特開 2024-113324 可変バルブタイミング機構の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024113324

(43)【公開日】2024-08-22

(54)【発明の名称】可変バルブタイミング機構の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 13/02 20060101AFI20240815BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20240815BHJP

   F01L 1/344 20060101ALI20240815BHJP

   F01L 9/22 20210101ALI20240815BHJP

【ＦＩ】

F02D13/02 G

F02D45/00 362

F01L1/344

F01L9/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023018215

(22)【出願日】2023-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(72)【発明者】

【氏名】小須田 雅貴

【テーマコード（参考）】

3G018

3G092

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G018AB10

3G018CA13

3G018FA01

3G018FA07

3G018GA11

3G092AA11

3G092DA03

3G092DG08

3G092EA11

3G092FA03

3G092GA01

3G092HA13Z

3G092HE03Z

3G384BA26

3G384CA01

3G384DA13

3G384EB08

3G384FA59Z

3G384FA61Z

(57)【要約】

【課題】クランキング開始後にＶＶＴ機構の実角度を早期に算出することができるようにする。
【解決手段】ＥＣＭ２８０は、クランクシャフト１３０における各気筒の基準位置を示す歯欠け部２３０Ｃが複数形成されたクランクプレート２３０の歯部２３０Ｂを検知してパルス状のクランク信号を出力するクランク角センサ２４０、及び気筒判別用のカム信号を出力するカム角センサ２６０の各出力信号を読み込み、電動式のＶＶＴ機構２７０の実角度を所定の算出式から算出する。ここで、カム信号とクランク信号により歯欠け部２３０Ｃであることが判定された歯欠け判定位置から所定角度隔てた位置にある各気筒の基準位置との間の角度が基準位置によって異なる場合、ＥＣＭ２８０は、カム信号と基準位置との間の角度に応じて、ＶＶＴ機構２７０の実角度を算出する所定の算出式を切り替える。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

クランクシャフトにおける各気筒の基準位置を示す歯欠け部が複数形成されたクランクプレートの歯部を検知してパルス状のクランク信号を出力するクランク角センサ、及び気筒判別用のカム信号を出力するカム角センサの各出力信号を読み込み、前記クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転角度をアクチュエータによって変更する可変バルブタイミング機構の実角度を所定の算出式から算出する、可変バルブタイミング機構の制御装置であって、
前記カム信号と前記クランク信号により前記歯欠け部であることが判定された歯欠け判定位置から所定角度隔てた位置にある各気筒の基準位置との間の角度が当該基準位置によって異なり、
クランキング開始時に、前記カム信号と前記基準位置との間の角度に応じて、前記可変バルブタイミング機構の実角度を算出する所定の算出式を切り替える、
可変バルブタイミング機構の制御装置。

【請求項2】

前記カム信号と前記基準位置との間の角度が前記基準位置間の角度以下であるとき、「可変バルブタイミング機構の基準位置－（基準位置間の角度－カム信号と基準位置との間の角度）」という第１の算出式を使用して、前記可変バルブタイミング機構の実角度を算出し、
前記カム信号と前記基準位置との間の角度が前記基準位置間の角度より大きいとき、「可変バルブタイミング機構の基準位置－（基準位置間の角度×２－カム信号と基準位置との間の角度）」という第２の算出式を使用して、前記可変バルブタイミング機構の実角度を算出する、
請求項１に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。

【請求項3】

前記カム信号と前記基準位置との間の角度は、前記カム信号とその後のクランク信号との間の角度、前記その後のクランク信号と前記基準位置との間の角度、及び前記カム信号と前記基準位置との間において変化した前記可変バルブタイミング機構の角度変化量に基づいて算出される、
請求項１に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。

【請求項4】

前記可変バルブタイミング機構の角度変化量は、前記アクチュエータの操作量から推定される、
請求項３に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。

【請求項5】

前記アクチュエータは、出力軸の回転角度を検知可能な電動モータであって、
前記可変バルブタイミング機構の角度変化量は、前記電動モータの出力軸の回転角度から算出される、
請求項３に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。

【請求項6】

前記可変バルブタイミング機構の実角度の算出は、前記カム信号及び前記クランク信号の基準位置に基づいて前記可変バルブタイミング機構の実角度が算出可能となるまで、エンジン回転速度が所定回転速度以下であるとき、又はクランキング開始から所定時間経過するまで行われる、
請求項１～請求項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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転角度を変更する可変バルブタイミング（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）機構の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

クランキング開始時におけるＶＶＴ機構の実角度を早期に算出するために、特開２０１７－８７２９号公報（特許文献１）に記載されるような技術が提案されている。特許文献１に記載された技術では、クランキング開始時の初回のカム信号とその後に検出されるクランク信号の最初の基準位置とに基づいて、ＶＶＴ機構の実角度が算出されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－８７２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

カム信号は、カムシャフトが１回転する間に、気筒数に応じた等間隔ごとに出力され、クランク信号は、カムシャフトの２倍の回転速度で回転するクランクシャフトが２回転する間に、気筒数に応じた等間隔ごとに出力される。従って、４気筒や６気筒などのエンジンの場合には、カム信号とクランク信号の基準位置との間の角度が一定となり、特許文献１で提案された技術によってＶＶＴ機構の実角度を早期に算出することができる。しかしながら、３気筒や５気筒などのエンジンの場合には、カム信号とクランク信号の基準位置との間の角度が基準位置に応じて変化するため、特許文献１で提案された技術によってＶＶＴ機構の実角度を早期に算出することが困難であった。

