特開 2024-113325 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】P2024113325

(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

   F01L 1/344 20060101ALI20240815BHJP

   F01L 9/22 20210101ALI20240815BHJP

【ＦＩ】

F02D13/02 G

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 2023018217

(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】ヌル アフィカ ビンティ アデナン

(72)【発明者】

【氏名】早乙女 博斗

【テーマコード（参考）】

3G018

3G092

【Ｆターム（参考）】

3G018AB08

3G018CA13

3G018DA34

3G018FA01

3G018FA07

3G018GA03

3G092AA11

3G092DA03

3G092DG08

3G092FA06

3G092GA01

3G092HA13Z

3G092HE03Z

(57)【要約】

【課題】ＶＶＴ機構の制御装置において、エンジン始動時などエンジン回転速度が比較的低速であっても、ＶＶＴ機構の目標角度に対する実角度の追従性を向上させる。
【解決手段】クランクシャフトに対する吸気カムシャフト３６の相対回転角度を電動モータによって変更するＶＶＴコントローラ２５０は、エンジンクランキング時に、ＶＶＴ機構１００のエンジン始動時の目標角度に対して設定されたエンジン始動性能に影響がない許容範囲内にＶＶＴ機構１００の実角度が保持されるという条件下で、電動モータを電流制御してＶＶＴ機構１００を遅角側に押し付ける。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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電動モータによって変更する可変バルブタイミング機構の制御装置であって、
エンジンクランキング時に、前記可変バルブタイミング機構のエンジン始動時の目標角度に対して設定されたエンジン始動性能に影響がない許容範囲内に前記可変バルブタイミング機構の実角度が保持されるという条件下で、前記電動モータを電流制御して前記可変バルブタイミング機構を遅角側に押し付ける、
可変バルブタイミング機構の制御装置。

【請求項2】

前記許容範囲は、前記可変バルブタイミング機構の始動時の目標角度を下回るように設定されるか、又は前記可変バルブタイミング機構の動作範囲を規定するストッパに衝突しない範囲に設定される、
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3】

前記可変バルブタイミング機構の実角度が前記許容範囲内に保持されるように前記電動モータを電流制御するか、又は前記可変バルブタイミング機構の実角度が前記許容範囲外になったときに前記電動モータを電流制御する、
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4】

前記可変バルブタイミング機構の実角度と前記許容範囲との相関関係に応じて、前記カムシャフトのカムトルクに負けないモータ電流を設定して前記電動モータに供給する、
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5】

エンジン回転速度、潤滑油温度、及びバッテリ電圧に応じて、前記電動モータに供給するモータ電流を補正する、
請求項４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】

前記電動モータの電流制御は、エンジンストールが発生していないとき、前記可変バルブタイミング機構の実角度が求められたとき、及びエンジン回転速度が所定回転速度未満であるときの少なくとも１つの条件が成立したときに実行される、
請求項１～請求項５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電動モータによって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ために、特開２０１８－１２３７１６号公報（特許文献１）に記載されるような電動式のＶＶＴ機構が提案されている。特許文献１に記載されたＶＶＴ機構は、クランクシャフト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カムシャフト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、を有している。そして、このＶＶＴ機構では、駆動回転体に対する従動回転体の相対回転速度を同じにすると、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が保持され、駆動回転体に対する従動回転体の相対回転速度を異ならせると、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が進角側又は遅角側に変更される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１２３７１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、一般的に、ＶＶＴ機構の電動モータのフリクションは、カムシャフトのカムトルクより小さいという特性がある。このため、クランキング開始からエンジン回転速度がカムトルクの影響を受けない所定回転速度に達するまでなど、エンジン回転速度が比較的低速のときには、カムトルクの影響を受けて駆動回転体と従動回転体との相対角度が変化し、ＶＶＴ機構の実際の角度（実角度）が目標角度からずれてしまい、ＶＶＴ機構の目標角度に対する実角度の追従性が低下して応答遅れが発生するおそれがあった。

【0005】

そこで、本発明は、エンジン回転速度が比較的低速であっても、ＶＶＴ機構の目標角度に対する実角度の追従性を向上させた、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】

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電動モータによって変更するＶＶＴ機構の制御装置は、エンジンクランキング時に、ＶＶＴ機構のエンジン始動時の目標角度に対して設定されたエンジン始動性能に影響がない許容範囲内にＶＶＴ機構の実角度が保持されるという条件下で、電動モータを電流制御してＶＶＴ機構を遅角側に押し付ける。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ＶＶＴ機構の制御装置において、エンジン回転速度が比較的低速であっても、ＶＶＴ機構の目標角度に対する実角度の追従性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】車両に搭載されたエンジンシステムの一例を示す概略図である。

【図2】ＶＶＴ機構の一例を示す縦断面図である。

【図3】図２におけるＡ－Ａ断面図である。

【図4】図２におけるＢ－Ｂ断面図である。

【図5】従来技術の問題点の説明図である。

【図6】本実施形態による作用及び効果の説明図である。

【図7】ＶＶＴ制御処理の一例を示すフローチャートである。

【図8】ＶＶＴ機構の制御方法の第１実施例の説明図である。

【図9】ＶＶＴ機構の制御方法の第２実施例の説明図である。

【図10】ＶＶＴ機構の制御方法の第３実施例の説明図である。

【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、本実施形態に係るＶＶＴ機構の制御装置が適用され得る、自動車、建設機械などの車両に搭載されたエンジンシステムの一例を示している。なお、図１に示すエンジンシステムは、あくまで一例であって、その構成に限定されると解釈すべきではない。

