(57)【要約】【課題】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。【解決手段】制御装置３０は、クランク角信号に含まれる基準信号及びカム角信号についてこれら各信号が正常取得される状況か否かを判定する。そして、基準信号及びカム角信号が正常取得される状況であると判定した場合は、クランク角信号とカム角信号とに基づいて、カム軸位相を算出する。一方、基準信号及びカム角信号の少なくともいずれかが正常取得される状況でないと判定した場合に、クランク角信号とモータの回転角信号とに基づいて、カム軸位相を算出する。【選択図】      図１
2020051349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによりクランク軸（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て、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）と、
前記クランク軸の回転に伴い、所定周期で生成され、かつ前記クランク軸の１回転内の基準となる基準信号を含むクランク角信号を出力するクランク角センサ（１９）と、
前記カム軸の回転に伴い、内燃機関の行程を判別するためのカム角信号を出力するカム角センサ（１８）と、を備える前記内燃機関（１０）に適用され、
前記位相可変装置を制御対象とし、前記カム軸位相の実位相に基づいて、前記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であって、
前記クランク角センサから前記クランク角信号を取得する第１取得部と、
前記カム角センサから前記カム角信号を取得する第２取得部と、
前記モータの回転角信号を取得する第３取得部と、
前記クランク角信号に含まれる前記基準信号及び前記カム角信号についてこれら各信号が正常取得される状況か否かを判定する判定部と、
前記基準信号及び前記カム角信号が正常取得される状況であると判定された場合に、前記クランク角信号と前記カム角信号とに基づいて、前記実位相を算出する第１算出部と、
前記基準信号及び前記カム角信号の少なくともいずれかが正常取得される状況でないと判定された場合に、前記クランク角信号と前記モータの回転角信号とに基づいて、前記実位相を算出する第２算出部と、
を備えるバルブタイミング制御装置。
【請求項２】
前記第２算出部は、前記判定部により前記各信号が正常取得される状況でないと判定され、かつその後に当該各信号が正常取得される状況であると判定されてから所定期間が経過するまでの間において、前記クランク角信号と前記モータの回転角信号とに基づいて前記実位相を算出する請求項１に記載のバルブタイミング制御装置。
【請求項３】
前記クランク角センサから出力される前記クランク角信号により、前記クランク軸が正転する場合と逆転する場合との判別が可能であり、
前記判定部は、前記クランク角信号が逆転していると判別される場合に、前記各信号が正常取得される状況でないと判定する請求項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回転体の位相を前記モータの回転により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、
前記判定部により前記各信号が正常取得される状況でないと判定された場合に、前記カム軸位相を変化させる際の位相変化速度の上限値を、前記判定部により前記各信号が正常取得される状況であると判定された場合の前記位相変化速度の上限値よりも小さい値に制限する速度制限部を備える請求項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】
前記第１算出部は、前記クランク角信号及び前記カム角信号と、前記クランク角信号及び前記モータの回転角信号とに基づいて、前記実位相を算出する請求項１〜４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６】
前記第２算出部は、
前記実位相の前回値に基づいて、今回の前記実位相を算出するものであり、
前記判定部により前記各信号が正常取得される状況でないと判定された場合において、その判定の前に前記第１算出部により前記実位相が算出されていることを条件に、前記クランク角信号と前記モータの回転角信号とに基づいて、前記実位相を算出する請求項１〜５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】
