JP4641986B2 - 内燃機関の可変バルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータを駆動源とし、内燃機関のカム軸の回転速度に対して前記モータの回転速度を変化させることで、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させ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内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に関する発明である。

近年、可変バルブタイミング制御を電子制御化するために、モータを駆動源とする可変バルブタイミング制御装置が開発されている。例えば、特許文献１（特開２００６−７０７５４号公報）に記載の可変バルブタイミング制御装置は、内燃機関のカム軸と同心状に配置され且つクランク軸の回転駆動力によって回転駆動される第１のギヤ（アウタギヤ）と、カム軸と一体的に回転する第２のギヤ（インナギヤ）と、カム軸と同心の円軌跡を描くように旋回しながら前記第１のギヤの回転力を前記第２のギヤに伝達し且つ前記第１のギヤに対する前記第２のギヤの回転位相を変化させる位相可変ギヤ（遊星ギヤ）と、この位相可変ギヤの旋回速度（公転速度）を制御するようにカム軸と同心に配置されたモータとを備え、前記第１のギヤ、前記第２のギヤ及び前記位相可変ギヤの歯数は、カム軸をクランク軸の回転速度の１／２の回転速度で駆動するように構成されている。そして、バルブタイミングを変化させないときは、モータの回転速度をカム軸の回転速度に一致させて、前記位相可変ギヤの旋回速度をカム軸の回転速度に一致させることで、前記第１のギヤと前記第２のギヤとの回転位相の差を現状維持して、バルブタイミングを現状維持し、バルブタイミングを変化させるときは、モータの回転速度をカム軸の回転速度に対して変化させて前記位相可変ギヤの旋回速度をカム軸の回転速度に対して変化させることで、前記第１のギヤと前記第２のギヤとの回転位相の差を変化させてバルブタイミングを変化させるように構成されている。
特開２００６−７０７５４号公報（第４頁〜第５頁）

上記構成のモータ駆動式の可変バルブタイミング制御装置は、可変バルブタイミング制御中にモータの駆動電流（以下「モータ電流」という）が増加するほど、モータの発熱量が増加してコイル温度が上昇する。モータ電流は、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差を小さくするようにフィードバック制御されるため、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が小さくならない状態が続くと、モータ電流が増大してモータのコイル温度が許容温度を越えてしまう可能性があり、モータの耐久性劣化や故障の原因となる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、モータを駆動源としてバルブタイミングを可変する内燃機関において、モータのコイル温度が許容温度範囲を越えて過昇温することを防止できて、モータの過昇温による耐久性劣化や故障を防止できる内燃機関の可変バルブタイミング制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、モータを駆動源とし、内燃機関のカム軸の回転速度に対して前記モータの回転速度を変化させることで、クランク軸に対するカム軸の回転位相（以下「カム軸位相」という）を変化させ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内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、目標カム軸位相と実カム軸位相との偏差及び内燃機関の回転速度に基づいて目標モータ回転速度を演算する目標モータ回転速度演算手段と、前記目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差を小さくするように前記モータの駆動電流（以下「モータ電流」という）をフィードバック制御するモータ駆動制御手段と、前記モータ電流を推定するモータ電流推定手段と、前記モータ電流推定手段で推定したモータ電流（以下「推定モータ電流」という）が上限設定値を越えたときに前記モータ駆動制御手段で制御するモータ電流を制限するモータ電流制限手段とを備え、前記上限設定値は、前記目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が所定値以上の状態が継続する場合に前記推定モータ電流が該上限設定値を上回って前記モータ電流制限手段によるモータ電流の制限動作が継続されるように設定され、且つ、該上限設定値は、内燃機関の回転速度に応じて設定されていることを特徴とするものである。

この構成では、モータ電流推定手段で推定したモータ電流（推定モータ電流）が上限設定値を越えたときに、モータの発熱量が発熱限界を越えないようにモータ電流を制限するようにしているが、モータ電流推定手段でモータ電流を推定する際に推定誤差が生じるのは避けられないため、実モータ電流が上限設定値を越えているときに推定モータ電流が上限設定値を下回ることがある。更に、モータ駆動制御手段は、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差を小さくするようにモータ電流をフィードバック制御するため、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が小さくならない状態が続くと、実モータ電流が増大して上限設定値を越えてしまう可能性があるが、このような状態で、推定モータ電流が推定誤差により上限設定値を下回るようなことがあると、モータ電流の制限動作が解除されてしまうため、実モータ電流が益々増大してモータのコイル温度が許容温度を越えてしまう可能性があり、モータの耐久性劣化や故障の原因となる。

