JP4299164B2 - Control device for variable valve timing mechanism - Google Patents

Description

本発明は、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で、機関の吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミング（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に関する。   The present invention relates to a control device for a variable valve timing mechanism that changes a valve timing (opening / closing timing) of an intake valve or an exhaust valve of an engine by changing a rotational phase of a camshaft with respect to a crankshaft of an internal combustion engine.

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、吸気バルブ又は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としては、特許文献１に開示されるようなものがある。
このものは、クランクシャフトの基準回転位置でクランク角信号を出力するクランク角センサと、カムシャフトの基準回転位置でカム信号を出力するカムセンサとを備え、前記基準回転位置のずれ角に基づいてクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を検出し、この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ようにしている。
特開２０００−２９７６８６号公報 As a control device for a variable valve timing mechanism that changes the valve timing of an intake valve or an exhaust valve by changing the rotational phase of a camshaft with respect to a crankshaft of an internal combustion engine, there is one disclosed in Patent Document 1. .
This includes a crank angle sensor that outputs a crank angle signal at the reference rotational position of the crankshaft, and a cam sensor that outputs a cam signal at the reference rotational position of the camshaft. The rotational phase of the camshaft relative to the shaft is detected, and the variable valve timing mechanism is feedback controlled so that this rotational phase becomes a target.
JP 2000-297686 A

ところで、上記従来の構成では、一定のクランク角（カムシャフトの回転周期）毎に前記回転位相が検出されることになるが、可変バルブタイミング機構のフィードバック制御は、通常、微少単位時間毎に実行されるため、機関始動時等の低回転時においては、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の方が長くなって、制御上十分な頻度で回転位相を検出できない。   By the way, in the above-described conventional configuration, the rotation phase is detected at every constant crank angle (camshaft rotation cycle). However, feedback control of the variable valve timing mechanism is usually executed every minute unit time. Therefore, at the time of low rotation such as when the engine is started, the rotation phase detection cycle is longer than the feedback control execution cycle, and the rotation phase cannot be detected with sufficient frequency for control.

従って、例えば、クランキング中にバルブタイミングを機関の始動に適した状態（始動時タイミング）へと制御しようとしても、機関始動開始後も回転位相が検出されるまでの間はフィードバック操作量が算出されないし、また、回転位相が検出された後も、回転位相が更新されるまでの間は実際とは異なる回転位相との偏差に基づいてフィードバック操作量が算出されることとなって、かえって始動性を低下させてしまうおそれがある。   Therefore, for example, even if an attempt is made to control the valve timing to a state suitable for engine start (starting timing) during cranking, the feedback manipulated variable is calculated until the rotation phase is detected even after engine start is started. In addition, after the rotational phase is detected, the feedback manipulated variable is calculated based on the deviation from the actual rotational phase until the rotational phase is updated. There is a risk of reducing the performance.

本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、低回転時においても回転位相を速やかに目標へと収束させて、特に冷機時における始動性を向上させることを目的とする。   The present invention has been made paying attention to such a problem, and an object of the present invention is to quickly converge the rotational phase to a target even at a low rotation speed, and to improve the startability particularly during cold operation.

このため、請求項１に記載の発明は、機関回転速度を検出する回転速度検出手段と、
クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相の実際値を、前記カムシャフトの回転周期よりも短い周期で検出できる回転位相検出手段を備え、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を機関運転状態に応じて設定される目標回転位相に一致させる方向の制御を、機関回転速度が所定回転速度以下かつ前記回転速度検出手段により検出した前記回転位相の実際値と前記目標回転位相との偏差が所定値以上であるときにはフィードフォワード制御とする一方、機関回転速度が前記所定回転速度を超えているとき又は前記偏差が前記所定値を下回っているときにはフィードバック制御とすることを特徴とする。
このようにすると、回転位相の検出周期が長くなる低回転領域においても、実際の回転位相（バルブタイミング）を目標回転位相（目標バルブタイミング）へと速やかに制御することができる。これにより、機関始動時における制御性が改善され、特に冷機時の始動性を向上させることができる。 For this reason, the invention according to claim 1 is a rotation speed detection means for detecting the engine rotation speed;
Rotational phase detection means is provided that can detect an actual value of the rotational phase of the camshaft relative to the crankshaft at a cycle shorter than the rotational cycle of the camshaft, and the rotational phase of the camshaft relative to the crankshaft is set according to the engine operating state. When the engine rotational speed is equal to or lower than a predetermined rotational speed and the deviation between the actual value of the rotational phase detected by the rotational speed detecting means and the target rotational phase is equal to or greater than a predetermined value, While feed-forward control is performed, feedback control is performed when the engine rotational speed exceeds the predetermined rotational speed or when the deviation is less than the predetermined value .
In this way, the actual rotation phase (valve timing) can be quickly controlled to the target rotation phase (target valve timing) even in the low rotation region where the rotation phase detection cycle becomes long. Thereby, the controllability at the time of starting the engine is improved, and in particular, the startability at the time of cold engine can be improved.

請求項２に記載の発明は、機関回転速度の所定時間当たりの変化量が所定量を上回る場合には、前記フィードフォワード制御を禁止して前記フィードバック制御を行う。
請求項３に記載の発明は、前記回転位相検出手段は、前記クランクシャフトの基準回転位置及び単位クランク角度毎に信号を出力する第１センサと、前記カムシャフトの回転位置に応じて異なる信号を出力する第２センサと、を備え、前記第１センサ及び前記第２センサの出力信号に基づいて前記回転位相の実際値を検出する。
According to a second aspect of the invention, when the amount of change per predetermined time in the engine speed exceeds a predetermined amount, it performs the feedback control prohibit the feedforward control.
According to a third aspect of the present invention, the rotational phase detecting means outputs a signal different depending on a rotational position of the camshaft and a first sensor that outputs a signal for each reference rotational position and unit crank angle of the crankshaft. A second sensor for outputting, and detecting an actual value of the rotational phase based on output signals of the first sensor and the second sensor .

このようにすると、低回転領域であっても機関回転速度の変化量が所定値を超える場合には、完爆した（クランキングが終了した）と判定し、フィードフォワード制御からフィードバック制御に移行する。これにより、機関始動時にはフィードフォワード制御によりバルブタイミングを始動時タイミングへと応答よく制御しつつ、完爆後はフィードバック制御によって最適なバルブタイミングへと精度よく制御できる。
また、第１センサ及び第２センサの出力信号に基づいて、前記回転位相の実際値を任意のタイミングで検出することができる。 In this way, if the change amount of the engine rotation speed exceeds a predetermined value even in the low rotation region, it is determined that the explosion has been completed (cranking has been completed), and the feedforward control is shifted to the feedback control. . As a result, the valve timing can be controlled with good response to the start timing by feedforward control when the engine is started, and can be accurately controlled to the optimal valve timing by feedback control after the complete explosion.
Further, the actual value of the rotational phase can be detected at an arbitrary timing based on the output signals of the first sensor and the second sensor.

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。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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of an internal combustion engine for a vehicle in the embodiment. In FIG. 1, an electronic control throttle 104 that opens and closes a throttle valve 103 b by a throttle motor 103 a is interposed in an intake pipe 102 of the internal combustion engine 101, and the combustion chamber is connected via the electronic control throttle 104 and the intake valve 105. Air is inhaled into 106.

機関の各燃焼室には点火プラグ１３３が設けられており、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させる。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、それぞれ吸気側カムシャフト１３４、排気側カムシャフト１１０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（ＶＴＣ）１１３が設けられている。 Each combustion chamber of the engine is provided with a spark plug 133, which ignites sparks to ignite and burn the air-fuel mixture. The combustion exhaust is discharged from the combustion chamber 106 through the exhaust valve 107, purified by the front catalyst 108 and the rear catalyst 109, and then released into the atmosphere.
The intake valve 105 and the exhaust valve 107 are driven to open and close by cams provided on the intake side camshaft 134 and the exhaust side camshaft 110, respectively. The intake side camshaft 134 includes a variable valve timing mechanism (VTC) 113. Is provided.

