JP2021165532A - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関の停止の後に相対回転位相が停止位相から外れた場合でも、相対回転位相を停止位相に高精度で補正できる弁開閉時期制御装置を構成する。
【解決手段】駆動側回転体と従動側回転体と、電動モータＭの駆動力で駆動側回転体および従動側回転体の相対回転位相を設定する位相調節機構Ｇとを備え、電動モータＭの制御により相対回転位相を、停止位相に変位させる制御の後に内燃機関Ｅを停止する停止制御部４３を備え、停止制御部４３の制御で内燃機関Ｅが停止した状態で、設定量を超えて相対回転位相が変化したことを検出ユニットＭｓが検出した場合に、電動モータＭの制御により相対回転位相を停止位相に近付ける方向に移行させる補正制御部４４を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータの駆動力により内燃機関の弁の開閉時期を設定する弁開閉時期制御装置に関する。
従来から、内燃機関（以下「エンジン」とも称する）の運転状況に応じて吸気弁あるいは排気弁の開閉時期を変更可能とする弁開閉時期制御装置が実用化されている。この弁開閉時期制御装置は、例えば、エンジンの作動による駆動側回転体の回転に対する従動側回転体の相対回転位相（以下、単に「相対回転位相」とも称する）を変化させることにより、吸気弁あるいは排気弁の開閉時期を変化させる機構を有している。また、近年では、通常運転中に、例えば、ブレーキペダルを踏み込んで停車する際にエンジンを一時的に停止させるアイドリング停止制御（アイドリングストップ制御）が実用化されている。この制御では、エンジンの停止時に、高温状態のエンジンを再始動させることが容易になる相対回転位相に変化させている。これに係る技術として以下に示す特許文献１、２に記載のものがある。
特許文献１には、車両に備えた内燃機関を自動停止させる際に吸気型の弁開閉時期制御装置（文献では吸気ＶＶＴ）を遅角側に制御する構成が記載されている。
つまり、内燃機関のアイドリング運転状態においてエンジン自動停止条件が成立した場合には、弁開閉時期制御装置を遅角側に制御し、内燃機関を停止させる制御が自動的に行われる。このような制御を行うことにより、特許文献１では、内燃機関を始動させる際の内燃機関の有効圧縮比を小さくして迅速な始動を可能にしている。
また、特許文献２には、車両に備え内燃機関（文献ではエンジン）の運転停止処理を実行している際には、弁開閉時期制御装置（文献では、可変バルブタイミング機構）の相対回転位相を最遅角より進角した開閉時期（タイミング）を維持し、エンジンの運転停止処理が終了した後に、弁開閉時期制御装置の開閉時期を最遅角に設定する構成が記載されている。このような制御を行うことにより、特許文献２では、内燃機関の良好な始動を可能にしている。
特開２０１０−８４５８７号公報 特開２０１９−１２７８８７号公報
内燃機関を備えた車両では、運転者が例えば、ブレーキペダルを踏み込む等の減速操作により車速が低下した場合に内燃機関を自動停止させ、アイドリング時における燃料の消費を抑制する自動停止制御を行うものも存在する。
尚、前述した自動停止制御によって内燃機関が停止した後に、例えば、運転者がブレーキペダルの操作を解除し、アクセルペダルの踏み込みを行った場合に、スタータモータの駆動により内燃機関を始動する自動始動制御を行うものも想定されている。
このような理由から、特許文献１では内燃機関を迅速に始動させるため、内燃機関の自動停止を行う際に吸気カムシャフトの弁開閉時期制御装置を最遅角位相に設定する制御を行っている。
ここで、特許文献１に記載される吸気ＶＶＴのように、電動モータの駆動によって開閉タイミングを設定するものを考えると、内燃機関が停止した後に、シリンダ内の圧力の作用、あるいは、複数気筒では複数のピストンの重量等がバランスする方向への回転力の作用、あるいは、吸気バルブの閉じ方向に付勢力を作用させるバルブスプリングの付勢力がカム面に作用することにより吸気カムシャフトの開閉タイミングが進角側に変化することもあった。
このように、内燃機関が停止した後に弁開閉時期制御装置の相対回転位相が変化した場合には、内燃機関の始動時に圧縮比を増大させ、スタータモータに作用する負荷の増大から迅速な始動を妨げ始動性を低下させるものであった。
また、特許文献２では、内燃機関が停止した後に開閉時期を最遅角に設定するために、電動アクチュエータの制御形態が記載されていないため、例えば、電動アクチュエータを設定時間だけ駆動することや、電動アクチュエータを設定量（例えば、回転数）だけ駆動すること等が想像できるものであるが、制御精度に改善の余地がある。
