JP4699310B2 - 可変バルブタイミング装置 - Google Patents

Description

この発明は、可変バルブタイミング装置に関し、より特定的には、電動機をアクチュエータとする（アクチュエータの作動量に応じた変化量でバルブの開閉タイミングを変更する機構を有する）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可変バルブタイミング（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）装置
が知られている。一般的に、可変バルブタイミング装置では、インテークバルブやエキゾーストバルブを開閉駆動す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。

このような可変バルブタイミング装置によりバルブタイミングを正確に制御するためには、現在の実バルブタイミング（すなわちカムシャフト位相）を高精度に検知する必要がある。この点につき、たとえば特許文献１（特表平４−５０６８５１号公報）には、測定センサのオフセットを自動的に校正してカムシャフト位相をフィードバック制御する可変バルブタイミング装置が開示されている。

また、油圧を駆動源とした可変バルブタイミング装置では、寒冷時やエンジン始動時に油圧が不足したり油圧制御の応答性が低下して、可変バルブタイミング制御精度が低下するという問題点があるため、駆動源として電動モータを用いた可変バルブタイミング装置が提案されている（たとえば、特許文献２〜３）。

特許文献２（特開２００３−２９５９５３号公報）には、ＤＣサーボモータをアクチュエータとする可変バルブタイミング装置において、被制御体の制御回転位置によって応答性能等の性能にばらつきが生じることを防止し、全ての制御回転位置において均一な制御応答性が得られるようにする構成が開示される。ただし、被制御体の回転角（位相）検出については、回転角度センサの出力を用いて検出することしか記載されておらず、その検出精度を向上させるための技術については言及されていない。

一方、特許文献３（特開２００４−１６２７０６号公報）には、モータの回転速度をカムシャフトの回転速度に対して変化させることにより、バルブタイミングを可変にする可変バルブタイミング装置が開示される。特に、特許文献３では、このような可変バルブタイミング装置において、クランク角センサから出力されたクランク角信号およびカム角センサから出力されたカム角信号に基づいてカム角信号出力時の実バルブタイミングを算出する。さらに、このカム角信号出力時の実バルブタイミングに対するバルブタイミング変化量をモータとカムシャフトとの回転速度差に基づいて算出し、カム角信号出力時の実バルブタイミングとバルブタイミング変化量とを用いて、最終的な実バルブタイミングを算出する。これにより、カムシャフトが所定角度回転するたびに出力されるカム角信号の発生間のタイミングにおいても、バルブタイミングを補間的に検出することができる。
特表平４−５０６８５１号公報 特開２００３−２９５９５３号公報 特開２００４−１６２７０６号公報

しかしながら、カム角信号の発生間隔が短くなるエンジン高回転数時には、特許文献３のように補間的にバルブタイミング変化量演算を実行する必要性が低い。一方、エンジン低回転数時、特に、エンジン停止時やエンジン回転数が安定しない低回転数領域では、クランク角信号およびカム角信号に基づき実バルブタイミングを高精度に検出することが困難となる。このように、実バルブタイミングの検出精度は、エンジン回転数領域に影響を受ける。

一方、特許文献３の可変バルブタイミング装置では、モータとカムシャフトとの回転速度差に基づいてバルブタイミング変化量を常時実行するため、バルブタイミング算出のための演算負荷が増大する。したがって、高速大容量処理が可能なプロセッサの適用等、コストアップが発生する可能性がある。また、特許文献１および２も、実バルブタイミングの検出において演算負荷を考慮する必要がある点について、何ら言及していない。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、エンジン回転速度の変化に対応させて、演算負荷を過度に増大させることなく実際のバルブタイミングの検出精度を確保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。

この発明による可変バルブタイミング装置は、エンジンに設けられたインテークバルブおよびエキゾーストバルブの少なくとも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、アクチュエータと、変更機構と、第１から第３の検出手段と、位相検出手段とを備える。変更機構は、開閉タイミングが変更されるバルブを駆動するカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相差を、アクチュエータの作動量に応じた変化量で変化させることによって開閉タイミングを変更するように構成される。第１の検出手段は、クランクシャフトの回転角を検出するように構成される。第２の検出手段は、カムシャフトの回転角を検出するように構成される。第３の検出手段と、アクチュエータの作動量を検出するように構成される。位相検出手段は、第１から第３の検出手段の出力に基づき、開閉タイミングが変更されるバルブの実開閉タイミングを検出する。さらに、位相検出手段は、第１の算出手段と、第２の算出手段と、第１の選択手段とを含む。第１の算出手段は、クランクシャフトの回転角とカムシャフトの回転角との相対関係に基づき実開閉タイミングを算出する。第２の算出手段は、アクチュエータの作動量に応じた回転位相差の変化量の積算に基づき実開閉タイミングを算出する。第１の選択手段は、エンジン回転速度に応じて第１および第２の算出手段の一方を選択して実開閉タイミングを検出する。

上記可変バルブタイミング装置によれば、クランクシャフトおよびカムシャフトの回転角検出により両者の回転位相の相対関係に基づいて実開閉タイミング（実バルブタイミング）を算出する第１の算出手法と、アクチュエータの作動量に応じた変更機構によるカムシャフト回転位相変化量の積算演算に基づき実バルブタイミングを算出する第２の算出手法とを、エンジン回転数領域に応じて適切に選択して実バルブタイミングを検出することができる。したがって、上記第２の算出手法による演算を常時実行して演算処理負荷を過度に増大させることなく、いずれのエンジン回転数領域においても実バルブタイミングの検出精度を確保できる。

好ましくは、この発明による可変バルブタイミング装置では、第１の選択手段は、エンジン回転速度が所定値より高いときに第１の算出手段を選択する一方で、エンジン回転速度が所定値以下のときには第２の算出手段を選択する。

上記可変バルブタイミング装置によれば、クランクシャフトおよびカムシャフトの回転速度が低く、その回転速度が安定していない低回転速度領域においても、アクチュエータの作動量に応じた変更機構によるクランクシャフト位相変化量の積算演算（第２の算出手法）に基づき実バルブタイミングの検出精度を確保できる。また、クランクシャフトおよびカムシャフトの回転速度が比較的安定しており、かつ、クランクシャフトおよびカムシャフトの回転角検出に基づくバルブタイミングの算出頻度が高まる高回転速度領域において、上記第２の算出手法によるバルブタイミング算出を非実行とできるので、演算処理負荷を過度に増大させることなく、効率的に実バルブタイミングの検出精度を確保できる。

