JP4159854B2 - 可変バルブタイミング機構の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関バルブ（吸・排気バルブ）のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることによって、機関バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置として、特許文献１に開示されるようなものがあった。
【０００３】
このものは、カムシャフトの基準回転位置で検出信号を出力するカムセンサと、クランクシャフトの基準回転位置を検出するクランク角センサとを備え、前記基準回転位置のずれ角に基づいて前記回転位相を検出し、該回転位相が目標になるように可変バルブタイミング機構をフィードバック制御するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２９７６８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記構成によると、一定クランク角毎に回転位相が検出されることになるが、回転位相の検出結果に基づくフィードバック制御は、一般に微小単位時間毎に実行される。
【０００６】
このため、低回転時には、フィードバック制御の実行周期よりも回転位相の検出周期が長くなり、前記回転位相が更新される間で、実際とは異なる同じ回転位相の検出結果を用いて繰り返しフィードバック制御が行われ、オーバーシュートが発生することがあるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、機関の低回転時で回転位相の検出周期が長くなっても、回転位相のフィードバック制御がオーバーシュートすることを回避できる可変バルブタイミング機構の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、クランクシャフトの基準回転位置及びカムシャフトの基準回転位置の検出信号に基づいて前記回転位相を検出する一方、前記回転位相が検出される間における回転位相の変化を、可変バルブタイミング機構のアクチュエータを制御するための操作量に基づいて推定し、該推定された回転位相が前記目標回転位相となるように前記アクチュエータをフィードバック制御する構成とした。
また、請求項２記載の発明は、クランクシャフトの基準回転位置及びカムシャフトの基準回転位置の検出信号に基づいて前記回転位相を検出する一方、前記回転位相が検出される間における回転位相の変化を、可変バルブタイミング機構のアクチュエータを制御するための操作量に基づいて推定し、該推定された回転位相の変化量を算出し、該算出した変化量を最近に検出された回転位相に順次積算し、該積算結果に基づいて前記アクチュエータをフィードバック制御する構成とした。
【０００９】
上記構成によると、基準回転位置の検出信号に基づき一定クランク角毎に回転位相が検出されるが、検出が行われる間における回転位相の変化を、可変バルブタイミング機構のアクチュエータの操作量に基づいて推定し、該推定結果が目標に一致するように、前記アクチュエータをフィードバック制御する。
【００１０】
従って、低回転時で回転位相の検出周期が長くなっても、その間における回転位相の変化が推定されるから、大きな誤差を有する回転位相に基づいてアクチュエータがフィードバック制御されることがなく、オーバーシュートの発生が回避される。
更に、請求項２記載の発明によると、アクチュエータを制御するための操作量に基づく回転位相の推定において、操作量から推定された回転位相の変化量を算出し、該算出した変化量を最近に検出された回転位相に順次積算するようにしたので、操作量に基づき推定される回転位相の絶対値に誤差があっても、係る絶対値の誤差に影響されることなく、回転位相が検出される間における回転位相の変化を精度良く推定できる。
【００１１】
請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記推定される回転位相は、アクチュエータの操作量を、予め設定された伝達関数に基づいて回転位相に変換して推定され、該伝達関数による変換で得られた回転位相の今回値と前回値との偏差を、最近に検出された回転位相に順次積算し、該積算結果に基づいて前記アクチュエータをフィードバック制御する構成とした。
【００１２】
上記構成によると、操作量を伝達関数に基づいて回転位相に変換するが、該変換で得た回転位相の今回値と前回値との偏差を求めることで、操作量から回転位相の変化量を推定し、基準回転位置の検出結果に基づいて最近に検出された回転位相に、前記操作量から推定した回転位相の変化を順次積算する。
【００１３】
従って、伝達関数に基づき推定される回転位相の絶対値に誤差があっても、係る絶対値の誤差に影響されることなく、回転位相が検出される間における回転位相の変化を精度良く推定できる。
【００１４】
請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記クランクシャフトの基準回転位置及び前記カムシャフトの基準回転位置の検出信号に基づいて前記回転位相を検出し、前記検出した回転位相に変化があるかどうかを判定し、前記検出した回転位相に変化がある時は、前記検出した回転位相に基づいて前記アクチェータをフィードバック制御し、前記検出した回転位相に変化が無い時は、前記回転位相の推定結果に基づいて前記アクチェータをフィードバック制御する構成とした。
上記構成によると、回転位相の検出値に変化があるときには、検出値が更新された直後のタイミングであると判断し、検出値に基づいてフィードバック制御する一方、検出値に変化がないときには、検出値が更新された時点から２回目以降のタイミングであると判断し、回転位相を推定してアクチェータをフィードバック制御する。
請求項５記載の発明では、可変バルブタイミング機構が、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を、アクチュエータとしての電磁ブレーキの制動力によって変化させる構成であり、前記操作量を、前記電磁ブレーキのコイルの電流又は電圧とする構成とした。
【００１５】
かかる構成によると、電磁ブレーキのコイルにおける電流・電圧を制御することによって回転位相が制御される一方、前記コイルの電流又は電圧から、回転位相が検出される間における回転位相の変化を推定する。
【００１６】
従って、電磁ブレーキの制動力によって回転位相を変化させ、以って、機関バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構において、低回転時で回転位相の検出周期が長くなっても、大きな誤差を有する回転位相に基づいてアクチュエータがフィードバック制御されることがなく、オーバーシュートの発生が回避される。
請求項６記載の発明では、前記可変バルブタイミング機構が、内燃機関のクランクシャフトから回転を伝達される駆動回転体と、カムシャフト側の従動回転体とが組付角調整機構を介して同軸に連結され、前記組付角調整機構によって前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる構成であって、前記組付角調整機構が、一端の回転部が前記駆動回転体と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部が前記駆動回転体と従動回転体との他方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可能に連結されるリンクアームを備え、前記スライド部を径方向に変位させる渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレートを、前記電磁ブレーキによって前記駆動回転体に対して相対回転させることによって、前記回転部の位置を周方向に相対変位させ、前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させる構成である構成とした。
上記構成によると、電磁ブレーキによってガイドプレートが駆動回転体に対して相対回転し、これによってスライド部が径方向に変位すると共に、回転部の位置が周方向に相対変位し、前記駆動回転体と従動回転体との組付角度（クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相）が変化する。
そして、係る構成の可変バルブタイミング機構において、回転位相が検出される間における回転位相の変化を推定して、フィードバック制御が行われるから、たとえ低回転時であって回転位相の検出周期が長くなっても、実際とは大きく異なる回転位相に基づいてフィードバック制御されることがなく、オーバーシュートの発生を回避できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施形態における車両用内燃機関の構成図である。
【００１８】
この図１において、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１９】
燃焼排気は燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７は、それぞれ排気側カムシャフト１１０，吸気側カムシャフト１３４に設けられたカムによって開閉駆動されるが、吸気側カムシャフト１３４には、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３が設けられている。
【００２０】
