(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸の回転角を検出するクランク角センサと、
機関バルブ開閉用カム軸の回転角を検出するカムセンサと、
前記クランク角センサ及び前記カムセンサからの各信号に基づいて、前記クランク軸に対する前記カム軸の回転位相を検出する第１回転位相検出手段と、
前記クランク軸に対して前記カム軸を相対回転させて前記回転位相を変更可能なアクチュエータと、
を含んで構成され、前記回転位相の検出値に基づいて前記アクチュエータを駆動し、前記回転位相を目標値に近づけるようにフィードバック制御する可変バルブタイミング機構の制御装置であって、
前記クランク軸回転の正方向回転と逆方向回転を判別して検出する正転／逆転検出手段と、
前記アクチュエータの回転方向を含む回転動作量を、前記第１回転位相検出手段による回転位相検出頻度より高い頻度で検出するアクチュエータ回転センサと、
前記クランク軸回転の正方向回転と逆方向回転の検出結果と、前記アクチュエータの回転方向を含む回転動作量とに基づいて、前記カム軸の回転位相を前記第１回転位相検出手段より高頻度で検出する第２回転位相検出手段と、
を含んで構成し、
前記クランク軸に連動して回転するスプロケットと前記カム軸とが同心に配設され、
前記アクチュエータは、前記カム軸とモータ軸が同心に配設されると共に、ステータを含むモータ本体が前記スプロケットと一体に回転する電動モータで構成され、前記モータ軸の回転を減速機を介して前記カム軸に伝達することにより、前記カム軸を前記スプロケットに対して相対回転させて、前記回転位相を変更するように構成され、
前記クランク軸の逆方向回転が検出されたとき、または、前記フィードバック制御の制御タイミングで、前記第１回転位相検出手段による回転位相検出値が前回値から更新されなかったときは、前記第２回転位相検出手段で検出された回転位相の検出値をフィードバック制御に用い、それ以外のときは、前記第１回転位相検出手段による回転位相検出値を優先してフィードバック制御に用いることを特徴とする可変バルブタイミング機構の制御装置。
【請求項２】
機関の停止挙動中に前記第２回転位相検出手段によって検出された回転位相に基づいて、停止後の回転位相を始動時用の目標回転位相に近づけるようにフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の機関バルブ（吸気バルブまたは排気バルブ）のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の制御装置では、クランク軸に対するカム軸の回転位相を検出しつつ、可変バルブタイミング機構によって目標回転位相に近づけることにより、バルブタイミングを制御している。
【０００３】
特許文献１では、電動モータを用いて吸気バルブ開閉用カム軸を駆動する可変バルブタイミング機構において、カム軸に設けられた回転角センサに比較して、カム軸単位回転角当りの検出頻度が多いモータ軸の回転信号を用いることにより、機関低速域での精度の良いバルブタイミング制御の実現を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１２３１２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、機関の運転を停止させる際など、停止直前の極低回転時にクランク軸が正回転方向とは逆方向に回転（逆転）する場合があり、特許文献１では、逆転した場合にはカム軸回転位相を正しく検出することができなかった。このため、例えば、停止挙動中に、吸気バルブのバルブタイミングを始動用のバルブタイミングに制御しようとする場合などでは、良好なバルブタイミング制御を行うことができなかった。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、クランク軸が逆転した場合でも精度よくカム軸の回転位相を検出でき、良好なバルブタイミング制御を行えるようにした可変バルブタイミング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】
【０００７】
かかる目的を達成するため、本発明は、
クランク軸の回転角を検出するクランク角センサと、機関バルブ開閉用カム軸の回転角を検出するカムセンサと、前記クランク角センサ及び前記カムセンサからの各信号に基づいて、前記クランク軸に対する前記カム軸の回転位相を検出する第１回転位相検出手段と、前記クランク軸に対して前記カム軸を相対回転させて前記回転位相を変更可能なアクチュエータと、を含んで構成され、前記回転位相の検出値に基づいて前記アクチュエータを駆動し、前記回転位相を目標値に近づけるようにフィードバック制御する可変バルブタイミング機構の制御装置であって、以下のように構成した。
【０００８】
前記クランク軸回転の正方向回転と逆方向回転を判別して検出する正転／逆転検出手段と、前記アクチュエータの回転方向を含む回転動作量を、前記第１回転位相検出手段による回転位相検出頻度より高い頻度で検出するアクチュエータ回転センサと、前記クランク軸回転の正方向回転と逆方向回転の検出結果と、前記アクチュエータの回転方向を含む回転動作量とに基づいて、前記カム軸の回転位相を前記第１回転位相検出手段より高頻度で検出する第２回転位相検出手段と、を含んで構成し、
前記クランク軸に連動して回転するスプロケットと前記カム軸とが同心に配設され、
前記アクチュエータは、前記カム軸とモータ軸が同心に配設されると共に、ステータを含むモータ本体が前記スプロケットと一体に回転する電動モータで構成され、前記モータ軸の回転を減速機を介して前記カム軸に伝達することにより、前記カム軸を前記スプロケットに対して相対回転させて、前記回転位相を変更するように構成され、
前記クランク軸の逆方向回転が検出されたとき、または、前記フィードバック制御の制御タイミングで、前記第１回転位相検出手段による回転位相検出値が前回値から更新されなかったときは、前記第２回転位相検出手段で検出された回転位相の検出値をフィードバック制御に用い、それ以外のときは、前記第１回転位相検出手段による回転位相検出値を優先してフィードバック制御に用いる。
【発明の効果】
【０００９】
停止挙動中等にクランク軸が逆方向に回転（逆転）した場合でも、該逆転を検出しつつ、アクチュエータ回転センサによって高頻度で検出されるアクチュエータの回転方向を含む回転動作量を用いて、カム軸の回転位相（機関バルブのバルブタイミング）を高精度で検出することができ、該検出値に基づいてカム軸回転位相を、目標回転位相（目標バルブタイミング）に高精度にフィードバック制御することができ、良好な機関運転性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態における内燃機関のシステム構成図である。
【図２】実施形態におけるクランク角センサ及びカムセンサの構造を示す図である。
【図３】実施形態におけるクランク角センサ及びカムセンサの出力特性を示すタイムチャートである。
【図４】実施形態における回転信号の正転・逆転によるパルス幅・振幅の違いを示すタイムチャートである。
【図５】実施形態における逆転を検出した場合のカウンタＣＮＴＰＯＳの増減変化を示すタイムチャートである。
【図６】実施形態において制御されるバルブタイミングであり、（Ａ）は始動後のミラーサイクル運転時、（Ｂ）は、始動時のバルブタイミングを示す。
【図７】実施形態における可変バルブタイミング機構を示す縦断面図である。
【図８】同上可変バルブタイミング機構における主要な構成部材の要部拡大断面図である。
【図９】図７のＡ−Ａ線断面図である。
【図１０】図７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１１】同上可変バルブタイミング機構に供されるカバー部材と第１オイルシールとの分解斜視図である。
【図１２】図７のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１３】同上実施形態に使用されるモータ回転センサの構成を示す斜視図である。
【図１４】同上モータ回転センサから出力される信号の波形図であり、（Ａ）は、モータの時計回り方向回転時、（Ｂ）はモータの反時計回り方向回転時を示す。
【図１５】同上可変バルブタイミング機構による吸気バルブのバルブタイミング制御の第１実施形態のフローチャートである。
【図１６】同上可変バルブタイミング機構による吸気バルブのバルブタイミング制御の第２実施形態のフローチャートの前段を示す。
