特許 7125278 バルブタイミング制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-16

(45)【発行日】2022-08-24

(54)【発明の名称】バルブタイミング制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 13/02 20060101AFI20220817BHJP

【ＦＩ】

F02D13/02 H

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018085864

(22)【出願日】2018-04-26

(65)【公開番号】P2019190408

(43)【公開日】2019-10-31

【審査請求日】2021-01-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(72)【発明者】

【氏名】平田 靖雄

(72)【発明者】

【氏名】西尾 貴史

(72)【発明者】

【氏名】沖田 祐介

【審査官】戸田 耕太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０８０９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３６９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０９７３００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０６１９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４３１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０９９４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２９２０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１８２８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０１６４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０７２１０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ １３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関（１０）のクランク軸（１１）に対するカム軸（１６，１７）の位相差であるカム軸位相を変化させることで、前記カム軸により開閉される吸気弁又は排気弁のバルブタイミングを変化させる位相可変装置（２０）を制御対象とし、前記内燃機関の回転位置情報に基づいて前記カム軸位相を制御するバルブタイミング制御装置（３０）であって、
前記内燃機関において共振が生じているか否かを判定する判定部と、
前記共振が生じていないと判定される場合に、前記カム軸位相の制御として通常制御を実施する第１制御部と、
前記共振が生じていると判定される場合に、前記カム軸位相の制御として前記通常制御と異なる保護制御を実施する第２制御部と、
を備え、
前記内燃機関は、前記回転位置情報である所定回転角度ごとのエンジン回転位置を検出する第１位置検出部（１９）と、前記回転位置情報である所定回転角度ごとのカム回転位置を検出する第２位置検出部（１８）とを備え、
前記位相可変装置は、前記カム軸位相の変化を生じさせるモータ（２４）と、前記モータのモータ回転位置を検出する第３位置検出部（２７）とを備え、
前記第１制御部は、前記通常制御として、検出された前記エンジン回転位置と、前記カム回転位置と、前記エンジン回転位置における上死点と前記カム回転位置との検出時刻差とに基づいて実際の前記カム軸位相を実位相として算出するとともに、その実位相に基づいて前記カム軸位相を制御し、
前記第２制御部は、前記保護制御として、検出された前記エンジン回転位置から算出されるエンジン回転角度と、検出された前記モータ回転位置から算出されるモータ回転角度と、前記モータ回転角度とカム軸位相の変化量との比とに基づいて前記カム軸位相を制御するバルブタイミング制御装置。

【請求項2】

前記位相可変装置は、前記クランク軸の回転に伴って回転する第１回転体（２１）と、前記第１回転体の回転に伴って回転することで前記カム軸を回転させる第２回転体（２２）とを有し、前記第２回転体の位相を所定の作動範囲内で変化させることにより、前記カム軸位相を変化させ、
前記第１制御部及び前記第２制御部は、前記回転位置情報に基づいて、前記カム軸位相を目標位相に制御し、
前記第２制御部は、前記保護制御として、前記第２回転体の位相が前記作動範囲の中間に位置するように前記目標位相を設定する請求項１に記載のバルブタイミング制御装置。

【請求項3】

前記第１制御部及び前記第２制御部は、前記回転位置情報に基づいて、前記カム軸位相を目標位相に制御し、
前記第２制御部は、前記保護制御として、前記カム軸位を前記目標位相に制御する際の位相変化速度の上限値を前記通常制御による前記位相変化速度の上限値よりも制限する請求項１又は２に記載のバルブタイミング制御装置。

【請求項4】

前記判定部は、前記回転位置情報の変化量又は変化率に基づいて、前記内燃機関に共振が生じているか否かを判定する請求項１～３のいずれか一項に記載のバルブタイミング制御装置。

【請求項5】

前記判定部は、前記位相可変装置における前記カム軸位相の変化量又は変化率に基づいて、前記内燃機関に共振が生じているか否かを判定する請求項１～３のいずれか一項に記載のバルブタイミング制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

内燃機関の回転位置情報に基づいて、吸気弁又は排気弁のバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、内燃機関におけるクランク軸に対するカム軸の回転位相差であるカム軸位相を可変することにより、カム軸の回転による吸気弁又は排気弁のバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御装置が開示されている。具体的には、内燃機関はカム軸位相を可変する位相可変装置を備えている。バルブタイミング制御装置は、この位相可変装置を制御対象とすることで、エンジンの回転位置情報に基づいてカム軸位相を制御し、ひいては吸気弁又は排気弁のバルブタイミングを制御している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４０６６３６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

