位相角検出装置及び該位相角検出装置を用いた内燃機関のバルブタイミング制御装置
【課題】位相変更機構によって制御された中間回転位相を検出して制御精度の向上を図り得る位相角検出装置を提供する。
【解決手段】スプロケット２とカムシャフトとの間に設けられ、ヒステリシスリングに電磁コイルからの電磁力よってブレーキ力を作用させて、前記両者の相対回動位相を変更する。前記スプロケットの外周面の等間隔位置に４つのターゲット突起２５を設けると共に、渦ディスク１３の外周面の等間隔位置に、第１ターゲット突起に対して２０°の遅れた位相に設定された４つの狭幅の第２ターゲット突起２６を設けた。また、前記第１、第２ターゲット突起からそれぞれのパルス信号を生成する角度検出センサ２７を設け、この両パルス信号の離間長さに応じて少なくとも中間位相角をコントローラ２４によって検出するようにした。
【解決手段】スプロケット２とカムシャフトとの間に設けられ、ヒステリシスリングに電磁コイルからの電磁力よってブレーキ力を作用させて、前記両者の相対回動位相を変更する。前記スプロケットの外周面の等間隔位置に４つのターゲット突起２５を設けると共に、渦ディスク１３の外周面の等間隔位置に、第１ターゲット突起に対して２０°の遅れた位相に設定された４つの狭幅の第２ターゲット突起２６を設けた。また、前記第１、第２ターゲット突起からそれぞれのパルス信号を生成する角度検出センサ２７を設け、この両パルス信号の離間長さに応じて少なくとも中間位相角をコントローラ２４によって検出するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの回転体の回転位相差を検出する位相角検出装置に関し、例えば内燃機関の吸気側または排気側の機関弁の開閉タイミングを運転状態に応じて可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置などに用いられる位相角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバルブタイミング制御装置としては、本出願人が先に出願した以下の特許文献１に記載されているようなものがある。
【０００３】
このバルブタイミング制御装置は、機関のクランクシャフトから回転力が伝達されるタイミングスプロケットと、該タイミングスプロケットに対して所定の角度範囲内で相対回転自在に支持されたカムシャフトと、該カムシャフトに連結されたスリーブと、前記タイミングスプロケットと前記スリーブとの間に設けられ、機関運転状態に応じて前記タイミングスプロケットとカムシャフトの相対回転位相を変換させる位相変更機構とを備えている。
【０００４】
この位相変更機構は、前記タイミングスプロケットに形成された径方向ガイド窓と、渦ディスクに形成された渦巻き状ガイド（渦巻き溝）と、基端部が前記スリーブに回転自在に設けられて、先端部が前記径方向ガイド内を径方向移動可能に配置されたリンク部材と、該リンク部材の先端部に設けられて、先端の球状部が前記渦巻き状ガイドに係合した係合部と、機関運転状態に応じて前記渦ディスクにブレーキ力を付与するヒステリシスブレーキとを備えている。
【０００５】
そして、ヒステリシスブレーキの電磁コイルに通電して、ヒステリシス材を介して前記渦ディスクに電磁ブレーキを作用させる。これによって、前記係合部が径方向ガイド窓に沿って径方向に移動しつつ渦巻き状ガイド内を摺動して、前記タイミングスプロケットと前記スリーブ（カムシャフト）とを所定の角度範囲内で相対的に回転させる。これにより、吸気弁の開閉タイミングを機関運転状態に応じて可変制御するようになっている。
【特許文献１】特開２００５−１８０３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記従来のバルブタイミング制御装置にあっては、前記タイミングスプロケットとカムシャフトとの相対回転角度を検出する方法として、コントローラが、カムシャフトのカム回転角を検出するカム角センサのカム角情報と、クランクシャフトの回転角度を検出するクランク角センサのクランク角情報とを入力して、このクランクシャフトのクランク回転角を基準にして、カムシャフトのカム回転角との位相差を演算によって得るようになっている。
【０００７】
一方、前記電磁ブレーキ式のバルブタイミング制御装置にあっては、渦ディスクは、通常、機関停止時には、ばね力によって最遅角側へ回動制御され、機関始動後は、前記電磁ブレーキの作用により機関回転の上昇に伴って進角側に回動制御されるようになっている。
【０００８】
ところが、例えば、前記渦ディスクの渦巻き状ガイドの曲率を最遅角側付近で変化させて、機関始動時にかかる始動性の向上のため、渦巻き状ガイドの一端部側で僅かに進角側になるように設定し、その後、電磁ブレーキを作用させて前記一端側から他端側への所定の回動域に移行させると遅角側となるように設定し、さらに同じ電磁ブレーキを作用させた状態において、前記最遅角側を通過すると進角側になるように設定した場合には、機関始動から電磁ブレーキを作用させると遅角制御と進角制御の両方が連続して行われるため、この状態では、前記カム角センサとクランク角センサによる相対回転位相差の検出を行うことが困難になる。つまり、通電による同じ電磁ブレーキ作用によって遅角側と進角側の異なる動きになるため、前記カム角とクランク角の両センサでは位相制御を行うことが困難になるのである。
【０００９】
換言すれば、前記カム角センサとクランク角センサのそれぞれの検出情報だけでは、例えば前記電磁ブレーキ式などのバルブタイミング制御装置の制御量としての精度が不十分になり、高精度なバルブタイミング制御を行うことができなくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は前記従来の技術的課題を解決するために案出されたもので、請求項１に記載の発明は、駆動される従動部材の動作角度を変更する中間回転体と、前記従動部材の変更された動作角度に対応して前記中間回転体から出力されたパルス信号を検出する検出部と、前記検出されたパルス信号から、予め設定された基準パルスに対する位相差信号を検出して出力する出力部と、を備え、前記位相差信号に基づいて前記従動部材の全体の動作角度における所定の中間角度位置を検出することを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、従動部材の動作位相角度ではなく、中間回転体の動作位相角度を直接的に検出し、この検出パルス信号と基準パルス信号とによって、駆動部材と従動部材との位相角度差を検出するため、該検出される検出値の範囲を拡大することが可能になる。この結果、全体の動作角度の中間動作角度の検出も可能になり、位相角の検出精度を向上させることが可能になる。
【００１２】
なお、この発明は、適用対象を前記内燃機関のバルブタイミング制御装置に限定されるものではない。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、機関のクランクシャフトによって同期して回転駆動される駆動回転体と、機関弁を開閉作動させるカムを有するカムシャフトに結合された従動回転体と、前記駆動回転体と従動回転体との相対回転位相角度を、中間回転体の回動角度によって変更する位相変更機構と、前記中間回転体の回動角度に対応して出力されたパルス信号を検出する検出部と、該検出部によって検出されたパルス信号と前記駆動回転体の回転角度に対応する基準パルスとによって前記従動回転体との位相差信号を検出して出力する出力部と、を備え、前記位相差信号に基づいて前記従動回転体の全体の回動角度における所定の中間角度位置を検出することを特徴としている。
【００１４】
この発明は、請求項１の発明をさらに限定的に記載したものであるから、請求項１の発明と同様な作用効果が得られる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、内燃機関のバルブタイミング制御装置に適用したもので、前記機関弁を作動させるカムシャフトに設けられたカムの回転位相角を中間回転体の回動角度を可変にすることによって変更する位相変更機構と、前記中間回転体の回動角度とクランクシャフトによって同期回転駆動される駆動回転体の回転角度とを検出して、前記中間回転体と駆動回転体の回転位相差を検出する検出機構と、を備え、該検出機構からの出力された位相差信号に基づいて、前記従動回転体の全回動位相領域における前記機関弁の開閉タイミングの遅角制御領域と進角制御領域との中間位相位置を検出することを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る位相角検出装置を内燃機関のバルブタイミング制御装置に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態では、内燃機関の吸気側の動弁系に適用したものであるが、内燃機関の排気側の動弁系に同様に適用することも可能である。
【００１７】
すなわち、このバルブタイミング制御装置は、図１〜図９に示すように、内燃機関の図外のシリンダヘッドに回転自在に支持されたカムシャフト１と、このカムシャフト１の前端側に必要に応じて相対回動可能に設けられた駆動回転体（駆動部材）であるタイミングスプロケット２と、該タイミングスプロケット２の内周側に配置されて、両者１，２の相対回転位相を変更する位相変更機構３とを備えている。
【００１８】
前記カムシャフト１は、外周に吸気弁を開作動させる一気筒当たり２つのカム１ａ、１ａを有すると共に、先端部に従動回転体（従動部材）である従動軸部材４がカムボルト５によって軸方向から結合され、この従動軸部材４の先端部にスリーブ６が螺着固定されている。
【００１９】
前記従動軸部材４は、前記カムボルト５が内部の貫通孔を介して挿通する円筒状の軸部４ａと、該軸部４ａのカムシャフト１側の端縁に一体に形成された段差径状の大径な拡径部４ｂとを備えている。また、前記軸部４ａの先端部外周に前記スリーブ６が螺着する雄ねじが形成されている。
【００２０】
前記スリーブ６は、カムシャフト１側の基端部の内周面に軸部４ａの雄ねじに螺合する雌ねじ６ａが形成されていると共に、前記軸部４ａに最大にねじ込まれた後に、前記雌ねじ６ａの端緒部が軸部４ａの先端面側に回り止めのために、円環状のかしめによって固定されている。
【００２１】
前記タイミングスプロケット２は、外周に図外のタイミングチェーンを介してクランクシャフトに連係されるリング状のギア歯車２ａが外周に一体に形成されていると共に、このギア歯車２ａの内周側にほぼ円板状のプレート部材２ｂを有している。また、このプレート部材２ｂの中央に形成された挿通孔２ｃの内周面を介して前記従動軸部材４の軸部４ａの外周に回転自在に軸受けされている。なお、このタイミングスプロケット２のカムシャフト１側の端部には、補機類を駆動させるための第２のスプロケット２’がボルトによって結合されている。
【００２２】
また、前記プレート部材２ｂには、対面する平行な側壁を有する径方向ガイドである２つ径方向窓孔７，７がタイミングスプロケット２のほぼ直径方向に沿うように貫通形成されていると共に、この２つの径方向窓孔７、７の間に、可動部材である２つのリンク部材８，８の各基端部８ａ、８ａが周方向へ移動可能に係入保持される２つのガイド孔２ｄ、２ｄが貫通形成されている。
【００２３】
前記ガイド孔２ｄ、２ｄは、前記挿通孔２ｂの外周部に円周方向に沿って円弧状に形成されて、その軸方向の長さが前記各基端部８ａ、８ａが移動する範囲内（カムシャフト１とタイミングスプロケット２の相対回動範囲内）の大きさに設定されている。