【0005】

そこで、本発明は、カム信号とクランク信号の基準位置との間の角度が基準位置に応じて変化する３気筒や５気筒などのエンジンであっても、クランキング開始後にＶＶＴ機構の実角度を早期に算出することができる、ＶＶＴ機構の制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

ＶＶＴ機構の制御装置は、クランクシャフトにおける各気筒の基準位置を示す歯欠け部が複数形成されたクランクプレートの歯部を検知してパルス状のクランク信号を出力するクランク角センサ、及び気筒判別用のカム信号を出力するカム角センサの各出力信号を夫々読み込み、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転角度をアクチュエータにより変更するＶＶＴ機構の実角度を所定の算出式から算出する。ここで、カム信号とクランク信号により歯欠け部であることが判定された歯欠け位置から所定角度隔てた位置にある各気筒の基準位置との間の角度が基準位置によって異なり、ＶＶＴ機構の制御装置は、クランキング開始時に、カム信号と基準位置との間の角度に応じて、ＶＶＴ機構の実角度を算出する所定の算出式を切り替える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、カム信号とクランク信号の基準位置との間の角度が基準位置に応じて変化する３気筒や５気筒などのエンジンであっても、クランキング開始時にＶＶＴ機構の実角度を早期に算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】４サイクルエンジンの制御システムの一例を示す概略図である。

【図2】クランクプレートの一例を示す平面図である。

【図3】カムプレートの一例を示す平面図である。

【図4】ＶＶＴ機構の一例を示す斜視図である。

【図5】４気筒や６気筒などのエンジンにおけるカム信号とクランク信号の関連性の説明図である。

【図6】３気筒や５気筒などのエンジンにおけるカム信号とクランク信号の関連性の説明図である。

【図7】第１のＶＶＴ制御処理の一例を示すフローチャートである。

【図8】第１の算出式の導出方法の説明図である。

【図9】第２の算出式の導出方法の説明図である。

【図10】第１のＶＶＴ制御処理による効果の説明図である。

【図11】第１の算出式によりＶＶＴ機構の実角度を算出したときのＶＶＴ機構の実角度及び算出角度の変化状態の説明図である。

【図12】第２の算出式によりＶＶＴ機構の実角度を算出したときのＶＶＴ機構の実角度及び算出角度の変化状態の説明図である。

【図13】第２のＶＶＴ制御処理の一例を示すフローチャートである。

【図14】第２のＶＶＴ制御処理の一例を示すフローチャートである。

【図15】第２のＶＶＴ制御処理の一例を示すフローチャートである。

【図16】カム信号とクランク信号の基準位置との間において変化したＶＶＴ機構の角度変化量を算出する方法の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、３気筒の４サイクルエンジンの制御システムの一例を示している。なお、本実施形態は、３気筒の４サイクルエンジンに限らず、５気筒の４サイクルエンジンなどにも適用することができる。

【0010】

エンジン１００は、シリンダブロック１１０と、ピストン１２０と、クランクシャフト１３０と、コネクティングロッド１４０と、シリンダヘッド１５０と、を備えている。シリンダブロック１１０には、ピストン１２０が往復動可能に嵌挿されるシリンダボア１１０Ａが形成されている。シリンダブロック１１０の下部には、図示しないベアリングを介して、シリンダブロック１１０に対して相対回転可能にクランクシャフト１３０が配置されている。そして、ピストン１２０は、コネクティングロッド１４０を介して、クランクシャフト１３０に相対回転可能に連結されている。

【0011】

シリンダヘッド１５０には、吸気を導入する吸気ポート１５０Ａと、排気を導出する排気ポート１５０Ｂと、が夫々形成されている。そして、シリンダヘッド１５０がシリンダブロック１１０の上面に締結されることで、シリンダブロック１１０のシリンダボア１１０Ａ、ピストン１２０の冠面及びシリンダヘッド１５０の下面によって区画される領域が燃焼室１６０として機能する。燃焼室１６０を臨む吸気ポート１５０Ａの開口端には、吸気カムシャフト１７０によって開閉駆動される吸気バルブ１８０が配置されている。また、燃焼室１６０を臨む排気ポート１５０Ｂの開口端には、排気カムシャフト１９０によって開閉駆動される排気バルブ２００が配置されている。

【0012】

燃焼室１６０を臨むシリンダヘッド１５０の所定箇所には、燃焼室１６０に燃料を噴射する電磁式の燃料噴射弁２１０と、燃料と吸気との混合気を点火する点火プラグ２２０と、が夫々取り付けられている。なお、燃料噴射弁２１０は、燃焼室１６０に燃料を直接噴射する構成に限らず、吸気ポート１５０Ａ又はこれらの両方に燃料を噴射する構成であってもよい。

