JP7180554B2 - 電動カム位相制御装置及びエンジン制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動カム位相制御装置及びエンジン制御装置に関する。

電動ＶＣＴ（Variable Cam Timing）システムは、エンジンの適切なトルクや出力を得るために回転数やアクセル開度などの運転状態を把握し、カム位相をモータを用いて連続的に制御する。このシステムは、エンジンに空気を供給する吸気バルブや排気ガスを排出する排気バルブの開閉タイミングを最適化する装置として開発されている。従来より、電動ＶＣＴシステムは、電動カム位相制御装置がエンジン制御装置から排気バルブ制御用の制御信号を入力して実質的な制御を行う。このとき、エンジン制御装置が指令ＰＷＭ信号を電動カム位相制御装置に出力すると、電動カム位相制御装置が指令ＰＷＭ信号に基づいて電動カムシャフトのカム位相を制御する。

例えば、エンジン制御装置が電動カム位相制御装置に対し開ループ制御するシステムでは、エンジン制御装置が出力する指令ＰＷＭ信号と、電動カム位相制御装置が入力するＰＷＭ信号との間で、ＰＷＭ信号の周期、パルス幅（デューティ比）の認識誤差を生じた場合、電動カム位相制御装置は、当該誤差に起因してエンジン制御装置から入力されるカム制御信号に合わせて正確な制御を実行できなくなる。

他方、電動カム位相制御装置がエンジン制御装置にカム位相を制御した結果を示す実カム位相を出力するが、このときＰＷＭ信号を用いて入出力するときも同様の課題を生じる。この場合、カム位相制御のロバスト性が低下するだけでなく、入力又は出力のＰＷＭ信号の精度要求が高くなりコストアップにつながる。なお、本願に関連する文献を特許文献１に挙げる。特許文献１記載の技術はＰＷＭ信号通信装置に関する文献である。

特開平５－２９２０４２号公報

本開示は、カム制御信号に合わせて正確に制御できるようにした電動カム位相制御装置、及び当該電動カム位相制御装置にカム制御信号を送信するエンジン制御装置を提供することを第１目的とし、電動カム位相制御装置から実カム位相を正確に取得できるようにしたエンジン制御装置を提供することを第２目的とする。

請求項１記載の発明は、エンジン制御装置から電動カムシャフトのカム制御信号を入力し電動カムシャフトのカム位相を制御する電動カム位相制御装置を対象としている。 請求項１記載の発明によれば、計測部は、エンジン制御装置から電動カムシャフトのカム制御信号に対応した指令用のＰＷＭ信号を入力すると当該ＰＷＭ信号のデューティ比を計測する（Ｓ３２）。補正量計算部は、ＰＷＭ信号のデューティ比が所定の補正指示範囲にある場合、ＰＷＭ信号のデューティ比と所定の補正指示範囲に設定されたデューティ比の所定基準値との差分に基づいて補正量を計算する（Ｓ３５）。補正部は、補正量計算部により計算された補正量に基づいて、入力された指令用のＰＷＭ信号を補正する（Ｓ３９）。制御部は、補正部の補正結果を用いてカム位相を制御する（Ｓ４０）。これにより、電動カム位相制御装置は、ロバスト性を極力低下させることなく、入力されるカム制御信号に合わせて正確に制御できる。補正量計算部は、デューティ比による所定の補正指示範囲として、当該デューティ比に対応したカム制御信号が予め定められた所定の最遅角範囲又は最進角範囲にあった場合に補正量を計算する。

また、請求項６記載の発明は、電動カム位相制御装置にカム制御信号を送信した後、電動カム位相制御装置によりカム位相が制御されたときの実カム位相を当該電動カム位相制御装置からＰＷＭ信号により受信し、当該受信したＰＷＭ信号に基づいて前記実カム位相を取得するエンジン制御装置（１４）を対象としている。
計測部は、電動カム位相制御装置からＰＷＭ信号を入力すると前記実カム位相に対応した前記ＰＷＭ信号のデューティ比を計測する（Ｓ１３）。補正量計算部は、ＰＷＭ信号のデューティ比が所定の補正指示範囲にある場合、ＰＷＭ信号のデューティ比と所定の補正指示範囲に設定されたデューティ比の所定基準値との差分に基づいて補正量を計算する（Ｓ１５）。補正部は、補正量計算部により計算された補正量に基づいてＰＷＭ信号から取得される実カム位相を補正する（Ｓ１６）。これにより、エンジン制御装置はＰＷＭ信号から取得される実カム位相を補正でき、電動カム位相制御装置から実カム位相を正確に取得できる。

一実施形態に係るエンジンシステムの概略図 ＰＷＭ信号のデューティ比とカム位相との関係性を表す対応図 エンジン制御装置の始動前処理を概略的に説明するフローチャート 電動カム位相制御装置の始動前処理を概略的に説明するフローチャート ＰＷＭ信号のパルスを送受信する場合の各カウンタ値の変化を示すタイミングチャート エンジン制御装置の通常処理を概略的に説明するフローチャート 電動カム位相制御装置の通常処理を概略的に説明するフローチャート 制御系のブロック線図 比較例に係る制御系のブロック線図

