機構系８の他の構成要素２０，３０，５０を内部に収容している。駆動回転体１０は、歯車部材１１を伝達部材１３及びカバー部材１４間に介装した状態で、それらの部材１１，１３，１４を同軸上に螺子留めしてなる。円環板状の歯車部材１１は、歯底円の内周側に歯先円を有した駆動側内歯車部１２を、周壁部の内周面に形成している。

図１，３に示すように円筒状の伝達部材１３は、周方向に等間隔をあけた箇所から径方向外側へと突出する複数のスプロケット歯１８を、周壁部の外周面に形成している。伝達部材１３は、それらスプロケット歯１８とクランク軸の複数の歯との間にてタイミングチェーンが掛け渡されることで、クランク軸と連繋する。かかる連繋形態により、クランク軸から出力されるクランクトルクがタイミングチェーンを通じて伝達部材１３に伝達されるときには、駆動回転体１０が連動して一定の周方向（図３の時計方向）へ回転する。

図１，２に示すように有底円筒状の従動回転体２０は、伝達部材１３の径方向内側に同軸上に嵌合している。従動回転体２０は、カム軸２に同軸上に連結される連結部２２を、底壁部により形成している。かかる連結形態の従動回転体２０は、カム軸２と連動して一定の周方向（図３の時計方向）へ回転しつつ、駆動回転体１０に対しては遅角方向及び進角方向のいずれかに相対回転可能となっている。ここで、互いに一致する回転体１０，２０及びカム軸２の回転方向は、上述したモータ軸４２の正回転方向と一致している。

従動回転体２０は、歯底円の内周側に歯先円を有した従動側内歯車部２４を、周壁部の内周面に形成している。従動側内歯車部２４の歯数は、駆動側内歯車部１２の歯数よりも少なく設定されている。従動側内歯車部２４は、駆動側内歯車部１２に対して軸方向のカム軸２側へとずれている。

図１〜３に示すように部分偏心円筒状の遊星キャリア３０は、伝達部材１３及び従動回転体２０の径方向内側からカバー部材１４の径方向内側に跨って、配置されている。遊星キャリア３０は、周壁部のうち回転体１０，２０及びモータ軸４２とは同軸上の内周面により、円筒面状の入力部３１を形成している。入力部３１には、継手３３と嵌合する嵌合溝３２が設けられ、当該継手３３を介してモータ軸４２が遊星キャリア３０と連結されている。かかる連結形態の遊星キャリア３０は、モータ軸４２と一体となって周方向に正逆回転しつつ、駆動側内歯車部１２に対しては遅角方向及び進角方向のいずれかに相対回転可能となっている。

遊星キャリア３０はさらに、周壁部のうち回転体１０，２０及びモータ軸４２とは偏心する外周面により、円筒面状の支持部３４を形成している。支持部３４は、後に詳述する遊星歯車体５０の径方向内側に、遊星ベアリング３５を介して同軸上に嵌合している。かかる嵌合形態の遊星歯車体５０は、支持部３４により支持されることで、駆動側内歯車部１２に対する遊星キャリア３０の相対回転に従って遊星運動可能となっている。ここで遊星運動とは、遊星歯車体５０自身の周方向へ自転しつつ、モータ軸４２及び遊星キャリア３０の正逆回転方向へ公転する、同歯車体５０の運動である。

段付円筒状の遊星歯車体５０は、歯底円の外周側に歯先円を有した駆動側外歯車部５２及び従動側外歯車部５４を、周壁部の外周面に形成している。駆動側外歯車部５２及び従動側外歯車部５４の歯数は、それぞれ駆動側内歯車部１２及び従動側内歯車部２４の歯数よりも同数ずつ少なくなるように、設定されている。駆動側外歯車部５２は、歯車部材１１の径方向内側に偏心して配置され、駆動側内歯車部１２と遊星運動可能に噛合している。これにより歯車部材１１に対しては、遊星運動する単一の遊星歯車体５０が偏心して噛合している。従動側外歯車部５４は、駆動側外歯車部５２に対して軸方向のカム軸２側へとずれている。従動側外歯車部５４は、従動回転体２０のうち周壁部の径方向内側に偏心して配置され、従動側内歯車部２４と遊星運動可能に噛合している。

以上の構成により回転体１０，２０間を歯車連繋してなる調整機構系８は、制御系６により制御されたモータ軸４２の回転状態に応じて、駆動回転体１０に対する従動回転体２０の回転位相（以下、単に「回転位相」という）を調整する。かかる回転位相の調整により、内燃機関の運転状況に適合するバルブタイミング調整が実現される。

