可変バルブタイミング機構の制御装置
【課題】クランク軸が逆転した場合でも、バルブタイミングの誤制御を抑制しつつ、できるだけ目標値に近づけた位置に保持する。
【解決手段】 電動モータで駆動される可変バルブタイミング機構（電動ＶＴＣ）によりバルブタイミングを制御する内燃機関において、機関停止指令の出力後に、吸気バルブのバルブタイミングを、機関が正方向に回転しているときは、センサで検出される実バルブタイミング（ＶＴＣ実角度θr）を、始動時用の進角させた目標バルブタイミング（ＶＴＣ目標角度θtrg）に収束させるフィードバック制御を行い、機関が逆方向に回転したときは、ＶＴＣ実回転角θrを、逆転検出直前に検出されたＶＴＣ実回転角θrに保持するように電動ＶＴＣの操作量を保持操作量に設定する。
【解決手段】 電動モータで駆動される可変バルブタイミング機構（電動ＶＴＣ）によりバルブタイミングを制御する内燃機関において、機関停止指令の出力後に、吸気バルブのバルブタイミングを、機関が正方向に回転しているときは、センサで検出される実バルブタイミング（ＶＴＣ実角度θr）を、始動時用の進角させた目標バルブタイミング（ＶＴＣ目標角度θtrg）に収束させるフィードバック制御を行い、機関が逆方向に回転したときは、ＶＴＣ実回転角θrを、逆転検出直前に検出されたＶＴＣ実回転角θrに保持するように電動ＶＴＣの操作量を保持操作量に設定する。
【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、一般的に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】
ところで、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）する場合がある。特許文献１では、逆転を検出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いため、上記目標位相へのフィードバック制御を停止し、機関が停止されるまでの間に可変バルブタイミング機構によって吸気カム軸を遅角方向にストッパで突き当たる基準回転角位置（デフォルト位置）まで回転駆動させていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０３８６５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、上記のように遅角された基準回転角位置では、吸気バルブの閉時期（ＩＶＣ）が吸気下死点から遠ざかるため、有効ストロークが減少して吸入空気量が減少し、次回始動時の始動性が低下する。
【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、機関バルブのバルブタイミングを、誤制御を抑制しつつ、できる限り目標値に近づけて、始動性等の機関運転性能を良好に維持でき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、クランク角センサ及びカムセンサからの各信号に基づいて、クランク軸に対するカム軸の回転位相を検出する回転位相検出手段と、クランク軸に対してカム軸を相対回転させて回転位相を変更可能なアクチュエータと、を含んで構成された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】
Ａ．クランク軸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
Ｂ．クランク軸の逆方向回転を検出したときは、アクチュエータの操作量を、回転位相を現状に保持するように制御する保持操作量に切り換える制御手段
【発明の効果】
【０００９】
停止挙動中等にクランク軸が逆転した場合でも、該逆転を検出したときからアクチュエータの操作量が保持操作量に切り換えられて、回転位相が現状に保持されるように制御され、回転位相の遅角が抑制される。
これにより、再始動時など、再開されるバルブタイミングのフィードバック制御で、目標バルブタイミングに速やかに収束させて良好な機関運転性能を速やかに得ることができる。
【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】実施形態における可変バルブタイミング機構を示す縦断面図である。
【図３】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４】図７のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】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７】図７のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】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１５】同上第２実施形態のフローチャートの後段を示す。
【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３実施形態のフローチャートを示す。
【図１７】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４実施形態のフローチャートを示す。
【図１８】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、バルブタイミングが可変に制御される。
【００１７】
上記電動ＶＴＣ１１３は、図２〜図７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。
【００１８】
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。
【００１９】
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５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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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５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。
【００２３】
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。
【００２４】
従動部材９は、鉄系金属材によって一体に形成され、図３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。
【００２５】
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。
【００２６】
また、円板部９ａの外周部には、図２〜図６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。
【００２７】
