JP7375950B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、弁開閉時期制御装置に関する。

弁開閉時期制御装置として、クランクシャフトと同期回転する駆動側回転体と、カムシャフトと一体的に回転する従動側回転体と、これらの相対回転位相を検出する位相センサと、相対回転位相を制御する駆動機構と、を備えたものとして、以下の特許文献１、あるいは、特許文献２のように、相対回転位相（実位相）と、位相センサで検出される検出位相との誤差を校正するため所定の回転位相で学習を行うものがある。

特許文献１の弁開閉時期制御装置（バルブタイミング制御装置）は、従動側回転体（カム軸部材）と、従動側回転体に支承された駆動側回転体（カムプーリ）とを備え、これらにヘリカル噛合する中間部材、及び、油圧によって中間部材の軸方向へ移動させる構成の駆動機構を備えている。

この特許文献１の弁開閉時期制御装置では、複数のセンサからの信号によって相対回転位相を検出しており、アイドリング運転時に相対回転位相の基準位相（例えば、最進角位相または最遅角位相）を設定し、この基準位相を学習する。

また、特許文献２の弁開閉時期制御装置（可変バルブタイミング制御装置）では、相対回転位相が、基準位相（例えば、最進角位相または最遅角位相）に設定されたタイミング、及び、基準位相の近傍の位相にあるタイミングで学習が行われる。

特開平６－２９９８７６号公報 特開２０１２－４１９０１号公報

弁開閉時期制御装置は、最進角位相と最遅角位相とを決めるため、駆動側回転体の当接部と従動側回転体の当接部とが当接する構造を備えている。また、相対回転位相を設定するため、電動モータの駆動力を減速ギヤで減速して伝える駆動機構を備えたものも開発されている。

エンジンの吸気カムシャフトと排気カムシャフトは、エンジンの稼動時にカム変動トルクの作用により回転速度が増速方向と減速方向とに短い周期で変動する。このため、カムシャフトに連結する従動側回転体と、駆動側回転体との間の相対回転位相も進角方向と遅角方向とに短い周期で変動することになり、位相制御において相対回転位相が最遅角位相、あるいは、最進角位相に設定された場合には、当接構造の一対の当接部が当接する状態と、離間する状態とが繰り返して作り出されることになる。

特に、相対回転位相を設定する駆動機構が減速ギヤを有するものでは、カム変動トルクによるカムシャフトの回転速度の変動に伴い一対の当接部が当接するタイミングで減速ギヤに作用する負荷が増大し、減速ギヤの歯を破損させる等、駆動機構を故障させることも考えられた。

このような理由から、相対回転位相を制御領域の端部や端部の近傍に設定する制御を行っても駆動機構を故障させることのない弁開閉時期制御装置を構成する点にある。

本発明に係る弁開閉時期制御装置の特徴構成は、回転軸芯を中心に回転自在で内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転体と、前記回転軸芯を中心に回転自在で前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと一体回転する従動側回転体と、前記駆動側回転体および前記従動側回転体の相対回転位相を制御するため電動モータ及び減速ギヤと、前記相対回転位相を実位相として検出する位相センサと、目標位相が設定された際に前記実位相と前記目標位相との位相差を小さくする方向に前記電動モータを制御する位相制御部と、を備えると共に、前記駆動側回転体に形成された駆動側当接部と、前記従動側回転体に形成された従動側当接部とが当接することにより前記相対回転位相の機械的な限界となる当接位相を有するように構成され、前記相対回転位相は、所定の幅で変動しており、前記目標位相が、前記当接位相に設定された場合、若しくは、前記所定の幅での変動により前記相対回転位相が前記当接位相に到達する位相に設定された場合に、前記相対回転位相が前記所定の幅で変動しても前記相対回転位相が前記当接位相に到達することなく前記駆動側当接部と前記従動側当接部との間に間隙が形成される補正目標位相を、前記目標位相に代えて新たな前記目標位相に設定する目標位相補正部を備え、前記目標位相補正部は、前記位相センサが、前記相対回転位相が前記当接位相に到達したことを検出した後に、前記当接位相を基準に前記補正目標位相を設定し、前記電動モータの回転角に対応した信号を検出する回転センサと、前記回転センサで検出される前記回転角に対応した信号から角速度を求める角速度演算部と、を更に備え、前記位相制御部は、前記駆動側当接部と前記従動側当接部とを当接させる当接制御を行い、この当接制御において、前記角速度演算部で求められる角速度の変化を示す波形が変化したときに前記位相センサにより検出された前記実位相を前記当接位相に設定する点にある。