以下、電動カム位相制御装置及びエンジン制御装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、電動ＶＣＴシステムＳ（Variable Cam Timing System）の構成を示す。ＶＣＴシステムの駆動源を電動アクチュエータ（図１の１５参照）により作動する制御システムを電動ＶＣＴシステムＳと称している。電動ＶＣＴシステムＳは、バルブの開閉タイミングを最適化するシステムであり、このシステムにより、排気エミッションの低減、ポンピングロス低減による燃費向上、吸排気効率向上によるエンジン出力の向上を図ることができる。

内燃機関としてのエンジン本体１の内部には、エンジンブロック２、吸気経路３、吸気経路３に配置される吸気バルブ４、排気経路５、排気経路５に配置される排気バルブ６、点火用のスパークプラグ７、クランクシャフト８、ピストン９等が設置される。クランクシャフト８の外側にはクランク角センサ１０が設置されており、クランク角センサ１０はクランクシャフト８の位置検出用に設けられる。

クランクシャフト８の動力は図示しないタイミングチェーンを通じてスプロケットに伝達され、電動カムシャフトとしての吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２に伝達される。吸気カムシャフト１１には、クランクシャフト８に対する吸気カムシャフト１１の進角量（ＶＣＴ位相、相対回転位相）を調整するための電動アクチュエータ１５が取付けられている。電動アクチュエータ１５は、例えばモータによる。電動カム位相制御装置１３は、電動アクチュエータ１５を制御することで電動アクチュエータ１５の動力を用いて吸気カムシャフト１１にカム回転動力を伝達して吸気カムシャフト１１の位相（以降、カム位相と称す）を制御する。

吸気カムシャフト１１の外周側には、所定のカム角において角度パルス信号を吸気カム角信号として出力する吸気カム角センサ１８が取付けられている。排気カムシャフト１２の外周側には、所定のカム角において角度パルス信号を排気カム角信号として出力する排気カム角センサ１９が取り付けられている。排気カム角センサ１９は、排気カムシャフト１２の位置検出用に設けられており、電動カム位相制御装置１３に接続されている。なお図１には模式的に示しているが、吸気カムシャフト１１と排気カムシャフト１２が同軸の共通構造で構成されており、吸気カム及び排気カムが同軸構造で連動するように構成されていると良い。この場合、吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２の構成を共通化でき、吸気カム角センサ１８及び排気カム角センサ１９を一つのカム角センサにより共通化できる。

電動カム位相制御装置１３及びエンジン制御装置１４は、それぞれＣＰＵ１３ａ、１４ａなどの制御主体を備えて構成され、それぞれの内部クロックに基づいて動作するように構成されている。これらの電動カム位相制御装置１３及びエンジン制御装置１４には、図示しないがカウンタによるタイマや通信装置が内蔵されている。

電動カム位相制御装置１３及びエンジン制御装置１４の各通信装置は、信号線１６を通じて接続されている。エンジン制御装置１４は、信号線１６を通じてカム制御信号を電動カム位相制御装置１３に送信する。電動カム位相制御装置１３は、信号線１６を通じて実カム位相θｃの情報をエンジン制御装置１４に送信する。

また電動カム位相制御装置１３にはＣＰＵ１３ａ及び記憶部１３ｂが搭載されており、エンジン制御装置１４にはＣＰＵ１４ａ及び記憶部１４ｂが搭載されている。記憶部１３ｂは、電動カム位相制御装置１３に電源投入されている間、各種の情報を記憶可能な揮発性記憶部１３ｃ、及び、電源遮断時にも各種の情報を不揮発的に記憶可能な不揮発性記憶部１３ｄを備える。記憶部１４ｂは、エンジン制御装置１４に電源投入されている間、各種の情報を記憶可能な揮発性記憶部１４ｃ、及び、電源遮断時にも各種の情報を不揮発的に記憶可能な不揮発性記憶部１４ｄを備える。不揮発性記憶部１３ｄ、１４ｄにはそれぞれプログラムが記憶されている。

また不揮発性記憶部１３ｄ、１４ｄには、補正時に用いられるＰＷＭ信号の正確なＨパルス幅、周期、デューティ比の情報が所定の補正指示範囲内の所定基準値としてそれぞれ予め記憶されている。これらの記憶情報は、予め電動カム位相制御装置１３及びエンジン制御装置１４の設計時又は製造・検査時に予め定められた情報である。

電動カム位相制御装置１３のＣＰＵ１３ａは、不揮発性記憶部１３ｄに記憶されたプログラムを実行することで各種機能（計測部、補正量計算部、補正部、制御部）を実現する。エンジン制御装置１４のＣＰＵ１４ａは、不揮発性記憶部１４ｄに記憶されたプログラムを実行することで各種機能（計測部、補正量計算部、補正部、異常有無判定部）を実現する。

吸気カム角センサ１８、排気カム角センサ１９は、それぞれ吸気カム角信号、排気カム角信号をカムセンサ信号として検出し、位置検出信号をエンジン制御装置１４に出力する。クランク角センサ１０は、所定のクランク角において検出されるクランクパルス信号をクランクシャフト位置検出信号としてエンジン制御装置１４に出力する。

またエンジン制御装置１４には、エンジンの運転状態を検出するための各種センサ（吸気圧センサ、冷却水温センサ、スロットルセンサ等：何れも図示せず）が接続されている。エンジン制御装置１４は、これらの各種センサで検出されたエンジン運転状態に応じて、吸気バルブ４及び排気バルブ６を駆動する燃料噴射制御やスパークプラグ７の点火制御を行う。