この対策として、本発明では、上限設定値は、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が所定値以上の状態が継続する場合に推定モータ電流が該上限設定値を上回ってモータ電流の制限動作が継続されるように設定されている。このようにすれば、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が小さくならない状態が続く場合は、モータ電流の制限動作が継続されて、モータの発熱量が発熱限界を越えないようにモータ電流を制限することが可能となり、モータのコイル温度が許容温度範囲を越えて過昇温することを防止できて、モータの過昇温による耐久性劣化や故障を防止できる。尚、モータ電流を制限すると、可変バルブタイミング制御は、応答速度を遅くして実行されることになる。

この場合、モータの発熱限界の電流が内燃機関の回転速度に応じて変化することを考慮して、請求項１のように、上限設定値を内燃機関の回転速度に応じて設定すると良い。これにより、上限設定値をより適正に設定することができる。

一般に、前記目標モータ回転速度演算手段としての機能は、内燃機関の燃料噴射・点火等を制御するコンピュータ（以下「エンジンＥＣＵ」という）に搭載され、前記モータ駆動制御手段としての機能は、エンジンＥＣＵから目標モータ回転速度の信号が入力されるモータ駆動回路に搭載されているため、エンジンＥＣＵ側では、モータ駆動回路で制御される実際のモータ電流は不明である。

そこで、請求項２，３のように、モータ電流推定手段は、少なくとも目標モータ回転速度と実モータ回転速度に基づいてモータ電流を推定するようにすると良い。例えば、モータ駆動制御手段（モータ駆動回路）は、目標モータ回転速度が高くなるほど、モータ電流を増大させるように制御し、また、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が大きくなるほど、モータ電流を増大させるように制御する。従って、モータ駆動制御手段（モータ駆動回路）の出力が不明であっても、目標モータ回転速度と実モータ回転速度を用いれば、モータ電流を推定することができる。

更に、請求項３のように、少なくとも目標モータ回転速度と実モータ回転速度と内燃機関の回転速度に基づいてモータ電流を推定するようにしても良い。内燃機関の回転速度（クランク軸回転速度）の１／２がカム軸回転速度になる（クランク軸２回転についてカム軸が１回転する）という関係があり、内燃機関の回転速度（クランク軸回転速度）に応じてモータ回転速度が変化するため、目標モータ回転速度と実モータ回転速度の他に、内燃機関の回転速度（クランク軸回転速度）も考慮してモータ電流を推定すれば、モータ電流の推定精度を向上させることができる。

また、請求項４のように、モータ電流制限手段は、モータ電流推定手段で推定したモータ電流が上限設定値を越えたときに、目標モータ回転速度の変化量を制限することで、モータ駆動制御手段で制御するモータ電流を制限するようにしても良い。このようにすれば、モータ駆動制御手段（モータ駆動回路）の仕様を変更することなく、モータ電流を制限する構成を実現できる。

また、請求項５，６のように、目標カム軸位相と実カム軸位相との偏差及び内燃機関の回転速度に基づいてモータ回転速度補正量を算出し、カム軸の回転速度に応じたベース目標モータ回転速度を前記モータ回転速度補正量で補正して目標モータ回転速度を求めるシステムにおいては、モータ電流推定手段で推定したモータ電流が上限設定値を越えたときに、前記モータ回転速度補正量を制限することで、目標モータ回転速度の変化量を制限するようにすると良い。このようにすれば、目標モータ回転速度の変化量を簡単な処理で適正に制限することができる。

この場合、内燃機関の回転速度に応じてモータ回転速度補正量が変化することを考慮して、請求項６のように、モータ回転速度補正量の制限範囲を内燃機関の回転速度に応じて変化させるようにすると良い。これにより、モータ回転速度補正量の制限範囲をより適正に設定することができる。