具体的には、モータ軸４２と共に遊星キャリア３０が駆動回転体１０と同速に正回転するときには、当該キャリア３０が駆動側内歯車部１２に対して相対回転しない。その結果、遊星歯車体５０が遊星運動せずに回転体１０，２０と連れ回りするので、回転位相が実質的に不変となって、バルブタイミングが保持調整される。一方、モータ軸４２と共に遊星キャリア３０が駆動回転体１０よりも低速に正回転する又は逆回転するときには、遊星キャリア３０が駆動側内歯車部１２に対する遅角方向へ相対回転する。その結果、遊星歯車体５０が遊星運動して従動回転体２０が駆動回転体１０に対する遅角方向へ相対回転するので、回転位相が遅角変化して、バルブタイミングが遅角調整される。また一方、モータ軸４２と共に遊星キャリア３０が駆動回転体１０よりも高速に正回転するときには、当該キャリア３０が駆動側内歯車部１２に対する進角方向へ相対回転する。その結果、遊星歯車体５０が遊星運動して従動回転体２０が駆動回転体１０に対する進角方向へ相対回転するので、回転位相が進角変化して、バルブタイミングが進角調整される。

（螺子留め構造）
次に、調整機構系８に設けられている螺子留め構造８０につき、説明する。

図１〜３に示すように螺子留め構造８０は、周方向に等間隔をあける複数箇所にて金属製駆動回転体１０の構成部材１１，１３，１４が金属製螺子部材８１により螺子留めされた、所謂、共締め構造である。螺子留め構造８０の各箇所において、駆動回転体１０の構成部材１１，１３，１４を軸方向に重ねて螺子留めしている螺子部材８１は、それぞれ円筒部８２、雄螺子部８３及び頭部８４を一体に有してなる。

ここで、螺子部材８１の円筒部８２は、互いに重なった歯車部材１１及びカバー部材１４を貫通する通し孔８５に、挿通されている。螺子部材８１の雄螺子部８３は、カバー部材１４とは反対側において歯車部材１１と重なった伝達部材１３を貫通する雌螺子孔８６に、螺合している。螺子部材８１の頭部８４は、同部材８１の雄螺子部８３と螺合した伝達部材１３との間に、歯車部材１１及びカバー部材１４が挟持している。

こうした構成下、下記数式に示されるように、各螺子部材８１が歯車部材１１及び伝達部材１３を緊縛している緊縛力Ｆｂ（図８参照）は、各螺子部材８１の軸力Ｆａと、歯車部材１１及び伝達部材１３間の摩擦係数μとの乗算値により、定義される。
Ｆｂ＝Ｆａ×μ …（数式）

（ストッパ構造）
次に、調整機構系８に設けられているストッパ構造９０につき、説明する。

図１，３に示すようにストッパ構造９０は、「ストッパ部材」としての伝達部材１３に形成されるストッパ溝９２と、従動回転体２０に形成されるストッパ突起９４とを、組み合わせて構成されている。ストッパ溝９２は、伝達部材１３の内周面に開口し、周方向に沿って円弧溝状に延伸している。図３に示すように、ストッパ溝９２のうち遅角方向の内端面は、最遅角ストッパ面９２ｒを形成している一方、同溝９２のうち進角方向の内端面は、最進角ストッパ面９２ａを形成している。ストッパ突起９４は、従動回転体２０の周壁部から径方向外側へ略扇状に突出している。ストッパ突起９４は、ストッパ溝９２内に突入した状態で、回転体１０，２０の周方向に揺動可能となっている。

図３に示すように最遅角ストッパ面９２ｒは、ストッパ溝９２内にて遅角方向に揺動したストッパ突起９４と当接することで、駆動回転体１０に対する従動回転体２０の遅角方向への相対回転を規制する。即ち、回転位相の変化が遅角方向の位相端（即ち、図３の最遅角位相）Ｐｅにて規制される。一方で図示はしないが、最進角ストッパ面９２ａは、ストッパ溝９２内にて進角方向に揺動したストッパ突起９４と当接することで、駆動回転体１０に対する従動回転体２０の進角方向への相対回転を規制する。即ち、回転位相の変化が進角方向の位相端（即ち、最進角位相）にて規制される。