さらに好ましくは、可変バルブタイミング装置は、異常時処理手段手段をさらに備える。異常時処理手段は、前記第１の選択手段が前記第２の算出手段を選択するエンジン回転速度領域において、前記第３の検出手段に異常が発生した場合に、前記実開閉タイミングの検出を中止するとともに、前記アクチュエータによる前記開閉タイミングの変更を禁止する。

特にこのような構成では、異常時処理手段は、通電停止手段を含む。通電停止手段は、エンジン回転速度領域において前記第３の検出手段に異常が発生した場合に、前記アクチュエータへの通電を遮断する。

このような構成とすることにより、アクチュエータ作動量に基づき実バルブタイミングが検出されるエンジン回転速度領域において、アクチュエータ作動量の検出に異常が生じた場合（代表的には、センサ故障）に、誤ったバルブタイミング検出に基づきバルブタイミング制御が異常に制御されることを防止できる。

また好ましくは、この発明による可変バルブタイミング装置では、位相検出手段は、第２の選択手段と、第３の算出手段とをさらに含む。第２の選択手段は、所定のエンジン回転速度領域において、第１および第２の算出手段の両方を選択して実開閉タイミングを検出する。第３の算出手段は、所定のエンジン回転速度領域において、第１の算出手段による算出値を、第２の算出手段による算出値によって修正することにより実開閉タイミングを算出するように構成される。

上記可変バルブタイミング装置によれば、所定のエンジン回転速度領域において、クランクシャフトおよびカムシャフトの回転角検出に基づくバルブタイミング算出（第１の算出手法）を、アクチュエータ作動量に応じたカムシャフト位相変化量の積算演算に基づくバルブタイミング算出（第２の算出手法）によってバックアップする態様で、実際のバルブタイミングを検出できる。これにより、たとえば、第１の算出手法が適した領域（高回転速度領域）および第２の算出手法が適した領域（低回転速度領域）の境界領域における実バルブタイミングの検出精度を向上できる。

さらに好ましくは、位相検出手段は、第４の算出手段をさらに含む。第４の算出手段は、所定のエンジン回転速度領域において前記第３の検出手段に異常が発生した場合に、前記第２の算出手段による算出値を用いることなく前記第１の算出手段による算出値に基づき、前記実開閉タイミングを算出するように構成される。

このような構成とすることにより、アクチュエータ作動量の検出に異常が生じた場合（代表的には、センサ故障）に、異常な検出値に基づいて実バルブタイミング検出に誤差が発生することを防止できる。

さらに好ましくは、この発明による可変バルブタイミング装置では、アクチュエータは電動機で構成され、かつ、アクチュエータの作動量は、カムシャフトに対する電動機の相対的な回転速度差である。そして、変更機構は、開閉タイミングが第１の領域にある場合と第２の領域にある場合とで、アクチュエータの作動量と開閉タイミングの変化量との比率が異なるように、かつ開閉タイミングの変化方向が同じであるように、開閉タイミングを変更する。さらに、第２の算出手段は、予め求められた開閉タイミングおよび比率の対応関係と、電動機の相対的な回転速度差とに基づき、実開閉タイミングの変化量を算出するともに、算出した変化量と前回算出した実開閉タイミングとの加算によって現在の実開閉タイミングを算出する。

上記可変バルブタイミング装置によれば、現在のバルブタイミングに応じてアクチュエータの作動量に対するバルブタイミング変化量の比率が変化する構成においても、アクチュエータ作動量に応じたカムシャフト位相変化量の積算演算に基づき、バルブ開閉タイミングの検出精度を確保することができる。

あるいは、さらに好ましくは、この発明による可変バルブタイミング装置では、アクチュエータは電動機で構成され、かつ、アクチュエータの作動量は、カムシャフトに対する電動機の相対的な回転速度差である。さらに、可変バルブタイミング装置は、指令値設定手段と、電動機制御手段とをさらに備える。指令値設定手段は、要求される開閉タイミングの変化量に対応する電動機の相対的な回転速度差に応じて、電動機の回転速度指令値を設定する。電動機制御手段は、指令値設定手段による回転速度指令値に従って、電動機の回転速度を制御する。そして、電動機制御手段は、指令値設定手段により設定された回転速度指令値および回転速度差に基づく設定制御および回転速度指令値に対する実際の回転速度偏差に基づくフィードバック制御の組み合わせによって、電動機への供給電力を制御する。

上記可変バルブタイミング装置によれば、電動機の制御量偏差（たとえば回転速度偏差）に基づく単純なフィードバック制御とした場合と比較して、アクチュエータ作動量に係る動作指令値（たとえば電動機の回転速度指令値）の変化に対して、アクチュエータ作動量（たとえば電動機の回転速度）を高速に追従させることができる。

この発明による可変バルブタイミング装置によれば、エンジン回転速度の変化に対応させて、演算負荷を過度に増大させることなく実バルブタイミングの検出精度を確保できる。

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、第１バンク１０１０および第２バンク１０１２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、本発明の適用はエンジン形式を限定するものではなく、Ｖ型８気筒以外の形式のエンジンについても、以下に説明する可変バルブタイミング装置を適用可能である。

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の内部（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により着火されて燃焼する。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が押し下げられることにより、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およびエキゾーストカムシャフト１１３０は、チェーンやギヤ等により連結されて、同じ回転速度（クランクシャフト１０９０の回転速度の２分の１）で回転する。なお、シャフト等の回転体の回転速度については、単位時間当たりの回転数（代表的には、毎分当たりの回転数：ｒｐｍ）で表わすことが一般的であるため、以下では、回転体の回転速度の意味で単に「回転数」とも表記する。

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、その位相（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、その位相（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）により作動する。電動モータ２０６０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０００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。

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く、インテーク用ＶＶＴ機構２０００およびエキゾースト用ＶＶＴ機構３０００の各々を、以下に説明するインテーク用ＶＶＴ機構２０００と同じ構成にしてもよい。