円筒部９ｂは、図２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。
【００２８】
カバー部材３は、図２及び図６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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、カバー部材３は、図２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。
【００３１】
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２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。
【００３２】
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。
【００３３】
電動モータ１２は、図２及び図３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。
【００３４】
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。
【００３５】
固定子１６は、図７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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
減速機８は、図２、図３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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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２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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
図１に戻って、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。
【００５４】
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、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。
【００５５】
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。
【００５６】
図８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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
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。
【００５９】
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９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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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９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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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９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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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１０（Ａ）参照）。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
尚、本実施形態では、図１０（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。
【００８４】
また、図１０（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。
【００８５】
また、図１０（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。
【００８６】
図１０（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。
【００８７】
そして、図１１（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。
【００８８】
また、逆転して上死点ＴＤＣを横切った場合には、図１１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。
【００８９】
図１１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。
【００９０】
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。
【００９１】
一方、本実施形態に係る内燃機関では、始動後の通常運転中に、図１２（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。
【００９２】
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１２（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。
【００９３】
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制御中に、上述したようにクランク軸の逆転を検出できる。
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。
【００９４】
そこで、本実施形態では、機関の停止挙動中のバルブタイミングのフィードバック制御中に、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１２０の逆転を検出したときに該逆転検出直前における回転位相を保持するように電動ＶＴＣ１１３の電動モータ１２の操作量をフィードバック制御用操作量から保持操作量に切り換える。
【００９５】
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１３は、第１実施形態のフローを示す。