一般に、モータ駆動制御手段は、モータに印加する電圧をデューティ制御して可変することでモータ電流を制御するようにしている。そこで、請求項７のように、モータ電流推定手段は、モータに印加する電圧のデューティをモータ電流の情報として推定し、モータ電流制限手段は、推定したデューティが上限設定値を越えたときにモータ駆動制御手段で制御するモータ電流を制限するようにしても良い。このようにすれば、モータ電流そのものを推定しなくても、モータ電流と相関関係のあるデューティを用いて、モータの発熱量が発熱限界を越えないようにモータ電流を制限することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてシステム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１は、クランク軸１２からの動力がタイミングチェーン１３（又はタイミングベルト）により各スプロケット１４、１５を介して吸気側カム軸１６と排気側カム軸１７とに伝達されるようになっている。また、吸気側カム軸１６側には、モータ駆動式の可変バルブタイミング装置１８が設けられている。この可変バルブタイミング装置１８によって、クランク軸１２に対する吸気側カム軸１６の回転位相（カム軸位相）を可変することで、吸気側カム軸１６によって開閉駆動される吸気バルブ（図示せず）のバルブタイミングを可変するようになっている。

また、吸気側カム軸１６の外周側には、所定のカム角毎にカム角信号を出力するカム角センサ１９が取り付けられている。一方、クランク軸１２の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ２０が取り付けられている。

次に、図２に基づいて可変バルブタイミング装置１８（ＶＣＴ）の概略構成を説明する。可変バルブタイミング装置１８の位相可変機構２１は、吸気側カム軸１６と同心状に配置された内歯付きのアウタギヤ２２（第１のギヤ）と、このアウタギヤ２２の内周側に同心状に配置された外歯付きのインナギヤ２３（第２のギヤ）と、これらアウタギヤ２２とインナギヤ２３との間に配置されて両者に噛み合う遊星ギヤ２４（位相可変ギヤ）とから構成されている。アウタギヤ２２は、クランク軸１２と同期して回転するスプロケット１４と一体的に回転するように設けられ、インナギヤ２３は、吸気側カム軸１６と一体的に回転するように設けられている。また、遊星ギヤ２４は、アウタギヤ２２とインナギヤ２３に噛み合った状態でインナギヤ２３の回りを円軌道を描くように旋回することで、アウタギヤ２２の回転力をインナギヤ２３に伝達する役割を果たすと共に、インナギヤ２３の回転速度（吸気側カム軸１６の回転速度）に対する遊星ギヤ２４の旋回速度（公転速度）を変化させることで、アウタギヤ２２に対するインナギヤ２３の回転位相（カム軸位相）を調整するようになっている。

この場合、アウタギヤ２２、インナギヤ２３及び遊星ギヤ２４の歯数は、吸気側カム軸１６をクランク軸１２の回転速度の１／２の回転速度で駆動するように構成されている。
吸気側カム軸１６の回転速度＝クランク軸１２の回転速度×１／２

一方、エンジン１１には、遊星ギヤ２４の旋回速度を可変するためのモータ２６が設けられている。このモータ２６の回転軸２７は、吸気側カム軸１６、アウタギヤ２２及びインナギヤ２３と同軸上に配置され、このモータ２６の回転軸２７と遊星ギヤ２４の支持軸２５とが、径方向に延びる連結部材２８を介して連結されている。これにより、モータ２６の回転に伴って、遊星ギヤ２４が支持軸２５を中心に回転（自転）しながらインナギヤ２３の外周の円軌道を旋回（公転）できるようになっている。また、モータ２６には、モータ２６の回転速度を検出するモータ回転速度センサ２９が取り付けられている。

この可変バルブタイミング装置１８は、モータ２６の非駆動時に、モータ２６の回転軸２７が吸気側カム軸１６と同期して回転するように構成され、モータ２６の回転速度が吸気側カム軸１６の回転速度（クランク軸１２の回転速度×１／２）に一致して、遊星ギヤ２４の公転速度がインナギヤ２３の回転速度（アウタギヤ２２の回転速度）に一致していると、アウタギヤ２２とインナギヤ２３との回転位相の差が現状維持されて、バルブタイミング（カム軸位相）が現状維持されるようになっている。

そして、吸気バルブのバルブタイミングを進角する場合には、モータ２６の回転速度を吸気側カム軸１６の回転速度よりも速くして、遊星ギヤ２４の公転速度をインナギヤ２３の回転速度よりも速くする。これにより、アウタギヤ２２に対するインナギヤ２３の回転位相が進角されて、バルブタイミング（カム軸位相）が進角される。