こうした構成下、例えば最遅角ストッパ面９２ｒとストッパ突起９４との当接により、図３に示す如く発生する衝撃力Ｆｉは、遊星歯車体５０を介して従動回転体２０と連繋する歯車部材１１に、衝撃トルクとして伝達される。このとき、最遅角ストッパ面９２ｒに対してストッパ突起９４が当接するときの相対的な当接速度が増大することで、歯車部１２，５２の噛合箇所に最も近い螺子部材８１の周囲では、歯車部材１１に作用する衝撃力Ｆｉも増大する。その結果、螺子部材８１の周囲にて歯車部材１１に作用する衝撃力Ｆｉの大きさが、上記緊縛力Ｆｂの大きさを超えると、当該歯車部材１１に弾性歪みが発生し易くなる。しかし、こうして発生する弾性歪みは、装置１では、後に詳述する特徴的な歪み解放制御により、解放されることとなる。尚、螺子部材８１の周囲にて歯車部材１１に作用する衝撃力Ｆｉの大きさは、歯車部材１１伝達される衝撃トルクと、歯車部材１１にの回転中心から螺子部材８１までの半径とから、求められる。

（制御系）
次に、制御系６の詳細構成につき、説明する。

図１，４に示すように制御系６は、制御ユニット６０及びモータドライバ７０を備えている。尚、本実施形態では、制御ユニット６０が電動モータ４の外部に、またモータドライバ７０が電動モータ４の内部に、それぞれ配置されているが、例えば要素６０，７０の双方が電動モータ４の外部又は内部に纏めて配置されていてもよい。

制御ユニット６０は、例えばマイクロコンピュータ等の電子回路を主体に、構成されている。制御ユニット６０は、カムセンサＳｃａ及びクランクセンサＳｃｒと電気接続されていると共に、モータドライバ７０を介して複数のモータセンサＳｍと電気接続されている。ここでカムセンサＳｃａは、例えば電磁ピックアップ式センサ等であり、カム角θｃａとしてのカム軸２の回転角度を検出する。クランクセンサＳｃｒは、例えば電磁ピックアップ式センサ等であり、クランク角θｃｒとしてのクランク軸の回転角度を検出する。各モータセンサＳｍは、モータ軸４２に装着されたセンサ磁石４８の発生磁界をそれぞれ受けることで、モータ角θｍとしてのモータ軸４２の回転角度を互いに共同して検出する。

図４に示すように制御ユニット６０は、カムセンサＳｃａ及びクランクセンサＳｃｒから与えられるカム角θｃａ及びクランク角θｃｒと、各モータセンサＳｍから与えられるモータ角θｍとに基づいて、回転位相の実位相を算定する。それと共に制御ユニット６０は、内燃機関の運転状況に適合するバルブタイミングとなるように、回転位相の目標位相を算定する。そして制御ユニット６０は、算定した実位相及び目標位相間の位相差に基づいて、モータドライバ７０へ与えるモータ軸４２の目標回転方向Ｄｔ及び目標回転速度Ｓｔを設定する。

尚、本実施形態の制御ユニット６０は、センサＳｃａ，Ｓｃｒ，Ｓｍ以外にも、車両において内燃機関又はその他の箇所に搭載された各種センサ及び各種制御回路等の電装品に対して、通信可能に接続されている。これにより制御ユニット６０は、内燃機関の運転を制御しつつ、当該運転の状況に適合させる目標回転方向Ｄｔ及び目標回転速度Ｓｔを設定可能となっている。

モータドライバ７０には、通電ブロック７４が設けられている。図５に示すように通電ブロック７４のインバータ回路７６は、三つのアームＡＵ，ＡＶ，ＡＷを有した三相ブリッジ回路である。各アームＡＵ，ＡＶ，ＡＷは、上段スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷと下段スイッチング素子ＧＵ，ＧＶ，ＧＷとを、符号の末尾が同じもの同士で電気接続してなる。各アームＡＵ，ＡＶ，ＡＷにおいて上段スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷ側の端部は、高圧側電源ラインＬＨを介して車両のバッテリ７９と電気接続されている。各アームＡＵ，ＡＶ，ＡＷにおいて下段スイッチング素子ＧＵ，ＧＶ，ＧＷ側の端部は、シャント抵抗ＲＳ及び低圧側電源ラインＬＬを介して接地されている。

各アームＡＵ，ＡＶ，ＡＷを構成するスイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷ，ＧＵ，ＧＶ，ＧＷは、本実施形態ではいずれも電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、電圧レベルがハイの駆動信号によりオン且つ電圧レベルがローの駆動信号によりオフされる。各アームＡＵ，ＡＶ，ＡＷにおいて、高圧側の上段スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷ及び低圧側の下段スイッチング素子ＧＵ，ＧＶ，ＧＷの間となる中点ＭＵ，ＭＶ，ＭＷには、複数のモータコイル４７のうちそれぞれ対応するものが電気接続されている。