エンジン制御装置１４及び電動カム位相制御装置１３は、電動ＶＣＴシステムＳを用いてカム位相θｃを連続的に制御することで、エンジンブロック２のシリンダに空気を供給する吸気バルブ４や、排気ガスを排出する排気バルブ６の開閉タイミングを最適化する。

エンジン制御装置１４は、電動カム位相制御装置１３から入力される電動アクチュエータ１５の実カム位相θｃ、クランク角センサ１０により検出可能となるクランクシャフト８の位相、に基づいて、電動アクチュエータ１５の目標カム位相θｃrefを算出し、電動カム位相制御装置１３に出力する。電動カム位相制御装置１３は、入力される目標カム位相θｃrefに基づいてバルブタイミング制御を行い、吸気バルブ４、排気バルブ６の実バルブ開閉タイミングを目標バルブ開閉タイミングに一致させるように制御する。

エンジン制御装置１４は、電動カム位相制御装置１３にカム制御信号を送信する際には指令用のＰＷＭ信号を用いて目標カム位相θｃrefの情報を送信する。電動カム位相制御装置１３は、目標カム位相θｃrefに基づいてカム位相θｃを制御し、実際に測定された実カム位相θｃの情報をエンジン制御装置１４に送信する。電動カム位相制御装置１３は、実カム位相θｃの情報をエンジン制御装置１４に送信する際にもＰＷＭ信号を用いて送信する。

図２に示すように、エンジン制御装置１４が電動カム位相制御装置１３に指示可能なＰＷＭ信号のデューティ比の範囲は予め割当てられている。ＰＷＭ信号のデューティ比が、下限指令デューティ比ＨＬ（例えば１０％）～上限指令デューティ比ＨＨ（例えば９０％）の範囲Ｄでは、エンジン制御装置１４は、この範囲Ｄ内のデューティ比の指令用のＰＷＭ信号を電動カム位相制御装置１３に送信することで目標カム位相θｃrefをカム制御信号として指令する。

また、ＰＷＭ信号のデューティ比が０％～下限指令デューティ比ＨＬは、最遅角範囲ＤＬの補正指示範囲として予め割当てられている。最遅角範囲ＤＬは、補正指令用のデューティ比範囲であり、エンジン制御装置１４は、この最遅角範囲ＤＬ内のデューティ比のカム制御信号を電動カム位相制御装置１３に送信することで補正指令できる。

また、ＰＷＭ信号のデューティ比が上限指令デューティ比ＨＨ～１００％は、最進角範囲ＤＨの補正指示範囲として予め割当てられている。最進角範囲ＤＨもまた、補正指令用のデューティ比を示す範囲であり、エンジン制御装置１４は、この最進角範囲ＤＨ内のデューティ比のカム制御信号を電動カム位相制御装置１３に送信することで補正指令できる。

また電動カム位相制御装置１３が、エンジン制御装置１４に実カム位相θｃの情報を送信する際のＰＷＭ信号のデューティ比の範囲も同様に予め割り当てられている。これらのデューティ比も、下限指令デューティ比ＨＬ～上限指令デューティ比ＨＨの範囲Ｄであり、電動カム位相制御装置１３が、この範囲Ｄ内のデューティ比のＰＷＭ信号をエンジン制御装置１４に送信することで実カム位相θｃの情報を送信できる。

また前述同様に、ＰＷＭ信号のデューティ比が０％～下限指令デューティ比ＨＬとなる範囲は、最遅角範囲ＤＬの補正指示範囲として予め割り当てられており、ＰＷＭ信号のデューティ比が上限指令デューティ比ＨＨから１００％となる範囲は最進角範囲ＤＨの補正指示範囲として予め割当てられている。電動カム位相制御装置１３は、最遅角範囲ＤＬや最進角範囲ＤＨ内のデューティ比の制御信号をエンジン制御装置１４に送信することで補正指令できる。

本実施形態において、デューティ比の最遅角範囲ＤＬ及び最進角範囲ＤＨは、エンジン制御装置１４が送信するカム制御信号の指令用のＰＷＭ信号と、電動カム位相制御装置１３が送信する実カム位相θｃの情報を示すＰＷＭ信号とにおいて同一範囲に設定されている形態を説明するが、これに限定されるものではなく、互いに異なるデューティ比の範囲に設定しても良い。

以下、エンジン始動前から通常のエンジン制御に至るまでの制御の詳細を時系列的に説明する。
イグニッションスイッチがオンされると、エンジン制御装置１４や電動カム位相制御装置１３にバッテリ電源が供給される。するとエンジン制御装置１４は、図３に示す始動前処理を実行し、電動カム位相制御装置１３は図４に示す始動前処理を実行する。

まず指令送信側のエンジン制御装置１４は、図３のＳ１１において最遅角範囲ＤＬ内のデューティ比に設定したＰＷＭ信号をカム制御信号として電動カム位相制御装置１３に送信する。なおエンジン制御装置１４は、最初のパルスＰＴ１において送信するＰＷＭ信号のデューティ比（以下、最遅角デューティ比と称する）を電動カム位相制御装置１３との間で予め定めている。

エンジン制御装置１４は、図５に示すように、ＰＷＭ信号の出力開始タイミングから内部クロックをカウントすることで、前述の最遅角デューティ比の規定を満たすように立上り・立下りタイミングを設定し、最初のパルスＰＴ１を送信する。これにより、エンジン制御装置１４は、エンジン本体１のスタータの始動前にカム位相θｃを最遅角に移動させるための最遅角指令を電動カム位相制御装置１３に送信する。