前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３は、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを変化させる機構であり、本実施形態では、後述するようなスパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミング機構を採用する。
【００２１】
尚、本実施形態では吸気バルブ１０５側にのみ可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を備える構成としたが、吸気バルブ１０５側に代えて、又は、吸気バルブ１０５側と共に、排気バルブ１０７側に可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を備える構成であっても良い。
【００２２】
また、各気筒の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ１０５に向けて噴射する。
【００２３】
マイクロコンピュータを内蔵する前記ＥＣＵ１１４には、各種センサからの検出信号が入力され、該検出信号に基づく演算処理によって、前記電子制御スロットル１０４，可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３及び燃料噴射弁１３１を制御する。
【００２４】
前記各種センサとしては、アクセル開度を検出するアクセル開度センサＡＰＳ１１６、機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、クランクシャフト１２０からクランク角１８０°毎の基準クランク角信号ＲＥＦ（基準回転位置信号）と単位クランク角度毎の単位角度信号ＰＯＳを取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、機関１０１の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、吸気側カムシャフト１３４からカム角９０°（クランク角１８０°）毎のカム信号ＣＡＭ（基準回転位置信号）を取り出すカムセンサ１３２が設けられている。
【００２５】
尚、前記基準クランク角信号ＲＥＦの周期、又は、単位時間当たりの単位角度信号ＰＯＳの発生数に基づいて、ＥＣＵ１１４において機関回転速度Ｎｅが算出される。
【００２６】
次に、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３の構成を、図２〜図５に基づいて説明する。
前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３は、カムシャフト１３４と、駆動プレート２と、組付角調整機構４と、作動装置１５と、ＶＴＣカバー６から構成される。
【００２７】
前記駆動プレート２は、機関１０１（クランクシャフト１２０）から回転が伝達されて回転する部材であり、前記組付角調整機構４は、前記カムシャフト１３４と駆動プレート２との組付角度を変化させる機構であって、作動装置１５によって作動する。
【００２８】
前記ＶＴＣカバー６は、図示省略したシリンダヘッドとロッカカバーの前端に跨って取り付けられて、駆動プレート２と組付角調整機構４の前面とその周域を覆うカバーである。
【００２９】
前記カムシャフト１３４の前端部（図２における左側）には、スペーサ８が嵌合され、更に、このスペーサ８は、カムシャフト１３４のフランジ部１３４ｆに貫通されるピン８０によって回転規制されている。
【００３０】
また、前記カムシャフト１３４には、径方向に油供給孔１３４ｒが複数貫通形成されている。
前記スペーサ８は、図３に示すように、円盤状の係止フランジ８ａと、この係止フランジ８ａの前端面から軸方向に延びる円管部８ｂと、同じく係止フランジ８ａの前端面であって円管部８ｂの基端側から外径方向の３方に延びて軸方向と平行な圧入穴８ｃが形成された軸支持部８ｄとが形成されている。
【００３１】
尚、上記軸支持部８ｄ及び圧入穴８ｃは、図３に示すように、それぞれ周方向に１２０°毎に配置される。
また、前記スペーサ８には、油を供給する油供給孔８ｒが径方向に貫通形成されている。
【００３２】
前記駆動プレート２は、中心に貫通穴２ａが形成された円盤状に形成されており、前記スペーサ８に対して係止フランジ８ａによって軸方向の変位を規制された状態で相対回転自在に組み付けられている。
【００３３】
また、駆動プレート２は、図３に示すように、その後部外周に、クランクシャフト１２０から図示省略したチェーンを介して回転が伝達されるタイミングスプロケット３が形成されている。
【００３４】
更に、駆動プレート２の前端面には、貫通穴２ａと外周とを結んで外径方向に３つのガイド溝２ｇが形成されており、前記ガイド溝２ｇは、前記軸支持部８ｄと同様に、周方向に１２０°毎に配置される。
【００３５】
また、駆動プレート２の前端面の外周部には、円環状のカバー部材２ｃが溶接或いは圧入により固定されている。
本実施形態において、従動回転体は、カムシャフト１３４及びスペーサ８によって構成され、駆動回転体は、タイミングスプロケット３を含む駆動プレート２によって構成される。
【００３６】
前記組付角調整機構４は、カムシャフト１３４と駆動プレート２との前端部側に配置されて、カムシャフト１３４と駆動プレート２との組付相対角度を変更するものである。
【００３７】
この組付角調整機構４は、図３に示すように、３本のリンクアーム１４を有している。
前記各リンクアーム１４は、先端部にスライド部としての円筒部１４ａが設けられ、また、この円筒部１４ａから外径方向に延びるアーム部１４ｂが設けられている。
【００３８】
前記円筒部１４ａには、収容孔１４ｃが貫通して形成されている一方、アーム部１４ｂの基端部には、回動部としての回動穴１４ｄが貫通して形成されている。
【００３９】
前記リンクアーム１４は、前記スペーサ８の圧入穴８ｃにきつく圧入された回動ピン８１に対して回動穴１４を装着して、回動ピン８１を中心に回動可能に取り付けられている。
【００４０】
一方、リンクアーム１４の円筒部１４ａは、前記駆動プレート２の径方向ガイドとしてのガイド溝２ｇに挿入されて、駆動プレート２に対して径方向に移動可能（スライド可能）に取り付けられている。
【００４１】
上記構成において、円筒部１４ａが外力を受けてガイド溝２ｇに沿って径方向にスライド変位すると、リンクアーム１４によるリンク作用により回動ピン８１が前記円筒部１４ａの径方向の変位量に応じた角度だけ周方向に移動することになるもので、この回動ピン８１の変位によりカムシャフト１３４が駆動プレート２に対して相対回転することになる。
【００４２】
図４及び図５は、前記組付角調整機構４の作動を示すもので、図４に示すように、円筒部１４ａがガイド溝２ｇにおいて駆動プレート２の外周側に配置されているときには、基端部の回動ピン８１がガイド溝２ｇに近い位置に引っ張られているもので、この位置が最遅角位置となる。
【００４３】
一方、図５に示すように、円筒部１４ａがガイド溝２ｇにおいて駆動プレート２の内周側に配置されているときには、回動ピン８１が周方向に押されてガイド溝２ｇから離れるもので、この位置が最進角位置となる。
【００４４】
上記組付角調整機構４における前記円筒部１４ａの径方向への移動は、前記作動装置１５により行われ、この作動装置１５は、作動変換機構４０と増減速機構４１とを備えている。
【００４５】
前記作動変換機構４０は、リンクアーム１４の円筒部１４ａに保持された球２２と、前記駆動プレート２の前面に対向して同軸に設けられたガイドプレート２４とを備え、このガイドプレート２４の回転を前記リンクアーム１４における円筒部１４ａの径方向の変位に変換する機構である。
【００４６】
前記ガイドプレート２４は、前記スペーサ８の円管部８ｂの外周に金属系のブッシュ２３を介して相対回転可能に支持されている。
また、前記ガイドプレート２４の後面には、断面略半円状で周方向の変位に伴って径方向に変位する渦巻きガイドとしての渦巻状ガイド溝２８が形成され、かつ、径方向の中間部には、油の供給を行う油供給孔２４ｒが前後方向に貫通して形成されている。
【００４７】
前記渦巻状ガイド溝２８には、前記球２２が係合されている。
即ち、前記リンクアーム１４の円筒部１４ａに設けられた収容孔１４ｃには、図２及び図３に示すように、円盤状の支持パネル２２ａと、コイルスプリング２２ｂ（弾性体）と、リテーナ２２ｃと、球２２（球状部材）とが順に挿入されている。
【００４８】
また、前記リテーナ２２ｃは、前端部に球２２が飛び出した状態で支持する椀状の支持凹部２２ｄが形成されていると共に、外周に前記コイルスプリング２２ｂが着座するフランジ２２ｆが形成されている。
【００４９】
そして、図２に示す組付状態では、コイルスプリング２２ｂが圧縮され、支持パネル２２ａが駆動プレート２の前面に押し付けられ、かつ、前記球２２が渦巻状ガイド溝２８に押し付けられて上下方向で係合すると共に、渦巻状ガイド溝２８の延在方向には相対移動可能となっている。
【００５０】
また、前記渦巻状ガイド溝２８は、図４，５に示すように、駆動プレート２の回転方向Ｒに沿って次第に縮径するように形成されている。
従って、前記作動変換機構４０は、前記球２２が渦巻状ガイド溝２８に係合した状態で、ガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒに相対回転すると、球２２が渦巻状ガイド溝２８の渦巻き形状に沿って半径方向外側に移動し、これによりスライド部としての円筒部１４ａが、図４に示す外径方向に移動し、リンクアーム１４に連結された回動ピン８１がガイド溝２ｇに近づくように引きつけられ、カムシャフト１３４は遅角方向に移動する。