この特徴構成によると、目標位相が、当接位相に設定された場合、若しくは、所定の幅での変動により相対回転位相が当接位相に到達する位相に設定された場合には、目標位相補正部が、相対回転位相が所定の幅での変動により駆動側当接部と従動側当接部とが接近する方向に変位しても駆動側当接部と従動側当接部との間に間隔が形成される補正目標位相を、目標位相に代えて新たに設定する。つまり、目標位相が駆動側当接部と従動側当接部とが当接する位相に限らず、駆動側当接部と従動側当接部とが当接しない位相であってもカム変動トルクの作用によって夫々が当接する位相にある場合には、目標位相に代えて補正目標位相を新たな目標位相に設定することになる。これにより、駆動側当接部と従動側当接部とが離間する状態を維持することが可能となり、カム変動トルクの作用により駆動側当接部と従動側当接部とが当接する不都合を抑制できる。
従って、相対回転位相を制御領域の端部や端部の近傍に設定する制御を行っても駆動機構を故障させることのない弁開閉時期制御装置が構成された。
これによると、目標位相補正部は、位相センサが、相対回転位相が当接位相に到達したことを検出した後に、当接位相を基準に補正目標位相を設定できる。
また、これによると、駆動側当接部と従動側当接部とが離間する状況では、電動モータに作用する負荷は低く、回転センサで検出される回転角に基づき角速度演算部が求める角速度は殆ど変化がない。これに対し、当接制御により駆動側当接部と従動側当接部とが当接する状態に達した場合には、電動モータに作用する負荷の増大により角速度が変化する。このような角速度の変化に基づいて当接位相に達したことを検出できることになり、このように波形が変化した際の実位相を当接位相に設定できる。

上記構成に加えた構成として、前記位相制御部は、前記相対回転位相が前記所定の幅で変動する状態において前記駆動側当接部と前記従動側当接部とを当接させる位相に移行させる当接制御を行い、この当接制御において、時間経過に伴い、前記駆動側当接部と前記従動側当接部とを離間させる方向と、前記駆動側当接部と前記従動側当接部とを近接させる方向とに前記実位相が前記所定の幅で繰り返して変化することを前記位相センサにより検出し、前記駆動側当接部と前記従動側当接部とが最も接近したときの前記実位相を前記当接位相に設定しても良い。

これによると、当接制御を行い、位相センサで検出される実位相の変化を時間経過に沿って取得することで、カム変動トルクの作用により駆動側当接部と従動側当接部とが離間する方向への変位と、接近する方向への変位とを取得でき、取得した実位相のうち駆動側当接部と従動側当接部とが最も接近した状態で当接したときの実位相を当接位相として設定できる。

上記構成に加えた構成として、前記電動モータに供給される電流を検出する電流センサを更に備え、前記位相制御部は、前記駆動側当接部と前記従動側当接部とを当接させる当接制御を行い、この当接制御において、前記電流センサで検出される前記電流が増大したときに前記位相センサで検出された前記実位相を前記当接位相に設定しても良い。

当接制御により駆動側当接部と従動側当接部とが当接する状態に達した場合には、電動モータに作用する負荷が増大し、電流センサで検出される電流が増大する。このような理由から、電流センサで検出される電流が上昇した際の実位相が当接位相であり、このように電流センサで検出される電流が上昇した際の実位相を当接位相に設定できる。

上記構成に加えた構成として、前記目標位相補正部は、前記相対回転位相が前記所定の幅で変動する際の変動幅の１／２以上の値に対応する位相を、前記目標位相に付加した位相を前記補正目標位相としても良い。

カムシャフトの回転時には、カム変動トルクの作用によりカムシャフトの回転位相が進角方向と遅角方向とに所定の変動幅で短い周期で変動する。このような理由から、駆動側当接部と従動側当接部とを当接した実位相を基準に相対回転位相の変動幅の１／２以上の位相を目標位相に付加した位相を補正目標位相とするように、目標位相補正部が補正目標位相に設定することでカム変動トルクの作用により駆動側当接部と従動側当接部とが互いに接近する方向に変位した場合でも、これらが当接する不都合を抑制できる。

エンジンの断面および制御装置を示す図である。 弁開閉時期制御装置の作動本体の断面図である。 図２のIII－III線断面図である。 従動側当接部が進角側外当接位相にある当接構造の断面図である。 従動側当接部が進角側補正目標位相にある当接構造の断面図である。 従動側当接部が遅角側外当接位相にある当接構造の断面図である。 従動側当接部が遅角側補正目標位相にある当接構造の断面図である。 位相制御のフローチャートである。 当接位相検出ルーチンのフローチャートである。 非当接位相での位相変動量と電流とを示すタイミングチャートである。 当接位相での位相変動量と電流とを示すタイミングチャートである。 別実施形態（ａ）の当接位相検出ルーチンのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、内燃機関としてのエンジンＥは、吸気バルブＶａと排気バルブＶｂとを備え、吸気バルブＶａのバルブタイミング（開閉時期）を設定する弁開閉時期制御装置Ａを備えている。このエンジンＥ（内燃機関の一例）は、乗用車等の走行駆動力を得るために車両に備えられたものを示している。

尚、弁開閉時期制御装置Ａは、排気バルブＶｂの開閉時期を設定するものや、吸気バルブＶａと排気バルブＶｂとの開閉時期を個別に設定するように、エンジンＥに対して、弁開閉時期制御装置Ａを２つ備えるものでも良い。

エンジンＥと弁開閉時期制御装置Ａとは、エンジン制御装置４０で制御される。特に、弁開閉時期制御装置Ａは、ブラシレスＤＣモータとして構成される位相制御モータＭ（電動モータの一例）の駆動力で吸気バルブＶａのバルブタイミングを決めるハードウエアで成る作動本体Ａａと、位相制御モータＭを制御するためエンジン制御装置４０のソフトウエアを含む制御ユニットＡｂとで構成されている。