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、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と同様に、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。なお、電動モータ２０６０の出力軸には、この出力軸の回転角（回転方向における出力軸の位置）を表す信号を出力するモータ回転角センサ５０５０が設けられる。モータ回転角センサ５０５０は、一般的には、電動モータ２０６０の出力軸が所定角度回転する度にパルス信号を発生するように構成される。このモータ回転角センサ５０５０の出力に基づいて、電動モータ２０６０の出力軸の回転数（以下、単に電動モータ２０６０の回転数とも称する）を検知可能である。

図９に示すように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比Ｒ（θ）、すなわち、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）までの第１の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）から最進角までの第２の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）までの第３の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。

以上のような構造に基づき発現する、本実施の形態に係る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）との間の第１の領域にある場合、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）と最進角との間の第２の領域にある場合、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。

インテークバルブ１１００の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）との間の第１の領域において、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）と最進角との間の第２の領域において、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）との間の第１の領域およびＣＡ（２）と最進角との間の第２の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）と最進角との間の第２の領域において、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）との間の第１の領域においては、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。また、アクチュエータである電動モータ２０６０の通電停止時に、意図しない位相変化が発生することを抑制できる。

ところで、インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（１）とＣＡ（２）との間の第３の領域にある場合、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、位相が第１の領域から第２の領域に、もしくは第２の領域から第１の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。

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のインテーク用ＶＶＴ機構によれば、インテークバルブの位相が最遅角からＣＡ（１）までの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。インテークバルブの位相がＣＡ（２）から最進角までの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（１）よりも小さいＲ（２）となる。これにより、電動モータの出力軸の回転方向が同じである限り、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域およびＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域の両方の領域においてインテークバルブ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）と最進角との間の第２の領域において、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）との間の第１の領域においては、減速比が大きいため、エンジンの運転に伴なってインテークカムシャフトに作用するトルクにより電動モータ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。その結果、大きな範囲で位相を変化させ、かつ、位相を精度よく制御することができる。

図１１は、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置によるインテークバルブ位相の制御構成を説明する概略ブロック図である。

図１１を参照して、図１でも説明したように、エンジン１０００は、クランクシャフト１０９０からの動力がタイミングチェーン１２００（またはタイミングベルト）により各スプロケット２０１０，２０１２を介して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に伝達されるように構成されている。また、インテークカムシャフト１１２０の外周側には、所定のカム角毎にカム角信号Ｐｉｖを出力するカムポジションセンサ５０１０が取付けられている。一方、クランクシャフト１０９０の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号Ｐｃａを出力するクランク角センサ５０００が取付けられている。また、電動モータ２０６０の回転子（図示せず）には、所定の回転角度毎にモータ回転角信号Ｐｍｔを出力するモータ回転角センサ５０５０が取付けられている。これらのカム角信号Ｐｉｖ、クランク角信号Ｐｃａおよびモータ回転角信号Ｐｍｔは、ＥＣＵ４０００へ入力される。

ＥＣＵ４０００は、さらに、エンジン１０００の状態を検出するためのセンサ群の出力および運転条件（運転者ペダル操作、現車速等）に基づき、エンジン１０００に対して要求される出力が得られるように、エンジン１０００の動作を制御する。そのエンジン制御の一環として、ＥＣＵ４０００は、図２に示したマップに基づき、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の位相の目標値を設定する。さらに、ＥＣＵ４０００は、インテークバルブ１１００の位相をこの目標値（目標位相）に合致させるように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００へのアクチュエータである電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆを生成する。この回転数指令値Ｎｍｒｅｆは、以下に説明するように、アクチュエータ作動量に相当する電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０（インテークカムシャフト１１２０）との相対回転数に対応させて決定される。

電動機ＥＤＵ（Electronic Drive Unit）４１００は、ＥＣＵ４０００からの回転数指
令値Ｎｍｒｅｆに従い、電動モータ２０６０の回転数制御を行なう。

図１２は、本発明の実施の形態によるインテーク用ＶＶＴ機構２０００のアクチュエータである電動モータ２０６０の回転数制御を説明するブロック図である。

図１２を参照して、アクチュエータ作動量設定部６０００は、バルブ位相検出部６０１０と、カムシャフト位相変化量算出部６０２０と、相対回転数設定部６０３０と、カムシャフト回転数検出部６０４０と、回転数指令値生成部６０５０とを含む。アクチュエータ作動量設定部６０００の動作は、ＥＣＵ４０００に予め格納された所定プログラムに従う制御処理を所定の制御周期毎に実行することによって実現される。

バルブ位相検出部６０１０は、クランク角センサ５０００からのクランク角信号Ｐｃａ、カムポジションセンサ５０１０からのカム角信号Ｐｉｖおよび、電動モータ２０６０の回転角センサ５０５０からのモータ回転角信号Ｐｍｔに基づき、現在のインテークバルブ１１００の実際の位相ＩＶ（θ）（以下、「実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）」とも表記する）を算出する。

すなわち、本実施の形態におけるクランク角センサ５０００は本発明での「第１の検出手段」に相当し、カムポジションセンサ５０１０は本発明での「第２の検出手段」に相当し、モータ回転角センサ５０５０は、本発明における「第３の検出手段」に相当する。なお、バルブ位相検出部６０１０によるインテークバルブ位相ＩＶ（θ）の検出については後程詳細に説明する。

カムシャフト位相変化量算出部６０２０は、演算部６０２２と、必要位相変化量算出部６０２５とを有する。演算部６０２２は、実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）の目標位相ＩＶ（θ）ｒに対する偏差ΔＩＶ（θ）（ΔＩＶ（θ）＝ＩＶ（θ）−ＩＶ（θ）ｒ）を求める。必要位相変化量算出部６０２５は、演算部６０２２により求められた偏差ΔＩＶに応じて、この制御周期でのインテークカムシャフト１１２０の必要位相変化量Δθを算出する。

たとえば、単一の制御周期での位相変化量Δθの最大値が予め設定され、必要位相変化量算出部６０２５は、この最大値の範囲内で、偏差ΔＩＶ（θ）に応じた位相変化量Δθを決定する。なお、この際の最大値については所定の固定値としてもよく、あるいは、必要位相変化量算出部６０２５が、エンジン１０００の運転状態（回転数、吸入空気量等）や偏差ΔＩＶ（θ）の大きさに応じて可変に設定する構成としてもよい。