この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の開閉タイミングを変化させる機構であり、その詳細については後述する。
なお、本実施形態では吸気バルブ１０５側のみに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ＶＴＣ１１３を備える構成であっても良い。 The VTC 113 is a mechanism that changes the opening / closing timing of the intake valve 105 by changing the rotational phase of the intake camshaft 134 with respect to the crankshaft 120, and details thereof will be described later.
In the present embodiment, the VTC 113 is provided only on the intake valve 105 side, but the VTC 113 may be provided on the exhaust valve 107 side instead of the intake valve 105 side or together with the intake valve 105 side.

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。
マイクロコンピュータを内蔵するＥＣＵ１１４には、各種センサからの出力信号が入力され、該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、ＶＴＣ１１３及び燃料噴射弁１３１を制御する。 In addition, an electromagnetic fuel injection valve 131 is provided in the intake port 130 of each cylinder. When the fuel injection valve 131 is driven to open by an injection pulse signal from an engine control unit (ECU) 114, a predetermined value is set. The fuel adjusted to the pressure is injected toward the intake valve 105.
The ECU 114 incorporating the microcomputer receives output signals from various sensors, and controls the electronic control throttle 104, the VTC 113, and the fuel injection valve 131 by arithmetic processing based on the signals.

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Ｑａ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°毎の基準回転位置で基準クランク角信号ＲＥＦを取り出すと共に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Ｔｗ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°）毎の基準回転位置でカム信号ＣＡＭを取り出すカムセンサ１３２、燃焼室１０６内の燃焼圧力を検出する圧力センサ１３５、バッテリ電圧Ｖｂを検出する電圧センサ１３６等が設けられている。なお、機関回転速度Ｎｅは、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算出される。また、図示は省略するが、ＥＣＵ１１４には、アイドルスイッチやスタートスイッチ等の動作信号も入力される。   Examples of the various sensors include an accelerator opening sensor APS116 for detecting the accelerator opening, an air flow meter 115 for detecting the intake air amount Qa of the engine 101, and a reference crank angle signal at a reference rotational position at every crank angle of 180 ° from the crankshaft 120. A crank angle sensor 117 for taking out the REF and taking out a unit angle signal POS for each unit crank angle, a throttle sensor 118 for detecting the opening TVO of the throttle valve 103b, a water temperature sensor 119 for detecting the cooling water temperature Tw of the engine 101, the intake side A cam sensor 132 that extracts a cam signal CAM at a reference rotational position for each cam angle 90 ° (crank angle 180 °) from the cam shaft 134, a pressure sensor 135 that detects the combustion pressure in the combustion chamber 106, and a voltage sensor that detects the battery voltage Vb 136 etc. are provided . The engine speed Ne is calculated based on the cycle of the reference crank angle signal REF or the number of unit angle signals POS generated per unit time. Although not shown, the ECU 114 also receives operation signals such as an idle switch and a start switch.

次に、前記ＶＴＣ１１３の構成を、図２〜図９に基づいて説明する。図２に示すように、本実施形態に係るＶＴＣ１１３は、前記吸気側カムシャフト（以下、単にカムシャフトという）１３４と、このカムシャフト１３４の前端部に必要に応じて相対回動できるように組み付けられ、チェーン（図示せず）を介してクランクシャフト１２０に連係されるタイミングスプロケット３０２を外周に有する駆動リング３０３（駆動回転体）と、この駆動リング３０３とカムシャフト１３４の前方側（図２において左側）に配置されて、カムシャフト１３４と駆動リング３０３との組付角を操作する組付角操作機構３０４と、この組付角操作機構３０４のさらに前方側に配置されて、同機構３０４を駆動する操作力付与手段３０５と、内燃機関の図外のシリンダヘッドとヘッドカバーの前面に跨って取り付けられて組付角操作機構３０４と操作力付与手段３０５の前面と周域を覆う図外のＶＴＣカバーと、を備えている。なお、図３（及び図５）は図２のＡ−Ａ断面図に相当し、図４は図２のＢ−Ｂ断面図に相当する。   Next, the configuration of the VTC 113 will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the VTC 113 according to the present embodiment is assembled to the intake side camshaft (hereinafter simply referred to as a camshaft) 134 and a front end portion of the camshaft 134 so as to be relatively rotatable as necessary. And a drive ring 303 (drive rotator) having a timing sprocket 302 linked to the crankshaft 120 via a chain (not shown) on the outer periphery, and a front side of the drive ring 303 and the camshaft 134 (in FIG. 2) An assembly angle operation mechanism 304 for operating an assembly angle between the camshaft 134 and the drive ring 303 and a further front side of the assembly angle operation mechanism 304. The operating force applying means 305 for driving, and the cylinder head and the head cover (not shown) of the internal combustion engine are attached to the front face of the head cover and assembled. And VTC cover outside view covering the front and periphery region of the operating mechanism 304 and the operation force imparting unit 305, and a. 3 (and FIG. 5) corresponds to the AA sectional view of FIG. 2, and FIG. 4 corresponds to the BB sectional view of FIG.

駆動リング３０３は、段差状の挿通孔３０６を備えた短軸円筒状に形成され、この挿通孔３０６部分が、カムシャフト１３４の前端部に結合された従動軸部材３０７（従動回転体）に回転可能に組み付けられている。そして、駆動リング３０３の前面（カムシャフト１３４と逆側の面）には、図３に示すように、対面する平行な側壁を有する３個の径方向溝３０８（径方向ガイド）が駆動リング３０３のほぼ半径方向に沿うように形成されている。   The drive ring 303 is formed in a short shaft cylindrical shape having a step-like insertion hole 306, and the insertion hole 306 portion rotates to a driven shaft member 307 (driven rotating body) coupled to the front end portion of the camshaft 134. It is assembled as possible. As shown in FIG. 3, three radial grooves 308 (radial guides) having parallel side walls facing each other are provided on the front surface of the drive ring 303 (the surface opposite to the camshaft 134). It is formed so as to be along the substantially radial direction.

また、従動軸部材３０７は、図２に示すように、カムシャフト１３４の前端部に突き合される基部側外周に拡径部が形成されると共に、その拡径部よりも前方側の外周面に放射状に突出する三つのレバー３０９が一体に形成され、軸芯部を貫通するボルト３１０によってカムシャフト１３４に結合されている。各レバー３０９には、リンク３１１の基端がピン３１２によって軸支連結され、各リンク３１１の先端には前記各径方向溝３０８に摺動自由に係合する円柱状の突出部３１３が一体に形成されている。   In addition, as shown in FIG. 2, the driven shaft member 307 has an enlarged diameter portion formed on the outer periphery of the base that is abutted against the front end portion of the camshaft 134, and an outer peripheral surface on the front side of the enlarged diameter portion. The three levers 309 projecting radially are integrally formed, and are coupled to the camshaft 134 by bolts 310 penetrating the shaft core portion. The base end of each link 311 is pivotally connected to each lever 309 by a pin 312, and a columnar protrusion 313 slidably engaged with each radial groove 308 is integrally formed at the tip of each link 311. Is formed.

各リンク３１１は、突出部３１３が対応する径方向溝３０８に係合した状態において、ピン３１２を介して従動軸部材３０７に連結されているため、リンク３１１の先端側が外力を受けて径方向溝３０８に沿って変位すると、駆動リング３０３と従動軸部材３０７とは、リンク３１１の作用によって突出部３１３の変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。   Since each link 311 is connected to the driven shaft member 307 via the pin 312 in a state where the protruding portion 313 is engaged with the corresponding radial groove 308, the distal end side of the link 311 receives an external force and receives the radial groove. When displaced along 308, the drive ring 303 and the driven shaft member 307 are relatively rotated by a direction and an angle corresponding to the displacement of the protruding portion 313 by the action of the link 311.

また、各リンク３１１の先端部には、軸方向前方側に開口する収容穴３１４が形成され、この収容穴３１４に、後述する渦巻き溝３１５（渦巻き状ガイド）に係合する球面突起３１６ａを有する係合ピン３１６（転動部材）と、この係合ピン３１６を前方側（渦巻き溝３１５側）に付勢するコイルばね３１７とが収容されている。なお、この実施形態においては、リンク３１１の先端の突出部３１３と、係合ピン３１６、コイルばね３１７等とによって径方向に変位可能な可動案内部が構成されている。   In addition, a housing hole 314 that opens to the front side in the axial direction is formed at the tip of each link 311, and the housing hole 314 has a spherical protrusion 316 a that engages with a spiral groove 315 (spiral guide) described later. An engagement pin 316 (rolling member) and a coil spring 317 that biases the engagement pin 316 forward (spiral groove 315 side) are accommodated. In this embodiment, a movable guide portion that is displaceable in the radial direction is configured by the protruding portion 313 at the tip of the link 311, the engagement pin 316, the coil spring 317, and the like.