【図１７】同上第２実施形態のフローチャートの後段を示す。
【図１８】同上可変バルブタイミング機構による吸気バルブのバルブタイミング制御の第３実施形態のフローチャートの一部を示す。
【図１９】同上第３実施形態のフローチャートの一部を示す。
【図２０】同上第３実施形態のフローチャートの一部を示す。
【図２１】同上の各実施形態における機関停止挙動中での吸気バルブのバルブタイミング制御での各種状態の変化を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本願発明に係る制御装置を適用した車両用内燃機関１０１の構成図である。尚、本実施形態において、内燃機関１０１は、直列４気筒の４サイクル機関であるが、本例に限定されない。
【００１２】
図１において、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０３を介装してある。
そして、内燃機関１０１は、電子制御スロットル１０３及び吸気バルブ１０５を介して、各気筒の燃焼室１０６内に空気を吸入する。
【００１３】
各気筒の吸気ポート１３０に、燃料噴射弁１３１を設けてあり、燃料噴射弁１３１は、制御装置としてのＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）１１４からの噴射パルス信号によって開弁動作し、燃料を噴射する。
【００１４】
燃焼室１０６内の燃料は、点火プラグ１０４による火花点火によって着火燃焼する。点火プラグ１０４それぞれには、点火コイル及び該点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタを内蔵した点火モジュール１１２を装着してある。
【００１５】
燃焼室１０６内の燃焼ガスは、排気バルブ１０７を介して排気管１１１に流出する。排気管１１１に設けたフロント触媒コンバータ１０８及びリア触媒コンバータ１０９は、排気管１１１を流れる排気を浄化する。
【００１６】
吸気カム軸１３４，排気カム軸１１０は、一体的にカムを備え、このカムによって吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７を動作させる。
吸気バルブ１０５は、電動モータ（アクチュエータ）を用いて吸気カム軸１３４をクランク軸１２０に対して相対回転させる可変バルブタイミング機構（電動ＶＴＣ）１１３により、バルブタイミングを可変に制御される。
【００１７】
ＥＣＵ１１４は、マイクロコンピュータを内蔵し、予めメモリに記憶したプログラムに従って演算を行い、電子制御スロットル１０３，燃料噴射弁１３１，点火モジュール１１２などを制御する。
【００１８】
ＥＣＵ１１４は、各種のセンサからの検出信号を入力する。各種のセンサとして、アクセルペダル１１６ａの開度（アクセル開度）ＡＣＣを検出するアクセル開度センサ１１６、内燃機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローセンサ１１５、内燃機関１０１の出力軸であるクランク軸１２０の回転に応じてパルス状の回転信号（単位クランク角信号）ＰＯＳを出力するクランク角センサ（回転センサ）１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、内燃機関１０１の冷却水の温度ＴＷを検出する水温センサ１１９、吸気カム軸１３４の回転に応じてパルス状のカム信号ＰＨＡＳＥを出力するカムセンサ１３３、電動ＶＴＣ１１３を駆動する電動モータのモータ軸回転角を検出するモータ回転センサ２０１、車両の運転者がブレーキペダル１２１を踏み込んだ制動状態においてオンになるブレーキスイッチ１２２、内燃機関１０１を動力源とする車両の走行速度（車速）ＶＳＰを検出する車速センサ１２３などを設けている。
【００１９】
更に、ＥＣＵ１１４は、内燃機関１０１の運転・停止のメインスイッチであるイグニションスイッチ１２４のオン・オフ信号や、スタータスイッチ１２５のオン・オフ信号を入力する。
【００２０】
図２は、クランク角センサ１１７及びカムセンサ１３３の構造を示す。
クランク角センサ１１７は、クランク軸１２０に軸支され、周囲に被検出部としての突起部１５１を備えるシグナルプレート１５２と、内燃機関１０１側に固定され、突起部１５１を検出して回転信号ＰＯＳを出力する回転検出装置１５３とで構成される。
【００２１】
回転検出装置１５３は、波形発生回路、選択回路などを含む各種の処理回路を、突起部１５１を検出するピックアップと共に備えており、回転検出装置１５３が出力する回転信号ＰＯＳは、通常ローレベルで、前記突起部１５１を検知したときに一定時間だけハイレベルに変化するパルス列からなるパルス信号である。
【００２２】
シグナルプレート１５２の突起部１５１は、クランク角で１０degのピッチで等間隔に形成してあるが、突起部１５１を連続して２つ欠落させてある部分を、クランク軸１２０の回転中心を挟んで対向する２箇所に設けてある。
【００２３】
尚、突起部１５１の欠落数は、１個であっても良いし、３つ以上連続して欠落させてもよい。
上記構造により、クランク角センサ１１７（回転検出装置１５３）が出力する回転信号ＰＯＳは、図３に示すように、クランク角で１０deg（単位クランク角）毎に１６回連続してハイレベルに変化した後、３０deg間ローレベルを保持し、再度１６回連続してハイレベルに変化する。
【００２４】
従って、クランク角３０degであるローレベル期間（歯抜け領域、欠落部分）後の最初の回転信号ＰＯＳは、クランク角１８０deg間隔で出力されることになり、このクランク角１８０degは、本実施形態の４気筒機関１０１における気筒間の行程位相差、換言すれば、点火間隔に相当する。
【００２５】
また、本実施形態では、クランク角センサ１１７が、クランク角３０degであるローレベル期間後（歯抜け領域）の最初の回転信号ＰＯＳを、各気筒の上死点前５０deg（ＢＴＤＣ５０deg）のピストン位置で出力するように設定してある。
【００２６】
一方、カムセンサ１３３は、吸気カム軸１３４の端部に軸支され、周囲に被検出部としての突起部１５７を備えたシグナルプレート１５８と、内燃機関１０１側に固定され、突起部１５７を検出してカム信号ＰＨＡＳＥを出力する回転検出装置１５９とで構成される。
【００２７】
回転検出装置１５９は、波形整形回路などを含む各種の処理回路を、突起部１５７を検出するピックアップと共に備えている。
シグナルプレート１５８の突起部１５７は、カム角で９０deg毎の４箇所それぞれに、１個、３個、４個、２個ずつ設けられ、突起部１５７を複数連続して設けた部分では、突起部１５７のピッチを、クランク角で３０deg（カム角で１５deg）に設定してある。
【００２８】
そして、カムセンサ１３３（回転検出装置１５９）が出力するカム信号ＰＨＡＳＥは、図３に示すように、通常はローレベルで、前記突起部１５７を検知することで一定時間だけハイレベルに変化するパルス列からなるパルス信号であり、カム角で９０deg、クランク角で１８０deg毎に、１個単独、３個連続、４個連続、２個連続にハイレベルに変化する。
【００２９】
また、１個単独のカム信号ＰＨＡＳＥ、及び、複数連続して出力されるカム信号ＰＨＡＳＥの先頭の信号は、クランク角で１８０deg間隔に出力され、かつ、１個単独、３個連続、４個連続、２個連続の出力パターンが、ある気筒の上死点ＴＤＣと次の気筒の上死点ＴＤＣとの間でそれぞれ出力されるようにしてある。なお、電動ＶＴＣ○によって、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを変更しても、カム信号ＰＨＡＳＥの出力位置が上死点ＴＤＣを横切って変化することがないように、バルブタイミングの変更範囲を見込んでカム信号ＰＨＡＳＥの出力位置及び出力間隔を設定してある。
【００３０】
より詳細には、第１気筒の圧縮上死点ＴＤＣと第３気筒の圧縮上死点ＴＤＣとの間では、カム信号ＰＨＡＳＥを３個連続で出力し、第３気筒の圧縮上死点ＴＤＣと第４気筒の圧縮上死点ＴＤＣとの間では、カム信号ＰＨＡＳＥを４個連続で出力し、第４気筒の圧縮上死点ＴＤＣと第２気筒の圧縮上死点ＴＤＣとの間では、カム信号ＰＨＡＳＥを２個連続で出力し、第２気筒の圧縮上死点ＴＤＣと第１気筒の圧縮上死点ＴＤＣとの間では、カム信号ＰＨＡＳＥを１個単独で出力するように設定してある。
【００３１】
各上死点ＴＤＣの間で出力するカム信号ＰＨＡＳＥの連続出力数は、次に圧縮上死点となる気筒番号を示し、例えば、今回の上死点ＴＤＣと前回の上死点ＴＤＣとの間で、カム信号ＰＨＡＳＥを３個連続して出力した場合には、今回の上死点ＴＤＣは、第３気筒の圧縮上死点ＴＤＣであることを示す。