相対回転数設定部６０３０は、必要位相変化量算出部６０２５によって求められた必要位相変化量Δθを生じさせるのに必要な、スプロケット２０１０（インテークカムシャフト１１２０）の回転数に対する電動モータ２０６０の出力軸の相対的な回転数ΔＮｍを算出する。たとえば、この相対回転数ΔＮｍは、インテークバルブ位相を進角させるときには正値（ΔＮｍ＞０）に設定され、反対にインテークバルブ位相を遅角させるときには負値（ΔＮｍ＜０）に設定され、現在のインテークバルブ位相を維持するとき（Δθ＝０）には略零（ΔＮｍ＝０）に設定される。

ここで、制御周期に相当する単位時間ΔＴ当たりでの位相変化量Δθと相対回転数ΔＮｍとの関係は、下記（１）式で示される。なお、（１）式中において、Ｒ（θ）は、図９に示された、インテークバルブ位相に応じて変化する減速比である。

Δθ∝ΔＮｍ・３６０°・（１／Ｒ（θ））・ΔＴ …（１）
したがって、相対回転数設定部６０３０は、制御周期ΔＴにて要求されるカムシャフト位相変化量Δθを生じさせるための電動モータ２０６０の相対回転数ΔＮｍを、（１）式に従った演算処理によって求めることができる。

カムシャフト回転数検出部６０４０は、スプロケット２０１０の回転数、すなわちインテークカムシャフト１１２０の実回転数ＩＶＮを、クランクシャフト１０９０の回転数の２分の１として求める。なお、カムシャフト回転数検出部６０４０は、カムポジションセンサ５０１０からのカム角信号Ｐｉｖに基づいてインテークカムシャフト１１２０の実回転数ＩＶＮを算出する構成としてもよい。ただし、一般的に、インテークカムシャフト１１２０の１回転当たりのカム角信号出力数は、クランクシャフト１０９０の１回転当たりのクランク角信号出力数よりも少ないので、クランクシャフト１０９０の回転数に基づいてカムシャフト回転数ＩＶＮを検出することにより、検出精度を向上することができる。

回転数指令値生成部６０５０は、カムシャフト回転数検出部６０４０によって求められたインテークカムシャフト１１２０の実回転数ＩＶＮと、相対回転数設定部６０３０により設定された相対回転数ΔＮｍとを加算して、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆを生成する。回転数指令値生成部６０５０によって生成された回転数指令値Ｎｍｒｅｆは、電動機ＥＤＵ４１００へ送出される。

電動機ＥＤＵ４１００は、リレー回路４２５０を介して電源４２００と接続される。リレー回路４２５０のオン・オフは、制御信号ＳＲＬによって制御される。電源４２００は、一般的には、エンジン作動時に充電可能な二次電池で構成される。このため、制御信号ＳＲＬによるリレー回路４２５０のオフにより、電動モータ２０６０の通電を停止することができる。また、以下に説明するように、電動モータ２０６０の通電停止制御は、電動機ＥＤＵ４１００によっても実行することができる。

電動機ＥＤＵ４１００は、電動モータ２０６０の回転数を回転数指令値Ｎｍｒｅｆに合致させるような回転数制御を行なう。たとえば、電動機ＥＤＵ４１００は、回転数指令値Ｎｍｒｅｆに対する電動モータ２０６０の実回転数Ｎｍの回転数偏差（Ｎｒｅｆ−Ｎｍ）に応じて、電動モータ２０６０への供給電力（代表的にはモータ電流Ｉｍｔ）を制御するように、電力用半導体素子（トランジスタ等）のスイッチングを制御する。たとえば、このような電力用半導体素子のスイッチング動作におけるデューティ比が制御される。また、リレー回路４２５０をオンした状態でも、電動機ＥＤＵ４１００内のインバータ、コンバータ等を構成する電力用半導体素子のスイッチング動作の停止（オフ固定）等により、電動機ＥＤＵ４１００の制御によって通電停止を行なうことができる。

たとえば、回転数指令値Ｎｍｒｅｆに比例した周波数を有するパルス信号によって、電動機ＥＤＵ４１００へ回転数指令値Ｎｍｒｅｆを指示する構成では、通常使用される回転数指令値Ｎｍｒｅｆの所定範囲を予め定めておき、電動機ＥＤＵ４１００に電動モータ２０６０への通電停止指示を行なう場合には、当該所定範囲以外に上記パルス信号の周波数を設定する構成とすることができる。この場合には、信号数を増大させることなく電動機ＥＤＵ４１００へ通電停止指示を与えることができる。

特に、電動機ＥＤＵ４１００は、モータ制御性を向上させるために、回転数制御における調整量となるデューティ比ＤＴＹを下記（２）式に従って制御する。

ＤＴＹ＝ＤＴＹ（ＳＴ）＋ＤＴＹ（ＦＢ） …（２）
（２）式において、ＤＴＹ（ＦＢ）は、上記回転数偏差および所定の制御ゲインによる制御演算（代表的には、一般的なＰ制御、ＰＩ制御等）基づくフィードバック項である。

（２）式中のＤＴＹ（ＳＴ）は、図１３に示すように、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆおよび設定された相対回転数ΔＮｍに基づいて設定されるプリセット項である。

図１３を参照して、相対回転数ΔＮｍ＝０のとき、すなわち、回転数指令値Ｎｍｒｅｆに対して、電動モータ２０６０をスプロケット２０１０と同一回転数で回転するとき（ΔＮｍ＝０のとき）に必要なモータ電流値に対応させたデューティ比特性６０６０が予めテーブル化される。そして、（２）式中のＤＴＹ（ＳＴ）は、デューティ比特性６０６０に従う基準値から、相対回転数ΔＮｍに応じた電流値を相対的に増減させることにより設定される。このように、プリセット項およびフィードバック項を組み合わせて電動モータ２０６０への供給電力を制御する回転数制御とすることにより、電動機ＥＤＵ４１００は、単純なフィードバック制御、すなわち（２）式のＤＴＹ（ＦＢ）項のみによる回転数制御と比較して、回転数指令値Ｎｍｒｅｆの変化に対して電動モータ２０６０の回転数を高速に追従させることができる。

ここで、図１２に示した電動モータ２０６０の回転数制御によって、インテーク用ＶＶＴ機構２０００によるバルブタイミング制御を正確化するためには、実際のインテークバルブ位相を正確に検出する必要がある。

