(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに設けられたインテークバルブおよびエキゾーストバルブの少なくとも一方のバルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置であって、
前記可変バルブタイミング装置を作動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの作動量に応じた変化量で前記開閉タイミングを変更する変更機構と、
所定タイミングへ前記開閉タイミングを変更するように前記アクチュエータの作動指示を生成して学習動作を実行するとともに、前記開閉タイミングが前記所定タイミングへ到達したことに応答して前記開閉タイミングの基準タイミングを学習して前記学習動作を終了するように構成された基準位置学習手段と、
前記学習動作の開始から所定の制限時間の経過を検知する検知手段と、
前記検知手段によって前記制限時間の経過が検知されたときに、前記開閉タイミングが前記所定タイミングへ未到達であっても、前記学習動作を強制的に終了させる強制終了手段とを備え、
前記変更機構は、前記開閉タイミングが第１の領域にある場合において、前記アクチュエータの作動量に対して第１の変化量で前記開閉タイミングを変更し、前記開閉タイミングが前記第１の領域とは異なる第２の領域にある場合において、前記アクチュエータの作動量に対して前記第１の変化量よりも大きい第２の変化量で前記開閉タイミングを変更するように構成され、
前記所定タイミングは、前記第１の領域内に設けられ、
前記可変バルブタイミング装置は、
前記強制終了手段により前記学習動作が強制的に終了されたときに、前記アクチュエータへの通電を停止する通電停止手段をさらに備える、可変バルブタイミング装置。
【請求項２】
前記強制終了手段は、前記学習動作が強制的に終了されたことを、搭乗者に報知する手段および異常内容の特定のための情報として記憶する手段の少なくとも一方を含む、請求項１記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項３】
前記変更機構は、前記所定タイミングにおいて、前記開閉タイミングの変化が機械的に制約されるように構成され、
前記検知手段は、前記開閉タイミングを前記所定タイミングへ変更するための前記作動指示の生成中において、前記開閉タイミングの変化量が零となったときに、前記開閉タイミングが前記所定タイミングへ到達したことを検知する、請求項１または２に記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項４】
前記所定タイミングは、前記変更機構による前記開閉タイミングの可変範囲の限界位置に対応して設けられる、請求項３記載の可変バルブタイミング装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは電動機で構成され、かつ、前記アクチュエータの作動量は、前記エンジンのカムシャフトに対する前記電動機の相対的な回転速度差である、請求項１から４のいずれか１項に記載の可変バルブタイミング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可変バルブタイミング装置に関し、より特定的には、アクチュエータの作動量に応じた変化量でバルブの開閉タイミングを変更する機構を有する可変バルブタイミング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、インテークバルブやエキゾーストバルブが開閉するタイミング、すなわち開閉位相（クランク角）を運転状態に応じて変更する可変バルブタイミング（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）が知られている。一般的に、可変バルブタイミング装置では、インテークバルブやエキゾーストバルブを開閉駆動するカムシャフトをスプロケット等に対して相対的に回転させることにより位相を変更する。カムシャフトは、油圧や電動モータ等のアクチュエータにより回転される。
【０００３】
このような可変バルブタイミング装置によりバルブ開閉位相（バルブタイミング）を正確に制御するためには、実際のバルブ開閉位相の検出誤差を抑制する必要がある。この検出誤差を低減するために、機械的に制約される所定基準位置にバルブ開閉位相を設定し、このときのバルブ開閉位相検出値の誤差をオフセットとして学習することが行なわれている（たとえば、特許文献１および２）。
【０００４】
たとえば、特許文献１（特開２００４−３４００１３号公報）に開示された吸気弁駆動装置によれば、学習補正値を加算して作動角および位相の目標値を設定することで、可変動弁制御のばらつきを補正する。特に、特許文献１では、学習補正値の更新を行なう学習動作を、低速低負荷の領域で行なうことにより、ばらつきの抑制効果が高められる。
【０００５】
また、特許文献２（特開２００４−１５６４６１号公報）に開示された可変バルブタイミング装置では、所定の学習条件（たとえばエンジン始動毎）にバルブタイミングの基準位置学習を実行して実際のバルブタイミングの検出精度を確保する。さらに、学習が完了していないときには、検出精度が低下していると判断してバルブタイミングの変化速度に制限を設けることにより、可動部が高速でストッパ等に衝突することによる機器損傷の発生を防止することが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３４００１３号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
可変バルブタイミング装置の一形態として、バルブタイミングを変更するための可動部を作動させるアクチュエータを停止すると、スプリング等で上記可動部が付勢されることにより、あるいは、ロックピン等で可動部の作動が制約されることによって、バルブタイミングが基準位置まで自動的に復帰する機構のものが用いられる。このような機構では、当該復帰時に上記基準位置学習を自然に行なうことができる。
【０００７】
しかしながら、アクチュエータの作動量に応じた変化量によりバルブタイミングが変更され、アクチュエータの停止時にはバルブタイミングが固定されるような機構の可変バルブタイミング装置では、実バルブタイミングの検出精度を確保するための基準位置学習を、アクチュエータの消費エネルギ（消費電力）や機器保護を考慮して実行する必要がある。しかしながら、上記特許文献１および２では、このような観点からの基準位置学習の具体的内容について言及がない。
【０００８】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、バルブタイミングの検出精度を確保するための基準位置学習における消費電力削減および機器保護を図ることが可能な可変バルブタイミング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明による可変バルブタイミング装置は、エンジンに設けられたインテークバルブおよびエキゾーストバルブの少なくとも一方のバルブの開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置であって、アクチュエータと、変更機構と、基準位置学習手段と、検知手段と、強制終了手段とを備える。アクチュエータは、可変バルブタイミング装置を作動させる。変更機構は、アクチュエータの作動量に応じた変化量で開閉タイミングを変更する。基準位置学習手段は、所定タイミングへ開閉タイミングを変更するようにアクチュエータの作動指示を生成して学習動作を実行するとともに、開閉タイミングが所定タイミングへ到達したことに応答して開閉タイミングの基準タイミングを学習して学習動作を終了するように構成される。検知手段は、学習動作の開始から所定の制限時間の経過を検知する。強制終了手段は。検知手段によって制限時間の経過が検知されたときに、開閉タイミングが所定タイミングへ未到達であっても、学習動作を強制的に終了させる。
【００１０】