【００２４】
前記各リンク部材８は、それぞれがほぼ円弧状に折曲形成されて、一端側の各基端部８ａが円筒状に形成されている一方、他端側の各先端部８ｂ、８ｂも円筒状に形成されて、それぞれがプレート部材２ｂ方向に突設されている。また、前記従動軸部材４の前記拡径部４ｂのカムシャフト１側の端部内周側に放射状に突出する２つのレバー突起の内部にそれぞれ保持孔が貫通形成されており、この各保持孔に各ピン９、９の一端部が圧入固定されていると共に、該ピン９，９の他端部に前記各リンク部材８、８の各基端部８ａ、８ａが回転自在に連結されている。
【００２５】
また、各リンク部材８、８は、先端部８ｂ、８ｂが前記各径方向窓孔７，７に係入している。
【００２６】
また、前記各リンク部材８の先端部８ｂには、軸方向前方側に開口する収容穴１０が形成され、この収容穴１０に、前記各径方向窓孔９を介して、後述する渦ディスク１３の渦巻き溝１５に係合する球面状の先端部を有する係合部である係合ピン１１と、この係合ピン１１を前方側（渦巻き溝１５側）に付勢するコイルばね１２とが収容されている。
【００２７】
そして、各リンク部材８は、各先端部８ｂが対応する各径方向窓孔９に係入した状態において、各基端部８ａ、８ａがピン９、９を介して前記従動軸部材４に連結されているため、リンク部材８の先端部８ｂ、８ｂ側が、外力を受けて各径方向窓孔９に沿って変位すると、タイミングスプロケット２と従動軸部材４とは、各リンク部材８、８の基端部８ａ、８ａが各ガイド孔２ｄ、２ｄに沿って移動して、各先端部８ｂ、８ｂの変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。
【００２８】
一方、前記プレート部材２ｂの前方側に対向配置された円板状の渦ディスク１３がボールベアリング１４を介して回転自在に支持されている。この渦ディスク１３は、前記ボールベアリング１４の外輪が固定された筒状部１３ａと、該筒状部１３ａの後端に一体に設けられたディスク部１３ｂとから構成され、このディスク部１３ｂのカムシャフト１側の後面に、渦巻き状ガイドである断面半円状の２条の渦巻き溝１５が形成されている。この各渦巻き溝１５に、前記各リンク部材８の各係合ピン１１の先端部が摺動自在に係合案内されている。
【００２９】
また、前記渦ディスク１３は、型成形された粉末金属を仮焼結する仮焼結工程と、その後、仮焼結された中間回転体を高圧によって圧縮する再圧縮行程とからなる高密度焼結法によって成形されている。したがって、前記各渦巻き溝１５も渦ディスク１３を焼結合金によって成形する際に、同時に形成されるようになっている。
【００３０】
前記各渦巻き溝１５は、図６〜図９に示すように、互いに分離されて、タイミングスプロケット２の回転方向に沿って次第に縮径するように形成されていると共に、最外周側の先端溝部１５ａが所定の角度をもって内方へ屈曲（偏曲）形成されている。つまり、この先端溝部１５ａは、その長手方向のほぼ中央位置から先端側がさらに内方へ小さな角度で内方に屈曲形成されている。
【００３１】
具体的に説明すれば、この各渦巻き溝１５は、それぞれの先端溝部１５ａ以外の一般部位１５ｂは渦（位相）の変化率が一定に形成されているが、先端溝部１５ａは、渦の変化率が前記内方へ屈曲した偏曲部１５ｃから先端に向かって一般部位１５ｂに比較して小さく形成されて渦ディスク１３の接線方向に沿ってほぼ直線状に形成されており、この先端溝部１５ａの長さＬが比較的長く設定されている。
【００３２】
換言すれば、前記渦ディスク１３や各渦巻き溝１５、各リンク部材８及び係合部１１などによって減速機構が構成されて、前記渦巻き溝１５は、その減速比、つまり図１０に示すように、渦ディスク１３の回転角θに対してカムシャフト１とタイミングスプロケット２との位相変換角θ１に対する減速比が一定に設定されているのに対して、前記先端溝部１５ａの区間では、減速比が６以上に大きく設定され、つまり少なくともθ：θ１＝１：６の割合となるように設定されている。
【００３３】
そして、各係合ピン１１が渦巻き溝１５に係合した状態において、渦ディスク１３がタイミングスプロケット２に対して遅れ方向に相対回動すると、各リンク部材８の先端部８ｂは各径方向窓孔９に案内されつつ、渦巻き溝１５の渦巻き形状に誘導されて半径方向内側（進角側）に移動し、逆に、渦ディスク１３が進み方向に相対変位すると、半径方向外側に移動して、係合ピン１１が前記渦巻き溝１５の偏曲部１５ｃに位置した状態で最遅角側に制御される。
【００３４】
さらに、前記係合ピン１１が前記渦巻き溝１５の先端溝部１５ａ域に位置すると、機関の始動に適した僅かに進角側の位置となるように制御されるようになっている。
【００３５】
前記渦ディスク１３は、操作力付与機構によってカムシャフト１に対する相対的な回動操作力が入力されると、その操作力が各渦巻き溝１５と各係合ピン１１の先端部１１ａを通してリンク部材８の先端部８ｂを各径方向窓孔９内で径方向に変位させ、このときリンク部材８の作用でもってタイミングスプロケット２と従動軸部材４に相対的な回動力を伝達する。
【００３６】
前記操作力付与機構は、図１に示すように、渦ディスク１３を、前記スリーブ６を介してタイミングスプロケット２の回転方向に付勢する付勢手段であるトーションスプリング１６と、渦ディスク１３をタイミングスプロケット２の回転方向と逆方向に制動付勢する電磁ブレーキであるヒステリシスブレーキ１７と、該ヒステリシスブレーキ１７の制動力を機関運転状態に応じて制御するコントローラ２４とを備え、機関の運転状態に応じてヒステリシスブレーキ１７の制動力を適宜制御することにより、渦ディスク１３をタイミングスプロケット２に対して相対回動させ、あるいは両者の回動位置を維持するようになっている。
【００３７】
前記トーションスプリング１６は、図１に示すように、前記スリーブ６の外周側に配置され、その一端部１６ａがスリーブ６の先端部に形成された係止孔に径方向から挿通係止されている一方、他端部１６ｂが前記筒状部１３ａの内部軸方向に形成された係止孔に挿通係止されて、機関停止後に前記渦ディスク１３を始動回転位相方向へ回転付勢するようになっている。
【００３８】
一方、前記ヒステリシスブレーキ１７は、渦ディスク１３の外周側前端部に固定状態に取り付けられたヒステリシスリング１８と、該ヒステリシスリング１８の前端部に配置された円環状のコイルヨーク１９と、該コイルヨーク１９の内部に収容配置されて、該コイルヨーク１９に磁気を誘導する電磁コイル２０とを備え、この電磁コイル２０が機関の運転状態に応じて前記コントローラ２４によって通電制御されることによって比較的大きな磁束が発生するようになっている。
【００３９】
前記ヒステリシスリング１８は、前記外部の磁界の変化に対して位相遅れをもって磁束が変化する特性をもつヒステリシス材（半硬質材）によって形成され、図４に示すように、先端部１８ａの部分がコイルヨーク１９の後述する対向する内外周面の各極歯２１，２２間の隙間内に非接触状態で配置されて、該コイルヨーク１９によって制動作用を受けるようになっている。
【００４０】
前記コイルヨーク１９は、電磁コイル２０を取り囲むように全体がほぼ円筒形状に形成され、内周側でボールベアリング２３を介して前記筒状部１３ａに回転自在に支持されていると共に、図外のガタ吸収機構を介してエンジンカバーに固定されている。
【００４１】
そして、前記コイルヨーク１９は、図２〜図４にも示すように、後面側（渦ディスク１３側）の空間部の内周側に環状ヨーク部１９ａを有し、前記空間部の内周面と該内周面に対向する環状ヨーク部１９ａの外周面に凸状の極歯２１、２２がそれぞれ円周方向へ等間隔で複数設けられている。
【００４２】
前記対向する各極歯２１，２２は、磁界発生部であって、一方の極歯２１と他方の極歯２２は円周方向に交互に配置され、対向する前記内外周面相互の近接する極歯２１，２２がすべて円周方向にずれている。したがって、両対向面の近接する極歯２１，２２間には、電磁コイル２０の励磁によって円周方向に傾きをもった向きの磁界が発生する。そして、極歯２１，２２間の隙間には、前記ヒステリシスリング１８の先端部１８ａが非接触状態で介装されており、該先端部１８ａの内外周面と前記極歯２１、２２との間のエアギャップは、大きな磁力を確保するために微小隙間に設定されている。
【００４３】
このヒステリシスブレーキ１７は、ヒステリシスリング１８が対向面２１，２２間の磁界内を変位するときに、ヒステリシスリング１８の内部の磁束の向きと磁界の向きのずれによって制動力を発生するものであるが、その制動力は、ヒステリシスリング１８の回転速度（前記対向内外周面とヒステリシスリング１８の相対速度）に関係なく、磁界の強さ、すなわち、電磁コイル２０の励磁電流の大きさに略比例した一定の値となる。
【００４４】
前記位相変更機構３は、前記タイミングスプロケット２の径方向窓孔９、リンク部材８、係合ピン１１、レバー突起、渦ディスク１３、渦巻き溝１５及び以下の操作力付与機構等によって構成されている。
【００４５】
そして、前記タイミングスプロケット２の前記ギア歯車２ａと反対側の外周面には、図１及び図５、図６にも示すように、４つの第１ターゲット突起２５が円周方向の等間隔（９０°）位置に一体に設けられている。この各第１ターゲット突起２５は、タイミングスプロケット２の回転角度（クランクシャフトの回転角度）を後述する角度検出センサ２７によってピックアップして検出する、つまり基準パルス信号を得るためのものである。
【００４６】
一方、前記渦ディスク１３の外周面には、前記各第１ターゲット突起２５にカムシャフト１の軸方向で近接配置された４つの第２ターゲット突起２６が円周方向の等間隔（９０°）位置に一体に設けられている。この各第２ターゲット突起２６は、渦ディスク１３の回転角度を角度検出センサ２７によってピックアップして検出してパルス信号として取り出すためのものである。また、この各第２ターゲット突起２６は、図５、図６及び図１１Ａにも示すように、機関停止状態におけるイニシャル位置において、前記第１ターゲット突起２５の位置からタイミングスプロケット２の回転方向（機関回転方向）と反対方向へ２０°の回転角度（ｄｅｇ）の位置に設けられている。これは、後述する図１０に示すイニシャル位置からＡ領域（偏曲部１５ｃ）までの間での前記両者２５，２６のパルス信号の重なりを防止するためである。
【００４７】
前記各ターゲット突起２５，２６を周方向へそれぞれ４つ設けたのは、リアルタイムに検出できると共に、前記Ａ領域ではパルスの重なりと追い越しのないようにするためである。
【００４８】
さらに、前記第１ターゲット突起２５の円周方向の幅長さＷは、第２ターゲット突起２６の円周方向の幅長さＷ１よりも大きく設定されて、これによって、角度検出センサ２７がそれぞれのターゲットを識別するようになっている。
【００４９】
前記角度検出センサ２７は、機関回転数を検出する通常のクランク角センサとしても用いられ、一般的なホール素子を利用したもので、先端部が前記両ターゲット突起２５，２６の各先端縁に近接配置されてこれらの突起２５，２６をホールＩＣによって検出してそれぞれのパルス電圧をコントローラ２４に出力するようになっている。
【００５０】
なお、前記各ターゲット突起２５，２６と角度検出センサ２７によって検出機構が構成されている。
【００５１】
前記コントローラ２４は、機関の回転数を検出する前記角度検出センサ２７からのクランク角や、前記カムシャフト１の回転角度を検出するカム角センサ、機関の吸入空気量から負荷を検出するエアーフローメーター、スロットルバルブ開度及び機関水温センサなどの各種のセンサ類からの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を検出して、機関運転状態に応じて電磁コイル２０に制御電流を出力している。