この点につき、一般的には、クランク角信号Ｐｃａおよびカム角信号Ｐｉｖに基づいて、たとえば、カム角信号Ｐｉｖの発生時に、クランク角信号Ｐｃａの発生に対するカム角信号Ｐｉｖの時間差を、クランクシャフト１０９０およびインテークカムシャフト１１２０の間の回転位相差に換算することによって、現在のインテークカムシャフト１１２０の位相、すなわち、実インテークバルブ位相が算出される（第１の位相算出方式）。

ここで、第１の位相算出方式では、エンジン回転数（すなわち、クランクシャフト１０９０およびインテークカムシャフト１１２０の回転数に相当）の不安定領域、具体的には、比較的低回転数の領域（たとえば１０００ｒｐｍより低回転数の領域）において、位相検出精度を確保することが困難となる。

一方、本発明の実施の形態によるインテーク用ＶＶＴ機構２０００では、アクチュエータである電動モータ２０６０の作動量（相対回転数ΔＮｍ）に基づいて、インテークバルブの位相変化量を正確にトレースすることができる。具体的には、各センサからの出力に基づいて実際の相対回転数ΔＮｍを算出し、算出された実際の相対回転数ΔＮｍに基づく上記（１）式に従った演算処理により、単位時間（制御周期）毎での実インテークバルブ位相の変化量ｄＩＶ（θ）を算出することができる。そして、実位相変化量ｄＩＶ（θ）を積算することによって、現在のインテークカムシャフト１１２０の位相、すなわち、実インテークバルブ位相を逐次算出することができる（第２の位相算出方式）。

しかしながら、この第２の位相算出方式では、実際の相対回転数ΔＮｍおよび実インテークバルブ位相の変化量ｄＩＶ（θ）を算出するための演算処理を各制御周期でに実行する必要があるため、演算負荷が増大する。このため、高速大容量処理が可能なプロセッサのＥＣＵ４０００への適用等、コストアップが発生する可能性がある。

また、エンジン低回転数領域では、カム角信号の発生間隔が長くなるので位相算出頻度も減少するため、第１の位相算出方式では位相検出精度の確保が困難となる。一方、カム角信号の発生間隔が短くなるエンジン高回転数領域では、第１の位相算出方式により比較的高精度に位相検出を行なうことができる。このように、位相検出精度は、エンジン回転数領域に影響を受ける。

したがって、本発明の実施の形態による可変バルブタイミング装置では、図１４に示すフローチャートに従い、エンジン回転数に応じて位相算出方式を切換えて実インテークバルブ位相を検出する。図１４のフローチャートに従うインテークバルブの位相検出は、インテーク用ＶＶＴ機構２０００によるバルブタイミング制御の一部として、制御周期毎にバルブ位相検出部６０１０（図１２）により実行される。

図１４を参照して、バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ１００により、クランク角センサ５０００からのクランク角信号Ｐｃａに基づき、エンジン回転数が所定回転数Ｎ１より高いかどうかを判定する。所定回転数Ｎ１は、たとえば１０００（ｒｐｍ）程度に設定される。

そして、エンジン回転数が所定回転数Ｎ１より高い場合（ステップＳ１００によるＹＥＳ判定時）には、バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ１１０により、カム角信号とクランク角信号とに基づき、インテークカムシャフト１１２０およびクランクシャフト１０９０の間での回転角の相対関係を実際に求めることにより、両者の回転位相差に対応する実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）を算出する。これは、上述の第１の位相算出方式に対応する。

これに対して、エンジン回転数が所定回転数Ｎ１以下であるとき（ステップＳ１００におけるＮＯ判定時）には、バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ１２０およびＳ１３０により、上記第２の位相算出方式に従って、アクチュエータ（電動モータ２０６０）の作動量に基づいて実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）を算出する。

バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ１２０により、スプロケット２０１０（インテークカムシャフト１１２０）の回転数に対する電動モータ２０６０の実際の相対回転数ΔＮｍを検出する。たとえば、以下に例示するように、クランク角信号の分周信号およびモータ回転角信号に基づいて、実際の相対回転数ΔＮｍを算出できる。

図１５に示すように、回転角センサ５０５０は、電動モータ２０６０の回転子が１５°回転するたびに、ＨレベルからＬレベル、またはＬレベルからＨレベルへのレベル遷移が生じるように、モータ回転角信号Ｐｍｔを発生する。この場合には、モータ回転角信号Ｐｍｔに対応させたクランク角信号Ｐｃａの分周により、クランクシャフト１０９０が３０°回転するたびに発生するように、クランク角分周信号Ｐｃａ♯を発生させる。

そして、モータ回転角信号Ｐｍｔのレベル遷移発生毎にカウント値をインクリメント（＋１）するとともに、クランク角分周信号Ｐｃａ♯の発生毎にカウント値をデクリメント（−１）するカウンタ（図示せず）を設けることにより、各制御周期内においてこのカウント値に基づいて、実際の相対回転数ΔＮｍを演算できる。

さらに、図９に示したインテークバルブ位相に対する減速比Ｒ（θ）を予め格納したテーブルを、現在の実インテークバルブ位相を引数として参照することによって得られた減速比Ｒ（θ）と、上記のように求めた相対回転数ΔＮｍとの積に基づいて、各制御周期における実インテークバルブ位相の変化量ｄＩＶ（θ）を算出できる。

そして、バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ１３０では、前回の制御周期での実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）に、ステップＳ１２０で求めた変化量ｄＩＶ（θ）を加算することにより、現在の実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）を算出することができる。

このようにして、クランク角信号およびカム角信号に基づく第１の位相算出方式では位相検出精度の確保が困難であるエンジン低回転数領域においても、インテーク用ＶＶＴ機構２０００におけるアクチュエータ作動量に応じた位相変化量の逐次積算による第２の位相算出方式によって実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）を正確に検出できる。そして、上記第１の位相算出方式により位相検出精度の確保が容易となるエンジン高回転数領域では、第２の位相算出方式による演算処理を中止して、第１の位相算出方式により実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）を検出する。したがって、エンジン回転速度の変化に対応させて、ＥＣＵ４０００の演算負荷を過度に増大させることなく実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）を正確に検出することにより、インテークバルブ１１００の開閉タイミングを正確に制御できる。