一方、従動軸部材３０７のレバー３０９の突設位置よりも前方側には、円板状のフランジ壁３１８ａを有する中間回転体３１８が、軸受３３１を介して回転自在に支持されている。この中間回転体３１８のフランジ壁３１８ａの後面側には、断面半円状の前述の渦巻き溝３１５が形成され、この渦巻き溝３１５に、前記各リンク３１１の先端の係合ピン３１６が転動自在に案内係合されている。渦巻き溝３１５の渦巻きは、駆動リング３０３の回転方向に沿って次第に縮径するように形成されている。従って、各リンク３１１先端の係合ピン３１６が渦巻き溝３１５に係合した状態において、中間回転体３１８が駆動リング３０３に対して遅れ方向に相対回転すると、リンク３１１の先端部は径方向溝３０８に案内されつつ、渦巻き溝３１５の渦巻き形状に誘導されて半径方向内側に移動し、逆に、中間回転体３１８が進み方向に相対変位すると、半径方向外側に移動する。   On the other hand, an intermediate rotating body 318 having a disk-like flange wall 318 a is rotatably supported via a bearing 331 in front of the protruding position of the lever 309 of the driven shaft member 307. The aforementioned spiral groove 315 having a semicircular cross section is formed on the rear surface side of the flange wall 318a of the intermediate rotating body 318, and the engagement pin 316 at the tip of each link 311 can freely roll in the spiral groove 315. Is engaged with the guide. The spiral of the spiral groove 315 is formed so as to gradually reduce the diameter along the rotation direction of the drive ring 303. Accordingly, in the state where the engagement pin 316 at the tip of each link 311 is engaged with the spiral groove 315, when the intermediate rotating body 318 rotates relative to the drive ring 303 in the delay direction, the tip of the link 311 becomes the radial groove 308. When the intermediate rotating body 318 is relatively displaced in the advancing direction, it is guided radially by the spiral shape of the spiral groove 315 and conversely moves in the radial direction.

この実施形態の組付角操作機構３０４は、以上説明した駆動リング３０３の径方向溝３０８、リンク３１１、突出部３１３、係合ピン３１６、レバー３０９、中間回転体３１８、渦巻き溝３１５等によって構成されている。この組付角操作機構３０４は、操作力付与手段３０５から中間回転体３１８にカムシャフト１３４に対する相対的な回動操作力が入力されると、その操作力が渦巻き溝３１５と係合ピン３１６の係合部を通してリンク３１１の先端を径方向に変位させ、このときリンク３１１とレバー３０９の作用によって駆動リンク３０３と従動軸部材３０７に相対的な回動力を伝達する。   The assembly angle operation mechanism 304 of this embodiment is constituted by the radial groove 308, the link 311, the protrusion 313, the engagement pin 316, the lever 309, the intermediate rotating body 318, the spiral groove 315, etc. of the drive ring 303 described above. Has been. When the relative turning operation force with respect to the camshaft 134 is input from the operation force applying means 305 to the intermediate rotating body 318, the assembly angle operation mechanism 304 receives the operation force from the spiral groove 315 and the engagement pin 316. The distal end of the link 311 is displaced in the radial direction through the engaging portion, and at this time, relative rotational force is transmitted to the drive link 303 and the driven shaft member 307 by the action of the link 311 and the lever 309.

一方、操作力付与手段３０５は、中間回転体３１８を駆動リング３０３の回転方向に付勢するゼンマイばね３１９と、中間回転体３１８を駆動リング３０３の回転方向と逆方向に付勢すべく制動機構であるヒステリシスブレーキ３２０と、を備えてなり、内燃機関の運転状態に応じてヒステリシスブレーキ３２０の制動力を適宜制御することにより、中間回転体３１８を駆動リング３０３に対して相対回動させ、或は、この両者の回動位置を維持するようになっている。   On the other hand, the operating force applying means 305 includes a spring 319 that urges the intermediate rotator 318 in the rotation direction of the drive ring 303 and a braking mechanism that urges the intermediate rotator 318 in the direction opposite to the rotation direction of the drive ring 303. The intermediate rotating body 318 relative to the drive ring 303 by appropriately controlling the braking force of the hysteresis brake 320 according to the operating state of the internal combustion engine, or Is configured to maintain the rotational position of both.

ゼンマイばね３１９は、駆動リング３０３に一体に取り付けられた円筒部材３２１にその外周端部が結合される一方で、内周端部が中間回転体３１８の円筒状の基部に結合され、全体が中間回転体３１８のフランジ壁３１８ａの前方側スペースに配置されている。
一方、ヒステリシスブレーキ３２０は、中間回転体３１８の前端部にリテーナプレート３２２を介して取り付けられた有底円筒状のヒステリシスリング３２３と、非回転部材である図外のＶＴＣカバーに回転を規制した状態で取り付けられた磁界制御手段としての電磁コイル３２４と、電磁コイル３２４の磁気を誘導する磁気誘導部材であるコイルヨーク３２５と、を備え、電磁コイル３２４が機関の運転状態に応じて前記ＥＣＵ１１４によって通電制御されるようになっている。具体的には、ＥＣＵ１１４は、電磁コイル３２４に対する通電量を、ディザ信号が重畳されたデューティ制御信号に基づいて制御する。 The spring spring 319 has an outer peripheral end coupled to a cylindrical member 321 integrally attached to the drive ring 303, while an inner peripheral end is coupled to a cylindrical base of the intermediate rotating body 318, and the whole is intermediate. The rotating body 318 is disposed in the space on the front side of the flange wall 318a.
On the other hand, the hysteresis brake 320 is in a state in which the rotation is restricted by a bottomed cylindrical hysteresis ring 323 attached to the front end portion of the intermediate rotating body 318 via a retainer plate 322 and a VTC cover (not shown) which is a non-rotating member. And a coil yoke 325 which is a magnetic induction member for guiding the magnetism of the electromagnetic coil 324. The electromagnetic coil 324 is energized by the ECU 114 according to the operating state of the engine. To be controlled. Specifically, the ECU 114 controls the energization amount for the electromagnetic coil 324 based on a duty control signal on which a dither signal is superimposed.

ヒステリシスリング３２３は、図６に示すように、外部の磁界の変化に対して位相遅れをもって磁束力が変化する特性（磁気的ヒステリシス特性）を持つヒステリシス材（半硬質材）によって形成され、外周側の円筒壁３２３ａ部分が前記コイルヨーク３２５によって制動作用を受けるようになっている。
コイルヨーク３２５は、電磁コイル３２５を取り囲むように全体が略円筒形状に形成され、その内周面が軸受３２８を介して従動軸部材３０７の先端部に回転可能に支持されている。そして、コイルヨーク３１５の後部面側（中間回転体３１８側）には磁気入出部分が円筒状の隙間をもって向かい合うように周面状の一対の対向面３２６，３２７が形成されている。 As shown in FIG. 6, the hysteresis ring 323 is formed of a hysteresis material (semi-hard material) having a characteristic (magnetic hysteresis characteristic) in which the magnetic flux force changes with a phase lag with respect to a change in an external magnetic field, and the outer peripheral side. The cylindrical wall 323a is subjected to a braking action by the coil yoke 325.
The entire coil yoke 325 is formed in a substantially cylindrical shape so as to surround the electromagnetic coil 325, and the inner peripheral surface thereof is rotatably supported by the distal end portion of the driven shaft member 307 via the bearing 328. A pair of circumferential facing surfaces 326 and 327 are formed on the rear surface side (intermediate rotating body 318 side) of the coil yoke 315 so that the magnetic input / output portions face each other with a cylindrical gap.