他方、受信側の電動カム位相制御装置１３は、図４のＳ３１においてカム制御信号を受信入力すると、Ｓ３２においてＰＷＭ信号の周期幅及びパルス幅ＴＲｘを計測することでデューティ比を計測する。

具体的には、電動カム位相制御装置１３は、当該制御装置１３内の内部クロックをカウンタによりカウントすることで、カウンタのＰＷＭ信号の隣接する立下りタイミング間の時間を最初の１パルスＰＲ１の周期幅として計測すると共に、立上りタイミングと立下りタイミングとの間の時間をパルス幅ＴＲｘとして計測する。この結果、ＰＷＭ信号の周期、パルス幅ＴＲｘを用いてデューティ比を計測できる。

図５には模式的に示しているが、各制御装置１３、１４に構成された内部クロックの送受信周波数ずれに起因するカウント数のずれや、部品特性の変化によるパルス幅ＴＴｘ、ＴＲｘのずれが生じることがある。このため、送信側の制御装置１４、１３のカウンタにより計測されるＰＷＭ信号の周期、デューティ比、受信側の制御装置１３、１４のカウンタにより計測されるＰＷＭ信号の周期、デューティ比が異なることがある。このため、「発明が解決しようとする課題」欄に述べたように、エンジン制御装置１４が入出力するＰＷＭ信号と、電動カム位相制御装置１３が入出力するＰＷＭ信号との間で、ＰＷＭ信号の周期やデューティ比の認識誤差を生じることがある。

そこで本実施形態では、受信側の電動カム位相制御装置１３は、受信入力したＰＷＭ信号の１パルスＰＲ１のデューティ比が最遅角範囲ＤＬや最進角範囲ＤＨであったときには、図４のＳ３３又はＳ３４においてＹＥＳと判定することで所定の補正指示範囲にあると判定し、Ｓ３５においてパルス幅、周期、デューティ比の補正量を計算し、Ｓ３６において補正量を記憶部１３ｂに記憶させている。このとき、電動カム位相制御装置１３は、自身の不揮発性記憶部１３ｄに記憶された正確なパルス幅、周期、デューティ比の所定基準値との差分を算出し、記憶部１３ｂに補正量として記憶させる。

このとき、周期補正量αを、送信側の正確な周期カウント数（所定基準値）／受信時の周期カウント数とし、周期の所定基準値（正確な周期カウント数）との差分を算出すると良い。また、パルス幅補正量βを、送信側の正確なパルス幅カウント数／受信側パルス幅カウント数とし、パルス幅の所定基準値（正確なパルス幅カウント数）との差分を算出すると良い。これにより、電動カム位相制御装置１３は、これらの周期補正量α、パルス幅補正量βによりデューティ比の補正量を算出できる。

電動カム位相制御装置１３は、ＰＷＭ信号の最初の１パルスＰＲ１を受信入力すると補正量を計算でき、図４のＳ３９において、この補正量に基づいてＰＷＭ信号のパルス幅、周期、デューティ比を補正できる。この結果、電動カム位相制御装置１３は、最遅角指令のデューティ比を正確に算出でき、Ｓ４０において当該最遅角指令に基づいてカム位相θｃを制御できる。

電動カム位相制御装置１３は、最遅角指令に基づいてカム位相θｃを制御したときの実カム位相θｃを検出し、Ｓ４１において検出した実カム位相θｃの情報をエンジン制御装置１４に送信する。その後、電動カム位相制御装置１３は、エンジン制御装置１４からカム制御信号を待機する。

なお、電動カム位相制御装置１３は、受信入力したＰＷＭ信号の１パルスＰＲ１のデューティ比が最遅角範囲ＤＬや最進角範囲ＤＨになかったときには、Ｓ３３及びＳ３４にてＮＯと判定し、所定の補正指示範囲にはないと判定する。この場合、電動カム位相制御装置１３は、Ｓ３７において補正量が既に記憶部１３ｂに設定されているか否かを判定する。

補正量が、記憶部１３ｂに既に設定されていれば、電動カム位相制御装置１３は、Ｓ３９～Ｓ４１においてＰＷＭ信号の周期、パルス幅、デューティ比を補正した後、カム位相θｃを制御し、実カム位相θｃの情報をＰＷＭ信号によりエンジン制御装置１４に送信する。

しかし、補正量が記憶部１３ｂに設定されていなければ、電動カム位相制御装置１３は補正量に基づいてデューティ比を補正できないため、異常を示すダイアグ情報をエンジン制御装置１４に送信し、Ｓ３８において始動前処理を停止して保護動作（フェールセーフ）する。エンジン制御装置１４は、受信したダイアグ情報に基づいて必要に応じてフェールセーフ処理を実行する。その後、電動カム位相制御装置１３は、エンジン制御装置１４からカム制御信号を待機する。

電動カム位相制御装置１３が、図４のＳ４１において実カム位相θｃの情報をＰＷＭ信号によりエンジン制御装置１４に正常送信した場合、エンジン制御装置１４は、図３のＳ１２においてＰＷＭ信号により実カム位相θｃの情報を受信する。