上記可変バルブタイミング装置によれば、アクチュエータを用いて開閉タイミング（バルブタイミング）を所定タイミングへ向けて変更する基準位置学習において、開閉タイミングが完全に所定タイミングへ完全に到達せず、学習動作が正常終了しない場合にも、予め設定した制限時間の経過に応じて学習動作を強制的に終了して、アクチュエータを停止することができる。したがって、基準位置学習が過長期間にわたり、アクチュエータの消費電力および発熱が増大することを回避できる。この結果、基準位置学習実行時の消費電力削減および機器保護を図ることができる。
【００１１】
好ましくは、この発明による可変バルブタイミング装置では、強制終了手段は、前記学習動作が強制的に終了されたことを、搭乗者に報知する手段および異常内容の特定のための情報として記憶する手段の少なくとも一方を含む。
【００１２】
上記可変バルブタイミング装置によれば、基準位置学習が正常に終了しなかったときには、変更機構での機械的不具合や、バルブタイミング制御精度の低下による燃費悪化等が懸念されるため、点検等を促す報知（ダイアグモニタ等）を搭乗者に対して発することができる。また、基準位置学習が正常に終了しなかったことを示す、異常内容の特定のための情報（ダイアグコード）を記憶できるので、適切なメンテナンスを行なうことができる。
【００１３】
また好ましくは、この発明による可変バルブタイミング装置では、変更機構は、開閉タイミングが第１の領域にある場合において、アクチュエータの作動量に対して第１の変化量で開閉タイミングを変更し、開閉タイミングが第１の領域とは異なる第２の領域にある場合において、アクチュエータの作動量に対して第１の変化量よりも大きい第２の変化量で開閉タイミングを変更するように構成される。また、所定タイミングは、第１の領域内に設けられ、可変バルブタイミング装置は、通電停止手段をさらに備える。通電停止手段は、強制終了手段により学習動作が強制的に終了されたときに、アクチュエータへの通電を停止する。
【００１４】
上記可変バルブタイミング装置によれば、基準位置学習完了時における開閉タイミング（バルブタイミング）が、アクチュエータ作動量に対する開閉タイミングの変化量が小さい領域（第１の領域）内となるので、基準位置学習を強制終了する場合にアクチュエータへの給電を停止しても、この時点での開閉タイミングを維持できる。したがって、制限時間の経過により基準位置学習を強制終了する場合には、アクチュエータへの給電を併せて停止することにより、それ以降での無用な電力消費の発生および機器発熱をより確実に防止できる。
【００１５】
さらに好ましくは、この発明による可変バルブタイミング装置では、変更機構は、所定タイミングにおいて、開閉タイミングの変化が機械的に制約されるように構成される。そして、検知手段は、開閉タイミングを所定タイミングへ変更するための作動指示の生成中において、開閉タイミングの変化量が略零となったときに、開閉タイミングが所定タイミングへ到達したことを検知する。
【００１６】
上記可変バルブタイミング装置によれば、基準位置学習時における開閉タイミング（バルブタイミング）の変化が機械的に制約されるので、基準位置学習時にはバルブタイミングの変化量が略零となっているか否かを監視することにより、学習完了を早期に検知できる。また、このような機構では、バルブタイミングの変化が機械的に制約される際にアクチュエータの消費エネルギや発熱が増大するので、アクチュエータの通電停止による消費電力削減および機器保護の効果がより顕著となる。
【００１７】
特にこのような構成では、所定タイミングは、変更機構による開閉タイミングの可変範囲の限界位置に対応して設けられる。
【００１８】
上記可変バルブタイミング装置によれば、開閉タイミング（バルブタイミング）の可変範囲の限界位置（たとえば、最遅角の位相）を用いて、特別な機構を追加することなく基準位置学習を実行できる。
【００１９】
好ましくは、この発明による可変バルブタイミング装置では、アクチュエータは電動機で構成され、かつ、アクチュエータの作動量は、エンジンのカムシャフトに対する電動機の相対的な回転速度差である。
【００２０】
上記可変バルブタイミング装置によれば、電動機がアクチュエータであり、かつ、アクチュエータの作動量が、エンジン停止とともに回転停止されるカムシャフトに対する電動機の相対的な回転速度差である構成において、基準位置学習が過長期間にわたり、アクチュエータの消費電力および発熱が増大することを回避できる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明による可変バルブタイミング装置によれば、バルブ開閉タイミング（バルブタイミング）の検出精度を確保するための基準位置学習における消費電力削減および機器保護を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２３】
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置を搭載した車両のエンジンについて説明する。
【００２４】
エンジン１０００は、第１バンク１０１０および第２バンク１０１２に、それぞれ４つの気筒（シリンダ）からなる気筒群が設けられたＶ型８気筒エンジンである。なお、
本発明の適用はエンジン形式を限定するものではなく、Ｖ型８気筒以外の形式のエンジンについても、以下に説明する可変バルブタイミング装置を適用可能である。
【００２５】
エンジン１０００には、エアクリーナ１０２０から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０３０により調整される。スロットルバルブ１０３０はモータにより駆動される電子スロットルバルブである。
【００２６】
空気は、吸気通路１０３２を通ってシリンダ１０４０に導入される。空気は、シリンダ１０４０の内部（燃焼室）において燃料と混合される。シリンダ１０４０には、インジェクタ１０５０から燃料が直接噴射される。すなわち、インジェクタ１０５０の噴射孔はシリンダ１０４０内に設けられている。
【００２７】
燃料は吸気行程において噴射される。なお、燃料が噴射される時期は、吸気行程に限らない。また、本実施の形態においては、インジェクタ１０５０の噴射孔がシリンダ１０４０内に設けられた直噴エンジンとしてエンジン１０００を説明するが、直噴用のインジェクタ１０５０に加えて、ポート噴射用のインジェクタを設けてもよい。さらに、ポート噴射用のインジェクタのみを設けるようにしてもよい。
【００２８】
シリンダ１０４０内の混合気は、点火プラグ１０６０により着火されて燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１０７０により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１０８０が押し下げられることにより、クランクシャフト１０９０が回転する。
【００２９】
シリンダ１０４０の頭頂部には、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０が設けられる。インテークバルブ１１００はインテークカムシャフト１１２０により駆動される。エキゾーストバルブ１１１０はエキゾーストカムシャフト１１３０により駆動される。インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０は、チェーンやギヤ等により連結されて、同じ回転速度（クランクシャフト１０９０の回転速度の２分の１）で回転する。なお、シャフト等の回転体の回転速度については、単位時間当たりの回転数（代表的には、毎分当たりの回転数：ｒｐｍ）で表わすことが一般的であるため、以下では、回転体の回転速度の意味で単に「回転数」とも表記する。
【００３０】
インテークバルブ１１００は、インテークカムシャフト１１２０に設けられたインテーク用ＶＶＴ機構２０００により、その位相（開閉タイミング）が制御される。エキゾーストバルブ１１１０は、エキゾーストカムシャフト１１３０に設けられたエキゾースト用ＶＶＴ機構３０００により、その位相（開閉タイミング）が制御される。
【００３１】
本実施の形態においては、インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０がＶＶＴ機構により回転されることにより、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の位相が制御される。なお、位相を制御する方法はこれに限らない。