このような理由から、内燃機関の停止の後に相対回転位相が停止位相から外れた場合でも、相対回転位相を停止位相に高精度で補正できる弁開閉時期制御装置が求められる。
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、電動モータの駆動力で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設定する位相調節機構と、前記相対回転位相を検出する検出ユニットと、前記電動モータの制御により前記相対回転位相を変位させて、停止位相に到達させた後に前記内燃機関を停止させる停止制御部と、前記停止制御部によって前記内燃機関が停止した状態で、前記停止位相から設定量を超えて前記相対回転位相が変位したことを前記検出ユニットが検出した場合に、前記電動モータの制御により前記相対回転位相を前記停止位相に近付ける方向に変位させる補正制御部と、を備えている点にある。
この特徴構成によると、停止制御部が内燃機関を停止させる場合には、電動モータの制御により駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相を停止位相に変位させるため、内燃機関が停止した時点で相対回転位相は停止位相に設定される。また、内燃機関が停止した後に、内燃機関のシリンダ内の圧力の作用や、複数のシリンダの重量等がバランスする方向への回転力の作用等によって、駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相が進角側、あるいは、遅角側に変化することもある。この相対回転位相の変化を検出ユニットが検出した場合には、補正制御部が、電動モータを制御して相対回転位相を停止位相に近付ける方向に変位させる。
従って、内燃機関の停止の後に相対回転位相が停止位相から外れた場合でも、相対回転位相を停止位相に高精度で補正できる弁開閉時期制御装置が構成された。
上記構成に加えた構成として、前記電動モータが、永久磁石を有するロータと、界磁コイルを有するステータと、前記ロータの回転が伝達されるシャフトと、前記永久磁石の磁気を検出することで前記ロータの回転位置を検出する回転検出部とを有し、前記回転検出部で検出された前記ロータの回転位置に基づき前記界磁コイルに供給する電流を制御するブラシレス型に構成され、前記位相調節機構が、前記電動モータの回転を減速した力により前記相対回転位相を変位させるように構成され、前記検出ユニットが前記シャフトの回転に基づいて前記相対回転位相を検出しても良い。
これによると、電動モータに備えられている回転検出部を検出ユニットとして用いるので、相対回転位相を検出するための検出ユニットを別途付加する必要がない。また、位相調節機構が、電動モータの回転駆動力を減速して相対回転位相を変位させる構成であるため、内燃機関の停止の後に、相対回転位相が変化した場合には、この変化の角度を拡大して回転検出部で検出することが可能となり、変化の角度の検出精度を高くできる。その結果、相対回転位相の変化量が僅かであっても高い精度で検出することができ、相対回転位相を停止位相に高い精度で近付けることが可能となる。
上記構成に加えた構成として、前記内燃機関が車両に備えられ、前記カムシャフトが吸気バルブを開閉する吸気カムシャフトであり、前記停止制御部は、運転者の操作によって前記車両の走行速度を所定速度未満に減速させた場合に、前記停止位相を最遅角位相に設定し、前記相対回転位相が前記最遅角位相に到達した後に前記内燃機関を停止させる制御を行っても良い。
これによると、例えば、アクセルペダルの踏み込み操作を解除することで走行速度が所定速度未満まで減速した際には、停止制御部が、停止位相を最遅角位相に設定し、内燃機関を停止する制御を行う。これにより、内燃機関を始動する場合には、吸気バルブの開閉時期が最遅角位相にあるため、クランキング時にスタータモータに作用する負荷を軽減して迅速な始動を実現する。
エンジンの断面および制御装置を示す図である。 弁開閉時期制御機構の断面図である。 吸気バルブと排気バルブとのバルブタイミングを示す図である。 エンジン制御装置の制御形態を示すフローチャートである。 始動制御のフローチャートである。 アイドリング停止制御のフローチャートである。 完全停止制御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。