一方、吸気バルブのバルブタイミングを遅角する場合には、モータ２６の回転速度を吸気側カム軸１６の回転速度よりも遅くして、遊星ギヤ２４の公転速度をインナギヤ２３の回転速度よりも遅くする。これにより、アウタギヤ２２に対するインナギヤ２３の回転位相が遅角されて、バルブタイミングが遅角される。

前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、そのＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁（図示せず）の燃料噴射量や点火プラグ（図示せず）の点火時期を制御する。

また、ＥＣＵ３０は、カム角センサ１９とクランク角センサ２０の出力信号に基づいてクランク軸１２に対するカム軸１６の回転位相（実カム軸位相）を演算すると共に、エンジン運転条件に応じて目標カム軸位相（目標バルブタイミング）を演算し、この目標カム軸位相と実カム軸位相との偏差及びエンジン回転速度に基づいて目標モータ回転速度を演算する目標モータ回転速度演算手段として機能する。そして、図３に示すように、ＥＣＵ３０は、演算した目標モータ回転速度の信号をモータ駆動制御回路（以下「ＥＤＵ」と表記する）３１に出力する。

このＥＤＵ３１は、特許請求の範囲でいうモータ駆動制御手段として機能し、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差を小さくするようにモータ２６に印加する電圧のデューティをフィードバック制御するアナログ回転速度フィードバック回路３２が内蔵され、実モータ回転速度を目標モータ回転速度にフィードバック制御することで、実カム軸位相を目標カム軸位相にフィードバック制御する。以下の説明では、「フィードバック」を「Ｆ／Ｂ」と表記する。

また、ＥＣＵ３０は、エンジン運転中に、後述する図４及び図５の各プログラムを実行することで、目標モータ回転速度と実モータ回転速度とエンジン回転速度に基づいてモータ２６の駆動電流（以下「モータ電流」という）を推定するモータ電流推定手段として機能すると共に、推定したモータ電流が発熱限界電流値に相当する上限設定値を越えたときに、ＥＤＵ３１に出力する目標モータ回転速度の変化量（回転速度Ｆ／Ｂ補正量）を制限することで、ＥＤＵ３１でＦ／Ｂ制御するモータ電流を制限するモータ電流制限手段として機能する。

ところで、目標モータ回転速度と実モータ回転速度とエンジン回転速度に基づいてモータ電流を推定する際に推定誤差が生じるのは避けられないため、実モータ電流が上限設定値を越えているときに推定モータ電流が上限設定値を下回ることがある。更に、ＥＤＵ３１は、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差を小さくするようにモータ電流をＦ／Ｂ制御するため、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が小さくならない状態が続くと、実モータ電流が増大して上限設定値を越えてしまう可能性があるが、このような状態で、推定モータ電流が推定誤差により上限設定値を下回るようなことがあると、モータ電流の制限動作が解除されてしまうため、実モータ電流が益々増大してモータのコイル温度が許容温度を越えてしまう可能性があり、モータの耐久性劣化や故障の原因となる。

この対策として、本実施例では、上限設定値は、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が所定値以上の状態が継続する場合に推定モータ電流が該上限設定値を上回ってモータ電流の制限動作が継続されるように設定されている。このようにすれば、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が小さくならない状態が続く場合は、モータ電流の制限動作が継続されて、モータ２６の発熱量が発熱限界を越えないようにモータ電流を制限することが可能となり、モータ２６のコイル温度が許容温度範囲を越えて過昇温することを防止できて、モータ２６の過昇温による耐久性劣化や故障を防止できる。
以下、ＥＣＵ３０が実行する図４及び図５の各プログラムの処理内容を説明する。

［目標モータ回転速度演算プログラム］
図４の目標モータ回転速度演算プログラムは、エンジン運転中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう目標モータ回転速度演算手段としての役割を果たす。

本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、目標カム軸位相と実カム軸位相との偏差（以下「カム軸位相偏差」という）を算出する。
カム軸位相偏差＝目標カム軸位相−実カム軸位相

この後、ステップ１０２に進み、図６の回転速度Ｆ／Ｂ補正量マップを参照して、現在のエンジン回転速度とカム軸位相偏差に応じた回転速度Ｆ／Ｂ補正量を算出する。図６の回転速度Ｆ／Ｂ補正量マップは、カム軸位相偏差が大きくなるほど、回転速度Ｆ／Ｂ補正量が大きくなり、また、エンジン回転速度が高くなるほど、回転速度Ｆ／Ｂ補正量が大きくなるように設定されている。