【００５１】
逆に、上記状態からガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは逆方向に相対回転すると、球２２は渦巻状ガイド溝２８の渦巻き形状に沿って半径方向内側に移動し、これによりスライド部としての円筒部１４ａが、図５に示す内径方向に移動し、リンクアーム１４に連結された回動ピン８１がガイド溝２ｇから離れる方向に押され、この場合、カムシャフト１３４は進角方向に移動する。
【００５２】
次に、増減速機構４１について詳細に説明する。
前記増減速機構４１は、前記ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して増速及び減速、即ち、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に移動（増速）させたり、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは反対側に移動（減速）させたりするものであり、遊星歯車機構２５と第１電磁ブレーキ２６と第２電磁ブレーキ２７とを備えている。
【００５３】
前記遊星歯車機構２５は、サンギヤ３０と、リングギヤ３１と、両ギヤ３０，３１に噛み合わされたプラネタリギヤ３３とを備えている。
図２，図３に示すように、前記サンギヤ３０は、ガイドプレート２４の前面側の内周に一体的に形成されている。
【００５４】
前記プラネタリギヤ３３は、前記スペーサ８の前端部に固定されたキャリアプレート３２に回転自在に支持されている。
また、前記リングギヤ３１は、前記キャリアプレート３２の外側に回転自在に支持された環状の回転体３４の内周に形成されている。
【００５５】
尚、前記キャリアプレート３２は、前記スペーサ８の前端部に嵌合されて、ワッシャ３７を前端部に当接させた状態でボルト９を貫通させてカムシャフト１３４に締結させて固定されている。
【００５６】
また、前記回転体３４の前端面には、前方を向いた制動面３５ｂを有した制動プレート３５がねじで固定されている。
また、前記サンギヤ３０が一体に形成されたガイドプレート２４の外周にも、前方を向いた制動面３６ｂを有した制動プレート３６が溶接や嵌合などにより固定されている。
【００５７】
従って、前記遊星歯車機構２５は、プラネタリギヤ３３が自転せずにキャリアプレート３２と共に公転したとすると、第１電磁ブレーキ２６ならびに第２電磁ブレーキ２７が非作動状態では、サンギヤ３０とリングギヤ３１はフリー状態で同速回転する。
【００５８】
この状態から第１電磁ブレーキ２６のみを制動作動すると、ガイドプレート２４がキャリアプレート３２に対して（カムシャフト１３４に対して）遅れる方向（図４，５のＲ方向とは逆方向）に相対回転し、駆動プレート２とカムシャフト１３４とが、図５に示す進角方向に相対変位することになる。
【００５９】
一方、第２電磁ブレーキ２７のみを制動作動すると、リングギヤ３１のみに制動力が付与され、リングギヤ３１がキャリアプレート３２に対して遅れ方向に相対回転することによってプラネタリギヤ３３が自転し、このプラネタリギヤ３３の自転がサンギヤ３０を増速させ、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に相対回転し、駆動プレート２とカムシャフト１３４とが図４に示す遅角方向に相対回転することになる。
【００６０】
尚、本実施形態において、キャリアプレート３２が入力要素であり、サンギヤ３０が出力要素であり、リングギヤ３１がフリー要素となる。
前記第１電磁ブレーキ２６及び第２電磁ブレーキ２７は、それぞれ前述した制動プレート３６，３５の制動面３６ｂ，３５ｂに対向するよう内外２重に配置されて、前記ＶＴＣカバー６の裏面にピン２６ｐ，２７ｐによって回転のみを規制された浮動状態で支持された円管部材２６ｒ，２７ｒを有している。
【００６１】
これらの円管部材２６ｒ，２７ｒには、コイル２６ｃ，２７ｃが収容されていると共に、各コイル２６ｃ，２７ｃへの通電時に各制動面３５ｂ，３６ｂに押し付けられる摩擦材２６ｂ，２７ｂが装着されている。
【００６２】
また、各円管部材２６ｒ，２７ｒ及び各制動プレート３５，３６は、コイル２６ｃ，２７ｃへの通電時に磁界を形成するために鉄などの磁性体により形成されている。
【００６３】
それに対して、前記ＶＴＣカバー６は、通電時に磁束の漏れを生じさせないために、また、摩擦材２６ｂ，２７ｂは、永久磁石化して非通電時に制動プレート３５，３６に貼り付くのを防止するために、アルミなどの非磁性体により形成されている。
【００６４】
前記遊星歯車機構２５の出力要素としてのサンギヤ３０が設けられたガイドプレート２４と駆動プレート２の相対回動は、最遅角位置および最進角位置において組付角ストッパ６０により規制されるようになっている。
【００６５】
更に、前記遊星歯車機構２５において、リングギヤ３１と一体的に設けられている制動プレート３５と、キャリアプレート３２との間には、遊星歯車ストッパ９０が設けられている。
【００６６】
ところで、上述した前記作動変換機構４０は、リンクアーム１４の円筒部１４ａの位置を保持して、駆動プレート２とカムシャフト１３４との相対組付位置が変動しない構成となっているもので、その構成について説明する。
【００６７】
前記駆動プレート２からカムシャフト１３４には、リンクアーム１４およびスペーサ８を介して駆動トルクが伝達されるが、カムシャフト１３４からリンクアーム１４には、機関バルブ（吸気バルブ１０５）からの反力によるカムシャフト１３４の変動トルクが、回動ピン８１からリンクアーム１４の両端の枢支点を結ぶ方向の力Ｆとして入力される。
【００６８】
前記リンクアーム１４の円筒部１４ａは、径方向ガイドとしてのガイド溝２ｇに沿って径方向に案内されていると共に、円筒部１４ａから前面に突出した球２２が、渦巻状ガイド溝２８に係合されているため、各リンクアーム１４を介して入力される力Ｆは、ガイド溝２ｇの左右の壁とガイドプレート２４の渦巻状ガイド溝２８とによって支持される。
【００６９】
従って、リンクアーム１４に入力された力Ｆは互いに直交する二つの分力ＦＡ，ＦＢに分解されるが、これらの分力ＦＡ，ＦＢは、渦巻状ガイド構２８の外周側の壁と、ガイド溝２ｇの一方の壁とに略直交する向きで受け止められ、リンクアーム１４の円筒部１４ａがガイド溝２ｇに沿って移動することが阻止され、これにより、リンクアーム１４が回動することが阻止される。
【００７０】
よって、各電磁ブレーキ２６，２７の制動力によってガイドプレート２４が回動されてリンクアーム１４が所定の位置に回動操作された後には、基本的には制動力を付与し続けなくてもリンクアーム１４の位置を維持、つまり、駆動プレート２とカムシャフト１３４の回転位相をそのまま保持することができる。
【００７１】
尚、前記力Ｆは、外径方向に作用することに限られず、逆向きの内径方向に作用することもあるが、このとき分力ＦＡ，ＦＢは渦巻状ガイド溝２８の内周側の壁と、ガイド構２ｇの他方側とに略直角の向きに受け止められる。
【００７２】
以下、上記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３の作用を説明する。
クランクシャフトとカムシャフト１３４の回転位相を遅角側に制御する場合には、第２電磁ブレーキ２７に通電する。
【００７３】
第２電磁ブレーキ２７に通電すると、第２電磁ブレーキ２７の摩擦材２７ｂが制動プレート３５に摩擦接触し、遊星歯車機構２５のリングギヤ３１に制動力が作用し、タイミングスプロケット３の回転に伴ってサンギヤ３０が増速回転される。
【００７４】
このサンギヤ３０の増速回転によりガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に回転させられ、これに伴ってリンクアーム１４に支持された球２２が渦巻状ガイド溝２８の外周側に移動する。
【００７５】
この遅角側への移動は、組付角ストッパ６０により図４に示す最遅角位置において規制される。
更に、上述のように、リングギヤ３１の回転を第２電磁ブレーキ２７により制動するにあたり、瞬時に回転を規制するのではなく所定量の回転を許しながら制動を行うもので、この回転量が所定量となると遊星歯車ストッパ９０によりリングギヤ３１の回転が規制されるようになっている。
【００７６】
一方、カムシャフト１３４の組付角度を進角方向に変位させるときには、第１ブレーキ２６に通電する。
これにより、ガイドプレート２４に制動力が作用することで、ガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは反対方向に回動して、カムシャフト１３４は進角側に組付角度が変位される。
【００７７】
この進角側への移動は、組付角ストッパ６０により図５に示す最進角位置において規制される
更に、ガイドプレート２４の回転が規制されると、プラネタリギヤ３３が自転してリングギヤ３１が増速回転されるが、この回転量が所定量となると遊星歯車ストッパ９０により回転が規制される。
【００７８】
前記ＥＣＵ１１４は、クランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の目標進角値（目標回転位相）を機関の運転条件（負荷・回転）に基づいて設定する一方、クランク角センサ１１７の基準クランク角信号ＲＥＦとカムセンサ１３２のカム信号ＣＡＭとの位相差を計測することで、実際の進角値（実際の回転位相）を検出する。
【００７９】