エンジンＥは、エンジン制御装置４０によって制御され、エンジンＥの吸気バルブＶａのバルブタイミングは、弁開閉時期制御装置Ａで制御される。特に、弁開閉時期制御装置Ａは、位相制御モータＭ（電動モータの一例）の駆動力により吸気バルブ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を制御するため前述したエンジン制御装置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）の駆動力により、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）を変化させる位相調節機構Ｇを有している。また、制御ユニットＡｂは、エンジン制御装置４０のうち、クランク角センサ１６やカム角センサ１７等の信号に基づいて位相制御モータＭを制御することで吸気バルブ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。
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る。また、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。
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、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を往復作動自在に収容し、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には吸気バルブ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とが連結している。
図１、図２に示すように、エンジンＥにはクランクシャフト１を駆動回転するスタータモータ１５を備え、クランクシャフト１の近傍位置には回転角の検出が可能なクランク角センサ１６を備え、吸気カムシャフト７の近傍には、吸気カムシャフト７の回転角の検出が可能なカム角センサ１７を備えている。
クランク角センサ１６とカム角センサ１７とは、回転に伴い間歇的にパルス信号を出力するピックアップ型に構成されている。クランク角センサ１６は、クランクシャフト１の回転時にクランクシャフト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を取得する。これと同様に、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を取得する。
このようにクランク角センサ１６とカム角センサ１７とが構成されるため、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のカウント値と、カム角センサ１７のカウント値とを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位しても２種のカウント値の比較により相対回転位相を取得できるように構成されている。
エンジン制御装置４０は、エンジンＥを制御するＥＣＵとして構成されると共に、始動制御部４１と、位相制御部４２と、停止制御部４３と、補正制御部４４とが制御ユニットＡｂとして備えている。このエンジン制御装置４０の制御の詳細は後述する。
〔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位相制御モータＭ（電動モータの一例）の駆動力により設定する位相調節機構Ｇ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が吸気カムシャフト７に連結状態で支持され、この内部ロータ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。
駆動ケース２１と内部ロータ２２との間に位相調節機構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、位相調節機構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。
この作動本体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の駆動力が位相調節機構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位する。この変位のうち駆動回転方向Ｓと同方向へ向かう変位方向を進角方向Ｓａと称し、この逆方向を遅角方向Ｓｂと称する。
〔弁開閉時期制御装置：位相調節機構〕
図２に示すように、位相調節機構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の内周側に偏心軸芯Ｙと同軸芯で回転自在に配置されるインナギヤ２７と、インナギヤ２７の内周側に配置される偏心カム体２８と、フロントプレート２４と、継手部Ｊとを備えている。偏心軸芯Ｙは、回転軸芯Ｘと平行する姿勢で形成されている。