また、図７に示すように、コイルヨーク３２５の両対向面３２６，３２７には夫々円周方向に沿って複数の凹凸が連続して形成され、これらの凹凸のうち凸部３２６ａ，３２７ａが磁極（磁界発生部）を成すようになっている。
そして、一方の対向面３２６の凸部３２６ａと他方の対向面３２７の凸部３２７ａは円周方向に交互に配置され、対向面３２６，３２７相互の近接する凸部３２６ａ，３２７ａがすべて円周方向にずれている。従って、両対向面３２６，３２７の近接する凸部３２６ａ，３２７ａ間には、電磁コイル２４の励磁によって図７に示すような円周方向に傾きをもった向きの磁界が発生する。そして、両対向面３２６，３２７間の隙間には前記ヒステリシスリング３２３の円筒壁３２３ａが非接触状態で介装されている。 In addition, as shown in FIG. 7, a plurality of concavities and convexities are continuously formed along the circumferential direction on both facing surfaces 326 and 327 of the coil yoke 325, and the convex portions 326 a and 327 a are magnetic poles among these concavities and convexities. (Magnetic field generator).
And the convex part 326a of one opposing surface 326 and the convex part 327a of the other opposing surface 327 are alternately arrange | positioned in the circumferential direction, and the convex parts 326a and 327a which the opposing surfaces 326 and 327 mutually adjoin are all the circumferential direction. It is shifted to. Therefore, a magnetic field having an inclination in the circumferential direction as shown in FIG. 7 is generated by the excitation of the electromagnetic coil 24 between the adjacent convex portions 326a and 327a of the opposing surfaces 326 and 327. A cylindrical wall 323a of the hysteresis ring 323 is interposed in a non-contact state in the gap between the opposing surfaces 326 and 327.

ここで、このヒステリシスブレーキ３２０の作動原理を図８によって説明する。なお、図８（ａ）はヒステリシスリング３２３（ヒステリシス材）に最初に磁界をかけた状態を示し、図８（ｂ）は上記（ａ）の状態からヒステリシスリング３２３を変位（回転）させた状態を示す。
図８（ａ）の状態においては、コイルヨーク３２５の両対向面３２６，３２７間における磁界の向き（対向面２７の凸部３２７ａから他方の対向面３２６の凸部３２７ａに向かう磁界の向き）に沿うようにヒステリシスリング３２３内に磁束の流れが生じる。 Here, the operating principle of the hysteresis brake 320 will be described with reference to FIG. 8A shows a state where a magnetic field is first applied to the hysteresis ring 323 (hysteresis material), and FIG. 8B shows a state where the hysteresis ring 323 is displaced (rotated) from the state of FIG. 8A. Indicates.
In the state of FIG. 8A, the direction of the magnetic field between the opposing surfaces 326 and 327 of the coil yoke 325 (the direction of the magnetic field from the convex portion 327a of the opposing surface 27 toward the convex portion 327a of the other opposing surface 326). A magnetic flux flows in the hysteresis ring 323 along the line.

この状態からヒステリシスリング３２３が、外力Ｆを受けて図８（ｂ）に示す状態に移動すると、外部磁界内をヒステリシスリング３２３が変位することとなるため、このときヒステリシスリング３２３の内部の磁束は位相遅れをもち、ヒステリシスリング３２３内部の磁束の向きは、対向面３２６，３２７間の磁界の向きに対してずれる（傾斜する）こととなる。従って、対向面３２７の凸部３２７ａからヒステリシスリング３２３に入る磁束の流れ（磁力線）と、ヒステリシスリング３２３から他方の対向面３２６の凸部３２６ａに向かう磁束の流れ（磁力線）が歪められ、このとき、この磁束の流れの歪みを矯正するような引き合い力が対向面３２６，３２７とヒステリシスリング３２３との間に作用し、その引き合い力がヒステリシスリング３２３を制動する抗力Ｆ’として働く。   When the hysteresis ring 323 receives the external force F and moves to the state shown in FIG. 8B from this state, the hysteresis ring 323 is displaced in the external magnetic field. At this time, the magnetic flux inside the hysteresis ring 323 is The direction of the magnetic flux inside the hysteresis ring 323 has a phase delay, and the direction of the magnetic field between the opposing surfaces 326 and 327 is shifted (tilted). Accordingly, the flow of magnetic flux (magnetic lines) entering the hysteresis ring 323 from the convex portion 327a of the opposing surface 327 and the flow of magnetic flux (magnetic lines) from the hysteresis ring 323 toward the convex portion 326a of the other opposing surface 326 are distorted. An attractive force that corrects the distortion of the magnetic flux acts between the opposing surfaces 326 and 327 and the hysteresis ring 323, and the attractive force acts as a drag force F ′ that brakes the hysteresis ring 323.

このヒステリシスブレーキ３２０は、以上のようにヒステリシスリング３２３が対向面３２６，３２７間の磁界内を変位するときに、ヒステリシスリング３２３の内部の磁束の向きと磁界の向きのずれによって制動力を発生するものであるが、その制動力は、ヒステリシスリング３２３の回転速度（対向面３２６，３２７とヒステリシスリング３２３の相対速度）に関係なく、磁界の強さ、即ち、電磁コイル３２４の励磁電流の大きさに略比例した一定の値となる。   When the hysteresis ring 323 is displaced in the magnetic field between the opposing surfaces 326 and 327 as described above, the hysteresis brake 320 generates a braking force due to the deviation of the direction of the magnetic flux inside the hysteresis ring 323 and the direction of the magnetic field. However, the braking force depends on the strength of the magnetic field, that is, the magnitude of the excitation current of the electromagnetic coil 324, regardless of the rotational speed of the hysteresis ring 323 (relative speed between the opposed surfaces 326 and 327 and the hysteresis ring 323). It becomes a constant value approximately proportional to.

なお、図９は、ヒステリシスブレーキ３２０における回転速度と制動トルクの関係を、励磁電流をａ〜ｄ（ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ）に変えて調べた試験結果である。この試験結果から明らかなように、このヒステリシスブレーキ３２０は、例えば、渦電流を用いたブレーキのように回転速度の影響を受けることがなく、常に励磁電流値に応じた制動力を得ることができる。   FIG. 9 shows test results obtained by examining the relationship between the rotational speed and the braking torque in the hysteresis brake 320 by changing the excitation current to a to d (a <b <c <d). As is apparent from the test results, the hysteresis brake 320 is not affected by the rotational speed unlike a brake using an eddy current, for example, and can always obtain a braking force according to the excitation current value. .

本実施形態に係るＶＴＣ１１３は以上のような構成となっており、ヒステリシスブレーキ３２０の電磁コイル３２４の励磁がオフされると、ゼンマイばね３１９の力によって中間回転体３１８が駆動リング３０３に対して機関回転方向に最大に回転される（図３参照）。これにより、クランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の回転位相はバルブタイミングが最も遅れる最遅角側（吸気バルブ１０５のバルブタイミングは最遅角タイミング）に維持される。   The VTC 113 according to the present embodiment is configured as described above. When the excitation of the electromagnetic coil 324 of the hysteresis brake 320 is turned off, the intermediate rotating body 318 is engineed against the drive ring 303 by the force of the mainspring spring 319. It is rotated to the maximum in the direction of rotation (see FIG. 3). Thereby, the rotational phase of the camshaft 134 with respect to the crankshaft 120 is maintained on the most retarded angle side where the valve timing is most delayed (the valve timing of the intake valve 105 is the most retarded timing).

この状態から前記回転位相を最進角側に変更すべき指令が前記ＥＣＵ１１４から発されると、ヒステリシスブレーキ３２０の電磁コイル３２４の励磁がオンにされて、ゼンマイばね３１９の力に抗する制動力が中間回転体３１８に付与される。これにより、中間回転体３１８が駆動リング３０３に対して回転移動し、それによってリンク３１１の先端の係合ピン３１６が渦巻き溝３１５に誘導されてリンク３１１の先端部が径方向溝３０８に沿って変位し、図５に示すように、リンク３１１の作用によって駆動リング３０３と従動軸部材３０７の組付角が最進角側に変更される。この結果、回転位相はバルブタイミングが最も進む最進角側（吸気バルブ１０５のバルブタイミングは最進角タイミング）に変更される。   When the ECU 114 issues a command to change the rotational phase to the most advanced angle side from this state, the excitation of the electromagnetic coil 324 of the hysteresis brake 320 is turned on, and the braking force that resists the force of the mainspring spring 319. Is applied to the intermediate rotating body 318. As a result, the intermediate rotating body 318 rotates and moves with respect to the drive ring 303, whereby the engaging pin 316 at the tip of the link 311 is guided to the spiral groove 315, and the tip of the link 311 moves along the radial groove 308. As shown in FIG. 5, the assembly angle of the drive ring 303 and the driven shaft member 307 is changed to the most advanced angle side by the action of the link 311. As a result, the rotational phase is changed to the most advanced angle side where the valve timing is most advanced (the valve timing of the intake valve 105 is the most advanced angle timing).