図２に示すように、弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａは、駆動ケース２１（駆動側回転体）と、内部ロータ２２（従動側回転体）とを有し、位相制御モータＭ（電動モータの一例）の駆動力を減速ギヤＧで減速して伝えることで駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相（これ以降の説明では単に「相対回転位相」と記載することもある）の制御を実現する。この弁開閉時期制御装置Ａでは、位相制御モータＭ（電動モータ）と減速ギヤＧとを駆動機構と称している。

図１に示すように、制御ユニットＡｂは、エンジン制御装置４０のうち、位相センサＰＳ等の信号に基づいて位相制御モータＭを制御することにより吸気バルブＶａのバルブタイミングを制御するソフトウエアを備えている。

図１、図２に示すように、位相センサＰＳは、クランクシャフト１の回転角を検出するクランク角センサ１６と、吸気カムシャフト７（弁開閉用のカムシャフトの一例）の回転角を検出するカム角センサ１７とで構成されている。駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相は、駆動ケース２１と内部ロータ２２との回転軸芯Ｘを中心とする相対的な角度であり、この相対回転位相を変化させることで吸気バルブＶａのバルブタイミング（開閉時期）が変化する。特に、位相センサＰＳで検出される相対回転位相を実位相と称している。

図１に示すように、エンジンＥは、クランクシャフト１を支持するシリンダブロック２の上部にシリンダヘッド３を連結している。また、エンジンＥは、シリンダブロック２に形成された複数のシリンダボアにピストン４を収容し、ピストン４をコネクティングロッド５によりクランクシャフト１に連結して４サイクル型に構成されている。

シリンダヘッド３に吸気バルブＶａと、排気バルブＶｂとが備えられ、シリンダヘッド３の上部に吸気バルブＶａを制御する吸気カムシャフト７（弁開閉用のカムシャフトの一例）と、排気バルブＶｂを制御する排気カムシャフト８とが備えられている。また、クランクシャフト１の出力プーリ１Ｓと、作動本体Ａａの駆動プーリ２１Ｓおよび排気バルブＶｂの排気プーリＶｂＳとに亘ってタイミングベルト６が巻回されている。

シリンダヘッド３には、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ９と点火プラグ１０とが備えられている。シリンダヘッド３には、吸気バルブＶａを介して燃焼室に空気を供給するインテークマニホールド１１と、排気バルブＶｂを介して燃焼室からの燃焼ガスを送り出すエキゾーストマニホールド１２とが備えられている。

クランク角センサ１６は、クランクシャフト１の回転に伴いパルス信号を出力するように構成され、クランクシャフト１の回転基準からのパルス信号をカウントすることで回転基準からの回転角の取得を可能にしている。また、カム角センサ１７は、吸気カムシャフト７の回転時に吸気カムシャフト７の回転基準からのパルス信号（クランク角センサ１６が出力するパルス信号）をカウントすることで吸気カムシャフト７の回転基準からの回転角の取得を可能にしている。

前述したように、位相センサＰＳは、クランク角センサ１６と、カム角センサ１７とで構成されている。この構成から、位相センサＰＳで相対回転位相を検出するには、例えば、駆動ケース２１と内部ロータ２２とが所定の基準位相（例えば、中間位相）にある状態でのクランク角センサ１６の回転基準からのカウント値と、カム角センサ１７の回転基準からのカウント値とをエンジン制御装置４０の位相制御部４２に記憶しておくことにより、相対回転位相が、基準位相から進角側と遅角側との何れに変化しても２種のカウント値の比較により実位相の取得が可能であり、このような原理から位相センサＰＳでは実位相の検出を実現している。

前述したように、エンジン制御装置４０は、エンジンＥを制御するＥＣＵとして制御ユニットＡｂを構成するものである。このエンジン制御装置４０の詳細は後述する。

〔弁開閉時期制御装置：作動本体〕
図２に示すように作動本体Ａａは、駆動ケース２１（駆動側回転体）と、内部ロータ２２（従動側回転体）とを吸気カムシャフト７の回転軸芯Ｘと同軸芯に配置しており、これらの相対回転位相を設定するため、前述した駆動機構として位相制御モータＭと減速ギヤＧとを備えている。

駆動ケース２１は、外周に駆動プーリ２１Ｓが形成されている。内部ロータ２２は、駆動ケース２１に内包され、連結ボルト２３により吸気カムシャフト７に連結固定されている。この構成により、内部ロータ２２の外周部位に駆動ケース２１が相対回転自在に支持される。

作動本体Ａａは、図１に示すように、タイミングベルト６からの駆動力により全体が駆動回転方向Ｓに回転する。また、位相制御モータＭの駆動力が減速ギヤＧを介して内部ロータ２２に伝えられることで駆動ケース２１に対する内部ロータ２２の相対回転位相が変化する。この変化のうち駆動回転方向Ｓと同方向へ向かう変化方向を進角方向Ｓａと称し、この逆方向を遅角方向Ｓｂと称している。このように相対回転位相を進角方向Ｓａに変化させることで吸気タイミングを早め、遅角方向Ｓｂに変化させることで吸気タイミングを遅らせるようにバルブタイミングが制御される。