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を有しており、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。この位相調節機構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減速機として構成されている。
継手部Ｊは、駆動ケース２１に対してインナギヤ２７が偏心する位置関係を維持しつつ、インナギヤ２７と駆動ケース２１とを一体的に回転させるオルダム継手型に構成されている。
偏心カム体２８は、全体に筒状であり、内周に対し一対の係合溝２８Ｂが回転軸芯Ｘと平行姿勢で形成されている。偏心カム体２８は、回転軸芯Ｘと同軸芯で回転するようにフロントプレート２４に対し第１軸受３１によって支持され、この支持位置より吸気カムシャフト７の側の部位の外周に偏心カム面２８Ａが形成されている。
偏心カム面２８Ａは、回転軸芯Ｘに平行する姿勢の偏心軸芯Ｙを中心とする円形（断面形状が円形）に形成されている。この偏心カム面２８Ａに対して第２軸受３２を介してインナギヤ２７が回転自在に支持されている。また、偏心カム面２８Ａに形成した凹部にバネ体２９を嵌め込み、このバネ体２９の付勢力を、第２軸受３２を介してインナギヤ２７に作用させるように構成されている。このような構成から、リングギヤ２６の内歯部２６Ｔの一部にインナギヤ２７の外歯部２７Ｔの一部が咬合し、バネ体２９の付勢力により咬合状態が維持される。
位相制御モータＭは、エンジンＥに支持され、出力軸Ｍａ（位相制御モータＭのシャフトの一例）に形成された係合ピン３４を偏心カム体２８の内周の係合溝２８Ｂに嵌め込んでいる。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Ｍａ（シャフト）と、ロータの永久磁石の磁気を検出するため３つのホール素子を有する回転検出部Ｍｓ（検出ユニットの一例）とを備えることで三相モータと共通する構造のブラシレス型に構成されている。
この弁開閉時期制御装置Ａでは、エンジンＥの稼動時には、クランクシャフト１と等しい速度で、出力軸Ｍａを駆動回転方向Ｓに駆動回転することにより、弁開閉時期制御装置Ａの相対回転位相を維持する。また、相対回転位相を進角方向Ｓａに変位させる場合には出力軸Ｍａの回転速度を減じ、相対回転位相を遅角方向Ｓｂに変位させる場合には出力軸Ｍａの回転速度を増大する制御が行われる。
つまり、エンジンＥが停止する状況で説明すると位相調節機構Ｇは、位相制御モータＭの駆動により出力軸Ｍａの回転に伴い偏心カム体２８が、回転軸芯Ｘを中心に回転した際には、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ことになる。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、バルブタイミングの調節を実現する。
〔制御構成〕
図１に示すように、エンジン制御装置４０は、クランク角センサ１６と、カム角センサ１７からの検出信号が入力すると共に、メインスイッチ４５と、アクセルペダルセンサ１４と、回転検出部Ｍｓとからの検出信号が入力する、また、エンジン制御装置４０は、スタータモータ１５と、位相制御モータＭと、燃焼管理部１９とに制御信号を出力する。
この構成においてメインスイッチ４５は、車両の運転座席のパネル部分に配置され、エンジンＥの人為操作による始動と、人為操作による完全停止を可能にする。アクセルペダルセンサ１４は、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量を検出する。燃焼管理部１９は、インジェクタ９に対して燃料を供給するポンプ類の作動を管理すると共に、点火プラグ１０に電力を供給するイグニッション回路の制御により点火順序や点火タイミングを管理する。
エンジン制御装置４０は、前述したように始動制御部４１と、位相制御部４２と、停止制御部４３と、補正制御部４４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、各々の一部をハードウエアで構成することも可能である。
始動制御部４１は、停止状態にあるエンジンＥを始動する。位相制御部４２は、基本的にエンジンＥが稼動する状況において駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相を設定する。停止制御部４３は、停止条件が成立した場合にエンジンＥの自動的な停止と、人為的な操作に基づく完全な停止とを行う。位相制御部４２は、エンジンＥを停止させる際に、相対回転位相を目標位相に変位する制御も行う。