そして、実際の進角値が前記目標進角値に一致するように、前記第１電磁ブレーキ２６及び第２電磁ブレーキ２７への通電をフィードバック制御する。
図６〜図８のフローチャートは、実際の進角値を検出するための処理を示す。
【００８０】
図６のフローチャートに示すルーチンは、クランク角センサ１１７から基準クランク角信号ＲＥＦが出力される毎に割り込み実行され、ステップＳ１１では、単位角度信号ＰＯＳのカウント値ＣＰＯＳを０にリセットする。
【００８１】
また、図７のフローチャートに示すルーチンは、クランク角センサ１１７から単位角度信号ＰＯＳが出力される毎に割り込み実行され、ステップＳ２１では、カウント値ＣＰＯＳを１アップする。
【００８２】
従って、前記カウント値ＣＰＯＳは、基準クランク角信号ＲＥＦの発生時に０にリセットされ、その後の単位角度信号ＰＯＳの発生数を計数する値となる。
また、図８のフローチャートに示すルーチンは、カムセンサ１３２からカム信号ＣＡＭが出力される毎に割り込み実行され、ステップＳ３１では、基準クランク角信号ＲＥＦの発生時点からカム信号ＣＡＭが発生するまでの回転角を示すことになる、そのときのカウント値ＣＰＯＳを読み込む。
【００８３】
ステップＳ３２では、前記カウント値ＣＰＯＳに基づいてクランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の進角値θdetを検出する。
従って、前記検出値θdetは、カム信号ＣＡＭが発生する毎（クランク角１８０°毎）に検出されることになる。
【００８４】
一方、図９のフローチャートは、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３のフィードバック制御ルーチンであり、所定微小時間（例えば１０msec）毎に割り込み実行される。
【００８５】
ステップＳ４１では、前記検出値θdetを読み込む。
そして、ステップＳ４２では、前回実行時に読み込んだ検出値θdet-1と今回読み込まれた検出値θdetとが同じであるか否かを判別する。
【００８６】
尚、前記ステップＳ４２では、詳細には、｜θdet−θdet-1｜≦αであるか否かを判別させる。
前回値θdet-1と今回値θdetが異なるときには、カム信号ＣＡＭの発生直後（検出値θdetが更新された直後）のタイミングであると判断し、ステップＳ４３へ進む。
【００８７】
ステップＳ４３では、今回読み込まれた検出値θdetを、フィードバック制御に用いる推定実角度θnowにセットする。
一方、前回値θdet-1と今回値θdetが同じであるときには、カム信号ＣＡＭの発生（検出値θdetが更新された時点）から２回目以降のタイミングであると判断し、ステップＳ４４へ進む。
【００８８】
ステップＳ４４では、電磁ブレーキ２６，２７の電流（又は印加電圧）を検出する。
尚、電磁ブレーキ２６，２７の通電・遮断をデューティ制御することで、電流（電圧）を制御する構成の場合には、デューティ制御信号を電流（電圧）に相当する値としても良いし、電流計・電圧計で計測させても良い。
【００８９】
また、上記電流（電圧）検出においては、例えば、第１電磁ブレーキ２６の電流（電圧）をプラスで示し、第２電磁ブレーキ２７の電流をマイナス（電圧）で示すことで、進角方向の電流と遅角方向の電流とを区別できるようにする。
【００９０】
そして、ステップＳ４５では、前記電流値Ｉを、電流と位相進角値との相関を示す伝達関数Ｇ（ｓ）に基づいて推定角度θprに変換する。
ステップＳ４６では、前回実行時にステップＳ４５で求めた推定角度θpr-1と今回ステップＳ４５で求めた推定角度θprとの差Δθprを算出する。
【００９１】
Δθpr＝θpr−θpr-1
ステップＳ４７では、前回に実行時に設定された推定実角度θnow-1に、前記Δθprを加算した結果を、今回の推定実角度θnowとする。
【００９２】
θnow＝θnow-1＋Δθpr
従って、機関の低回転時で、カム信号ＣＡＭの発生間隔で２回以上本ルーチンが実行される場合には、その２回目以降において、最近の検出値θdetを基準に、その後の進角値の変化が電磁ブレーキ２６，２７の電流（又は印加電圧）に基づいて推定されて、順次積算されることになる（図１１参照）。
【００９３】
そして、ステップＳ４８では、目標進角値（目標回転位相）を機関の運転条件（負荷・回転）に基づいて決定し、ステップＳ４９では、前記推定実角度θnowと目標進角値との偏差に基づいて、前記電磁ブレーキ２６，２７への通電をフィードバック制御する。
【００９４】
尚、上記図９のフローチャートに示したステップのうちのステップＳ４１〜Ｓ４７の部分、即ち、推定実角度θnowを求める処理を、ブロック図として示すと図１０のようになる。
【００９５】
前記検出値θdetをそのまま用いてフィードバック制御させる場合には、検出値θdetが更新される間で図９のフローチャートに示すルーチンが繰り返し実行されることになる低回転時には、実際の進角値に対して大きな誤差を有する値に基づいてフィードバック制御されることになってしまう。
【００９６】
しかし、上記構成のようにして、検出値θdetが更新される間での回転位相の変化を推定して、推定実角度θnowを更新させることで、たとえ低回転時であっても、実際の進角値により近い角度に基づいてフィードバック制御を行わせることができ、オーバーシュートの発生を回避できる。
【００９７】
また、前記電磁ブレーキ２６，２７の電流（又は印加電圧）を、伝達関数に基づき変換して得られる推定角度θprを、そのまま実角度θnowとするのではなく、推定角度θprの変化分を検出値θdetに順次積算させるので、推定角度θprの絶対値に誤差があっても、検出値θdetが更新される間での推定実角度θnowを精度良く推定できる。
【００９８】
尚、本実施形態では、スパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミング機構を採用したが、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相をアクチュエータによって変化させる構成であれば、他の構造の可変バルブタイミング機構であっても良く、アクチュエータも電磁ブレーキに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】実施の形態における可変バルブタイミング機構を示す断面図。
【図３】上記可変バルブタイミング機構の分解斜視図。
【図４】上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図５】上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図６】基準クランク角信号ＲＥＦ毎のＣＰＯＳリセット処理を示すフローチャート。
【図７】単位角度信号ＰＯＳ毎のＣＰＯＳのカウントアップ処理を示すフローチャート。
【図８】カム信号ＣＡＭ毎の進角値θdetの検出処理を示すフローチャート。
【図９】単位時間毎に実行されるフィードバック制御を示すフローチャート。
【図１０】推定実角度θnowの設定処理を示すブロック図。
【図１１】検出角度θdet，推定角度θpr，推定実角度θnowの相関を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１３…可変バルブタイミング機構ＶＴＣ、１１４…エンジンコントロールユニット、１１７…クランク角センサ、１２０…クランクシャフト、１３２…カムセンサ、１３４…カムシャフト
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関バルブ（吸・排気バルブ）のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることによって、機関バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置として、特許文献１に開示されるようなものがあった。
【０００３】
このものは、カムシャフトの基準回転位置で検出信号を出力するカムセンサと、クランクシャフトの基準回転位置を検出するクランク角センサとを備え、前記基準回転位置のずれ角に基づいて前記回転位相を検出し、該回転位相が目標になるように可変バルブタイミング機構をフィードバック制御するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２９７６８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記構成によると、一定クランク角毎に回転位相が検出されることになるが、回転位相の検出結果に基づくフィードバック制御は、一般に微小単位時間毎に実行される。
【０００６】
このため、低回転時には、フィードバック制御の実行周期よりも回転位相の検出周期が長くなり、前記回転位相が更新される間で、実際とは異なる同じ回転位相の検出結果を用いて繰り返しフィードバック制御が行われ、オーバーシュートが発生することがあるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、機関の低回転時で回転位相の検出周期が長くなっても、回転位相のフィードバック制御がオーバーシュートすることを回避できる可変バルブタイミング機構の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、クランクシャフトの基準回転位置及びカムシャフトの基準回転位置の検出信号に基づいて前記回転位相を検出する一方、前記回転位相が検出される間における回転位相の変化を、可変バルブタイミング機構のアクチュエータを制御するための操作量に基づいて推定し、該推定された回転位相が前記目標回転位相となるように前記アクチュエータをフィードバック制御する構成とした。