【００５２】
また、このコントローラ２４は、前記角度検出センサ２７から入力したパルス信号に基づいて、タイミングスプロケット２の回転角度と渦ディスク１３の回転角度から両者２，１３の回転位相差を検出するようになっている。
【００５３】
以下、まず、この実施形態の電磁ブレーキによる作用について説明する。イグニッションキーをオフにした機関停止時には、ヒステリシスブレーキ１７の電磁コイル２０の励磁をオフにしておくことにより、トーションスプリング１６のばね力によって渦ディスク１３をタイミングスプロケット２に対して機関回転方向へ最大に回転させておく。これにより、係合ピン１１は、図６及び図７に示すように、球状先端部が渦巻き溝１５の先端溝部１５ａの先端側に位置して、クランクシャフトとカムシャフト１の相対回転位相（機関弁の開閉タイミング）は始動に最適な僅かに進角側寄りの位置に保持されている。この時点では、前記第２ターゲット突起２６は、第１ターゲット突起２５に対してタイミングスプロケット２の回転方向と反対方向の２０°の回転位置になっている。
【００５４】
そして、機関始動のためにイグニッションキーを操作して電源をオンにすると、クランキング時には、交番トルクなどの外乱が発生して前記渦ディスク１３が不用意に回転してしまうおそれがあるが、前記係合ピン１１が渦巻き溝１５の先端溝部１５ａの先端１５ｄ内に安定に保持されてクランクシャフトとカムシャフト１はその相対回転位相が始動に最適な位置になっているので、機関の始動性が良好になる。
【００５５】
具体的に説明すれば、この機関始動時には、カムシャフト１には外乱の一つである正負の交番トルクが発生しており、この交番トルクが渦ディスク１３に伝達されてヒステリシスリング１８がトーションスプリング１６のばね力に抗して不用意に回転してしまうおそれがある。
【００５６】
しかしながら、この実施形態では、前述のように、渦巻き溝１５の先端溝部１５ａの領域が内方に屈曲されて、減速比が６以上に大きく設定されていることから、係合ピン１１の先端溝部１５ａ（先端１５ｄ）内での作動抵抗が大きくなって渦ディスク１３を保持することが可能になり、前記交番トルクなどによる不用意な回転を確実に規制することができる。
【００５７】
したがって、機関始動時の回転位相が安定に保持され、この結果、良好な始動性を確保することができる。
【００５８】
その後、機関がアイドル運転などの低回転域に移行すると、前記コントローラ２４から電磁コイル２０に出力された制御電流によって、ヒステリシスブレーキ１７に磁力が発生して、トーションスプリング１６の力に抗する制動力が渦ディスク１３に付与される。このとき、前記電磁コイル２０には、通常よりも比較的大きな電流が供給されるようになっており、これによって、前記係合ピン１１が渦巻き溝１５の先端溝部１５ａから速やかに脱出して偏曲部１５ｃ側に速やかに移動できるようになっている。
【００５９】
これにより、渦ディスク１３が、タイミングスプロケット２の回転方向に対して僅かに逆方向に回転し、それによってリンク部材８の先端の係合ピン１１が各渦巻き溝１５に誘導されてリンク部材８の先端部８ｂが径方向窓孔９に沿って外側に揺動し、図８に示すように、リンク部材８の作用によってタイミングスプロケット２と従動軸部材４の回転位相角が最遅角側に変更される。
【００６０】
この結果、クランクシャフトとカムシャフト１の相対回転位相が低回転に適した最遅角側に変更される。これによって、アイドル運転時の機関回転の安定化と燃費の向上が図れる。
【００６１】
そして、この状態から機関の運転が通常運転に移行して、例えば高回転時になると、前記回転位相を最進角側に変更すべき指令が前記コントローラ２４から発され、電磁コイル２０にさらに大きな電流が供給されて、トーションスプリング１６の力に抗する大きな制動力が渦ディスク１３に付与される。
【００６２】
これにより、渦ディスク１３がタイミングスプロケット２に対してさらに逆方向に回転し、それによってリンク部材８の先端の係合ピン１１が各渦巻き溝１５に誘導されてリンク部材８の先端部８ｂが径方向窓孔９に沿ってさらに内側に揺動し、図９に示すように、リンク部材８の作用によってタイミングスプロケット２と従動軸部材４の相対回転角が最進角側に変更される。
【００６３】
この結果、クランクシャフトとカムシャフト１との回転位相が最進角側に変更され、それによって機関の高出力化が図られることとなる。
【００６４】
そして、前記渦巻き溝１５の中間位置で最遅角側に制御される場合における渦ディスク１３の回転角θの特性、つまり、前記渦巻き溝１５の先端溝部１５ａから屈曲部１５ｄと偏曲部１５ｃを経て一般部位１５ｂまでの制御マージンは、図１０に示すような特性になる。
【００６５】
この図１０では、前述した機関始動時から高回転までの渦ディスク１３の回転角θに対する渦ディスク１３の回転角θに対する渦巻き溝１５のピッチＲとの関係は実線Ｘ（折れ線）に示され、タイミングスプロケット２（クランクシャフト）との関係は実線Ｙ（折れ線）で示している。
【００６６】
すなわち、まず、渦ディスク１３の回転角θに対する渦巻き溝１５のピッチＲの相対回転角をみると、実線Ｘに示すように、機関始動初期のａ点（先端溝部１５ａの先端１５ｄ）からアイドル運転時の最遅角位置となるｂ点までのＡ領域は立ち上がり特性になるが、このアイドル運転時の最遅角位置ｂ点からさらに通常運転時及び機関高回転時に移行して最進角位置となるｃ点までのＢ領域ではなだらかな連続的な立ち下がり特性となる。したがって、かかる渦巻き溝１５の特性からして、対応する渦ディスク１３の回転角θとタイミングスプロケット２の相対回転角をみると、実線Ｙに示すように、機関始動初期のａ’点からアイドル運転時の最遅角ｂ’点までのＡ領域は立ち下がり特性になるが、この最遅角ｂ’点からさらに通常運転時から機関高回転時における最進角ｃ’までのＢ領域ではなだらかな連続的な立ち上がり特性となる。
【００６７】
したがって、この実施形態によれば、渦巻き溝１５の先端溝部１５ａの特異な形状、つまり回転位相の変化率を小さくする（減速比大）ことによって機関が容易に始動できる進角領域が広くなったことから、この領域における係合ピン１１との作動抵抗が大きくなる。
【００６８】
つまり、交番トルクが渦ディスク１３に作用して偏曲部１５ｃ側へ回転させようとすると、係合ピン１１が先端溝部１５ａの先端１５ｄ内において径方向の外側直角方向（図７中矢印方向）へ移動しようとして、該先端１５ｄの外周縁に突き当たって移動が確実に規制される。このため、前記交番トルクなどの相対回転方向に前記各種の外乱が発生しても渦ディスク１３が不用意に相対回転変更することがなくなる。つまり、渦ディスク１３に対する始動回転位相位置での保持力が向上することから、機関の常時安定かつ良好な始動性が得られる。
【００６９】
しかも、機関始動後には、電磁コイル２０への通電量を大きくしてブレーキ力を高め、渦ディスク１３を速やかに回転させるため、バルブタイミングの最遅角側への制御、さらに最進角側への制御応答性の低下を防止できる。
【００７０】
なお、図１０中の破線Ｐ、Ｑで示す特性は、本実施形態のような、渦巻き溝１５の先端溝部１５ａ側を屈曲形成せずに、渦巻き溝１５全体が一定の曲率で形成された場合の渦ディスク回転角θと渦巻き溝ピッチＲとの関係（Ｐ）と渦ディスク回転角θとカムシャフト１との回転位相差（Ｑ）を示すものである。
【００７１】
そして、前記Ａ領域とＢ領域との間の中間点の位相角は、前記角度検出センサ２７及びコントローラ２４によって正確に検出することができる。
【００７２】
すなわち、前記角度検出センサ２７から出力されるパルス信号は、図１１Ａ〜Ｃに示すようになっており、前記機関始動初期のイニシャル位置では、図１１Ａに示すように、第１ターゲット突起２５のパルス信号Ｓと第２ターゲット突起２６のパルス信号Ｄは２０°の等間隔位置で発信されている。
【００７３】
次に、前記機関始動からアイドリング運転に移行すると、前述した電磁コイル２０への通電による渦ディスク１３にブレーキ力が作用して、前記中間位置ｂ、ｂ’点になると、第１ターゲット突起２５と第２ターゲット突起２６とが所定の角度だけ離間し、第１ターゲット突起２５の位置１、２、３、４から第２ターゲット突起２６が２０°の離間位置からさらに５０．５°の位置１’、２’、３’、４’にそれぞれ離間し、つまり全体で７０．５°角度位置に離間する。
【００７４】
さらに、機関が通常運転から高回転に移行した場合には、渦ディスク１３へのブレーキ力の作用が継続されて最進角位置ｃ、ｃ’点になると、第１ターゲット突起２５と第２ターゲット突起２６がさらに離間して、両者２５，２６の全体で約２５１°の角度位置に離間する。
【００７５】
したがって、この相対角度変化をコントローラ２４に出力することによって後述する検出方法によってカムシャフト１とタイミングスプロケット２の進角−最遅角−最進角の相対回転角度を検出することができる。
【００７６】
以下、図１２、図１３のフローチャート図によって、前記各ターゲット突起２５，２６を介して角度検出センサ２７から出力されたパルス信号に基づいて前記コントローラ２４による相対角度検出方法を説明する。
【００７７】
まず、図１２のステップ１では、前記角度検出センサ２７から第１ターゲット突起２５に基づいて得られたタイミングスプロケット２（クランクシャフト）の回転数から機関回転数Ｎ（ｒｐｍ）を読み込む。
【００７８】
ステップ２では、角度検出センサ２７から出力された第１，第２ターゲット突起２５，２６のパルス幅を比較して、幅長さの大きい方を前記Ｓ信号（基準パルス信号）、小さい方をＤ信号とそれぞれ認識する。
【００７９】
ステップ３では、前記Ｓ信号とＤ信号の立ち上がり時間差Δｔを検出し、ステップ４において、前記Δｔから位相差θ１を以下の式によって求める。
【００８０】
θ＝Δｔ／（Ｎ／６０）×３６０×２（°ＣＡ）
ステップ５では、前記初期設定値の位相角２０°（クランク角４０°）から前述した変化量を算出することによって、タイミングスプロケット２とカムシャフト１との回転位相の変換角を、θ＝θ１−２０°の式から求める。
【００８１】
このように、本実施形態では、前記第１ターゲット突起２５と第２ターゲット突起２６との相対的な回転位置によって、渦ディスク１３の回転角θ、つまりタイミングスプロケット２とカムシャフト１との相対回転変換角θを検出することができる。
【００８２】
次に、前記Ａ領域とＢ領域の判定方法及び制御切り換え方法を、図１３に基づいて説明する。
【００８３】
ステップ１１では、現在の前記渦ディスク１３の回転角θを検出し、ステップ１２では、前記現在の回転角θがθｔよりも大きい（等しい）か否かを判別する。ここで、θｔは、渦巻き溝１５の偏曲部１５ｃである図１０のｂ、ｂ’点の位相角であって、本実施形態ではカム角で５０．５°に設定してある。
【００８４】
このステップ１２において、回転角（変換角）θが、例えばｂ，ｂ’点の位相角θｔと等しいと判別した場合は、前記中間位置（最遅角位置）になっていると判断できる。また、回転角θが位相角θｔよりも大きいと判別した場合は、ｂ，ｂ’点の位置よりもｃ点側（進角側）に位置していると判断できる。
【００８５】
前記θが位相角θｔと等しいあるいは大きいと判断した後は、ステップ１３に進む。このステップ１３では、現在の機関運転状態に応じて遅角側に制御するか進角側に制御するかを判断する。
【００８６】
ここで、θを例えば遅角側に移行させたい場合には、ステップ１４に移行する。このステップ１４では、電磁コイル２０への通電量を減少させる処理を行い、これによって、前記トーションスプリング１６のばね力によって渦ディスク１３を遅角側（ｂ点方向）へ回転させる。