【００３２】
インテーク用ＶＶＴ機構２０００は、電動モータ２０６０（図３において図示）により作動する。電動モータ２０６０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０００により制御される。電動モータ２０６０の電流や電圧は電流計（図示せず）および電圧計（図示せず）により検知され、ＥＣＵ４０００に入力される。
【００３３】
エキゾースト用ＶＶＴ機構３０００は、油圧により作動する。なお、インテーク用ＶＶＴ機構２０００を油圧により作動するようにしてもよく、エキゾースト用ＶＶＴ機構３０００を電動モータにより作動するようにしてもよい。
【００３４】
ＥＣＵ４０００には、クランク角センサ５０００からクランクシャフト１０９０の回転数およびクランク角を表す信号が入力される。また、ＥＣＵ４０００には、カムポジションセンサ５０１０からインテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０の位相（回転方向におけるカムシャフトの位置）を表す信号が入力される。
【００３５】
さらに、ＥＣＵ４０００には、水温センサ５０２０からエンジン１０００の水温（冷却水の温度）を表す信号が、エアフローメータ５０３０からエンジン１０００の吸入空気量（エンジン１０００に吸入される空気量）を表す信号が入力される。
【００３６】
ＥＣＵ４０００は、これらのセンサから入力された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１０００が所望の運転状態になるように、スロットル開度、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、インテークバルブ１１００の位相、エキゾーストバルブ１１１０の位相などを制御する。
【００３７】
本実施の形態において、ＥＣＵ４０００は、図２に示すように、エンジン回転数ＮＥと吸入空気量ＫＬとをパラメータとしたマップに基づいて、インテークバルブ１１００の位相を決定する。インテークバルブ１１００の位相を決定するためのマップは、水温別に複数記憶される。
【００３８】
以下、インテーク用ＶＶＴ機構２０００についてさらに説明する。なお、エキゾースト用ＶＶＴ機構３０００を、以下に説明するインテーク用ＶＶＴ機構２０００と同じ構成としてもよく、インテーク用ＶＶＴ機構２０００およびエキゾースト用ＶＶＴ機構３０００の各々を、以下に説明するインテーク用ＶＶＴ機構２０００と同じ構成にしてもよい。
【００３９】
図３に示すように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００は、スプロケット２０１０、カムプレート２０２０、リンク機構２０３０、ガイドプレート２０４０、減速機２０５０、および電動モータ２０６０から構成される。
【００４０】
スプロケット２０１０は、チェーン等を介してクランクシャフト１０９０に連結される。スプロケット２０１０の回転数は、インテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０と同様に、クランクシャフト１０９０の２分の１の回転数である。スプロケット２０１０の回転軸と同心軸で、スプロケット２０１０に対して相対的に回転可能であるように、インテークカムシャフト１１２０が設けられる。
【００４１】
カムプレート２０２０は、ピン（１）２０７０によりインテークカムシャフト１１２０に連結される。カムプレート２０２０は、スプロケット２０１０の内部において、インテークカムシャフト１１２０と一体的に回転する。なお、カムプレート２０２０とインテークカムシャフト１１２０とを一体的に形成するようにしてもよい。
【００４２】
リンク機構２０３０は、アーム（１）２０３１とアーム（２）２０３２とから構成される。図３におけるＡ−Ａ断面である図４に示すように、インテークカムシャフト１１２０の回転軸に対して点対称になるように、一対のアーム（１）２０３１がスプロケット２０１０内に設けられる。各アーム（１）２０３１は、ピン（２）２０７２を中心として搖動可能であるようにスプロケット２０１０に連結される。
【００４３】
図３におけるＢ−Ｂ断面である図５、および図５の状態からインテークバルブ１１００の位相を進角させた状態である図６に示すように、アーム（１）２０３１とカムプレート２０２０とが、アーム（２）２０３２により連結される。
【００４４】
アーム（２）２０３２は、ピン（３）２０７４を中心として、アーム（１）２０３１に対して搖動可能であるように支持される。また、アーム（２）２０３２は、ピン（４）２０７６を中心として、カムプレート２０２０に対して搖動可能であるように支持される。
【００４５】
一対のリンク機構２０３０により、インテークカムシャフト１１２０がスプロケット２０１０に対して相対的に回転し、インテークバルブ１１００の位相が変更される。そのため、一対のリンク機構２０３０のうちのいずれか一方が破損等して折れた場合であっても、他方のリンク機構によりインテークバルブ１１００の位相を変更することが可能である。
【００４６】
図３に戻って、各リンク機構２０３０（アーム（２）２０３２）のガイドプレート２０４０側の面には、制御ピン２０３４が設けられる。制御ピン２０３４は、ピン（３）２０７４と同心軸に設けられる。各制御ピン２０３４は、ガイドプレート２０４０に設けられたガイド溝２０４２内を摺動する。
【００４７】
各制御ピン２０３４は、ガイドプレート２０４０のガイド溝２０４２内を摺動することにより、半径方向に移動される。各制御ピン２０３４が半径方向に移動されることにより、インテークカムシャフト１１２０がスプロケット２０１０に対して相対回転せしめられる。
【００４８】
図３におけるＣ−Ｃ断面である図７に示すように、ガイド溝２０４２は、ガイドプレート２０４０が回転することにより各制御ピン２０３４を半径方向に移動させるように、渦巻形状に形成される。なお、ガイド溝２０４２の形状はこれに限らない。
【００４９】
制御ピン２０３４がガイドプレート２０４０の軸心から半径方向に離れるほど、インテークバルブ１１００の位相はより遅角される。すなわち、位相の変化量は、制御ピン２０３４が半径方向に変化することによるリンク機構２０３０の作動量に対応した値になる。なお、制御ピン２０３４がガイドプレート２０４０の軸心から半径方向に離れるほど、インテークバルブ１１００の位相がより進角されるようにしてもよい。
【００５０】
図７に示すように、制御ピン２０３４がガイド溝２０４２の端部に当接すると、リンク機構２０３０の作動が制限される。そのため、制御ピン２０３４がガイド溝２０４２の端部に当接する位相が、最遅角もしくは最進角の位相になる。
【００５１】
図３に戻って、ガイドプレート２０４０には、ガイドプレート２０４０と減速機２０５０とを連結するための凹部２０４４が、減速機２０５０側の面において複数設けられる。
【００５２】
減速機２０５０は、外歯ギヤ２０５２および内歯ギヤ２０５４から構成される。外歯ギヤ２０５２は、スプロケット２０１０と一体的に回転するように、スプロケット２０１０に対して固定される。
【００５３】
内歯ギヤ２０５４には、ガイドプレート２０４０の凹部２０４４に収容される凸部２０５６が複数形成される。内歯ギヤ２０５４は、電動モータ２０６０の出力軸の軸心２０６４に対して偏心して形成されたカップリング２０６２の偏心軸２０６６を中心に回転可能に支持される。
【００５４】
図３におけるＤ−Ｄ断面を、図８に示す。内歯ギヤ２０５４は、複数の歯のうちの一部の歯が外歯ギヤ２０５２と噛合うように設けられる。電動モータ２０６０の出力軸回転数がスプロケット２０１０の回転数と同じである場合は、カップリング２０６２および内歯ギヤ２０５４は外歯ギヤ２０５２（スプロケット２０１０）と同じ回転数で回転する。この場合、ガイドプレート２０４０がスプロケット２０１０と同じ回転数で回転し、インテークバルブ１１００の位相が維持される。
【００５５】
電動モータ２０６０により、カップリング２０６２が、軸心２０６４を中心に外歯ギヤ２０５２に対して相対的に回転されると、内歯ギヤ２０５４全体が軸心２０６４を中心に回転（公転）するとともに、内歯ギヤ２０５４が偏心軸２０６６を中心に自転する。内歯ギヤ２０５４の回転運動により、ガイドプレート２０４０がスプロケット２０１０に対して相対的に回転せしめられ、インテークバルブ１１００の位相が変更される。