通電ブロック７４の駆動回路７８は、例えばＦＥＴ用のゲート駆動ＩＣ等から構成されている。駆動回路７８は、モータドライバ７０外部のモータセンサＳｍ及び制御ユニット６０と電気接続されていると共に、同ドライバ７０内部の各スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷ，ＧＵ，ＧＶ，ＧＷと電気接続されている。駆動回路７８は、モータセンサＳｍから与えられるモータ角θｍと、制御ユニット６０から与えられる目標回転方向Ｄｔ及び目標回転速度Ｓｔとに基づいて、各スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷ，ＧＵ，ＧＶ，ＧＷを個別にオンオフ制御する。その結果、オンされるスイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷ，ＧＵ，ＧＶ，ＧＷに応じて、通電されるモータコイル４７が切替えられることで、目標回転方向Ｄｔへの回転速度が目標回転速度Ｓｔと一致するように、モータ軸４２が回転駆動される。ここで本実施形態では、目標回転速度Ｓｔに従うパルス幅変調により下段スイッチング素子ＧＵ，ＧＶ，ＧＷのオンオフが例えば図７の如くデューティ比制御されることで、モータ軸４２の回転速度を高低させることが可能となっている。尚、各スイッチング素子ＦＵ，ＦＶ，ＦＷ，ＧＵ，ＧＶ，ＧＷのオンオフ制御を、以下では単に、オンオフ制御という。

（歪み解放制御）
次に、制御ユニット６０がコンピュータプログラムに従って実施する歪み解放制御につき、図６の制御フローに従って説明する。尚、本歪み解放制御は、内燃機関の始動（アイドルストップシステム搭載車両における再始動も含む）に伴って開始され、内燃機関の停止（同システム搭載車両におけるアイドル回転時の一時停止も含む）に伴って終了する。

制御フローのＳ１０１では、内燃機関がクランキングによる始動完了後の通常運転中であるか否かを、判定する。その結果、否定判定が下される間は、Ｓ１０１が繰り返し実行される一方、肯定判定が下されると、Ｓ１０２に移行する。

Ｓ１０２では、回転位相の目標位相が遅角方向の位相端Ｐｅに設定されたか否かを、判定する。その結果、否定判定が下される間は、Ｓ１０１へと戻る一方、肯定判定が下されると、Ｓ１０３に移行する。

Ｓ１０３では、オンオフ制御による第一通電Ｅ１をモータドライバ７０から電動モータ４に対して与えるように、目標回転方向Ｄｔ及び目標回転速度Ｓｔを設定する。具体的に第一通電Ｅ１は、図７に示すように、実位相を遅角方向の位相端Ｐｅまで変化させる高速用通電Ｅ１ｈ及び低速用通電Ｅ１ｌを、含んでいる。ここで高速用通電Ｅ１ｈは、モータ軸４２の実回転速度と目標回転速度Ｓｔとの速度差が所定の閾値よりも増大するのに応じて、実行される。この高速用通電Ｅ１ｈの結果、最遅角ストッパ面９２ｒに対してストッパ突起９４が当接するときの相対的な当接速度は、図８に示すように、当該当接時に緊縛力Ｆｂよりも大きな衝撃力Ｆｉを発生させる速度となる。一方で低速用通電Ｅ１ｌは、図７に示すように、モータ軸４２の実回転速度と目標回転速度Ｓｔとの速度差が閾値以下に減少するのに応じて、実行される。この低速用通電Ｅ１ｌの結果、最遅角ストッパ面９２ｒに対してストッパ突起９４が当接するときの相対的な当接速度は、図８に示すように、当該当接時に緊縛力Ｆｂ以下の衝撃力Ｆｉを発生させる速度となる。そして、これらいずれの通電Ｅ１ｈ，Ｅ１ｌも、回転位相が位相端Ｐｅに到達した後、所定時間が経過するまで継続される。