【００８７】
また、ステップ１３においてθを進角側に移行させたい場合には、ステップ１５に移行する。このステップ１５では、電磁コイル２０への通電量を増加する処理を行う。これによって、渦ディスク１３にブレーキ力が作用して進角側に回転する。
【００８８】
一方、前記ステップ１２において中間位置（最遅角位置）になっているか、あるいはこの中間位置よりも小さいと判別した場合は、ステップ１６に移行し、ここで、現在の機関運転状態に応じて遅角側に制御するか進角側に制御するかを判断する。
【００８９】
つまり、渦ディスク１３が、前記中間位置（最遅角位置）になっているかあるいはａ点側に位置しているので、例えばａ点側から中間位置側に移行させたい場合はステップ１７に移行する。
【００９０】
このステップ１７において電磁コイル２０への通電量を増加させる処理を行う。これによって、渦ディスク１３にブレーキ力が作用して最遅角側（中間位置）へ回転し、また、さらにかかる最遅角位置を超えて進角側に回転する。
【００９１】
また、前記ステップ１６において、中間位置になっているので、ここからａ点側へ移行させたい場合には、ステップ１８に移行し、ここでは電磁コイル２０への通電両を減少させる処理を行う。これによって、トーションスプリング１６のばね力によって渦ディスク１３を進角側（ａ点方向）へ回転させる。
【００９２】
以上のように、本実施形態によれば、カムシャフト１の回転位相角度ではなく、渦ディスク１３の回転位相角度を直接的に検出し、この検出パルスＤ信号と基準パルスＳ信号とによって、タイミングスプロケット２とカムシャフト１との位相角度差を検出するため、該検出される検出値の範囲を拡大することが可能になる。この結果、全体の回転角度の中間回転角度（最遅角）の検出も可能になり、位相角の検出精度を向上させることが可能になる。
【００９３】
したがって、この検出結果によって電磁コイル２０へ通電して遅角側あるいは進角側に制御するのか、あるいは電磁コイル２０への通電量を減少させて遅角側に制御するのか進角側に制御するのかを判断することが可能になる。
【００９４】
なお、前記中間位置（最遅角側の位置）から渦ディスク１３にブレーキ力を作用させて進角側に回転すると、図１１Ｃに示すように、前記第１ターゲット突起２５に対して第２ターゲット突起２６が追い越してしまい、両者２５，２６の相対位置では、位相差を検出することができなくなるので、この場合は、前記第１ターゲット突起２５を基準として前記カム角センサによるカム角信号と比較してタイミングスプロケット２とカムシャフト１との相対回転位相差を検出する。
【００９５】
また、本実施形態では、位相変更機構３としてヒステリシスブレーキ１７を用いていることから、電磁コイル２０への通電量によって渦ディスク１３に対して非常に高いブレーキ力を得ることができる。このため、前述のように、機関始動後から通常制御を開始する際に通電量を多くすることにより、始動後から通常制御開始時の位相変更の応答性の悪化を簡単かつ効果的に防止することができる。
【００９６】
さらに、前記渦巻き溝１３の変化率が小さくなっている先端溝部１５ａ以外は、所望の形状によって形成することができるため、機関始動後の制御に影響が与えられることがなく、所望の制御を確保できる。
【００９７】
なお、このバルブタイミング制御装置によるクランクシャフトとカムシャフト１の相対回転位相は、前記最遅角や最進角の位相ばかりでなく、機関運転状態に応じて電磁コイル２０への通電量を変化によるヒステリシスブレーキ１７の制動力の制御によって任意の回転位相に変更し、例えば、トーションスプリング１６のばね力とヒステリシスブレーキ１７の制動力とのバランスによってその位相をカム角約５０．５°のほぼ中間位置に保持することもできる。
【００９８】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、前記位相変更機構として、前記渦ディスク１３が一方向の回転力を所定のギア比で出力する複数のギアから構成された、いわゆるハーモニックドライブ機構によって構成したものであってもよく、この場合、ハーモニックドライブ機構の作動出力側に、センサによってパルス信号を発生させる少なくとも一つのターゲット突起を有する構成としてもよい。
【００９９】
また、前記駆動回転体に駆動力を伝達するものは、スプロケット以外にゴム製のタイミングベルトによって駆動されるタイミングプーリや、ギアとギアの噛み合いによって駆動されるものなどであってもよい。
【０１００】
さらに、位相変更機構を電磁ブレーキに代えてヘリカルギア形式のものなどに適用することも可能である。
【０１０１】
また、位相変更機構の渦ディスクを一方向へ回転付勢する付勢手段としては前記トーションスプリングに限らず、カムシャフトからの交番トルクの正負のトルク差を動力源として始動回転位相に戻るように渦巻き溝の収束率を設定してもよい。
【０１０２】
前記径方向ガイドは、前記係合部をガイドできればよく、前記径方向ガイド孔の他にガイド溝やガイド突起であってもよい。
【０１０３】
渦巻き状ガイドは、有底溝に限らず、中間回転体を貫通する孔状のものや突起状のものであってもよい。
【０１０４】
また、前記可動部材の形状はどのような形をしていてもよく、例えばリンク先端部の摺動面にローラやボールを設けたものであってもよい。
【０１０５】
前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
（イ）前記請求項２に記載の位相角検出装置において、前記中間回転体は、位相の最大進角位置から中間位置を経て最大遅角位置までの範囲で前記カムの回転位置を制御するための渦巻き溝を有する渦ディスクによって構成され、
前記カムシャフトに結合されて、前記渦巻き溝に沿って移動しつつ前記クランクシャフトの回転駆動力を前記カムシャフトに伝達するスプロケットの径方向に移動するフォロア部を設け、
前記渦ディスクの回転方向を制御することによって前記フォロア部を径方向に移動制御することを特徴とする位相角検出装置。
（ロ）（イ）の位相角検出装置において、前記渦ディスクの外面に、センサによってパルス信号を発生させる少なくとも１つのターゲット突起を設けたことを特徴とする位相角検出装置。
（ハ）前記請求項２における位相角検出装置において、前記中間回転体は、一方向の回転力を所定のギア比で出力する複数のギアから構成されたハーモニックドライブ機構であることを特徴とするカム位相角検出装置。
（ニ）（ハ）の位相角検出装置において、前記ハーモニックドライブ機構の作動出力側に、センサによってパルス信号を発生させる少なくとも１つのターゲット突起を設けたことを特徴とする位相角検出装置。
（ホ）請求項２の位相角検出装置において、前記中間回転体の回動角度に対応する検出パルス信号と前記クランクシャフトの角度に対応する基準パルス信号とは、少なくともパルス幅が相違し、１つのセンサで前記中間回転体のパルス信号と、前記基準パルス信号とを検出することを特徴とする位相角検出装置。
（ヘ）（ホ）の位相角検出装置において、前記検出されたパルス信号のパルス幅の相違から前記検出パルス信号と前記基準パルス信号とを特定し、該特定された前記基準パルス信号に対する前記検出パルス信号の遅れを演算することを特徴とする位相角検出装置。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明に係る位相角検出装置が適用された内燃機関のバルブタイミング制御装置の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本実施形態のバルブタイミング制御装置を分解して一方向からみた斜視図である。
【図３】本実施形態のバルブタイミング制御装置を分解して他方向からみた斜視図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本実施形態の第１、第２ターゲット突起を示す図１のＢ矢視図である。
【図６】本実施形態における第１、第２ターゲット突起と渦巻き溝の状態を示す概略図である。
【図７】本実施形態の始動時における回転位相制御時の作動状態を示す図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】本実施形態の最遅角位相制御時の作動状態を示す図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】本実施形態の最進角位相制御時の作動状態を示す図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１０】本実施形態における渦ディスクの回転角と相対回転位相の変換角などの関係における制御マージンを示す特性図である。
【図１１】Ａは機関始動時における第１、第２ターゲット突起のパルス信号を示し、Ｂは最遅角制御時におけるパルス信号を示し、Ｃは最進角制御時におけるパルス信号を示している。
【図１２】本実施形態のコントローラによる位相検出方法を示すフローチャート図である。
【図１３】本実施形態のコントローラによる制御フローチャート図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１…カムシャフト
２…タイミングスプロケット（駆動回転体）
３…位相変更機構
４…従動軸部材（従動回転体）
７…径方向窓孔（径方向ガイド）
１１…係合ピン（係合部）
１３…渦ディスク（中間回転体）
１５…渦巻き溝（渦巻き状ガイド）
１５ａ…先端溝部
１５ｂ…一般部位
１５ｃ…偏曲部（偏曲点）
１６…トーションスプリング（付勢手段）
１７…ヒステリシスブレーキ
２４…コントローラ（出力部）
２５…第１ターゲット突起
２６…第２ターゲット突起
２７…角度検出センサ（検出部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの回転体の回転位相差を検出する位相角検出装置に関し、例えば内燃機関の吸気側または排気側の機関弁の開閉タイミングを運転状態に応じて可変制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置などに用いられる位相角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のバルブタイミング制御装置としては、本出願人が先に出願した以下の特許文献１に記載されているようなものがある。
【０００３】
このバルブタイミング制御装置は、機関のクランクシャフトから回転力が伝達されるタイミングスプロケットと、該タイミングスプロケットに対して所定の角度範囲内で相対回転自在に支持されたカムシャフトと、該カムシャフトに連結されたスリーブと、前記タイミングスプロケットと前記スリーブとの間に設けられ、機関運転状態に応じて前記タイミングスプロケットとカムシャフトの相対回転位相を変換させる位相変更機構とを備えている。
【０００４】
この位相変更機構は、前記タイミングスプロケットに形成された径方向ガイド窓と、渦ディスクに形成された渦巻き状ガイド（渦巻き溝）と、基端部が前記スリーブに回転自在に設けられて、先端部が前記径方向ガイド内を径方向移動可能に配置されたリンク部材と、該リンク部材の先端部に設けられて、先端の球状部が前記渦巻き状ガイドに係合した係合部と、機関運転状態に応じて前記渦ディスクにブレーキ力を付与するヒステリシスブレーキとを備えている。
【０００５】