電動カム位相制御装置１３が、エンジン制御装置１４の最遅角指令に基づいてカム位相θｃを正常に制御していればカム位相θｃを最遅角に制御し、実カム位相θｃが最遅角範囲ＤＬに到達する。エンジン制御装置１４が、実カム位相θｃが最遅角範囲ＤＬに到達したことを認識すると、Ｓ１４にてＹＥＳと判定する。

なお、電動カム位相制御装置１３は、スタータの始動前にカム位相θｃを再始動しやすい位置（例えば、最遅角）に移動させることになるが、エンジン制御装置１４は、電動カム位相制御装置１３による目標カム位相θｃrefへの制御中に、この処理と並行して他のセンサ信号を用いて最初の目標カム位相θｃrefを算出するようにしても良い。この場合、エンジン制御装置１４は、エンジン始動時に補正した目標カム位相θｃrefを電動カム位相制御装置１３にカム制御信号として出力することで即座にカム位相θｃを制御できるためである。

エンジン制御装置１４は、Ｓ１５において、受信したＰＷＭ信号の周期、パルス幅、デューティ比の補正量を計算し、Ｓ１６において補正量を自身の記憶部１４ｂに記憶させる。このとき、エンジン制御装置１４は、自身の記憶部１４ｂに記憶された正確な周期、パルス幅、デューティ比の所定基準値との差分を算出し、補正量を記憶部１４ｂに記憶させる。そして、エンジン制御装置１４は、Ｓ２１において記憶部１４ｂに記憶された補正量を用いて実カム位相θｃを補正する。

したがってエンジン制御装置１４は、最初の１パルスＰＲ１を受信入力すると補正量を計算でき、この補正量に基づいてＰＷＭ信号の周期、パルス幅、デューティ比を補正でき、この結果、図４のＳ２１において実カム位相θｃを補正できる。この後、エンジン制御装置１４はスタータを始動する。

なお、エンジン制御装置１４は、Ｓ１４において受信入力したＰＷＭ信号の１パルスＰＲ１のデューティ比が最遅角範囲ＤＬになかったときにはＮＯと判定する。エンジン制御装置１４は、Ｓ１７において補正量が既に記憶部１４ｂに設定されているか否かを判定する。

補正量が記憶部１４ｂに既に設定されていれば、エンジン制御装置１４はＳ２１、Ｓ２２において補正量を用いて実カム位相θｃを補正しスタータを始動する。しかし、補正量が記憶部１４ｂに設定されていなければ、エンジン制御装置１４は、補正量に基づいてデューティ比を補正できない。このため、エンジン制御装置１４は、Ｓ１８において最遅角指令を出力した開始タイミングから所定時間経過したか否かを判定した上で、所定時間経過していれば始動前処理を停止して保護動作（フェールセーフ）し、Ｓ２０においてエンジンの動作を停止させる。この場合、外部に異常警告を発することでユーザにその旨を通知することもできる。

以下、エンジン制御装置１４及び電動カム位相制御装置１３が、始動前処理に続いて実行する通常処理について図６及び図７を参照して説明する。なお図６及び図７には、図３及び図４に示す始動前処理と同様の内容を実行するステップには、同一のステップ番号を付している。

エンジン制御装置１４は、図３のＳ２２においてスタータを始動した後、図６に示す通常処理を実行する。通常時には、エンジン制御装置１４は、各種センサのセンサ情報に基づいて目標カム位相θｃrefを計算し、図６のＳ１１ａにおいて目標カム位相θｃrefに対応したデューティ比のＰＷＭ信号によりカム制御信号を送信する。エンジン制御装置１４は、最遅角範囲ＤＬ又は最進角範囲ＤＨ以外の範囲Ｄにデューティ比を設定してＰＷＭ信号を送信する。

通常時、電動カム位相制御装置１３は、前述の目標カム位相θｃrefをエンジン制御装置１４から受信すると、図７のＳ３３、Ｓ３４にてＮＯと判定し、このタイミング以前に学習され記憶部１３ｂに記憶された補正量を用いてＰＷＭ信号の周期、パルス幅、デューティ比を補正する。電動カム位相制御装置１３は、計測して得られたデューティ比を補正することで目標カム位相θｃrefを補正し、Ｓ４０において目標カム位相θｃrefを目標としてカム位相θｃを制御する。

また通常時においても、エンジン制御装置１４は、最遅角範囲ＤＬ又は最進角範囲ＤＨのデューティ比による最遅角指令又は最進角指令を出力することもある。この場合、電動カム位相制御装置１３は、最遅角指令又は最進角指令を入力すると、Ｓ３３又はＳ３４においてＹＥＳと判定してＳ３５において補正量を計算し、Ｓ３６においてデューティ比の補正量を記憶部１３ｂに更新記憶させる。これにより電動カム位相制御装置１３は、補正イベントの発生に基づく割込み処理を実行することなく補正量を更新でき、その後も電動カム位相制御を連続して実行できる。

その後、電動カム位相制御装置１３は、図７のＳ３９においてＰＷＭ信号の周期、パルス幅、デューティ比を補正することで目標カム位相θｃrefを補正し、Ｓ４０において補正後の目標カム位相θｃrefに基づいてカム位相θｃを制御する。そして電動カム位相制御装置１３は、実カム位相θｃを検出し、Ｓ４１において実カム位相θｃの情報をエンジン制御装置１４に応答送信する。