特に、停止制御部４３はエンジンＥを自動停止する制御と、人為操作によるエンジンＥを停止する制御とを行う。停止制御部４３は、エンジンＥを停止する際に、弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの相対回転位相を停止位相に設定する。補正制御部４４は、エンジンＥが自動停止した後に、相対回転位相が停止位相から変化した場合に、相対回転位相を停止位相に戻す制御を行う。
図３は、吸気バルブＶａと排気バルブＶｂとのバルブタイミング（開閉時期）を示している。同図では、横軸方向にクランクシャフト１のクランク角を取り、縦軸方向に吸気バルブＶａと排気バルブＶｂとのリフト量を取っている。また、図３には、吸気バルブＶａが中間位相にある際のバルブタイミングを実線のグラフで示し、吸気バルブＶａが最遅角位相に変位した際のバルブタイミングを二点鎖線のグラフで示している。尚、同図にはピストン４が下死点にあるタイミングをＢＤＣとして示し、上死点にあるタイミングとＴＤＣとして示している。
同図に示すように弁開閉時期制御装置Ａは、駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相を進角方向Ｓａと遅角方向Ｓｂとに変位させることが可能であり、相対回転位相を進角方向Ｓａに変位させた場合には吸気行程での吸気開始のタイミングを早めることで吸気量を増大させ、遅角方向Ｓｂに変位させた場合には吸気行程での吸気開始のタイミングを遅らせることで吸気量を低減させる。
最遅角位相とは、駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対的に遅角方向Ｓｂを変位させ、駆動ケース２１と内部ロータ２２とが機械的な作動限界に達した状態を指すものであるが、本実施形態では、機械的な作動限界の近傍を含む位相としている。
〔制御形態〕
このエンジン制御装置４０による弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの制御形態を図４〜図７のフローチャートに示している。
図４のフローチャートに示すように、エンジンＥが停止する状態でメインスイッチ４５が人為的にＯＮ操作された場合には、始動制御によりエンジンＥを始動する（＃２００ステップ）。次に、エンジンＥが稼動する状況に対応して、位相制御部４２が、弁開閉時期制御装置Ａの位相制御を行い、この位相制御は、エンジンＥの停止条件が成立するまで実行される（＃１０１、＃１０２ステップのＮｏ）。
＃２００ステップの始動制御については後述するが、＃１０１ステップでは、エンジンＥに作用する負荷、エンジンＥの回転数（単位時間あたりの回転数）、アクセルペダルの踏み込み量等の情報を、エンジン制御装置４０が取得し、これらの情報に基づき、位相制御部４２がエンジンＥを稼動させるために最適な相対回転位相を目標位相に設定する。このように目標位相が設定された後には、＃１０２ステップにおいてエンジンＥの停止条件が成立しない限り、クランク角センサ１６とカム角センサ１７とに基づいて取得された実相対回転位相が目標位相に合致するように位相制御モータＭを駆動する制御が行われる。
また、＃１０２ステップでは、アクセルペダルの踏み込みが解除され、車速が設定値未満まで低下したことをエンジンＥの停止条件としており、アクセルペダルの踏み込みが解除されたことをアクセルペダルセンサ１４の信号により判定し、車速が設定値未満まで低下したことを車速センサ（図示せず）の信号から判定した場合（＃１０２ステップのＹｅｓ）には、アイドリング停止制御が実行される（＃３００ステップ）。
このアイドリング停止制御（＃３００ステップ）は、停止制御部４３がエンジンＥを自動停止させる制御であり、この自動停止では、相対回転位相を図３に二点鎖線で示す最遅角位相に設定した後にエンジンＥを停止する制御が実行される。このアイドリング停止制御（＃３００ステップ）の制御形態については後述する。
次に、アイドリング停止制御によってエンジンＥが停止している状況において、停止解除条件が成立した場合（＃１０３ステップのＹｅｓ）には、＃２００ステップの始動制御によりエンジンＥを始動する。これに対しアイドリング停止制御によってエンジンＥが停止している状況において、停止解除条件が成立しないまま（＃１０３ステップのＮｏ）メインスイッチ４５が人為的にＯＦＦ操作された場合（＃１０４ステップのＹｅｓ）には、停止制御部４３が完全停止制御によりエンジンＥを完全に停止させる（＃４００ステップ）。
この制御において、始動制御（＃２００ステップ）と、アイドリング停止制御（＃３００ステップ）と、完全停止制御（＃４００ステップ）とは、サブルーチンで構成され、各サブルーチンの制御形態を以下に説明する。
〔始動制御〕