回転速度Ｆ／Ｂ補正量の算出後、ステップ１０３に進み、後述する図５のモータ電流推定プログラムを実行して、現在の目標モータ回転速度と実モータ回転速度とエンジン回転速度に基づいて推定モータ電流を算出する。この後、ステップ１０４に進み、推定モータ電流が発熱限界電流値に相当する上限設定値を越えているか否かを判定する。本実施例では、上限設定値は、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が所定値以上の状態が継続する場合に推定モータ電流が該上限設定値を上回ってモータ電流の制限動作が継続されるように設定されている。

上記ステップ１０４で、推定モータ電流が上限設定値以下であると判定されれば、ステップ１０７に進み、上記ステップ１０２で算出した回転速度Ｆ／Ｂ補正量を制限せずにそのまま用いて目標モータ回転速度を次式により設定する。
目標モータ回転速度＝ベース目標モータ回転速度＋回転速度Ｆ／Ｂ補正量
ここで、ベース目標モータ回転速度は、カム軸回転速度（クランク軸回転速度×１／２）と一致するモータ回転速度である。

これに対して、上記ステップ１０４で、推定モータ電流が上限設定値を越えていると判定されれば、ステップ１０５に進み、回転速度Ｆ／Ｂ補正量に対する上限ガード値と下限ガード値を現在のエンジン回転速度に応じて図７の上下限ガード値マップにより算出する。図７の上下限ガード値マップは、エンジン回転速度が高くなるほど、上限ガード値と下限ガード値の絶対値が大きくなるように設定されている。尚、上下限ガード値をエンジン回転速度とカム軸位相偏差に応じて設定しても良く、勿論、演算処理の簡略化のために、上下限ガード値を予め決められた一定値に設定しても良い。

この後、ステップ１０６に進み、上記ステップ１０５で算出した上下限ガード値を用いて、上記ステップ１０２で算出した回転速度Ｆ／Ｂ補正量をガード処理する。つまり、回転速度Ｆ／Ｂ補正量が上限ガード値よりも大きければ、回転速度Ｆ／Ｂ補正量を上限ガード値で制限して回転速度Ｆ／Ｂ補正量＝上限ガード値とし、回転速度Ｆ／Ｂ補正量が下限ガード値を下回れば、回転速度Ｆ／Ｂ補正量を下限ガード値で制限して回転速度Ｆ／Ｂ補正量＝下限ガード値する。また、上記ステップ１０２で算出した回転速度Ｆ／Ｂ補正量が上限ガード値と下限ガード値の範囲内であれば、当該回転速度Ｆ／Ｂ補正量を制限することなくそのまま用いる。上記ステップ１０４→１０５→１０６の処理が特許請求の範囲でいうモータ電流制限手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０７に進み、上記ステップ１０６でガード処理した回転速度Ｆ／Ｂ補正量を用いて目標モータ回転速度を次式により設定する。
目標モータ回転速度
＝ベース目標モータ回転速度＋ガード処理後の回転速度Ｆ／Ｂ補正量
ＥＣＵ３０は、本プログラムで演算した目標モータ回転速度の信号をＥＤＵ３１に出力する。

［モータ電流推定プログラム］
図５のモータ電流推定プログラムは、図４のステップ１０３で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいうモータ電流推定手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まずステップ２０１で、カム軸位相を最遅角位相（基準位相）に固定する最遅角制御実行中であるか否かを判定し、最遅角制御実行中であれば、ステップ２０２に進み、最遅角制御時の指示電流（最遅角制御時の指示デューティで決まるモータ電流）を推定モータ電流にセットして本プログラムを終了する。

これに対して、上記ステップ２０１で、最遅角制御実行中でないと判定されれば、ステップ２０３に進み、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差にＦ／ＢゲインＧを乗算して回転速度Ｆ／Ｂ補正量を求める。
回転速度Ｆ／Ｂ補正量＝Ｇ×（目標モータ回転速度−実モータ回転速度）