【0010】

エンジン１０は、例えば、直列３気筒、直列４気筒、Ｖ型６気筒などの周知のガソリンエンジンである。各気筒に吸気（吸入空気）を導入する吸気管１２の所定箇所には、エンジン１０の負荷の一例として挙げられる吸気流量Ｑを検出する吸気流量センサ１４が取り付けられている。吸気流量センサ１４としては、例えば、エアフローメータなどの熱線式流量計を使用することができる。なお、エンジン１０の負荷としては、吸気流量Ｑに限らず、例えば、吸気負圧、過給圧力、スロットル開度、アクセル開度など、エンジン１０の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。

【0011】

各気筒の燃焼室１６に吸気を導入する吸気ポート１８には、燃焼室１６を臨む端部開口を開閉する吸気弁２０が配置されている。吸気弁２０の吸気上流に位置する吸気ポート１８の所定箇所には、吸気弁２０の傘部背面に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２２が取り付けられている。燃料噴射弁２２は、電磁コイルの通電によって磁気吸引力が発生すると、スプリングによって閉弁方向に付勢されている弁体がリフトし、先端の噴孔が開弁して燃料を噴射する。燃料噴射弁２２には、噴孔の開弁時間に略比例した燃料が噴射されるように、所定圧力に調圧された燃料が供給されている。なお、燃料噴射弁２２は、吸気弁２０の傘部背面に向けて燃料を噴射する構成に限らず、燃焼室１６に燃料を直接噴射する構成、又はこれらの両方を備えた構成であってもよい。

【0012】

燃料噴射弁２２の噴孔から噴射された燃料は、吸気ポート１８の端部開口と吸気弁２０との間の隙間を通って燃焼室１６に吸気と共に導入され、燃焼室１６の上部中央に配置された点火プラグ２４の火花点火によって着火燃焼する。その結果、燃焼圧力がピストン２６をクランクシャフト（図示せず）に向けて押し下げることで、クランクシャフトを回転駆動させる。

【0013】

また、燃焼室１６から排気を導出する排気ポート２８には、燃焼室１６を臨む端部開口を開閉する排気弁３０が配置されている。そして、排気弁３０によって排気ポート２８の端部開口が開弁すると、排気ポート２８の端部開口と排気弁３０との間の隙間を通って、排気が排気管３２へと排出される。排気管３２の所定箇所には、触媒コンバータ３４が配置されている。排気に含まれる有害物質は、触媒コンバータ３４によって無害成分に浄化された後、排気管３２の終端開口から大気中に放出される。ここで、触媒コンバータ３４としては、例えば、排気に含まれるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）を同時に浄化する三元触媒を使用することができる。

【0014】

吸気弁２０を開閉駆動する吸気カムシャフト３６の端部には、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト３６の相対回転角度を変化させることで、吸気弁２０のバルブタイミングを変更する電動式のＶＶＴ機構１００が取り付けられている。ここで、ＶＶＴ機構１００は、吸気弁２０に限らず、吸気弁２０及び排気弁３０の少なくとも一方に取り付けられていればよい。なお、ＶＶＴ機構１００の詳細については後述する。

【0015】

エンジンシステムの所定箇所には、上述した吸気流量センサ１４に加えて、水温センサ３８、エンジン回転速度センサ４０、クランク角センサ４２、カム角センサ４４、及びモータ回転速度センサ４６が夫々取り付けられている。水温センサ３８は、エンジン１０の冷却水温度（水温）Ｔｗを検出する。エンジン回転速度センサ４０は、エンジン１０の回転速度Ｎｅを検出する。クランク角センサ４２は、クランクシャフトの基準位置からの回転角度θ_ＣＲＫを検出する。カム角センサ４４は、吸気カムシャフト３６の基準位置からの回転角度θ_ＣＡＭを検出する。モータ回転速度センサ４６は、ＶＶＴ機構１００の電動モータ（詳細については後述する）の出力軸の回転速度Ｎｍを検出する。なお、以下の説明においては、電動モータの出力軸の回転速度を、電動モータの回転速度と略記する。

【0016】

吸気流量センサ１４、水温センサ３８、エンジン回転速度センサ４０、クランク角センサ４２、カム角センサ４４、及びモータ回転速度センサ４６の各出力信号は、マイクロコンピュータ（図示せず）を内蔵したエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）２００に入力されている。エンジン制御モジュール２００は、吸気流量センサ１４及びエンジン回転速度センサ４０から吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅ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演算する。また、エンジン制御モジュール２００は、水温センサ３８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演算する。そして、エンジン制御モジュール２００は、エンジン運転状態に応じたタイミングで燃料噴射弁２２及び点火プラグ２４に作動信号を夫々出力し、燃料噴射量に応じた燃料を燃料噴射弁２２から噴射させるとともに、点火プラグ２４によって燃料と吸気との混合気を着火燃焼させる。このとき、エンジン制御モジュール２００は、図示しない空燃比センサから空燃比を読み込み、排気中の空燃比が目標空燃比に近づくように、燃料噴射弁２２をフィードバック制御する。