なお、位相算出方式の切換え領域における位相検出精度を確保するために、図１６に示すようなフローチャートに従って実インテークバルブ位相を検出することも可能である。

図１６を参照して、本発明の実施の形態による可変バルブタイミング装置における実インテークバルブ位相検出の他の例によれば、バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ１００♯により、現在のエンジン回転数が所定回転数Ｎ０より高いかどうかを判定する。ここで、所定回転数Ｎ０は、ステップＳ１００での所定回転数Ｎ１よりも低く、たとえば４００（ｒｐｍ）程度に設定される。

図１６に示されたフローチャートでは、バルブ位相検出部６０１０は、エンジン回転数＜Ｎ０のとき（ステップＳ１００♯のＮＯ判定時）に「低回転数領域」と判定して、図１４と同様のステップＳ１２０およびＳ１３０の処理により、インテーク用ＶＶＴ機構２０００におけるアクチュエータ作動量に応じた位相変化量を逐次積算（第２の位相算出方式）によって、実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）を算出する。

これに対して、エンジン回転数≧Ｎ０のとき（ステップＳ１００♯のＹＥＳ判定時）には、インテークバルブ位相検出部６０１０は、図１４と同様のステップＳ１１０の処理により、クランク角信号およびカム角信号に基づいて（第１の位相算出方式）実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）を算出するとともに、ステップＳ２００〜Ｓ２２０の処理をさらに実行する。

バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ２００では、エンジン回転数が、ステップＳ１００と同様の所定回転数Ｎ１より高いかどうかを判定する。そして、エンジン回転数が所定回転数Ｎ１よりも高いとき（ステップＳ２００のＹＥＳ判定時）には、バルブ位相検出部６０１０は、「高回転数領域」と判定して、ステップＳ１１０で求めた実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）ａを最終的な検出値とする（すなわち、ＩＶ（θ）＝ＩＶ（θ）ａ）。

一方、Ｓ２００のＮＯ判定時、すなわちＮ０＜エンジン回転数≦Ｎ１のときには、バルブ位相検出部６０１０は、「中回転数領域」と判定して、ステップＳ２１０により、ステップＳ１２０およびＳ１３０と同様の処理により、インテーク用ＶＶＴ機構２０００におけるアクチュエータ作動量に応じた位相変化量の積算（第２の位相算出方式）によって、実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）ｂを算出する。

そして、バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ２１０による算出値ＩＶ（θ）ｂを用いて、ステップＳ１１０による算出値ＩＶ（θ）ａを必要に応じて修正することにより、最終的な実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）を算出する（ステップＳ２２０）。たとえば、中回転数領域での実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）は、下記（３）式に従って算出される。

ＩＶ（θ）＝（１−ｋ）・ＩＶ（θ）ａ＋ｋ・ＩＶ（θ）ｂ…（３）
ただし、ｋは、修正係数（ｋ＜１．０）であり、修正係数ｋは、固定値としてもよく、両位相算出方式間での算出値の偏差｜ＩＶ（θ）ａ−ＩＶ（θ）ｂ｜に応じた可変値としてもよい。

このようなインテークバルブ１１００の位相検出とすることにより、図１４と同様の高回転数領域および低回転数領域の間での位相算出方式の切換えを行なうとともに、両者の境界領域（中回転数領域）における位相検出精度を向上することができる。
（電動モータのセンサ異常時における処置）
上述のバルブ位相検出部６０１０によれば、アクチュエータ作動量を検出するセンサ、具体的には、電動モータ２０６０の回転角センサ５０５０の異常時には、実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）の算出が不能となるケースが存在する。このようなセンサ異常時における処置について以下に説明する。

図１７には、図１４に示した実インテークバルブ位相検出におけるセンサ異常時の処置を説明するフローチャートが示される。

図１７に示す実インテークバルブ位相検出は、図１４に示したフローチャートと比較して、ステップＳ３００〜Ｓ３２０をさらに備える。

バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ１００でのＮＯ判定時、すなわち、エンジン回転数が所定回転数Ｎ１以下である場合には、ステップＳ１２０およびＳ１３０による、上記第２の位相算出方式に従った実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）の算出処理の前に、ステップＳ３００を実行する。

バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ３００では、アクチュエータ作動量の検出に異常が生じているか否かを、回転角センサ５０５０からのモータ回転角信号Ｐｍｔが異常となっているかどうかにより判定する。図１５に示すように、モータ回転角信号Ｐｍｔは、正常時には、電動モータ２０６０の回転子の回転に従ったパルス信号状となる。したがって、Ｓ３００における判定は、たとえば、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆに応じた所定期間を超えて信号レベルが不変となる異常状態（ＬレベルあるいはＨレベルのまま遷移しない状態）を検知することによって実行できる。なお、このような異常状態については電動機ＥＤＵ４１００によって検出する構成として、その検出結果をＥＣＵ４０００（バルブ位相検出部６０１０）へ送出する構成としてもよい。あるいは、回転角センサ５０５０自体からの故障発生を報知するフェイル信号等を受けて、Ｓ３００での判定に反映することも可能である。

そして、バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ３００のＮＯ判定時（すなわち、回転角センサ５０５０からの信号正常時）に限って、図１４に示したステップＳ１２０およびＳ１３０による、上記第２の位相算出方式に従ったアクチュエータ作動量に基づく、実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）の算出を実行する。

一方、エンジン低回転数域では、ステップＳ３００のＹＥＳ判定時（すなわち、回転角センサ５０５０からの信号異常時）には、アクチュエータ作動量が把握不能となり、実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）を正確に把握することができなくなる。したがって、バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ３１０により、インテークバルブ位相の検出を中止し、かつ、以降のインテークバルブ位相の制御を禁止する。

さらに、ステップＳ３２０により、アクチュエータである電動モータ２０６０への通電が停止される。上述のように、リレー回路４２５０をオフさせるように制御信号ＳＲＬを設定することにより、あるいは、電動モータ２０６０への電力供給を停止するように電動機ＥＤＵ４１００を制御することによって、電動モータ２０６０の通電が停止される。これにより、回転数が不明な状態で電動機２０６０を運転させることを回避して、機器保護を図ることできる。

電動モータ２０６０が通電停止に伴って停止すると、エンジン停止時（スプロケット２０１０の回転数も零）にはインテークバルブ位相の変化も停止する。一方、エンジン作動時に電動モータ２０６０が停止すると、電動モータ２０６０に対するスプロケット２０１０の相対回転数、すなわちアクチュエータ作動量は負となり、インテークバルブ位相は、遅角側へ徐々に変化し、最終的には、最遅角位置まで行き着くこととなる。したがって、インテークバルブ位相制御を禁止しても、エンジン１０００での燃焼条件としては、一般に燃焼安定側の設定とすることができる。