ステップ１では、イグニッションスイッチのオフ操作等に基づいて、機関（エンジン）の停止指令が出力されたかを判定する。
【００９６】
停止指令が出力されていないと判定されたときは、ステップ２で機関運転状態に基づいて、ＶＴＣ目標角度θtrg、すなわち、電動ＶＴＣ１１３によってクランク軸１２０に対して相対回転される吸気カム軸１３４の目標回転角（ＶＴＣ目標角度θtrg）、つまり、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は、低・中負荷等で燃費重視のミラーサイクル運転を行う時は、図１２（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。
【００９７】
ステップ３では、同じく電動ＶＴＣ１１３で回転される吸気カム軸１３４の実回転角（ＶＴＣ実角度）θr、すなわち、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）を算出する。上述したように、クランク角センサ１１７からの信号により検出される基準クランク角位置から、気筒毎の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θrを算出することができる。
ステップ４では、ＶＴＣ目標角度θtrgにＶＴＣ実角度θrを収束させるフィードバック制御（ＰＩ，ＰＩＤ制御等）のＶＴＣ操作量を算出する。
【００９８】
一方、ステップ１で、イグニッションスイッチのオフ操作等によってエンジン停止指令が出力されたと判定されたときは、ステップ５以降で、上記停止挙動中の始動時用バルブタイミングに収束させる制御を行う。
【００９９】
ステップ５では、ＶＴＣ目標角度θtrgを、図１２（Ｂ）に示した吸気バルブ１０５の始動時用の進角させた目標バルブタイミングに切り換えて設定する。
ステップ６では、機関が停止したかを、所定時間内にクランク角センサ１１７からの回転信号ＰＯＳが入力されないこと等によって判定する。
【０１００】
機関がまだ停止されていないと判定されたときは、ステップ７で、機関（クランク軸１２０）の回転方向を、上述した判定方法を用いて判定する。
そして、機関が正転中と判定された場合は、ステップ８へ進んでＶＴＣ実角度θrを検出し、ステップ９でＶＴＣ目標角度θtrgにＶＴＣ実角度θrを収束させるフィードバック制御における電動ＶＴＣ１１３（電動モータ１２）の操作量（ＶＴＣ操作量）を算出する。
【０１０１】
一方、ステップ７で機関が逆転中と判定された場合は、ステップ１０へ進み、ＶＴＣ実回転角θr（吸気バルブ１０５の実バルブタイミング）を、逆転検出直前に検出されたＶＴＣ実回転角θrに保持するため、ＶＴＣ操作量を保持操作量に設定する。なお、機関回転時には、主にバルブスプリングによる吸気バルブ１０５を開閉する際のカム反力等により、吸気カム軸１３４をクランク軸１２０に対して相対回転させる力、すなわち回転位相を変化させる力が作用する。そこで、電動ＶＴＣ１１３のモータ軸１３を保持（モータ本体に対するモータ軸１３の回転を停止）することにより、吸気カム軸１３４のクランク軸１２０に対する相対回転、つまり回転位相の変化を抑制して、回転位相を現状に保持することができる。したがって、保持操作量は、電動モータ１２に、上記のモータ軸１３を保持して回転位相を現状に保持させる保持力を付与する値に設定される。
【０１０２】
そして、ステップ６で、機関が停止したと判定された場合は、ステップ１１で電動ＶＴＣ１１３の駆動を停止（操作量＝０）する。機関停止後は、カム反力を生じないので、電動ＶＴＣ１１３の駆動を停止しても、減速機８の摩擦抵抗等によって吸気カム軸１３４の回転は阻止され、吸気バルブ１０５のバルブタイミングは、そのまま保持される。
【０１０３】
なお、機関が逆転した後、再度正転に復帰した場合は、再度ステップ８へ進んで、ＶＴＣ実角度θrを検出しつつＶＴＣ目標角度θtrgへ収束させるフィードバック制御用のＶＴＣ操作量が算出され、該フィードバック制御が再開されて、ＶＴＣ実角度θrがＶＴＣ目標角度θtrg（始動用の目標バルブタイミング）へ近づけられる。
【０１０４】
本第１実施形態によれば、機関停止挙動中にクランク軸１２０の逆転を生じても、機関停止後の吸気バルブ１０５のバルブタイミングは、逆転発生直前まで始動用のバルブタイミングを目標値とするフィードバック制御が行われるので、エンジン停止指令前のミラーサイクル用などのバルブタイミングより進角された始動用バルブタイミングに可及的に近づけられている。
【０１０５】
したがって、次回の機関始動時には、該停止時のバルブタイミングから始動用バルブタイミングまで、可及的速やかに収束させることができ、始動性を向上させることができる。
【０１０６】
図１８は、第１実施形態の制御時のタイムチャートを示す。従来、一点鎖線で示すように逆転によりＶＴＣ実角度を誤検出すると、機関停止後のＶＴＣ実角度（バルブタイミング）がＶＴＣ目標角度（始動用バルブタイミング）から大きくずれて始動性が悪化する。これに対し、実線で示す本実施形態では逆転時にＶＴＣ実角度θrを誤検出することなく、機関停止後のバルブタイミングを始動用バルブタイミングに近づけた状態で保持され、この状態から始動（クランキング）を開始できることが示されている。
【０１０７】
図１４及び図１５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。
基本的な構成は、第１実施形態の図１３と同様に有しているので、相違（追加）部分を主に説明する。
【０１０８】
図１４において、ステップ７で逆転中と判定されたときは、ステップ１０で電動ＶＴＣ１１３の保持操作量を算出する前に、ステップ２１で逆転直前のＶＴＣ実角度θrを記憶しておく。そして、次回の始動時に上記記憶されたＶＴＣ実角度θrを用いた、以下に示すバルブタイミング制御を行う。
【０１０９】
ステップ６で機関の停止が判定された後、ステップ２２へ進んで機関の始動指令の有無を判定し、始動指令が無いときは、第１実施形態同様にステップ１１で電動ＶＴＣ１１３の駆動を停止する。
【０１１０】
ステップ２２で機関の始動指令がありと判定されたときは、ステップ２３へ進んで、始動（クランキング）開始後、初回のＶＴＣ実角度θrを検出した（ＶＴＣ実角度θr検出用のカム信号ＰＨＡＳＥを検出した）かを判定する。
【０１１１】
そして、初回のＶＴＣ実角度θr検出前と判定されたときは、ステップ２４で、ステップ２１で記憶したＶＴＣ実角度θrを呼び出し、ステップ２５で、該呼び出したＶＴＣ実角度θrを初期検出値として始動用のＶＴＣ目標角度θtrgに収束させるＶＴＣ操作量を算出してバルブタイミングのフィードバック制御を開始する。
【０１１２】
このときのＶＴＣ操作量は、ＶＴＣ目標角度θtrgとＶＴＣ実角度θrとの偏差（＝trg−θr）が大きい（小さい）ほど大きい（小さい）値に設定して、オーバーシュートを抑制しつつ速やかに収束できるようにする。
【０１１３】
また、初回のＶＴＣ実角度θrが検出されるまでの間、簡易的にはＶＴＣ操作量を一定値としてよいが、ＶＴＣ操作量の初期値を大きく設定し、制御周期毎にＶＴＣ操作量を漸減するような特性に設定すれば、オーバーシュート抑制機能を高め、収束性を高めることもできる。