内燃機関におけるクランク軸に対するカム軸の回転位相差に基づいて、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算出し、算出した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、クランク角信号やカム軸信号に基づいてカム軸位相の実位相を算出する。そして、バルブタイミング制御装置は、位相可変装置を制御対象として、算出した実位相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している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４０６６３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バルブタイミング制御装置により算出される実位相が、実際のカム軸位相に対して誤差を生じさせる場合、位相可変装置が適正に操作されなくなるおそれがある。例えば、内燃機関に生じる振動によりクランク軸に対するカム軸の位相が正しく把握できなくなると、位相可変装置が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、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、モータによりクランク軸に対するカム軸の位相差であるカム軸位相を変化させて、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と、前記クランク軸の回転に伴い、所定周期で生成され、かつ前記クランク軸の１回転内の基準となる基準信号を含むクランク角信号を出力するクランク角センサと、前記カム軸の回転に伴い、内燃機関の行程を判別するためのカム角信号を出力するカム角センサと、を備える前記内燃機関に適用され、前記位相可変装置を制御対象とし、前記カム軸位相の実位相に基づいて、前記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ものである。バルブタイミング制御装置は、前記クランク角センサから前記クランク角信号を取得する第１取得部と、前記カム角センサから前記カム角信号を取得する第２取得部と、前記モータの回転角信号を取得する第３取得部と、前記クランク角信号に含まれる前記基準信号及び前記カム角信号についてこれら各信号が正常取得される状況か否かを判定する判定部と、前記基準信号及び前記カム角信号が正常取得される状況であると判定された場合に、前記クランク角信号と前記カム角信号とに基づいて、前記実位相を算出する第１算出部と、前記基準信号及び前記カム角信号の少なくともいずれかが正常取得される状況でないと判定された場合に、前記クランク角信号と前記モータの回転角信号とに基づいて、前記実位相を算出する第２算出部と、を備える。
【０００７】
内燃機関に一時的に生じる振動等に起因して、クランク角信号及びカム角信号の少なくともいずれかが正常取得されなくなると、バルブタイミング制御装置により算出されるカム軸位相の実位相が、実際の位相可変装置のカム軸位相と大きく異なる場合が生じ得る。そこで、上記構成では、クランク角信号に含まれる基準信号及びカム角信号についてこれら各信号が正常取得される状況であるか否かが判定される。そして、各信号が正常取得される状況であると判定された場合は、クランク角信号とカム角信号とに基づいて、カム軸位相の実位相が算出される。一方、基準信号及びカム角信号が正常取得される状況でないと判定された場合に、クランク角信号とモータの回転角信号とに基づいて、カム軸位相の実位相が算出される。この場合、バルブタイミング制御装置が、クランク軸とカム軸との相対的な位置関係が正しく把握できなくなることに起因して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】位相可変装置に対する制御を、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。本実施形態では、アウタギヤ２１に対してインナギヤ２２が同じ速度で回転している場合に、カム軸位相は０となっている。
【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と最遅角位置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】
エンジン１０のクランク軸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。タイミングロータの外周に形成された歯のうち、一部の歯の間隔は、他の歯の間隔よりも大きくなるように形成されることにより欠け歯部が設けられている。
【００１８】