また、請求項２記載の発明は、クランクシャフトの基準回転位置及びカムシャフトの基準回転位置の検出信号に基づいて前記回転位相を検出する一方、前記回転位相が検出される間における回転位相の変化を、可変バルブタイミング機構のアクチュエータを制御するための操作量に基づいて推定し、該推定された回転位相の変化量を算出し、該算出した変化量を最近に検出された回転位相に順次積算し、該積算結果に基づいて前記アクチュエータをフィードバック制御する構成とした。
【０００９】
上記構成によると、基準回転位置の検出信号に基づき一定クランク角毎に回転位相が検出されるが、検出が行われる間における回転位相の変化を、可変バルブタイミング機構のアクチュエータの操作量に基づいて推定し、該推定結果が目標に一致するように、前記アクチュエータをフィードバック制御する。
【００１０】
従って、低回転時で回転位相の検出周期が長くなっても、その間における回転位相の変化が推定されるから、大きな誤差を有する回転位相に基づいてアクチュエータがフィードバック制御されることがなく、オーバーシュートの発生が回避される。
更に、請求項２記載の発明によると、アクチュエータを制御するための操作量に基づく回転位相の推定において、操作量から推定された回転位相の変化量を算出し、該算出した変化量を最近に検出された回転位相に順次積算するようにしたので、操作量に基づき推定される回転位相の絶対値に誤差があっても、係る絶対値の誤差に影響されることなく、回転位相が検出される間における回転位相の変化を精度良く推定できる。
【００１１】
請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記推定される回転位相は、アクチュエータの操作量を、予め設定された伝達関数に基づいて回転位相に変換して推定され、該伝達関数による変換で得られた回転位相の今回値と前回値との偏差を、最近に検出された回転位相に順次積算し、該積算結果に基づいて前記アクチュエータをフィードバック制御する構成とした。
【００１２】
上記構成によると、操作量を伝達関数に基づいて回転位相に変換するが、該変換で得た回転位相の今回値と前回値との偏差を求めることで、操作量から回転位相の変化量を推定し、基準回転位置の検出結果に基づいて最近に検出された回転位相に、前記操作量から推定した回転位相の変化を順次積算する。
【００１３】
従って、伝達関数に基づき推定される回転位相の絶対値に誤差があっても、係る絶対値の誤差に影響されることなく、回転位相が検出される間における回転位相の変化を精度良く推定できる。
【００１４】
請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記クランクシャフトの基準回転位置及び前記カムシャフトの基準回転位置の検出信号に基づいて前記回転位相を検出し、前記検出した回転位相に変化があるかどうかを判定し、前記検出した回転位相に変化がある時は、前記検出した回転位相に基づいて前記アクチェータをフィードバック制御し、前記検出した回転位相に変化が無い時は、前記回転位相の推定結果に基づいて前記アクチェータをフィードバック制御する構成とした。
上記構成によると、回転位相の検出値に変化があるときには、検出値が更新された直後のタイミングであると判断し、検出値に基づいてフィードバック制御する一方、検出値に変化がないときには、検出値が更新された時点から２回目以降のタイミングであると判断し、回転位相を推定してアクチェータをフィードバック制御する。
請求項５記載の発明では、可変バルブタイミング機構が、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を、アクチュエータとしての電磁ブレーキの制動力によって変化させる構成であり、前記操作量を、前記電磁ブレーキのコイルの電流又は電圧とする構成とした。
【００１５】
かかる構成によると、電磁ブレーキのコイルにおける電流・電圧を制御することによって回転位相が制御される一方、前記コイルの電流又は電圧から、回転位相が検出される間における回転位相の変化を推定する。
【００１６】
従って、電磁ブレーキの制動力によって回転位相を変化させ、以って、機関バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構において、低回転時で回転位相の検出周期が長くなっても、大きな誤差を有する回転位相に基づいてアクチュエータがフィードバック制御されることがなく、オーバーシュートの発生が回避される。
請求項６記載の発明では、前記可変バルブタイミング機構が、内燃機関のクランクシャフトから回転を伝達される駆動回転体と、カムシャフト側の従動回転体とが組付角調整機構を介して同軸に連結され、前記組付角調整機構によって前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる構成であって、前記組付角調整機構が、一端の回転部が前記駆動回転体と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部が前記駆動回転体と従動回転体との他方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可能に連結されるリンクアームを備え、前記スライド部を径方向に変位させる渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレートを、前記電磁ブレーキによって前記駆動回転体に対して相対回転させることによって、前記回転部の位置を周方向に相対変位させ、前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させる構成である構成とした。
上記構成によると、電磁ブレーキによってガイドプレートが駆動回転体に対して相対回転し、これによってスライド部が径方向に変位すると共に、回転部の位置が周方向に相対変位し、前記駆動回転体と従動回転体との組付角度（クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相）が変化する。
そして、係る構成の可変バルブタイミング機構において、回転位相が検出される間における回転位相の変化を推定して、フィードバック制御が行われるから、たとえ低回転時であって回転位相の検出周期が長くなっても、実際とは大きく異なる回転位相に基づいてフィードバック制御されることがなく、オーバーシュートの発生を回避できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施形態における車両用内燃機関の構成図である。
【００１８】
この図１において、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
【００１９】
燃焼排気は燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７は、それぞれ排気側カムシャフト１１０，吸気側カムシャフト１３４に設けられたカムによって開閉駆動されるが、吸気側カムシャフト１３４には、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３が設けられている。
【００２０】
前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３は、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを変化させる機構であり、本実施形態では、後述するようなスパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミング機構を採用する。
【００２１】
尚、本実施形態では吸気バルブ１０５側にのみ可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を備える構成としたが、吸気バルブ１０５側に代えて、又は、吸気バルブ１０５側と共に、排気バルブ１０７側に可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３を備える構成であっても良い。
【００２２】
また、各気筒の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ１０５に向けて噴射する。
【００２３】
マイクロコンピュータを内蔵する前記ＥＣＵ１１４には、各種センサからの検出信号が入力され、該検出信号に基づく演算処理によって、前記電子制御スロットル１０４，可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３及び燃料噴射弁１３１を制御する。
【００２４】
前記各種センサとしては、アクセル開度を検出するアクセル開度センサＡＰＳ１１６、機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、クランクシャフト１２０からクランク角１８０°毎の基準クランク角信号ＲＥＦ（基準回転位置信号）と単位クランク角度毎の単位角度信号ＰＯＳを取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、機関１０１の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、吸気側カムシャフト１３４からカム角９０°（クランク角１８０°）毎のカム信号ＣＡＭ（基準回転位置信号）を取り出すカムセンサ１３２が設けられている。