【０１１４】
ステップ２３でＶＴＣ実角度θrの初回検出後（ＶＴＣ実角度θr検出用のカム信号ＰＨＡＳＥが検出された）と判定されたときは、ステップ２６でＶＴＣ実角度θrを検出し、ステップ２７で、検出されたＶＴＣ実角度θrをＶＴＣ目標角度θtrgに収束させるフィードバック制御のＶＴＣ操作量が算出される。
【０１１５】
本第２実施形態によれば、始動指令出力後、初回のＶＴＣ実角度θrが検出される前から機関の逆転直前に記憶されたＶＴＣ実角度θrを用いて、フィードバック制御を開始することができる。これにより、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを、より速やかに始動時用の目標バルブタイミングに収束させつつ始動性を向上させることができる。
【０１１６】
図１６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。
本第３実施形態では、第１実施形態の図１３と同様の構成において、ステップ７で機関の逆転を検出したときに、ステップ３１でＶＴＣ実角度θrの演算を停止する構成とした。
【０１１７】
本第３実施形態によれば、ＶＴＣ実角度θrを正しく算出することができないクランク軸の逆転中は、無駄な演算を停止することにより、演算負荷を軽減することができる。
図１７は、吸気バルブ１０５のバルブタイミング制御の第４実施形態のフローを示す。
【０１１８】
本第３実施形態では、第１実施形態の図１３と同様の構成において、ステップ７で機関の逆転を検出したときに、ステップ１１で設定されるＶＴＣ操作量の保持操作量を、ステップ４１にて、逆転検出直前に検出されたＶＴＣ実回転角θrに保持するための保持操作量を、潤滑油温度（油温）と機関回転速度とに基づいて可変な値として算出する。
【０１１９】
具体的には、油温が低く潤滑油の粘度が高いときは、減速機８等の摩擦抵抗が増大するので保持操作量を小さく補正することができ、機関回転速度が高いときは、カム反力の発生頻度が増大してカム軸１３４が相対回転しやすくなるため、保持操作量を大きい値に補正する。
【０１２０】
本第４実施形態によれば、保持操作量を必要かつ十分な値に設定して、保持力を確保しつつ消費電力を節減できる。
なお、ステップ７とステップ１１との間に、上記第３実施形態のステップ３１と、第４実施形態のステップ４１とを同時に備えた実施形態としてもよいことは勿論である。第２実施形態において、ステップ７とステップ１１との間に、ステップ３１とステップ４１との少なくとも一方を備えてもよいことも勿論である。
【０１２１】
また、以上の実施形態では、電動ＶＴＣ１１３は、電動モータ１２の本体がタイミングスプロケット１と一体に回転する構造であり、モータ軸１３と吸気カム軸１３４との間が、減速比の大きな減速機８の介在によって大きな摩擦抵抗を有している。したがって、該摩擦抵抗だけでも大きなモータ軸１３の保持力が与えられており、該摩擦抵抗による保持力で不足する分を賄うだけの保持操作量で済み、消費電力を節減できる。また、摩擦抵抗だけでカム反力によるモータ軸１３の相対回転を抑制可能な保持力を確保できるような設定となっている場合には、保持操作量を０（電動ＶＴＣの駆動を停止）とすることもできる。なお、このタイプの電動ＶＴＣでは、通常運転中にバルブタイミングを変更しない間も、保持操作量とし、バルブタイミングを変更するときだけモータ軸を回転駆動すれば済む。
【０１２２】
これに対し、例えば、特許４１２３１２７号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。
【０１２３】
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４１２３１２７号の構造に比較し、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４１２３１２７号の構造の電動ＶＴＣに適用したものを含む。
【０１２４】
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、この場合も、逆転発生時に停止後の排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近づけた状態で保持されるので、次回始動時の始動性を向上できる。
【符号の説明】
【０１２５】
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、１２０…クランク軸、１３３…カムセンサ、１３４…吸気カム軸
【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、一般的に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】
ところで、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）する場合がある。特許文献１では、逆転を検出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いため、上記目標位相へのフィードバック制御を停止し、機関が停止されるまでの間に可変バルブタイミング機構によって吸気カム軸を遅角方向にストッパで突き当たる基準回転角位置（デフォルト位置）まで回転駆動させていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０３８６５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、上記のように遅角された基準回転角位置では、吸気バルブの閉時期（ＩＶＣ）が吸気下死点から遠ざかるため、有効ストロークが減少して吸入空気量が減少し、次回始動時の始動性が低下する。
【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、機関バルブのバルブタイミングを、誤制御を抑制しつつ、できる限り目標値に近づけて、始動性等の機関運転性能を良好に維持でき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、クランク角センサ及びカムセンサからの各信号に基づいて、クランク軸に対するカム軸の回転位相を検出する回転位相検出手段と、クランク軸に対してカム軸を相対回転させて回転位相を変更可能なアクチュエータと、を含んで構成された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】
Ａ．クランク軸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
Ｂ．クランク軸の逆方向回転を検出したときは、アクチュエータの操作量を、回転位相を現状に保持するように制御する保持操作量に切り換える制御手段
【発明の効果】
【０００９】
停止挙動中等にクランク軸が逆転した場合でも、該逆転を検出したときからアクチュエータの操作量が保持操作量に切り換えられて、回転位相が現状に保持されるように制御され、回転位相の遅角が抑制される。
これにより、再始動時など、再開されるバルブタイミングのフィードバック制御で、目標バルブタイミングに速やかに収束させて良好な機関運転性能を速やかに得ることができる。