【００５６】
インテークバルブ１１００の位相は、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数（電動モータ２０６０の作動量）が、減速機２０５０、ガイドプレート２０４０およびリンク機構２０３０において減速されることにより変化する。なお、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数を増速してインテークバルブ１１００の位相を変更するようにしてもよい。なお、電動モータ２０６０の出力軸には、この出力軸の回転角（回転方向における出力軸の位置）を表す信号を出力するモータ回転角センサ５０５０が設けられる。モータ回転角センサ５０５０は、一般的には、電動モータ２０６０の出力軸が所定角度回転する度にパルス信号を発生するように構成される。このモータ回転角センサ５０５０の出力に基づいて、電動モータ２０６０の出力軸の回転数（以下、単に電動モータ２０６０の回転数とも称する）を検知可能である。
【００５７】
図９に示すように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比Ｒ（θ）、すなわち、位相の変化量に対する電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数の比は、インテークバルブ１１００の位相に応じた値をとり得る。なお、本実施の形態においては、減速比Ｒ（θ）が大きいほど、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数に対する位相の変化量が相対的に小さくなる。
【００５８】
インテークバルブ１１００の位相が最遅角からＣＡ（１）までの第１の領域にある場合では、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比はＲ（１）となる。インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（２）（ＣＡ（２）はＣＡ（１）よりも進角側）から最進角までの第２の領域にある場合には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比は、Ｒ（２）（Ｒ（１）＞Ｒ（２））となる。
【００５９】
インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（１）からＣＡ（２）までの第３の領域にある場合には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比は、予め定められた変化率（（Ｒ（２）−Ｒ（１））／（ＣＡ（２）−ＣＡ（１）））で変化する。
【００６０】
以上のような構造に基づき発現する、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置のインテーク用ＶＶＴ機構２０００の作用について説明する。
【００６１】
インテークバルブ１１００の位相（インテークカムシャフト１１２０）を進角させる場合、電動モータ２０６０を作動させ、ガイドプレート２０４０をスプロケット２０１０に対して相対的に回転させると、図１０に示すように、インテークバルブ１１００の位相が進角される。
【００６２】
インテークバルブ１１００の位相が最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域にある場合、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（１）で減速されて、インテークバルブ１１００の位相が進角される。
【００６３】
インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域にある場合、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（２）で減速されて、インテークバルブ１１００の位相が進角される。
【００６４】
インテークバルブ１１００の位相を遅角する場合は、位相を進角する場合とは逆方向に電動モータ２０６０の出力軸がスプロケット２０１０に対して相対回転される。位相を遅角する場合も、進角する場合と同様に、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域において、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（１）で減速されて、位相が遅角される。また、ＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域において、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速比Ｒ（２）で減速され、位相が遅角される。
【００６５】
これにより、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対的な回転方向が同じである限り、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域およびＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域の両方の領域においてインテークバルブ１１００の位相を進角させたり、遅角させたりすることができる。このとき、ＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域において、位相をより大きく進角させたり、遅角させたりすることができる。そのため、大きな範囲で位相を変化させることができる。
【００６６】
また、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域においては、減速比が大きいため、エンジン１０００の運転に伴なってインテークカムシャフト１１２０に作用するトルクにより電動モータ２０６０の出力軸を回転させるためには大きなトルクが必要になる。そのため、電動モータ２０６０の停止時等において、電動モータ２０６０がトルクを発生しない状態であっても、インテークカムシャフト１１２０に作用するトルクにより電動モータ２０６０の出力軸が回転されることを抑制することができる。そのため、制御上の位相から実際の位相が変化することを抑制することができる。
【００６７】
このように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００では、減速比Ｒ（θ）の存在により、アクチュエータである電動モータ２０６０の通電停止時に、意図しない位相変化が発生する可能性が低い。特に、最遅角の位相を含む第１の領域において、この効果が顕著となる。
【００６８】
ところで、インテークバルブ１１００の位相がＣＡ（１）とＣＡ（２）との間の第３の領域にある場合、予め定められた変化率で変化する減速比で、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数が減速されて、インテークバルブ１１００の位相が進角されたり、遅角されたりする。
【００６９】
これにより、位相が第１の領域から第２の領域に、もしくは第２の領域から第１の領域に変化する場合において、電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０との相対回転数に対する位相の変化量を漸増もしくは漸減させることができる。そのため、位相の変化量がステップ状に急変することを抑制して、位相が急変することを抑制することができる。その結果、位相の制御性を向上することができる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置のインテーク用ＶＶＴ機構によれば、インテークバルブの位相が最遅角からＣＡ（１）までの領域にある場合では、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比はＲ（１）となる。インテークバルブの位相がＣＡ（２）から最進角までの領域にある場合には、インテーク用ＶＶＴ機構２０００全体の減速比は、Ｒ（１）よりも小さいＲ（２）となる。これにより、電動モータの出力軸の回転方向が同じである限り、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域およびＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域の両方の領域においてインテークバルブの位相を進角させたり、遅角させたりすることができる。このとき、ＣＡ（２）と最進角との間の第２の領域において、位相をより大きく進角させたり、遅角させたりすることができる。そのため、大きな範囲で位相を変化させることができる。また、最遅角とＣＡ（１）との間の第１の領域においては、減速比が大きいため、エンジンの運転に伴なってインテークカムシャフトに作用するトルクにより電動モータの出力軸が回転されることを抑制することができる。そのため、制御上の位相から実際の位相が変化することを抑制することができる。その結果、大きな範囲で位相を変化させ、かつ、位相を精度よく制御することができる。