図５のフローチャートに示すように始動制御（＃２００ステップ）は、弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの相対回転位相が始動可能な位相であるか否かの判定を行い、始動可能な位相でないことを判定した場合（＃２０1ステップのＮｏ）に、位相制御部４２の制御により相対回転位相を始動可能な位相に変位させる（＃２０２ステップ）。次に、スタータモータ１５の駆動によりクランキングを開始し、クランクシャフト１が設定回転速度に達するまでクランキングを継続する（＃２０３、２０４ステップ）。
図４に示すアイドリング停止制御（＃３００ステップ）では、弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの相対回転位相を最遅角位相に設定するため、前述したように停止解除条件が成立したことを判定した（＃１０３ステップのＹｅｓ）後にエンジンＥを始動する場合には、＃２０３ステップのクランキング時にスタータモータ１５に作用する負荷が低減するので、クランクシャフト１の回転速度の短時間での上昇を可能にしている。
また、このとき、燃料の供給によりエンジンＥを始動（点火）するために必要な吸気バルブＶａのバルブタイミングは、最遅角位相より進角側にあることが望ましいため、アイドリング停止制御（＃３００ステップ）の後の始動における始動制御（＃２００ステップ）では、エンジンＥの始動を確実に行わせるように＃２０２ステップにおいて、弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの相対回転位相を、例えば、中間位相に向けて変位させる制御が行われる。
尚、エンジンＥを始動するために必要となる吸気バルブＶａのバルブタイミングはエンジンＥの温度に影響されるため、例えば、水温センサの検出結果に基づいて＃２０２ステップにおいて目標とする相対回転位相を設定しても良い。
これに対し、図４に示す完全停止制御（＃４００ステップ）では、エンジンＥが冷熱状態にある場合においてエンジンＥを始動できるように、吸気バルブＶａのバルブタイミング（例えば、最遅角位相）に設定している。このため、完全停止制御（＃４００ステップ）の後における始動制御（＃２００ステップ）では、＃２０１ステップで始動可能な位相にあると判定され、結果として、始動制御の＃２０２ステップの位相制御は実行されない。
次に、燃焼管理部１９の制御により、インジェクタ９で燃焼室に燃料を供給し、点火プラグ１０で点火を行うことでエンジンＥを始動させ（＃２０５ステップ）、この後に、クランクシャフト１の回転速度が設定値を超えた場合に（＃２０６ステップのＹｅｓ）に、エンジンＥの始動が確認され、スタータモータ１５を停止しクランキングを停止する（＃２０７ステップ）。
〔アイドリング停止制御〕
図６に示すようにアイドリング停止制御（＃３００ステップ）は、停止位相として最遅角位相（図３に二点鎖線で示すバルブタイミングを得る相対回転位相）を設定しており、位相制御部４２が位相制御モータＭを制御して相対回転位相を停止位相に向けて変位させる（＃３０１ステップ）。この変位により、相対回転位相が停止位相（最遅角位相）に達したことを検出した場合（＃３０２ステップのＹｅｓ）に変位を停止し、燃焼管理部１９の制御により燃料をカットする（＃３０１〜＃３０４ステップ）。
尚、位相制御部４２は、クランク角センサ１６とカム角センサ１７との検出信号に基づき駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相を停止位相に維持するように位相制御モータＭの回転速度を制御する。従って、アイドリング停止制御において燃料カットによりクランクシャフト１の回転速度が大きく低下した場合には、位相制御モータＭの回転速度も低下し、エンジンＥの停止した場合に位相制御モータＭも停止する。
次に、エンジンＥが停止したことを、クランク角センサ１６等の検出信号で確認した（＃３０５ステップのＹｅｓ）後に、設定時間（数秒未満の短時間）が経過するまで補正制御部４４が、位相制御モータＭの回転検出部Ｍｓの信号を継続的に取得する（＃３０６、＃３０７ステップ）。
このように取得した回転検出部Ｍｓの信号に基づき、エンジンＥが停止したタイミングから設定時間が経過するまでに、最遅角位相を基準にして、相対回転位相が設定量を超えて進角位相側に変化したことを判定した場合（＃３０８ステップのＹｅｓ）には、補正制御部４４が相対回転位相を、停止位相に近付ける方向（戻す方向）に変位させるように位相制御モータＭを制御する（＃３０９ステップ）。
尚、＃３０８ステップにおいて相対回転位相が変化しないと判定した場合、及び、相対回転位相の変化量が設定量より小さい（相対回転位相の変化量が設定量と一致する場合を含んでも良い）と判定した場合には、＃３０９の制御は行われない。