【0017】

エンジン制御モジュール２００は、燃料噴射弁２２及び点火プラグ２４の制御に加えて、吸気流量センサ１４及びエンジン回転速度センサ４０から吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅを夫々読み込み、エンジン運転状態に応じたＶＶＴ機構１００の目標角度を演算する。また、エンジン制御モジュール２００は、回転速度Ｎｅに１／２を乗算して吸気カムシャフト３６の回転速度Ｎｃ（Ｎｃ＝Ｎｅ×１／２）を演算するとともに、モータ回転速度センサ４６から回転速度Ｎｍを読み込む。さらに、エンジン制御モジュール２００は、ＶＶＴ機構１００が目標角度に近づくように、吸気カムシャフト３６の回転速度Ｎｃ、電動モータの回転速度Ｎｍ、及びＶＶＴ機構１００の減速比に応じた電動モータの目標回転速度Ｎｔを演算する。そして、エンジン制御モジュール２００は、ＣＡＮ（Controller Area Network）などの周知の車載ネットワークを介して、マイクロコンピュータ（図示せず）を内蔵したＶＶＴコントローラ２５０に電動モータの目標回転速度Ｎｔを送信する。ここで、ＶＶＴコントローラ２５０には、エンジン制御モジュール２００と同様に、電動モータの回転速度Ｎｍを検出するモータ回転速度センサ４６の出力信号が入力されている。なお、ＶＶＴコントローラ２５０が、ＶＶＴ機構１００の制御装置の一例として挙げられる。

【0018】

電動モータの目標回転速度Ｎｔを受信したＶＶＴコントローラ２５０は、モータ回転速度センサ４６から電動モータの実際の回転速度（実回転速度）Ｎｍを読み込み、実回転速度Ｎｍが目標回転速度Ｎｔに近づくように、電動モータに供給する電流をフィードバック制御する。要するに、ＶＶＴコントローラ２５０は、速度フィードバック制御によってＶＶＴ機構１００の電動モータに供給する電流を制御する。

【0019】

図２～図４は、ＶＶＴ機構１００の一例を示している。なお、図２～図４に示すＶＶＴ機構１００はあくまで一例であって、電動モータによってクランクシャフトに対する吸気カムシャフト３６の相対回転角度を変更可能であれば、当業者にとって周知のＶＶＴ機構であってもよい。

【0020】

ＶＶＴ機構１００は、図２に示すように、タイミングスプロケット（カムスプロケット）１０２と、カバー部材１０４と、位相変更機構１０６と、を有している。タイミングスプロケット１０２は、タイミングチェーン１０８を介して、エンジン１０のクランクシャフトによって回転駆動される。そして、タイミングスプロケット１０２は、これと一体化された吸気カムシャフト３６を回転駆動させる。カバー部材１０４は、吸気カムシャフト３６を基準としたタイミングスプロケット１０２よりも遠位側において、エンジン１０の固定構造物であるチェーンカバー１１０に対してボルト１１２で締結されている。位相変更機構１０６は、タイミングスプロケット１０２と吸気カムシャフト３６との間に配置され、吸気カムシャフト３６に対するタイミングスプロケット１０２の相対回転角度を変更する。

【0021】

タイミングスプロケット１０２は、吸気カムシャフト３６の端部の外周面に対して、ボールベアリング１１４を介して相対回転可能に配置されている。タイミングスプロケット１０２の外周部の側面であって、吸気カムシャフト３６より遠位側に位置する側面には、内周に波形状の内歯１１６Ａ（図３参照）が形成された環状部材１１６、及び円環形状のプレート１１８が、ボルト１２０によって締結されている。また、タイミングスプロケット１０２の内周面の一部には、図４に示すように、円弧形状のストッパ凸部１０２Ａが周方向に沿って所定長さに亘って形成されている。

【0022】

プレート１１８の遠位側の外周部には、位相変更機構１０６の減速機１２２、及び電動モータ１２４の各構成部材を覆うように、吸気カムシャフト３６から遠位方向に向かって延びる円筒形状のハウジング１２６が、ボルト１２８によって締結されている。ハウジング１２６は、非鉄金属によって形成されて、ヨークとして機能する。ハウジング１２６の遠位側に位置する先端面には、円環プレート形状の保持部１２６Ａが一体的に連結されている。そして、ハウジング１２６は、これよりも遠位側に配置されたカバー部材１０４によって、カバー部材１０４と少なくとも所定間隔を隔てつつ覆われている。

【0023】

吸気カムシャフト３６の端部には、従動回転体である従動部材１３０が、カムボルト１３２によって締結されている。また、吸気カムシャフト３６の先端部の外周面の一部には、図４に示すように、タイミングスプロケット１０２のストッパ凸部１０２Ａが相対回転可能に嵌合する、円弧形状のストッパ凹溝３６Ａが周方向に沿って所定長さに亘って形成されている。ここで、タイミングスプロケット１０２のストッパ凸部１０２Ａ、及び吸気カムシャフト３６のストッパ凹溝３６Ａによって、ＶＶＴ機構１００の動作範囲を機械的に規定するストッパが構成されている。