この後、ステップ２０４に進み、上記ステップ２０３で算出した回転速度Ｆ／Ｂ補正量を目標モータ回転速度に加算してモータ制御量を求める。
モータ制御量＝目標モータ回転速度＋回転速度Ｆ／Ｂ補正量

この後、ステップ２０５に進み、図８の推定モータ電流マップを参照して、現在のモータ制御量とエンジン回転速度に応じた推定モータ電流を算出する。図８の推定モータ電流マップは、モータ制御量が大きくなるほど、推定モータ電流が大きくなり、また、エンジン回転速度が高くなるほど、推定モータ電流が大きくなるように設定されている。尚、推定モータ電流は、モータ制御量のみに基づいて算出するようにしても良い。

また、目標モータ回転速度と実モータ回転速度とエンジン回転速度をパラメータとして推定モータ電流を算出するマップを作成して、このマップにより推定モータ電流を算出するようにしたり、或は、目標モータ回転速度と実モータ回転速度のみをパラメータとして推定モータ電流を算出するマップを作成して、このマップにより推定モータ電流を算出するようにしても良い。勿論、推定モータ電流を算出する際に、上記以外のパラメータ（例えばモータ２６の電源電圧となるバッテリ電圧、カム軸位相偏差等）も考慮して推定モータ電流を算出するようにしても良い。

以上説明した本実施例の制御例を図９、図１０のタイムチャートを用いて説明する。
図９は、目標カム軸位相（目標モータ回転速度）の変化に対して実カム軸位相（実モータ回転速度）が通常の応答性で追従して変化する場合の制御例を示している。この制御例では、目標カム軸位相がステップ状に変化した時点ｔ1 で、目標モータ回転速度がステップ状に変化し、これに追従して実モータ回転速度が変化し始めると共に、推定モータ電流が増加し始め、それから少し遅れて実カム軸位相が目標カム軸位相に向けて変化し始める。

そして、時刻ｔ2 で、実モータ回転速度が目標モータ回転速度にほぼ一致するところまで上昇すると、その後は、目標カム軸位相と実カム軸位相との偏差（カム軸位相偏差）が小さくなるに従って、回転速度Ｆ／Ｂ補正量が減少して、目標モータ回転速度が低下し、それと一緒に実モータ回転速度が低下すると共に、推定モータ電流が減少する。このような制御は、推定モータ電流が常に上限設定値以下となる領域で行われるため、モータ電流の制限動作（回転速度Ｆ／Ｂ補正量のガード処理）は行われない。

一方、図１０は、目標カム軸位相（目標モータ回転速度）の変化に対する実カム軸位相（実モータ回転速度）の応答性が悪化して、実カム軸位相（実モータ回転速度）が目標カム軸位相（目標モータ回転速度）に追従できず、モータ２６がカム軸回転速度（クランク軸回転速度×１／２）の回転速度で連れ回り回転する場合の制御例を示している。

この制御例では、時刻ｔ1 で、目標カム軸位相がステップ状に変化しても、目標モータ回転速度がステップ状に変化せず、また、実カム軸位相（実モータ回転速度）の変化も通常よりも少ない。これにより、回転速度Ｆ／Ｂ補正量が通常よりも大きくなるため、推定モータ電流が上限設定値を越えるようになり、その時点ｔ2 で、モータ電流の制限動作（回転速度Ｆ／Ｂ補正量のガード処理）が開始される。これにより、推定モータ電流が一時的に減少して上限設定値を下回ると、その時点ｔ3 で、モータ電流の制限動作が解除されるため、推定モータ電流が再び上昇して上限設定値を越えるようになり、その時点ｔ4 で、モータ電流の制限動作が再び開始される。その後、実カム軸位相（実モータ回転速度）が目標カム軸位相（目標モータ回転速度）に追従できず、両者の偏差が所定値以上の状態が続くため、推定モータ電流が上限設定値を上回った状態に維持され、モータ電流の制限動作が継続される。

以上説明した本実施例によれば、目標モータ回転速度と実モータ回転速度とエンジン回転速度に基づいてモータ電流を推定し、推定したモータ電流が発熱限界電流値に相当する上限設定値を越えたときに、ＥＣＵ３０からＥＤＵ３１に出力する目標モータ回転速度の変化量（回転速度Ｆ／Ｂ補正量）を制限することで、ＥＤＵ３１でＦ／Ｂ制御するモータ電流を制限するようにしたので、モータ２６の発熱量が発熱限界を越えないようにモータ電流を制限することが可能となる。