【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】実施形態における可変バルブタイミング機構を示す縦断面図である。
【図３】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４】図７のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図７のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】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７】図７のＣ−Ｃ線断面図である。
【図８】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９】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１０】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１１】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１２】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１３】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１４】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１５】同上第２実施形態のフローチャートの後段を示す。
【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３実施形態のフローチャートを示す。
【図１７】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４実施形態のフローチャートを示す。
【図１８】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、バルブタイミングが可変に制御される。
【００１７】
上記電動ＶＴＣ１１３は、図２〜図７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。
【００１８】
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。
【００１９】
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５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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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５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。
【００２３】
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。
【００２４】
従動部材９は、鉄系金属材によって一体に形成され、図３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。
【００２５】
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。
【００２６】
また、円板部９ａの外周部には、図２〜図６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。
【００２７】
円筒部９ｂは、図２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。
【００２８】
カバー部材３は、図２及び図６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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、カバー部材３は、図２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。
【００３１】
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２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。
【００３２】
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。
【００３３】
電動モータ１２は、図２及び図３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。
【００３４】
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。
【００３５】
固定子１６は、図７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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
減速機８は、図２、図３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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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２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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
図１に戻って、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。
【００５４】
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、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。
【００５５】
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。
【００５６】
図８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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
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。
【００５９】