【0024】

そして、吸気カムシャフト３６に対してタイミングスプロケット１０２が相対回転し、ストッパ凸部１０２Ａがストッパ凹溝３６Ａの内面に当接すると、吸気カムシャフト３６に対するタイミングスプロケット１０２の相対回転が阻止される。このため、吸気カムシャフト３６に対するタイミングスプロケット１０２の最進角位置及び最遅角位置が夫々規定され、吸気弁２０のバルブタイミングの可変範囲が制限されることとなる。

【0025】

従動部材１３０は、鉄系金属によって形成され、図２及び図３に示すように、吸気カムシャフト３６の近位側に配置された円板部１３０Ａと、吸気カムシャフト３６の遠位側に配置された円筒部１３０Ｂと、を含んで構成されている。円板部１３０Ａには、吸気カムシャフト３６と略同径を有する円環形状の凸部１３０Ｃが一体的に形成され、ここにボールベアリング１１４の内輪の一部が嵌合されている。また、円板部１３０Ａの外周部には、複数のローラ１３４を保持する保持器１３６が一体的に形成されている。

【0026】

位相変更機構１０６は、吸気カムシャフト３６と同心に配置された電動モータ１２４と、電動モータ１２４の回転速度を減速しつつ吸気カムシャフト３６に伝達する減速機１２２と、を含んで構成されている。

【0027】

電動モータ１２４は、タイミングスプロケット１０２と一体的に回転するハウジング１２６と、ハウジング１２６の内部に回転自由に配置されたモータ軸１３８と、ハウジング１２６の内周面に固定された一対の永久磁石１４０，１４２と、ハウジング１２６の保持部１２６Ａに固定された固定子１４４と、を含んで構成されている。モータ軸１３８は、円筒形状に形成されて、アーマチュアとして機能する。モータ軸１３８の略中央位置の外周には、複数の極を有する鉄心ロータ１４６が固定されている。鉄心ロータ１４６には、電磁コイル１４８が巻き回されている。

【0028】

モータ軸１３８は、カムボルト１３２の外周、及び従動部材１３０の円筒部１３０Ｂの外周に対して、ボールベアリング１５０及びニードルベアリング１５２を介して、相対回転可能に配置されている。また、モータ軸１３８の近位側の端部には、減速機１２２の一部を構成する、円筒形状の偏心軸部１５４が一体的に形成されている。

【0029】

減速機１２２は、偏心回転運動をする偏心軸部１５４と、偏心軸部１５４の外周に配置されたボールベアリング１５６と、ボールベアリング１５６の外周に配置されたローラ１３４と、ローラ１３４を転動方向に保持しつつ径方向への移動を許容する保持器１３６と、保持器１３６と一体化された従動部材１３０と、を含んで構成されている。偏心軸部１５４の外周面に形成されたカム面の軸心は、モータ軸１３８の軸心Ｘから径方向へと僅かに偏心している。ここで、ボールベアリング１５６及びローラ１３４などは、遊星噛み合い部として機構する。

【0030】

また、ボールベアリング１５６の外輪の外周面には、ローラ１３４が常時当接している。さらに、ボールベアリング１５６の外周には円環形状の隙間１５８が形成され、この隙間１５８によってボールベアリング１５６の全体が、偏心軸部１５４の偏心回転に伴って径方向へと移動可能、要するに、偏心可能になっている。各ローラ１３４は、ボールベアリング１５６の偏心動作に伴って径方向へと移動しつつ環状部材１１６の内歯１１６Ａに嵌まり込むとともに、保持器１３６によって周方向にガイドされつつ径方向に揺動運動するように構成されている。

【0031】

次に、このようなＶＶＴ機構１００の動作について説明する。
エンジン１０のクランクシャフトが回転すると、タイミングチェーン１０８を介してタイミングスプロケット１０２が回転し、その回転力によって環状部材１１６、プレート１１８及びハウジング１２６を介して電動モータ１２４が同期回転する。一方、環状部材１１６の回転力は、ローラ１３４、保持器１３６及び従動部材１３０を介して、吸気カムシャフト３６に伝達される。これによって、吸気カムシャフト３６が回転し、そこに形成されたカムが吸気弁２０を開閉させる。

【0032】

クランクシャフトに対する吸気カムシャフト３６の相対回転角度、要するに、吸気弁２０のバルブタイミングを変更するときには、電磁コイル１４８に通電して電動モータ１２４を作動させる。電動モータ１２４が作動すると、そのモータ回転力が減速機１２２を介して吸気カムシャフト３６に伝達される。即ち、モータ軸１３８の回転に伴い偏心軸部１５４が偏心回転すると、各ローラ１３４がモータ軸１３８の１回転ごとに、保持器１３６により径方向にガイドされつつ、環状部材１１６の１つの内歯１１６Ａを乗り越えて隣接する他の内歯１１６Ａに転動しながら移動する。そして、各ローラ１３４が、これを順次繰り返しながら円周方向へと転接する。各ローラ１３４の転接によって、モータ軸１３８の回転が、減速されつつ従動部材１３０に伝達される。なお、モータ軸１３８の回転が従動部材１３０に伝達されるときの減速比は、ローラ１３４の個数などによって任意に設定することができる。