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。クランク角センサ１９は、タイミングロータの歯に対向することにより、ハイ状態となり、歯と歯の間に対向することにより、ロー状態となるクランク角信号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のロー状態となる期間が他のロー状態となる期間よりも長くなることにより、欠け歯部の位置を検出することができる。例えば、クランク角センサ１９は、エンジン１０におけるいずれかの気筒が上死点（ＴＤＣ：Ｔｏｐ  Ｄｅａｄ  Ｃｅｎｔｅｒ）に達した際に、クランク角センサ１９により欠け歯部が検出される位置となるように、エンジン１０に配置されている。
【００１９】
クランク角信号ＣＳ１には、クランク軸１１の１回転内の基準となる基準信号を含んでいる。本実施形態では、クランク角センサ１９が欠け歯部に対向した後、クランク角センサ１９が最初に歯に対向することにより生じるクランク角信号ＣＳ１の部分が基準信号となる。
【００２０】
本実施形態では、クランク角センサ１９は、クランク軸１１の正転と逆転とを判別可能であり、クランク軸１１が正転する場合とクランク軸１１が逆転する場合とで、クランク角信号ＣＳ１の波形を変化させる。
【００２１】
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。なお、吸気側カム軸１６に設けられた歯の間隔は、クランク軸１１に設けられた歯の間隔よりも大きくなっている。
【００２２】
モータ２４には、モータ２４の回転角度に応じたモータ角信号ＣＳ３を出力するモータ回転角センサ２７が取り付けられている。本実施形態では、モータ角信号ＣＳ３がモータの回転角信号に相当する。
【００２３】
各種センサ１８，１９，２７からの各信号ＣＳ１〜ＣＳ３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。本実施形態では、制御装置３０が、第１取得部，第２取得部，第３取得部に相当する。
【００２４】
制御装置３０は、クランク角信号ＣＳ１を取得する毎に、クランクカウンタＣ１を増加させる。また、制御装置３０は、クランクカウンタＣ１を、エンジン１０の１サイクル（吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程）が実施される７２０°ＣＡ毎に０にリセットする。本実施形態では、制御装置３０は、クランク角信号ＣＳ１がクランク軸１１の正転を示している場合に、クランクカウンタＣ１を増加させ、クランク角信号ＣＳ１がクランク軸１１の逆転を示している場合に、クランクカウンタＣ１を増加させない。また、クランク軸１１の逆転を示すクランク角信号ＣＳ１の出力が所定期間継続する場合は、クランクカウンタＣ１を０にリセットする。
【００２５】
また、制御装置３０は、クランク角信号ＣＳ１を用いて検出した欠け歯の位置と、カム角信号ＣＳ２の位置とを用いて圧縮上死点となっている気筒を識別する気筒識別を実施する。このため、制御装置３０は、気筒識別により識別された気筒と、クランクカウンタＣ１の値とを用いることで、各気筒の行程を判別することが可能となる。そのため、カム角信号ＣＳ２は、エンジン１０の各行程を判別するための信号とも言える。
【００２６】
制御装置３０は、位相可変装置２０を制御対象とし、カム軸位相の現在の値である実位相を用いたバルブタイミング制御を実施する。具体的には、制御装置３０は、クランク角信号ＣＳ１とカム角信号ＣＳ２とを用いて現在のカム軸位相を示す実位相を算出し、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の回転速度をフィードバック制御する。
【００２７】
まずは、図３を用いて、位相可変装置２０に対する制御として、通常制御を説明する。図３に示す通常制御は、位相可変装置２０に対する制御として通常制御が選択されている場合に、制御装置３０により所定周期で繰り返し実行される。制御装置３０は、図３の処理を実施することにより、第１算出部に相当する。
【００２８】
ステップＳ１０では、エンジン１０の運転状態等に基づいて目標位相ＶＴｔｇを設定する。
【００２９】
ステップＳ１１では、カム角信号ＣＳ２が入力されたか否かを判定する。吸気側カム軸１６に設けられた歯の間隔は、クランク軸１１に設けられた歯の間隔よりも大きいため、クランク角信号ＣＳ１がハイ状態となっていても、カム角信号ＣＳ２がハイ状態とならない（即ち、カム角信号ＣＳ２が入力されない）期間が存在する。ここでは、まず、カム角信号ＣＳ２が入力されたとして、ステップＳ１２に進む。
【００３０】
ステップＳ１２〜ステップＳ１５では、カム角信号ＣＳ２が入力されているため、クランク角信号ＣＳ１と、カム角信号ＣＳ２とに基づいて実位相ＶＴｒを算出する。
【００３１】
まず、ステップＳ１２では、クランク角信号ＣＳ１によりＴＤＣのタイミングが検出されてからカム角信号ＣＳ２が取得されるまでの時刻差ＴＶＴを算出する。
【００３２】