エンジンの共振によりクランク軸で回転変動が生じると、それに起因して、位相可変装置が意図せず過剰に操作されることが懸念される。

【0005】

本発明は上記課題に鑑みたものであり、エンジンの共振が生じる場合でも、位相可変装置が過剰に操作されるのを防止することができるバルブタイミング制御装置を提供すること目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために本発明では、内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相であるカム軸位相を変化させることで、前記カム軸により開閉される吸気弁又は排気弁のバルブタイミングを変化させる位相可変装置を制御対象とし、前記内燃機関の回転位置情報に基づいて前記カム軸位相を制御するバルブタイミング制御装置に関するものである。バルブタイミング制御装置は、前記内燃機関において共振が生じているか否かを判定する判定部と、前記共振が生じていないと判定される場合に、前記カム軸位相の制御として通常制御を実施する第１制御部と、前記共振が生じていると判定される場合に、前記カム軸位相の制御として前記通常制御と異なる保護制御を実施する第２制御部と、を備える。前記内燃機関は、前記回転位置情報である所定回転角度ごとのエンジン回転位置を検出する第１位置検出部と、前記回転位置情報である所定回転角度ごとのカム回転位置を検出する第２位置検出部とを備える。前記位相可変装置は、前記カム軸位相の変化を生じさせるモータと、前記モータのモータ回転位置を検出する第３位置検出部とを備える。前記第１制御部は、前記通常制御として、検出された前記エンジン回転位置と、前記カム回転位置と、前記エンジン回転位置における上死点と前記カム回転位置との検出時刻差とに基づいて実際の前記カム軸位相を実位相として算出するとともに、その実位相に基づいて前記カム軸位相を制御する。前記第２制御部は、前記保護制御として、検出された前記エンジン回転位置から算出されるエンジン回転角度と、検出された前記モータ回転位置から算出されるモータ回転角度と、前記モータ回転角度とカム軸位相の変化量との比とに基づいて前記カム軸位相を制御する。

【0007】

内燃機関の回転位置情報に基づいてカム軸位相を制御する構成では、内燃機関に共振が生じると、回転位置情報が適正に検出されず、位相可変装置が意図せず過剰に操作されることが懸念される。この点、上記構成では、内燃機関の共振が生じていないと判定される場合に、カム軸位相の制御として通常制御が実施される。一方で、内燃機関の共振が生じていると判定される場合に、カム軸位相の制御として通常制御と異なる保護制御が実施される。この場合、内燃機関の共振の影響により、回転位置情報が適正に検出できない場合でも、保護制御により位相可変装置が過剰に操作されるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】エンジンの構成図。

【図2】位相可変装置の構成図。

【図3】カム軸位相に対する通常制御の手順を説明するフローチャート。

【図4】カム軸位相に対する制御を、通常制御と保護制御との間で切替える手順を説明するフローチャート。

【図5】カム軸位相に対する保護制御の手順を説明するフローチャート。

【図6】カム軸位相に対する保護制御を説明するタイミングチャート。

【図7】第２実施形態に係るカム軸位相に対する保護制御の手順を説明するフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（第１実施形態）
バルブタイミング制御装置の実施形態である制御装置を、図を用いて説明する。制御装置は、車両における内燃機関であるエンジンに適用され、エンジンの吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを制御する。

【0010】

図１に示すように、エンジン１０は、クランク軸１１からの動力がタイミングベルト１２により各スプロケット１３、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には、モータ駆動式の位相可変装置２０が設けられている。位相可変装置２０は、クランク軸１１に対する吸気側カム軸１６の回転位相差を示すカム軸位相を可変することにより、吸気側カム軸１６によって開閉駆動される吸気バルブのバルブタイミングを可変する。

【0011】

図２に示す位相可変装置２０は、クランク軸１１の回転に伴って回転するアウタギヤ２１と、アウタギヤ２１の回転に伴って回転することで吸気側カム軸１６を回転させるインナギヤ２２とを備えている。本実施形態では、アウタギヤ２１は、吸気側カム軸１６と同軸上に配置された内歯付きのギヤであり、クランク軸１１と一体的に回転するようにスプロケット１３内に設けられている。インナギヤ２２は、アウタギヤ２１の内周側に同心状に配置された外歯付きのギヤであり、吸気側カム軸１６と一体的に回転するようにスプロケット１３内に設けられている。本実施形態では、アウタギヤ２１が第１回転体に相当し、インナギヤ２２が第２回転体に相当する。

【0012】

位相可変装置２０には、アウタギヤ２１とインナギヤ２２との間で両者に噛み合う遊星ギヤ２３が設けられている。遊星ギヤ２３は、インナギヤ２２の回りを旋回することにより、アウタギヤ２１の回転力をインナギヤ２２に伝達する。インナギヤ２２の回転速度に対する遊星ギヤ２３の旋回速度を制御することにより、アウタギヤ２１に対するインナギヤ２２の回転位相が変化し、ひいてはカム軸位相を変化させることができる。

【0013】

位相可変装置２０は、インナギヤ２２の回動範囲を制限する制限部を備えている。本実施形態では、制限部は、インナギヤ２２の径外方向へ突出する凸部と、スプロケット１３におけるインナギヤ２２が収容される収容室の内壁に形成される凹部とにより構成されている。インナギヤ２２がアウタギヤ２１に対して遅角方向へ相対的に回動する場合、凸部の遅角側端面が凹部の内周壁に形成されたストッパ部に突き当たることでインナギヤ２２の遅角側の回動が制限される。一方、インナギヤ２２がアウタギヤ２１に対して進角方向へ相対的に回動する場合、凸部の進角側端面が凹部のストッパ部に突き当たることでインナギヤ２２の進角側の回動が制限される。そのため、インナギヤ２２の位相が最進角位置ＭＡＰと最遅角位置ＭＲＰとの間の所定作動範囲に制限されることにより、カム軸位相が制限される。