【００７１】
次に、インテークバルブ１１００の位相（以下、単にインテークバルブ位相とも称する）の制御構成について詳細に説明する。
【００７２】
図１１を参照して、図１でも説明したように、エンジン１０００は、クランクシャフト１０９０からの動力がタイミングチェーン１２００（またはタイミングベルト）により各スプロケット２０１０，２０１２を介してインテークカムシャフト１１２０およびエキゾーストカムシャフト１１３０に伝達されるように構成されている。また、インテークカムシャフト１１２０の外周側には、所定のカム角毎にカム角信号Ｐｉｖを出力するカムポジションセンサ５０１０が取付けられている。一方、クランクシャフト１０９０の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号Ｐｃａを出力するクランク角センサ５０００が取付けられている。また、電動モータ２０６０の回転子（図示せず）には、所定の回転角度毎にモータ回転角信号Ｐｍｔを出力するモータ回転角センサ５０５０が取付けられている。これらのカム角信号Ｐｉｖ、クランク角信号Ｐｃａおよびモータ回転角信号Ｐｍｔは、ＥＣＵ４０００へ入力される。
【００７３】
ＥＣＵ４０００は、さらに、エンジン１０００の状態を検出するためのセンサ群の出力および運転条件（運転者ペダル操作、現車速等）に基づき、エンジン１０００に対して要求される出力が得られるように、エンジン１０００の動作を制御する。そのエンジン制御の一環として、ＥＣＵ４０００は、図２に示したマップに基づき、インテークバルブ１１００およびエキゾーストバルブ１１１０の位相目標値を設定する。
【００７４】
さらに、ＥＣＵ４０００は、インテークバルブ１１００の位相をこの位相目標値に合致させるように、インテーク用ＶＶＴ機構２０００へのアクチュエータである電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆを生成する。この回転数指令値Ｎｍｒｅｆは、以下に説明するように、アクチュエータ作動量に相当する電動モータ２０６０の出力軸とスプロケット２０１０（インテークカムシャフト１１２０）との相対回転数に対応させて決定される。電動機ＥＤＵ（Electronic Drive Unit）４１００は、ＥＣＵ４０００からの回転数指令値Ｎｍｒｅｆに従い、電動モータ２０６０の回転数制御を行なう。
【００７５】
図１２は、本発明の実施の形態によるインテーク用ＶＶＴ機構２０００のアクチュエータである電動モータ２０６０の回転数制御を説明するブロック図である。
【００７６】
図１２を参照して、アクチュエータ作動量設定部６０００は、バルブ位相検出部６０１０と、カムシャフト位相変化量算出部６０２０と、相対回転数設定部６０３０と、カムシャフト回転数検出部６０４０と、回転数指令値生成部６０５０と、切換部６１５０とを含む。さらに、インテークバルブ位相の基準位置学習を行なうための学習制御部６１００が設けられる。アクチュエータ作動量設定部６０００および学習制御部６１００の動作は、ＥＣＵ４０００に予め格納された所定プログラムに従う制御処理を所定の制御周期毎に実行することによって実現される。
【００７７】
バルブ位相検出部６０１０は、クランク角センサ５０００からのクランク角信号Ｐｃａ、カムポジションセンサ５０１０からのカム角信号Ｐｉｖおよび、電動モータ２０６０の回転角センサ５０５０からのモータ回転角信号Ｐｍｔに基づき、現在のインテークバルブ位相の検出値ＩＶ（θ）を求める（以下、位相検出値ＩＶ（θ）と称する）。
【００７８】
バルブ位相検出部６０１０は、クランク角信号Ｐｃａおよびカム角信号Ｐｉｖに基づいて、たとえば、カム角信号Ｐｉｖの発生時に、クランク角信号Ｐｃａの発生に対するカム角信号Ｐｉｖの時間差を、クランクシャフト１０９０およびインテークカムシャフト１１２０の間の回転位相差に換算することによって、現在のインテークカムシャフト１１２０の位相検出値ＩＶ（θ）を求めることができる（第１の位相算出方式）。
【００７９】
あるいは、本発明の実施の形態によるインテーク用ＶＶＴ機構２０００では、アクチュエータである電動モータ２０６０の作動量（相対回転数ΔＮｍ）に基づいて、インテークバルブの位相変化量を正確にトレースすることができる。具体的には、各センサからの出力に基づいて実際の相対回転数ΔＮｍを算出し、算出された実際の相対回転数ΔＮｍに基づく上記（１）式に従った演算処理により、単位時間（制御周期）毎でのインテークバルブ位相の変化量ｄＩＶ（θ）を算出することができる。したがって、バルブ位相検出部６０１０は、位相変化量ｄＩＶ（θ）を積算することによっても、現在のインテークカムシャフト１１２０の位相検出値ＩＶ（θ）を逐次求めることができる（第２の位相算出方式）。
【００８０】
バルブ位相検出部６０１０は、エンジン回転数の安定性や演算負荷等と考慮して、上記第１および第２の位相算出方式を適宜に用いることによって、位相検出値ＩＶ（θ）を求めることができる。
【００８１】
カムシャフト位相変化量算出部６０２０は、演算部６０２２と、必要位相変化量算出部６０２５とを有する。演算部６０２２は、インテークバルブ１１００の位相目標値ＩＶ（θ）ｒに対する位相偏差ΔＩＶ（θ）（ΔＩＶ（θ）＝ＩＶ（θ）−ＩＶ（θ）ｒ）を求める。必要位相変化量算出部６０２５は、演算部６０２２により求められた位相偏差ΔＩＶに応じて、この制御周期でのインテークカムシャフト１１２０の必要位相変化量Δθを算出する。
【００８２】
たとえば、単一の制御周期での位相変化量Δθの最大値Δθｍａｘが予め設定され、必要位相変化量算出部６０２５は、この最大値Δθｍａｘの範囲内で、位相偏差ΔＩＶ（θ）に応じた位相変化量Δθを決定する。なお、最大値Δθｍａｘについては所定の固定値としてもよく、あるいは、エンジン１０００の運転状態（回転数、吸入空気量等）や位相偏差ΔＩＶ（θ）の大きさに応じて可変に設定する構成としてもよい。
【００８３】
相対回転数設定部６０３０は、必要位相変化量算出部６０２５によって求められた必要位相変化量Δθを生じさせるのに必要な、スプロケット２０１０（インテークカムシャフト１１２０）の回転数に対する電動モータ２０６０の出力軸の相対的な回転数ΔＮｍを算出する。たとえば、この相対回転数ΔＮｍは、インテークバルブ位相を進角させるときには正値（ΔＮｍ＞０）に設定され、反対にインテークバルブ位相を遅角させるときには負値（ΔＮｍ＜０）に設定され、現在のインテークバルブ位相を維持するときには略零（ΔＮｍ＝０）に設定される。
【００８４】
ここで、制御周期に相当する単位時間ΔＴ当たりでの位相変化量Δθと相対回転数ΔＮｍとの関係は、下記（１）式で示される。なお、（１）式中において、Ｒ（θ）は、図９に示された、インテークバルブ位相に応じて変化する減速比である。
【００８５】
Δθ∝ΔＮｍ・３６０°・（１／Ｒ（θ））・ΔＴ  …（１）
したがって、相対回転数設定部６０３０は、制御周期ΔＴにて要求されるカムシャフト位相変化量Δθを生じさせるための電動モータ２０６０の相対回転数ΔＮｍを、（１）式に従った演算処理によって求めることができる。
【００８６】