【0033】

よって、タイミングスプロケット１０２に対して吸気カムシャフト３６が正逆相対回転して、その相対回転角度が変更される。これによって、吸気弁２０の開閉タイミングが、進角側又は遅角側に変更される。

【0034】

このとき、タイミングスプロケット１０２に対する吸気カムシャフト３６の正逆相対回転は、ストッパ凸部１０２Ａがストッパ凹溝３６Ａの内面に当接することで規制される。即ち、従動部材１３０が偏心軸部１５４の偏心回転に伴ってタイミングスプロケット１０２の回転方向と同方向に相対回転することによって、ストッパ凸部１０２Ａがストッパ凹溝３６Ａの一方の側面に当接して、それ以上の回転が規制される。これによって、吸気カムシャフト３６は、タイミングスプロケット１０２に対する相対回転角度が最進角位置へと変更される。一方、従動部材１３０がタイミングスプロケット１０２の回転方向と逆方向に相対回転することによって、ストッパ凸部１０２Ａがストッパ凹溝３６Ａの他の側面に当接して、それ以上の回転が規制される。これによって、吸気カムシャフト３６は、タイミングスプロケット１０２に対する相対回転角度が最遅角位置へと変更される。なお、電動モータ１２４を停止させると、タイミングスプロケット１０２の回転に伴って従動部材１３０がタイミングスプロケット１０２の回転方向と逆方向に回転し、これによって、吸気カムシャフト３６は、タイミングスプロケット１０２に対する相対回転角度が最進角位置へと変更される。

【0035】

ところで、一般的に、ＶＶＴ機構１００の電動モータ１２４のフリクションが吸気カムシャフト３６のカムトルクより小さいため、図５に示すように、クランキング開始からエンジン回転速度がカムトルクの影響を受けなくなる所定回転速度に達するまでなど、エンジン回転速度が比較的低速であるときには、カムトルクの影響を受けてＶＶＴ機構１００の実角度がエンジン始動時の目標角度からずれてしまうおそれがあった。この状態で目標角度が変化すると、ＶＶＴ機構１００の始動時の目標角度と実角度との偏差に応じて電動モータ１２４のモータ電流のフィードバック制御が開始されるが、ＶＶＴ機構１００の実角度が始動時の目標角度からずれたことによって変化した目標角度に追従できず、応答遅れが発生する可能性があった。

【0036】

そこで、本実施形態では、ＶＶＴコントローラ２５０は、エンジンクランキング時に、ＶＶＴ機構１００のエンジン始動時の目標角度に対して設定されたエンジン始動性能に影響がない許容範囲内にＶＶＴ機構１００の実角度が保持されるという条件下で、電動モータ１２４を電流制御してＶＶＴ機構１００を遅角側に押し付けるようにする。このようにすれば、図６に示すように、ＶＶＴコントローラ２５０は、クランキング開始からエンジン回転速度が所定回転速度に達するまでの間、エンジン始動性能に影響がない限度において、ＶＶＴ機構１００の電動モータ１２４を電流制御して遅角側に押し付けることができる。

【0037】

このため、電動モータ１２４に供給するモータ電流を適切に制御することで、カムトルクによってＶＶＴ機構１００の実角度が進角側にずれることが抑制されて、ＶＶＴ機構１００の目標角度と実角度との偏差が小さくなる。従って、電動モータ１２４の制御方法が電流制御からフィードバック制御へと切り替えられた直後であっても、ＶＶＴ機構１００の目標角度の変化に追従できるようになる。また、ＶＶＴ機構１００の目標角度に対する実角度の追従性が向上することから、ストッパへの衝突による振動発生及び異音発生なども抑制することができる。なお、ＶＶＴコントローラ２５０は、エンジン停止時に、エンジン再始動に備えてＶＶＴ角度をエンジン始動に適した目標角度に変更することに留意されたい。

【0038】

図７は、ＶＶＴコントローラ２５０が起動されたことを契機として、ＶＶＴコントローラ２５０の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ＶＶＴ制御処理の一例を示している。ここで、ＶＶＴコントローラ２５０のマイクロコンピュータは、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、ＶＶＴ制御処理を実行する。なお、以下の説明においては、説明を簡略化するために、ＶＶＴコントローラ２５０のマイクロコンピュータを「ＶＶＴコントローラ２５０」と略記する。

【0039】

ステップ１０（図７では「Ｓ１０」と略記する。以下同様。）では、ＶＶＴコントローラ２５０が、ＶＶＴ機構１００の駆動許可条件が成立しているか否かを判定する。駆動許可条件としては、例えば、バッテリ電圧が正常範囲にある第１の条件、ＶＶＴ機構１００の電動モータ１２４の電流検出ができている第２の条件、上位のエンジン制御モジュール２００から駆動許可が得られている第３の条件、及びＶＶＴ機構１００に故障が発生していない第４の条件のすべてが成立したことを適用することができる。そして、ＶＶＴコントローラ２５０は、ＶＶＴ機構１００の駆動許可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、ＶＶＴコントローラ２５０は、ＶＶＴ機構１００の駆動許可条件が成立していないと判定すれば（Ｎｏ）、ＶＶＴ機構１００の制御が禁止されているので今回の制御サイクルにおけるＶＶＴ制御処理を終了させる。