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、ＴＤＣに対するカム角信号ＣＳ２の回転位相ＶＴＢを角度換算する。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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、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。
【００３５】
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。
【００３６】
ステップＳ２２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の位相変化速度を示す。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。
【００３７】
ステップＳ２３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Ｓ２３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、ひいてはバルブタイミングが制御される。
【００３８】
一方、ステップＳ１１において、カム角信号ＣＳ２が入力されないと判定すると、ステップＳ１６〜ステップＳ２１では、クランク角信号ＣＳ１とモータ角信号ＣＳ３とに基づいて、実位相ＶＴｒを算出する。
【００３９】
まず、ステップＳ１６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。
【００４０】
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ＣＳ３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。
【００４１】
ステップＳ１７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。
【００４２】
ステップＳ１８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Ｓ１７，Ｓ１８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。
【００４３】
ステップＳ１９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。
【００４４】
ステップＳ２０では、ステップＳ１９で算出した演算周期当たりのカム軸位相の変化量ｄＶＴＨを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。
【００４５】
ステップＳ２１では、前回演算周期での回転位相ＶＴＣに、ステップＳ２０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。本実施形態では、ステップＳ２１で用いられる回転位相ＶＴＣは、前回の演算周期において算出された実位相ＶＴｒが用いられる。例えば、前回の演算周期においてクランク角信号ＣＳ１とカム角信号ＣＳ２とを用いて実位相ＶＴｒを出力している場合は、Ｓ１５で算出された実位相ＶＴｒを回転位相ＶＴＣとして用いる。
【００４６】
ステップＳ２１からステップＳ２２に進む場合、ステップＳ２２において算出した実位相ＶＴｒと目標位相ＶＴｔｇとを用いて要求変化速度Ｖｒｅｑを算出する。そして、ステップＳ２３を実施すると、図３の処理を一旦終了する。
【００４７】
図３に示す位相可変装置２０に対する通常制御では、エンジン１０に回転変動が生じると、それに起因してクランク角信号ＣＳ１やカム角信号ＣＳ２を用いた各気筒の行程検出が不安定になる場合がある。例えば、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、クランク角信号ＣＳ１のハイ状態から次ぎのハイ状態までのパルス間隔が変動し、制御装置３０がクランク角信号ＣＳ１から欠け歯の位置を検出できなくなる場合がある。その結果、気筒識別が適正に実施されず、実位相ＶＴｒの算出精度が低下し、ひいては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。
【００４８】
そこで、制御装置３０は、クランク角信号ＣＳ１に含まれる基準信号及びカム角信号ＣＳ２についてこれら各信号ＣＳ１，ＣＳ２が正常取得される状況か否かを判定する。そして、正常取得される状況であると判定した場合は、カム軸位相の制御として通常制御を実施する。一方で、各信号ＣＳ１，ＣＳ２が正常取得される状況で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と異なる保護制御を実施することとした。
【００４９】