エンジン制御装置１４は、目標カム位相θｃrefを電動カム位相制御装置１３に送信した結果、図６のＳ１２、Ｓ１３において電動カム位相制御装置１３からＰＷＭ信号を受信すると、当該ＰＷＭ信号のデューティ比を計測することで実カム位相θｃの検出結果を取得できる。

その後、エンジン制御装置１４は、Ｓ２３において記憶部１４ｂに記憶された補正量を用いて実カム位相θｃを補正する。このとき、エンジン制御装置１４は、補正した実カム位相θｃを用いて現在の実カム位相θｃがどの位置にいるかを認識した上で実カム位相θｃの制御を継続する。エンジン制御装置１４は、Ｓ２４において電動カム位相制御装置１３に指令した目標カム位相θｃrefと実カム位相θｃの差が所定差より大きい状態が一定期間継続したか否かを判定する。

エンジン制御装置１４及び電動カム位相制御装置１３が正常な連携制御を継続できていれば、実カム位相θｃが目標カム位相θｃrefに追従する。このため、たとえ目標カム位相θｃrefと実カム位相θｃとの差が所定差より大きい状態が瞬間的に存在したとしても、この状態が継続する時間は短い。このため、エンジン制御装置１４は、実カム位相θｃが目標カム位相θｃrefに追従したと判定したときにＳ２４においてＮＯと判定し、次回の目標カム位相θｃrefを計算開始する。すなわち、エンジン制御装置１４は、目標カム位相θｃrefを再度計算してＳ１１ａに戻って通常処理を繰り返す。

エンジン制御装置１４は、補正量に基づいてデューティ比や実カム位相θｃを補正したとしても目標カム位相θｃrefと実カム位相θｃとの差が所定差より大きい状態が一定時間継続していれば正常制御不能と判断する。これにより、エンジン制御装置１４は、補正された実カム位相θｃと、出力したカム制御信号の目標カム位相θｃrefとに基づいて、実カム位相θｃの制御時の異常有無を判定できる。エンジン制御装置１４は、補正値により補正された実カム位相θｃに基づいて異常判定することで、最小の補正遅れにより正確に異常判定を実施できる。正常制御が不能と判断した場合、エンジン制御装置１４は、Ｓ２５においてカム位相制御の異常処置を実行することで保護動作（フェールセーフ処理）を開始する。

なお、エンジン制御装置１４は、通常制御中においてもＳ１４、Ｓ１４ａにてデューティ比が最遅角範囲ＤＬ又は最進角範囲ＤＨにあるか否かを判定し、この何れかの判定条件を満たしていれば所定の補正指示範囲にあると判定し、Ｓ１５、Ｓ１６において所定基準値との差に基づいて補正量を計算し、記憶部１４ｂに補正量を上書き更新するようにしても良い。

次に、エンジン制御装置１４と電動カム位相制御装置１３の制御ブロックを比較例の制御ブロックと対比説明する。
図８に本実施形態のエンジン制御装置１４と電動カム位相制御装置１３とに係るブロック線図を示している。図８に示すように、エンジン制御装置１４は、信号線１６を通じて目標カム位相θｃrefの情報を電動カム位相制御装置１３に送信する。電動カム位相制御装置１３は、図示形態の制御ブロックＢ１～Ｂ１３を用いてカム位相θｃを制御し、検出された実カム位相θｃを信号線１６を通じてエンジン制御装置１４に送信する。

電動カム位相制御装置１３は、目標カム位相θｃrefを信号線１６を通じて入力すると、減算器Ｂ１が目標カム位相θｃrefと実カム位相θｃとの差を演算し、位相制御器Ｂ２に出力する。位相制御器Ｂ２は、減算器Ｂ１の演算結果の位相を制御し目標カム速度ωｃrefとしてギヤ比調整部Ｂ３に出力する。

ギヤ比調整部Ｂ３は、目標カム速度ωｃrefをギヤ比εにより除算し加算器Ｂ４に出力する。加算器Ｂ４は、ギヤ比調整部Ｂ３により出力される速度とスプロケット速度ωｓとを加算し目標速度ωｍrefとして減算器Ｂ５に出力する。減算器Ｂ５は、目標速度ωｍrefと誤差・遅延要素Ｅｉ（ｓ）を考慮した出力速度ωｍとの差を算出し、速度制御器Ｂ６に出力する。ここで、誤差・遅延要素のｉは各要素が独立していることを示す添え字である。速度制御器Ｂ６は、減算器Ｂ５により算出された差に基づいて速度演算し、電動アクチュエータ１５等のプラントＢ７の回転速度を制御する。

減算器Ｂ８は、プラントＢ７の出力Ｔｍと目標出力Ｔｌとの差を算出し速度演算器Ｂ９に出力する。速度演算器Ｂ９は、慣性モーメントＪｍに基づく積分演算を行うことで出力速度ωｍを算出し、減算器Ｂ１０に出力する。減算器Ｂ１０は、出力速度ωｍからスプロケット速度ωｓを減算した結果をギヤ比調整部Ｂ１１に出力する。ギヤ比調整部Ｂ１１は、減算器Ｂ１０の出力にギヤ比εを乗算し、積分器Ｂ１２がギヤ比調整部Ｂ１１の出力を積分し実カム位相計算部Ｂ１３に出力する。