さらに、バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ３２０では、ＶＶＴ機構（可変バルブタイミング装置）の点検等を促す報知（ダイアグモニタ等）を搭乗者に対して発生させる。特に、異常診断により検出された異常内容を特定するための情報であるダイアグコードのうちの１つを、「可変バルブタイミング装置においてアクチュエータである電動モータのセンサ異常が発生した」ことを示すように規定しておくことにより、ステップＳ３２０の処理時に、このダイアグコードを併せて記憶させることができる。これにより、ＶＶＴ機構の点検時に適切なメンテナンスを行なうことが容易となる。

上記のようなインテークバルブ１１００の位相検出とすることにより、アクチュエータ作動量に基づき実バルブタイミングが検出されるエンジン回転速度領域（低回転数領域）において、アクチュエータ作動量の検出に異常が生じた場合（代表的には、電動モータのセンサ故障）に、誤ったバルブタイミング検出に基づきバルブタイミング制御が異常に制御されることを防止できる。また、アクチュエータとしての電動機２０６０の機器保護を図ることができる。

図１８には、図１６に示した実インテークバルブ位相検出におけるセンサ異常時の処置を説明するフローチャートが示される。

図１８に示す実インテークバルブ位相検出は、図１６に示したフローチャートと比較して、ステップＳ３００〜Ｓ３２０およびＳ３５０，Ｓ３６０をさらに備える。

バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ１００♯でのＮＯ判定時には、図１７に示したフローチャートと同様に、ステップＳ３００以降の処理を実行する。すなわち、アクチュエータ作動量に基づき実バルブタイミングが検出されるエンジン低回転数領域では、バルブ位相検出部６０１０は、アクチュエータ作動量の検出に異常が生じた場合（代表的には、電動モータのセンサ故障）に、誤ったバルブタイミング検出に基づきバルブタイミング制御が異常に制御されることを防止する。

バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ１００♯でのＹＥＳ判定時には、図１６と同様に、ステップＳ１１０およびＳ２００を実行し、ステップＳ２００により、エンジンが高回転数領域および中回転数領域のいずれであるかを判定する。

エンジン高回転数領域（ステップＳ２００でのＹＥＳ判定時）における処理は、図１６に示したフローチャートと同様であるので、説明は繰り返さない。

一方、バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ２００でのＮＯ判定時、すなわちエンジン中回転数領域では、図１６に示したステップＳ２１０およびＳ２２０による実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）の算出処理の前に、ステップＳ３５０を実行する。

バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ３５０では、アクチュエータ作動量の検出が正常であるか否かを、回転角センサ５０５０からのモータ回転角信号Ｐｍｔが正常であるかどうかにより判定する。ステップＳ３５０での判定は、上述のステップＳ３００と同様の手法に従い、かつ、その逆論理を取ることにより実行できる。

そして、バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ３５０のＹＥＳ判定時（すなわち、回転角センサ５０５０からの信号正常時）に限って、図１６に示したステップＳ２１０およびＳ２２０による、上記第１の位相算出方式による算出値を、必要に応じて上記第２の位相算出方式による算出値によって修正するように、実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）の算出を実行する。

一方、エンジン中回転数域において、ステップＳ３５０のＮＯ判定時（すなわち、回転角センサ５０５０からの信号異常時）には、アクチュエータ作動量が把握不能となり、上記第２の位相算出方式を正常に実行することができなくなる。したがって、このような場合には、バルブ位相検出部６０１０は、ステップＳ３６０により、アクチュエータ作動量に基づく位相算出値を用いることなく、カムシャフトステップＳ１１０によるインテークカムシャフト１１２０およびクランクシャフト１０９０の間での回転角の相対関係に基づく算出値を用いてインテークバルブ位相ＩＶ（θ）を算出する。

エンジン中回転数領域では、回転角センサ５０５０が異常となっても実インテークバルブ位相ＩＶ（θ）の算出を継続することは可能であるので、インテークバルブ位相の検出については中止しない。ただし、回転数の把握が不能な状態で電動機２０６０の作動を継続することは機器保護の点から好ましくないため、ステップＳ３６０の処理に引き続いて、以降のインテークバルブ位相の制御を禁止し、かつ、ステップＳ３２０と同様に、電動モータ２０６０の通電停止処理およびダイアグ出力処理を実行することが好ましい。

上記のようなインテークバルブ１１００の位相検出とすることにより、図１７と同様の効果を得るとともに、エンジン中回転数領域において、アクチュエータ作動量の検出に異常が生じた場合（代表的には、センサ故障）に、異常な検出値に基づいて位相検出精度が低下することを防止できる。

なお、以上説明した実施の形態において、バルブ位相検出部６０１０（図１２）は、本発明における「位相検出手段」に対応し、ステップＳ１１０は本発明での「第１の算出手段」に対応し、ステップＳ１２０およびＳ１３０は本発明での「第２の算出手段」に対応する。さらに、ステップＳ１００またはＳ１００♯は、本発明での「第１の選択手段」に対応し、ステップＳ２００は本発明での「第２の選択手段」に対応し、ステップＳ２２０（図１６）は、本発明での「第３の算出手段」に対応する。また、ステップＳ３１０（図１７，図１８）は、本発明での「異常時処理手段」に対応し、ステップＳ３２０（図１７，図１８）は、本発明での「通電停止手段」に対応し、ステップＳ３６０（図１８）は、本発明における「第４の算出手段」に対応する。