そして、ヒステリシスブレーキの電磁コイルに通電して、ヒステリシス材を介して前記渦ディスクに電磁ブレーキを作用させる。これによって、前記係合部が径方向ガイド窓に沿って径方向に移動しつつ渦巻き状ガイド内を摺動して、前記タイミングスプロケットと前記スリーブ（カムシャフト）とを所定の角度範囲内で相対的に回転させる。これにより、吸気弁の開閉タイミングを機関運転状態に応じて可変制御するようになっている。
【特許文献１】特開２００５−１８０３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記従来のバルブタイミング制御装置にあっては、前記タイミングスプロケットとカムシャフトとの相対回転角度を検出する方法として、コントローラが、カムシャフトのカム回転角を検出するカム角センサのカム角情報と、クランクシャフトの回転角度を検出するクランク角センサのクランク角情報とを入力して、このクランクシャフトのクランク回転角を基準にして、カムシャフトのカム回転角との位相差を演算によって得るようになっている。
【０００７】
一方、前記電磁ブレーキ式のバルブタイミング制御装置にあっては、渦ディスクは、通常、機関停止時には、ばね力によって最遅角側へ回動制御され、機関始動後は、前記電磁ブレーキの作用により機関回転の上昇に伴って進角側に回動制御されるようになっている。
【０００８】
ところが、例えば、前記渦ディスクの渦巻き状ガイドの曲率を最遅角側付近で変化させて、機関始動時にかかる始動性の向上のため、渦巻き状ガイドの一端部側で僅かに進角側になるように設定し、その後、電磁ブレーキを作用させて前記一端側から他端側への所定の回動域に移行させると遅角側となるように設定し、さらに同じ電磁ブレーキを作用させた状態において、前記最遅角側を通過すると進角側になるように設定した場合には、機関始動から電磁ブレーキを作用させると遅角制御と進角制御の両方が連続して行われるため、この状態では、前記カム角センサとクランク角センサによる相対回転位相差の検出を行うことが困難になる。つまり、通電による同じ電磁ブレーキ作用によって遅角側と進角側の異なる動きになるため、前記カム角とクランク角の両センサでは位相制御を行うことが困難になるのである。
【０００９】
換言すれば、前記カム角センサとクランク角センサのそれぞれの検出情報だけでは、例えば前記電磁ブレーキ式などのバルブタイミング制御装置の制御量としての精度が不十分になり、高精度なバルブタイミング制御を行うことができなくなる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は前記従来の技術的課題を解決するために案出されたもので、請求項１に記載の発明は、駆動される従動部材の動作角度を変更する中間回転体と、前記従動部材の変更された動作角度に対応して前記中間回転体から出力されたパルス信号を検出する検出部と、前記検出されたパルス信号から、予め設定された基準パルスに対する位相差信号を検出して出力する出力部と、を備え、前記位相差信号に基づいて前記従動部材の全体の動作角度における所定の中間角度位置を検出することを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、従動部材の動作位相角度ではなく、中間回転体の動作位相角度を直接的に検出し、この検出パルス信号と基準パルス信号とによって、駆動部材と従動部材との位相角度差を検出するため、該検出される検出値の範囲を拡大することが可能になる。この結果、全体の動作角度の中間動作角度の検出も可能になり、位相角の検出精度を向上させることが可能になる。
【００１２】
なお、この発明は、適用対象を前記内燃機関のバルブタイミング制御装置に限定されるものではない。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、機関のクランクシャフトによって同期して回転駆動される駆動回転体と、機関弁を開閉作動させるカムを有するカムシャフトに結合された従動回転体と、前記駆動回転体と従動回転体との相対回転位相角度を、中間回転体の回動角度によって変更する位相変更機構と、前記中間回転体の回動角度に対応して出力されたパルス信号を検出する検出部と、該検出部によって検出されたパルス信号と前記駆動回転体の回転角度に対応する基準パルスとによって前記従動回転体との位相差信号を検出して出力する出力部と、を備え、前記位相差信号に基づいて前記従動回転体の全体の回動角度における所定の中間角度位置を検出することを特徴としている。
【００１４】
この発明は、請求項１の発明をさらに限定的に記載したものであるから、請求項１の発明と同様な作用効果が得られる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、内燃機関のバルブタイミング制御装置に適用したもので、前記機関弁を作動させるカムシャフトに設けられたカムの回転位相角を中間回転体の回動角度を可変にすることによって変更する位相変更機構と、前記中間回転体の回動角度とクランクシャフトによって同期回転駆動される駆動回転体の回転角度とを検出して、前記中間回転体と駆動回転体の回転位相差を検出する検出機構と、を備え、該検出機構からの出力された位相差信号に基づいて、前記従動回転体の全回動位相領域における前記機関弁の開閉タイミングの遅角制御領域と進角制御領域との中間位相位置を検出することを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係る位相角検出装置を内燃機関のバルブタイミング制御装置に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態では、内燃機関の吸気側の動弁系に適用したものであるが、内燃機関の排気側の動弁系に同様に適用することも可能である。
【００１７】
すなわち、このバルブタイミング制御装置は、図１〜図９に示すように、内燃機関の図外のシリンダヘッドに回転自在に支持されたカムシャフト１と、このカムシャフト１の前端側に必要に応じて相対回動可能に設けられた駆動回転体（駆動部材）であるタイミングスプロケット２と、該タイミングスプロケット２の内周側に配置されて、両者１，２の相対回転位相を変更する位相変更機構３とを備えている。
【００１８】
前記カムシャフト１は、外周に吸気弁を開作動させる一気筒当たり２つのカム１ａ、１ａを有すると共に、先端部に従動回転体（従動部材）である従動軸部材４がカムボルト５によって軸方向から結合され、この従動軸部材４の先端部にスリーブ６が螺着固定されている。
【００１９】
前記従動軸部材４は、前記カムボルト５が内部の貫通孔を介して挿通する円筒状の軸部４ａと、該軸部４ａのカムシャフト１側の端縁に一体に形成された段差径状の大径な拡径部４ｂとを備えている。また、前記軸部４ａの先端部外周に前記スリーブ６が螺着する雄ねじが形成されている。
【００２０】
前記スリーブ６は、カムシャフト１側の基端部の内周面に軸部４ａの雄ねじに螺合する雌ねじ６ａが形成されていると共に、前記軸部４ａに最大にねじ込まれた後に、前記雌ねじ６ａの端緒部が軸部４ａの先端面側に回り止めのために、円環状のかしめによって固定されている。
【００２１】
前記タイミングスプロケット２は、外周に図外のタイミングチェーンを介してクランクシャフトに連係されるリング状のギア歯車２ａが外周に一体に形成されていると共に、このギア歯車２ａの内周側にほぼ円板状のプレート部材２ｂを有している。また、このプレート部材２ｂの中央に形成された挿通孔２ｃの内周面を介して前記従動軸部材４の軸部４ａの外周に回転自在に軸受けされている。なお、このタイミングスプロケット２のカムシャフト１側の端部には、補機類を駆動させるための第２のスプロケット２’がボルトによって結合されている。
【００２２】
また、前記プレート部材２ｂには、対面する平行な側壁を有する径方向ガイドである２つ径方向窓孔７，７がタイミングスプロケット２のほぼ直径方向に沿うように貫通形成されていると共に、この２つの径方向窓孔７、７の間に、可動部材である２つのリンク部材８，８の各基端部８ａ、８ａが周方向へ移動可能に係入保持される２つのガイド孔２ｄ、２ｄが貫通形成されている。
【００２３】
前記ガイド孔２ｄ、２ｄは、前記挿通孔２ｂの外周部に円周方向に沿って円弧状に形成されて、その軸方向の長さが前記各基端部８ａ、８ａが移動する範囲内（カムシャフト１とタイミングスプロケット２の相対回動範囲内）の大きさに設定されている。
【００２４】
前記各リンク部材８は、それぞれがほぼ円弧状に折曲形成されて、一端側の各基端部８ａが円筒状に形成されている一方、他端側の各先端部８ｂ、８ｂも円筒状に形成されて、それぞれがプレート部材２ｂ方向に突設されている。また、前記従動軸部材４の前記拡径部４ｂのカムシャフト１側の端部内周側に放射状に突出する２つのレバー突起の内部にそれぞれ保持孔が貫通形成されており、この各保持孔に各ピン９、９の一端部が圧入固定されていると共に、該ピン９，９の他端部に前記各リンク部材８、８の各基端部８ａ、８ａが回転自在に連結されている。
【００２５】
また、各リンク部材８、８は、先端部８ｂ、８ｂが前記各径方向窓孔７，７に係入している。
【００２６】
また、前記各リンク部材８の先端部８ｂには、軸方向前方側に開口する収容穴１０が形成され、この収容穴１０に、前記各径方向窓孔９を介して、後述する渦ディスク１３の渦巻き溝１５に係合する球面状の先端部を有する係合部である係合ピン１１と、この係合ピン１１を前方側（渦巻き溝１５側）に付勢するコイルばね１２とが収容されている。
【００２７】
そして、各リンク部材８は、各先端部８ｂが対応する各径方向窓孔９に係入した状態において、各基端部８ａ、８ａがピン９、９を介して前記従動軸部材４に連結されているため、リンク部材８の先端部８ｂ、８ｂ側が、外力を受けて各径方向窓孔９に沿って変位すると、タイミングスプロケット２と従動軸部材４とは、各リンク部材８、８の基端部８ａ、８ａが各ガイド孔２ｄ、２ｄに沿って移動して、各先端部８ｂ、８ｂの変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。
【００２８】
一方、前記プレート部材２ｂの前方側に対向配置された円板状の渦ディスク１３がボールベアリング１４を介して回転自在に支持されている。この渦ディスク１３は、前記ボールベアリング１４の外輪が固定された筒状部１３ａと、該筒状部１３ａの後端に一体に設けられたディスク部１３ｂとから構成され、このディスク部１３ｂのカムシャフト１側の後面に、渦巻き状ガイドである断面半円状の２条の渦巻き溝１５が形成されている。この各渦巻き溝１５に、前記各リンク部材８の各係合ピン１１の先端部が摺動自在に係合案内されている。
【００２９】
また、前記渦ディスク１３は、型成形された粉末金属を仮焼結する仮焼結工程と、その後、仮焼結された中間回転体を高圧によって圧縮する再圧縮行程とからなる高密度焼結法によって成形されている。したがって、前記各渦巻き溝１５も渦ディスク１３を焼結合金によって成形する際に、同時に形成されるようになっている。
【００３０】
前記各渦巻き溝１５は、図６〜図９に示すように、互いに分離されて、タイミングスプロケット２の回転方向に沿って次第に縮径するように形成されていると共に、最外周側の先端溝部１５ａが所定の角度をもって内方へ屈曲（偏曲）形成されている。つまり、この先端溝部１５ａは、その長手方向のほぼ中央位置から先端側がさらに内方へ小さな角度で内方に屈曲形成されている。
【００３１】
具体的に説明すれば、この各渦巻き溝１５は、それぞれの先端溝部１５ａ以外の一般部位１５ｂは渦（位相）の変化率が一定に形成されているが、先端溝部１５ａは、渦の変化率が前記内方へ屈曲した偏曲部１５ｃから先端に向かって一般部位１５ｂに比較して小さく形成されて渦ディスク１３の接線方向に沿ってほぼ直線状に形成されており、この先端溝部１５ａの長さＬが比較的長く設定されている。