特に、補正制御部４４は、エンジンＥが停止した直後から継続的に設定時間だけ回転検出部Ｍｓからの信号を取得することにより位相制御モータＭの出力軸Ｍａが回転した場合における出力軸Ｍａの回転方向と回転量（回転角）との取得を可能にしている。
前述したように、＃３０８ステップで出力軸Ｍａが設定量を超えて回転したことを判定する場合には、回転検出部Ｍｓは出力軸Ｍａの回転量を高い精度で検出するため、＃３０９ステップでは、出力軸Ｍａで検出した回転量に対応する角度に対応して、出力軸Ｍａを逆転させる高い精度の制御信号（三相信号）を出力することになる。
つまり、弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａでは、位相調節機構Ｇが、位相制御モータＭの回転駆動力を減速して相対回転位相を変位させる構成であるため、エンジンＥの停止の後に、相対回転位相が変化した場合には、この変化の角度を位相調節機構Ｇが、拡大して回転検出部Ｍｓで検出できるため、変化の角度の検出精度を高く検出することができ、高精度の制御を可能にしている。
尚、＃３０８ステップの制御は、回転検出部Ｍｓで検出される信号が、相対回転位相が停止位相（最遅角位相）に達するまで制御を繰り返すフィードバック制御を行うことも考えられる。特に、このようにフィードバック制御を行う場合に、吸気カムシャフト７に作用するシリンダ内の圧力等の外力により、制御目標としての停止位相に達しないことも想像されるため、フィードバック制御の回数を制限するように制御形態を設定しても良い。
この制御を行うことにより、アイドリング停止制御が完了した時点で相対回転位相は最遅角位相に維持することが可能となる。
〔完全停止制御〕
図７に示すように完全停止制御（＃４００ステップ）は、停止位相として最遅角位相を設定し、位相制御部４２が位相制御モータＭの制御によって相対回転位相を停止位相に向けて変位させ（＃４０１ステップ）、停止位相に達したことを判定した場合（＃４０２ステップのＹｅｓ）に変位を停止し、燃焼管理部１９の制御により燃料をカットする（＃４０１〜＃４０４ステップ）。
この完全停止制御は、車両を駐車した後にエンジンＥを完全に停止させるためにメインスイッチ４５がＯＦＦ操作された状況においてエンジンＥを停止させる制御を想定している。このような理由から、冷熱状態にあるエンジンＥの始動を良好に行わせるように、相対回転位相が中間位相に設定される。
〔実施形態の作用効果〕
このような構成であるため、例えば、赤信号の交差点で車両の走行を停止した場合には、停止制御部４３が、アイドリング停止制御によってエンジンＥを自動停止させ、このようにエンジンＥが停止する状況では相対回転位相を最遅角位相に維持できる。
特に、エンジンＥが停止した後に、シリンダ内の圧力の作用、複数のシリンダの重量等がバランスする方向への回転力の作用、あるいは、吸気バルブＶａを閉じ方向に付勢力を作用させるバルブスプリングの付勢力がカム面に作用することによる回転力の作用等によって吸気カムシャフト７の開閉タイミングが進角側に変化することもあった。しかし、補正制御部４４が位相制御モータＭを制御して、最遅角位相からの相対回転位相の変化量を設定量より小さい範囲に維持することができる。
前述したように、位相調節機構Ｇは、位相制御モータＭの出力軸Ｍａの回転速度を大きく減速する構造である。このためエンジンＥが停止した状態で作動本体Ａａの相対回転位相が変化した場合には、位相調節機構Ｇが、吸気カムシャフト７の回転量（回転角）より大きく位相制御モータＭのロータを回転させ、この回転量を回転検出部Ｍｓが検出する。このような検出形態であるため、相対回転位相の変化を高い精度で検出することが可能となり、最遅角位相に戻す制御を実行する場合にも、回転検出部Ｍｓの検出信号に基づくフィードバック制御を行えるため高い精度で制御が実現する。
更に、アイドリング停止制御でエンジンＥが停止した状態では、相対回転位相が最遅角位相に維持されるため、この後に、始動制御部４１がエンジンＥを自動的に始動する際には、クランクシャフト１を低負荷で短時間のうちに高速化することになり、迅速な始動を可能にしている。
〔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）検出ユニットとして、例えば、弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの内部に相対回転位相を検出するポテンショメータを備え、このポテンショメータの検出結果を作動本体Ａａの外部から非接触の信号伝達手段を介して取得するように構成する。尚、クランク角センサ１６とカム角センサ１７とに分解能の高い性能のものを用いることにより、これらを検出ユニットとして用いることも考えられる。