カムシャフト回転数検出部６０４０は、スプロケット２０１０の回転数、すなわちインテークカムシャフト１１２０の実回転数ＩＶＮを、クランクシャフト１０９０の回転数の２分の１として求める。なお、カムシャフト回転数検出部６０４０は、カムポジションセンサ５０１０からのカム角信号Ｐｉｖに基づいてインテークカムシャフト１１２０の実回転数ＩＶＮを算出する構成としてもよい。ただし、一般的に、インテークカムシャフト１１２０の１回転当たりのカム角信号出力数は、クランクシャフト１０９０の１回転当たりのクランク角信号出力数よりも少ないので、クランクシャフト１０９０の回転数に基づいてカムシャフト回転数ＩＶＮを検出することにより、検出精度を向上することができる。
【００８７】
切換部６１５０は、相対回転数設定部６０３０および学習制御部６１００と、回転数指令値生成部６０５０との間に配置される。切換部６１５０は、学習制御部６１００による基準位置学習の実行時以外には、相対回転数設定部６０３０が設定した相対回転数ΔＮｍを回転数指令値生成部６０５０へ入力する。なお、本発明の実施の形態による基準位置学習については、後程詳細に説明する。
【００８８】
回転数指令値生成部６０５０は、カムシャフト回転数検出部６０４０によって求められたインテークカムシャフト１１２０の実回転数ＩＶＮと、切換部６１５０により入力された相対回転数ΔＮｍとを加算して、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆを生成する。したがって、通常動作時を始め基準位置学習時以外では、相対回転数設定部６０３０により設定された相対回転数ΔＮｍに基づき、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆが生成される。一方、基準位置学習時には、学習制御部６１００により設定された相対回転数ΔＮｍに基づき、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆが生成される。回転数指令値生成部６０５０によって生成された回転数指令値Ｎｍｒｅｆは、電動機ＥＤＵ４１００へ送出される。
【００８９】
電動機ＥＤＵ４１００は、リレー回路４２５０を介して電源４２００と接続される。リレー回路４２５０のオン・オフは、制御信号ＳＲＬによって制御される。電源４２００は、一般的には、エンジン作動時に充電可能な二次電池で構成される。したがって、リレー回路４２５０をオフすることによって、電動モータ２０６０の通電を停止できる。
【００９０】
電動機ＥＤＵ４１００は、電動モータ２０６０の回転数を回転数指令値Ｎｍｒｅｆに合致させるような回転数制御を行なう。たとえば、電動機ＥＤＵ４１００は、回転数指令値Ｎｍｒｅｆに対する電動モータ２０６０の実回転数Ｎｍの回転数偏差（Ｎｒｅｆ−Ｎｍ）に応じて、電源４２００から電動モータ２０６０への供給電力（代表的にはモータ電流Ｉｍｔ）を制御するように、電力用半導体素子（トランジスタ等）のスイッチングを制御する。たとえば、このような電力用半導体素子のスイッチング動作におけるデューティ比が制御される。
【００９１】
特に、電動機ＥＤＵ４１００は、モータ制御性を向上させるために、回転数制御における調整量となるデューティ比ＤＴＹを下記（２）式に従って制御する。
【００９２】
ＤＴＹ＝ＤＴＹ（ＳＴ）＋ＤＴＹ（ＦＢ）  …（２）
（２）式において、ＤＴＹ（ＦＢ）は、上記回転数偏差および所定の制御ゲインによる制御演算（代表的には、一般的なＰ制御、ＰＩ制御等）基づくフィードバック項である。
【００９３】
（２）式中のＤＴＹ（ＳＴ）は、図１３に示すように、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆおよび設定された相対回転数ΔＮｍに基づいて設定されるプリセット項である。
【００９４】
図１３を参照して、相対回転数ΔＮｍ＝０のとき、すなわち、回転数指令値Ｎｍｒｅｆに対して、電動モータ２０６０をスプロケット２０１０と同一回転数で回転するとき（ΔＮｍ＝０のとき）に必要なモータ電流値に対応させたデューティ比特性６０６０が予めテーブル化される。そして、（２）式中のＤＴＹ（ＳＴ）は、デューティ比特性６０６０に従う基準値から、相対回転数ΔＮｍに応じた電流値を相対的に増減させることにより設定される。このように、プリセット項およびフィードバック項を組み合わせて電動モータ２０６０への供給電力を制御する回転数制御とすることにより、電動機ＥＤＵ４１００は、単純なフィードバック制御、すなわち（２）式のＤＴＹ（ＦＢ）項のみによる回転数制御と比較して、回転数指令値Ｎｍｒｅｆの変化に対して電動モータ２０６０の回転数を高速に追従させることができる。
【００９５】
（本発明の実施の形態による基準位置学習）
インテークカムシャフト１１２０の位相検出精度を向上するために、インテーク用ＶＶＴ機構２０００では、所定の学習指示条件成立時に、学習制御部６１００により、インテークバルブ位相の基準位置学習を行なう。本発明の実施の形態では、インテークバルブ位相を最遅角に到達させることにより基準位置学習が行なわれる。
【００９６】
図１２を参照して、学習制御部６１００は、所定の学習指示条件成立時に「オン」される学習指示信号に応答して基準位置学習を実行する。学習制御部６１００は、学習指示信号の「オン」に応答して、学習動作が開始されてからの経過時間を測定するタイマー６１１０を含んで構成される。
【００９７】
学習制御部６１００は、基準位置学習時には、学習動作を行なうためのアクチュエータ作動量として、電動モータ２０６０の相対回転数ΔＮｍ０を設定する。基準位置学習時には、切換部６１５０が学習制御部６１００の出力を回転数指令値生成部６０５０へ入力するので、学習制御部６１００により設定された相対回転数ΔＮｍ０に基づき、電動モータ２０６０の回転数指令値Ｎｍｒｅｆが生成される。
【００９８】
学習制御部６１００は、相対回転数ΔＮｍ０に従って電動モータ２０６０が作動する基準位置学習時には、バルブ位相検出部６０１０により検出される位相検出値ＩＶ（θ）に基づき、インテークバルブ位相が基準位相となる最遅角（たとえば０°）に到達したかどうかを判定する。
【００９９】
そして、学習制御部６１００は、インテークバルブ位相が基準位相に到達したことを検出すると、学習動作を終了して、そのときの位相検出値ＩＶ（θ）を位相学習値θｌｎとする。このように求められた位相学習値θｌｎは、以降でのバルブタイミング制御に用いられる。
【０１００】
たとえば、バルブ位相検出部６０１０による位相検出値ＩＶ（θ）と上記位相学習値θｌｎとの相対的な差を、実際のインテークバルブ位相と基準位置学習時の基準位相（すなわち０°）との差とみなして、バルブタイミング制御が行なわれる。たとえば、演算部６０２２における位相偏差ΔＩＶ（θ）の算出に位相学習値θｌｎが反映される。
【０１０１】
図１４および図１５には、本発明の実施の形態による基準位置学習時の動作波形図が示される。図１４には、学習正常終了時の動作波形図が示され、図１５には、学習が正常終了せず強制終了されるときの動作波形図が示される。
【０１０２】
図１４を参照して、時刻ｔ０に所定の学習実行条件が成立して学習指示信号が「オン」されると、学習動作が開始されて、電動モータ２０６０が相回転数指令値ΔＮｍ０（＜０）に従って作動する。これにより、位相検出値ＩＶ（θ）は、一定レートで遅角されていく。
【０１０３】
そして、時刻ｔ１において、実際のインテークバルブ位相が最遅角（０°）になると、リンク機構２０３０での動作がロックされて、インテークバルブ位相の変化量がほぼ零となる。このとき、電動モータ２０６０の相対回転数もほぼ零となる。
【０１０４】
位相検出値ＩＶ（θ）にオフセット誤差が存在する場合には、ＩＶ（θ）＝０となる前に、実際のインテークバルブ位相は、最遅角に到達して、これ以上遅角方向へは変化できなくなる。これにより、電動モータ２０６０の相対回転数が零になるとともに、位相検出値ＩＶ（θ）が変化しなくなる。したがって、位相検出値ＩＶ（θ）の変化量に基づき、あるいは、上述した実際の相対回転数ΔＮｍに基づく位相変化量ｄＩＶ（θ）に基づいてｄＩＶ（θ）≒０となることに応じて、実際のインテークバルブ位相が基準位相である最遅角に到達したことを検出できる。これに応答して基準位置学習の終了条件が成立し、学習完了フラグが「オン」される。そして、この際の位相検出値ＩＶ（θ）は、位相学習値θｌｎとして記憶される。
【０１０５】
さらに、基準位置学習の完了に応答して、学習動作が終了されて、電動モータ２０６０が相回転数指令値は、零とされる。さらに、制御信号ＳＲＬが「オフ」されてリレー回路４２５０がオフされる。