【００３２】
換言すれば、前記渦ディスク１３や各渦巻き溝１５、各リンク部材８及び係合部１１などによって減速機構が構成されて、前記渦巻き溝１５は、その減速比、つまり図１０に示すように、渦ディスク１３の回転角θに対してカムシャフト１とタイミングスプロケット２との位相変換角θ１に対する減速比が一定に設定されているのに対して、前記先端溝部１５ａの区間では、減速比が６以上に大きく設定され、つまり少なくともθ：θ１＝１：６の割合となるように設定されている。
【００３３】
そして、各係合ピン１１が渦巻き溝１５に係合した状態において、渦ディスク１３がタイミングスプロケット２に対して遅れ方向に相対回動すると、各リンク部材８の先端部８ｂは各径方向窓孔９に案内されつつ、渦巻き溝１５の渦巻き形状に誘導されて半径方向内側（進角側）に移動し、逆に、渦ディスク１３が進み方向に相対変位すると、半径方向外側に移動して、係合ピン１１が前記渦巻き溝１５の偏曲部１５ｃに位置した状態で最遅角側に制御される。
【００３４】
さらに、前記係合ピン１１が前記渦巻き溝１５の先端溝部１５ａ域に位置すると、機関の始動に適した僅かに進角側の位置となるように制御されるようになっている。
【００３５】
前記渦ディスク１３は、操作力付与機構によってカムシャフト１に対する相対的な回動操作力が入力されると、その操作力が各渦巻き溝１５と各係合ピン１１の先端部１１ａを通してリンク部材８の先端部８ｂを各径方向窓孔９内で径方向に変位させ、このときリンク部材８の作用でもってタイミングスプロケット２と従動軸部材４に相対的な回動力を伝達する。
【００３６】
前記操作力付与機構は、図１に示すように、渦ディスク１３を、前記スリーブ６を介してタイミングスプロケット２の回転方向に付勢する付勢手段であるトーションスプリング１６と、渦ディスク１３をタイミングスプロケット２の回転方向と逆方向に制動付勢する電磁ブレーキであるヒステリシスブレーキ１７と、該ヒステリシスブレーキ１７の制動力を機関運転状態に応じて制御するコントローラ２４とを備え、機関の運転状態に応じてヒステリシスブレーキ１７の制動力を適宜制御することにより、渦ディスク１３をタイミングスプロケット２に対して相対回動させ、あるいは両者の回動位置を維持するようになっている。
【００３７】
前記トーションスプリング１６は、図１に示すように、前記スリーブ６の外周側に配置され、その一端部１６ａがスリーブ６の先端部に形成された係止孔に径方向から挿通係止されている一方、他端部１６ｂが前記筒状部１３ａの内部軸方向に形成された係止孔に挿通係止されて、機関停止後に前記渦ディスク１３を始動回転位相方向へ回転付勢するようになっている。
【００３８】
一方、前記ヒステリシスブレーキ１７は、渦ディスク１３の外周側前端部に固定状態に取り付けられたヒステリシスリング１８と、該ヒステリシスリング１８の前端部に配置された円環状のコイルヨーク１９と、該コイルヨーク１９の内部に収容配置されて、該コイルヨーク１９に磁気を誘導する電磁コイル２０とを備え、この電磁コイル２０が機関の運転状態に応じて前記コントローラ２４によって通電制御されることによって比較的大きな磁束が発生するようになっている。
【００３９】
前記ヒステリシスリング１８は、前記外部の磁界の変化に対して位相遅れをもって磁束が変化する特性をもつヒステリシス材（半硬質材）によって形成され、図４に示すように、先端部１８ａの部分がコイルヨーク１９の後述する対向する内外周面の各極歯２１，２２間の隙間内に非接触状態で配置されて、該コイルヨーク１９によって制動作用を受けるようになっている。
【００４０】
前記コイルヨーク１９は、電磁コイル２０を取り囲むように全体がほぼ円筒形状に形成され、内周側でボールベアリング２３を介して前記筒状部１３ａに回転自在に支持されていると共に、図外のガタ吸収機構を介してエンジンカバーに固定されている。
【００４１】
そして、前記コイルヨーク１９は、図２〜図４にも示すように、後面側（渦ディスク１３側）の空間部の内周側に環状ヨーク部１９ａを有し、前記空間部の内周面と該内周面に対向する環状ヨーク部１９ａの外周面に凸状の極歯２１、２２がそれぞれ円周方向へ等間隔で複数設けられている。
【００４２】
前記対向する各極歯２１，２２は、磁界発生部であって、一方の極歯２１と他方の極歯２２は円周方向に交互に配置され、対向する前記内外周面相互の近接する極歯２１，２２がすべて円周方向にずれている。したがって、両対向面の近接する極歯２１，２２間には、電磁コイル２０の励磁によって円周方向に傾きをもった向きの磁界が発生する。そして、極歯２１，２２間の隙間には、前記ヒステリシスリング１８の先端部１８ａが非接触状態で介装されており、該先端部１８ａの内外周面と前記極歯２１、２２との間のエアギャップは、大きな磁力を確保するために微小隙間に設定されている。
【００４３】
このヒステリシスブレーキ１７は、ヒステリシスリング１８が対向面２１，２２間の磁界内を変位するときに、ヒステリシスリング１８の内部の磁束の向きと磁界の向きのずれによって制動力を発生するものであるが、その制動力は、ヒステリシスリング１８の回転速度（前記対向内外周面とヒステリシスリング１８の相対速度）に関係なく、磁界の強さ、すなわち、電磁コイル２０の励磁電流の大きさに略比例した一定の値となる。
【００４４】
前記位相変更機構３は、前記タイミングスプロケット２の径方向窓孔９、リンク部材８、係合ピン１１、レバー突起、渦ディスク１３、渦巻き溝１５及び以下の操作力付与機構等によって構成されている。
【００４５】
そして、前記タイミングスプロケット２の前記ギア歯車２ａと反対側の外周面には、図１及び図５、図６にも示すように、４つの第１ターゲット突起２５が円周方向の等間隔（９０°）位置に一体に設けられている。この各第１ターゲット突起２５は、タイミングスプロケット２の回転角度（クランクシャフトの回転角度）を後述する角度検出センサ２７によってピックアップして検出する、つまり基準パルス信号を得るためのものである。
【００４６】
一方、前記渦ディスク１３の外周面には、前記各第１ターゲット突起２５にカムシャフト１の軸方向で近接配置された４つの第２ターゲット突起２６が円周方向の等間隔（９０°）位置に一体に設けられている。この各第２ターゲット突起２６は、渦ディスク１３の回転角度を角度検出センサ２７によってピックアップして検出してパルス信号として取り出すためのものである。また、この各第２ターゲット突起２６は、図５、図６及び図１１Ａにも示すように、機関停止状態におけるイニシャル位置において、前記第１ターゲット突起２５の位置からタイミングスプロケット２の回転方向（機関回転方向）と反対方向へ２０°の回転角度（ｄｅｇ）の位置に設けられている。これは、後述する図１０に示すイニシャル位置からＡ領域（偏曲部１５ｃ）までの間での前記両者２５，２６のパルス信号の重なりを防止するためである。
【００４７】
前記各ターゲット突起２５，２６を周方向へそれぞれ４つ設けたのは、リアルタイムに検出できると共に、前記Ａ領域ではパルスの重なりと追い越しのないようにするためである。
【００４８】
さらに、前記第１ターゲット突起２５の円周方向の幅長さＷは、第２ターゲット突起２６の円周方向の幅長さＷ１よりも大きく設定されて、これによって、角度検出センサ２７がそれぞれのターゲットを識別するようになっている。
【００４９】
前記角度検出センサ２７は、機関回転数を検出する通常のクランク角センサとしても用いられ、一般的なホール素子を利用したもので、先端部が前記両ターゲット突起２５，２６の各先端縁に近接配置されてこれらの突起２５，２６をホールＩＣによって検出してそれぞれのパルス電圧をコントローラ２４に出力するようになっている。
【００５０】
なお、前記各ターゲット突起２５，２６と角度検出センサ２７によって検出機構が構成されている。
【００５１】
前記コントローラ２４は、機関の回転数を検出する前記角度検出センサ２７からのクランク角や、前記カムシャフト１の回転角度を検出するカム角センサ、機関の吸入空気量から負荷を検出するエアーフローメーター、スロットルバルブ開度及び機関水温センサなどの各種のセンサ類からの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を検出して、機関運転状態に応じて電磁コイル２０に制御電流を出力している。
【００５２】
また、このコントローラ２４は、前記角度検出センサ２７から入力したパルス信号に基づいて、タイミングスプロケット２の回転角度と渦ディスク１３の回転角度から両者２，１３の回転位相差を検出するようになっている。
【００５３】
以下、まず、この実施形態の電磁ブレーキによる作用について説明する。イグニッションキーをオフにした機関停止時には、ヒステリシスブレーキ１７の電磁コイル２０の励磁をオフにしておくことにより、トーションスプリング１６のばね力によって渦ディスク１３をタイミングスプロケット２に対して機関回転方向へ最大に回転させておく。これにより、係合ピン１１は、図６及び図７に示すように、球状先端部が渦巻き溝１５の先端溝部１５ａの先端側に位置して、クランクシャフトとカムシャフト１の相対回転位相（機関弁の開閉タイミング）は始動に最適な僅かに進角側寄りの位置に保持されている。この時点では、前記第２ターゲット突起２６は、第１ターゲット突起２５に対してタイミングスプロケット２の回転方向と反対方向の２０°の回転位置になっている。
【００５４】
そして、機関始動のためにイグニッションキーを操作して電源をオンにすると、クランキング時には、交番トルクなどの外乱が発生して前記渦ディスク１３が不用意に回転してしまうおそれがあるが、前記係合ピン１１が渦巻き溝１５の先端溝部１５ａの先端１５ｄ内に安定に保持されてクランクシャフトとカムシャフト１はその相対回転位相が始動に最適な位置になっているので、機関の始動性が良好になる。
【００５５】
具体的に説明すれば、この機関始動時には、カムシャフト１には外乱の一つである正負の交番トルクが発生しており、この交番トルクが渦ディスク１３に伝達されてヒステリシスリング１８がトーションスプリング１６のばね力に抗して不用意に回転してしまうおそれがある。
【００５６】
しかしながら、この実施形態では、前述のように、渦巻き溝１５の先端溝部１５ａの領域が内方に屈曲されて、減速比が６以上に大きく設定されていることから、係合ピン１１の先端溝部１５ａ（先端１５ｄ）内での作動抵抗が大きくなって渦ディスク１３を保持することが可能になり、前記交番トルクなどによる不用意な回転を確実に規制することができる。
【００５７】
したがって、機関始動時の回転位相が安定に保持され、この結果、良好な始動性を確保することができる。
【００５８】
その後、機関がアイドル運転などの低回転域に移行すると、前記コントローラ２４から電磁コイル２０に出力された制御電流によって、ヒステリシスブレーキ１７に磁力が発生して、トーションスプリング１６の力に抗する制動力が渦ディスク１３に付与される。このとき、前記電磁コイル２０には、通常よりも比較的大きな電流が供給されるようになっており、これによって、前記係合ピン１１が渦巻き溝１５の先端溝部１５ａから速やかに脱出して偏曲部１５ｃ側に速やかに移動できるようになっている。
【００５９】
これにより、渦ディスク１３が、タイミングスプロケット２の回転方向に対して僅かに逆方向に回転し、それによってリンク部材８の先端の係合ピン１１が各渦巻き溝１５に誘導されてリンク部材８の先端部８ｂが径方向窓孔９に沿って外側に揺動し、図８に示すように、リンク部材８の作用によってタイミングスプロケット２と従動軸部材４の回転位相角が最遅角側に変更される。