減速ギヤＧは、位相制御モータＭの回転駆動力を減速することにより駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相の変位を実現する。つまり、エンジンＥの稼動時において、吸気カムシャフト７と等しい速度で、位相制御モータＭの出力軸ＭＳを駆動回転方向Ｓと同方向に駆動回転することで、弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相が維持される。これに対し、出力軸ＭＳの回転速度を減じることにより、相対回転位相を進角方向Ｓａに変化させ、出力軸ＭＳの回転速度を増大させることにより、相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変化させる。

〔駆動構成〕
駆動ケース２１と内部ロータ２２との間に減速ギヤＧが配置され、駆動ケース２１の開口部分を覆う位置に、複数の締結ボルト２５によりフロントプレート２４が締結されている。これにより、減速ギヤＧと内部ロータ２２との回転軸芯Ｘに沿う方向での変位がフロントプレート２４によって規制される。

減速ギヤＧは、内部ロータ２２の内周に回転軸芯Ｘと同軸芯に形成したリングギヤ２６と、内部ロータ２２の内周側で回転軸芯Ｘと平行姿勢の偏心軸芯Ｙと同軸芯で回転自在に配置されるインナギヤ２７とを備えている。また、この減速ギヤＧを機能させるため、インナギヤ２７の内周側には外面にカム面が形成された偏心カム体２８と、フロントプレート２４と、オルダム型の継手部Ｊとを備えている。偏心カム体２８は、第１軸受３１によってフロントプレート２４に対して回転自在に支持されている。

リングギヤ２６は複数の内歯部２６Ｔを有し、インナギヤ２７は複数の外歯部２７Ｔを有し、外歯部２７Ｔの一部がリングギヤ２６の内歯部２６Ｔに咬合している。この減速ギヤＧは、リングギヤ２６の内歯部２６Ｔの歯数と比較してインナギヤ２７の外歯部２７Ｔの歯数が１歯だけ少ない内接型遊星ギヤとして構成されている。

偏心カム体２８は、偏心軸芯Ｙを中心とする円形の偏心カム面２８Ａを外周に形成し、この偏心カム面２８Ａに対し第２軸受３２を介してインナギヤ２７を回転自在に支持している。位相制御モータＭは、エンジンＥに支持され、出力軸ＭＳに形成された係合ピン３４を偏心カム体２８の内周の一対の係合溝２８Ｂに係合させている。詳細を図示していないが、位相制御モータＭは、永久磁石を有するロータと、このロータを取り囲む位置に配置される複数の界磁コイルを有するステータと、ロータの回転が伝達される出力軸ＭＳとを備えている。

この駆動構成では、位相制御モータＭの駆動によって偏心カム体２８が、回転軸芯Ｘを中心に回転する際には、インナギヤ２７が１回転する毎に、歯数差に対応する角度だけ、インナギヤ２７とリングギヤ２６とを相対回転させる。その結果、インナギヤ２７に対し継手部Ｊを介して一体回転する駆動ケース２１と、リングギヤ２６に連結ボルト２３により連結する吸気カムシャフト７とを相対回転させ、駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相の変位を実現する。

〔当接構造〕
特に、作動本体Ａａは、図３に示すように、相対回転位相が進角方向Ｓａの機械的な限界となる進角側当接位相Ｐａ（一般に最進角位相、当接位相の一例）と、遅角方向Ｓｂの機械的な限界となる遅角側当接位相Ｐｂ（一般に最遅角位相、当接位相の一例）とを設定する当接構造３５を備えている。当接構造３５は、駆動ケース２１に一体的に形成された駆動側当接部３５ａと、内部ロータ２２に一体形成された従動側当接部３５ｂとを備えている。なお、進角側当接位相Ｐａと遅角側当接位相Ｐｂは、何れもその近傍であってカム変動トルクの作用により進角側当接位相Ｐａと遅角側当接位相Ｐｂに到達する位相も含んでいる。

つまり、駆動ケース２１のうち回転軸芯Ｘに直交する姿勢の壁部２１ｗに開口が形成され、この開口の内周に対し、回転軸芯Ｘを中心とする円周方向で離間する位置に一対の駆動側当接部３５ａが形成されている。また、従動側当接部３５ｂは、内部ロータ２２のうち駆動ケース２１の壁部２１ｗの開口に挿通し、相対回転位相が進角側当接位相Ｐａに達した際に一方の駆動側当接部３５ａに当接し、相対回転位相が遅角側当接位相Ｐｂに達した際に他方の駆動側当接部３５ａに当接するように形成されている。

エンジンＥの吸気カムシャフト７と排気カムシャフト８は、エンジンＥの稼動時にカム変動トルクの作用により回転速度が増速方向と減速方向とに短い周期で変動する。このため、カムシャフト７，８に連結する内部ロータ２２と駆動ケース２１との間の相対回転位相も、進角方向Ｓａと遅角方向Ｓｂとに短い周期で変動することになり、位相制御において相対回転位相が進角側当接位相Ｐａ、あるいは、遅角側当接位相Ｐｂに設定された場合には、当接構造３５の駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとが当接する状態と、離間する状態とが繰り返して作り出されることになる。

〔制御構成〕
図１に示すように、エンジン制御装置４０には、クランク角センサ１６、及び、カム角センサ１７からの検出信号が夫々入力される。また、エンジン制御装置４０は、位相制御モータＭを制御するモータ制御ユニット４７に制御信号を出力し、位相制御モータＭに内蔵された回転センサＲＳの検出信号と、モータ制御ユニット４７から位相制御モータＭに供給される電流信号とが入力される。回転センサＲＳは、位相制御モータＭの回転角に対応した信号を出力する。