【0013】

クランクシャフト１３０の端部には、クランクプレート２３０が取り付けられている。クランクプレート２３０は、図２に示すように、円板形状のプレート部２３０Ａと、プレート部２３０Ａの外周端から半径外方に向かって任意の所定角度ごとに延びる複数の歯部２３０Ｂと、が一体化された被検知部材である。また、クランクプレート２３０には、歯部２３０Ｂの一部が切り取られることで、クランク角度０°及び１２０°に対応する各気筒の角度基準位置、即ち、吸気カムシャフト１７０が１回転するときのクランク角度０°、１２０°、３６０°及び４８０°に対応する各気筒の角度基準位置を示す歯欠け部２３０Ｃが形成されている。ここで、歯欠け部２３０Ｃは、２つの歯部２３０Ｂを切り取ることで形成されているが、任意数の歯部２３０Ｂを切り取って歯欠け部２３０Ｃを形成するようにしてもよい。なお、図示の３気筒エンジンでは、クランクプレート２３０は、例えば、所定角度を１０°とし、３２個の歯部２３０Ｂと、２個の歯部２３０Ｂが切り取られた３０°に亘る２つの歯欠け部２３０Ｃと、を有している。

【0014】

シリンダブロック１１０の下部であって、クランクプレート２３０の外周端に対面する所定箇所には、クランクプレート２３０の歯部２３０Ｂを検知してパルス状のクランク信号を出力するクランク角センサ２４０が取り付けられている。従って、クランク角センサ２４０は、クランクシャフト１３０の回転に伴って、歯部２３０Ｂを検知した所定角度ごとの角度位置信号と、歯欠け部２３０Ｃを検知したクランク角度０°及び１２０°に対応する各気筒の角度基準位置信号と、を含むクランク信号を出力する。

【0015】

吸気カムシャフト１７０の端部には、カムプレート２５０が取り付けられている。カムプレート２５０は、図３に示すように、円板形状のプレート部２５０Ａと、プレート部２５０Ａの外周端から半径外方に向かって延びる複数の歯部２５０Ｂと、が一体化された被検知部材である。３気筒エンジンの場合、カムプレート２５０には、１２０°ごとに気筒判別用の３つの歯部２５０Ｂが設けられている。

【0016】

また、シリンダヘッド１５０の上部であって、カムプレート２５０の外周端に対面する所定箇所には、カムプレート２５０の歯部２５０Ｂを検知してパルス状のカム信号を出力するカム角センサ２６０が取り付けられている。従って、カム角センサ２６０は、吸気カムシャフト１７０が１回転する間に、歯部２５０Ｂを検知した０°、１２０°及び２４０°でカム信号を出力、要するに、クランク角度０°、２４０°及び４８０°に対応する角度で気筒判別用のカム信号を出力する。

【0017】

さらに、吸気バルブ１８０を開閉駆動する吸気カムシャフト１７０の端部には、クランクシャフト１３０に対する吸気カムシャフト１７０の相対回転角度を変化させることで、吸気バルブ１８０のバルブタイミングを変更する電動式のＶＶＴ機構２７０が取り付けられている。ＶＶＴ機構２７０は、図４に示すように、クランクシャフト１３０の回転駆動力を伝達するカムチェーン（図示省略）が巻き回されるカムスプロケット２７０Ａと一体化され、減速機が内蔵された電動モータ２７０Ｂにより、カムスプロケット２７０Ａに対して吸気カムシャフト１７０を相対回転させることで、バルブタイミングを進角又は遅角させる。図４において符号２７０Ｃで示すものは、電動モータ２７０Ｂへの電力及び制御信号を供給するハーネスを接続するためのコネクタである。ここで、ＶＶＴ機構２７０は、吸気バルブ１８０に限らず、吸気バルブ１８０及び排気バルブ２００のうち少なくとも吸気バルブ１８０に配置されていればよい。なお、ＶＶＴ機構２７０の電動モータ２７０Ｂが、アクチュエータの一例として挙げられる。

【0018】

クランク角センサ２４０のクランク信号、及びカム角センサ２６０のカム信号は、マイクロコンピュータを内蔵したエンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）２８０に入力されている。また、ＥＣＭ２８０には、クランク角センサ２４０及びカム角センサ２６０の各出力信号に加え、エンジン１００の回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ２９０、エンジン１００の負荷Ｑを検出する負荷センサ３００、エンジン１００の水温Ｔｗを検出する水温センサ３１０、及び排気中の空燃比ＡＢＦを検出する空燃比センサ３２０の各出力信号が入力されている。ここで、エンジン１００の負荷Ｑとしては、例えば、吸気流量、吸気負圧、過給圧力、アクセル開度、スロットル角など、エンジン１００の要求トルクと密接に関連する状態量を使用することができる。なお、ＥＣＭ２８０は、回転速度センサ２９０に代えて、クランク角センサ２４０及びカム角センサ２６０の各出力信号からエンジン１００の回転速度Ｎｅを算出するようにしてもよい。

【0019】

ＥＣＭ２８０は、マイクロコンピュータの不揮発性メモリに格納されたアプリケーションプログラムを実行することで、以下のように、クランク角センサ２４０、カム角センサ２６０、回転速度センサ２９０、負荷センサ３００、水温センサ３１０及び空燃比センサ３２０の各出力信号に応じて、燃料噴射弁２１０、点火プラグ２２０及びＶＶＴ機構２７０を夫々電子制御する。