一方、この状態（最進角側）から前記回転位相を最遅角側に変更すべく前記ＥＣＵ１１４から発されると、ヒステリシスブレーキ３２０の電磁コイル３２４の励磁がオフにされ、再度ゼンマイばね３１９の力によって中間回転体３１８が戻す方向に回転移動する。すると、渦巻き溝３１５による係合ピン３１６の誘導によってリンク３１１が上記と逆方向に揺動し、図３に示すように、そのリンク３１１の作用によって駆動リング３０３と従動軸部材３０７の組付角が再度最遅角側に変更される。   On the other hand, when the ECU 114 emits the rotational phase from this state (the most advanced angle side) to the most retarded angle side, the excitation of the electromagnetic coil 324 of the hysteresis brake 320 is turned off, and the spring spring 319 is again activated. The intermediate rotating body 318 is rotationally moved in the returning direction by the force. Then, the link 311 swings in the direction opposite to the above by the guide of the engaging pin 316 by the spiral groove 315, and the assembly angle of the drive ring 303 and the driven shaft member 307 is caused by the action of the link 311 as shown in FIG. Is again changed to the most retarded angle side.

なお、このＶＴＣ１１３によって変更される（クランクシャフトに対するカムシャフト１３４の）回転位相は、以上説明した最遅角と最進角の二種の位相ばかりでなく、ヒステリシスブレーキ３２０の制動力の制御によって任意の位相に変更することができ、ゼンマイばね３１９の力とヒステリシスブレーキ３２０の制動力のバランスによってその位相を保持することもできる。   Note that the rotational phase (of the camshaft 134 with respect to the crankshaft) changed by the VTC 113 is not limited to the two phases of the most retarded angle and the most advanced angle described above, but can be arbitrarily set by controlling the braking force of the hysteresis brake 320. The phase can also be maintained by the balance between the force of the mainspring spring 319 and the braking force of the hysteresis brake 320.

また、本実施形態では、図１０に示すように、吸気側カムシャフト１３４と共に回転する回転体４０１と、この回転体４０１の外周に近接配置された電磁式のギャップセンサ４０２とを備えている。
回転体４０１は直接又は他の部材を介して間接的に吸気カムシャフト１３４に固定されており、その外周は、図１０に示すように、吸気側カムシャフト１３４の中心からの距離が周方向で徐々に変化するよう形成されている。ギャップセンサ４０２は、吸気側カムシャフト１３４と回転に伴って変化する回転体４０１の外周とのギャップＧｐに応じた信号（電圧）をＥＣＵ１１４に出力する。なお、回転体４０１は、吸気側カムシャフト１３４と共に回転するように設けられていれば、その固定方法や固定位置等は問わず、また、ギャップセンサ４０２は、回転体４０１の外周とのギャップＧｐに応じた信号を連続的に出力できればいずれの方式のものであってもよい。 In the present embodiment, as shown in FIG. 10, a rotating body 401 that rotates together with the intake camshaft 134 and an electromagnetic gap sensor 402 that is disposed in the vicinity of the outer periphery of the rotating body 401 are provided.
The rotating body 401 is fixed to the intake camshaft 134 directly or indirectly through another member, and the outer periphery thereof has a circumferential distance from the center of the intake camshaft 134 as shown in FIG. It is formed to change gradually. The gap sensor 402 outputs to the ECU 114 a signal (voltage) corresponding to the gap Gp between the intake camshaft 134 and the outer periphery of the rotating body 401 that changes with rotation. In addition, as long as the rotating body 401 is provided so as to rotate together with the intake side camshaft 134, the fixing method and the fixing position are not limited, and the gap sensor 402 is configured to have a gap Gp with the outer periphery of the rotating body 401. Any system may be used as long as a signal corresponding to the signal can be output continuously.

ここで、ギャップセンサ４０２からの出力は、図１１に示すように、回転体４０１の外周とのギャップに対してほぼ正比例の関係にあり、また、ギャップと吸気側カムシャフト１３４の回転角度とは１対１で対応するため、ギャップセンサ４０２の出力と吸気側カムシャフト１３４の回転角度（カム角）とは、図１２に示すように、ほぼ正比例の関係となる。従って、ＥＣＵ１１４は、ギャップセンサ４０２からの出力信号に基づいて瞬時に吸気側カムシャフト１３４の回転角度を検出することができる。   Here, as shown in FIG. 11, the output from the gap sensor 402 is in a substantially direct relationship with the gap with the outer periphery of the rotating body 401, and the rotation angle of the intake camshaft 134 is the gap. Since there is a one-to-one correspondence, the output of the gap sensor 402 and the rotation angle (cam angle) of the intake camshaft 134 are substantially directly proportional as shown in FIG. Therefore, the ECU 114 can instantaneously detect the rotation angle of the intake side camshaft 134 based on the output signal from the gap sensor 402.

すなわち、本実施形態においては、（１）クランク角センサ１１７及びカムセンサ１３２の検出信号に基づいて、吸気側カムシャフト１３４の回転周期毎に、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（吸気バルブ１０５のバルブタイミング）を検出できる（以下、これを第１回転位相検出手段による検出という）と共に、（２）クランク角センサ１１７及びギャップセンサ４０２の検出信号に基づいて、任意のタイミングで連続的に前記回転位相（吸気バルブ１０５のバルブタイミング）を検出することができる（以下、これを第２回転位相検出手段による検出いう）。   That is, in this embodiment, (1) based on the detection signals of the crank angle sensor 117 and the cam sensor 132, the rotational phase of the intake camshaft 134 relative to the crankshaft 120 (intake air) for each rotation cycle of the intake camshaft 134. (The valve timing of the valve 105) can be detected (hereinafter referred to as detection by the first rotational phase detection means), and (2) based on the detection signals of the crank angle sensor 117 and the gap sensor 402, continuously at an arbitrary timing. It is possible to detect the rotational phase (valve timing of the intake valve 105) (hereinafter referred to as detection by the second rotational phase detection means).

具体的には、第１回転位相検出手段は、基準クランク角信号ＲＥＦの発生からカム信号ＣＡＭの発生までの単位角度信号ＰＯＳをカウントすることで前記回転位相を検出（算出）し、第２回転位相検出手段は、ギャップセンサ４０２の出力信号に基づいて検出した吸気側カムシャフト１３４の回転角度と、基準クランク角信号ＲＥＦの発生から吸気側カムシャフト１３４の回転角度検出までの単位角度信号ＰＯＳをカウントすることで検出したクランクシャフト１２０の回転角度とから前記回転位相を検出（算出）する。   Specifically, the first rotation phase detection means detects (calculates) the rotation phase by counting the unit angle signal POS from the generation of the reference crank angle signal REF to the generation of the cam signal CAM, and performs the second rotation. The phase detection means detects the rotation angle of the intake camshaft 134 detected based on the output signal of the gap sensor 402, and the unit angle signal POS from the generation of the reference crank angle signal REF to the detection of the rotation angle of the intake camshaft 134. The rotational phase is detected (calculated) from the rotational angle of the crankshaft 120 detected by counting.

このように、２つの回転位相検出手段を備えることにより、例えば、高回転時には前記第１回転位相検出手段により安定かつ正確にクランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相を検出する一方、バルブタイミング制御等の実行周期よりも第１回転位相検出手段による回転位相の検出周期の方が長くなる低回転時には、前記第２回転位相検出手段により前記回転位相を検出する、というように、第１、第２回転位相検出手段を適宜選択して回転位相を検出することができる。   Thus, by providing the two rotational phase detecting means, for example, the rotational phase of the intake camshaft 134 with respect to the crankshaft 120 is detected stably and accurately by the first rotational phase detecting means at the time of high rotation, while the valve At the time of low rotation in which the rotation phase detection period by the first rotation phase detection means is longer than the execution period of timing control or the like, the rotation phase is detected by the second rotation phase detection means. The rotational phase can be detected by appropriately selecting the second rotational phase detection means.