【００３２】
本実施形態の４気筒機関１０１では、点火を第１気筒→第３気筒→第４気筒→第２気筒の順で行うので、上死点ＴＤＣ間で出力されるカム信号ＰＨＡＳＥの出力パターンは、図３に示すように、１個単独、３個連続、４個連続、２個連続の順に設定してある。
【００３３】
ＥＣＵ１１４は、例えば、回転信号ＰＯＳの歯抜け箇所を回転信号ＰＯＳの周期変化などから判断し、この歯抜け位置を基準に、回転信号ＰＯＳの発生数を計数することで、上死点ＴＤＣ（基準クランク角位置ＲＥＦ）を検出する。本実施形態では、回転信号ＰＯＳの歯抜け領域後の６番目に出力される回転信号ＰＯＳが各気筒の上死点ＴＤＣに相当する。
【００３４】
そして、ＥＣＵ１１４は、上死点ＴＤＣ間でカム信号ＰＨＡＳＥの出力数を計数することで、次にピストンの位置が圧縮上死点ＴＤＣ（所定ピストン位置）となる気筒を判別すると共に、上死点ＴＤＣからの回転信号ＰＯＳの発生数を計数し、該計数値ＣＮＴＰＯＳに基づいてそのときのクランク角を検出する。
【００３５】
圧縮上死点ＴＤＣの気筒及びクランク角を検出すると、ＥＣＵ１１４は、燃料噴射及び点火を行わせる気筒、更に、燃料噴射タイミング及び点火タイミングを決定し、前記計数値ＣＮＴＰＯＳに基づいて検出されるクランク軸１２０の角度（クランク角）に応じて噴射パルス信号や点火制御信号を出力する。
【００３６】
ピストンの位置が圧縮上死点ＴＤＣ（所定ピストン位置）となる気筒の判別結果は、点火順に沿って更新することになるので、上死点ＴＤＣ間でカム信号ＰＨＡＳＥの出力数を計数することで、次にピストンの位置が圧縮上死点ＴＤＣ（所定ピストン位置）となる気筒を判別した後は、圧縮上死点ＴＤＣの気筒を上死点ＴＤＣ毎に点火順に沿って更新することができる。
【００３７】
尚、カム信号ＰＨＡＳＥの発生数を計数する区間を、上死点ＴＤＣ間に限定するものではなく、任意のクランク角（ピストン位置）を、カム信号ＰＨＡＳＥの発生数を計数する区間の基準とすることができる。
【００３８】
更に、カム信号ＰＨＡＳＥの発生数で、所定ピストン位置の気筒を判別する代わりに、カム信号ＰＨＡＳＥのパルス幅の違いなどに基づいて、所定ピストン位置の気筒を判別することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、回転信号ＰＯＳのパルス列の一部を欠落させてあることで、欠落位置を基準にクランク軸１２０の角度位置（クランク角）を検出できるようにしているが、回転信号ＰＯＳを１０deg毎に欠落することなく出力させ、代わりに、クランク角１８０deg毎の基準クランク角位置で信号を発生する基準位置センサを設け、該基準位置センサの出力信号を基準に、回転信号ＰＯＳを計数することで、クランク軸１２０の角度位置（クランク角）を検出することもできる。
【００４０】
また、基準クランク角位置から１個単独のカム信号ＰＨＡＳＥ、又は、複数連続して出力されるカム信号ＰＨＡＳＥの先頭の信号までの回転信号ＰＯＳの発生数をカウントすることにより、電動ＶＴＣ１１３によって変更されるクランク軸１２０に対する吸気カム軸１３４の回転位相（吸気バルブ１０５の実バルブタイミング）を検出することができ、この検出値に基づいて、バルブタイミングを目標値に近づけるようにフィードバック制御することができる。
【００４１】
ところで、内燃機関１０１（クランク軸１２０）が正方向に回転（正転）している場合には、回転信号ＰＯＳの発生が、クランク軸１２０が１０degだけ正転したことを示し、基準クランク角位置からの回転信号ＰＯＳの発生数が、基準クランク角位置からのクランク軸１２０の回転角度を示すことになる。
【００４２】
しかし、内燃機関１０１の停止直前には、筒内の圧縮圧などによって内燃機関１０１（クランク軸１２０）が逆方向に回転（逆転）する場合があり、係る逆転時にも正転時と同様に回転信号ＰＯＳの発生数を計数し続けると、クランク軸１２０の角度位置（クランク角）を誤検出することになってしまう。
【００４３】
そこで、内燃機関１０１（クランク軸１２０）の正転・逆転を判別できるように、クランク角センサ１１７（回転検出装置１５３）が、クランク軸１２０の正転時と逆転時とでパルス幅の異なる回転信号ＰＯＳ（パルス信号）を出力するようにしてある（図４（Ａ）参照）。
【００４４】
回転軸の回転方向によってパルス幅の異なるパルス信号を発生させる手段として、例えば特開２００１−１６５９５１号公報に開示される手段を用いる。具体的には、シグナルプレート１５２の突起部１５１の検出パルス信号として、相互に位相がずれた２つの信号を発生させ、これらの信号を比較することで正転・逆転を判定し、相互に異なるパルス幅ＷＩＰＯＳに生成される２つのパルス信号のいずれか一方を、正転・逆転の判定結果に基づいて選択して出力させるようにする。
【００４５】
ＥＣＵ１１４では、回転信号ＰＯＳのパルス幅ＷＩＰＯＳを計測し、パルス幅の計測値ＷＩＰＯＳと、正転・逆転の判別閾値である閾値ＳＬとを比較することで、正転時のパルス幅ＷＩＰＯＳであるか、逆転時のパルス幅ＷＩＰＯＳであるかを判断し、クランク軸１２０が正転しているか逆転しているかを判別する。
【００４６】
正転・逆転の判別に用いる閾値ＳＬは、正転時のパルス幅ＷＩＰＯＳと逆転時のパルス幅ＷＩＰＯＳとの中間値（例えば、５５μｓ〜８０μｓ）に設定され、正転時のパルス幅ＷＩＰＯＳよりも逆転時のパルス幅ＷＩＰＯＳが長い本実施形態では、パルス幅ＷＩＰＯＳが前記閾値ＳＬ以上であれば、逆転状態であると判断し、パルス幅ＷＩＰＯＳが前記閾値ＳＬ未満であれば、正転状態であると判断する。
【００４７】
尚、本実施形態では、図４（Ａ）に示すように、正転時のパルス幅ＷＩＰＯＳを４５μｓに設定し、逆転時のパルス幅ＷＩＰＯＳを９０μｓに設定したが、パルス幅ＷＩＰＯＳを上記の４５μｓ，９０μｓに限定するものではない。また、正転時の方が逆転時よりもパルス幅ＷＩＰＯＳが大きくなるように設定してもよい。
【００４８】
また、図４（Ａ）に示した例では、回転信号ＰＯＳを、通常ローレベルで既定の角度位置になったときに一定時間だけハイレベルに変化するパルス信号としたが、通常ハイレベルで既定の角度位置になったときに一定時間だけローレベルに変化するパルス信号であってもよく、この場合、ローレベル期間が回転方向で異なるように設定し、ローレベル期間の長さをパルス幅ＷＩＰＯＳとして計測して回転方向を判別することができる。
【００４９】
また、図４（Ｂ）に示すように、回転信号ＰＯＳの振幅（信号レベル）が正転・逆転で異なるようにして、振幅（信号レベル）の違いによって正転・逆転を判別することができる。
【００５０】
図４（Ｂ）に示した例では、回転信号ＰＯＳは、通常ローレベルで既定の角度位置になったときに一定時間だけハイレベルに変化するパルス信号であり、既定の角度位置になったときの信号レベルが、逆転時よりも正転時でより高くなるように設定してあり、具体的には、正転時には５Ｖ、逆転時には2.5Ｖの信号を出力するように設定してある。
【００５１】
そして、図５（Ａ）に示すように、クランク軸１２０の正転時であれば、回転信号ＰＯＳの発生毎に計数値ＣＮＴＰＯＳを増大させることで、クランク軸１２０の正転方向への回転角を検出し、クランク軸１２０の逆転時であれば、回転信号ＰＯＳの発生に対して前記計数値ＣＮＴＰＯＳを減少させることで、クランク軸１２０が逆転した分だけ正転方向への回転角が減ったものとする。
【００５２】
また、逆転して上死点ＴＤＣを横切った場合には、図５に示すように、所定ピストン位置の気筒の判別結果を、点火順で１つ前の気筒に戻すことで、内燃機関１０１の停止時における各気筒のピストン位置を検出する。
【００５３】
図５に示すパターンでは、第１気筒→第３気筒→第４気筒→第３気筒→第４気筒の順で、所定ピストン位置の気筒データを更新しているが、これは、第３気筒の上死点ＴＤＣを経過した後に内燃機関１０１が逆転し、再度第３気筒の上死点ＴＤＣを横切って戻り、第１気筒の上死点ＴＤＣと第３気筒の上死点との間で逆転から正転に切り換り、第３気筒の上死点ＴＤＣを横切って停止した状態を示す。
【００５４】
上記のように、正転・逆転を判別してクランク角を検出すれば、内燃機関１０１の停止直前に逆転することがあっても、停止時のクランク角及び停止時における各気筒のピストン位置を精度良く検出できる。
【００５５】
一方、本実施形態に係る内燃機関では、始動後は、図６（Ａ）に示すように、吸気バルブ１０５の閉時期（ＩＶＣ）を吸気下死点（ＢＤＣ）に対し、大きく遅角（又は進角）させたバルブタイミングに設定することによってミラー（アトキンソン）サイクル運転を行い、シリンダの有効圧縮比より膨張比を大きくする。これにより、ノッキング回避性能が高められ、燃費を向上させる。