このようなＳ１０３に後続する図６のＳ１０４では、オンオフ制御による第二通電Ｅ２と第三通電Ｅ３とをモータドライバ７０から電動モータ４に対して交互に繰り返すように、目標回転方向Ｄｔ及び目標回転速度Ｓｔを設定する。具体的に第二通電Ｅ２は、図７に示すように実位相を遅角方向の位相端Ｐｅよりも進角変化させることで、同位相端Ｐｅからの回転位相ずれを生じさせる通電である。一方で第三通電Ｅ３は、先の第二通電Ｅ２により位相端Ｐｅからずれた実位相を遅角変化させて、同位相端Ｐｅにまで戻す通電である。この第三通電Ｅ３の結果、最遅角ストッパ面９２ｒに対してストッパ突起９４が当接するときの相対的な当接速度は、図８に示すように、当該当接時に緊縛力Ｆｂ以下の衝撃力Ｆｉを発生させる速度に制限される。そして、これら通電Ｅ２，Ｅ３の繰り返しは、Ｓ１０３の終了時から必要時間だけ継続される。尚、通電Ｅ２，Ｅ３の繰り返しを継続する時間は、例えば３秒等の一定時間に設定してもよいし、直前のＳ１０３により発生する衝撃力Ｆｉを推定して、当該衝撃力Ｆｉに応じた時間に可変設定してもよい。

以上の如き第一実施形態の制御フローでは、歯車部材１１の弾性歪みが予測される場合として、Ｓ１０３の第一通電Ｅ１により回転位相が位相端Ｐｅまで変化する毎に、Ｓ１０４による通電Ｅ２，Ｅ３の繰り返しが実行される。そして、Ｓ１０４による通電Ｅ２，Ｅ３の繰り返しが完了した後には、Ｓ１０１へと戻る。尚、ここまで説明したように第一実施形態では、制御ユニット６０によるＳ１０３の実行時の制御系６が「ストッパ制御手段」に相当し、制御ユニット６０によるＳ１０２，Ｓ１０４の実行時の制御系６が「リピート制御手段」に相当する。

（作用効果）
以下、第一実施形態の作用効果を説明する。

第一実施形態によると、回転位相を位相端Ｐｅまで変化させる第一通電Ｅ１の結果、歯車部材１１の弾性歪みが予測される場合には、回転位相を位相端Ｐｅからずらす第二通電Ｅ２と、回転位相を位相端Ｐｅまで戻す第三通電Ｅ３とが交互に繰り返される。このとき、第三通電Ｅ３により伝達部材１３と従動回転体２０とが当接して歯車部材１１に作用する衝撃力Ｆｉは、螺子部材８１が歯車部材１１及び伝達部材１３を緊縛している緊縛力Ｆｂ以下となるので、当該衝撃力Ｆｉに起因した新たな弾性歪みは抑制され得る。しかも歯車部材１１では、第一通電Ｅ１時の衝撃力Ｆｉにより発生する弾性歪みが大きくなるほど、大きな復原力が発生するので、かかる大復原力と第三通電Ｅ３による衝撃力Ｆｉとの総和が緊縛力Ｆｂを超えることで、当該弾性歪みは解放され得る。これらの抑制作用並びに解放作用によれば、伝達部材１３に対する従動回転体２０の当接速度を第一通電Ｅ１のうち高速用通電Ｅ１ｈ時に増大させても、第二通電Ｅ２と第三通電Ｅ３との繰り返しにより歯車部材１１には、弾性歪みが蓄積され難くなる。したがって、回転位相を位相端Ｐｅまで素早く変化させてバルブタイミング調整の応答性を向上させることと、遊星歯車体５０及び歯車部材１１の噛合状態がロックする作動ロックを回避することとを、両立させることが可能となる。

ここで、特に第一実施形態では、伝達部材１３に対する従動回転体２０の当接速度は、第三通電Ｅ３により緊縛力Ｆｂ以下の衝撃力Ｆｉの発生速度に制限されるので、当該衝撃力Ｆｉに起因した新たな弾性歪みは、確実に抑制され得る。したがって、伝達部材１３に対する従動回転体２０の当接速度を第一通電Ｅ１時に増大させてバルブタイミング調整の応答性を可及的に向上させつつも、作動ロックの回避効果を確固たる効果として発揮可能となる。

また、第一実施形態では、伝達部材１３に対する従動回転体２０の当接速度が第三通電Ｅ３により制限されることで、当該第三通電Ｅ３時に発生する衝撃力Ｆｉを、歯車部材１１及び伝達部材１３間の摩擦係数μと、螺子部材８１の軸力Ｆａとの乗算値である緊縛力Ｆｂ以下まで、正確に小さくできる。これによれば、作動ロックの回避効果に対する信頼性を高めることが可能となる。