本実施形態では、基準信号及びカム角信号が正常取得される状況か否かの判定として、制御装置３０が実施する気筒識別に異常が生じているか否かの判定を流用する。気筒識別に異常が生じている場合、クランク角信号ＣＳ１の波形が逆転側に変動する状態が所定期間継続した後、クランクカウンタＣ１が０にリセットされる。ここで、クランクカウンタＣ１が７２０°ＣＡに達する前に０にリセットされた場合、エンジン１０の共振によりクランク軸１１が変動している可能性が高くなる。そこで、制御装置３０は、気筒識別に異常が生じた場合に、基準信号及びカム角信号が正常取得される状況でないと判定する。
【００５０】
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（ハイ状態）と、モータ角信号ＣＳ３のパルス（ハイ状態）と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のパルスと、モータ角信号ＣＳ３のパルスからエンジン１０の回転位置の算出を継続し、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、クランク角信号ＣＳ１及びモータ角信号ＣＳ３のみを用いて実位相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。言い換えると、制御装置３０は、保護制御を実施する場合は、カム角信号ＣＳ２を用いることなく実位相ＶＴｒを算出する。
【００５１】
図４を用いて、位相可変装置２０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。
【００５２】
ステップＳ３１では、気筒識別に異常が生じているか否かを判定する。具体的には、クランクカウンタＣ１の変化を監視しており、クランクカウンタＣ１が７２０°ＣＡまで達していない状態で０にリセットされた場合に、気筒識別異常が生じていると判定する。ステップＳ３１が判定部に相当する。
【００５３】
ステップＳ３１において、気筒識別に異常が生じていないと判定すると、ステップＳ３５に進み、正常カウンタＣ２を増加させる。正常カウンタＣ２は、気筒識別が正常であることを示すカウンタであり、本実施形態では、ステップＳ３５の処理が実施される毎に増加され、気筒識別が異常であると判定された場合に０にリセットされる。
【００５４】
ステップＳ３６では、保護制御を継続する条件である継続条件が成立しているか否かを判定する。まずは、ステップＳ３６を否定判定し、ステップＳ３７に進む。
【００５５】
ステップＳ３７では、保護制御実施フラグＦをロー状態に設定する。保護制御実施フラグＦがロー状態に設定されることにより、位相可変装置２０に対する制御として通常制御が選択される。そのため、実位相ＶＴｒは、図３に示す手順により算出される。
【００５６】
ステップＳ３８では、位相可変装置２０に対して要求変化速度Ｖｒｅｑの上限値が制限されている場合は、この制限を解除し、要求変化速度Ｖｒｅｑが制限されていない場合は、制限されていない状態を維持する。そして、図４の処理を一旦終了する。
【００５７】
一方、ステップＳ３１において気筒識別に異常が生じていると判定すると、ステップＳ３２に進み、正常カウンタＣ２を０にリセットする。
【００５８】
ステップＳ３３では、保護制御実施フラグＦをハイ状態に設定する。保護制御実施フラグＦがハイ状態に設定されることにより、位相可変装置２０に対する制御として保護制御が選択される。そのため、実位相ＶＴｒは、クランク角信号ＣＳ１とモータ角信号ＣＳ３とを用いて算出される。
【００５９】
実位相ＶＴｒを誤算出する可能性のある状況では、位相可変装置２０のインナギヤ２２の位相変化速度が過剰となり、位相可変装置２０においてインナギヤ２２が衝突等するおそれがある。そこで、ステップＳ３４では、位相可変装置２０に対して要求変化速度Ｖｒｅｑに制限を加える。本実施形態では、要求変化速度Ｖｒｅｑの上限値を、気筒識別に異常が生じてないと判定した場合の要求変化速度Ｖｒｅｑの上限値よりも小さい値に制限する。ステップＳ３４が速度制限部に相当する。そして、図４の処理を一旦終了する。
【００６０】
前回の演算周期でのステップＳ３１において気筒識別に異常が生じていると判定した後、今回の演算周期でのステップＳ３１において気筒識別に異常が生じていないと判定した場合、ステップＳ３５に進む。ステップＳ３５では、正常カウンタＣ２を増加させた後、ステップＳ３６に進む。ステップＳ３６では、保護制御の継続条件が成立しているか否かを判定する。本実施形態では、今回よりも過去の所定時間内に実施されたステップＳ３１の処理において気筒識別が異常であると判定しており、かつ正常カウンタＣ２が時間判定値ＴＨよりも小さいことを、保護制御の継続条件としている。
【００６１】
時間判定値ＴＨは、エンジン１０の共振が収束を開始してから、共振が所定値以下まで収束するのに要する時間を示している。本実施形態では、例えば、時間判定値ＴＨは、エンジン回転速度がアイドリング時での回転速度よりも減速する場合に、エンジン１０の共振が収束を開始してから所定値以下まで収束するのに要する時間を示している。