実カム位相計算部Ｂ１３は、カム角センサ１８又は１９のカムセンサ信号と積分器Ｂ１２の積分結果とに基づいて実カム位相θｃを計算し、減算器Ｂ１に実カム位相θｃをフィードバックすると共に、信号線１６を通じて実カム位相θｃをエンジン制御装置１４に出力する。

なお、信号線１６等には誤差・遅延要素Ｅｉ（ｓ）を生じるため図８に図示している。これによりエンジン制御装置１４は、信号線１６を通じて実カム位相θｃを入力することで目標カム位相θｃrefとの差を監視できる。

エンジン制御装置１４が、このような制御系において実カム位相θｃを検出する場合、信号線１６による誤差・遅延要素Ｅｉ（ｓ）が、エンジン制御装置１４から電動カム位相制御装置１３に生じる。また誤差・遅延要素Ｅｉ（ｓ）が、電動カム位相制御装置１３からエンジン制御装置１４にかけても発生する。この場合、エンジン制御装置１４が、信号線１６による誤差・遅延要素Ｅｉ（ｓ）の補正を行うことで正確な実カム位相θｃを素早く検出できる。またエンジン制御装置１４は、例えば実カム位相θｃが誤差・遅延要素Ｅｉ（ｓ）に基づいてずれることを予め考慮して検出時間に余裕を持たせても良い。

他方、図９に比較例を示している。図９には、前述説明したエンジン制御装置１４、信号線１６、電動カム位相制御装置１３に対応した構成要素を意味することを示すため、エンジン制御装置１４、信号線１６、電動カム位相制御装置１３の符号に添え字ｚを付して示している。

エンジン制御装置１４ｚと電動カム位相制御装置１３ｚとの間で各制御ブロックＢ１～Ｂ１２の機能を分けて全体構成した場合、電動カム位相制御装置１３ｚの制御ブロックＢ６～Ｂ９を簡易化できる。しかし、信号線１６ｚによる誤差・遅延要素Ｅｉ（ｓ）の影響が無視できない程度に生じると、これらの誤差・遅延要素Ｅｉ（ｓ）を考慮した高度な信号記録や信号伝達機能並びに制御機能を必要としてしまい、高度な回路信頼性が求められる。また、電動カム位相制御装置１３ｚの側で、別途ダイアグノーシスを記録したり当該ダイアグ情報をエンジン制御装置１４ｚに送信したりセキュリティ対応が必要となる。

本実施形態示す制御系によれば、比較例に示すような対応が必要なくなり、エンジン制御装置１４が、図８の信号線１６による誤差・遅延要素Ｅｉ（ｓ）の補正を行うことで正確な実カム位相θｃを素早く検出できるようになる。

＜本実施形態のまとめ＞
従来、定期的に基準信号による割り込みが発生したり、指示信号に先行して基準信号を送信し、この基準信号に合わせて補正する方法がある。しかし、この従来の方法では割込処理の追加や制御信号の周期が長くなる。本実施形態に係る電動カム位相制御装置１３は、割込処理を用いることなく補正量を用いて補正でき、基準信号による割込処置や余計な基準信号による制御周期の長期化を避けながら、目標カム位相θｃrefの伝達誤差を補正できる。

電動カム位相制御装置１３が、計算された補正量に基づいて入力された指令ＰＷＭ信号を補正し、補正結果を用いてカム位相θｃを制御することで、カム制御信号に合わせてカム位相θｃを正確に制御できる。

また電動カム位相制御装置１３は、エンジン制御装置１４から目標カム位相θｃrefの情報として指令ＰＷＭ信号を受信したときに、当該ＰＷＭ信号のパルス幅、周期、デューティ比を計測し最進角範囲ＤＨ又は最遅角範囲ＤＬであることを認識したことを条件として、補正量を計算している。電動カム位相制御装置１３は、予め定められた補正指示範囲で指示されることになるため、補正指令であることを容易に認識できる。

エンジン制御装置１４は、電動カム位相制御装置１３から実カム位相θｃの情報としてＰＷＭ信号を受信したときに、当該ＰＷＭ信号のパルス幅、周期、デューティ比から最進角範囲ＤＨ又は最遅角範囲ＤＬであることを認識したことを条件として補正量を計算している。エンジン制御装置１４は、予め定められた補正指示範囲で指示されることになるため、補正指令であることを容易に認識できる。そしてエンジン制御装置１４が、計算された補正量に基づいて、入力された実カム位相θｃの情報を示すＰＷＭ信号を補正することで実カム位相θｃを正確に取得できる。

（他の実施形態）
本発明は、前述実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。
電動カム位相制御装置１３及びエンジン制御装置１４は、所定の補正指示範囲として、その相手側から受信したＰＷＭ信号のデューティ比が最遅角範囲ＤＬ又は最進角範囲ＤＨにあった場合に補正量を計算する形態を示したが、最遅角範囲ＤＬ、最進角範囲ＤＨに限られるものではなく、これらの中間の範囲Ｄの中に予め補正指示範囲を定めておいても良い。

電動カム位相制御装置１３及びエンジン制御装置１４が、互いに最初に送受信するＰＷＭ信号の１パルスＰＲ１に基づいて補正する形態を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、２回目以降のＰＷＭ信号の予め定められた１パルスに基づいて補正しても良いし、複数のパルスに基づいて補正量を平均して算出しても良い。