さらに第一実施形態では、歯車部材１１の弾性歪みが予測される場合として、第一通電Ｅ１により回転位相が位相端Ｐｅまで変化することで、弾性歪みの発生する可能性が想定され得る毎に、第二通電Ｅ２と第三通電Ｅ３との繰り返しが実行される。これによれば、第一通電Ｅ１時のうち弾性歪みの発生時には必ず第二通電Ｅ２と第三通電Ｅ３とが繰り返されることになるので、弾性歪みの蓄積を確実に抑制できる。したがって、伝達部材１３に対する従動回転体２０の当接速度を第一通電Ｅ１時に増大させてバルブタイミング調整の応答性を可及的に向上させつつも、作動ロックの回避効果を確固たる効果として発揮可能となる。

またさらに、第一実施形態では、歯車部材１１に対して単一の遊星歯車体５０が偏心して噛合する噛合箇所には、伝達部材１３と従動回転体２０との当接により発生する衝撃力Ｆｉが集中して伝達されることで、歯車部材１１には弾性歪みが発生し易くなる。しかし、第一通電Ｅ１時の衝撃力が増大して弾性歪みが発生しても、第三通電Ｅ３時の小衝撃力Ｆｉを繰り返し利用して当該弾性歪みを解放し得るので、作動ロックの回避も可能となる。

（第二実施形態）
図９に示すように本発明の第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。

第二実施形態による歪み解放制御の制御フローでは、Ｓ１０１に代えて、Ｓ２０１が実行される。このＳ２０１では、内燃機関がクランキングによる始動中であるか否かを、判定する。その結果、否定判定が下される間は、Ｓ２０１が繰り返し実行される一方、肯定判定が下されると、第一実施形態と同様なＳ１０２へ移行する。但し、第二実施形態のＳ１０２では、その実行開始直前に、回転位相の目標位相が遅角方向の位相端Ｐｅに設定されることで、Ｓ１０３，Ｓ１０４が順次実行されるようになっている。このような第二実施形態の制御フローでは、歯車部材１１の弾性歪みが予測される場合として、内燃機関の始動に伴うＳ１０３の第一通電Ｅ１により回転位相が位相端Ｐｅまで変化すると、Ｓ１０４により第二通電Ｅ２と第三通電Ｅ３とが繰り返される。

さて、回転位相を位相端Ｐｅまで変化させて内燃機関を始動する際には、伝達部材１３に対する従動回転体２０の当接速度を上昇させることで、バルブタイミング調整の応答性を向上させて始動性を確保することが、好ましい。そこで第二実施形態では、歯車部材１１の弾性歪みが予測される場合として、内燃機関の始動に伴う第一通電Ｅ１により回転位相が位相端Ｐｅまで変化すると、第二通電Ｅ２と第三通電Ｅ３との繰り返しが実行される。これによれば、当接速度の上昇によりバルブタイミング調整の応答性を向上させることで、第一通電Ｅ１時の衝撃力が増大して弾性歪みが発生しても、第三通電Ｅ３時の小衝撃力Ｆｉを繰り返し利用して当該弾性歪みを解放し得るので、作動ロックも回避可能となる。

尚、ここまで説明したように第二実施形態では、制御ユニット６０によるＳ２０１，Ｓ１０２，Ｓ１０４の実行時の制御系６が「リピート制御手段」に相当する。

（第三実施形態）
図１０に示すように本発明の第三実施形態は、第一実施形態の変形例である。

第三実施形態による歪み解放制御の制御フローでは、Ｓ１０１により肯定判定が下されると、Ｓ３００が実行される。このＳ３００では、先回のＳ１０４による第二通電Ｅ２と第三通電Ｅ３との繰り返しから設定時間Ｔが経過したか否かを判定する。ここで設定時間Ｔは、内燃機関の通常運転により発生する弾性歪みが仮に蓄積されたとしても、遊星歯車体５０及び歯車部材１１の噛合状態がロックする作動ロックを惹起させない時間に、設定される。

こうしたＳ３００の結果、否定判定が下される間は、Ｓ１０１へと戻る一方、肯定判定が下されると、Ｓ１０２へ移行することで、その後にＳ１０３，Ｓ１０４が順次実行される。このような第三実施形態の制御フローでは、歯車部材１１の弾性歪みが予測される場合として、先回の１０４による第二通電Ｅ２と第三通電Ｅ３との繰り返しから設定時間Ｔの経過後に、Ｓ１０３の第一通電Ｅ１による回転位相が位相端Ｐｅまで変化すると、今回のＳ１０４により第二通電Ｅ２と第三通電Ｅ３とが繰り返される。