【００６２】
この場合、今回よりも過去の所定時間内に実施されたステップＳ３１の処理において気筒識別が異常であると判定しており、正常カウンタＣ２が時間判定値ＴＨよりも小さいとして、ステップＳ３６を肯定判定し、ステップＳ３３に進む。
【００６３】
ステップＳ３６を肯定判定してステップＳ３３に進むことにより、保護制御実施フラグＦはハイ状態に維持される。そのため、気筒識別に異常が生じていないと判定した後も所定時間（＝時間判定値ＴＨ）が経過するまでは、保護制御が継続される。そして、ステップＳ３４の処理を実施した後、図４の処理を一旦終了する。
【００６４】
その後も、ステップＳ３１において、気筒識別に異常が生じていないと判定することで、ステップＳ３５の処理により正常カウンタＣ２が増加していく。そして、ステップＳ３６において、正常カウンタＣ２が時間判定値ＴＨよりも大きくなることにより、ステップＳ３７に進む。ステップＳ３７では、保護制御実施フラグＦをロー状態に設定する。保護制御実施フラグＦがロー状態に設定されることにより、位相可変装置２０に対する制御として通常制御が選択される。
【００６５】
ステップＳ３８では、ステップＳ３４で実施した要求変化速度Ｖｒｅｑの制限を解除する。そして、図４の処理を一旦終了する。
【００６６】
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、保護制御実施フラグＦ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。制御装置３０は、図５の処理を実施することにより第２算出部に相当する。本実施形態では、ステップＳ４１〜ステップＳ４６までの処理は、図３におけるステップＳ１６〜ステップＳ２１までの処理と同じ処理である。
【００６７】
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。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。
【００６８】
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に対するモータ２４の回転角度変化量Ｄを算出する。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。
【００６９】
ステップＳ４４では、上記式（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。
【００７０】
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。
【００７１】
ステップＳ４６では、前回までの回転位相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、前回の演算周期において算出された実位相ＶＴｒが用いられる。例えば、前回の演算周期において、図３に示す通常制御により実位相ＶＴｒを算出していれば、この実位相ＶＴｒを回転位相ＶＴＣとして用いる。
【００７２】
ステップＳ４７では、ステップＳ４６で算出した実位相ＶＴｒを、目標位相ＶＴｔｇに制御するべく、要求変化速度Ｖｒｅｑを算出する。
【００７３】
ステップＳ４８では、ステップＳ４７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Ｓ４８の処理により、クランク角信号ＣＳ１とモータ角信号ＣＳ３とを用いて算出した実位相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。
【００７４】
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、クランクカウンタＣ１の推移を示す。図６（ｃ）は、正常カウンタＣ２の推移を示し、図６（ｄ）は、保護制御実施フラグＦの推移を示す。図６（ｅ）は、実位相ＶＴｒの推移を示す。
【００７５】
一例として示す図６では、時刻ｔ０以前にエンジン回転速度ＮＥの減速が開始されることにより、エンジン回転速度ＮＥがアイドリング時での回転速度以下に低下する状態を示している。
【００７６】
時刻ｔ０から時刻ｔ１の間では、エンジン１０の共振が大きくなく、クランク角信号ＣＳ１の逆転側への変動が生じていない。そのため、クランクカウンタＣ１は、０°ＣＡから７２０°ＣＡまでの増加を正常に繰り返しており、正常カウンタＣ２は、最大値を維持している。なお、位相可変装置２０の実位相ＶＴｒは、目標位相ＶＴｔｇに制御されている。
【００７７】