ところで、本実施形態におけるＶＴＣ１１３では、後述するように、機関始動時においては、始動に最適な吸気バルブ１０５のバルブタイミング（始動時タイミング）が前記最遅角タイミングよりも進角側に設定されるようになっている（図１４参照）。これは、機関始動時においては始動性を損なわないバルブタイミングとしつつ、高回転時においてはバルブタイミングをより遅角させて出力の向上を図れるようにするためである。本実施形態では、機関停止時には吸気バルブ１０５のバルブタイミングは前記最遅角タイミングとなっているから、機関の始動時には、バルブタイミングを最遅角タイミングから始動時タイミングへと進角させる必要がある。   By the way, in the VTC 113 according to the present embodiment, as will be described later, when the engine is started, the valve timing of the intake valve 105 (starting timing) that is optimal for starting is set to an advance side with respect to the most retarded timing. (See FIG. 14). This is because the valve timing is set so as not to impair the startability when the engine is started, and the output can be improved by retarding the valve timing when the engine speed is high. In this embodiment, when the engine is stopped, the valve timing of the intake valve 105 is the most retarded timing. Therefore, when the engine is started, it is necessary to advance the valve timing from the most retarded timing to the starting timing. .

このため、ＥＣＵ１１４は、機関始動時（クランキング中）と通常運転時とでバルブタイミング制御を切り換えるようにしている。以下、本実施形態におけるバルブタイミング制御について、図１３、図１４に示すフローチャートに基づいて説明する。
図１３は、バルブタイミング制御のメインルーチンを示すフローチャートである。このフローは、キースイッチがＯＮされると開始され、所定時間（例えば、１０ｍｓ）毎に実行される。 Therefore, the ECU 114 switches the valve timing control between when the engine is started (during cranking) and during normal operation. Hereinafter, the valve timing control in the present embodiment will be described based on the flowcharts shown in FIGS. 13 and 14.
FIG. 13 is a flowchart showing a main routine of valve timing control. This flow is started when the key switch is turned on, and is executed every predetermined time (for example, 10 ms).

Ｓ１１では、吸気バルブ１０５の目標バルブタイミング（目標回転位相）θｔｇ（ｄｅｇ）を設定する。本実施形態において、かかる設定は、機関回転速度Ｎｅ、機関負荷、機関温度等に基づいて行われるが、その詳細については後述する（図１４参照）。
Ｓ１２では、吸気バルブ１０５の実際のバルブタイミング（実回転位相）θｄｅｔ（ｄｅｇ）を検出する。かかる検出は、クランク角センサ１１７及びギャップセンサ４０２の検出信号に基づいて、すなわち、前記第２回転位相検出手段により行う。 In S11, the target valve timing (target rotation phase) θtg (deg) of the intake valve 105 is set. In the present embodiment, such setting is performed based on the engine rotational speed Ne, the engine load, the engine temperature, and the like, details of which will be described later (see FIG. 14).
In S12, the actual valve timing (actual rotation phase) θdet (deg) of the intake valve 105 is detected. Such detection is performed based on detection signals of the crank angle sensor 117 and the gap sensor 402, that is, by the second rotational phase detection means.

Ｓ１３では、前記目標回転位相θｔｇと前記実回転位相θｄｅｔとの偏差Ｅｒ（θｔｇ−θｄｅｔ）を算出する。
Ｓ１４では、スタートスイッチがＯＮであるか否かを判定する。スタートスイッチがＯＮであればＳ１５に進み、ＯＦＦであればＳ２１に進む。なお、スタートスイッチのＯＮ／ＯＦＦ判定に代えて、始動モータのＯＮ／ＯＦＦ判定としてもよい。 In S13, a deviation Er (θtg−θdet) between the target rotation phase θtg and the actual rotation phase θdet is calculated.
In S14, it is determined whether or not the start switch is ON. If the start switch is ON, the process proceeds to S15, and if it is OFF, the process proceeds to S21. Instead of the start switch ON / OFF determination, the start motor ON / OFF determination may be used.

Ｓ１５では、機関回転速度Ｎｅが所定回転速度Ｎｓ１（例えば、３００ｒｐｍ）以下であるか否かを判定する。Ｎｅ≦Ｎｓ１であればＳ１６に進み、Ｎｅ＞Ｎｓ１であればＳ２１に進む。
Ｓ１６では、機関回転速度Ｎｅの前回値Ｎｅｚからの変化量ΔＮｅが所定値Ｎｓ２（例えば、１００ｒｐｍ）以下であるか否かを判定する。ΔＮｅ≦Ｎｓ２であればＳ１７に進み、ΔＮｅ＞Ｎｓ２であればＳ２１に進む。 In S15, it is determined whether or not the engine rotational speed Ne is equal to or lower than a predetermined rotational speed Ns1 (for example, 300 rpm). If Ne ≦ Ns1, the process proceeds to S16, and if Ne> Ns1, the process proceeds to S21.
In S16, it is determined whether or not the change amount ΔNe of the engine rotation speed Ne from the previous value Nez is equal to or less than a predetermined value Ns2 (for example, 100 rpm). If ΔNe ≦ Ns2, the process proceeds to S17, and if ΔNe> Ns2, the process proceeds to S21.

以上のＳ１４〜Ｓ１６によりクランキング中であるか（完爆していないか）否かがが判定され、すべてがＹＥＳであればクランキング中であると判定してＳ１７に進む。一方、いずれかがＮＯであればクランキング終了（完爆した）であるとしてＳ２１に進み、通常のバルブタイミング制御を行う。なお、本実施形態ではＳ１４〜Ｓ１６のすべてを判定することでクランキング中であるか否かを判定するようにしているが、例えば、Ｓ１５のみにより低回転域であるか否かを判定するようにしてもよい。ここで、本実施形態における通常のバルブタイミング制御とは、Ｓ１３で算出された偏差Ｅｒに基づくフィードバック制御のことをいい、具体的には、ＰＩＤ制御等によってフィードバック操作量Ｕを算出し、算出されたフィードバック操作量Ｕに応じたデューティ制御信号をＶＴＣ１１３（の電磁コイル３２４）に出力することになる。   It is determined whether or not cranking is in progress (whether complete explosion has occurred) through the above S14 to S16, and if all are YES, it is determined that cranking is in progress and the process proceeds to S17. On the other hand, if any of them is NO, it is determined that cranking has been completed (complete explosion), and the process proceeds to S21, and normal valve timing control is performed. In this embodiment, it is determined whether or not cranking is being performed by determining all of S14 to S16. For example, it is determined whether or not the engine is in the low rotation range only by S15. It may be. Here, the normal valve timing control in the present embodiment refers to feedback control based on the deviation Er calculated in S13. Specifically, the feedback operation amount U is calculated by PID control or the like. The duty control signal corresponding to the feedback operation amount U is output to the VTC 113 (the electromagnetic coil 324 thereof).

Ｓ１７では、バッテリ電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｓ（例えば、８Ｖ）以上であるか否かを判定する。かかる条件を判定するのは、バッテリ電圧Ｖｂが低いとＶＴＣ１１３に駆動信号（電磁コイル３２４にデューティ制御信号）を出力しても実際にはＶＴＣ１１３を駆動できないからである。そこで、Ｖｂ≧ＶｓであればＳ１８に進むが、Ｖｂ＜ＶｓであればＳ２１に進んで通常のバルブタイミング制御を行うこととする。   In S17, it is determined whether or not the battery voltage Vb is equal to or higher than a predetermined voltage Vs (eg, 8V). This condition is determined because if the battery voltage Vb is low, the VTC 113 cannot actually be driven even if a drive signal (duty control signal to the electromagnetic coil 324) is output to the VTC 113. Therefore, if Vb ≧ Vs, the process proceeds to S18, but if Vb <Vs, the process proceeds to S21 to perform normal valve timing control.

Ｓ１８では、冷却水温度（機関温度）Ｔｗが所定温度Ｔｓ（例えば、１００℃）以下であるか否かを判定する。かかる条件を判定するのは、高温下で電磁コイル３２４への通電量を大きくすると、コイル温度が上昇し過ぎる可能性があるからである。そこで、Ｔｗ≦ＴｓであればＳ１９に進むが、Ｔｗ＞ＴｓであればＳ２１に進んで通常のバルブタイミング制御を行うこととする。   In S18, it is determined whether or not the coolant temperature (engine temperature) Tw is equal to or lower than a predetermined temperature Ts (for example, 100 ° C.). The reason for determining such a condition is that if the amount of current supplied to the electromagnetic coil 324 is increased at a high temperature, the coil temperature may increase excessively. Therefore, if Tw ≦ Ts, the process proceeds to S19, but if Tw> Ts, the process proceeds to S21 and normal valve timing control is performed.