【0020】

ＥＣＭ２８０は、回転速度センサ２９０及び負荷センサ３００から回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑを夫々読み込み、これらに基づいてエンジン運転状態に応じた基本燃料噴射量を算出する。また、ＥＣＭ２８０は、水温センサ３１０から水温Ｔｗを読み込み、基本燃料噴射量を水温Ｔｗで補正した燃料噴射量を算出する。そして、ＥＣＭ２８０は、エンジン運転状態に応じたタイミングで、燃料噴射量に応じた駆動信号を燃料噴射弁２１０に出力し、燃料噴射弁２１０から燃焼室１６０に燃料を噴射させる。さらに、ＥＣＭ２８０は、燃料噴射後のエンジン運転状態に応じたタイミングで、点火プラグ２２０に駆動信号を出力し、燃料と吸気との混合気を点火する。このとき、ＥＣＭ２８０は、空燃比センサ３２０から空燃比ＡＢＦを読み込み、排気中の空燃比ＡＢＦが目標空燃比に近づくように燃料噴射弁２１０をフィードバック制御する。

【0021】

また、ＥＣＭ２８０は、回転速度センサ２９０及び負荷センサ３００から回転速度Ｎｅ及び負荷Ｑを夫々読み込み、エンジン運転状態に応じたＶＶＴ機構２７０の目標角度を算出する。そして、ＥＣＭ２８０は、少なくともクランク角センサ２４０及びカム角センサ２６０の各出力信号を読み込み、これらから求められるＶＶＴ機構２７０の実角度が目標角度に近づくように、ＶＶＴ機構２７０の電動モータ２７０Ｂに供給する電流を増減制御する。

【0022】

ここで、ＶＶＴ機構２７０の制御について詳細に説明する前に、従来技術の問題点について説明する。
４気筒や６気筒などのエンジンでは、図５に示すように、カム信号からクランク信号の基準位置までの角度が、クランク信号の基準位置にかかわらず一定となる。このため、引用文献１で提案された技術によってＶＶＴ機構２７０の実角度を早期に算出することができる。しかしながら、３気筒や５気筒などのエンジンでは、クランク信号の基準位置が等角度になっていないことにより、図６に示すように、カム信号からクランク信号の基準位置までの角度が、クランク信号の基準位置によって異なっている。このため、引用文献１で提案された技術によってＶＶＴ機構２７０の実角度を早期に算出することができない可能性がある。

【0023】

そこで、本実施形態で提案する技術では、ＶＶＴ機構２７０を制御するＥＣＭ２８０は、クランクシャフト１３０における各気筒の基準位置を示す歯欠け部２３０Ｃが複数形成されたクランクプレート２３０の歯部２３０Ｂを検知してパルス状のクランク信号を出力するクランク角センサ２４０、及び気筒判別用のカム信号を出力するカム角センサ２６０の各出力信号を読み込み、ＶＶＴ機構２７０の実角度を所定の算出式から算出する。ここで、本実施形態で提案する技術では、カム信号とクランク信号により歯欠け部２３０Ｃであることが判定された歯欠け判定位置から所定角度隔てた位置にある各気筒の基準位置との間の角度が、クランク信号の基準位置によって異なる構成であることを前提とする。そして、ＥＣＭ２８０は、クランキング開始時に、カム信号と基準位置との間の角度に応じて、ＶＶＴ機構２７０の実角度を算出する所定の算出式を切り替える。以下、このようなＥＣＭ２８０の詳細について説明する。

【0024】

図７は、ＥＣＭ２８０が起動されたことを契機として、ＥＣＭ２８０に内蔵されたマイクロコンピュータが所定時間ごとに繰り返し実行する、第１のＶＶＴ制御処理の一例を示している。なお、ＥＣＭ２８０は、マイクロコンピュータの不揮発性メモリに予め格納されたアプリケーションプログラムに従って、第１のＶＶＴ制御処理を実行する（以下同様。）。

【0025】

ステップ１０（図７では「Ｓ１０」と略記する。以下同様。）では、ＥＣＭ２８０が、本提案技術によるＶＶＴ機構２７０の実角度を算出するＶＶＴ角度算出条件が成立しているか否かを判定する。ＶＶＴ角度算出条件は、例えば、従来方式によりＶＶＴ機構２７０の実角度を算出できない第１の条件、エンジン回転速度が所定回転速度以下である第２の条件、又はクランキング開始から所定時間経過するまでの第３の条件のいずれかとすることができる。ここで、従来方式の一例では、例えば、クランク信号の基準位置とその直後に読み込まれたカム信号に基づいて、要するに、これらの相関関係に基づいてＶＶＴ機構２７０の実角度を算出することができる。また、所定回転速度は、エンジン１００のクランキングが終了する回転速度、所定時間は、エンジン１００のクランキングが終了すると見做される時間とすることができる。そして、ＥＣＭ２８０は、ＶＶＴ角度算出条件が成立していると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ１１へと進める。一方、ＥＣＭ２８０は、ＶＶＴ角度算出条件が成立していないと判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ１７へと進める。