【0014】

位相可変装置２０は、遊星ギヤ２３の旋回速度を可変するモータ２４を備えている。モータ２４の回転軸２５は、吸気側カム軸１６、アウタギヤ２１及びインナギヤ２２と同軸上に配置され、このモータ２４の回転軸２５と遊星ギヤ２３の支持軸２６とが、径方向に延びる連結部材を介して連結されている。これにより、モータ２４が回転駆動することにより、遊星ギヤ２３が支持軸２６を中心に回転（自転）しながらインナギヤ２２の外周の円軌道を旋回できるようになっている。

【0015】

本実施形態では、位相可変装置２０により吸気バルブ５５のバルブタイミングを進角する場合、モータ２４の回転速度を吸気側カム軸１６の回転速度よりも速くする。これにより、遊星ギヤ２３の旋回速度がインナギヤ２２の回転速度よりも速くなるため、カム軸位相が進角され、ひいてはバルブタイミングが進角される。

【0016】

また、位相可変装置２０により吸気バルブのバルブタイミングを遅角する場合、モータ２４の回転速度を吸気側カム軸１６の回転速度よりも遅くする。これにより、遊星ギヤ２３の旋回速度がインナギヤ２２の回転速度よりも遅くなるため、カム軸位相が遅角され、ひいてはバルブタイミングが遅角される。

【0017】

クランク軸１１の外周側には、所定のエンジン角度毎にエンジン回転位置を検出するクランク角センサ１９が取り付けられている。クランク軸１１には、クランク軸１１の所定回転角度毎に歯が形成されたタイミングロータを備えている。また、タイミングロータには、欠け歯部が形成されている。クランク角センサ１９は、タイミングロータの歯を検出することにより、エンジン回転位置として、所定回転角度毎のクランク角信号ＣＳ１を出力する。また、クランク角センサ１９が欠け歯部に対向する場合、クランク角信号ＣＳ１のオフ期間が通常のオフ期間よりも長くなることにより、エンジン１０の上死点ＴＤＣのタイミングを検出することができる。

【0018】

吸気側カム軸１６の外周側には、所定のカム角毎にカム回転位置を検出するカム角センサ１８が取り付けられている。吸気側カム軸１６には、タイミングロータが取り付けられている。カム角センサ１８は、タイミングロータの歯を検出することにより、カム回転位置として、吸気側カム軸１６の１回転に応じたカム角信号ＣＳ２を出力する。モータ２４には、モータ２４のモータ回転位置を検出するモータ回転角センサ２７が取り付けられている。

【0019】

本実施形態では、クランク角センサ１９が第１位置検出部に相当し、カム角センサ１８が第２位置検出部に相当する。また、本実施形態では、モータ回転角センサ２７が第３位置検出部に相当する。

【0020】

各種センサ１８，１９，２７の出力は、制御装置３０に入力される。制御装置３０が提供する各機能は、例えば、実体的なメモリ装置に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ハードウェア、又はそれらの組み合わせによって提供される。

【0021】

制御装置３０は、位相可変装置２０を制御対象として、クランク角信号ＣＳ１とカム角信号ＣＳ２とに基づいて、カム軸位相を制御する。制御装置３０が実施するカム軸位相に対する通常制御では、現在のカム軸位相を示す実位相が算出され、この実位相を、運転状態に応じて設定される目標位相に近づけるようにモータ２４の回転速度がフィードバック制御される。

【0022】

まずは、図３を用いて、カム軸位相に対する通常制御を説明する。図３に示す通常制御は、通常制御の実施を示すフラグがハイ状態になっている場合において、制御装置３０により所定周期で繰り返し実行される。図３に示す処理が、第１制御部に相当する。

【0023】

ステップＳ１１では、エンジンの運転状態等に基づいて目標位相ＶＴｔｇを設定する。

【0024】

ステップＳ１２～ステップＳ１５では、クランク角センサ１９から出力されるクランク角信号ＣＳ１と、カム角センサ１８から出力されるカム角信号ＣＳ２とに基づいて現在のカム軸位相を示す実位相ＶＴｒを算出する。

【0025】

まず、ステップＳ１２では、クランク角信号ＣＳ１により上死点ＴＤＣのタイミングが検出されてからカム角信号ＣＳ２が入力されるまでの時刻差ＴＶＴを算出する。

【0026】

ステップＳ１３では、ステップＳ１２で算出した時刻差ＴＶＴを用いて、上死点ＴＤＣに対するカム角信号ＣＳ２の回転位相ＶＴＢを算出する。例えば、カム角信号ＣＳ２の回転位相ＶＴＢは、下記式（１）により算出される。

【0027】

ＶＴＢ＝ＴＶＴ／Ｔ１２０×１２０℃Ａ … （１）
ここで、Ｔ１２０は、クランク軸１１が１２０℃Ａ回転するのに要する時間であり、例えば、クランク角信号ＣＳ１に基づいて算出される。