【０１０６】
これに対して、図１５では、時刻ｔ０より学習動作が開始され、時刻ｔ１では、位相検出値ＩＶ（θ）＝０でないものの、実際のインテークバルブ位相が最遅角に近づく。しかしながら、図１４のケースでは、リンク機構２０３０でのガタ等により、実際のインテークバルブ位相は、最遅角に完全に到達することなく周期的に変動する。この結果、位相検出値ＩＶ（θ）は、零になることなく周期的に変動し、電動モータ２０６０の相対回転数も同様に周期的に変動する。
【０１０７】
このような状態が発生すると、基準位置学習の終了条件が成立しないため、学習完了フラグが「オン」されず学習動作が継続される。学習動作の継続により、アクチュエータである電動モータ２０６０も継続的に作動するので、電力消費および作動に伴う発熱が増大してしまう。
【０１０８】
このような状況に対処するために、本実施の形態による基準位置学習では、タイマー６１１０による計時に基づき、学習動作の開始からの経過時間が所定の制限時間Ｔｌｍｔに達する時刻ｔ２において、強制的に学習動作を終了する。これに伴い、学習完了フラグが「オン」されて、アクチュエータの作動量に相当する電動モータ２０６０の相対回転数指令値も零となる。さらに、制御信号ＳＲＬが「オフ」されてリレー回路４２５０がオフされる。これにより、学習動作が制限時間を超えて継続されることにより、基準位置学習による消費電力および発熱が増大することを回避できる。
【０１０９】
図１６には、図１４，１５に示したような基準位置学習を実現するためのフローチャート例が示される。図１６のフローチャートに従う基準位置学習ルーチンは、インテーク用ＶＶＴ機構２０００によるバルブタイミング制御の一部として、ＥＣＵ４０００により所定周期で実行される。
【０１１０】
図１４を参照して、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１００により、所定の学習実行条件が成立しているか否かを判定する。なお、図９で説明したように、本実施の形態によるインテーク用ＶＶＴ機構２０００では、減速比Ｒ（θ）の存在により、アクチュエータである電動モータ２０６０の通電停止時に、意図しない位相変化が発生する可能性が低い。このため、ＥＣＵ４０００内において、逐次検出される位相検出値ＩＶ（θ）を、イグニッションスイッチのオフ時（運転停止時）にも記憶内容が保持されるメモリ領域（たとえば、ＳＲＡＭ：Static Random Access Memory）に記憶することにより、エンジン始動毎に基準位置学習を行なう必要がなくなる。このような構成では、バッテリ交換等によって上記メモリ領域の記憶内容がクリアされたときに、ステップＳ１００における学習実行条件を成立させればよい。
【０１１１】
あるいは、インテークバルブ位相の検出精度を向上させるために、エンジン始動毎に、ステップＳ１００での基準位置学習の実行条件を成立させることも可能である。
【０１１２】
ＥＣＵ４０００は、学習実行条件の不成立時（ステップＳ１００のＮＯ判定時）には、
基準位置学習が指示されていないため処理を終了する。
【０１１３】
一方、ＥＣＵ４０００は、学習実行条件の成立時（ステップＳ１００のＹＥＳ判定時）には、学習制御部６１００（図１２）へ入力される学習指示信号を「オン」するとともに、ステップＳ１１０以降の処理により、基準位置学習を実行する。
【０１１４】
そして、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１１０により、学習動作の開始に伴いタイマー６１１０を起動する。これにより、学習動作開始後の経過時間、すなわち、学習動作の実行時間が計時される。
【０１１５】
学習動作の開始に伴い、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１２０により、基準位置学習を行なうためのアクチュエータ作動量として、電動モータ２０６０の相対回転数ΔＮｍ０を設定する。相対回転数ΔＮｍ０は、インテークバルブ位相を基準位相である最遅角（０°）へ向けて変更するための値に設定される。すなわち、本実施の形態では、相対回転数ΔＮｍ０は、所定の負の値に設定される。これは、図１２での、学習指示信号の「オン」に応答した学習制御部６１００の動作に対応する。
【０１１６】
ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１３０では、相対回転数ΔＮｍ０に従う電動モータ２０６０の動作によるインテークバルブ位相の変化を検出する。これは、バルブ位相検出部６０１０による位相検出値ＩＶ（θ）の算出に相当する。ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１３０でのインテークバルブ位相検出に基づき、位相変化量を算出する（ステップＳ１４０）。これは、上述のように、位相変化量ｄＩＶ（θ）を算出することと等価である。
【０１１７】
さらに、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１５０では、ステップＳ１４０で算出した位相変化量を判定値θ０と比較する。判定値θ０は、位相変化量がほぼ零となったことを検出できるように、零近傍の所定値に設定される。
【０１１８】
位相変化量＜θ０のとき（ステップＳ１５０のＹＥＳ判定時）には、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１６０により、実際のインテークバルブ位相が基準位相（最遅角）に到達したと判断して、基準位置学習を正常に終了する。この際に、ＥＣＵ４０００は、位相学習値θｌｎを求める。さらに、リレー回路４２５０がオフされて、電動モータ２０６０の通電が停止される。すなわち、図１４の時刻ｔ１において、ステップＳ１６０が実行される。
【０１１９】
一方、位相変化量≧θ０のとき（ステップＳ１５０のＮＯ判定時）には、ＥＣＵ４０００は、実際のインテークバルブ位相が基準位相（最遅角）に未到達であると判断して、ステップＳ１７０により、タイマー６１１０による計時値、すなわち、学習動作の実行時間を所定の制限時間Ｔｌｍｔと比較する。この制限時間Ｔｌｍｔは、機器保護の観点から、たとえば、電動モータ２０６０での発熱量を事前に実験的に確認することにより決定できる。また、基準位置学習開始時の位相検出値ＩＶ（θ）に基づいて、減速比Ｒ（θ）や基準位置学習時の相対回転数ΔＮｍを考慮した可変値として、制限時間Ｔｌｍｔを設定することも可能である。
【０１２０】
学習動作の実行時間が制限時間Ｔｌｍｔ以下であるとき（ステップＳ１７０のＮＯ判定時）には、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１８０により、電動モータ２０６０の通電を継続して基準位置学習を継続する。すなわち、図１４の時刻ｔ０〜ｔ１間および図１５の時刻ｔ０〜ｔ２間では、ステップＳ１８０が実行される。
【０１２１】
一方、学習動作の実行時間が制限時間Ｔｌｍｔを超えたとき（ステップＳ１７０のＹＥＳ判定時）には、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１９０により、基準位置学習を強制的に終了する。すなわち、図１５の時刻ｔ２において、ステップＳ１９０が実行される。
【０１２２】
図１５に示したように、この際に求められる位相学習値θｌｎの精度は不明確である。したがって、基本的には、基準位置学習の強制的終了時には、位相学習値θｌｎは更新されない。ただし、上述したバッテリ交換の際等、位相検出値ＩＶ（θ）および位相学習値θｌｎに係る記憶内容がメモリ内で初期化される際には、例外的に位相学習値θｌｎの更新を許可してもよい。
【０１２３】
また、基準位置学習が正常に終了しなかったときには、リンク機構２０３０等での機械的不具合や、バルブタイミング制御精度の低下による燃費悪化が懸念される。したがって、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１９０の処理時において、ＶＶＴ機構（可変バルブタイミング装置）の点検等を促す報知（ダイアグモニタ等）を搭乗者に対して発生することが好ましい。また、異常診断により検出された異常内容を特定するための情報であるダイアグコードのうちの１つを、「可変バルブタイミング装置の基準位置学習が正常に終了しなかったこと」を示すように規定しておくことにより、ステップＳ１９０の処理時に、このダイアグコードを併せて記憶させることができる。これにより、ＶＶＴ機構の点検時に適切なメンテナンスを行なうことが容易となる。