電動カム位相制御装置１３及びエンジン制御装置１４が、電源投入後のスタータ始動前に補正量を算出したり、通常動作時に補正量を算出する形態を示したが、次回の電源投入後の動作に備えて補正量を不揮発性記憶部１３ｄ、１４ｄにそれぞれ記憶させるようにしても良い。

例えば、イグニッションスイッチがオフされることでエンジンを停止する直前など、電動カム位相制御装置１３やエンジン制御装置１４への電源供給停止の直前タイミングで、電動カム位相制御装置１３、エンジン制御装置１４の各ＣＰＵ１３ａ、１４ａは、不揮発性記憶部１３ｄ、１４ｄに補正量をそれぞれ記憶させても良い。これにより、電動カム位相制御装置１３、エンジン制御装置１４は、それぞれ次回のエンジンの始動時に不揮発性記憶部１３ｄ、１４ｄから補正量を読出し、ＰＷＭ信号の周期、パルス幅及びデューティ比を補正できる。

前述実施形態の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も実施形態と見做すことが可能である。また、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される発明の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も実施形態と見做すことが可能である。

本開示は、前述した実施形態に準拠して記述したが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範畴や思想範囲に入るものである。

図面中、１３は電動カム位相制御装置（計測部、補正量計算部、補正部、制御部）、１３ｄは不揮発性記憶部、１４はエンジン制御装置（計測部、補正量計算部、補正部、異常有無判定部）、１４ｄは不揮発性記憶部、を示す。

Claims (7)

1. エンジン制御装置から電動カムシャフトのカム制御信号を入力し前記電動カムシャフトのカム位相を制御する電動カム位相制御装置（１３）であって、
   前記エンジン制御装置から前記電動カムシャフトの前記カム制御信号に対応した指令用のＰＷＭ信号を入力すると当該ＰＷＭ信号のデューティ比を計測する計測部（Ｓ３２）と、
   前記ＰＷＭ信号の前記デューティ比が所定の補正指示範囲にある場合、前記ＰＷＭ信号の前記デューティ比と前記所定の補正指示範囲に設定された前記デューティ比の所定基準値との差分に基づいて補正量を計算する補正量計算部（Ｓ３５）と、
   前記補正量計算部により計算された前記補正量に基づいて入力された前記ＰＷＭ信号を補正する補正部（Ｓ３９）と、
   前記補正部の補正結果を用いて前記カム位相を制御する制御部（Ｓ４０）と、
   を備え、
   前記補正量計算部は、前記デューティ比による前記所定の補正指示範囲として、当該デューティ比に対応した前記カム制御信号が予め定められた所定の最遅角範囲（ＤＬ）又は最進角範囲（ＤＨ）にあった場合に前記補正量を計算する電動カム位相制御装置。
2. 前記補正量計算部は、前記計測部により前記デューティ比が計測された前記指令用の前記ＰＷＭ信号の１パルスに基づいて前記補正量を計算し、前記補正部は前記１パルスの前記ＰＷＭ信号の前記デューティ比を補正する請求項１記載の電動カム位相制御装置。
3. 前記補正量計算部は、前記エンジン制御装置から入力される前記ＰＷＭ信号の最初の１パルスにより前記補正量を計算し、前記補正部は前記最初の前記１パルスの前記ＰＷＭ信号の前記デューティ比を補正する請求項１又は２記載の電動カム位相制御装置。
4. 前記補正量計算部により計算された前記補正量の情報を不揮発的に記憶する不揮発性記憶部（１３ｄ）をさらに備え、
   前記補正部は、前記不揮発性記憶部に記憶された前記補正量に基づいて前記ＰＷＭ信号を補正する請求項１から３の何れか一項に記載の電動カム位相制御装置。
5. 電動カムシャフトのカム制御信号を電動カム位相制御装置に送信することで前記電動カム位相制御装置に前記電動カムシャフトのカム位相を制御させるエンジン制御装置（１４）であって、
   請求項１から４の何れか一項に記載の電動カム位相制御装置に前記電動カムシャフトの前記カム制御信号を送信する際に当該カム制御信号としてＰＷＭ信号を用いるエンジン制御装置。
6. 電動カム位相制御装置にカム制御信号を送信した後、前記電動カム位相制御装置によりカム位相が制御されたときの実カム位相を当該電動カム位相制御装置からＰＷＭ信号により受信し、当該受信した前記ＰＷＭ信号に基づいて前記実カム位相を取得するエンジン制御装置（１４）であって、
   前記電動カム位相制御装置から前記ＰＷＭ信号を入力すると前記実カム位相に対応した前記ＰＷＭ信号のデューティ比を計測する計測部（Ｓ１３）と、
   前記ＰＷＭ信号の前記デューティ比が所定の補正指示範囲にある場合、前記ＰＷＭ信号の前記デューティ比と前記所定の前記補正指示範囲に設定された前記デューティ比の所定基準値との差分に基づいて補正量を計算する補正量計算部（Ｓ１５）と、
   前記補正量計算部により計算された前記補正量に基づいて前記ＰＷＭ信号から取得される前記実カム位相を補正する補正部（Ｓ１６）と、を備えるエンジン制御装置。
7. 前記補正部により補正された前記実カム位相と、前記送信した前記カム制御信号とに基 づいて、前記電動カム位相制御装置による前記カム位相の制御時の異常有無を判定する異 常有無判定部（Ｓ１８）をさらに備える請求項６記載のエンジン制御装置。

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