【0026】

ステップ１１では、ＥＣＭ２８０が、前回の制御サイクルから今回の制御サイクルまでの間にクランク角センサ２４０からクランク信号が入力されたか否か、具体的には、クランク角度を示すパルス信号が入力されたか否かを判定する。そして、ＥＣＭ２８０は、クランク信号が入力されたと判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ１２へと進める。一方、ＥＣＭ２８０は、クランク信号が入力されていないと判定すれば（Ｎｏ）、今回の制御サイクルにおける第１のＶＶＴ制御処理を終了させる。

【0027】

ステップ１２では、ＥＣＭ２８０が、時間的に連続するクランク信号を解析して、各気筒の基準位置であるか否か、要するに、クランク信号により歯欠け部２３０Ｃであることを判定した歯欠け判定位置から所定角度隔てた位置にある各気筒の基準位置であるか否かを判定する。そして、ＥＣＭ２８０は、各気筒の基準位置であると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ１３へと進める。一方、ＥＣＭ２８０は、各気筒の基準位置でないと判定すれば（Ｎｏ）、今回の制御サイクルにおける第１のＶＶＴ制御処理を終了させる。

【0028】

ステップ１３では、ＥＣＭ２８０が、カム信号とクランク信号の基準位置との間の角度、即ち、カム角センサ２６０からカム信号が出力された時点のクランク角度から、クランク角センサ２４０から出力されたクランク信号によって基準位置が検知された時点のクランク角度までの角度を算出する。

【0029】

ステップ１４では、ＥＣＭ２８０が、カム信号とクランク信号の基準位置との間の角度がクランク信号の基準位置間の角度以下であるか否かを判定する。ここで、ＥＣＭ２８０は、ステップ１２において各気筒の基準位置であると判定した時点のクランク角度について、時間的に連続する２つのクランク角度を一時的に記憶し、これらの差分から基準位置間の角度を算出することができる。そして、ＥＣＭ２８０は、カム信号とクランク信号の基準位置との間の角度が基準位置間の角度以下であると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ１５へと進める。一方、ＥＣＭ２８０は、カム信号とクランク信号の基準位置との間の角度が基準位置間の角度より大きいと判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ１６へと進める。

【0030】

ステップ１５では、ＥＣＭ２８０が、第１の算出式を使用して、ＶＶＴ機構２７０の基準位置学習値、カム信号とクランク信号の基準位置との間の角度、及びクランク信号の基準位置間の角度から、ＶＶＴ機構２７０の実角度を算出する。基準位置学習値は、ＶＶＴ機構２７０の遅角側への変位がストッパによって規制された状態のクランク角度、要するに、クランクシャフト１３０の任意の角度位置からＶＶＴ機構２７０の遅角側への変位が規制された位置までの角度であって、例えば、ＥＣＭ２８０の製造時や起動時に学習されてマイクロコンピュータの不揮発性メモリに記憶されたものである。具体的には、ＥＣＭ２８０は、第１の算出式「ＶＶＴ機構の基準位置学習値－（基準位置間の角度－カム信と基準位置との間の角度）」に対して各変数を代入し、ＶＶＴ機構２７０の実角度を算出する。その後、ＥＣＭ２８０は、今回の制御サイクルにおける第１のＶＶＴ制御処理を終了させる。

【0031】

ステップ１６では、ＥＣＭ２８０が、第２の算出式を使用して、ＶＶＴ機構２７０の基準位置学習値、カム信号とクランク角度の基準位置との間の角度、及びクランク信号の基準位置間の角度から、ＶＶＴ機構２７０の実角度を算出する。具体的には、ＥＣＭ２８０は、第２の算出式「ＶＶＴ機構の基準位置学習値－（基準位置間の角度×２－カム信号と基準位置との間の角度）」に対して各変数を代入し、ＶＶＴ機構２７０の実角度を算出する。その後、ＥＣＭ２８０は、今回の制御サイクルにおける第１のＶＶＴ制御処理を終了させる。

【0032】

ステップ１７では、ＥＣＭ２８０が、上述した従来方式により、ＶＶＴ機構２７０の実角度を算出する。その後、ＥＣＭ２８０は、今回の制御サイクルにおける第１のＶＶＴ制御処理を終了させる。

【0033】

かかる第１のＶＶＴ制御処理によれば、ＶＶＴ角度算出条件が成立している場合に、本実施形態で提案する方法でＶＶＴ機構２７０の実角度が算出される。本実施形態で提案するＶＶＴ機構２７０の実角度の算出処理は、従来方式の算出処理よりも早期にＶＶＴ機構２７０の実角度が算出できるものの、従来方式よりも演算負荷が若干大きいという特性を有している。このため、本実施形態で提案するＶＶＴ機構２７０の実角度を算出する条件を限定することによって、ＥＣＭ２８０の演算負荷の増加を抑制することができる。なお、クランキング中は、クランキング終了後よりもエンジン１００の回転速度が低いため、演算負荷が若干大きくても問題となる不具合が発生する可能性がない。

【0034】

そして、ＥＣＭ２８０は、クランク信号が入力され、かつこれによって各気筒の基準位置であると判定すると、カム信号とクランク信号の基準位置との間の角度を算出する。このように算出されたカム信号とクランク信号の基準位置との間の角度がクランク信号の基準位置間の角度以下であると、ＥＣＭ２８０は、第１の算出式を使用して、ＶＶＴ機構２７０の実角度を算出する。一方、カム信号とクランク信号の基準位置との間の角度がクランク信号の基準位置間の角度より大きいと、ＥＣＭ２８０は、第２の算出式を使用して、ＶＶＴ機構２７０の実角度を算出する。要するに、カム信号とクランク信号の基準位置との間の角度が基準位置に応じて変化することを考慮し、ＥＣＭ２８０は、カム信号とクランク信号の基準位置との間の角度に応じて、ＶＶＴ機構２７０の実角度を算出する算出式を切り替える。