この場合、ＥＤＵ３１は、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差を小さくするようにモータ電流をＦ／Ｂ制御するため、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が小さくならない状態が続くと、実モータ電流が増大して上限設定値を越えてしまう可能性があるが、このような状態で、推定モータ電流が推定誤差により上限設定値を下回るようなことがあると、モータ電流の制限動作が解除されてしまうため、実モータ電流が益々増大してモータ２６のコイル温度が許容温度を越えてしまう可能性があり、モータ２６の耐久性劣化や故障の原因となる。

この対策として、本実施例では、上限設定値は、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が所定値以上の状態が継続する場合に推定モータ電流が該上限設定値を上回ってモータ電流の制限動作が継続されるように設定されているため、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が小さくならない状態が続く場合は、モータ電流の制限動作が継続されて、モータ２６の発熱量が発熱限界を越えないようにモータ電流を制限することが可能となり、モータ２６のコイル温度が許容温度範囲を越えて過昇温することを防止できて、モータ２６の過昇温による耐久性劣化や故障を防止できる。

尚、本発明は、モータ２６に印加する電圧のデューティをモータ電流の情報として推定し、推定したデューティが発熱限界デューティに相当する上限設定値を越えたときに、ＥＣＵ３０からＥＤＵ３１に出力する目標モータ回転速度の変化量（回転速度Ｆ／Ｂ補正量）を制限することで、ＥＤＵ３１でＦ／Ｂ制御するモータ電流を制限するようにしても良い。このデューティの推定は、図８と同様のマップを用いて行えば良い。

その他、本発明は、吸気バルブの可変バルブタイミング制御装置に限定されず、排気バルブの可変バルブタイミング制御装置に適用しても良い。更に、可変バルブタイミング装置１８の位相可変機構は、本実施例のような遊星歯車機構を用いたものに限定されず、他の方式の位相可変機構を用いても良く、要は、モータの回転速度をカム軸の回転速度に対して変化させることでバルブタイミングを可変するモータ駆動式の可変バルブタイミング装置であれば良い。

本発明の実施例における制御システム全体の概略構成図である。 可変バルブタイミング装置の概略構成図である。 可変バルブタイミング装置の制御系の構成を示すブロック図である。 目標モータ回転速度演算プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 モータ電流推定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 回転速度Ｆ／Ｂ補正量マップを概念的に示す図である。 上下限ガード値マップを概念的に示す図である。 推定モータ電流マップを概念的に示す図である。 通常制御時の制御例を説明するタイムチャートである。 応答性悪化時の制御例を説明するタイムチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…クランク軸、１６…吸気側カム軸、１８…可変バルブタイミング装置、１９…カム角センサ、２０…クランク角センサ、２１…位相可変機構、２２…アウタギヤ、２３…インナギヤ、２４…遊星ギヤ、２６…モータ、２７…回転軸、２９…モータ回転速度センサ、３０…ＥＣＵ（目標モータ回転速度演算手段，モータ電流推定手段，モータ電流制限手段）、３１…ＥＤＵ（モータ駆動制御手段）

Claims (7)