時刻ｔ１以後に、エンジン１０の共振が大きくなることにより、クランク角信号ＣＳ１が逆転側に変動する。時刻ｔ２において、クランクカウンタＣ１が０にリセットされることにより、正常カウンタＣ２が０にリセットされている。正常カウンタＣ２が０にリセットされることにより、保護制御実施フラグＦがロー状態からハイ状態に変化し、位相可変装置２０に対する制御として保護制御が選択される。なお、クランク角信号ＣＳ１の逆転側への変動は、時刻ｔ３まで継続するため、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間は、正常カウンタＣ２は０に維持されている。
【００７８】
時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間において実施される保護制御により、クランク角信号ＣＳ１とモータ角信号ＣＳ３とを用いて実位相ＶＴｒが算出される。そして、算出された実位相ＶＴｒが目標位相ＶＴｔｇに制御される。なお、図６（ｅ）では、時刻ｔ０から時刻ｔ３の期間において、目標位相ＶＴｔｇが一定となっており、実位相ＶＴｒもこの目標位相ＶＴｔｇに追従して一定の値となっている。
【００７９】
時刻ｔ３では、エンジン１０の共振が収まることにより、クランクカウンタＣ１のカウントアップが再開される。そのため、時刻ｔ３では、正常カウンタＣ２のカウントアップが開始される。時刻ｔ３から時刻ｔ４の期間では、正常カウンタＣ２が時間判定値ＴＨよりも小さな値であるため、実位相ＶＴｒに対しては保護制御が継続されている。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間で、目標位相ＶＴｔｇが遅角側に変化することにより、この目標位相ＶＴｔｇの変化に合わせて、実位相ＶＴｒが遅角側に変更されている。このとき、実位相ＶＴｒの要求変化速度Ｖｒｅｑが制限されており、目標位相ＶＴｔｇに対する実位相ＶＴｒの追従性が低くなっている。
【００８０】
時刻ｔ４以後では、正常カウンタＣ２が時間判定値ＴＨよりも大きな値となっているため、位相可変装置２０に対する制御として通常制御が選択される。時刻ｔ４以後の期間において実施される通常制御により、クランク角信号ＣＳ１とカム角信号ＣＳ２とを用いて実位相ＶＴｒが算出され、算出された実位相ＶＴｒが目標位相ＶＴｔｇに制御される。また、時刻ｔ４以後では、実位相ＶＴｒに対する位相変化速度の制限が解除されることにより、要求変化速度Ｖｒｅｑが大きくなっている。
【００８１】
以上説明した本実施形態では、以下の効果を奏する。
【００８２】
・制御装置３０は、クランク角信号ＣＳ１に含まれる基準信号及びカム角信号ＣＳ２についてこれら各信号が正常取得される状況か否かを判定する。そして、基準信号及びカム角信号ＣＳ２が正常取得される状況であると判定した場合は、クランク角信号ＣＳ１とカム角信号ＣＳ２とに基づいて、実位相ＶＴｒを算出する。一方、基準信号及びカム角信号ＣＳ２の少なくともいずれかが正常取得される状況でないと判定した場合に、クランク角信号ＣＳ１とモータ角信号ＣＳ３とに基づいて、実位相ＶＴｒを算出する。この場合、制御装置３０がクランク軸１１と吸気側カム軸１６との相対的な位置関係が正しく把握できないことに起因して、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。
【００８３】
・一時的に各信号ＣＳ１，ＣＳ２の変動が収まった後においても、各信号ＣＳ１，ＣＳ２の変動が確実に収束するまでには時間を要する場合がある。そこで、制御装置３０は、各信号ＣＳ１,ＣＳ２が正常取得される状況でないと判定してから、各信号ＣＳ１,ＣＳ２が正常取得される状況であると判定した後において時間判定値ＴＨに対応する期間が経過するまでの間は、クランク角信号ＣＳ１と、モータ角信号ＣＳ３とに基づいて、実位相ＶＴｒを算出する。また、この期間が経過した後に、クランク角信号ＣＳ１とカム角信号ＣＳ２とに基づいて、実位相ＶＴｒを算出する。この場合、クランク角信号ＣＳ１及びカム角信号ＣＳ２の変動が確実に収まるのを待って、実位相ＶＴｒを算出することができる。
【００８４】
・クランク角センサ１９から出力されるクランク角信号ＣＳ１により、クランク軸１１の正転と逆転とを判別できる構成では、クランク角信号ＣＳ１が逆転することにより、エンジン１０に共振が生じているか否かを推定することができる。この点、制御装置３０は、クランク角信号ＣＳ１が逆転している場合に、各信号ＣＳ１,ＣＳ２が正常取得される状況でないと判定することとした。この場合、クランク角信号ＣＳ１を用いて、各信号ＣＳ１,ＣＳ２が適正に取得できない状況を容易に判定することができる。
【００８５】
・クランク角信号ＣＳ１に含まれる基準信号及びカム角信号ＣＳ２が正常取得される状況でない場合、位相可変装置２０のアウタギヤ２１又はインナギヤ２２が過剰に操作されるおそれがある。そこで、制御装置３０は、各信号ＣＳ１,ＣＳ２が正常取得される状況でないと判定した場合に、実位相ＶＴｒを変化させる際の要求変化速度Ｖｒｅｑの上限値を各信号ＣＳ１,ＣＳ２が正常取得される状況であると判定した場合の要求変化速度Ｖｒｅｑの上限値よりも制限することとした。この場合、実位相ＶＴｒの誤算出に起因する、位相可変装置２０の破損等を防止することができる。