Ｓ１９では、Ｓ１３で算出した偏差Ｅｒが所定値θｓ（例えば、１０ｄｅｇ）以上であるか否かを判定する。かかる条件を判定するのは、偏差Ｅｒが小さいにもかかわらず、電磁コイル３２４への通電量を大きくしてＶＴＣ１１３を高速で駆動しようとすると、オーバーシュートが発生する可能性があるからである。そこで、Ｅｒ≧θｓであればＳ２０に進むが、Ｅｒ＜θｓであればＳ２１に進んで通常のバルブタイミング制御を行うこととする。   In S19, it is determined whether or not the deviation Er calculated in S13 is equal to or greater than a predetermined value θs (for example, 10 deg). This condition is determined because overshoot may occur when the VTC 113 is driven at a high speed by increasing the energization amount of the electromagnetic coil 324 even though the deviation Er is small. Therefore, if Er ≧ θs, the process proceeds to S20, but if Er <θs, the process proceeds to S21 and normal valve timing control is performed.

なお、Ｓ１７〜Ｓ１９の条件をすべて判定することが望ましいが、そのうちのいずれかを判定するように構成してもよく、また、更に条件を追加してもよい。
Ｓ２０では、クランキング中であり、かつ、電磁コイル３２４への通電量を大きくしても問題のない場合であるので、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを最遅角タイミングから始動時タイミングへと速やかに制御するように、所定のデューティ値（Ｄｕｔｙ＝ｎ％）とした制御信号ＥＶＴＣＤＹＴをＶＴＣ１１３（の電磁コイル３２４）に出力する。ここで、出力するデューティ値は固定値（例えば、ｎ＝１００％）としてもよいが、あらかじめ前記偏差Ｅｒに応じて出力すべきデューティ値を求めてテーブル等を作成しておき、偏差Ｅｒに応じて可変設定するのが望ましい。精度よく始動時タイミングへと制御するためである。また、この場合においては、さらに、冷却水温度Ｔｗに応じてデューティ値を補正するようにしてもよい。 Although it is desirable to determine all of the conditions of S17 to S19, it may be configured to determine any of them, and further conditions may be added.
In S20, cranking is in progress and there is no problem even if the energization amount to the electromagnetic coil 324 is increased. Therefore, the valve timing of the intake valve 105 is quickly changed from the most retarded timing to the start timing. A control signal EVTCDYT having a predetermined duty value (Duty = n%) is output to the VTC 113 (the electromagnetic coil 324) so as to control. Here, the duty value to be output may be a fixed value (for example, n = 100%). However, a duty value to be output is determined in advance according to the deviation Er, and a table or the like is created in advance. It is desirable to variably set. This is because the timing is accurately controlled at the time of starting. In this case, the duty value may be further corrected according to the coolant temperature Tw.

図１４は、目標回転位相θｔｇを設定するフローチャートであり、図１３のＳ１１において実行される。
Ｓ１０１では、機関が回転しているか（回転を開始したか）否かを判定する。機関が回転中であればＳ１０２に進み、回転していなければＶＴＣ１１３が動作しないのでＳ１０５に進んで目標回転位相θｔｇを０（ｄｅｇ）とする。 FIG. 14 is a flowchart for setting the target rotation phase θtg, and is executed in S11 of FIG.
In S101, it is determined whether or not the engine is rotating (whether rotation has started). If the engine is rotating, the process proceeds to S102. If the engine is not rotating, the VTC 113 does not operate. Therefore, the process proceeds to S105 and the target rotation phase θtg is set to 0 (deg).

Ｓ１０２では、図１３のＳ１４と同様に、スタートスイッチ（又は始動モータ）がＯＮであるか否かを判定する。スタートスイッチ（始動モータ）がＯＮであればＳ１０３に進み、ＯＦＦであればＳ１０４に進む。
Ｓ１０３では、機関始動時（クランキング中）であるとして、始動時用の目標回転位相（始動時タイミング）θｔｇを設定する。かかる設定は、具体的には、冷却水温度（機関温度）Ｔｗに基づいて、図中に示すようなテーブルを検索することにより行う。ここで、始動時用の目標回転位相θｔｇは、冷却水温度Ｔｗが低いほど大きく設定される（進角側に設定される）。これは、低温始動時においては、吸気バルブ１０５の閉タイミングＩＶＣを吸気下死点（ＢＤＣ）に近づけて有効圧縮比を高めて始動性を向上させる一方、高温始動時においては、ＩＶＣをＢＤＣから遠ざけるようにして振動の低減を図るようにしたものである。 In S102, it is determined whether or not the start switch (or starter motor) is ON as in S14 of FIG. If the start switch (starting motor) is ON, the process proceeds to S103, and if it is OFF, the process proceeds to S104.
In S103, assuming that the engine is starting (during cranking), a target rotation phase (starting timing) θtg for starting is set. Specifically, this setting is performed by searching a table as shown in the figure based on the coolant temperature (engine temperature) Tw. Here, the target rotation phase θtg for starting is set to be larger as the coolant temperature Tw is lower (set to the advance side). This is because at the time of cold start, the closing timing IVC of the intake valve 105 is brought close to the intake bottom dead center (BDC) to increase the effective compression ratio and improve the startability. The vibration is reduced by moving away from it.

Ｓ１０４では、通常運転中であるとして、通常時用の目標回転位相（通常時タイミング）θｔｇを設定する。具体的には、図中に示すように、機関回転速度Ｎｅと機関負荷（目標体積効率ηＶ）とに基づくマップを参照して目標回転位相θｔｇを設定するが、本実施形態においては、冷却水温度（機関温度）Ｔｗに応じて要求されるバルブタイミングが変化することを考慮して、冷却水温度Ｔｗにより参照するマップを切り換えるようにしている。   In S104, the normal rotation target rotation phase (normal timing) θtg is set on the assumption that the normal operation is being performed. Specifically, as shown in the figure, the target rotational phase θtg is set with reference to a map based on the engine rotational speed Ne and the engine load (target volume efficiency ηV). Considering that the required valve timing changes in accordance with the temperature (engine temperature) Tw, the map to be referred to is switched according to the coolant temperature Tw.

以上により、本実施形態においては、機関始動時には機関の始動に適したバルブタイミングとなる目標回転位相θｔｇが設定され、原則として、実回転位相θｄｅｔを目標回転位相θｔｇとすべく（近づけるべく）フィードフォワード制御が行われる。これにより、機関始動時に、バルブタイミングを機関停止中の状態から始動時バルブタイミングへと応答よく制御することができ、始動時タイミングに到達する前に燃料噴射及び点火が行われて完爆（初爆）が生じてしまう事態を回避して、ミッションの悪化、燃焼の不安定を防止できる。一方、機関始動時であってもフィードフォワード制御を行うのが適さないと判定された場合や機関が通常運転となった場合には、従来と同様に、実回転位相θｄｅｔを目標回転位相θｔｇに一致させるようにフィードバック制御が行われる。   As described above, in the present embodiment, when the engine is started, the target rotational phase θtg that is a valve timing suitable for starting the engine is set, and as a general rule, the actual rotational phase θdet is set to be the target rotational phase θtg (to be close). Forward control is performed. As a result, when the engine is started, the valve timing can be controlled with good response from the state where the engine is stopped to the valve timing at the start, and fuel is injected and ignited before the start timing is reached. (Explosion) can be avoided, and mission deterioration and combustion instability can be prevented. On the other hand, when it is determined that it is not appropriate to perform feedforward control even when the engine is started, or when the engine is in normal operation, the actual rotational phase θdet is set to the target rotational phase θtg as in the conventional case. Feedback control is performed so as to match.

なお、以上説明した実施形態では、吸気バルブ１０５にＶＴＣ１１３を備えたものについて説明しているが、排気バルブ１０７側にＶＴＣ１１３を備えた場合であっても同様である。
また、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相を任意のタイミングで検出できれば、前記第２回転位相検出手段に限るものではなく、また、吸気側カムシャフト１３４の回転周期よりも短い周期で前記回転位相を検出するもので代用してもよい。 In the embodiment described above, the intake valve 105 provided with the VTC 113 has been described. However, the same applies to the case where the exhaust valve 107 is provided with the VTC 113.
Further, if the rotational phase of the intake camshaft 134 relative to the crankshaft 120 can be detected at an arbitrary timing, the second rotational phase detector is not limited to the above, and the cycle is shorter than the rotational cycle of the intake camshaft 134. A device that detects the rotational phase may be substituted.