【００６０】
この結果、クランクシャフトとカムシャフト１の相対回転位相が低回転に適した最遅角側に変更される。これによって、アイドル運転時の機関回転の安定化と燃費の向上が図れる。
【００６１】
そして、この状態から機関の運転が通常運転に移行して、例えば高回転時になると、前記回転位相を最進角側に変更すべき指令が前記コントローラ２４から発され、電磁コイル２０にさらに大きな電流が供給されて、トーションスプリング１６の力に抗する大きな制動力が渦ディスク１３に付与される。
【００６２】
これにより、渦ディスク１３がタイミングスプロケット２に対してさらに逆方向に回転し、それによってリンク部材８の先端の係合ピン１１が各渦巻き溝１５に誘導されてリンク部材８の先端部８ｂが径方向窓孔９に沿ってさらに内側に揺動し、図９に示すように、リンク部材８の作用によってタイミングスプロケット２と従動軸部材４の相対回転角が最進角側に変更される。
【００６３】
この結果、クランクシャフトとカムシャフト１との回転位相が最進角側に変更され、それによって機関の高出力化が図られることとなる。
【００６４】
そして、前記渦巻き溝１５の中間位置で最遅角側に制御される場合における渦ディスク１３の回転角θの特性、つまり、前記渦巻き溝１５の先端溝部１５ａから屈曲部１５ｄと偏曲部１５ｃを経て一般部位１５ｂまでの制御マージンは、図１０に示すような特性になる。
【００６５】
この図１０では、前述した機関始動時から高回転までの渦ディスク１３の回転角θに対する渦ディスク１３の回転角θに対する渦巻き溝１５のピッチＲとの関係は実線Ｘ（折れ線）に示され、タイミングスプロケット２（クランクシャフト）との関係は実線Ｙ（折れ線）で示している。
【００６６】
すなわち、まず、渦ディスク１３の回転角θに対する渦巻き溝１５のピッチＲの相対回転角をみると、実線Ｘに示すように、機関始動初期のａ点（先端溝部１５ａの先端１５ｄ）からアイドル運転時の最遅角位置となるｂ点までのＡ領域は立ち上がり特性になるが、このアイドル運転時の最遅角位置ｂ点からさらに通常運転時及び機関高回転時に移行して最進角位置となるｃ点までのＢ領域ではなだらかな連続的な立ち下がり特性となる。したがって、かかる渦巻き溝１５の特性からして、対応する渦ディスク１３の回転角θとタイミングスプロケット２の相対回転角をみると、実線Ｙに示すように、機関始動初期のａ’点からアイドル運転時の最遅角ｂ’点までのＡ領域は立ち下がり特性になるが、この最遅角ｂ’点からさらに通常運転時から機関高回転時における最進角ｃ’までのＢ領域ではなだらかな連続的な立ち上がり特性となる。
【００６７】
したがって、この実施形態によれば、渦巻き溝１５の先端溝部１５ａの特異な形状、つまり回転位相の変化率を小さくする（減速比大）ことによって機関が容易に始動できる進角領域が広くなったことから、この領域における係合ピン１１との作動抵抗が大きくなる。
【００６８】
つまり、交番トルクが渦ディスク１３に作用して偏曲部１５ｃ側へ回転させようとすると、係合ピン１１が先端溝部１５ａの先端１５ｄ内において径方向の外側直角方向（図７中矢印方向）へ移動しようとして、該先端１５ｄの外周縁に突き当たって移動が確実に規制される。このため、前記交番トルクなどの相対回転方向に前記各種の外乱が発生しても渦ディスク１３が不用意に相対回転変更することがなくなる。つまり、渦ディスク１３に対する始動回転位相位置での保持力が向上することから、機関の常時安定かつ良好な始動性が得られる。
【００６９】
しかも、機関始動後には、電磁コイル２０への通電量を大きくしてブレーキ力を高め、渦ディスク１３を速やかに回転させるため、バルブタイミングの最遅角側への制御、さらに最進角側への制御応答性の低下を防止できる。
【００７０】
なお、図１０中の破線Ｐ、Ｑで示す特性は、本実施形態のような、渦巻き溝１５の先端溝部１５ａ側を屈曲形成せずに、渦巻き溝１５全体が一定の曲率で形成された場合の渦ディスク回転角θと渦巻き溝ピッチＲとの関係（Ｐ）と渦ディスク回転角θとカムシャフト１との回転位相差（Ｑ）を示すものである。
【００７１】
そして、前記Ａ領域とＢ領域との間の中間点の位相角は、前記角度検出センサ２７及びコントローラ２４によって正確に検出することができる。
【００７２】
すなわち、前記角度検出センサ２７から出力されるパルス信号は、図１１Ａ〜Ｃに示すようになっており、前記機関始動初期のイニシャル位置では、図１１Ａに示すように、第１ターゲット突起２５のパルス信号Ｓと第２ターゲット突起２６のパルス信号Ｄは２０°の等間隔位置で発信されている。
【００７３】
次に、前記機関始動からアイドリング運転に移行すると、前述した電磁コイル２０への通電による渦ディスク１３にブレーキ力が作用して、前記中間位置ｂ、ｂ’点になると、第１ターゲット突起２５と第２ターゲット突起２６とが所定の角度だけ離間し、第１ターゲット突起２５の位置１、２、３、４から第２ターゲット突起２６が２０°の離間位置からさらに５０．５°の位置１’、２’、３’、４’にそれぞれ離間し、つまり全体で７０．５°角度位置に離間する。
【００７４】
さらに、機関が通常運転から高回転に移行した場合には、渦ディスク１３へのブレーキ力の作用が継続されて最進角位置ｃ、ｃ’点になると、第１ターゲット突起２５と第２ターゲット突起２６がさらに離間して、両者２５，２６の全体で約２５１°の角度位置に離間する。
【００７５】
したがって、この相対角度変化をコントローラ２４に出力することによって後述する検出方法によってカムシャフト１とタイミングスプロケット２の進角−最遅角−最進角の相対回転角度を検出することができる。
【００７６】
以下、図１２、図１３のフローチャート図によって、前記各ターゲット突起２５，２６を介して角度検出センサ２７から出力されたパルス信号に基づいて前記コントローラ２４による相対角度検出方法を説明する。
【００７７】
まず、図１２のステップ１では、前記角度検出センサ２７から第１ターゲット突起２５に基づいて得られたタイミングスプロケット２（クランクシャフト）の回転数から機関回転数Ｎ（ｒｐｍ）を読み込む。
【００７８】
ステップ２では、角度検出センサ２７から出力された第１，第２ターゲット突起２５，２６のパルス幅を比較して、幅長さの大きい方を前記Ｓ信号（基準パルス信号）、小さい方をＤ信号とそれぞれ認識する。
【００７９】
ステップ３では、前記Ｓ信号とＤ信号の立ち上がり時間差Δｔを検出し、ステップ４において、前記Δｔから位相差θ１を以下の式によって求める。
【００８０】
θ＝Δｔ／（Ｎ／６０）×３６０×２（°ＣＡ）
ステップ５では、前記初期設定値の位相角２０°（クランク角４０°）から前述した変化量を算出することによって、タイミングスプロケット２とカムシャフト１との回転位相の変換角を、θ＝θ１−２０°の式から求める。
【００８１】
このように、本実施形態では、前記第１ターゲット突起２５と第２ターゲット突起２６との相対的な回転位置によって、渦ディスク１３の回転角θ、つまりタイミングスプロケット２とカムシャフト１との相対回転変換角θを検出することができる。
【００８２】
次に、前記Ａ領域とＢ領域の判定方法及び制御切り換え方法を、図１３に基づいて説明する。
【００８３】
ステップ１１では、現在の前記渦ディスク１３の回転角θを検出し、ステップ１２では、前記現在の回転角θがθｔよりも大きい（等しい）か否かを判別する。ここで、θｔは、渦巻き溝１５の偏曲部１５ｃである図１０のｂ、ｂ’点の位相角であって、本実施形態ではカム角で５０．５°に設定してある。
【００８４】
このステップ１２において、回転角（変換角）θが、例えばｂ，ｂ’点の位相角θｔと等しいと判別した場合は、前記中間位置（最遅角位置）になっていると判断できる。また、回転角θが位相角θｔよりも大きいと判別した場合は、ｂ，ｂ’点の位置よりもｃ点側（進角側）に位置していると判断できる。
【００８５】
前記θが位相角θｔと等しいあるいは大きいと判断した後は、ステップ１３に進む。このステップ１３では、現在の機関運転状態に応じて遅角側に制御するか進角側に制御するかを判断する。
【００８６】
ここで、θを例えば遅角側に移行させたい場合には、ステップ１４に移行する。このステップ１４では、電磁コイル２０への通電量を減少させる処理を行い、これによって、前記トーションスプリング１６のばね力によって渦ディスク１３を遅角側（ｂ点方向）へ回転させる。
【００８７】
また、ステップ１３においてθを進角側に移行させたい場合には、ステップ１５に移行する。このステップ１５では、電磁コイル２０への通電量を増加する処理を行う。これによって、渦ディスク１３にブレーキ力が作用して進角側に回転する。
【００８８】
一方、前記ステップ１２において中間位置（最遅角位置）になっているか、あるいはこの中間位置よりも小さいと判別した場合は、ステップ１６に移行し、ここで、現在の機関運転状態に応じて遅角側に制御するか進角側に制御するかを判断する。
【００８９】
つまり、渦ディスク１３が、前記中間位置（最遅角位置）になっているかあるいはａ点側に位置しているので、例えばａ点側から中間位置側に移行させたい場合はステップ１７に移行する。
【００９０】
このステップ１７において電磁コイル２０への通電量を増加させる処理を行う。これによって、渦ディスク１３にブレーキ力が作用して最遅角側（中間位置）へ回転し、また、さらにかかる最遅角位置を超えて進角側に回転する。
【００９１】
また、前記ステップ１６において、中間位置になっているので、ここからａ点側へ移行させたい場合には、ステップ１８に移行し、ここでは電磁コイル２０への通電両を減少させる処理を行う。これによって、トーションスプリング１６のばね力によって渦ディスク１３を進角側（ａ点方向）へ回転させる。
【００９２】
以上のように、本実施形態によれば、カムシャフト１の回転位相角度ではなく、渦ディスク１３の回転位相角度を直接的に検出し、この検出パルスＤ信号と基準パルスＳ信号とによって、タイミングスプロケット２とカムシャフト１との位相角度差を検出するため、該検出される検出値の範囲を拡大することが可能になる。この結果、全体の回転角度の中間回転角度（最遅角）の検出も可能になり、位相角の検出精度を向上させることが可能になる。
【００９３】
したがって、この検出結果によって電磁コイル２０へ通電して遅角側あるいは進角側に制御するのか、あるいは電磁コイル２０への通電量を減少させて遅角側に制御するのか進角側に制御するのかを判断することが可能になる。
【００９４】
なお、前記中間位置（最遅角側の位置）から渦ディスク１３にブレーキ力を作用させて進角側に回転すると、図１１Ｃに示すように、前記第１ターゲット突起２５に対して第２ターゲット突起２６が追い越してしまい、両者２５，２６の相対位置では、位相差を検出することができなくなるので、この場合は、前記第１ターゲット突起２５を基準として前記カム角センサによるカム角信号と比較してタイミングスプロケット２とカムシャフト１との相対回転位相差を検出する。
【００９５】
また、本実施形態では、位相変更機構３としてヒステリシスブレーキ１７を用いていることから、電磁コイル２０への通電量によって渦ディスク１３に対して非常に高いブレーキ力を得ることができる。このため、前述のように、機関始動後から通常制御を開始する際に通電量を多くすることにより、始動後から通常制御開始時の位相変更の応答性の悪化を簡単かつ効果的に防止することができる。
【００９６】
さらに、前記渦巻き溝１３の変化率が小さくなっている先端溝部１５ａ以外は、所望の形状によって形成することができるため、機関始動後の制御に影響が与えられることがなく、所望の制御を確保できる。