【0028】

ステップＳ１４では、インナギヤ２２の最遅角位置ＭＲＰに対するカム角信号ＣＳ２の回転位相ＶＴＣを算出する。例えば、回転位相ＶＴＣは、下記式（２）により算出される。
ＶＴＣ＝ＶＴＢ－ＶＴＢＫ … （２）
ここで、ＶＴＢＫは、インナギヤ２２の位相が最遅角位置ＭＲＰである場合の、上死点ＴＤＣに対するカム角信号ＣＳ２の回転位相ＶＴＢであり、例えば、学習により取得される値である。

【0029】

ステップＳ１５では、ステップＳ１４で算出した回転位相ＶＴＣに基づいてカム角信号ＣＳ２の出力時における実位相ＶＴｒを算出する。本実施形態では、一例として、回転位相ＶＴＣをそのまま実位相ＶＴｒとして算出している。

【0030】

ステップＳ１６では、ステップＳ１１で設定した目標位相ＶＴｔｇと、ステップＳ１５で算出した実位相ＶＴｒとの偏差に基づいて、要求変化速度Ｖｒｅｑ［℃Ａ／ｓ］を算出する。要求変化速度Ｖｒｅｑは、実位相ＶＴｒを目標位相ＶＴｔｇにフィードバック制御する際の実位相ＶＴｒの変化速度を示す。例えば、要求変化速度Ｖｒｅｑは、実位相ＶＴｒの変化方向が進角側のときにプラスの値となり、遅角側のときにマイナスの値となる。

【0031】

ステップＳ１７では、ステップＳ１６で算出した要求変化速度Ｖｒｅｑの絶対値が、第１制限速度Ｖｓ１よりも大きいか否かを判定する。要求変化速度Ｖｒｅｑの絶対値が第１制限速度Ｖｓ１よりも大きいと判定すると、ステップＳ１８に進み、要求変化速度Ｖｒｅｑの絶対値を第１制限速度Ｖｓ１に制限するガード処理を実施する。

【0032】

一方、ステップＳ１７において、要求変化速度Ｖｒｅｑの絶対値が第１制限速度Ｖｓ１以下と判定した場合、ステップＳ１９に進む。この場合、ステップＳ１６で算出した要求変化速度Ｖｒｅｑに対してガード処理を実施しない。

【0033】

ステップＳ１９では、要求変化速度Ｖｒｅｑに基づいて、モータ２４の回転速度を制御する。例えば、要求変化速度Ｖｒｅｑに基づいてモータ２４が遊星ギヤ２３を旋回させるのに必要な要求トルクを算出し、算出した要求トルクに基づいてモータ２４の回転速度を制御する。ステップＳ１９の処理において、実位相ＶＴｒが目標位相ＶＴｔｇに近づくように遊星ギヤ２３の旋回速度が制御されることにより、カム軸位相が制御される。

【0034】

ステップＳ１９を実施すると、図３の処理を一旦終了する。

【0035】

図３に示す通常制御では、実位相ＶＴｒの算出時において、クランク角信号ＣＳ１により上死点ＴＤＣのタイミングが検出される。しかし、エンジン１０の共振によりクランク軸１１の回転変動が生じると、それに起因してクランク角信号ＣＳ１を用いた上死点ＴＤＣのタイミングの検出が不安定になる場合がある。具体的には、共振によりクランク軸１１の回転変動が生じると、クランク角信号ＣＳ１のパルス間隔が変動し、上死点ＴＤＣのタイミングを示す欠け歯の位置を検出できなくなる場合がある。その結果、クランク角信号ＣＳ１及びカム角信号ＣＳ２に基づいて算出される実位相ＶＴｒの算出精度が低下し、カム軸位相を適正に制御できなくなることが懸念される。

【0036】

そこで、制御装置３０は、エンジン１０に共振が生じているか否かを判定する。そして、エンジン１０に共振が生じていないと判定した場合は、カム軸位相の制御として通常制御を実施する。一方で、エンジン１０に共振が生じていると判定した場合は、カム軸位相の制御として通常制御と異なる保護制御を実施する。

【0037】

ここで、モータ２４の回転位置はエンジン１０の共振の影響を受けにくいと言える。また、エンジン１０の共振によりクランク軸１１に回転変動が生じていても、クランク角信号ＣＳ１のパルスを検出することは可能であり、検出したクランク角信号ＣＳ１のパルスからエンジン回転角度を算出することができる。そのため、モータ回転角センサ２７の検出値により算出されるモータ回転角度と、エンジン回転角度とを用いれば、実位相ＶＴｒを算出することが可能である。そこで、本実施形態では、制御装置３０は、保護制御として、エンジン回転角度とモータ回転角度とに基づいて実位相ＶＴｒを算出し、算出した実位相ＶＴｒに基づいてカム軸位相を制御する。

【0038】

また、エンジン１０の共振に伴うクランク軸１１の回転変動により、インナギヤ２２の位相が進角側又は遅角側に過剰に操作されるおそれがある。そこで、本実施形態では、制御装置３０は、保護制御として、実位相ＶＴｒの目標値である目標位相ＶＴｔｇを、インナギヤ２２が作動範囲の中間に位置するように設定する。