【００５６】
しかし、始動時には、ＩＶＣを遅角（進角）させ過ぎると、シリンダ吸入空気量が減少して良好な始動性能を確保できない。そこで、始動時は、図６（Ｂ）に示すように、ＩＶＣの遅角量（進角量）を小さくしてＢＤＣに近づけるバルブタイミング制御を行うことにより、シリンダ吸入空気量を増大させて始動性を確保する運転とする。ここで、本実施形態では、クランキング開始から上記始動用のバルブタイミングとするため、イグニッションスイッチをオフして機関を停止させる停止挙動中に、停止後のバルブタイミングが始動用のバルブタイミングとなるように制御する。
【００５７】
このように、停止挙動中に電動ＶＴＣ１１３によって吸気バルブ１０５のバルブタイミングを変更する際、上述したように停止直前でクランク軸が逆転した場合でもクランク角位置（ピストン位置）については高精度に検出可能である。
【００５８】
一方、電動ＶＴＣ１１３によって変更される吸気カム軸１３４の回転位相（吸気バルブ１０５のバルブタイミング）は、上述した基準クランク角位置からカム信号（複数個出力される気筒では先頭のカム信号）が出力されるまでの回転信号ＰＯＳの発生数をカウントして検出する方式では、逆転を生じると検出すべきカム信号を誤検出してしまい回転位相を正しく検出することができない。
【００５９】
また、回転位相が気筒間行程位相差毎に検出するため、正転時でも停止直前の極低回転時は、フィードバック制御の制御周期に比較して回転位相の検出周期が長く、前回の制御タイミングから今回の制御タイミングの間に、検出値が更新されず、この間も変更される回転位相を精度良く検出することができない。
【００６０】
そこで、本実施形態では、電動ＶＴＣに駆動用電動モータ（アクチュエータ）のモータ軸回転角（回転動作量）を任意のタイミングで回転方向を含めて検出可能な検出頻度の高いモータ回転センサ（アクチュエータ回転センサ）２０１を配設する。そして、該モータ回転センサ２０１で検出されたモータ軸回転角信号と、上記正転・逆転判別機能を持たせたクランク角センサ１１７からの回転信号ＰＯＳとに基づいて、クランク軸１２０の逆転を生じても吸気カム軸１３４の回転位相（吸気バルブ１０５のバルブタイミング）を任意のタイミングで高精度に検出する構成とする。
【００６１】
上記電動ＶＴＣ１１３は、図７〜図１２に示すように、内燃機関のクランク軸１２０によって回転駆動する駆動回転体であるタイミングスプロケット１と、シリンダヘッド上に軸受４４を介して回転自在に支持され、前記タイミングスプロケット１から伝達された回転力によって回転する吸気カム軸１３４と、該タイミングスプロケット１の前方位置に配置されて、固定部であるチェーンカバー４０にボルトによって取り付け固定されたカバー部材３と、前記タイミングスプロケット１と吸気カム軸１３４の間に配置されて、機関運転状態に応じて両者１，２の相対回転位相を変更する可変機構である位相変更機構４と、を備えて構成されている。
【００６２】
タイミングスプロケット１は、全体が鉄系金属によって一体に形成され、内周面が段差径状の円環状のスプロケット本体１ａと、該スプロケット本体１ａの外周に一体に設けられて、巻回されたタイミングチェーン４２を介してクランク軸からの回転力を受けるギア部１ｂと、から構成されている。また、タイミングスプロケット１は、前記スプロケット本体１ａの内周側に形成された円形溝１ｃと前記吸気カム軸１３４の前端部に一体に設けられた肉厚なフランジ部２ａの外周との間に介装された第３軸受である第３ボールベアリング４３によって吸気カム軸１３４に回転自在に支持されている。
【００６３】
スプロケット本体１ａの前端部外周縁には、環状突起１ｅが一体に形成されている。このスプロケット本体１ａの前端部には、前記環状突起１ｅの内周側に同軸に位置決めされ、内周に波形状の噛み合い部である内歯１９ａが形成された環状部材１９と、大径円環状のプレート６がボルト７によって軸方向から共締め固定されている。また、前記スプロケット本体１ａの内周面の一部には、図１０に示すように、円弧状の係合部であるストッパ凸部１ｄが周方向に沿って所定長さ範囲まで形成されている。
【００６４】
プレート６の前端側外周には、前記位相変更機構４の後述する減速機８や電動モータ１２の各構成部材を覆う状態で前方に突出した円筒状のハウジング５がボルト１１によって固定されている。
【００６５】
ハウジング５は、鉄系金属によって一体に形成されてヨークとして機能し、前端側に円環プレート状の保持部５ａを一体に有していると共に、該保持部５ａを含めた外周側全体が前記カバー部材３によって所定の隙間をもって覆われた形で配置されている。
【００６６】
吸気カム軸１３４は、外周に吸気バルブ１０５を開作動させる一気筒当たり２つの駆動カムを有していると共に、前端部に従動回転体である従動部材９がカムボルト１０によって軸方向から結合されている。また、吸気カム軸１３４の前記フランジ部２ａには、図１０に示すように、前記スプロケット本体１ａのストッパ凸部１ｄが係入する係止部であるストッパ凹溝２ｂが円周方向に沿って形成されている。このストッパ凹溝２ｂは、円周方向へ所定長さの円弧状に形成されて、この長さ範囲で回動したストッパ凸部１ｄの両端縁が周方向の対向縁２ｃ、２ｄにそれぞれ当接することによって、タイミングスプロケット１に対する吸気カム軸１３４の最大進角側あるいは最大遅角側の相対回転位置を規制するようになっている。
【００６７】
カムボルト１０は、頭部１０ａの軸部１０ｂ側の端縁にフランジ状の座面部１０ｃ一体に形成されていると共に、軸部１０ｂの外周に前記吸気カム軸１３４の端部から内部軸方向に形成された雌ねじ部に螺着する雄ねじ部が形成されている。
【００６８】
従動部材９は、鉄系金属材によって一体に形成され、図８に示すように、前端側に形成された円板部９ａと、後端側に一体に形成された円筒状の円筒部９ｂとから構成されている。
【００６９】
円板部９ａは、後端面の径方向ほぼ中央位置に前記吸気カム軸１３４のフランジ部２ａとほぼ同外径の環状段差突起９ｃが一体に設けられ、この段差突起９ｃの外周面と前記フランジ部２ａの外周面が前記第３ボールベアリング４３の内輪４３ａの内周に挿通配置されている。第３ボールベアリング４３の外輪４３ｂは、スプロケット本体１ａの円形溝１ｃの内周面に圧入固定されている。
【００７０】
また、円板部９ａの外周部には、図７〜図１１に示すように、後述する複数のローラ３４を保持する保持器４１が一体に設けられている。この保持器４１は、前記円板部９ａの外周部から前記円筒部９ｂと同じ方向へ突出して形成され、円周方向へほぼ等間隔の位置に所定の隙間をもった複数の細長い突起部４１ａによって形成されている。
【００７１】
円筒部９ｂは、図７に示すように、中央に前記カムボルト１０の軸部１０ｂが挿通される挿通孔９ｄが貫通形成されていると共に、外周側に第１軸受である後述の第１ニードルベアリング３０が設けられている。
【００７２】
カバー部材３は、図７及び図１１に示すように、比較的に肉厚な合成樹脂材によって一体に形成され、カップ状に膨出したカバー本体３ａと、該カバー本体３ａの後端部外周に一体に有するブラケット３ｂと、から構成されている。
【００７３】
カバー本体３ａは、位相変更機構４の前端側を覆う、つまりハウジング５の軸方向の保持部５ｂから後端部側のほぼ全体を、所定隙間をもって覆うように配置されている。一方、前記ブラケット３ｂには、ほぼ円環状に形成されて６つのボス部にそれぞれボルト挿通孔３ｆが貫通形成されている。
【００７４】
また、カバー部材３は、図７に示すように、ブラケット３ｂが前記チェーンカバー４０に複数のボルト４７を介して固定されていると共に、前記カバー本体３ａの前端部３ｃの内周面に内外２重のスリップリング４８ａ，４８ｂが各内端面を露出した状態で埋設固定されている。さらに上端部には、内部に前記スリップリング４８ａ、４８ｂと導電部材を介して接続されたコネクタ端子４９ａが固定されたコネクタ部４９が設けられている。なお、前記コネクタ端子４９ａには、コントロールユニット２１を介して図外のバッテリー電源から通電あるいは通電が遮断されるようになっている。
【００７５】
そして、カバー本体３ａの後端部側の内周面と前記ハウジング５の外周面との間には、図７にも示すように、シール部材である大径な第１オイルシール５０が介装されている。この第１オイルシール５０は、横断面ほぼコ字形状に形成されて、合成ゴムの基材の内部に芯金が埋設されていると共に、外周側の円環状基部５０ａが前記カバー部材３ａ後端部の内周面に形成された円形溝３ｄ内に嵌着固定されている。また、円環状基部５０ａの内周側には、前記ハウジング５の外周面に当接するシール面５０ｂが一体に形成されている。