【００２５】
尚、前記基準クランク角信号ＲＥＦの周期、又は、単位時間当たりの単位角度信号ＰＯＳの発生数に基づいて、ＥＣＵ１１４において機関回転速度Ｎｅが算出される。
【００２６】
次に、前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３の構成を、図２〜図５に基づいて説明する。
前記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３は、カムシャフト１３４と、駆動プレート２と、組付角調整機構４と、作動装置１５と、ＶＴＣカバー６から構成される。
【００２７】
前記駆動プレート２は、機関１０１（クランクシャフト１２０）から回転が伝達されて回転する部材であり、前記組付角調整機構４は、前記カムシャフト１３４と駆動プレート２との組付角度を変化させる機構であって、作動装置１５によって作動する。
【００２８】
前記ＶＴＣカバー６は、図示省略したシリンダヘッドとロッカカバーの前端に跨って取り付けられて、駆動プレート２と組付角調整機構４の前面とその周域を覆うカバーである。
【００２９】
前記カムシャフト１３４の前端部（図２における左側）には、スペーサ８が嵌合され、更に、このスペーサ８は、カムシャフト１３４のフランジ部１３４ｆに貫通されるピン８０によって回転規制されている。
【００３０】
また、前記カムシャフト１３４には、径方向に油供給孔１３４ｒが複数貫通形成されている。
前記スペーサ８は、図３に示すように、円盤状の係止フランジ８ａと、この係止フランジ８ａの前端面から軸方向に延びる円管部８ｂと、同じく係止フランジ８ａの前端面であって円管部８ｂの基端側から外径方向の３方に延びて軸方向と平行な圧入穴８ｃが形成された軸支持部８ｄとが形成されている。
【００３１】
尚、上記軸支持部８ｄ及び圧入穴８ｃは、図３に示すように、それぞれ周方向に１２０°毎に配置される。
また、前記スペーサ８には、油を供給する油供給孔８ｒが径方向に貫通形成されている。
【００３２】
前記駆動プレート２は、中心に貫通穴２ａが形成された円盤状に形成されており、前記スペーサ８に対して係止フランジ８ａによって軸方向の変位を規制された状態で相対回転自在に組み付けられている。
【００３３】
また、駆動プレート２は、図３に示すように、その後部外周に、クランクシャフト１２０から図示省略したチェーンを介して回転が伝達されるタイミングスプロケット３が形成されている。
【００３４】
更に、駆動プレート２の前端面には、貫通穴２ａと外周とを結んで外径方向に３つのガイド溝２ｇが形成されており、前記ガイド溝２ｇは、前記軸支持部８ｄと同様に、周方向に１２０°毎に配置される。
【００３５】
また、駆動プレート２の前端面の外周部には、円環状のカバー部材２ｃが溶接或いは圧入により固定されている。
本実施形態において、従動回転体は、カムシャフト１３４及びスペーサ８によって構成され、駆動回転体は、タイミングスプロケット３を含む駆動プレート２によって構成される。
【００３６】
前記組付角調整機構４は、カムシャフト１３４と駆動プレート２との前端部側に配置されて、カムシャフト１３４と駆動プレート２との組付相対角度を変更するものである。
【００３７】
この組付角調整機構４は、図３に示すように、３本のリンクアーム１４を有している。
前記各リンクアーム１４は、先端部にスライド部としての円筒部１４ａが設けられ、また、この円筒部１４ａから外径方向に延びるアーム部１４ｂが設けられている。
【００３８】
前記円筒部１４ａには、収容孔１４ｃが貫通して形成されている一方、アーム部１４ｂの基端部には、回動部としての回動穴１４ｄが貫通して形成されている。
【００３９】
前記リンクアーム１４は、前記スペーサ８の圧入穴８ｃにきつく圧入された回動ピン８１に対して回動穴１４を装着して、回動ピン８１を中心に回動可能に取り付けられている。
【００４０】
一方、リンクアーム１４の円筒部１４ａは、前記駆動プレート２の径方向ガイドとしてのガイド溝２ｇに挿入されて、駆動プレート２に対して径方向に移動可能（スライド可能）に取り付けられている。
【００４１】
上記構成において、円筒部１４ａが外力を受けてガイド溝２ｇに沿って径方向にスライド変位すると、リンクアーム１４によるリンク作用により回動ピン８１が前記円筒部１４ａの径方向の変位量に応じた角度だけ周方向に移動することになるもので、この回動ピン８１の変位によりカムシャフト１３４が駆動プレート２に対して相対回転することになる。
【００４２】
図４及び図５は、前記組付角調整機構４の作動を示すもので、図４に示すように、円筒部１４ａがガイド溝２ｇにおいて駆動プレート２の外周側に配置されているときには、基端部の回動ピン８１がガイド溝２ｇに近い位置に引っ張られているもので、この位置が最遅角位置となる。
【００４３】
一方、図５に示すように、円筒部１４ａがガイド溝２ｇにおいて駆動プレート２の内周側に配置されているときには、回動ピン８１が周方向に押されてガイド溝２ｇから離れるもので、この位置が最進角位置となる。
【００４４】
上記組付角調整機構４における前記円筒部１４ａの径方向への移動は、前記作動装置１５により行われ、この作動装置１５は、作動変換機構４０と増減速機構４１とを備えている。
【００４５】
前記作動変換機構４０は、リンクアーム１４の円筒部１４ａに保持された球２２と、前記駆動プレート２の前面に対向して同軸に設けられたガイドプレート２４とを備え、このガイドプレート２４の回転を前記リンクアーム１４における円筒部１４ａの径方向の変位に変換する機構である。
【００４６】
前記ガイドプレート２４は、前記スペーサ８の円管部８ｂの外周に金属系のブッシュ２３を介して相対回転可能に支持されている。
また、前記ガイドプレート２４の後面には、断面略半円状で周方向の変位に伴って径方向に変位する渦巻きガイドとしての渦巻状ガイド溝２８が形成され、かつ、径方向の中間部には、油の供給を行う油供給孔２４ｒが前後方向に貫通して形成されている。
【００４７】
前記渦巻状ガイド溝２８には、前記球２２が係合されている。
即ち、前記リンクアーム１４の円筒部１４ａに設けられた収容孔１４ｃには、図２及び図３に示すように、円盤状の支持パネル２２ａと、コイルスプリング２２ｂ（弾性体）と、リテーナ２２ｃと、球２２（球状部材）とが順に挿入されている。
【００４８】
また、前記リテーナ２２ｃは、前端部に球２２が飛び出した状態で支持する椀状の支持凹部２２ｄが形成されていると共に、外周に前記コイルスプリング２２ｂが着座するフランジ２２ｆが形成されている。
【００４９】
そして、図２に示す組付状態では、コイルスプリング２２ｂが圧縮され、支持パネル２２ａが駆動プレート２の前面に押し付けられ、かつ、前記球２２が渦巻状ガイド溝２８に押し付けられて上下方向で係合すると共に、渦巻状ガイド溝２８の延在方向には相対移動可能となっている。
【００５０】
また、前記渦巻状ガイド溝２８は、図４，５に示すように、駆動プレート２の回転方向Ｒに沿って次第に縮径するように形成されている。
従って、前記作動変換機構４０は、前記球２２が渦巻状ガイド溝２８に係合した状態で、ガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒに相対回転すると、球２２が渦巻状ガイド溝２８の渦巻き形状に沿って半径方向外側に移動し、これによりスライド部としての円筒部１４ａが、図４に示す外径方向に移動し、リンクアーム１４に連結された回動ピン８１がガイド溝２ｇに近づくように引きつけられ、カムシャフト１３４は遅角方向に移動する。
【００５１】
逆に、上記状態からガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは逆方向に相対回転すると、球２２は渦巻状ガイド溝２８の渦巻き形状に沿って半径方向内側に移動し、これによりスライド部としての円筒部１４ａが、図５に示す内径方向に移動し、リンクアーム１４に連結された回動ピン８１がガイド溝２ｇから離れる方向に押され、この場合、カムシャフト１３４は進角方向に移動する。
【００５２】
次に、増減速機構４１について詳細に説明する。
前記増減速機構４１は、前記ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して増速及び減速、即ち、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に移動（増速）させたり、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは反対側に移動（減速）させたりするものであり、遊星歯車機構２５と第１電磁ブレーキ２６と第２電磁ブレーキ２７とを備えている。
【００５３】
前記遊星歯車機構２５は、サンギヤ３０と、リングギヤ３１と、両ギヤ３０，３１に噛み合わされたプラネタリギヤ３３とを備えている。
図２，図３に示すように、前記サンギヤ３０は、ガイドプレート２４の前面側の内周に一体的に形成されている。
【００５４】
前記プラネタリギヤ３３は、前記スペーサ８の前端部に固定されたキャリアプレート３２に回転自在に支持されている。
また、前記リングギヤ３１は、前記キャリアプレート３２の外側に回転自在に支持された環状の回転体３４の内周に形成されている。
【００５５】
尚、前記キャリアプレート３２は、前記スペーサ８の前端部に嵌合されて、ワッシャ３７を前端部に当接させた状態でボルト９を貫通させてカムシャフト１３４に締結させて固定されている。
【００５６】
また、前記回転体３４の前端面には、前方を向いた制動面３５ｂを有した制動プレート３５がねじで固定されている。