前述したように、吸気カムシャフト７は、カム変動トルクの作用により相対回転位相が進角方向Ｓａと遅角方向Ｓｂとに所定の幅で変動しており、エンジン制御装置４０は、この変動（角速度の変動）を、位相制御モータＭに内蔵した回転センサＲＳの検出信号に基づいて取得している。回転センサＲＳは、位相制御モータＭの出力軸ＭＳが所定の回転角に達する毎に検出信号を出力するものを想定しており、検出信号は、エンジン制御装置４０に出力される。

エンジン制御装置４０は、稼動制御部４１を備えると共に、位相制御部４２と、当接位相検出部４３と、補正目標位相設定部４４と、目標位相補正部４５と、角速度演算部４６とを備えている。これらはソフトウエアとして構成されるものであるが、例えば、一部をロジック回路のようにハードウエアで構成することも可能である。この構成において、位相制御部４２と、当接位相検出部４３と、補正目標位相設定部４４と、目標位相補正部４５と、角速度演算部４６とで制御ユニットＡｂが構成されている。また、エンジン制御装置４０は、ＥＥＰＲＯＭのように不揮発性のストレージ（不図示）を備えている。

稼動制御部４１は、インジェクタ９による燃料の噴射、点火プラグ１０による点火等を管理することにより、エンジンＥの稼動を制御する。位相制御部４２は、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み操作量や、走行系に作用する負荷等に対応して弁開閉時期制御装置Ａの目標位相を設定すると共に、位相センサＰＳ（クランク角センサ１６、カム角センサ１７）で検出された実位相と目標位相との位相差（偏差）を小さくする方向に位相制御モータＭを制御することにより実位相を目標位相に一致させる位相制御を行う。

当接位相検出部４３は、前述した位相制御部４２による位相制御の実行時に駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとが当接するまで位相制御モータＭを駆動する当接制御を行い、相対回転位相が機械的な限界となる進角側当接位相Ｐａと、遅角側当接位相Ｐｂとを検出する。

補正目標位相設定部４４は、当接位相検出部４３で検出された当接位相を基準にして、回転センサＲＳに基づき角速度演算部４６で求められる角速度の変動量に基づいて図５に示す進角側補正目標位相Ｐａｃ（補正目標位相の一例）と、図７に示す遅角側補正目標位相Ｐｂｃ（補正目標位相の一例）とを設定する。

この補正目標位相（進角側補正目標位相Ｐａｃ、遅角側補正目標位相Ｐｂｃ）は、カム変動トルクの作用により相対回転位相が所定の幅で変動しても、相対回転位相が当接位相（進角側当接位相Ｐａ、遅角側当接位相Ｐｂ）に到達することなく駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとの間に間隙が形成される位相である。

目標位相補正部４５は、位相制御の実行時において、目標位相が、当接位相に設定された場合や、相対回転位相の所定の幅での変動により目標位相が当接位相に到達する位相に設定された場合に、目標位相に代えて補正目標位相（図５に示す進角側補正目標位相Ｐａｃと、図７に示す遅角側補正目標位相Ｐｂｃ）を新たに目標位相に設定する。

角速度演算部４６は、回転センサＲＳで検出される回転角に対応する信号から、位相制御モータＭの出力軸ＭＳの角速度を演算する。

〔制御形態：位相制御〕
図８のフローチャートに示すように、位相制御では、当接位相検出ルーチン（＃２００ステップ）が実行される。次に、補正目標位相設定部４４が、カム変動トルクの作用による相対回転位相の変動を取得し、この取得に基づき補正目標位相（進角側補正目標位相Ｐａｃと遅角側外当接位相Ｐｂｓ）の値を算出し、ストレージに記憶する（＃１０１ステップ）。

以下、＃１０１ステップによる制御の詳細を説明する。エンジンＥが稼動する状況ではカム変動トルクの作用により吸気カムシャフト７の回転速度が進角方向と遅角方向とに短い周期で、所定の幅で増減するため、相対回転位相も進角方向と遅角方向とに所定の幅で変動する（角速度が変動する）。このため、例えば、相対回転位相を中間位相から進角側に変位させた場合には、相対回転位相が図３に示す進角側当接位相Ｐａに達する以前に、図４に示す進角側外当接位相Ｐａｓと進角側当接位相Ｐａとの間の位相においても駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとが短い周期で当接と離間とを繰り返すことになる。

図１０の上段には、角速度演算部４６で演算される角速度の変動を基準波形Ｔｓとして示している。同図では、横軸に時間経過を取り、縦軸にカム変動トルクの作用による位相の変動量を取っており、基準波形Ｔｓは、正弦波となり相対回転位相の角速度の変動を示している。この制御では、基準波形Ｔｓの振れ量Ｔａの１／２（振幅Ｔｂ）に対応する位相角を、進角側当接位相Ｐａに対して遅角方向に変位させた進角側外当接位相Ｐａｓとして示している。

この進角側外当接位相Ｐａｓより更に遅角方向に設定位相だけ変位した相対回転位相では、駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとの当接を確実に防止できるため、この相対回転位相を図５に示す進角側補正目標位相Ｐａｃに設定している。尚、進角側補正目標位相Ｐａｃでは、駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとが最も接近したときであっても、これらの間に間隙が形成される。