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９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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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９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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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９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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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１０（Ａ）参照）。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
尚、本実施形態では、図１０（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。
【００８４】
また、図１０（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。
【００８５】
また、図１０（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。
【００８６】
図１０（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。
【００８７】
そして、図１１（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。
【００８８】
また、逆転して上死点ＴＤＣを横切った場合には、図１１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。
【００８９】
図１１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。
【００９０】
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。
【００９１】
一方、本実施形態に係る内燃機関では、始動後の通常運転中に、図１２（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。
【００９２】
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１２（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。
【００９３】
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制御中に、上述したようにクランク軸の逆転を検出できる。
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。
【００９４】
そこで、本実施形態では、機関の停止挙動中のバルブタイミングのフィードバック制御中に、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１２０の逆転を検出したときに該逆転検出直前における回転位相を保持するように電動ＶＴＣ１１３の電動モータ１２の操作量をフィードバック制御用操作量から保持操作量に切り換える。
【００９５】
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１３は、第１実施形態のフローを示す。
ステップ１では、イグニッションスイッチのオフ操作等に基づいて、機関（エンジン）の停止指令が出力されたかを判定する。
【００９６】
停止指令が出力されていないと判定されたときは、ステップ２で機関運転状態に基づいて、ＶＴＣ目標角度θtrg、すなわち、電動ＶＴＣ１１３によってクランク軸１２０に対して相対回転される吸気カム軸１３４の目標回転角（ＶＴＣ目標角度θtrg）、つまり、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は、低・中負荷等で燃費重視のミラーサイクル運転を行う時は、図１２（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。
【００９７】
ステップ３では、同じく電動ＶＴＣ１１３で回転される吸気カム軸１３４の実回転角（ＶＴＣ実角度）θr、すなわち、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）を算出する。上述したように、クランク角センサ１１７からの信号により検出される基準クランク角位置から、気筒毎の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θrを算出することができる。
ステップ４では、ＶＴＣ目標角度θtrgにＶＴＣ実角度θrを収束させるフィードバック制御（ＰＩ，ＰＩＤ制御等）のＶＴＣ操作量を算出する。
【００９８】
一方、ステップ１で、イグニッションスイッチのオフ操作等によってエンジン停止指令が出力されたと判定されたときは、ステップ５以降で、上記停止挙動中の始動時用バルブタイミングに収束させる制御を行う。
【００９９】
ステップ５では、ＶＴＣ目標角度θtrgを、図１２（Ｂ）に示した吸気バルブ１０５の始動時用の進角させた目標バルブタイミングに切り換えて設定する。
ステップ６では、機関が停止したかを、所定時間内にクランク角センサ１１７からの回転信号ＰＯＳが入力されないこと等によって判定する。
【０１００】
機関がまだ停止されていないと判定されたときは、ステップ７で、機関（クランク軸１２０）の回転方向を、上述した判定方法を用いて判定する。
そして、機関が正転中と判定された場合は、ステップ８へ進んでＶＴＣ実角度θrを検出し、ステップ９でＶＴＣ目標角度θtrgにＶＴＣ実角度θrを収束させるフィードバック制御における電動ＶＴＣ１１３（電動モータ１２）の操作量（ＶＴＣ操作量）を算出する。
【０１０１】
一方、ステップ７で機関が逆転中と判定された場合は、ステップ１０へ進み、ＶＴＣ実回転角θr（吸気バルブ１０５の実バルブタイミング）を、逆転検出直前に検出されたＶＴＣ実回転角θrに保持するため、ＶＴＣ操作量を保持操作量に設定する。なお、機関回転時には、主にバルブスプリングによる吸気バルブ１０５を開閉する際のカム反力等により、吸気カム軸１３４をクランク軸１２０に対して相対回転させる力、すなわち回転位相を変化させる力が作用する。そこで、電動ＶＴＣ１１３のモータ軸１３を保持（モータ本体に対するモータ軸１３の回転を停止）することにより、吸気カム軸１３４のクランク軸１２０に対する相対回転、つまり回転位相の変化を抑制して、回転位相を現状に保持することができる。したがって、保持操作量は、電動モータ１２に、上記のモータ軸１３を保持して回転位相を現状に保持させる保持力を付与する値に設定される。