さらに、以上では電磁式のＶＴＣについて説明したが、油圧式のＶＴＣ（例えば、機関始動時に油圧を上昇させる手段を備えたもの）に対して適用してもよい。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する
（イ）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において、
機関温度を検出する温度検出手段を備え、
前記温度検出手段により検出した機関温度が所定温度を上回るときは、前記フィードフォワード制御を禁止することを特徴とする
このようにすると、可変バルブタイミング機構の電磁コイル（アクチュエータ）の温度が高いときに、電磁コイルへの通電量を大きくしてしまい、コイル温度が上昇し過ぎるような事態を回避できる。
（ロ）請求項１〜３、上記（イ）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において、
バッテリ電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記電圧検出手段により検出したバッテリ電圧が所定値を下回るときは、前記フィーフォフォワード制御を禁止することを特徴とする。 Furthermore, although the electromagnetic VTC has been described above, the present invention may be applied to a hydraulic VTC (for example, one having a means for increasing the hydraulic pressure when the engine is started).
Here, the technical idea other than the claims that can be grasped from the above-described embodiment will be described together with the effects thereof (a) In the control device for the variable valve timing mechanism according to any one of claims 1 to 3,
Temperature detecting means for detecting the engine temperature,
When the engine temperature detected by the temperature detecting means exceeds a predetermined temperature, the feedforward control is prohibited. When the temperature of the electromagnetic coil (actuator) of the variable valve timing mechanism is high, Thus, it is possible to avoid a situation where the energization amount to the electromagnetic coil is increased and the coil temperature is excessively increased.
(B) In the control apparatus for a variable valve timing mechanism according to any one of claims 1 to 3 and (a) above,
Voltage detecting means for detecting the battery voltage;
When the battery voltage detected by the voltage detection means falls below a predetermined value, the fee forward control is prohibited.

このようにすると、駆動信号を出力したとしても可変バルブタイミング機構が動作しないような場合、フィードフォワード制御を行うことにより更なるバッテリ電圧の低下を招いてしまうような事態を回避できる。
（ハ）請求項２又は請求項３記載の可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記目標回転位相は機関温度に応じて設定され、
前記実際の回転位相と設定された目標回転位相との偏差に応じて、前記可変バルブタイミング機構に出力するフィードフォワード操作量を設定することを特徴とする。 In this way, when the variable valve timing mechanism does not operate even when the drive signal is output, it is possible to avoid a situation in which the battery voltage is further lowered by performing the feedforward control.
(C) In the control device for the variable valve timing mechanism according to claim 2 or 3,
The target rotational phase is set according to the engine temperature,
A feedforward operation amount output to the variable valve timing mechanism is set according to a deviation between the actual rotational phase and the set target rotational phase.

このようにすると、始動性を向上と振動の低減との両面から機関始動に適した目標回転位相（バルブタイミング）を設定しつつ、機関始動時においても高応答・高精度なバルブタイミング制御を行うことができる。   This makes it possible to perform highly responsive and highly accurate valve timing control even when starting the engine while setting a target rotational phase (valve timing) suitable for starting the engine from both aspects of improving startability and reducing vibration. be able to.

実施形態に係る内燃機関のシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of an internal combustion engine according to an embodiment. 実施形態に係る可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the variable valve timing mechanism (VTC) which concerns on embodiment. 図２のＡ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 図２のＢ−Ｂ断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 上記ＶＴＣの作動状態を示す断面図（Ａ−Ａ断面図に相当する）。Sectional drawing which shows the operating state of the said VTC (equivalent to AA sectional drawing). ヒステリシス材の磁束密度−磁界特性を示すグラフである。It is a graph which shows the magnetic flux density-magnetic field characteristic of a hysteresis material. 図４の部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of FIG. 図７の部品を直線状に展開した模式図であり、初期状態（ａ）とヒステリシスリングが回転したとき（ｂ）の磁束の流れを示す図である。FIG. 8 is a schematic diagram in which the component of FIG. 7 is developed linearly, and shows the flow of magnetic flux in the initial state (a) and when the hysteresis ring rotates (b). 上記ＶＴＣのブレーキトルク−回転速度特性を示すグラフである。It is a graph which shows the brake torque-rotation speed characteristic of the said VTC. 第２回転位置検出手段を構成する回転体４０１とギャップセンサ４０２とを説明する図である。It is a figure explaining the rotary body 401 and the gap sensor 402 which comprise a 2nd rotation position detection means. ギャップセンサのギャップ−出力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the gap-output characteristic of a gap sensor. ギャップセンサの出力−カム角（回転位置）特性を示すグラフである。It is a graph which shows the output-cam angle (rotation position) characteristic of a gap sensor. 本実施形態に係るバルブタイミング制御のフローチャートである。It is a flowchart of valve timing control concerning this embodiment. 目標回転位相を設定するフローチャートである。It is a flowchart which sets a target rotation phase.

符号の説明Explanation of symbols

１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１３…ＶＴＣ（可変バルブタイミング機構）、１１４…ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）、クランク角センサ…１１７、１２０…クランクシャフト、１３２…カムセンサ、１３４…吸気側カムシャフト、４０１…回転体、４０２…ギャップセンサ       DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Internal combustion engine, 105 ... Intake valve, 113 ... VTC (variable valve timing mechanism), 114 ... ECU (engine control unit), Crank angle sensor ... 117, 120 ... Crankshaft, 132 ... Cam sensor, 134 ... Intake side camshaft 401 ... Rotating body 402 ... Gap sensor

Claims (3)

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で、機関の吸気バルブ又は排気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において、
機関回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記回転位相の実際値を、前記カムシャフトの回転周期よりも短い周期で検出できる回転位相検出手段を備え、
前記回転位相を機関運転状態に応じて設定される目標回転位相に一致させる方向の制御を、機関回転速度が所定回転速度以下かつ前記回転速度検出手段により検出した前記回転位相の実際値と前記目標回転位相との偏差が所定値以上であるときにはフィードフォワード制御とする一方、
機関回転速度が前記所定回転速度を超えているとき又は前記偏差が前記所定値を下回っているときにはフィードバック制御とすることを特徴とする可変バルブタイミングの制御装置。 In a control device for a variable valve timing mechanism that changes the opening / closing timing of an intake valve or an exhaust valve of an engine by changing a rotational phase of a camshaft with respect to a crankshaft of an internal combustion engine.
A rotational speed detecting means for detecting the engine rotational speed;
A rotation phase detecting means capable of detecting an actual value of the rotation phase at a cycle shorter than a rotation cycle of the camshaft;
The control of the direction in which the rotational phase coincides with the target rotational phase set according to the engine operating state, the engine rotational speed is equal to or lower than a predetermined rotational speed and the actual value of the rotational phase detected by the rotational speed detecting means and the target While the feed-forward control is performed when the deviation from the rotational phase is a predetermined value or more ,
A variable valve timing control device, wherein feedback control is performed when an engine rotational speed exceeds the predetermined rotational speed or when the deviation falls below the predetermined value . 前記機関回転速度の所定時間当たりの変化量が所定値を上回る場合には、前記フィードフォワード制御を禁止して前記フィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１記載の請求項１記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。 2. The variable valve according to claim 1 , wherein when the amount of change of the engine rotation speed per predetermined time exceeds a predetermined value, the feedforward control is prohibited and the feedback control is performed. Control device for timing mechanism. 前記回転位相検出手段は、
前記クランクシャフトの基準回転位置及び単位クランク角度毎に信号を出力する第１センサと、
前記カムシャフトの回転位置に応じて異なる信号を出力する第２センサと、を備え、
前記第１センサ及び前記第２センサの出力信号に基づいて前記回転位相の実際値を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の可変バルブタイミングの制御装置。 The rotational phase detecting means is
A first sensor that outputs a signal for each reference rotational position and unit crank angle of the crankshaft;
A second sensor that outputs a different signal according to the rotational position of the camshaft,
3. The variable valve timing control device according to claim 1, wherein an actual value of the rotation phase is detected based on output signals of the first sensor and the second sensor . 4.

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