【0040】

ステップ１１では、ＶＶＴコントローラ２５０が、例えば、上位のエンジン制御モジュール２００から送信されたエンジン作動情報に基づいて、エンジンストール判定なしであるか否か、要するに、エンジン１０が作動中であるか否かを判定する。そして、ＶＶＴコントローラ２５０は、エンジンストール判定なし、即ち、エンジン１０が作動中であると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ１２へと進める。一方、ＶＶＴコントローラ２５０は、エンジンストール判定あり、即ち、エンジン１０が停止していると判定すれば（Ｎｏ）、ＶＶＴ機構１００を制御する必要性がないので今回の制御サイクルにおけるＶＶＴ制御処理を終了させる。

【0041】

ステップ１２では、ＶＶＴコントローラ２５０が、クランキング開始後において初回のＶＶＴ角度が算出できたか否か、即ち、クランク角センサ４２及びカム角センサ４４の各出力信号などからＶＶＴ機構１００の実角度が算出できたか否かを判定する。そして、ＶＶＴコントローラ２５０は、初回のＶＶＴ機構１００の実角度が算出できたと判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ１３へと進める。一方、ＶＶＴコントローラ２５０は、初回のＶＶＴ機構１００の実角度が算出できない、要するに、ＶＶＴ機構１００の実角度を使用した制御が実行できないと判定すれば（Ｎｏ）、今回の制御サイクルにおけるＶＶＴ制御処理を終了させる。

【0042】

ステップ１３では、ＶＶＴコントローラ２５０が、エンジン回転速度センサ４０から回転速度Ｎｅを読み込み、エンジン１０の回転速度Ｎｅが所定回転速度未満であるか否かを判定する。ここで、所定回転速度は、吸気カムシャフト３６のカムトルクによりＶＶＴ機構１００が影響を受ける範囲の上限を規定する閾値であって、例えば、５００［ｒｐｍ］とすることができる。そして、ＶＶＴコントローラ２５０は、エンジン１０の回転速度Ｎｅが所定回転速度未満である、即ち、エンジン１０の回転速度Ｎｅが比較的低速であることからカムトルクの影響を受ける可能性があると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ１４へと進める。一方、ＶＶＴコントローラ２５０は、エンジン１０の回転速度Ｎｅが所定回転速度以上である、即ち、エンジン１０の回転速度Ｎｅが比較的低速でないことからカムトルクの影響を受ける可能性がないと判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ１６へと進める。

【0043】

ステップ１４では、ＶＶＴコントローラ２５０が、ＶＶＴ機構１００のエンジン始動時の目標角度に対してエンジン始動性能に影響がない許容範囲を設定する。具体的には、ＶＶＴコントローラ２５０は、エンジン始動性能に影響がない限度において、始動時の目標角度を下回る許容範囲を設定（図８及び図９参照）、又はＶＶＴ機構１００の動作範囲を規定するストッパに衝突しない許容範囲を設定（図１０参照）することができる。ここで、図９に示す許容範囲では、ＶＶＴ機構１００の実角度が最遅角位置にあってもエンジン始動性能に影響がないことを踏まえ、許容範囲の下限値が最遅角位置に設定されている。また、図１０に示す許容範囲では、始動時の目標角度を挟んで上限値及び下限値が設定されている。なお、このような許容範囲は、例えば、実機のテスト、シミュレーションなどによって事前に求められてマイクロコンピュータの不揮発性メモリに格納され、ＶＶＴコントローラ２５０が不揮発性メモリを参照して許容範囲を設定することができる。

【0044】

ステップ１５では、ＶＶＴコントローラ２５０が、ＶＶＴ機構１００の電動モータ１２４を電流制御する。具体的には、図８及び図９に示すような許容範囲が設定された場合、ＶＶＴコントローラ２５０は、例えば、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、ＶＶＴ角度と許容範囲の下限値との偏差に反比例するモータ電流が定義されたマップを参照し、制御時におけるＶＶＴ機構１００の実角度と許容範囲の下限値との偏差に応じたモータ電流を設定する。

【0045】

また、図１０に示すような許容範囲が設定された場合、ＶＶＴコントローラ２５０は、目標角度＜ＶＶＴ機構１００の実角度≦許容範囲の上限値であれば、許容範囲の上限値とＶＶＴ角度との偏差に反比例するモータ電流が定義されたマップを参照し、制御時における許容範囲の上限値とＶＶＴ機構１００の実角度との偏差に応じたモータ電流を設定する。一方、ＶＶＴコントローラ２５０は、許容範囲の下限値≦ＶＶＴ機構１００の実角度≦目標角度であれば、ＶＶＴ角度と許容範囲の下限値との偏差に反比例するモータ電流が定義されたマップを参照し、制御時におけるＶＶＴ機構１００の実角度と許容範囲の下限値との偏差に応じたモータ電流を設定する。