【0039】

図４を用いて、カム軸位相に対する制御を通常制御と保護制御との間で切替える手順を説明する。図４に示す処理は、制御装置３０により所定周期で繰り返し実施される。

【0040】

ステップＳ２１では、クランク角信号ＣＳ１に基づいて、エンジン回転速度の変化率を示す速度変化率ＲＮＥを算出する。本実施形態では、前回の演算周期において、クランク角信号ＣＳ１により算出したエンジン回転速度と、今回の演算周期においてクランク角信号ＣＳ１により算出したエンジン回転速度との差から速度変化率ＲＮＥを算出する。

【0041】

ステップＳ２２では、現在、保護制御を実施しているか否かを判定する。ここでは、現在、保護制御を実施していないとしてステップＳ２３に進む。ステップＳ２１，Ｓ２２が判定部に相当する。

【0042】

ステップＳ２３では、ステップＳ２１で算出した速度変化率ＲＮＥが第１変化率閾値ＴＨＡよりも大きいか否かを判定する。第１変化率閾値ＴＨＡは、エンジン１０に共振が生じている場合に想定されるエンジン１０の回転速度の変化率の下限値である。

【0043】

速度変化率ＲＮＥが第１変化率閾値ＴＨＡ以下であると判定すると、ステップＳ２７に進み、通常制御を継続する。本実施形態では、通常制御を実施していることを示す第１フラグＦ１をハイ状態に維持し、保護制御を実施していることを示す第２フラグＦ２をロー状態に維持する。そして、図４の処理を一旦終了する。

【0044】

一方、ステップＳ２３において、速度変化率ＲＮＥが第１変化率閾値ＴＨＡよりも大きければ、ステップＳ２４に進み、第１カウンタＣｏ１を増加させる。第１カウンタＣｏ１は、速度変化率ＲＮＥが第１変化率閾値ＴＨＡよりも大きい状態が継続される時間を計測する値である。

【0045】

ステップＳ２５では、第１カウンタＣｏ１が開始側判定値ＴＨＢよりも大きいか否かを判定する。第１カウンタＣｏ１が開始側判定値ＴＨＢ以下と判定すると、ステップＳ２７に進み、通常制御を継続する。

【0046】

図４の処理を実施するごとに速度変化率ＲＮＥが第１変化率閾値ＴＨＡよりも大きいと判定すると、ステップＳ２４による第１カウンタＣｏ１の増加が継続される。なお、図４の処理が繰り返される間に、ステップＳ２３で速度変化率ＲＮＥが第１変化率閾値ＴＨＡよりも小さいと判定すると、第１カウンタＣｏ１をゼロにリセットする。

【0047】

ステップＳ２５において、第１カウンタＣｏ１が開始側判定値ＴＨＢよりも大きいと判定すると、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、保護制御を開始する。本実施形態では、保護制御を実施していることを示す第２フラグＦ２をロー状態からハイ状態に変化させ、通常制御を実施していることを示す第１フラグをハイ状態からロー状態に変化させる。そして、図４の処理を一旦終了する。

【0048】

次の演算周期においてステップＳ２２に進み、第２フラグＦ２がハイ状態となっていることで保護制御の実施中であると判定すると、ステップＳ３０に進む。

【0049】

ステップＳ３０では、速度変化率ＲＮＥが第２変化率閾値ＴＨＣよりも小さいか否かを判定する。第２変化率閾値ＴＨＣは、エンジン１０が共振していない場合の、クランク角信号ＣＳ１の変化率の上限値を示す値であり、第１変化率閾値ＴＨＡよりも小さな値である。速度変化率ＲＮＥを第２変化率閾値ＴＨＣ以上と判定すると、共振が継続していると判定でき、図４の処理を一旦終了する。

【0050】

ステップＳ３０において、速度変化率ＲＮＥが第２変化率閾値ＴＨＣよりも小さいと判定すると、ステップＳ３１に進み、第２カウンタＣｏ２を増加させる。第２カウンタＣｏ２は、速度変化率ＲＮＥが第２変化率閾値ＴＨＣよりも小さい状態が継続される時間を判定する値である。

【0051】

ステップＳ３２では、第２カウンタＣｏ２が終了側判定値ＴＨＤよりも大きいか否かを判定する。第２カウンタＣｏ２が終了側判定値ＴＨＤ以下と判定すると、図４の処理を一旦終了する。図４の処理を実施するごとに、速度変化率ＲＮＥを第２変化率閾値ＴＨＣよりも小さいと判定すると、ステップＳ３１による第２カウンタＣｏ２の増加が継続される。なお、図４の処理が繰り返される間に、ステップＳ３０で速度変化率ＲＮＥが第２変化率閾値ＴＨＣよりも大きいと判定すると、第２カウンタＣｏ２をゼロにリセットする。

【0052】

ステップＳ３２において、第２カウンタＣｏ２が終了側判定値ＴＨＤよりも大きいと判定すると、ステップＳ３３に進む。ステップＳ３３では、保護制御の実施を解除する。本実施形態では、第２フラグＦ２をハイ状態からロー状態に変化させ、第１フラグＦ１をロー状態からハイ状態に変化させることにより、保護制御の実施を解除する。