（ｂ）エンジンＥ（内燃機関）が停止する際に弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａの停止位相として中間位相に設定する。実施形態の完全停止制御（＃４００ステップ）で説明したように冷熱状体のエンジンＥを始動するために吸気バルブＶａのバルブタイミングとしての最遅角位相は、予め設定された特定の位相の一例であり、エンジンＥが停止した後に、エンジンＥが停止したタイミングでの相対回転位相を基準に相対回転位相が変位し、中間位相から外れた場合には、補正制御部４４が、相対回転位相を特定の中間位相に戻す制御を行っても良い。
このように停止位相を中間位相に設定した場合には、エンジンＥの停止時に相対回転位相が進角方向Ｓａと遅角方向Ｓｂとの何れにも変位する可能性があるものの、補正制御部４４が相対回転位相を中間位相に戻す制御を行うことにより、冷熱状態のエンジンＥを円滑に始動することが可能となる。尚、停止位相は決まった値に固定される必要はなく、例えば、外気温に基づいて設定することも考えられる。
（ｃ）エンジンＥ（内燃機関）を自動停止させる際の停止条件は、アクセルペダルの操作と車速との組み合わせに限定されるものではなく、ブレーキペダルの踏み込み操作であっても良い。
（ｄ）エンジンＥを完全に停止させる制御は、完全停止制御（＃４００ステップ）に示される制御形態に限るものではなく、例えば、アイドリング停止制御と異なる制御において特別な人為操作に基づいて実行することでエンジンＥを停止させるものでも良い。
（ｅ）排気カムシャフト８のバルブタイミングを設定するように弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａを排気カムシャフト８に備え、停止制御部４３がエンジンＥ（内燃機関）を停止する際に、作動本体Ａａの駆動ケース２１と内部ロータ２２との相対回転位相を、任意の停止位相に変位させるように停止制御部４３の制御形態を設定しても良い。
この別実施形態（ｅ）の構成と関連して、吸気カムシャフト７と排気カムシャフト８との夫々のバルブタイミング（開閉時期）を設定するように２つの弁開閉時期制御装置Ａの作動本体Ａａを備える構成も考えられる。このように構成したものにおいて、停止制御部４３がエンジンＥ（内燃機関）を停止する際に、２つの作動本体Ａａの相対回転位相を、任意の異なる停止位相に変位させるように弁開閉時期制御装置Ａを構成できる。
本発明は、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）
４３ 停止制御部
４４ 補正制御部
Ａ 弁開閉時期制御装置
Ｅ エンジン（内燃機関）
Ｇ 位相調節機構
Ｍ 位相制御モータ（電動モータ）
Ｍａ 出力軸（シャフト）
Ｍｓ 回転検出部（検出ユニット）
Ｖａ 吸気バルブ
Ｘ 回転軸芯

Claims (3)

  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、
    電動モータの駆動力で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設定する位相調節機構と、
    前記相対回転位相を検出する検出ユニットと、
    前記電動モータの制御により前記相対回転位相を変位させて、停止位相に到達させた後に前記内燃機関を停止させる停止制御部と、
    前記停止制御部によって前記内燃機関が停止した状態で、前記停止位相から設定量を超えて前記相対回転位相が変位したことを前記検出ユニットが検出した場合に、前記電動モータの制御により前記相対回転位相を前記停止位相に近付ける方向に変位させる補正制御部と、を備えている弁開閉時期制御装置。
  2. 前記電動モータが、永久磁石を有するロータと、界磁コイルを有するステータと、前記ロータの回転が伝達されるシャフトと、前記永久磁石の磁気を検出することで前記ロータの回転位置を検出する回転検出部とを有し、前記回転検出部で検出された前記ロータの回転位置に基づき前記界磁コイルに供給する電流を制御するブラシレス型に構成され、
    前記位相調節機構が、前記電動モータの回転を減速した力により前記相対回転位相を変位させるように構成され、
    前記検出ユニットが前記シャフトの回転に基づいて前記相対回転位相を検出する請求項１に記載の弁開閉時期制御装置。
  3. 前記内燃機関が車両に備えられ、前記カムシャフトが吸気バルブを開閉する吸気カムシャフトであり、
    前記停止制御部は、運転者の操作によって前記車両の走行速度を所定速度未満に減速させた場合に、前記停止位相を最遅角位相に設定し、前記相対回転位相が前記最遅角位相に到達した後に前記内燃機関を停止させる制御を行う請求項１又は２に記載の弁開閉時期制御装置。
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