【0046】

そして、ＶＶＴコントローラ２５０は、このように設定されたモータ電流をＶＶＴ機構１００の電動モータ１２４に供給し、ＶＶＴ機構１００を遅角側に押し付ける。その後、ＶＶＴコントローラ２５０は、今回の制御サイクルにおけるＶＶＴ制御処理を終了させる。ここで、上記のマップに定義されるモータ電流は、例えば、実機のテスト、シミュレーションなどによって予め求めることができる。

【0047】

ステップ１６では、エンジン１０の回転速度Ｎｅが所定回転速度以上であるため、ＶＶＴコントローラ２５０は、ＶＶＴ機構１００の実角度が目標角度に近づくように、ＶＶＴ機構１００の電動モータ１２４に供給するモータ電流をフィードバック制御する。その後、ＶＶＴコントローラ２５０は、今回の制御サイクルにおけるＶＶＴ機構制御処理を終了させる。

【0048】

かかるＶＶＴ制御処理によれば、ＶＶＴ機構１００の駆動許可条件が成立し、エンジンストール判定がなく、クランキング開始後の初回のＶＶＴ機構１００の実角度が算出でき、かつエンジン１０の回転速度Ｎｅが所定回転速度未満であれば、ＶＶＴ機構１００の始動時の目標角度に対してエンジン始動性能に影響がない許容範囲が設定される。その後、許容範囲とＶＶＴ機構１００の実角度との相関関係によって、ＶＶＴ機構１００の電動モータ１２４に供給するモータ電流が設定され、これが電動モータ１２４に供給されてＶＶＴ機構１００が遅角側に押し付けられる。従って、吸気カムシャフト３６のカムトルクによってＶＶＴ機構１００が進角側にずれようとしても、電動モータ１２４によりＶＶＴ機構１００が遅角側に押し付けられていることから、これを抑制することができる。このような理由から、エンジン始動時など、エンジン１０の回転速度が比較的低速であるときであっても、ＶＶＴ機構１００の目標角度に対する実角度のずれを抑制することができる。

【0049】

また、ＶＶＴ機構１００の駆動許可条件が成立し、かつエンジンストール判定がない状態においてＶＶＴ機構１００の実角度が算出できなければ、そもそも、ＶＶＴ機構１００を制御できないことから、今回の制御サイクルにおけるＶＶＴ機構制御処理が終了される。また、ＶＶＴ機構１００の目標角度が変化した後には、ＶＶＴ機構１００が目標角度と実角度との偏差に応じてフィードバック制御されるため、ＶＶＴ機構１００の目標角度に対する実角度の追従性を向上させることができる。

【0050】

なお、駆動許可条件が成立していないか、又はエンジンストール判定があれば、ＶＶＴ機構１００の作動が禁止されているか、又はエンジン１０が停止していてＶＶＴ機構１００を制御する必要がないため、ＶＶＴ機構１００の制御がスキップされる。

【0051】

ＶＶＴ機構１００の電動モータ１２４に供給するモータ電流は、例えば、エンジン回転速度、潤滑油温度及びバッテリ電圧を加味して補正するようにしてもよい。具体的には、例えば、エンジン回転速度、潤滑油温度及びバッテリ電圧に夫々適合する補正値が予め設定されたマップを参照し、制御時におけるエンジン回転速度、潤滑油温度及びバッテリ電圧に夫々応じた補正値を求め、モータ電流を補正値によって補正することができる。また、モータ電流は、吸気カムシャフト３６のカムトルクに負けず、かつＶＶＴ機構１００の実角度を許容範囲内に保持可能な、予め決められた適合値（所定値）としてもよい。

【0052】

さらに、電動モータ１２４へのモータ電流の供給は、図８及び図９に示す許容範囲の場合、上述した偏差が所定値より大きいときに行い、図１０に示す許容範囲の場合、始動時の目標角度よりもＶＶＴ機構１００の実角度が大きいとき、上述した偏差が所定値より小さければ行い、始動時の目標角度よりもＶＶＴ機構１００の実角度が小さいとき、上述した偏差が所定値より大きければ行うようにしてもよい。このようにすれば、電動モータ１２４にモータ電流を供給するシーンが少なくなり、例えば、ＶＶＴコントローラ２５０の制御負荷及び消費電力を低減することができる。

【0053】

ここで、本実施形態で提案するＶＶＴ機構１００の制御方法の理解を容易ならしめることを目的として、以下、具体的な実例を挙げて、ＶＶＴ機構１００の動作を説明する。

【0054】

＜＜第１実施例、第２実施例＞＞
図８及び図９は、ＶＶＴ機構１００の制御方法の第１実施例及び第２実施例を夫々示している。第１実施例においては、図８から明確に把握できるように、許容範囲は、その上限値を始動時の目標角度とし、その下限値を最遅角位置よりも大きい角度に設定されている。この場合、許容範囲の上方に位置する斜線を付した領域には、ＶＶＴ機構１００の実角度が絶対入らないように制御され、許容範囲の下方に位置する領域は、エンジン始動性能に影響がないため、ＶＶＴ機構１００を制御しても制御しなくてもよい。一方、第２実施例においては、図９から容易に把握できるように、許容範囲は、その上限値を始動時の目標値とし、その下限値をストッパにより規定される最遅角位置に設定されている。この場合、第１実施例と同様に、許容範囲の上方に位置する斜線を付した領域には、ＶＶＴ機構１００の実角度が絶対入らないように制御される。