【0053】

次に、本実施形態に係る保護制御の手順について、図５を用いて説明する。図５に示す保護制御は、図４のステップＳ２６の処理により第２フラグＦ２がハイ状態となっている場合に、制御装置３０により所定周期で繰り返し実施される。図５の処理が第２制御部に相当する。

【0054】

ステップＳ４１では、所定時間Ｔ内における、クランク角信号ＣＳ１のカウント数の変化量ΔＣｃｒを算出する。本実施形態では、今回の演算周期でのクランク角信号ＣＳ１のカウント数の積算値Ｃｃｒ（ｉ）から、前回の演算周期でのクランク角信号ＣＳ１のカウント数の積算値Ｃｃｒ（ｉ－１）を引いた値を、所定時間Ｔ内でのクランク角信号ＣＳ１における今回のカウント数の変化量ΔＣｃｒとして算出する。

【0055】

なお、クランク角信号ＣＳ１のカウント数は、クランク軸１１の２回転当たりのクランク角信号ＣＳ１の出力回数と、モータ２４の１回転当たりのモータ角信号の出力回数とが同一になるように、クランク角信号ＣＳ１のカウント値が補正されることが望ましい。

【0056】

ステップＳ４２では、所定時間Ｔ内における、モータ角信号ＣＳ３のカウント数の変化量ΔＣｍｏを算出する。本実施形態では、今回の演算周期でのモータ角信号ＣＳ３のカウント数の積算値Ｃｍｏ（ｉ）から、前回の演算周期でのモータ角信号ＣＳ３のカウント数の積算値Ｃｍｏ（ｉ－１）を引いた値を、モータ角信号ＣＳ３における今回のカウント数の変化量ΔＣｍｏとして算出する。

【0057】

ステップＳ４３では、クランク角信号ＣＳ１のカウント数の変化量ΔＣｃｒと、モータ角信号ＣＳ３のカウント数の変化量ΔＣｍｏとに基づいて、インナギヤ２２（吸気側カム軸１６）に対するモータ２４の回転角度変化量Ｄを算出する。本実施形態では、ステップＳ４１，Ｓ４２それぞれで算出した各カウント数の変化量ΔＣｃｒ，ΔＣｍｏの差Ｃを算出する。そして、算出した差Ｃに、カウント数当たりのインナギヤ２２に対するモータ２４の角度変化量ＣＤを積算することにより、インナギヤ２２に対するモータ２４の回転角度変化量Ｄを算出する。例えば、角度変化量ＣＤは換算係数であり、モータ角信号ＣＳ３とクランク角信号ＣＳ１のカウント値の変化量の差Ｃが１カウントとなる場合のインナギヤ２２に対するモータ２４の回転角度変化量に相当する。

【0058】

ステップＳ４４では、下記式（３）を用いて、インナギヤ２２に対するモータ２４の回転角度変化量Ｄを、演算周期当たりのカム軸位相の変化量ｄＶＴＨに換算する。
ｄＶＴＨ＝Ｄ／Ｇ … （３）
ここで、Ｇは位相可変装置２０の減速比であり、インナギヤ２２に対するモータ２４の相対回転量とカム軸位相の変化量との比である。

【0059】

ステップＳ４５では、ステップＳ４４で算出した演算周期当たりのカム軸位相の変化量ｄＶＴＨを最遅角位置ＭＲＰからカム角信号ＣＳ２が検出されるまでの期間で積算することにより、カム軸位相の積算変化量ΔＶＴＨを算出する。

【0060】

ステップＳ４６では、最遅角位置ＭＲＰに対するカム角信号ＣＳ２の回転位相ＶＴＣに、ステップＳ４５で算出した現在の積算変化量ΔＶＴＨを加算した値を、現在の実位相ＶＴｒとして算出する。ステップＳ４６で用いられる回転位相ＶＴＣは、図３のステップＳ１４で算出されるものと同様のものを用いることができる。

【0061】

ステップＳ４７では、目標位相ＶＴｔｇを、インナギヤ２２が所定作動範囲の中間に位置するように設定する。本実施形態では、目標位相ＶＴｔｇを、予め定められた位相範囲の中間位相ＶＴ１に設定する。

【0062】

ステップＳ４８では、ステップＳ４６で算出した実位相ＶＴｒと、ステップＳ４７で設定した中間位相ＶＴ１とに基づいて、要求変化速度Ｖｒｅｑを算出する。

【0063】

ステップＳ４９では、ステップＳ４８で算出した要求変化速度Ｖｒｅｑに基づいて、モータ２４の回転速度を制御する。ステップＳ４９の処理により、保護制御後の実位相ＶＴｒ及び目標位相ＶＴｔｇにより遊星ギヤ２３の旋回速度が制御され、カム軸位相が制御される。

【0064】

図６は、本実施形態に係る制御装置３０のタイミングチャートである。図６（ａ）は、エンジン回転速度ＮＥの推移を示し、図６（ｂ）は、速度変化率ＲＮＥの推移を示す。なお、図６（ｂ）では、速度変化率ＲＮＥを離散的な値により示している。図６（ｃ）は、第１カウンタＣｏ１の推移を示し、図６（ｄ）は、第２カウンタＣｏ２の推移を示す。図６（ｅ）は、第２フラグＦ２の推移を示し、図６（ｆ）は、実位相ＶＴｒの推移を示す。