【００７６】
位相変更機構４は、吸気カム軸１３４のほぼ同軸上前端側に配置された電動モータ１２と、該電動モータ１２の回転速度を減速して吸気カム軸１３４に伝達する前記減速機８と、から構成されている。
【００７７】
電動モータ１２は、図７及び図８に示すように、ブラシ付きのＤＣモータであって、タイミングスプロケット１と一体に回転するヨークであるハウジング５と、該ハウジング５の内部に回転自在に設けられた出力軸であるモータ軸１３と、ハウジング５の内周面に固定された半円弧状の一対の永久磁石１４，１５と、ハウジング保持部５ａの内底面側に固定された固定子１６と、を備えている。
【００７８】
モータ軸１３は、筒状に形成されてアーマチュアとして機能し、軸方向のほぼ中央位置の外周に、複数の極を持つ鉄心ロータ１７が固定されていると共に、該鉄心ロータ１７の外周には電磁コイル１８が巻回されている。また、モータ軸１３の前端部外周には、コミュテータ２０が圧入固定されており、このコミュテータ２０には、前記鉄心ロータ１７ａの極数と同数に分割された各セグメントに前記電磁コイル１８が接続されている。
【００７９】
固定子１６は、図１２に示すように、保持部５ａの内底壁に４本のビス２２ａによって固定された円環板状の樹脂ホルダー２２と、該樹脂ホルダー２２と保持部５ａを軸方向に貫通配置されて、各先端面が前記一対のスリップリング４８ａ、４８ｂに摺接して給電される周方向内外２つの第１ブラシ２３ａ，２３ｂと、樹脂ホルダー２２の内周側に内方へ進退自在に保持されて、円弧状の先端部が前記コミュテータ２０の外周面に摺接する第２ブラシ２４ａ、２４ｂと、から主として構成されている。
【００８０】
第１ブラシ２３ａ、２３ｂと第２ブラシ２４ａ、２４ｂは、ピッグテールハーネス２５ａ、２５ｂによって接続されていると共に、それぞれに弾接した捩りばね２６ａ、２７ａのばね力によってスリップリング４８ａ、４８ｂ方向やコミュテータ２０方向へそれぞれ付勢されている。
【００８１】
モータ軸１３は、カムボルト１０の頭部１０ａ側の軸部１０ｂの外周面に第１軸受であるニードルベアリング２８と該ニードルベアリング２８の軸方向の側部に配置された軸受である第４ボールベアリング３５を介して回転自在に支持されている。また、前記モータ軸１３の吸気カム軸１３４側の後端部には、減速機８の一部を構成する円筒状の偏心軸部３０が一体に設けられている。
【００８２】
第１ニードルベアリング２８は、偏心軸部３０の内周面に圧入された円筒状のリテーナ２８ａと、該リテーナ２８ａの内部に回転自在に保持された複数の転動体であるニードルローラ２８ｂとから構成されている。このニードルローラ２８ｂは、前記従動部材９の円筒部９ｂの外周面を転動している。
【００８３】
第４ボールベアリング３５は、内輪３５ａが前記従動部材９の円筒部９ｂの前端縁とカムボルト１０の座面部１０ｃとの間に挟持状態に固定されている一方、外輪３５ｂがモータ軸１３の内周に形成された段差部と抜け止めリングであるスナップリング３６との間で軸方向の位置決め支持されている。
【００８４】
また、モータ軸１３(偏心軸部３０)の外周面とプレート６の内周面との間には、減速機８内部から電動モータ１２内への潤滑油のリークを阻止するフリクション部材である第２オイルシール３２が設けられている。この第２オイルシール３２は、内周部が前記モータ軸１３の外周面に弾接していることによって、該モータ軸１３の回転に対して摩擦抵抗を付与するようになっている。
【００８５】
減速機８は、図７、図８に示すように、偏心回転運動を行う前記偏心軸部３０と、該偏心軸部３０の外周に設けられた第２軸受である第２ボールベアリング３３と、該第２ボールベアリング３３の外周に設けられた前記ローラ３４と、該ローラ３４を転動方向に保持しつつ径方向の移動を許容する前記保持器４１と、該保持器４１と一体の前記従動部材９と、から主として構成されている。
【００８６】
偏心軸部３０は、外周面に形成されたカム面の軸心Ｙがモータ軸１３の軸心Ｘから径方向へ僅かに偏心している。なお、前記第２ボールベアリング３３とローラ３４などが遊星噛み合い部として構成されている。
【００８７】
第２ボールベアリング３３は、大径状に形成されて、第１ニードルベアリング２８の径方向位置で全体がほぼオーバラップする状態に配置され、内輪３３ａが偏心軸部３０の外周面に圧入固定されていると共に、外輪３３ｂの外周面には前記ローラ３４が常時当接している。また、外輪３３ｂの外周側には円環状の隙間Ｃが形成されて、この隙間Ｃによって第２ボールベアリング３３全体が前記偏心軸部３０の偏心回転に伴って径方向へ移動可能、つまり偏心動可能になっている。
【００８８】
各ローラ３４は、第２ボールベアリング３３の偏心動に伴って径方向へ移動しつつ前記環状部材１９の内歯１９ａに嵌入すると共に、保持器４１の突起部４１ａによって周方向にガイドされつつ径方向に揺動運動させるようになっている。
【００８９】
減速機８の内部には、潤滑油供給手段によって潤滑油が供給されるようになっている。この潤滑油供給手段は、図７に示すように、シリンダヘッドの軸受４４の内部に形成されて、図外のメインオイルギャラリーから潤滑油が供給される油供給通路４７と、前記吸気カム軸１３４の内部軸方向に形成されて、前記油供給通路４７にグルーブ溝を介して連通した油供給孔４８と、従動部材９の内部軸方向に貫通形成されて、一端が該油供給孔４８に開口し、他端が前記第１ニードルベアリング２８と第２ボールベアリング３３の付近に開口した小径なオイル供給孔４５と、同じく従動部材９に貫通形成された大径な３つの図外のオイル排出孔と、から構成されている。
【００９０】
以下、本電動ＶＴＣ１１３の作動について説明すると、まず、機関のクランク軸が回転駆動するとタイミングチェーン４２を介してタイミングスプロケット１が回転し、その回転力によりハウジング５と環状部材１９とプレート６を介して電動モータ１２が同期回転する。一方、環状部材１９の回転力が、ローラ３４から保持器４１及び従動部材９を経由して吸気カム軸１３４に伝達される。これによって、吸気カム軸１３４のカムが吸気弁を開閉作動させる。
【００９１】
そして、電動ＶＴＣ１１３を駆動して吸気カム軸１３４の回転位相（吸気バルブ１０５のバルブタイミング）を変更するときは、コントロールユニット２１からスリップリング４８ａ、４８ｂなどを介して電動モータ１２の電磁コイル１７に通電される。これによって、モータ軸１３が回転駆動され、この回転力が減速機８を介して吸気カム軸１３４に減速された回転力が伝達される。
【００９２】
すなわち、モータ軸１３の回転に伴い偏心軸部３０が偏心回転すると、各ローラ３４がモータ軸１３の１回転毎に保持器４１の突起部４１ａに径方向へガイドされながら環状部材１９の一の内歯１９ａを乗り越えて隣接する他の内歯１９ａに転動しながら移動し、これを順次繰り返しながら円周方向へ転接する。この各ローラ３４の転接によって前記モータ軸１３の回転が減速されつつ従動部材９に回転力が伝達される。このときの減速比は、ローラ３４の個数などによって任意に設定することが可能である。
【００９３】
これにより、吸気カム軸１３４がタイミングスプロケット１に対して正逆相対回転して相対回転位相が変換されて、吸気弁の開閉タイミングを進角側あるいは遅角側に変換制御するのである。
【００９４】
そして、タイミングスプロケット１に対する吸気カム軸１３４の正逆相対回転の最大位置規制(角度位置規制)は、前記ストッパ凸部１ｄの各側面が前記ストッパ凹溝２ｂの各対向面２ｃ、２ｄのいずれか一方に当接することによって行われる。
【００９５】
すなわち、従動部材９が、偏心軸部３０の偏心回動に伴ってタイミングスプロケット１の回転方向と同方向に回転することによって、ストッパ凸部１ｄの一側面がストッパ凹溝２ｂの一方側の対向面１ｃに当接してそれ以上の同方向の回転が規制される。これにより、吸気カム軸１３４は、タイミングスプロケット１に対する相対回転位相が進角側へ最大に変更される。
【００９６】
一方、従動部材９が、タイミングスプロケット１の回転方向と逆方向に回転することによって、ストッパ凸部１ｄの他側面がストッパ凹溝２ｂの他方側の対向面２ｄに当接してそれ以上の同方向の回転が規制される。これにより、吸気カム軸１３４は、タイミングスプロケット１に対する相対回転位相が遅角側へ最大に変更される。
【００９７】
また、モータ回転センサ２０１は、図１３に示すように、被検出部２０１Ａと、該被検出部２０１Ａの回転方向の変位を検出するギャップセンサである回転角検出部２０１Ｂとから構成されている。