【００９７】
なお、このバルブタイミング制御装置によるクランクシャフトとカムシャフト１の相対回転位相は、前記最遅角や最進角の位相ばかりでなく、機関運転状態に応じて電磁コイル２０への通電量を変化によるヒステリシスブレーキ１７の制動力の制御によって任意の回転位相に変更し、例えば、トーションスプリング１６のばね力とヒステリシスブレーキ１７の制動力とのバランスによってその位相をカム角約５０．５°のほぼ中間位置に保持することもできる。
【００９８】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、前記位相変更機構として、前記渦ディスク１３が一方向の回転力を所定のギア比で出力する複数のギアから構成された、いわゆるハーモニックドライブ機構によって構成したものであってもよく、この場合、ハーモニックドライブ機構の作動出力側に、センサによってパルス信号を発生させる少なくとも一つのターゲット突起を有する構成としてもよい。
【００９９】
また、前記駆動回転体に駆動力を伝達するものは、スプロケット以外にゴム製のタイミングベルトによって駆動されるタイミングプーリや、ギアとギアの噛み合いによって駆動されるものなどであってもよい。
【０１００】
さらに、位相変更機構を電磁ブレーキに代えてヘリカルギア形式のものなどに適用することも可能である。
【０１０１】
また、位相変更機構の渦ディスクを一方向へ回転付勢する付勢手段としては前記トーションスプリングに限らず、カムシャフトからの交番トルクの正負のトルク差を動力源として始動回転位相に戻るように渦巻き溝の収束率を設定してもよい。
【０１０２】
前記径方向ガイドは、前記係合部をガイドできればよく、前記径方向ガイド孔の他にガイド溝やガイド突起であってもよい。
【０１０３】
渦巻き状ガイドは、有底溝に限らず、中間回転体を貫通する孔状のものや突起状のものであってもよい。
【０１０４】
また、前記可動部材の形状はどのような形をしていてもよく、例えばリンク先端部の摺動面にローラやボールを設けたものであってもよい。
【０１０５】
前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
（イ）前記請求項２に記載の位相角検出装置において、前記中間回転体は、位相の最大進角位置から中間位置を経て最大遅角位置までの範囲で前記カムの回転位置を制御するための渦巻き溝を有する渦ディスクによって構成され、
前記カムシャフトに結合されて、前記渦巻き溝に沿って移動しつつ前記クランクシャフトの回転駆動力を前記カムシャフトに伝達するスプロケットの径方向に移動するフォロア部を設け、
前記渦ディスクの回転方向を制御することによって前記フォロア部を径方向に移動制御することを特徴とする位相角検出装置。
（ロ）（イ）の位相角検出装置において、前記渦ディスクの外面に、センサによってパルス信号を発生させる少なくとも１つのターゲット突起を設けたことを特徴とする位相角検出装置。
（ハ）前記請求項２における位相角検出装置において、前記中間回転体は、一方向の回転力を所定のギア比で出力する複数のギアから構成されたハーモニックドライブ機構であることを特徴とするカム位相角検出装置。
（ニ）（ハ）の位相角検出装置において、前記ハーモニックドライブ機構の作動出力側に、センサによってパルス信号を発生させる少なくとも１つのターゲット突起を設けたことを特徴とする位相角検出装置。
（ホ）請求項２の位相角検出装置において、前記中間回転体の回動角度に対応する検出パルス信号と前記クランクシャフトの角度に対応する基準パルス信号とは、少なくともパルス幅が相違し、１つのセンサで前記中間回転体のパルス信号と、前記基準パルス信号とを検出することを特徴とする位相角検出装置。
（ヘ）（ホ）の位相角検出装置において、前記検出されたパルス信号のパルス幅の相違から前記検出パルス信号と前記基準パルス信号とを特定し、該特定された前記基準パルス信号に対する前記検出パルス信号の遅れを演算することを特徴とする位相角検出装置。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明に係る位相角検出装置が適用された内燃機関のバルブタイミング制御装置の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本実施形態のバルブタイミング制御装置を分解して一方向からみた斜視図である。
【図３】本実施形態のバルブタイミング制御装置を分解して他方向からみた斜視図である。
【図４】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】本実施形態の第１、第２ターゲット突起を示す図１のＢ矢視図である。
【図６】本実施形態における第１、第２ターゲット突起と渦巻き溝の状態を示す概略図である。
【図７】本実施形態の始動時における回転位相制御時の作動状態を示す図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】本実施形態の最遅角位相制御時の作動状態を示す図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】本実施形態の最進角位相制御時の作動状態を示す図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１０】本実施形態における渦ディスクの回転角と相対回転位相の変換角などの関係における制御マージンを示す特性図である。
【図１１】Ａは機関始動時における第１、第２ターゲット突起のパルス信号を示し、Ｂは最遅角制御時におけるパルス信号を示し、Ｃは最進角制御時におけるパルス信号を示している。
【図１２】本実施形態のコントローラによる位相検出方法を示すフローチャート図である。
【図１３】本実施形態のコントローラによる制御フローチャート図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１…カムシャフト
２…タイミングスプロケット（駆動回転体）
３…位相変更機構
４…従動軸部材（従動回転体）
７…径方向窓孔（径方向ガイド）
１１…係合ピン（係合部）
１３…渦ディスク（中間回転体）
１５…渦巻き溝（渦巻き状ガイド）
１５ａ…先端溝部
１５ｂ…一般部位
１５ｃ…偏曲部（偏曲点）
１６…トーションスプリング（付勢手段）
１７…ヒステリシスブレーキ
２４…コントローラ（出力部）
２５…第１ターゲット突起
２６…第２ターゲット突起
２７…角度検出センサ（検出部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動される従動部材の動作角度を変更する中間回転体と、
前記従動部材の変更された動作角度に対応して前記中間回転体から出力されたパルス信号を検出する検出部と、
前記検出されたパルス信号と、予め設定された基準パルスとから位相差信号を検出して出力する出力部と、を備え、
前記位相差信号に基づいて前記従動部材の全体の動作角度における所定の中間角度位置を検出することを特徴とする位相角検出装置。
【請求項２】
機関のクランクシャフトによって同期して回転駆動される駆動回転体と、
機関弁を開閉作動させるカムを有するカムシャフトに結合された従動回転体と、
前記駆動回転体と従動回転体との相対回転位相角度を、中間回転体の回動角度によって変更する位相変更機構と、
前記中間回転体の回動角度に対応して出力されたパルス信号を検出する検出部と、
該検出部によって検出されたパルス信号と前記駆動回転体の回転角度に対応する基準パルスとによって位相差信号を検出して出力する出力部と、を備え、
前記位相差信号に基づいて前記従動部材の全体の回動位相角度における所定の中間角度位置を検出することを特徴とする位相角検出装置。
【請求項３】
機関または車両の運転状態に応じて、機関弁の開閉時期を制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
前記機関弁を作動させるカムシャフトに設けられたカムの回転位相角を中間回転体の回動角度を可変にすることによって変更する位相変更機構と、
前記中間回転体の回動角度とクランクシャフトによって同期回転駆動される駆動回転体の回転角度とを検出して、前記中間回転体と駆動回転体の回転位相差を検出する検出機構と、を備え、
該検出機構から出力された位相差信号に基づいて、前記従動部材の全体の回動位相角度における前記機関弁の開閉タイミングの遅角制御領域と進角制御領域との中間点を検出することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項１】
駆動される従動部材の動作角度を変更する中間回転体と、
前記従動部材の変更された動作角度に対応して前記中間回転体から出力されたパルス信号を検出する検出部と、
前記検出されたパルス信号と、予め設定された基準パルスとから位相差信号を検出して出力する出力部と、を備え、
前記位相差信号に基づいて前記従動部材の全体の動作角度における所定の中間角度位置を検出することを特徴とする位相角検出装置。
【請求項２】
機関のクランクシャフトによって同期して回転駆動される駆動回転体と、
機関弁を開閉作動させるカムを有するカムシャフトに結合された従動回転体と、
前記駆動回転体と従動回転体との相対回転位相角度を、中間回転体の回動角度によって変更する位相変更機構と、
前記中間回転体の回動角度に対応して出力されたパルス信号を検出する検出部と、
該検出部によって検出されたパルス信号と前記駆動回転体の回転角度に対応する基準パルスとによって位相差信号を検出して出力する出力部と、を備え、
前記位相差信号に基づいて前記従動部材の全体の回動位相角度における所定の中間角度位置を検出することを特徴とする位相角検出装置。
【請求項３】
機関または車両の運転状態に応じて、機関弁の開閉時期を制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
前記機関弁を作動させるカムシャフトに設けられたカムの回転位相角を中間回転体の回動角度を可変にすることによって変更する位相変更機構と、
前記中間回転体の回動角度とクランクシャフトによって同期回転駆動される駆動回転体の回転角度とを検出して、前記中間回転体と駆動回転体の回転位相差を検出する検出機構と、を備え、
該検出機構から出力された位相差信号に基づいて、前記従動部材の全体の回動位相角度における前記機関弁の開閉タイミングの遅角制御領域と進角制御領域との中間点を検出することを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２３２４（Ｐ２００８−２３２４Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７１４２０（Ｐ２００６−１７１４２０）
【出願日】平成１８年６月２１日（２００６．６．２１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ハーモニックドライブ
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２１日（２００６．６．２１）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ハーモニックドライブ
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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