【0055】

エンジン始動により制御が開始された後、エンジン１０のクランキングが開始されると、ＶＶＴ機構１００を制御する必要があるため、駆動許可条件が成立するとともに、クランキング開始に伴ってエンジンストール判定が「無」になる。また、クランキング開始からの時間経過に伴って、エンジン回転速度が０から徐々に上昇する。このとき、駆動許可条件の成立、及びエンジンストール判定が「無」になることにより、ＶＶＴ機構１００の電動モータ１２４に所定のモータ電流が供給され、その結果、ＶＶＴ機構１００が遅角側に押し付けられる。モータ電流は、ＶＶＴ機構１００の実角度と許容範囲の下限値との偏差に反比例するため、ＶＶＴ機構１００の実角度を効率的に許容範囲内に保持することができる。従って、吸気カムシャフト３６のカムトルクによってＶＶＴ機構１００が進角側にずれようとしても、このカムトルクに抗してＶＶＴ機構１００が遅角側に押し付けられているため、ＶＶＴ機構１００のずれを抑制することができる。

【0056】

時間経過に伴ってエンジン回転速度が所定回転速度に達すると、ＶＶＴ機構１００をフィードバック制御する準備ができたと見做すことができるため、エンジン始動に適した目標角度がエンジン運転状態に応じた目標角度へと変化するとともに、電動モータ１２４の制御方法が電流制御からフィードバック制御へと切り替えられる。電動モータ１２４の制御がフィードバック制御に切り替えられた直後であっても、ＶＶＴ機構１００のずれが抑制されていることから、図示するように、ＶＶＴ機構１００の目標角度に対する実角度の追従性を向上させることができる。

【0057】

＜＜第３実施例＞＞
図１０は、ＶＶＴ機構１００の制御方法の第３実施例を示している。第３実施例においては、図１０から明確に把握できるように、許容範囲は、その上限値が始動時の目標角度よりも大きな値に設定され、その下限値が始動時の目標角度よりも小さな値に設定されている。従って、第３実施例における許容範囲は、始動時の目標角度を挟んだ範囲として設定されている。この場合、第１実施例と同様に、許容範囲の上方に位置する斜線を付した領域には、ＶＶＴ機構１００の実角度が絶対入らないように制御され、許容範囲の下方に位置する領域は、エンジン始動性能に影響がないため、ＶＶＴ機構１００を制御しても制御しなくてもよい。

【0058】

エンジン始動により制御が開始された後、エンジン１０のクランキングが開始されると、ＶＶＴ機構１００を制御する必要があるため、駆動許可条件が成立するとともに、クランキング開始に伴ってエンジンストール判定が「無」になる。また、クランキング開始からの時間経過に伴って、エンジン回転速度が０から徐々に上昇する。このとき、駆動許可条件の成立、及びエンジンストール判定が「無」になることにより、ＶＶＴ機構１００の電動モータ１２４に所定のモータ電流が供給され、その結果、ＶＶＴ機構１００が遅角側に押し付けられる。ＶＶＴ機構１００の実角度が始動時の目標角度よりも大きい許容範囲内にあれば、モータ電流は、許容範囲の上限値と実角度との偏差に反比例する値に設定されるため、ＶＶＴ機構１００の実角度を始動時の目標角度よりも大きい許容範囲内に維持することができる。また、ＶＶＴ機構１００の実角度が始動時の目標角度よりも小さい許容範囲内にあれば、モータ電流は、実角度と許容範囲の下限値との偏差に反比例する値に設定されるため、ＶＶＴ機構１００の実角度を始動時の目標角度よりも小さい許容範囲内に維持することができる。従って、吸気カムシャフト３６のカムトルクによってＶＶＴ機構１００が進角側にずれようとしても、このカムトルクに抗してＶＶＴ機構１００が遅角側に押し付けられているため、ＶＶＴ機構１００のずれを抑制することができる。

【0059】

これ以降の動作は、先の第１実施例及び第２実施例と同様であるため、重複説明を避ける目的で、その説明を省略する。必要であれば、先の第１実施例及び第２実施例の説明を参照されたい。

【0060】

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。

【0061】

その一例を挙げると、車両に搭載されたエンジン１０は、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンであってもよい。また、ＶＶＴ機構１００のストッパは、上述した構成に限らず、ＶＶＴ機構１００の動作範囲を規定可能な周知の構成を有するストッパであってもよい。さらに、ＶＶＴ機構１００の制御は、ＶＶＴコントローラ２５０に限らず、エンジン制御モジュール２００によって行うようにしてもよい。この場合、エンジン制御モジュール２００が、ＶＶＴ機構１００の制御装置の一例として挙げられる。

【符号の説明】

【0062】

１０…エンジン、３６…吸気カムシャフト（カムシャフト）、３６Ａ…ストッパ凹溝（ストッパ）、１００…ＶＶＴ機構（可変バルブタイミング機構）、１０２…タイミングスプロケット（ストッパ）、１０２Ａ…ストッパ凸部（ストッパ）、１２４…電動モータ、２００…エンジン制御モジュール（制御装置）、２５０…ＶＶＴコントローラ（制御装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】