1. モータを駆動源とし、内燃機関のカム軸の回転速度に対して前記モータの回転速度を変化させることで、クランク軸に対するカム軸の回転位相（以下「カム軸位相」という）を変化させ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内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
   目標カム軸位相と実カム軸位相との偏差及び内燃機関の回転速度に基づいて目標モータ回転速度を演算する目標モータ回転速度演算手段と、
   前記目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差を小さくするように前記モータの駆動電流（以下「モータ電流」という）をフィードバック制御するモータ駆動制御手段と、
   前記モータ電流を推定するモータ電流推定手段と、
   前記モータ電流推定手段で推定したモータ電流（以下「推定モータ電流」という）が上限設定値を越えたときに前記モータ駆動制御手段で制御するモータ電流を制限するモータ電流制限手段とを備え、
   前記上限設定値は、前記目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が所定値以上の状態が継続する場合に前記推定モータ電流が該上限設定値を上回って前記モータ電流制限手段によるモータ電流の制限動作が継続されるように設定され、且つ、該上限設定値は、内燃機関の回転速度に応じて設定されていることを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
2. 前記モータ電流推定手段は、少なくとも前記目標モータ回転速度と実モータ回転速度に基づいて前記モータ電流を推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
3. モータを駆動源とし、内燃機関のカム軸の回転速度に対して前記モータの回転速度を変化させることで、クランク軸に対するカム軸の回転位相（以下「カム軸位相」という）を変化させ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内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
   目標カム軸位相と実カム軸位相との偏差及び内燃機関の回転速度に基づいて目標モータ回転速度を演算する目標モータ回転速度演算手段と、
   前記目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差を小さくするように前記モータの駆動電流（以下「モータ電流」という）をフィードバック制御するモータ駆動制御手段と、
   前記モータ電流を推定するモータ電流推定手段と、
   前記モータ電流推定手段で推定したモータ電流（以下「推定モータ電流」という）が上限設定値を越えたときに前記モータ駆動制御手段で制御するモータ電流を制限するモータ電流制限手段とを備え、
   前記上限設定値は、前記目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が所定値以上の状態が継続する場合に前記推定モータ電流が該上限設定値を上回って前記モータ電流制限手段によるモータ電流の制限動作が継続されるように設定され、
   前記モータ電流推定手段は、少なくとも前記目標モータ回転速度と実モータ回転速度と内燃機関の回転速度に基づいて前記モータ電流を推定することを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
4. 前記モータ電流制限手段は、前記モータ電流推定手段で推定したモータ電流が前記上限設定値を越えたときに、前記目標モータ回転速度の変化量を制限することで、前記モータ駆動制御手段で制御するモータ電流を制限することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
5. 前記目標モータ回転速度演算手段は、前記目標カム軸位相と実カム軸位相との偏差及び内燃機関の回転速度に基づいてモータ回転速度補正量を算出し、前記カム軸の回転速度に応じたベース目標モータ回転速度を前記モータ回転速度補正量で補正して前記目標モータ回転速度を求め、
   前記モータ電流制限手段は、前記モータ電流推定手段で推定したモータ電流が前記上限設定値を越えたときに、前記モータ回転速度補正量を制限することで、前記目標モータ回転速度の変化量を制限することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
6. モータを駆動源とし、内燃機関のカム軸の回転速度に対して前記モータの回転速度を変化させることで、クランク軸に対するカム軸の回転位相（以下「カム軸位相」という）を変化させ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内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
   目標カム軸位相と実カム軸位相との偏差及び内燃機関の回転速度に基づいて目標モータ回転速度を演算する目標モータ回転速度演算手段と、
   前記目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差を小さくするように前記モータの駆動電流（以下「モータ電流」という）をフィードバック制御するモータ駆動制御手段と、
   前記モータ電流を推定するモータ電流推定手段と、
   前記モータ電流推定手段で推定したモータ電流（以下「推定モータ電流」という）が上限設定値を越えたときに前記モータ駆動制御手段で制御するモータ電流を制限するモータ電流制限手段とを備え、
   前記上限設定値は、前記目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差が所定値以上の状態が継続する場合に前記推定モータ電流が該上限設定値を上回って前記モータ電流制限手段によるモータ電流の制限動作が継続されるように設定され、
   前記目標モータ回転速度演算手段は、前記目標カム軸位相と実カム軸位相との偏差及び内燃機関の回転速度に基づいてモータ回転速度補正量を算出し、前記カム軸の回転速度に応じたベース目標モータ回転速度を前記モータ回転速度補正量で補正して前記目標モータ回転速度を求め、
   前記モータ電流制限手段は、前記モータ電流推定手段で推定したモータ電流が前記上限設定値を越えたときに、前記モータ回転速度補正量を制限することで、前記目標モータ回転速度の変化量を制限して前記モータ駆動制御手段で制御するモータ電流を制限する手段と、前記モータ回転速度補正量の制限範囲を内燃機関の回転速度に応じて変化させる手段とを有することを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
7. 前記モータ駆動制御手段は、前記モータに印加する電圧をデューティ制御して可変することで前記モータ電流を制御し、
   前記モータ電流推定手段は、前記モータに印加する電圧のデューティを前記モータ電流の情報として推定し、
   前記モータ電流制限手段は、前記モータ電流推定手段で推定した前記デューティが前記上限設定値を越えたときに前記モータ駆動制御手段で制御するモータ電流を制限することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。

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