【０１０２】
そして、ステップ６で、機関が停止したと判定された場合は、ステップ１１で電動ＶＴＣ１１３の駆動を停止（操作量＝０）する。機関停止後は、カム反力を生じないので、電動ＶＴＣ１１３の駆動を停止しても、減速機８の摩擦抵抗等によって吸気カム軸１３４の回転は阻止され、吸気バルブ１０５のバルブタイミングは、そのまま保持される。
【０１０３】
なお、機関が逆転した後、再度正転に復帰した場合は、再度ステップ８へ進んで、ＶＴＣ実角度θrを検出しつつＶＴＣ目標角度θtrgへ収束させるフィードバック制御用のＶＴＣ操作量が算出され、該フィードバック制御が再開されて、ＶＴＣ実角度θrがＶＴＣ目標角度θtrg（始動用の目標バルブタイミング）へ近づけられる。
【０１０４】
本第１実施形態によれば、機関停止挙動中にクランク軸１２０の逆転を生じても、機関停止後の吸気バルブ１０５のバルブタイミングは、逆転発生直前まで始動用のバルブタイミングを目標値とするフィードバック制御が行われるので、エンジン停止指令前のミラーサイクル用などのバルブタイミングより進角された始動用バルブタイミングに可及的に近づけられている。
【０１０５】
したがって、次回の機関始動時には、該停止時のバルブタイミングから始動用バルブタイミングまで、可及的速やかに収束させることができ、始動性を向上させることができる。
【０１０６】
図１８は、第１実施形態の制御時のタイムチャートを示す。従来、一点鎖線で示すように逆転によりＶＴＣ実角度を誤検出すると、機関停止後のＶＴＣ実角度（バルブタイミング）がＶＴＣ目標角度（始動用バルブタイミング）から大きくずれて始動性が悪化する。これに対し、実線で示す本実施形態では逆転時にＶＴＣ実角度θrを誤検出することなく、機関停止後のバルブタイミングを始動用バルブタイミングに近づけた状態で保持され、この状態から始動（クランキング）を開始できることが示されている。
【０１０７】
図１４及び図１５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。
基本的な構成は、第１実施形態の図１３と同様に有しているので、相違（追加）部分を主に説明する。
【０１０８】
図１４において、ステップ７で逆転中と判定されたときは、ステップ１０で電動ＶＴＣ１１３の保持操作量を算出する前に、ステップ２１で逆転直前のＶＴＣ実角度θrを記憶しておく。そして、次回の始動時に上記記憶されたＶＴＣ実角度θrを用いた、以下に示すバルブタイミング制御を行う。
【０１０９】
ステップ６で機関の停止が判定された後、ステップ２２へ進んで機関の始動指令の有無を判定し、始動指令が無いときは、第１実施形態同様にステップ１１で電動ＶＴＣ１１３の駆動を停止する。
【０１１０】
ステップ２２で機関の始動指令がありと判定されたときは、ステップ２３へ進んで、始動（クランキング）開始後、初回のＶＴＣ実角度θrを検出した（ＶＴＣ実角度θr検出用のカム信号ＰＨＡＳＥを検出した）かを判定する。
【０１１１】
そして、初回のＶＴＣ実角度θr検出前と判定されたときは、ステップ２４で、ステップ２１で記憶したＶＴＣ実角度θrを呼び出し、ステップ２５で、該呼び出したＶＴＣ実角度θrを初期検出値として始動用のＶＴＣ目標角度θtrgに収束させるＶＴＣ操作量を算出してバルブタイミングのフィードバック制御を開始する。
【０１１２】
このときのＶＴＣ操作量は、ＶＴＣ目標角度θtrgとＶＴＣ実角度θrとの偏差（＝trg−θr）が大きい（小さい）ほど大きい（小さい）値に設定して、オーバーシュートを抑制しつつ速やかに収束できるようにする。
【０１１３】
また、初回のＶＴＣ実角度θrが検出されるまでの間、簡易的にはＶＴＣ操作量を一定値としてよいが、ＶＴＣ操作量の初期値を大きく設定し、制御周期毎にＶＴＣ操作量を漸減するような特性に設定すれば、オーバーシュート抑制機能を高め、収束性を高めることもできる。
【０１１４】
ステップ２３でＶＴＣ実角度θrの初回検出後（ＶＴＣ実角度θr検出用のカム信号ＰＨＡＳＥが検出された）と判定されたときは、ステップ２６でＶＴＣ実角度θrを検出し、ステップ２７で、検出されたＶＴＣ実角度θrをＶＴＣ目標角度θtrgに収束させるフィードバック制御のＶＴＣ操作量が算出される。
【０１１５】
本第２実施形態によれば、始動指令出力後、初回のＶＴＣ実角度θrが検出される前から機関の逆転直前に記憶されたＶＴＣ実角度θrを用いて、フィードバック制御を開始することができる。これにより、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを、より速やかに始動時用の目標バルブタイミングに収束させつつ始動性を向上させることができる。
【０１１６】
図１６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。
本第３実施形態では、第１実施形態の図１３と同様の構成において、ステップ７で機関の逆転を検出したときに、ステップ３１でＶＴＣ実角度θrの演算を停止する構成とした。
【０１１７】
本第３実施形態によれば、ＶＴＣ実角度θrを正しく算出することができないクランク軸の逆転中は、無駄な演算を停止することにより、演算負荷を軽減することができる。
図１７は、吸気バルブ１０５のバルブタイミング制御の第４実施形態のフローを示す。
【０１１８】
本第３実施形態では、第１実施形態の図１３と同様の構成において、ステップ７で機関の逆転を検出したときに、ステップ１１で設定されるＶＴＣ操作量の保持操作量を、ステップ４１にて、逆転検出直前に検出されたＶＴＣ実回転角θrに保持するための保持操作量を、潤滑油温度（油温）と機関回転速度とに基づいて可変な値として算出する。
【０１１９】
具体的には、油温が低く潤滑油の粘度が高いときは、減速機８等の摩擦抵抗が増大するので保持操作量を小さく補正することができ、機関回転速度が高いときは、カム反力の発生頻度が増大してカム軸１３４が相対回転しやすくなるため、保持操作量を大きい値に補正する。
【０１２０】
本第４実施形態によれば、保持操作量を必要かつ十分な値に設定して、保持力を確保しつつ消費電力を節減できる。
なお、ステップ７とステップ１１との間に、上記第３実施形態のステップ３１と、第４実施形態のステップ４１とを同時に備えた実施形態としてもよいことは勿論である。第２実施形態において、ステップ７とステップ１１との間に、ステップ３１とステップ４１との少なくとも一方を備えてもよいことも勿論である。
【０１２１】
また、以上の実施形態では、電動ＶＴＣ１１３は、電動モータ１２の本体がタイミングスプロケット１と一体に回転する構造であり、モータ軸１３と吸気カム軸１３４との間が、減速比の大きな減速機８の介在によって大きな摩擦抵抗を有している。したがって、該摩擦抵抗だけでも大きなモータ軸１３の保持力が与えられており、該摩擦抵抗による保持力で不足する分を賄うだけの保持操作量で済み、消費電力を節減できる。また、摩擦抵抗だけでカム反力によるモータ軸１３の相対回転を抑制可能な保持力を確保できるような設定となっている場合には、保持操作量を０（電動ＶＴＣの駆動を停止）とすることもできる。なお、このタイプの電動ＶＴＣでは、通常運転中にバルブタイミングを変更しない間も、保持操作量とし、バルブタイミングを変更するときだけモータ軸を回転駆動すれば済む。