【００８６】
・制御装置３０は、カム角信号ＣＳ２が入力される期間では、クランク角信号ＣＳ１とカム角信号ＣＳ２とに基づいて、実位相ＶＴｒを算出し、カム角信号ＣＳ２が入力されない期間では、クランク角信号ＣＳ１とモータ角信号ＣＳ３とに基づいて、実位相ＶＴｒを算出する。この場合、カム角信号ＣＳ２を取得不可能な期間においても実位相ＶＴｒを算出することが可能となるため、エンジン１０の回転速度が低速側となることによりカム角信号ＣＳ２の発生周期が長くなる場合においても、実位相ＶＴｒの算出周期が長くなることを抑制することができる。その結果、位相可変装置２０に対する制御の精度低下を抑制することができる。
【００８７】
（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。
【００８８】
制御装置３０は、位相可変装置２０に対する保護制御として、前回の演算周期で算出している実位相ＶＴｒ（ＶＴＣ）を用いて、今回の実位相ＶＴｒを算出している。このため、各信号ＣＳ１,ＣＳ２を正常取得される状況でないと判定した場合において、通常制御により一度も実位相ＶＴｒを算出していない状態では、クランク角信号ＣＳ１とモータ角信号ＣＳ３とを用いて実位相ＶＴｒを算出すると、実位相ＶＴｒの算出精度が低下するおそれがある。例えば、エンジン１０が始動した直後において、保護制御の実施が選択された場合、通常制御により実位相ＶＴｒが一度も算出されていない状態が生じ得る。
【００８９】
そこで、本実施形態では、制御装置３０は、既に、通常制御により実位相ＶＴｒの算出を行っていることを条件に、クランク角信号ＣＳ１とモータ角信号ＣＳ３とを用いた実位相ＶＴｒの算出を選択することとした。
【００９０】
図７を用いて、本実施形態に係る、位相可変装置２０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７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。
【００９１】
ステップＳ３１において、気筒識別に異常が生じていると判定すると、ステップＳ３２に進み、正常カウンタＣ２をリセットする。そして、ステップＳ５０に進み、通常制御により既に実位相ＶＴｒを算出しているか否かを判定する。
【００９２】
通常制御により実位相ＶＴｒを算出していなければ、ステップＳ５０を否定判定し、ステップＳ５１に進む。そして、ステップＳ５１では、バルブタイミング制御を実施しない。一方、既に実位相ＶＴｒを算出している場合、ステップＳ５０を肯定判定し、ステップＳ３３に進む。このため、ステップＳ３３では、保護制御実施フラグＦがハイ状態に設定されることにより、保護制御が選択される。
【００９３】
なお、ステップＳ５０を否定判定する場合に、ステップＳ５１において実位相ＶＴｒを予め定めた値に設定してもよい。そして、ステップＳ３４の処理を実施した後、図７の処理を一旦終了する。
【００９４】
以上説明した本実施形態では、制御装置３０は、各信号ＣＳ１,ＣＳ２を正常取得される状況でないと判定した場合において、その判定の前に各信号ＣＳ１，ＣＳ２により実位相ＶＴｒが算出していることを条件に、クランク角信号ＣＳ１とモータ角信号ＣＳ３とに基づいて、実位相ＶＴｒを算出する。この場合、実位相ＶＴｒの算出精度が大きく低下するのを防止することができる。
【００９５】
（その他の実施形態）
・クランク角信号ＣＳ１に含まれる基準信号及びカム角信号ＣＳ２が正常取得される状況として、気筒識別に異常が生じていないことを判定することに換えて、カム角信号ＣＳ２が取得されていない状態を判定してもよい。この場合、図４のステップＳ３１において、カム角信号ＣＳ２を取得できているか否かを判定すればよい。
【００９６】
・制御装置３０は、位相可変装置２０に対する通常制御として、クランク角信号ＣＳ１及びカム角信号ＣＳ２のみを用いた実位相ＶＴｒの算出を行ってもよい。この場合、図３において、ステップＳ１１,ステップＳ１６〜Ｓ２１の処理を省略すればよい。
【００９７】
・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、クランク角信号ＣＳ１及びモータ角信号ＣＳ３を用いて実位相ＶＴｒを算出してもよい。
【符号の説明】
【００９８】
１０…エンジン、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】
2020051349.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020051349.tif 000007
【図６】
2020051349.tif 000008
【図７】
2020051349.tif 000009