これによれば、歯車部材１１において設定時間Ｔ内に弾性歪みが蓄積されたとしても、当該蓄積歪みが設定時間Ｔの経過後には解放され得るので、作動ロックの回避効果の発揮が可能となる。しかも、回転位相を位相端Ｐｅまで変化させる第一通電Ｅ１のうち、第二通電Ｅ２と第三通電Ｅ３との今回の繰り返しを実行するトリガとしての第一通電Ｅ１は、設定時間Ｔが経過した後の第一通電Ｅ１に限られる。これによれば、トリガとならならないときの第一通電Ｅ１により回転位相変化が位相端Ｐｅにて規制された後にあっては、当該位相端Ｐｅからの回転位相の変化要求に速やかに対応し得るので、バルブタイミング調整の応答性向上に貢献可能となる。

尚、ここまで説明したように第三実施形態では、制御ユニット６０によるＳ３００，Ｓ１０２，Ｓ１０４の実行時の制御系６が「リピート制御手段」に相当する。

（第四実施形態）
図１１に示すように本発明の第四実施形態は、第一実施形態の変形例である。

第四実施形態による歪み解放制御の制御フローでは、Ｓ１０３に後続してＳ４００が実行される。このＳ４００では、直前のＳ１０３による第一通電Ｅ１は高速用通電Ｅ１ｈであったか否かを、判定する。その結果、否定判定が下された場合、即ち第一通電Ｅ１が低速用通電Ｅ１ｌであったことにより、最遅角ストッパ面９２ｒに対するストッパ突起９４の当接速度が緊縛力Ｆｂ以下の衝撃力Ｆｉの発生速度に抑えられたと判断される場合には、Ｓ１０１へと戻る。一方、肯定判定が下された場合、即ち第一通電Ｅ１が高速用通電Ｅ１ｈであったことにより、最遅角ストッパ面９２ｒに対するストッパ突起９４の当接速度が緊縛力Ｆｂより大衝撃力Ｆｉの発生速度まで上昇したと判断される場合には、Ｓ１０４へと移行する。このような第四実施形態の制御フローでは、歯車部材１１の弾性歪みが予測される場合として、大衝撃力Ｆｉを発生させる高速用通電Ｅ１ｈにより、回転位相を位相端Ｐｅまで変化させたときには、第二通電と第三通電とが繰り返されることとなる。

以上説明した第四実施形態では、第一通電Ｅ１のうち高速用通電Ｅ１ｈにより、伝達部材１３に対する従動回転体２０の当接速度が緊縛力Ｆｂよりも大衝撃力Ｆｉの発生速度まで上昇させられるので、バルブタイミング調整の応答性向上が可能となる。しかも、歯車部材１１の弾性歪みが予測される場合として、第一通電Ｅ１のうち大衝撃力Ｆｉを発生させる高速用通電Ｅ１ｈにより、回転位相を位相端Ｐｅまで変化させたときに限って、第二通電と第三通電との繰り返しが実行される。故に、大衝撃力Ｆｉにより発生した弾性歪みであっても、第三通電Ｅ３時の小衝撃力Ｆｉを繰り返し利用して解放し得るので、作動ロックの回避も可能となる。

尚、ここまで説明したように第四実施形態では、制御ユニット６０によるＳ１０２，Ｓ４００，Ｓ１０４の実行時の制御系６が「リピート制御手段」に相当する。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

具体的に、第一〜第四実施形態に関する変形例１では、「遅角方向の位相端Ｐｅ」を「進角方向の位相端」に読み替えて、歪み解放制御の制御フローを実施してもよい。また、第一〜第四実施形態に関する変形例２では、「遅角方向の位相端Ｐｅ」に関するＳ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１０４に加えて、「進角方向の位相端」に関するＳ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１０４も実行するように、歪み解放制御の制御フローを実施してもよい。

第一、第三及び第四実施形態に関する変形例３では、図１２に示すように、第二実施形態によるＳ２０１〜Ｓ１０４を、その変形対象の実施形態によるＳ１０１に先立って実行する順序にて、歪み解放制御の制御フローを実施してもよい。尚、図１２は、第一実施形態に関する変形例３である。

第一〜第四実施形態に関する変形例４では、Ｓ１０３又はＳ４００と、Ｓ１０４との間において、Ｓ１０４とは異なる通電方法により回転位相を変化させる順序にて、歪み解放制御の制御フローを実施してもよい。また、第一〜第四実施形態に関する変形例５では、「動弁」として排気弁のバルブタイミングを調整する装置や、「動弁」として吸気弁及び排気弁の双方のバルブタイミングを調整する装置に、本発明を適用してもよい。