【０１２２】
これに対し、例えば、特許４１２３１２７号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。
【０１２３】
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４１２３１２７号の構造に比較し、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４１２３１２７号の構造の電動ＶＴＣに適用したものを含む。
【０１２４】
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、この場合も、逆転発生時に停止後の排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近づけた状態で保持されるので、次回始動時の始動性を向上できる。
【符号の説明】
【０１２５】
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、１２０…クランク軸、１３３…カムセンサ、１３４…吸気カム軸
【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、
を含んで構成された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、
前記クランク軸の逆方向回転を検出したときは、前記アクチュエータの操作量を、前記回転位相を現状に保持するように制御する保持操作量に切り換える制御手段と、
を含んで構成した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】
前記制御手段は、機関を停止操作してから停止するまでの停止挙動中に、前記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。
【請求項３】
前記制御手段は、機関始動指令の発生時点から前記回転位相検出手段による初回の回転位相検出までの間、前記保持操作量を用いた制御によって保持されている回転位相に基づいて、前記アクチュエータを操作することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、吸気バルブ開閉用カム軸の回転位相を、機関を停止操作する前は吸気バルブの閉時期が吸気下死点より遅角側となるように制御し、停止操作後は吸気バルブの閉時期を停止操作前より進角させて吸気下死点に近づけるように制御する請求項１〜請求項３のいずれかに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【請求項５】
前記保持操作量は、前記クランク軸の逆回転発生時の機関回転速度及び機関温度に基づいて算出されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記クランク軸の逆方向回転が検出されたとき、前記回転位相検出手段による回転位相検出の演算を停止し、再度前記クランク軸の正方向回転が検出されたとき、回転位相検出手段による回転位相検出の演算を再開することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、機関の停止後に、前記アクチュエータの駆動を停止することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【請求項８】
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、前記スプリング及び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ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【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、
を含んで構成された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、
前記クランク軸の逆方向回転を検出したときは、前記アクチュエータの操作量を、前記回転位相を現状に保持するように制御する保持操作量に切り換える制御手段と、
を含んで構成した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】
前記制御手段は、機関を停止操作してから停止するまでの停止挙動中に、前記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。
【請求項３】
前記制御手段は、機関始動指令の発生時点から前記回転位相検出手段による初回の回転位相検出までの間、前記保持操作量を用いた制御によって保持されている回転位相に基づいて、前記アクチュエータを操作することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、吸気バルブ開閉用カム軸の回転位相を、機関を停止操作する前は吸気バルブの閉時期が吸気下死点より遅角側となるように制御し、停止操作後は吸気バルブの閉時期を停止操作前より進角させて吸気下死点に近づけるように制御する請求項１〜請求項３のいずれかに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【請求項５】
前記保持操作量は、前記クランク軸の逆回転発生時の機関回転速度及び機関温度に基づいて算出されることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記クランク軸の逆方向回転が検出されたとき、前記回転位相検出手段による回転位相検出の演算を停止し、再度前記クランク軸の正方向回転が検出されたとき、回転位相検出手段による回転位相検出の演算を再開することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、機関の停止後に、前記アクチュエータの駆動を停止することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【請求項８】
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、前記スプリング及び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ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−７２３８２（Ｐ２０１３−７２３８２Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１２７３０（Ｐ２０１１−２１２７３０）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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