また、前記サンギヤ３０が一体に形成されたガイドプレート２４の外周にも、前方を向いた制動面３６ｂを有した制動プレート３６が溶接や嵌合などにより固定されている。
【００５７】
従って、前記遊星歯車機構２５は、プラネタリギヤ３３が自転せずにキャリアプレート３２と共に公転したとすると、第１電磁ブレーキ２６ならびに第２電磁ブレーキ２７が非作動状態では、サンギヤ３０とリングギヤ３１はフリー状態で同速回転する。
【００５８】
この状態から第１電磁ブレーキ２６のみを制動作動すると、ガイドプレート２４がキャリアプレート３２に対して（カムシャフト１３４に対して）遅れる方向（図４，５のＲ方向とは逆方向）に相対回転し、駆動プレート２とカムシャフト１３４とが、図５に示す進角方向に相対変位することになる。
【００５９】
一方、第２電磁ブレーキ２７のみを制動作動すると、リングギヤ３１のみに制動力が付与され、リングギヤ３１がキャリアプレート３２に対して遅れ方向に相対回転することによってプラネタリギヤ３３が自転し、このプラネタリギヤ３３の自転がサンギヤ３０を増速させ、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に相対回転し、駆動プレート２とカムシャフト１３４とが図４に示す遅角方向に相対回転することになる。
【００６０】
尚、本実施形態において、キャリアプレート３２が入力要素であり、サンギヤ３０が出力要素であり、リングギヤ３１がフリー要素となる。
前記第１電磁ブレーキ２６及び第２電磁ブレーキ２７は、それぞれ前述した制動プレート３６，３５の制動面３６ｂ，３５ｂに対向するよう内外２重に配置されて、前記ＶＴＣカバー６の裏面にピン２６ｐ，２７ｐによって回転のみを規制された浮動状態で支持された円管部材２６ｒ，２７ｒを有している。
【００６１】
これらの円管部材２６ｒ，２７ｒには、コイル２６ｃ，２７ｃが収容されていると共に、各コイル２６ｃ，２７ｃへの通電時に各制動面３５ｂ，３６ｂに押し付けられる摩擦材２６ｂ，２７ｂが装着されている。
【００６２】
また、各円管部材２６ｒ，２７ｒ及び各制動プレート３５，３６は、コイル２６ｃ，２７ｃへの通電時に磁界を形成するために鉄などの磁性体により形成されている。
【００６３】
それに対して、前記ＶＴＣカバー６は、通電時に磁束の漏れを生じさせないために、また、摩擦材２６ｂ，２７ｂは、永久磁石化して非通電時に制動プレート３５，３６に貼り付くのを防止するために、アルミなどの非磁性体により形成されている。
【００６４】
前記遊星歯車機構２５の出力要素としてのサンギヤ３０が設けられたガイドプレート２４と駆動プレート２の相対回動は、最遅角位置および最進角位置において組付角ストッパ６０により規制されるようになっている。
【００６５】
更に、前記遊星歯車機構２５において、リングギヤ３１と一体的に設けられている制動プレート３５と、キャリアプレート３２との間には、遊星歯車ストッパ９０が設けられている。
【００６６】
ところで、上述した前記作動変換機構４０は、リンクアーム１４の円筒部１４ａの位置を保持して、駆動プレート２とカムシャフト１３４との相対組付位置が変動しない構成となっているもので、その構成について説明する。
【００６７】
前記駆動プレート２からカムシャフト１３４には、リンクアーム１４およびスペーサ８を介して駆動トルクが伝達されるが、カムシャフト１３４からリンクアーム１４には、機関バルブ（吸気バルブ１０５）からの反力によるカムシャフト１３４の変動トルクが、回動ピン８１からリンクアーム１４の両端の枢支点を結ぶ方向の力Ｆとして入力される。
【００６８】
前記リンクアーム１４の円筒部１４ａは、径方向ガイドとしてのガイド溝２ｇに沿って径方向に案内されていると共に、円筒部１４ａから前面に突出した球２２が、渦巻状ガイド溝２８に係合されているため、各リンクアーム１４を介して入力される力Ｆは、ガイド溝２ｇの左右の壁とガイドプレート２４の渦巻状ガイド溝２８とによって支持される。
【００６９】
従って、リンクアーム１４に入力された力Ｆは互いに直交する二つの分力ＦＡ，ＦＢに分解されるが、これらの分力ＦＡ，ＦＢは、渦巻状ガイド構２８の外周側の壁と、ガイド溝２ｇの一方の壁とに略直交する向きで受け止められ、リンクアーム１４の円筒部１４ａがガイド溝２ｇに沿って移動することが阻止され、これにより、リンクアーム１４が回動することが阻止される。
【００７０】
よって、各電磁ブレーキ２６，２７の制動力によってガイドプレート２４が回動されてリンクアーム１４が所定の位置に回動操作された後には、基本的には制動力を付与し続けなくてもリンクアーム１４の位置を維持、つまり、駆動プレート２とカムシャフト１３４の回転位相をそのまま保持することができる。
【００７１】
尚、前記力Ｆは、外径方向に作用することに限られず、逆向きの内径方向に作用することもあるが、このとき分力ＦＡ，ＦＢは渦巻状ガイド溝２８の内周側の壁と、ガイド構２ｇの他方側とに略直角の向きに受け止められる。
【００７２】
以下、上記可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３の作用を説明する。
クランクシャフトとカムシャフト１３４の回転位相を遅角側に制御する場合には、第２電磁ブレーキ２７に通電する。
【００７３】
第２電磁ブレーキ２７に通電すると、第２電磁ブレーキ２７の摩擦材２７ｂが制動プレート３５に摩擦接触し、遊星歯車機構２５のリングギヤ３１に制動力が作用し、タイミングスプロケット３の回転に伴ってサンギヤ３０が増速回転される。
【００７４】
このサンギヤ３０の増速回転によりガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に回転させられ、これに伴ってリンクアーム１４に支持された球２２が渦巻状ガイド溝２８の外周側に移動する。
【００７５】
この遅角側への移動は、組付角ストッパ６０により図４に示す最遅角位置において規制される。
更に、上述のように、リングギヤ３１の回転を第２電磁ブレーキ２７により制動するにあたり、瞬時に回転を規制するのではなく所定量の回転を許しながら制動を行うもので、この回転量が所定量となると遊星歯車ストッパ９０によりリングギヤ３１の回転が規制されるようになっている。
【００７６】
一方、カムシャフト１３４の組付角度を進角方向に変位させるときには、第１ブレーキ２６に通電する。
これにより、ガイドプレート２４に制動力が作用することで、ガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは反対方向に回動して、カムシャフト１３４は進角側に組付角度が変位される。
【００７７】
この進角側への移動は、組付角ストッパ６０により図５に示す最進角位置において規制される
更に、ガイドプレート２４の回転が規制されると、プラネタリギヤ３３が自転してリングギヤ３１が増速回転されるが、この回転量が所定量となると遊星歯車ストッパ９０により回転が規制される。
【００７８】
前記ＥＣＵ１１４は、クランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の目標進角値（目標回転位相）を機関の運転条件（負荷・回転）に基づいて設定する一方、クランク角センサ１１７の基準クランク角信号ＲＥＦとカムセンサ１３２のカム信号ＣＡＭとの位相差を計測することで、実際の進角値（実際の回転位相）を検出する。
【００７９】
そして、実際の進角値が前記目標進角値に一致するように、前記第１電磁ブレーキ２６及び第２電磁ブレーキ２７への通電をフィードバック制御する。
図６〜図８のフローチャートは、実際の進角値を検出するための処理を示す。
【００８０】
図６のフローチャートに示すルーチンは、クランク角センサ１１７から基準クランク角信号ＲＥＦが出力される毎に割り込み実行され、ステップＳ１１では、単位角度信号ＰＯＳのカウント値ＣＰＯＳを０にリセットする。
【００８１】
また、図７のフローチャートに示すルーチンは、クランク角センサ１１７から単位角度信号ＰＯＳが出力される毎に割り込み実行され、ステップＳ２１では、カウント値ＣＰＯＳを１アップする。
【００８２】
従って、前記カウント値ＣＰＯＳは、基準クランク角信号ＲＥＦの発生時に０にリセットされ、その後の単位角度信号ＰＯＳの発生数を計数する値となる。
また、図８のフローチャートに示すルーチンは、カムセンサ１３２からカム信号ＣＡＭが出力される毎に割り込み実行され、ステップＳ３１では、基準クランク角信号ＲＥＦの発生時点からカム信号ＣＡＭが発生するまでの回転角を示すことになる、そのときのカウント値ＣＰＯＳを読み込む。
【００８３】
ステップＳ３２では、前記カウント値ＣＰＯＳに基づいてクランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の進角値θdetを検出する。
従って、前記検出値θdetは、カム信号ＣＡＭが発生する毎（クランク角１８０°毎）に検出されることになる。
【００８４】
一方、図９のフローチャートは、可変バルブタイミング機構ＶＴＣ１１３のフィードバック制御ルーチンであり、所定微小時間（例えば１０msec）毎に割り込み実行される。
【００８５】
ステップＳ４１では、前記検出値θdetを読み込む。
そして、ステップＳ４２では、前回実行時に読み込んだ検出値θdet-1と今回読み込まれた検出値θdetとが同じであるか否かを判別する。
【００８６】
尚、前記ステップＳ４２では、詳細には、｜θdet−θdet-1｜≦αであるか否かを判別させる。
前回値θdet-1と今回値θdetが異なるときには、カム信号ＣＡＭの発生直後（検出値θdetが更新された直後）のタイミングであると判断し、ステップＳ４３へ進む。