【0035】

ここで、第１の算出式、及び第２の算出式の導出方法について説明する。
カム信号とクランク信号の基準位置との間の角度が基準位置間の角度以下である場合は、図８に示すように、クランクシャフト１３０の回転角度が比較的小さい状態（例えば、９０°など）でエンジン１００が始動された場合に該当する。同図に示すように、クランクシャフト１３０の任意の角度位置からＶＶＴ機構２７０の制御範囲における最遅角位置までの角度である基準位置学習値を（１）、クランクシャフト１３０の任意の角度位置からカム信号までの角度を（２）、カム信号から各気筒の基準位置までの角度を（３）、クランクシャフト１３０の任意の角度位置からクランク信号の基準位置までの角度を（４）で表す。すると、エンジン停止時にエンジン始動に備えてＶＶＴ機構２７０を最遅角位置と最進角位置との中間に制御したＶＶＴ機構２７０の実角度は、「（１）－（２）＝（１）－（（４）－（３））」、即ち、「（１）－（（４）－（３））」という第１の算出式により算出することができる。

【0036】

カム信号とクランク信号の基準位置との間の角度が基準位置間の角度より大きい場合は、図９に示すように、クランクシャフト１３０の回転角度が比較的大きい状態（例えば、３３０°など）でエンジン１００が始動された場合に該当する。同図に示すように、クランクシャフト１３０の任意の角度位置からＶＶＴ機構２７０の制御範囲における最遅角位置までの角度である基準位置学習値を（１）、クランクシャフト１３０の任意の角度位置からカム信号までの角度を（２）、カム信号から各気筒の基準位置までの角度を（３）、クランクシャフト１３０の任意の角度位置からクランク信号の基準位置までの角度を（４）×２で表す。すると、エンジン停止時にエンジン始動に備えてＶＶＴ機構２７０を最遅角位置と最進角位置との中間に制御したＶＶＴ機構２７０の実角度は、「（１）－（２）＝（１）－（（４）×２－（３））」、即ち、「（１）－（（４）×２－（３））」という第２の算出式により算出することができる。

【0037】

ＶＶＴ角度算出条件が成立していなければ、本実施形態で提案するＶＶＴ機構２７０の実角度の算出方法に代えて、例えば、クランク信号の基準位置とその直後に読み込まれたカム信号との相関関係によってＶＶＴ機構２７０の実角度を算出する従来方式によって、ＶＶＴ機構２７０の実角度を算出することができる。従って、ＶＶＴ機構２７０の実角度の算出方法が従来方式に切り替えられた後には、より演算負荷の小さい方法でＶＶＴ機構２７０の実角度を算出することができる。

【0038】

以上のような理由により、図１０に示すように、連続するカム信号間に各気筒の基準位置が２つある場合、従来技術では、その後のカム信号を待ってＶＶＴ機構２７０の実角度を算出していたものが、本実施形態の提案技術では、カム信号の直後にある基準位置を待ってＶＶＴ機構２７０の実角度を算出することができる。このため、クランク信号の基準位置から次のカム信号までクランクシャフト１３０が回転することを待つ必要性がなくなり、少なくとも、この時間だけＶＶＴ機構２７０の実角度を早期に算出することができる。

【0039】

なお、ＶＶＴ機構２７０の実角度が算出される前には、図１１又は図１２に示すように、ＶＶＴ機構２７０の算出角度が０°になっており、ＶＶＴ機構２７０の実角度から乖離したものとなっている。しかしながら、本実施形態の提案技術でＶＶＴ機構２７０の実角度が算出できたときには、ＶＶＴ機構２７０の実角度と算出角度とが等しくなることから、その後におけるＶＶＴ機構２７０の制御精度を向上させることができる。

【0040】

図１３～図１５は、ＥＣＭ２８０が起動されたことを契機として、ＥＣＭ２８０に内蔵されたマイクロコンピュータが所定時間ごとに繰り返し実行する、第２のＶＶＴ制御処理の一例を示している。なお、第１のＶＶＴ制御処理と同様な処理については、重複説明を避ける目的で、その説明を簡単にするものとする。必要であれば、第１のＶＶＴ制御処理の説明を参照されたい。

【0041】

ステップ２０では、ＥＣＭ２８０が、ＶＶＴ角度算出条件が成立しているか否かを判定する。そして、ＥＣＭ２８０は、ＶＶＴ角度算出条件が成立していると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ２１へと進める。一方、ＥＣＭ２８０は、ＶＶＴ角度算出条件が成立していないと判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ３９へと進める。