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。 インテークカムシャフト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カムシャフトの位相との関係を示す図である。 本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置によるインテークバルブ位相の制御構成を説明する概略ブロック図である。 本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置のアクチュエータである電動モータの回転数制御を説明するブロック図である。 電動モータの速度制御を説明する概念図である。 本発明の実施の形態による可変バルブタイミング装置における実際のインテークバルブ位相検出の第１の例を説明するフローチャートである。 電動モータ２０６０の相対回転数の検出手法を説明する波形図である。 本発明の実施の形態による可変バルブタイミング装置における実際のインテークバルブ位相検出の第２の例を説明するフローチャートである。 図１４に示したインテークバルブ位相検出におけるセンサ異常時の処置を説明するフローチャートである。 図１６に示したインテークバルブ位相検出におけるセンサ異常時の処置を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０００ エンジン、１０１０，１０１２ バンク、１０２０ エアクリーナ、１０３０ スロットルバルブ、１０３２ 吸気通路、１０４０ シリンダ、１０５０ インジェクタ、１０６０ 点火プラグ、１０７０ 三元触媒、１０８０ ピストン、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、１２００ タイミングチェーン、１２１０，１２１２ スプロケット、２０２０ カムプレート、２０３０ リンク機構、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、２０００ エキゾースト用ＶＶＴ機構、３０００ エキゾースト用ＶＶＴ機構、４０００ ＥＣＵ、４１００ 電動機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、５０５０ モータ回転角センサ、６０００ アクチュエータ作動量設定部、６０１０ バルブ位相検出部、６０２０ カムシャフト位相変化量算出部、６０２２ 演算部、６０２５ 必要位相変化量算出部、６０３０ 相対回転数設定部、６０４０ カムシャフト回転数検出部、６０５０ 回転数指令値生成部、６０６０ デューティ比特性、Ｉｍｔ モータ電流、ＩＶ（θ） 実インテークバルブ位相、ＩＶ（θ）ｒ 目標位相、ＩＶＮ カムシャフト回転数、ＩＶＮ 実回転数（カムシャフト）、Ｎｍ 実回転数（電動モータ）、Ｎｍｒｅｆ 回転数指令値（電動モータ）、Ｐｃａ クランク角信号、Ｐｃａ♯ クランク角分周信号、Ｐｉｖ カム角信号、Ｐｍｔ モータ回転角信号、Ｒ（θ） 減速比、ｄＩＶ（θ） 実位相変化量、ΔＮｍ 相対回転数（電動モータ）、Δθ カムシャフト位相変化量。

Claims (7)

1. エンジンに設けられたインテークバルブおよびエキゾーストバルブの少なくとも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、
   アクチュエータと、
   前記開閉タイミングが変更されるバルブを駆動するカムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相差を、前記アクチュエータの作動量に応じた変化量で変化させることによって前記開閉タイミングを変更する変更機構と、
   前記クランクシャフトの回転角を検出するための第１の検出手段と、
   前記カムシャフトの回転角を検出するための第２の検出手段と、
   前記アクチュエータの作動量を検出するための第３の検出手段と、
   前記第１から前記第３の検出手段の出力に基づき、前記開閉タイミングが変更されるバルブの実開閉タイミングを検出する位相検出手段とを備え、
   前記位相検出手段は、
   前記クランクシャフトの回転角と前記カムシャフトの回転角との相対関係に基づき前記実開閉タイミングを算出する第１の算出手段と、
   前記アクチュエータの作動量に応じた前記回転位相差の変化量の積算に基づき前記実開閉タイミングを算出する第２の算出手段と、
   エンジン回転速度に応じて前記第１および前記第２の算出手段の一方を選択して前記実開閉タイミングを検出する第１の選択手段とを含み、
   前記第１の選択手段は、前記エンジン回転速度が所定値より高いときに前記第１の算出手段を選択する一方で、前記エンジン回転速度が前記所定値以下のときには前記第２の算出手段を選択する、可変バルブタイミング装置。
2. 前記第１の選択手段が前記第２の算出手段を選択するエンジン回転速度領域において、前記第３の検出手段に異常が発生した場合に、前記実開閉タイミングの検出を中止するとともに、前記アクチュエータによる前記開閉タイミングの変更を禁止する異常時処理手段をさらに備える、請求項１記載の可変バルブタイミング装置。
3. 前記異常時処理手段は、前記エンジン回転速度領域において前記第３の検出手段に異常が発生した場合に、前記アクチュエータへの通電を遮断する通電停止手段を含む、請求項２記載の可変バルブタイミング装置。
4. 前記位相検出手段は、
   所定のエンジン回転速度領域において、前記第１および第２の算出手段の両方を選択して前記実開閉タイミングを検出する第２の選択手段と、
   前記所定のエンジン回転速度領域において、前記第１の算出手段による算出値を、前記第２の算出手段による算出値によって修正することにより前記実開閉タイミングを算出するための第３の算出手段とをさらに含む、請求項１記載の可変バルブタイミング装置。
5. 前記位相検出手段は、
   前記所定のエンジン回転速度領域において前記第３の検出手段に異常が発生した場合に、前記第２の算出手段による算出値を用いることなく前記第１の算出手段による算出値に基づき、前記実開閉タイミングを算出するための第４の算出手段をさらに含む、請求項４記載の可変バルブタイミング装置。
6. 前記アクチュエータは電動機で構成され、かつ、前記アクチュエータの作動量は、前記カムシャフトに対する前記電動機の相対的な回転速度差であり、
   前記変更機構は、前記開閉タイミングが第１の領域にある場合と第２の領域にある場合
   とで、前記アクチュエータの作動量と前記開閉タイミングの変化量との比率が異なるように、かつ前記開閉タイミングの変化方向が同じであるように、前記開閉タイミングを変更し、
   前記第２の算出手段は、
   予め求められた前記開閉タイミングおよび前記比率の対応関係と、前記電動機の相対的な回転速度差とに基づき、前記実開閉タイミングの変化量を算出する手段と、
   算出した変化量と前回算出した前記実開閉タイミングとの加算によって現在の前記実開閉タイミングを算出する手段とを有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の可変バルブタイミング装置。
7. 前記アクチュエータは電動機で構成され、かつ、前記アクチュエータの作動量は、前記カムシャフトに対する前記電動機の相対的な回転速度差であり、
   前記可変バルブタイミング装置は、
   要求される前記開閉タイミングの変化量に対応する前記電動機の相対的な回転速度差に応じて、前記電動機の回転速度指令値を設定する指令値設定手段と、
   前記指令値設定手段による前記回転速度指令値に従って、前記電動機の回転速度を制御する電動機制御手段とをさらに備え、
   前記電動機制御手段は、
   前記指令値設定手段により設定された前記回転速度指令値および前記回転速度差に基づく設定制御および前記回転速度指令値に対する実際の回転速度偏差に基づくフィードバック制御の組み合わせによって、前記電動機への供給電力を制御する、請求項１から５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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