【００９８】
被検出部２０１Ａは、図７及び図８に示すように、モータ軸１３の前端縁に嵌挿して固定され、回転角検出部２０１Ｂは、図７に示すように、カバー部材３の被検出部２０１Ａ前方に対向する部分を貫通して形成された孔に嵌挿して固定されている。
【００９９】
被検出部２０１Ａは、図１３に示すように、三次元的な形状に形成されて、軸方向に突出した３つのターゲット部が円周方向の等間隔位置に形成されており、この各ターゲット部は、それぞれ回転角検出部２０１Ｂに対向する端面が周方向へ円弧状に形成された傾斜部２０１ａと、該傾斜部２０１ａの端縁から軸方向かつ径方向へ直線状に切り立ったエッジ部２０１ｂとから構成されている。
【０１００】
各傾斜部２０１ａは、エッジ部２０１ｂを頂点とした一端側から時計周り方向に他端側へ向かって所定の角度で下り傾斜面状に形成されて、前記回転角検出部２０１Ｂによる検出位置が連続的に変化するようになっている。一方、エッジ部２０１ｂは、それぞれ半径方向に沿って切り立って形成されて、傾斜部２０１ａの一端から軸方向へ平坦面状に形成されて、検出位置が非連続的に変化するようになっている。
【０１０１】
回転角検出部２０１Ｂは、電磁ピックアップ式であって、対向する被検出部２０１Ａの傾斜部２０１ａ、エッジ部２０１ｂを検出することによって、図１４に示すように、連続した階段状（鋸刃状）の波形信号を出力する。すなわち、モータ軸１３が時計周り方向に回転するときは、傾斜部２０１ａ検出時に出力が漸増し、エッジ部２０１ｂ検出時に出力が急峻に立ち下がる波形信号となり、モータ軸１３が反時計周り方向に回転するときは、傾斜部２０１ａ検出時に出力が漸減し、エッジ部２０１ｂ検出時に出力が急峻に立ち上がる波形信号となる。
【０１０２】
この特性を用いて、出力が漸増するときは、該出力の漸増に応じてモータ軸１３の時計回り方向（例えば、進角方向）の回転角を漸増し、出力が漸減するときは、該出力の漸減に応じてモータ軸１３の反時計回り方向（例えば、遅角方向）の回転角を漸増することにより、回転方向と共に回転角（回転動作量）を連続的（リニア）に検出することができる。なお、エッジ部２０１ｂ検出時に、対応する回転角の出力値（出力電圧）を学習することで、検出誤差を抑制することができる。
【０１０３】
そして、上述したように、このような特性を有するモータ回転センサ２０１からのモータ軸回転角検出信号と、クランク角センサ１１７からの回転信号ＰＯＳとに基づいて、機関の停止挙動中に、吸気カム軸１３４の回転位相、すなわち、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを高精度に検出しつつ、停止操作前のミラーサイクル運転に対応したバルブタイミングから、始動時用のバルブタイミングに進角制御する。
【０１０４】
以下に、吸気バルブ１０５のバルブタイミング制御の各実施形態について説明する。
図１５は、第１実施形態のフローを示す。本実施形態では、カム信号ＰＨＡＳＥは、気筒判別に使用するが、バルブタイミングは、クランク角センサ１１７とモータ回転センサ２０１との検出信号を用いて検出する。
【０１０５】
ステップ１では、内燃機関（エンジン）の運転状態に基づいて、ＶＴＣ目標角度θtrg[deg.CA]、すなわち、電動ＶＴＣ１１３によって制御される吸気カム軸１３４の目標回転位相（吸気バルブ１０５の目標バルブタイミング）を算出する。ここで、ＶＴＣ目標角度θtrg[deg.CA]は、ミラーサイクル運転時は、図６（Ａ）に示したミラー運転用の目標バルブタイミングに設定されるが、イグニッションスイッチをオフとして機関運転を停止したときは、始動時用の目標バルブタイミングに切換えて設定される。
【０１０６】
ステップ２では、モータ回転センサ２０１の出力より、モータ軸回転角θf_m[deg.]を算出する。ここで、本実施形態では、電動モータ本体がタイミングスプロケット１と一体に回転するので、モータ軸回転角θf_m[deg.]は、タイミングスプロケット１の回転角に、電動モータ本体に対するモータ軸１３の駆動回転角を加算した回転角として算出される。
【０１０７】
ステップ３では、クランク角センサ１１７の出力より、クランク軸１２０の正転方向の回転角（クランク軸正回転角）θf_crp[deg.CA]を算出する。本実施形態では、クランク軸正回転角θf_crp[deg.CA]は、上述したように各気筒の基準位置（圧縮ＴＤＣ）から１０deg毎に出力される回転信号ＰＯＳをカウントすることによって算出される。
【０１０８】
ステップ４では、同じくクランク角センサ１１７の出力より、クランク軸１２０の逆転方向の回転角（クランク軸逆回転角）θf_crp[deg.CA]を算出する。クランク軸逆回転角θf_crp[deg.CA]は、上述したように逆転と判定されてから出力される回転信号ＰＯＳをカウントすることによって算出される。逆転を発生していない場合は、θf_crn＝０となる。
【０１０９】
ステップ５では、逆転の有無を含めて最終的に検出されるクランク軸回転角θf_cr[deg.CA]を次式により算出する。
θf_cr＝θf_crp−θf_crn
ステップ６では、タイミングスプロケット１の回転角θf_cs[deg.]を、次式により算出する。
【０１１０】
θf_cs＝θf_cr×１／２
ここで、タイミングスプロケット１の回転速度は、クランク軸回転速度θf_crの１／２に減速されるので、減速比１／２を乗じて算出する。
【０１１１】
ステップ７では、制御周期（前回制御タイミングから今回制御タイミングまでの間）Ｔｓ[s]間のモータ軸回転角変化量Δθf_m[deg.]を算出する。
Δθf_m＝θf_m−θf_m前回値
ステップ８では、制御周期Ｔｓ[s]間のスプロケット回転角変化量Δθf_cs[deg.]を算出する。
【０１１２】
Δθf_cs＝θf_cs−θf_cs前回値
ステップ９では、制御周期Ｔｓ[s]間のタイミングスプロケット１に対するモータ軸回転角変化量（駆動回転角の変化量）Δθs_m[deg.]を算出する。
【０１１３】
Δθs_m＝Δθf_m−Δθf_cs
ステップ１０では、制御周期Ｔｓ[s]間のタイミングスプロケット１に対する吸気カム軸の回転角変化量（カム軸回転角変化量）のクランク角換算値Δθs_cm[deg.CA]を算出する。
【０１１４】
Δθs_cm＝Δθf_m×減速比×２
ここで、減速比は、上述した減速機８によりモータ回転速度に対して減速されるカム軸回転速度の減速比（例えば、１／６０）である。また、クランク角[deg.CA]への換算係数２が乗じられる。
【０１１５】
ステップ１１では、吸気カム軸１３４の現在の実回転角（ＶＴＣ実角度）θs_cm[deg.CA]、すなわち、吸気カム軸１３４の回転位相（吸気バルブ１０５のバルブタイミング）を次式によって算出する。
【０１１６】
θs_cm＝θs_cm前回値＋ Δθs_cm
ステップＳ１２では、ＶＴＣ目標角度θtrg[deg.CA]に、ＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]が追従するようなＶＴＣ操作量を演算する。
【０１１７】
これにより、電動ＶＴＣ１１３は、上記ＶＴＣ操作量にしたがって、電動モータ１２を駆動され、吸気バルブ１０５のバルブタイミングは、ミラーサイクル運転中は、ＩＶＣを十分に遅角させたミラー運転用のバルブタイミングに制御され、停止挙動中は、停止後に始動時用に進角されたバルブタイミングとなるように制御される。
【０１１８】
以上示した第１実施形態によれば、図２１に実線で示すように、停止挙動中等にクランク軸が逆転する現象を生じた場合でも、クランク角センサ１１７によって逆転を検出しつつ、モータ回転センサ２０１によって高頻度で検出されるモータ軸回転角を用いて、吸気カム軸１３４の回転位相を任意のタイミングで高精度に検出することができる。そして、このように高精度に検出された吸気カム軸１３４の回転位相に基づいて、吸気バルブ１０５の機関停止後のバルブタイミングを始動時用の進角されたバルブタイミングに高精度にフィードバック制御しておくことができ、その後の始動時に十分な吸入空気量を得て良好な始動性を確保することができる。因みに、図２１で一点鎖線で示すように、カム信号を用いて検出された吸気カム軸の回転位相のみに基づいて制御した場合は、検出頻度が低いため高精度な検出を行えず、高精度なバルブタイミング制御を行えない。また、クランク軸が逆転した場合は、逆転を誤検出して正しいバルブタイミングに制御することができない。
【０１１９】