【０１２４】
さらに、ＥＣＵ４０００は、ステップＳ１９５により、基準位置学習の強制的終了に伴い、リレー回路４２５０をオフして、電動モータ２０６０の通電を停止する。
【０１２５】
なお、基準位置学習の完了（正常終了または強制的終了）に応答して、電動モータ２０６０の通電が停止された後には、所定時間の経過、あるいは、可変バルブタイミング装置への動作要求等に応答して、リレー回路４２５０を再びオンすることにより、電動モータ２０６０の通電が再開される。これにより、基準位置学習の正常終了時には、学習結果を反映したインテークバルブ位相検出に基づき、バルブタイミング制御を行なうことができる。
【０１２６】
以上説明したように、本実施の形態による可変バルブタイミング装置では、何らかの不具合によって通常期間内に基準位置学習が正常終了できない場合にも、予め設定した制限時間の経過に応じて学習動作を強制的に終了することができる。したがって、基準位置学習が長期間化することによって、アクチュエータである電動モータ２０６０の消費電力および発熱が増大することを回避できる。この結果、基準位置学習実行時の消費電力削減および機器保護を図ることができる。
【０１２７】
また、基準位置学習の基準位相は、減速比大の領域に含まれる最遅角へ設定されるので、学習動作の強制的終了時に、インテークバルブ位相は最遅角近傍すなわち、減速比大の領域に存在する。このような領域では、電動モータ２０６０の通電を停止してもこの時点でのインテークバルブ位相が維持できる。このため、制限時間の経過による学習動作の強制的終了時には、併せて電動モータ２０６０の通電を停止することにより、それ以降での無用な電力消費の発生および機器発熱をより確実に防止できる。
【０１２８】
特に、図１５の時刻ｔ１〜ｔ２の状態では、インテークバルブ位相が最遅角近傍で変化するので、電動モータ２０６０が間欠的にロック状態となってモータ電流が比較的大きくなる。したがって、上記のような基準位置学習の強制的終了および電動モータの通電停止による消費電力削減および機器保護の効果は高いものとなる。
【０１２９】
なお、基準位置学習時にインテークバルブ位相の変化を当該基準位相で機械的に制約するためのロックピン等の機構を設ければ、基準位相を最遅角以外とすることも可能である。ただし、本実施の形態のように、基準位置学習における基準位相を、インテークバルブ位相の可変範囲の限界位置に対応する位相（最遅角位相／最進角位相）とすることにより、上記ロックピン等の特別の機構を設けることなく、基準位置学習を実行できる。
【０１３０】
なお、本実施の形態では、学習動作開始後の経過時間、すなわち、学習動作の実行時間が制限時間を超えたときに基準位置学習を強制的に終了する制御例を示したが、機器保護の面から同様の効果を得るためには、電動モータ２０６０あるいは電動機ＥＣＵ４１００内の電力用半導体素子の温度に応じて基準位置学習を強制的に終了する制御構成とすることも可能である。ただし、このような制御構成では、温度センサおよび温度センサの出力値をＥＣＵ４０００で逐次処理することが必要となる。したがって、本実施の形態のような構成とすれば、異常時における基準位置学習の強制的な終了を、より簡易な構成により実現することができる。
【０１３１】
また、以上説明した実施の形態において、図１４のステップＳ１１０〜Ｓ１６０は、本発明における「基準位置学習手段」に対応し、ステップＳ１９０が本発明での「強制終了手段」に対応する。また、ステップＳ１７０は本発明での「検知手段」に対応し、ステップＳ１９５は、本発明での「通電停止手段」に対応する。
【０１３２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング装置が搭載された車両のエンジンを示す概略構成図である。
【図２】インテークカムシャフトの位相を定めたマップを示す図である。
【図３】インテーク用ＶＶＴ機構を示す断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ断面図（その１）である。
【図６】図３のＢ−Ｂ断面図（その２）である。
【図７】図３のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】図３のＤ−Ｄ断面図である。
【図９】インテーク用ＶＶＴ機構全体として減速比を示す図である。
【図１０】スプロケットに対するガイドプレートの位相とインテークカムシャフトの位相との関係を示す図である。
【図１１】本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置によるインテークバルブ位相の制御構成を説明する概略ブロック図である。
【図１２】本実施の形態に係る可変バルブタイミング装置のアクチュエータである電動モータの回転数制御を説明するブロック図である。
【図１３】電動モータの速度制御を説明する概念図である。
【図１４】本発明の実施の形態による基準位置学習の正常終了時の動作波形図である。
【図１５】本発明の実施の形態による基準位置学習の強制終了時の動作波形図である。
【図１６】本発明の実施の形態による可変バルブタイミング装置における基準位置学習を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３４】
１０００  エンジン、１０１０，１０１２  バンク、１０２０  エアクリーナ、１０３０  スロットルバルブ、１０３２  吸気通路、１０４０  シリンダ、１０５０  インジェクタ、１０６０  点火プラグ、１０７０  三元触媒、１０８０  ピストン、１０９０  クランクシャフト、１１００  インテークバルブ、１１１０  エキゾーストバルブ、１１２０  インテークカムシャフト、１１３０  エキゾーストカムシャフト、１２００  タイミングチェーン、１２１０，１２１２  スプロケット、２０２０  カムプレート、２０３０  リンク機構、２０３４  制御ピン、２０４０  ガイドプレート、２０４２  ガイド溝、２０４４  凹部、２０５０  減速機、２０５２  外歯ギヤ、２０５４  内歯ギヤ、２０５６  凸部、２０６０  電動モータ、２０６２  カップリング、２０６４  軸心、２０６６  偏心軸、２０００  エキゾースト用ＶＶＴ機構、３０００  エキゾースト用ＶＶＴ機構、４０００  ＥＣＵ、４１００  電動機ＥＤＵ、４２００  電源、４２５０  リレー回路、５０００  クランク角センサ、５０１０  カムポジションセンサ、５０２０  水温センサ、５０３０  エアフローメータ、５０５０  モータ回転角センサ、６０００  アクチュエータ作動量設定部、６０１０  バルブ位相検出部、６０２０  カムシャフト位相変化量算出部、６０２２  演算部、６０２５  必要位相変化量算出部、６０３０  相対回転数設定部、６０４０  カムシャフト回転数検出部、６０５０  回転数指令値生成部、６０６０  デューティ比特性、６１００  学習制御部、６１１０  タイマー、６１５０  切換部、ｄＩＶ（θ）  実位相変化量、Ｉｍｔ  モータ電流、ＩＶ（θ）  位相検出値（インテークバルブ）、ＩＶ（θ）ｒ  位相値、ＩＶＮ  カムシャフト回転数、ＩＶＮ  実回転数（カムシャフト）、Ｎｍ  実回転数（電動モータ）、Ｎｍｒｅｆ  回転数指令値（電動モータ）、Ｐｃａ  クランク角信号、Ｐｃａ♯  クランク角分周信号、Ｐｉｖ  カム角信号、Ｐｍｔ  モータ回転角信号、Ｒ（θ）  減速比、ＳＲＬ  制御信号（リレー回路）、Ｔｌｍｔ  制限時間（基準位置学習）、θ０  判定値（基準位置学習完了判定）、θｌｎ  位相学習値、ΔＮｍ  相対回転数（電動モータ）、ΔＮｍ０  電動モータ相対回転数（基準位置学習時）、ΔＩＶ（θ）  位相偏差（インテークバルブ位相）、Δθ  カムシャフト位相変化量。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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