【００８７】
ステップＳ４３では、今回読み込まれた検出値θdetを、フィードバック制御に用いる推定実角度θnowにセットする。
一方、前回値θdet-1と今回値θdetが同じであるときには、カム信号ＣＡＭの発生（検出値θdetが更新された時点）から２回目以降のタイミングであると判断し、ステップＳ４４へ進む。
【００８８】
ステップＳ４４では、電磁ブレーキ２６，２７の電流（又は印加電圧）を検出する。
尚、電磁ブレーキ２６，２７の通電・遮断をデューティ制御することで、電流（電圧）を制御する構成の場合には、デューティ制御信号を電流（電圧）に相当する値としても良いし、電流計・電圧計で計測させても良い。
【００８９】
また、上記電流（電圧）検出においては、例えば、第１電磁ブレーキ２６の電流（電圧）をプラスで示し、第２電磁ブレーキ２７の電流をマイナス（電圧）で示すことで、進角方向の電流と遅角方向の電流とを区別できるようにする。
【００９０】
そして、ステップＳ４５では、前記電流値Ｉを、電流と位相進角値との相関を示す伝達関数Ｇ（ｓ）に基づいて推定角度θprに変換する。
ステップＳ４６では、前回実行時にステップＳ４５で求めた推定角度θpr-1と今回ステップＳ４５で求めた推定角度θprとの差Δθprを算出する。
【００９１】
Δθpr＝θpr−θpr-1
ステップＳ４７では、前回に実行時に設定された推定実角度θnow-1に、前記Δθprを加算した結果を、今回の推定実角度θnowとする。
【００９２】
θnow＝θnow-1＋Δθpr
従って、機関の低回転時で、カム信号ＣＡＭの発生間隔で２回以上本ルーチンが実行される場合には、その２回目以降において、最近の検出値θdetを基準に、その後の進角値の変化が電磁ブレーキ２６，２７の電流（又は印加電圧）に基づいて推定されて、順次積算されることになる（図１１参照）。
【００９３】
そして、ステップＳ４８では、目標進角値（目標回転位相）を機関の運転条件（負荷・回転）に基づいて決定し、ステップＳ４９では、前記推定実角度θnowと目標進角値との偏差に基づいて、前記電磁ブレーキ２６，２７への通電をフィードバック制御する。
【００９４】
尚、上記図９のフローチャートに示したステップのうちのステップＳ４１〜Ｓ４７の部分、即ち、推定実角度θnowを求める処理を、ブロック図として示すと図１０のようになる。
【００９５】
前記検出値θdetをそのまま用いてフィードバック制御させる場合には、検出値θdetが更新される間で図９のフローチャートに示すルーチンが繰り返し実行されることになる低回転時には、実際の進角値に対して大きな誤差を有する値に基づいてフィードバック制御されることになってしまう。
【００９６】
しかし、上記構成のようにして、検出値θdetが更新される間での回転位相の変化を推定して、推定実角度θnowを更新させることで、たとえ低回転時であっても、実際の進角値により近い角度に基づいてフィードバック制御を行わせることができ、オーバーシュートの発生を回避できる。
【００９７】
また、前記電磁ブレーキ２６，２７の電流（又は印加電圧）を、伝達関数に基づき変換して得られる推定角度θprを、そのまま実角度θnowとするのではなく、推定角度θprの変化分を検出値θdetに順次積算させるので、推定角度θprの絶対値に誤差があっても、検出値θdetが更新される間での推定実角度θnowを精度良く推定できる。
【００９８】
尚、本実施形態では、スパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミング機構を採用したが、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相をアクチュエータによって変化させる構成であれば、他の構造の可変バルブタイミング機構であっても良く、アクチュエータも電磁ブレーキに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】実施の形態における可変バルブタイミング機構を示す断面図。
【図３】上記可変バルブタイミング機構の分解斜視図。
【図４】上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図５】上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図６】基準クランク角信号ＲＥＦ毎のＣＰＯＳリセット処理を示すフローチャート。
【図７】単位角度信号ＰＯＳ毎のＣＰＯＳのカウントアップ処理を示すフローチャート。
【図８】カム信号ＣＡＭ毎の進角値θdetの検出処理を示すフローチャート。
【図９】単位時間毎に実行されるフィードバック制御を示すフローチャート。
【図１０】推定実角度θnowの設定処理を示すブロック図。
【図１１】検出角度θdet，推定角度θpr，推定実角度θnowの相関を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１３…可変バルブタイミング機構ＶＴＣ、１１４…エンジンコントロールユニット、１１７…クランク角センサ、１２０…クランクシャフト、１３２…カムセンサ、１３４…カムシャフト
Claims (6)
- 内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を可変とする可変バルブタイミング機構を制御する制御装置であって、実際の回転位相が機関運転状態に応じて設定される目標回転位相となるように、前記可変バルブタイミング機構を駆動するアクチェータを制御する可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記クランクシャフトの基準回転位置及び前記カムシャフトの基準回転位置の検出信号に基づいて前記回転位相を検出する一方、前記回転位相が検出される間における回転位相の変化を、前記アクチュエータを制御するための操作量に基づいて推定し、該推定された回転位相が前記目標回転位相となるように前記アクチュエータをフィードバック制御することを特徴とする可変バルブタイミング機構の制御装置。 - 内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相をアクチュエータによって変化させることで、機関バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置であって、
前記クランクシャフトの基準回転位置及び前記カムシャフトの基準回転位置の検出信号に基づいて前記回転位相を検出する一方、前記回転位相が検出される間における回転位相の変化を、前記アクチュエータを制御するための操作量に基づいて推定し、該推定された回転位相の変化量を算出し、該算出した変化量を最近に検出された回転位相に順次積算し、該積算結果に基づいて前記アクチュエータをフィードバック制御することを特徴とする可変バルブタイミング機構の制御装置。 - 前記推定される回転位相は、前記アクチュエータの操作量を、予め設定された伝達関数に基づいて回転位相に変換して推定され、該伝達関数による変換で得られた回転位相の今回値と前回値との偏差を、最近に検出された回転位相に順次積算し、該積算結果に基づいて前記アクチュエータをフィードバック制御することを特徴とする請求項２記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
- 前記クランクシャフトの基準回転位置及び前記カムシャフトの基準回転位置の検出信号に基づいて前記回転位相を検出し、前記検出した回転位相に変化があるかどうかを判定し、
前記検出した回転位相に変化がある時は、前記検出した回転位相に基づいて前記アクチェータをフィードバック制御し、
前記検出した回転位相に変化が無い時は、前記回転位相の推定結果に基づいて前記アクチェータをフィードバック制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。 - 前記可変バルブタイミング機構が、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を、アクチュエータとしての電磁ブレーキの制動力によって変化させる構成であり、前記操作量が、前記電磁ブレーキのコイルの電流又は電圧であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
- 前記可変バルブタイミング機構が、
内燃機関のクランクシャフトから回転を伝達される駆動回転体と、カムシャフト側の従動回転体とが組付角調整機構を介して同軸に連結され、前記組付角調整機構によって前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させることで、機関弁のバルブタイミングを変化させる構成であって、
前記組付角調整機構が、一端の回転部が前記駆動回転体と従動回転体との一方に回転可能に連結されると共に、他端のスライド部が前記駆動回転体と従動回転体との他方に設けられた径方向ガイドにより径方向にスライド可能に連結されるリンクアームを備え、前記 スライド部を径方向に変位させる渦巻き状ガイドが形成されたガイドプレートを、前記電磁ブレーキによって前記駆動回転体に対して相対回転させることによって、前記回転部の位置を周方向に相対変位させ、前記駆動回転体と従動回転体との組付角度を変化させる構成であることを特徴とする請求項５記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
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