また、始動（クランキング）中などの極低回転時にも、モータ軸回転角を用いた高精度なバルブタイミング検出値に基づいて高精度なバルブタイミング制御を維持することができる。なお、始動中にも稀に逆転を生じる可能性があるが、その場合でもバルブタイミングを正確に検出して始動時用のバルブタイミングに維持することが可能となる。
【０１２０】
図１６及び図１７は、吸気バルブ１０５のバルブタイミング制御の第２実施形態のフローを示す。本実施形態では、基本的にはカムセンサ１３３からのカム信号ＰＨＡＳＥとクランク角センサからの回転信号ＰＯＳを用いて吸気カム軸１３４の回転位相を検出するが、逆転が検出された場合と、正転時でも制御周期間に上記方式による吸気カム軸１３４の回転位相の検出が更新されない場合は、第１実施形態同様にクランク角センサ１１７からの回転信号ＰＯＳとモータ回転センサ２０１で検出されるモータ軸回転角を用いて吸気カム軸１３４の回転位相を検出する。
【０１２１】
第１実施形態と相違するステップを主として説明する。
ステップ１の後のステップ２１では、カムセンサ１３３からのカム信号ＰＨＡＳＥとクランク角センサからの回転信号ＰＯＳを用いて、ＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]（吸気カム軸１３４の回転位相＝吸気バルブ１０５のバルブタイミング）を算出する。具体的には、上述したように、基準クランク角位置から１個単独のカム信号ＰＨＡＳＥ、又は、複数連続して出力されるカム信号ＰＨＡＳＥの先頭の信号までの回転信号ＰＯＳの発生数をカウントすることにより、ＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]（吸気バルブ１０５の実バルブタイミング）を検出する。
【０１２２】
その後、ステップ２〜ステップ１０まで、第１実施形態と同様の演算処理を行った後、ステップ２２で、制御周期Ｔｓ［s］間に、上記ＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]が更新されたかを判定する。
【０１２３】
制御周期Ｔｓ［s］間にＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]が更新されたと判定された場合は、ステップ２３へ進む。
ステップ２３では、クランク角センサ１１７からの回転信号ＰＯＳに基づき、機関回転が逆転したかを判定する。
【０１２４】
機関回転が正転を維持していると判定されたときは、ステップ２４へ進んで、ステップ２１でカムセンサ１３３からのカム信号ＰＨＡＳＥとクランク角センサ１１７からの回転信号ＰＯＳとに基づいて算出されたＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]を、最終のＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]として設定する。
【０１２５】
一方、ステップ２３で制御周期Ｔｓ［s］間に、上記ＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]が更新されなかったと判定されたときは、ステップ１１へ進んで、モータ軸回転角θf_m[deg.]と回転信号ＰＯＳとに基づき、第１実施形態同様にステップ２〜ステップ１０の算出結果を用いて、ＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]を次式のように算出する。
【０１２６】
θs_cm＝θs_cm前回値＋Δθs_cm
そして、ステップ１２で、ＶＴＣ目標角度θtrg[deg.CA]に、ステップ２４またはステップ１１のいずれかの方式で算出されたＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]が追従するようなＶＴＣ操作量を演算する。
【０１２７】
上記第２実施形態では、以下のような効果が得られる。
クランク軸の逆転時、及び制御周期間でＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]を更新できなかったときは、モータ軸回転角を用いてＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]を算出することにより、ＶＴＣ実角度の誤検出を抑制しつつ、検出精度を高めることができる。
【０１２８】
一方、設定周期中にＶＴＣ実角度が更新され、かつ機関回転が正転している場合は、カムセンサ１３３からのカム信号ＰＨＡＳＥとクランク角センサからの回転信号ＰＯＳとに基づいてＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]を直接的に検出する方が、モータ軸回転角を用いる検出方式に比較して減速機８などが介在しない分、精度良く検出することができる。
【０１２９】
そこで、機関の正転が維持され、かつ、カム信号ＰＨＡＳＥと回転信号ＰＯＳとに基づき検出されるＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]が制御周期間に検出を更新できる大半の運転領域では、該ＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]を最終的なＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]として用いることで、可及的に検出精度を確保できる。
【０１３０】
このように、上記の各機関状態に応じて、より適正に算出されたＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]を選択し、それによって吸気バルブのバルブタイミング制御精度を可及的に高めることができる。
【０１３１】
図１８〜図２０は、吸気バルブ１０５のバルブタイミング制御の第３実施形態のフローを示す。本実施形態では、第２実施形態と同様、各機関状態に応じて、より適正に算出されたＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]を選択する一方、モータ軸回転角を使用してＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]を必要なときだけ算出するようにして演算負荷をより軽減したものである。
【０１３２】
本第３実施形態を、第２実施形態と相違するステップを主として説明する。
ステップ１の後のステップ３１では、クランク角センサ１１７からの回転信号ＰＯＳに基づいてクランク軸回転速度（機関回転速度）ＣＲＳ［deg.CA/s］を算出する。具体的には、単位時間当たりの回転信号ＰＯＳ入力回数のカウント値に比例する値とするなどの方式により算出できる。
【０１３３】
次いでステップ３２では、基準クランク位置の検出周期Ｔｄを算出する。この検出周期は、気筒間行程位相差（本実施形態では、１８０°）を上記クランク軸回転速度ＣＲＳ［deg.CA/s］で除算して算出され、また、ＶＴＣ実角度検出のための気筒毎のカム信号検出周期と一致する。
【０１３４】
そして、ステップ３３で、上記のように算出された検出周期Tｄ［s］と、電動ＶＴＣ１１３によるバルブタイミングのフィードバック制御の要求クランク角位置検出周期つまり制御周期Tｓ［s］とを比較し、検出周期Tｄ［s］が制御周期Tｓ［s］以下であるかを判定する。
【０１３５】
Tｄ［s］≦Ｔｓ［s］と判定されたときは、カム信号ＰＨＡＳＥとクランク角センサからの回転信号ＰＯＳを用いたＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]の検出値が制御周期Ｔｓ［s］間で１回以上更新されることになるので、該検出値を用いて良好なフィードバック制御を行うことができると判断できる。そこで、ステップ２１で、カム信号ＰＨＡＳＥとクランク角センサからの回転信号ＰＯＳを用いてＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]を算出し、このＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]を最終的なＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]として設定する。
【０１３６】
ステップ３３で、Tｄ［s］＞Ｔｓ［s］と判定されたときは、制御周期間に、カム信号を用いたＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]の検出値が更新されない場合があると判断して、ステップ２以降へ進む。