先に説明した、進角側当接位相Ｐａと進角側外当接位相Ｐａｓと進角側補正目標位相Ｐａｃと同様の考え方に基づいて、図６に示す遅角側外当接位相Ｐｂｓと、図７に示す遅角側補正目標位相Ｐｂｃが設定される。

つまり、相対回転位相を中間位相から遅角側に変位させた場合には、相対回転位相が遅角側当接位相Ｐｂに達する以前に、図６に示す遅角側外当接位相Ｐｂｓと遅角側当接位相Ｐｂとの間の位相において駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとが短い周期で当接と離間とを繰り返す。図１０の上段に示す、基準波形Ｔｓの振れ量Ｔａの１／２（振幅Ｔｂ）に対応する位相角を、遅角側当接位相Ｐｂに対して進角方向に変位させた遅角側外当接位相Ｐｂｓとして示している。

更に、遅角側外当接位相Ｐｂｓから進角方向に設定位相だけ変位させた相対回転位相を図７に示す遅角側補正目標位相Ｐｂｃとしている。尚、遅角側補正目標位相Ｐｂｃでは、駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとが最も近接したときであっても、これらの間に間隙が形成される。

「駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとが最も近接した」とは、駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとの間に間隙が形成される状態となる位置関係を説明するものであり、例えば、駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとが互いに近接する方向に変位する状況においては、各々が当接する直前の位置関係と言える。

以下、進角側当接位相Ｐａと遅角側当接位相Ｐｂの上位概念を当接位相と称し、進角側補正目標位相Ｐａｃと遅角側補正目標位相Ｐｂｃの上位概念を補正目標位相と称することもある。この進角側補正目標位相Ｐａｃあるいは遅角側補正目標位相Ｐｂｃを設定する制御形態は後述する。

このような理由から、図８に示すように、当接制御ルーチン（＃２００ステップ）によって当接位相（進角側当接位相Ｐａ及び遅角側当接位相Ｐｂ）を検出した後に、＃１０１ステップにおいて回転センサＲＳで検出される回転角の信号に基づき図５、図７に示す補正目標位相（進角側補正目標位相Ｐａｃと遅角側補正目標位相Ｐｂｃ）の値が算出され、ストレージに記憶される。

次に、位相制御の目標位相を取得し（＃１０２ステップ）、取得した目標位相が、補正目標位相（進角側補正目標位相Ｐａｃと遅角側補正目標位相Ｐｂｃ）を基準に駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂが近接する側ではなく、当接構造３５で当接が生じないと判断できる場合には（＃１０３ステップのＮｏ）、位相センサＰＳ（クランク角センサ１６、カム角センサ１７）で検出された実位相と、目標位相との位相差（偏差）を小さくする方向に位相制御モータＭを制御する（＃１０５ステップ）。この位相制御は、位相制御部４２によって実行される。

これに対し、取得した目標位相で位相制御を行った場合に、当該目標位相では当接構造３５で駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとが当接すると判断できる場合には（＃１０３ステップのＹｅｓ）、目標位相の値に代えて、補正目標位相（進角側補正目標位相Ｐａｃと遅角側補正目標位相Ｐｂｃとの何れか）を新たな目標位相に設定し（＃１０４ステップ）、位相制御が実行される。この＃１０４、＃１０５ステップが目標位相補正部４５による処理である。

つまり、目標位相が進角側外当接位相Ｐａｓより進角側に設定された場合には、目標位相に代えて進角側補正目標位相Ｐａｃが新たに設定されることにより、カム変動トルクの作用によって目標位相が進角側当接位相Ｐａに到達する場合でも、駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとが当接することのことない間隙が形成される制御が行われる。

これと同様に、遅角側外当接位相Ｐｂｓより遅角側に設定された場合には、目標位相に代えて遅角側補正目標位相Ｐｂｃが新たに設定されることにより、カム変動トルクの作用によって目標位相が遅角側当接位相Ｐｂに到達する場合でも、駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとが当接することのない間隙が形成される制御が行われる。

これにより、カム変動トルクの作用によって駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとの間隙が変動する場合でも、これらが接触する不都合を防止し、減速ギヤＧに大きい負荷を作用させず、減速ギヤＧを破損させる不都合を招くこともない。

〔制御形態：当接位相検出ルーチン〕
当接位相検出ルーチン（＃２００ステップ）を、図９にサブルーチンとして示している。このルーチンでは位相制御モータＭの駆動により、当接部同士（駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂ）が当接する方向（機械的な限界に向かう方向）に相対回転位相を変位させ、この駆動時に位相制御モータＭの回転センサＲＳに基づき、角速度演算部４６が角速度の変化を示す波形を演算によって取得し（＃２０１、＃２０２ステップ）、取得した波形の比較により当接の有無の判定を行う（＃２０３、＃２０４ステップ）。この＃２００ステップの当接位相検出ルーチンは当接位相検出部４３によって実行される。