【0065】

図６では、時刻ｔ２以前では、目標位相ＶＴｔｇが最進角位置ＭＡＰから最遅角位置ＭＲＰまでの範囲において、エンジン回転速度ＮＥに応じて設定されている。そして、この目標位相ＶＴｔｇに応じて、実位相ＶＴｒが制御されている。なお、時刻ｔ１以前からエンジン回転速度ＮＥが緩やかに減少しており、時刻ｔ２で、エンジン１０の共振が生じ始めている。図６では、時刻ｔ２から時刻ｔ６までの期間ＴＡで、エンジン１０の共振が生じており、この期間ＴＡでのエンジン回転速度ＮＥの変化が時刻ｔ２以前及び時刻ｔ６以後でのエンジン回転速度ＮＥの変化よりも大きくなっている。

【0066】

時刻ｔ２以後、速度変化率ＲＮＥが増加しており、時刻ｔ３で、速度変化率ＲＮＥが第１変化率閾値ＴＨＡを上回ることにより、第１カウンタＣｏ１の増加が開始される。時刻ｔ３以後、速度変化率ＲＮＥは、継続して第１変化率閾値ＴＨＡを上回ることにより、第１カウンタＣｏ１は継続して増加される。そして、時刻ｔ４で、第１カウンタＣｏ１が開始側判定値ＴＨＢを上回ることにより、第２フラグＦ２がロー状態からハイ状態に変化し、保護制御が開始される。

【0067】

時刻ｔ４から時刻ｔ６の期間において実施される保護制御では、目標位相ＶＴｔｇが最進角位置ＭＡＰと最遅角位置ＭＲＰとの間の中間位相ＶＴ１に設定される。そのため、時刻ｔ４から時刻ｔ６の期間では、エンジン回転速度ＮＥの変化に依らず、実位相ＶＴｒは、中間位相ＶＴ１に制御されている。

【0068】

その後、時刻ｔ５で、速度変化率ＲＮＥが第２変化率閾値ＴＨＣを下回ることにより、第２カウンタＣｏ２の増加が開示される。時刻ｔ５以後、速度変化率ＲＮＥは、継続して第２変化率閾値ＴＨＣを下回っている。時刻ｔ６で、第２カウンタＣｏ２が終了側判定値ＴＨＤを上回ることにより、第２フラグＦ２がハイ状態からロー状態に変化し、保護制御が解除される。そのため、時刻ｔ６以後では、カム軸位相は通常制御により制御されており、実位相ＶＴｒはエンジン回転速度ＮＥに応じて定められる目標位相ＶＴｔｇに制御されている。

【0069】

以上説明した本実施形態では、以下の効果を奏する。

【0070】

・制御装置３０は、エンジン１０に共振が生じていないと判定した場合に、カム軸位相の制御として通常制御を実施する。一方で、エンジン１０に共振が生じていると判定した場合に、カム軸位相の制御として通常制御と異なる保護制御を実施する。この場合、エンジン１０の共振の影響により、回転位置情報が適正に検出できない場合でも、保護制御により位相可変装置２０が過剰に操作されるのを防止することができる。

【0071】

・制御装置３０は、エンジン１０の共振が生じていないと判定する場合、通常制御として、クランク角信号ＣＳ１から検出される上死点ＴＤＣのタイミングとカム角信号ＣＳ２とに基づいて実位相ＶＴｒを算出し、その実位相ＶＴｒに基づいてカム軸位相を制御する。また、エンジン１０の共振が生じていると判定する場合、保護制御として、クランク角信号ＣＳ１から算出されるエンジン回転角度とモータ角信号ＣＳ３から算出されるモータ回転角度とに基づいてカム軸位相を制御する。この場合、エンジン回転角度及びモータ回転角度といった既存の情報を流用して保護制御を実施することができるため、新たなセンサを追加することなく、位相可変装置２０が過剰に操作されるのを防止することができる。

【0072】

・エンジン１０の共振により、位相可変装置２０のカム軸位相が進角側又は遅角側に過剰に操作されるおそれがある。この点、制御装置３０は、保護制御として、インナギヤ２２が作動範囲の中間に位置するように目標位相ＶＴｔｇを設定する。この場合、共振により、インナギヤ２２が進角側又は遅角側に過剰に操作されることにより、制限部の凸部が凹部のストッパに衝突するのを抑制できる。

【0073】

・制御装置３０は、エンジン回転速度ＮＥの速度変化率ＲＮＥに基づいて、エンジン１０の共振が生じているか否かを判定する。この場合、エンジン１０の共振が生じているか否かを、エンジン１０の回転状態から判定することができ、共振の有無を容易に判定することができる。

【0074】

（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態と異なる構成を主に説明を行う。なお、第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