【０１３７】
そして、ステップ２でモータ軸回転角を算出し、ステップ３で正回転方向のクランク軸正回転角を算出した後、ステップ３４へ進み、ステップ３１で算出したクランク軸回転速度が、逆転を発生する可能性がある限界回転速度（逆転発生開始回転速度）ＣＲＳｒを超えているかを判定する。
【０１３８】
ステップ３４で、逆転発生開始回転速度ＣＲＳｒを超えていると判定されたときは、逆転の発生はないと判断し、ステップＳ３５にて、ステップ３で算出されたクランク軸正回転角を、最終のクランク軸回転角θf_cr[deg.CA]として設定する。
【０１３９】
ステップ３４で、クランク軸回転速度が、逆転発生開始回転速度ＣＲＳｒを超えていないと判定されたときは、ステップ４、５で、クランク軸逆回転角θf_crp[deg.CA]、最終的なシャフトの回転角θf_cr[deg.CA]を、順次算出する。
【０１４０】
以上のように、ステップ３５またはステップ５で最終的なクランク軸回転角θf_cr[deg.CA]を設定ないし算出した後、ステップ７以降へ進み、第２実施形態のステップ７以降と同様の処理が行われる。すなわち、カム軸回転角変化量Δθs_cm[deg.CA]を算出した後（ステップ６〜ステップ１０）、制御周期Ｔｓ［s］間にカム信号ＰＨＡＳＥと回転信号ＰＯＳを用いるＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]が更新され、かつ機関が正転しているときは、ＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]を最終的なＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]として設定し（ステップ２２，２３，２４）、周期Ts0間にＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]が更新されないとき、または、クランク軸が逆転したときは、モータ軸回転角を用いてＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]を算出する（ステップ２２，１１）。
【０１４１】
そして、ステップ１２にて、ＶＴＣ目標角度θtrg[deg.CA]に、ステップ２１、ステップ３５またはステップ５で算出されたＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]が追従するようなＶＴＣ操作量を演算する。
【０１４２】
上記第３実施形態では、第２実施形態同様に、カム信号ＰＨＡＳＥと回転信号ＰＯＳとに基づくＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]がクランク軸の逆転により誤検出されるとき、及び制御周期間にＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]を更新できなかったときは、モータ軸回転角を用いてＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]を算出することにより、誤検出を抑制し、あるいは、検出精度を高め、それ以外の運転領域では、カム信号ＰＨＡＳＥと回転信号ＰＯＳとに基づくＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]を用いることで、検出精度を確保でき、可及的に吸気バルブのバルブタイミング制御精度を高めることができる。
【０１４３】
また、フィードバック制御の要求制御周期間でカム信号ＰＨＡＳＥと回転信号ＰＯＳとに基づくＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]が更新されると推定した場合は、モータ軸回転角に基づくＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]を算出することなく、ＶＴＣ実角度θcrcm[deg.CA]を最終的なＶＴＣ実角度θs_cm[deg.CA]として設定することにより、無駄な演算負荷を軽減できる。
【０１４４】
また、クランク軸回転速度（機関回転速度）ＣＲＳによって、逆転が発生する可能性がある低回転域で逆転を生じた場合に対応したクランク角位置を算出し（ステップ４）、逆転を発生しない回転速度では逆転した場合の算出処理（ステップ４）を割愛し、これによっても、無駄な演算負荷を軽減できる。
【０１４５】
また、以上示した実施形態では、電動モータは、ステータを内蔵したモータ本体がスプロケットと一体に回転する構造であるため、バルブタイミング（カム軸の回転位相）を変更するときだけモータ軸を回転駆動し、バルブタイミングを保持するときはモータ軸の保持に必要な電力を消費するだけで済む。これに対し、特許文献１に開示されたように電動モータのステータをカバーに固定した電動ＶＴＣの構造の場合、電動モータの回転速度を、カム軸をスプロケットと同一速度で回転させるモータ軸回転速度（バルブタイミングを保持する回転速度）に対して、回転速度を増減調整してバルブタイミングを変更する方式であるため、常時、高速で回転駆動する必要がある。
【０１４６】
したがって、バルブタイミング変更時のみモータ軸を駆動する上記実施形態の構造を採用することにより、特許文献１の構造に比較し、電動モータの消費電力を大幅に節減することができる。但し、本発明は、特許文献１の構造の電動ＶＴＣに適用したものを含む。
【０１４７】
また、上記実施形態では、モータ回転センサとしてモータ軸回転角をリニアに検出するものを示したが、クランク角センサと同様の構成を有したモータ回転センサを用いてもよい。すなわち、被検出部としてモータ軸端部に周方向に多数の突起を形成したシグナルプレートを配設し、その検出パルス信号として、相互に位相がずれた２つの信号を発生させ、これらの信号を比較することで、クランク角センサと同様正転・逆転を判定しつつ、回転角を任意のタイミングで検出することができる。
【０１４８】
また、電動モータとしてブラシレスモータを使用し、制御部内に配設した電気角センサによって検出し、あるいは、起電圧等から推定した電気角に基づいて、モータ軸回転角を正転・逆転を判別しつつ算出する構成とすることもできる。
【０１４９】
また、上記実施形態では、吸気バルブのミラーサイクル運転用のバルブタイミングと、始動時用のバルブタイミングとを切換える制御に適用したものを示したが、ミラーサイクル運転を行わない機関であっても、始動時のバルブタイミングを最適に設定することができる。
【０１５０】
また、排気バルブのバルブタイミングを電動モータで変更する電動ＶＴＣにおいて、停止挙動時等に排気バルブを始動時に適したバルブタイミングに制御する際などにも適用できる。
【符号の説明】
【０１５１】
１２…電動モータ、モータ軸…１３、１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１３…電動ＶＴＣ、１１４…ＥＣＵ、１１７…クランク角センサ、１３３…カムセンサ、１３４…吸気カム軸、２０１…モータ回転センサ
【図１】
0005591202.tif 000002
【図２】
0005591202.tif 000003
【図３】
0005591202.tif 000004
【図４】
0005591202.tif 000005
【図５】
0005591202.tif 000006
【図６】
0005591202.tif 000007
【図７】
0005591202.tif 000008
【図８】
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【図９】
0005591202.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0005591202.tif 000013
【図１３】
0005591202.tif 000014
【図１４】
0005591202.tif 000015
【図１５】
0005591202.tif 000016
【図１６】
0005591202.tif 000017
【図１７】
0005591202.tif 000018
【図１８】
0005591202.tif 000019
【図１９】
0005591202.tif 000020
【図２０】
0005591202.tif 000021
【図２１】
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