１ バルブタイミング調整装置、２ カム軸、４ 電動モータ、６ 制御系、８ 調整機構系、１０ 駆動回転体、１１ 歯車部材、１３ 伝達部材、２０ 従動回転体、５０ 遊星歯車体、６０ 制御ユニット、７０ モータドライバ、８０ 螺子留め構造、８１ 螺子部材、９０ ストッパ構造、９２ ストッパ溝、９２ｒ 最遅角ストッパ面、９４ ストッパ突起、Ｅ１ 第一通電、Ｅ１ｈ 高速用通電、Ｆａ 軸力、Ｆｂ 緊縛力、Ｆｉ 衝撃力、Ｐｅ 位相端、Ｔ 設定時間、μ 摩擦係数

Claims (8)

1. 内燃機関においてクランク軸からのトルク伝達によりカム軸（２）が開閉する動弁のバルブタイミングを、電動モータ（４）の利用により調整するバルブタイミング調整装置であって、
   前記クランク軸と連動回転する駆動回転体（１０）と、
   前記カム軸と連動回転する従動回転体（２０）と、
   前記駆動回転体及び前記従動回転体間を歯車連繋し、前記電動モータの回転状態に応じて遊星運動することにより、前記駆動回転体に対する前記従動回転体の回転位相を変化させる遊星歯車体（５０）と、
   前記電動モータへの通電を制御する制御系（６）と、を備え、
   前記駆動回転体は、
   前記遊星歯車体が遊星運動可能に噛合する歯車部材（１１）と、
   前記従動回転体との当接により前記回転位相の変化を位相端にて規制するストッパ部材（１３）と、
   前記歯車部材と前記ストッパ部材とを軸方向に重ね合わせて螺子留めする螺子部材（８１）と、を有し、
   前記制御系は、
   前記回転位相を前記位相端（Ｐｅ）まで変化させる第一通電（Ｅ１）を、前記電動モータに対して与えるストッパ制御手段（Ｓ１０３）と、
   前記第一通電の結果、前記歯車部材の弾性歪みが予測される場合に、前記回転位相を前記位相端からずらす第二通電（Ｅ２）と、前記回転位相を前記位相端まで戻す第三通電（Ｅ３）とを、前記電動モータに対して交互に繰り返すリピート制御手段（Ｓ１０２，Ｓ１０４，Ｓ２０１，Ｓ３００，Ｓ４００）であって、前記螺子部材が前記歯車部材及び前記ストッパ部材を緊縛している緊縛力（Ｆｂ）以下の衝撃力（Ｆｉ）を、前記第三通電による前記ストッパ部材と前記従動回転体との当接時に前記歯車部材に作用させるリピート制御手段と、を有することを特徴とするバルブタイミング調整装置。
2. 前記リピート制御手段は、前記第三通電により前記緊縛力以下の前記衝撃力を発生させる速度に、前記駆動回転体に対する前記従動回転体の当接速度を制限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。
3. 前記リピート制御手段により制限される前記当接速度は、前記歯車部材及び前記ストッパ部材間の摩擦係数（μ）と、前記螺子部材の軸力（Ｆａ）との乗算値である前記緊縛力以下の前記衝撃力を、発生させる速度であ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。
4. 前記リピート制御手段（Ｓ１０２，Ｓ１０４）は、前記第一通電により前記回転位相が前記位相端まで変化する毎に、前記第二通電と前記第三通電との繰り返しを実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
5. 前記リピート制御手段（Ｓ３００，Ｓ１０２，Ｓ１０４）は、前記第二通電と前記第三通電との先回の繰り返しから設定時間（Ｔ）が経過した後の前記第一通電により前記回転位相が前記位相端まで変化すると、前記第二通電と前記第三通電との今回の繰り返しを実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
6. 前記ストッパ制御手段による前記第一通電は、前記緊縛力よりも大きな前記衝撃力を発生させる速度まで、前記駆動回転体に対する前記従動回転体の当接速度を上昇させる高速用通電（Ｅ１ｈ）を、含み、
   前記リピート制御手段（Ｓ１０２，Ｓ４００，Ｓ１０４）は、前記高速用通電により前記回転位相が前記位相端まで変化すると、前記第二通電と前記第三通電との繰り返しを実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
7. 前記リピート制御手段（Ｓ２０１，Ｓ１０２，Ｓ１０４）は、前記内燃機関の始動に伴う前記第一通電により前記回転位相が前記位相端まで変化すると、前記第二通電と前記第三通電との繰り返しを実行することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。
8. 前記歯車部材に対して、単一の前記遊星歯車体が偏心して噛合することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のバルブタイミング調整装置。

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