【0075】

エンジン１０の共振の影響により、制御装置３０が実位相ＶＴｒを過剰に大きく算出する場合や過剰に小さく算出する場合、この実位相ＶＴｒを目標位相ＶＴｔｇに制御する際の位相変化速度が大きくなることが懸念される。実位相ＶＴｒの位相変化速度が大きくなることで、例えば、インナギヤ２２の位相変化が大きくなり、制限部の凸部が凹部のストッパに過剰な速度で衝突することが懸念される。そこで、本実施形態では、制御装置３０は、保護制御として、実位相ＶＴｒを目標位相ＶＴｔｇにフィードバック制御する際の位相変化速度の上限値を、通常制御での位相変化速度の上限値よりも制限している。

【0076】

本実施形態に係る保護制御の手順について、図７を用いて説明する。図７に示す保護制御は、図４のステップＳ２６の制御により第２フラグＦ２がハイ状態となっている場合に、制御装置３０により所定周期で繰り返し実施される。

【0077】

ステップＳ６０では、クランク角信号ＣＳ１により検出される上死点ＴＤＣのタイミングと、カム角信号ＣＳ２とに基づいて、実位相ＶＴｒを算出する。なお、本実施形態では、ステップＳ６０での実位相ＶＴｒの算出方法は、図３のステップＳ１２～Ｓ１５での実位相ＶＴｒの算出方法と同様である。

【0078】

ステップＳ６１では、エンジン１０の運転状態に応じて、目標位相ＶＴｔｇを設定する。

【0079】

ステップＳ４９では、ステップＳ６０で算出した実位相ＶＴｒとステップＳ６１で設定した目標位相ＶＴｔｇとの偏差に基づいて、要求変化速度Ｖｒｅｑを算出する。

【0080】

ステップＳ６２では、ステップＳ４９で算出した要求変化速度Ｖｒｅｑの絶対値が、第２制限速度Ｖｓ２よりも大きいか否かを判定する。第２制限速度Ｖｓ２は、通常制御でのガード処理（ステップＳ１７）で用いられる第１制限速度Ｖｓ１よりも低い速度を示す。

【0081】

例えば、第２制限速度Ｖｓ２は、制限部の凸部が、凹部のストッパに衝突した場合でも、アウタギヤ２１、インナギヤ２２及び遊星ギヤ２３の噛み込みや損傷が発生しない比較的遅い位相変化速度である。

【0082】

ステップＳ６２において、要求変化速度Ｖｒｅｑの絶対値が第２制限速度Ｖｓ２よりも大きいと判定すると、ステップＳ６４に進み、要求変化速度Ｖｒｅｑの絶対値を第２制限速度Ｖｓ２に制限する。そして、ステップＳ５０に進む。一方、上記ステップＳ６２で、要求変化速度Ｖｒｅｑの絶対値が第２制限速度Ｖｓ２以下と判定した場合、ステップＳ５０に進む。

【0083】

ステップＳ５０では、要求変化速度Ｖｒｅｑに基づいて、モータ２４の回転速度を制御する。そのため、ステップＳ５０の処理により、実位相ＶＴｒの変化速度の上限値が通常制御での実位相ＶＴｒの変化速度の上限値よりも制限された状態で、実位相ＶＴｒが目標位相ＶＴｔｇに近づけられる。

【0084】

以上説明した本実施形態では、制御装置３０は、保護制御として、実位相ＶＴｒを目標位相ＶＴｔｇに制御する際の実位相ＶＴｒの変化速度の上限値を通常制御による位相変化速度の上限値よりも制限する。この場合、アウタギヤ２１に対するインナギヤ２２の相対速度が過剰に大きくなることで、制限部の凸部が凹部のストッパに過剰な速度で衝突するのを防止することができる。

【0085】

（その他の実施形態）
エンジン１０の共振が生じているか否かの判定として、実位相ＶＴｒの変化量や変化率を判定してもよい。この場合、図４のステップＳ２１において、制御装置３０は、位相可変装置２０における実位相ＶＴｒの変化量又は変化率を算出する。そして、ステップＳ２３において、ステップＳ２１で算出した実位相ＶＴｒの変化量又は変化率が所定値以上であると判定すると、ステップＳ２６に進み保護制御を開始すればよい。この場合、共振の影響によるカム軸位相の変化態様を直接判定することで、保護制御の不要作動を抑制することができる。

【0086】

・制御装置３０は、エンジン回転速度ＮＥの変化量に基づいて、エンジン１０の共振が生じているか否かを判定してもよい。

【0087】

・制御装置３０は、保護制御として、クランク角信号ＣＳ１及びモータ角信号ＣＳ３に基づく実位相ＶＴｒの算出、目標位相ＶＴｔｇを中間位相ＶＴ１に設定する処理、及び要求変化速度Ｖｒｅｑの第２制限速度Ｖｓ２への制限を合わせて実施してもよい。

【0088】

・制御装置３０は、排気バルブのバルブタイミングを制御する際に、保護制御を実施してもよい。

【0089】

・カム角信号ＣＳ２に基づいて上死点ＴＤＣのタイミングを検出できる場合、上死点ＴＤＣのタイミングをカム角信号ＣＳ２に基づいて検出してもよい。

【符号の説明】

【0090】

１１…クランク軸、１６…吸気側カム軸、２０…位相可変装置、３０…制御装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】