【0042】

ステップ２１では、ＥＣＭ２８０が、カム信号とクランク信号の基準位置との間において変化したＶＶＴ機構２７０の角度変化量を求めるべく、所定時間間隔に設定された定時ジョブを実行するタイミングであるか否かを判定する。ここで、所定時間間隔は、例えば、必要とされる制御精度などを考慮して適宜決定することができる。そして、ＥＣＭ２８０は、定時ジョブを実行するタイミングであると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ２２へと進める。一方、ＥＣＭ２８０は、定時ジョブを実行するタイミングでないと判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ２３へと進める。

【0043】

ステップ２２では、ＥＣＭ２８０が、例えば、マイクロコンピュータの揮発性メモリに確保された角度変化量を積算するためのカウンタに対して、前回の制御サイクルから今回の制御サイクルまでの間に変化したＶＶＴ機構２７０の角度変化量を逐次加算することで、カム信号とクランク信号の基準位置との間において変化したＶＶＴ機構２７０の角度変化量を更新する。

【0044】

ステップ２３では、ＥＣＭ２８０が、前回の制御サイクルから今回の制御サイクルまでの間に、カム角センサ２６０からカム信号の入力があったか否かを判定する。そして、ＥＣＭ２８０は、カム信号の入力があったと判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ２４へと進める。一方、ＥＣＭ２８０は、カム信号の入力がなかったと判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ２７へと進める。

【0045】

ステップ２４では、ＥＣＭ２８０が、例えば、マイクロコンピュータに備えられた計時機能を利用して、カム信号が入力される直前のクランク信号からカム信号が入力されるまでに要した時間を算出する。

【0046】

ステップ２５では、ＥＣＭ２８０が、カム信号からクランク信号の基準位置までの角度信号カウンタをクリア、要するに、０にリセットする。
ステップ２６では、ＥＣＭ２８０が、前回の制御サイクルから今回の制御サイクルまでの間に変化したＶＶＴ機構２７０の角度変化量を積算するためのカウンタをクリア、要するに、０にリセットする。

【0047】

ステップ２７では、ＥＣＭ２８０が、前回の制御サイクルから今回の制御サイクルの間に、クランク角センサ２４０からクランク信号の入力があったか否かを判定する。そして、ＥＣＭ２８０は、クランク信号の入力があったと判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ２８へと進める。一方、ＥＣＭ２８０は、クランク信号の入力がなかったと判定すれば（Ｎｏ）、今回の制御サイクルにおける第２のＶＶＴ制御処理を終了させる。

【0048】

ステップ２８では、ＥＣＭ２８０が、前回の制御サイクルから今回の制御サイクルまでの間において、時間的に連続する２つのクランク信号の間にカム信号の入力があったか否か、要するに、クランク角センサ２４０がクランクプレート２３０の歯欠け部２３０Ｃを検知したか否かを判定する。そして、ＥＣＭ２８０は、時間的に連続する２つのクランク信号間にカム信号の入力があったと判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ２９へと進める。一方、ＥＣＭ２８０は、時間的に連続する２つのクランク信号間にカム信号の入力がなかったと判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ３０へと進める。

【0049】

ステップ２９では、ＥＣＭ２８０が、カム信号からクランク信号までの角度を算出する。具体的には、ＥＣＭ２８０は、クランク角センサ２４０から入力された時間的に連続する複数のクランク信号から、クランクプレート２３０の歯欠け部２３０Ｃにより形成される歯欠け位置であるか否かを判定する。そして、ＥＣＭ２８０は、歯欠け位置であると判定すると、「（クランク信号からカム信号までの時間／連続する２つのクランク信号の間の時間）×クランク信号間角度×３」という算出式から、カム信号からクランク信号までの角度を算出する。また、ＥＣＭ２８０は、歯欠け位置でないと判定すると、「（クランク信号からカム信号までの時間／連続する２つのクランク信号の間の時間）×クランク信号間角度」という算出式から、カム信号からクランク信号までの角度を算出する。

【0050】

ステップ３０では、ＥＣＭ２８０が、クランク角センサ２４０から入力された時間的に連続する複数のクランク信号から、クランクプレート２３０の歯欠け部２３０Ｃにより形成される歯欠け位置であるか否かを再度判定する。そして、ＥＣＭ２８０は、歯欠け位置であると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ３１へと進める。一方、ＥＣＭ２８０は、歯欠け位置でないと判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ３２へと進める。なお、歯欠け位置であるか否かの判定は、ステップ２９の判定結果を利用してもよい。

【0051】

ステップ３１では、ＥＣＭ２８０が、カム信号からクランク信号の基準位置までの角度信号カウンタに３を加算する。その後、ＥＣＭ２８０は、処理をステップ３３へと進める。
ステップ３２では、ＥＣＭ２８０が、角度信号カウンタに１を加算する。その後、ＥＣＭ２８０は、処理をステップ３３へと進める。

【0052】

ステップ３３では、ＥＣＭ２８０が、例えば、歯欠け位置により特定される位置からのクランク信号をカウントすることで、クランク信号の基準位置であるか否かを判定する。そして、ＥＣＭ２８０は、基準位置であると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ３４へと進める。一方、ＥＣＭ２８０は、基準位置でないと判定すれば（Ｎｏ）、今回の制御サイクルにおける第２のＶＶＴ制御処理を終了させる。

【0053】

ステップ３４では、ＥＣＭ２８０が、「（カム信号からクランク信号の基準位置までの角度信号カウンタ－１）×クランク信号間角度」という算出式から、クランク信号からクランク信号の基準位置までの角度を算出する。