前述したように、エンジンＥが稼動する状況では、カム変動トルクの作用により、内部ロータ２２が短時間のうちに進角方向Ｓａと遅角方向Ｓｂとに交互に変動する。当接部同士が当接しない状況での角速度の変化を示す波形を図１０の上段に、正弦波となる基準波形Ｔｓとして示している。これに対し、当接部同士が当接する状態に移行した場合には、駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとが当接した位相を基準に、これらが離間する方向への変動だけが許されるため、角速度の変化を示す波形が図１１の上段に示す規制波形Ｔｒとなる。このような理由から、＃２０３ステップでは、直前に取得された波形との比較を行い、波形の変化が生じたか否かにより、当接状態と非当接状態との判定が行われる。

図１１の上段に示す基準波形Ｔｓは、横軸に時間経過を取り、縦軸に角速度を取っており、当接部同士の当接が認められない場合には（＃２０４ステップのＮｏ）、＃２０１、＃２０２ステップの制御が繰り返して行われる。これに対し、当接部同士が当接する状態に移行したことが判定された場合には（＃２０４ステップのＹｅｓ）、位相変動が規制される実位相（図１１の上段で位相変動量が「０」として示される位相）を当接位相（進角側当接位相Ｐａと、遅角側当接位相Ｐｂ）として検出し、＃２０５ステップにおいてストレージに記憶される。

この当接位相は、カム変動トルクの作用により駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとが接近する方向と離間する方向とに繰り返して変位することにより、実位相が繰り返して変動する状況において、夫々が最も接近したときの実位相となる。

尚、当接部同士が当接する状態に達した場合には、前述したように先に取得した波形に対して、この後に取得した波形が変化するため、波形の変化量が所定値を超えたタイミング（例えば、設定された値より角速度が低下したタイミング等）において位相センサＰＳで検出される実位相を、当接位相として取得するように制御形態を設定することが可能である。

＃２０１～＃２０４ステップの制御は、進角側と遅角側とで行われる。これにより、当接位相検出ルーチンでは、進角側当接位相Ｐａと、遅角側当接位相Ｐｂとが検出される。この当接位相検出ルーチン（＃２００ステップ）の処理は、例えば、エンジンＥがアイドリング状態に移行した場合のようにエンジンＥの出力が低下した際に実行するなど、エンジンＥが稼動する状況で複数回行っても良い。尚、この制御を実現するために角速度を検出するための専用のセンサを用いても良い。

〔実施形態の作用効果〕
この弁開閉時期制御装置Ａでは、例えば、位相制御の目標位相が最進角位相（進角側当接位相Ｐａ）に設定された場合、若しくは、進角側外当接位相Ｐａｓより当接側（進角側）に設定された場合には、目標位相に代えて進角側外当接位相Ｐａｓを目標位相に設定することにより、相対回転位相が所定の幅で変動し駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとが接近する方向に変位しても駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂとの間に間隔を形成するため、駆動機構の減速ギヤＧの破損の防止を実現しつつ、必要とするタイミングで吸気バルブＶａの開閉が行われる。

また、位相制御の所定のタイミングで、当接位相検出ルーチンを実行するため、例えば、経年変化によって当接位相が変化する場合にも、正確な当接位置を検出して適正な制御を実現する。

更に、不揮発性のストレージを用いているため、エンジンＥが始動した後に当接位相検出ルーチンを実行しない状況であっても、ストレージに既に記憶されている補正目標位相（進角側補正目標位相Ｐａｃと遅角側外当接位相Ｐｂｓ）を用いることが可能となる。また、ストレージには、当接位相（進角側当接位相Ｐａと遅角側当接位相Ｐｂ）が記憶されるため、この当接位相に基づいて補正目標位相を算出することも可能となる。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）当接位相検出ルーチン（＃２００ステップ）での制御を、図１２のフローチャートに従って行わせる。この別実施形態（ａ）では位相制御モータＭ（電動モータ）に供給される電流をモータ制御ユニット４７で検出する制御形態を想定している。

つまり、位相制御モータＭの駆動により、当接部同士（駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂ）を当接させる方向（機械的な限界に向かう方向）に相対回転位相を変位させて、これらを当接させる当接制御を行い、この当接制御時に位相制御モータＭに供給される電流を取得し（＃２０１、＃２０２ステップ）、取得した電流に基づいて当接状態の判定を行う（＃２０３ステップ）。

位相制御モータＭは、当接部同士が当接した際の負荷の増大に伴い位相制御モータＭに供給する電流が増大するものであり、＃２０３ステップにおいて電流が増大しない場合には、当接部同士が当接していないと判断し（＃２０３ステップのＮｏ）、＃２０１、＃２０２ステップの制御を繰り返して行う。これに対して、位相制御モータＭに供給される電流が増大した場合には、当接部同士が当接状態に達していると判断し（＃２０３ステップのＹｅｓ）、検出した際の実位相をストレージに記憶する（＃２０４ステップ）。

当接部同士が当接しない低負荷の状況では、カム変動トルクの作用により回転センサＲＳの検出信号に基づいて角速度の変化が、図１０の上端に基準波形Ｔｓに示されるように、正弦波を描くように変動する。このように低負荷である場合に位相制御モータＭに供給される電流は、図１０の下段において電流値グラフＭｃに示すように一定の電流値Ｑ１の電流が位相制御モータＭに供給される。

これに対し、当接部同士（駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂ）が当接し、負荷が増大した場合には、当接部同士が離間する方向への変動だけが許されるため、角速度の変化が図１１の上段に示すように、規制波形Ｔｒに示される波形を描くように変化する。
このように負荷が増大した状態では、図１１の下段において電流値グラフＭｃに示すように、当接部同士が当接するタイミング毎に電流値が山状に増大する。このため、例えば、閾値Ｑ２を設定し、この閾値Ｑ２を超える電流が計測された場合に、当接部同士が当接状態に達していると判断できるように構成している。

この別実施形態（ａ）でも、当接位相検出ルーチンが進角側と遅角側とで行われることにより、進角側当接位相Ｐａと、遅角側当接位相Ｐｂとが検出される。この別実施形態（ａ）では、単純な制御でありながら、当接位相を確実に検出できる。また、この別実施形態（ａ）では、制御を実現するために専用の電流センサを取り付けても良い。

（ｂ）当接位相検出ルーチン（＃２００ステップ）での制御を可能にするため、相対回転位相を高い精度で検出する位相センサＰＳを用いることが考えられる。図１に示す位相センサＰＳは、高い精度での相対回転位相の検出が困難であるが、例えば、吸気カムシャフト７が１回転する際に、複数のタイミングで相対回転位相を検出する性能の位相センサＰＳを用いた場合には、当接位相検出ルーチンにおいて、当接部同士（駆動側当接部３５ａと従動側当接部３５ｂ）が当接する方向（機械的な限界に向かう方向）に相対回転位相を変位させ、当接部同士が当接した場合に相対回転位相の変化が停止するタイミングの実位相を高い精度で取得することが可能となる。従って、このように取得した実位相を当接位相として、記憶することも可能となる。

この別実施形態（ｂ）でも、当接位相検出ルーチン進角側と遅角側とで行われることにより、進角側当接位相Ｐａと、遅角側当接位相Ｐｂとが検出される。

（ｃ）位相制御部４２による制御において、例えば、エンジンＥの始動時に既に当接位相がストレージに記憶されている状況のように当接位相が既知である場合には、当接位相検出ルーチン（＃２００ステップ）の制御を行わずに、実位相の振れ量を取得し、この振れ量に基づいて補正目標位相（進角側補正目標位相Ｐａｃ、遅角側補正目標位相Ｐｂｃ）を設定するように制御形態を設定することも考えられる。

この別実施形態（ｃ）では、当接位相を検出するための制御を行わないため、補正目標位相の設定を迅速に行える。

（ｄ）進角側当接位相Ｐａと、遅角側当接位相Ｐｂとの何れか一方にだけ、補正目標位相を設定するように制御形態を構成しても良い。

本発明は、電動式の弁開閉時期制御装置に利用できる。

１ クランクシャフト
７ 吸気カムシャフト（カムシャフト）
２１ 駆動ケース（駆動側回転体）
２２ 内部ロータ（従動側回転体）
３５ａ 駆動側当接部
３５ｂ 従動側当接部
４２ 位相制御部
４５ 目標位相補正部
４６ 角速度演算部
Ｅ エンジン（内燃機関）
Ｇ 減速ギヤ
Ｍ 位相制御モータ（電動モータ）
Ｐａｃ 進角側補正目標位相
Ｐｂｃ 遅角側補正目標位相
ＲＳ 回転センサ
ＰＳ 位相センサ
Ｘ 回転軸芯

Claims (2)

1. 回転軸芯を中心に回転自在で内燃機関のクランクシャフトと同期回転する駆動側回転体と、前記回転軸芯を中心に回転自在で前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトと一体回転する従動側回転体と、前記駆動側回転体および前記従動側回転体の相対回転位相を制御するため電動モータ及び減速ギヤと、前記相対回転位相を実位相として検出する位相センサと、目標位相が設定された際に前記実位相と前記目標位相との位相差を小さくする方向に前記電動モータを制御する位相制御部と、を備えると共に、
   前記駆動側回転体に形成された駆動側当接部と、前記従動側回転体に形成された従動側当接部とが当接することにより前記相対回転位相の機械的な限界となる当接位相を有するように構成され、
   前記相対回転位相は、所定の幅で変動しており、
   前記目標位相が、前記当接位相に設定された場合、若しくは、前記所定の幅での変動により前記相対回転位相が前記当接位相に到達する位相に設定された場合に、前記相対回転位相が前記所定の幅で変動しても前記相対回転位相が前記当接位相に到達することなく前記駆動側当接部と前記従動側当接部との間に間隙が形成される補正目標位相を、前記目標位相に代えて新たな前記目標位相に設定する目標位相補正部を備え、
   前記目標位相補正部は、前記位相センサが、前記相対回転位相が前記当接位相に到達したことを検出した後に、前記当接位相を基準に前記補正目標位相を設定し、
   前記電動モータの回転角に対応した信号を検出する回転センサと、前記回転センサで検出される前記回転角に対応した信号から角速度を求める角速度演算部と、を更に備え、
   前記位相制御部は、前記駆動側当接部と前記従動側当接部とを当接させる当接制御を行い、
   この当接制御において、前記角速度演算部で求められる角速度の変化を示す波形が変化したときに前記位相センサにより検出された前記実位相を前記当接位相に設定する弁開閉時期制御装置。
2. 前記目標位相補正部は、前記相対回転位相が前記所定の幅で変動する際の変動幅の１／２以上の値に対応する位相を、前記目標位相に付加した位相を前記補正目標位相とする請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。

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