【0054】

ステップ３５では、ＥＣＭ２８０が、「カム信号からクランク信号までの角度＋クランク信号からクランク信号の基準位置までの角度＋カム信号とクランク信号の基準位置との間において変化したＶＶＴ機構の角度変化量」という算出式から、カム信号からクランク信号の基準位置までの角度を算出する。

【0055】

ステップ３６では、ＥＣＭ２８０が、カム信号からクランク信号の基準位置までの角度が基準位置間の角度以下であるか否かを判定する。そして、ＥＣＭ２８０は、カム信号からクランク信号の基準位置までの角度が基準位置間の角度以下であると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ３７へと進める。一方、ＥＣＭ２８０は、カム信号からクランク信号の基準位置までの角度が基準位置間の角度より大きいと判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ３８へと進める。

【0056】

ステップ３７では、ＥＣＭ２８０が、第１の算出式を使用して、ＶＶＴ機構２７０の実角度を算出し、その後、今回の制御サイクルにおける第２のＶＶＴ制御処理を終了させる。
ステップ３８では、ＥＣＭ２８０が、第２の算出式を使用して、ＶＶＴ機構２７０の実角度を算出し、その後、今回の制御サイクルにおける第２のＶＶＴ制御処理を終了させる。

【0057】

ステップ３９では、ＥＣＭ２８０が、従来方式によりＶＶＴ機構２７０の実角度を算出し、その後、今回の制御サイクルにおける第２のＶＶＴ制御処理を終了させる。

【0058】

かかる第２のＶＶＴ制御処理によれば、先に説明した第１のＶＶＴ制御処理に加えて、定時ジョブ間のＶＶＴ機構２７０の角度変化量を逐次積算することで、カム信号とクランク信号の基準位置との間において変化したＶＶＴ機構２７０の変化量が算出される。また、カム信号が入力されたことを契機として、クランク信号からカム信号までの時間が算出される。さらに、前回の制御サイクルから今回の制御サイクルまでの間においてクランク信号間にカム信号が入力されると、クランク信号による歯欠け位置の判定結果に応じて、カム信号からクランク信号までの角度が算出される。さらにまた、カム信号からクランク信号の基準位置までのクランク信号の数をカウントする角度信号カウンタが、クランク信号による歯欠け位置の判定結果に応じた数だけインクリメントされる。

【0059】

そして、クランク信号の基準位置になると角度信号カウンタ及びクランク信号間の角度に応じて、カム信号の直後に読み込まれたクランク信号から次のクランク信号の基準位置までの角度が算出される。また、カム信号からクランク信号までの角度、クランク信号からクランク信号の基準位置までの角度、及びカム信号とクランク信号の基準位置との間において変化したＶＶＴ機構２７０の角度変化量に応じて、カム信号からクランク信号の基準位置までの角度が算出される。その後、図１６に示すように、カム信号からその後のクランク信号までの角度（ａ）、クランク信号からクランク信号の基準位置までの角度（ｂ）、及びカム信号とその後のクランク信号の基準位置との間において変化したＶＶＴ機構２７０の角度変化量（ｃ）に応じて、カム信号からクランク信号の基準位置までの角度が算出される。

【0060】

従って、カム信号とその後のクランク信号の基準位置との間において変化したＶＶＴ機構２７０の角度変化量を考慮することによって、カム信号からクランク信号の基準位置までの角度がより高精度に算出され、これによって、ＶＶＴ機構２７０の制御精度を向上させることができる。

【0061】

なお、カム信号とその後のクランク信号の基準位置との間において変化したＶＶＴ機構２７０の角度変化量は、アクチュエータとしての電動モータ２７０Ｂの操作量から推定するようにしてもよい。このようにすれば、ＶＶＴ機構２７０の電動モータ２７０Ｂの回転角度を検出するモータ回転角度センサが不要となり、例えば、車両にＶＶＴ機構２７０を搭載する費用を低減させることができる。また、アクチュエータとして、出力軸の回転角度を検知可能な電動モータ２７０Ｂとすることで、電動式のＶＶＴ機構２７０に対して容易に本提案技術を適用することができる。

【0062】

なお、当業者であれば、様々な上記実施形態の技術的思想について、その一部を省略したり、その一部を適宜組み合わせたり、その一部を置換したりすることで、新たな実施形態を生み出せることを容易に理解できるであろう。

【0063】

その一例を挙げると、ＶＶＴ機構２７０は、図４に示す構成のものに限らず、クランクシャフト１３０と同期して回転する駆動回転体と、駆動回転体の内側に配置されて吸気カムシャフト１７０と一体的に回転する従動回転体と、駆動回転体に対する従動回転体の相対回転速度を変更する電動モータと、を有するものであってもよい。

【符号の説明】

【0064】

１００…エンジン、１３０…クランクシャフト、１７０…吸気カムシャフト（カムシャフト）、２３０…クランクプレート、２３０Ｂ…歯部、２３０Ｃ…歯欠け部、２４０…クランク角センサ、２６０…カム角センサ、２７０…ＶＶＴ機構（可変バルブタイミング機構）、２７０Ｂ…電動モータ（アクチュエータ）、２８０…ＥＣＭ（制御装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】