JP2013155630A - 電動式可変バルブタイミング装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動式の可変バルブタイミング装置のモータの通電制御用に設けられたＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）が過熱状態になることを防止できるようにする。
【解決手段】エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に基づいて冷却水温に対する油温上昇分を算出し、冷却水温に油温度上昇分を加算してベース油温を求め、このベース油温をなまし処理して油温を求めることで油温を推定する。この推定した油温と冷却水温とに基づいてベース基板温度を算出し、このベース基板温度をなまし処理して基板温度（基板３３の温度）を求めることで基板温度を推定する。そして、推定した基板温度が所定の上側判定値よりも高くなったときに、ＭＯＳ電流（ＭＯＳＦＥＴ３２に流れる電流）を所定の上限ガード値で制限することでＭＯＳ温度（ＭＯＳＦＥＴ３２の温度）が許容上限温度を越えないようにＭＯＳ電流を制限する電流制限制御を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のバルブタイミングをモータにより変化させる電動式可変バルブタイミング装置の制御装置に関する発明である。

近年、車両に搭載される内燃機関においては、出力向上、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させる可変バルブタイミング装置を採用したものがある。現在、実用化されている可変バルブタイミング装置は、クランク軸に対するカム軸の回転位相（カム軸位相）をモータ又は油圧で変化させることで、カム軸によって開閉駆動される吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを変化させるようにしたものが多い。

モータを駆動源とする電動式の可変バルブタイミング装置においては、例えば、特許文献１（特許第４６７８５４５号公報）に記載されているように、エンジンが始動してから油温（潤滑油の温度）が所定温度に到達するまでの期間、モータに通電する電流を通常値よりも大きくすることで、低油温時の可変バルブタイミング装置の応答性の悪化を抑制するようにしたものがある。

特許第４６７８５４５号公報

ところで、エンジンが高負荷状態で運転されると、油温（潤滑油の温度）が１３０℃付近まで上昇することがあるため、潤滑油で潤滑される部品や油路の近くに搭載された部品の温度も１３０℃付近まで上昇することがある。また、エンジンヘッドには多くの油路が設けられているため、エンジンヘッドに搭載された電動式の可変バルブタイミング装置やそのモータ駆動回路も高温状態になることがある。モータ駆動回路には、発熱し易い部品としてモータの通電制御用のスイッチング素子（例えばＭＯＳＦＥＴ等）が搭載されており、モータ駆動回路が高温状態でスイッチング素子に大きな電流が流れると、スイッチング素子の温度が許容上限温度（例えば１５０℃）を越えてスイッチング素子が過熱状態になってしまう可能性がある。

上記特許文献１の技術は、油温が低い期間にモータに通電する電流を通常値よりも大きくすることで可変バルブタイミング装置の応答性の悪化を抑制するものであり、上述したスイッチング素子の過熱の問題を解決することができない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、モータの通電制御用のスイッチング素子が過熱状態になることを防止することができる電動式可変バルブタイミング装置の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関のバルブタイミングをモータにより変化させる電動式可変バルブタイミング装置の制御装置において、内燃機関の潤滑油の温度を推定する油温推定手段と、この油温推定手段で推定した潤滑油の温度に基づいてモータの通電制御用のスイッチング素子が実装された基板の温度を推定する基板温度推定手段と、この基板温度推定手段で推定した基板の温度に基づいてスイッチング素子の温度が所定の許容上限温度を越えないようにスイッチング素子に流れる電流を制限する電流制限制御手段とを備えた構成としたものである。

潤滑油の温度の影響を受けてモータ駆動回路の基板の温度が変化するため、推定した潤滑油の温度に基づいて基板の温度を推定すれば、基板の温度を精度良く推定することができる。また、基板の温度と基板に実装されたスイッチング素子の温度との間にはある程度の相関関係があるため、推定した基板の温度に基づいてスイッチング素子の温度が許容上限温度を越えないようにスイッチング素子に流れる電流を制限すれば、スイッチング素子が過熱状態になることを防止することができる。しかも、潤滑油の温度、基板の温度、スイッチング素子の温度等を検出する温度センサを設ける必要がないため、低コスト化の要求を満たすことができる。

この場合、請求項２のように、基板温度推定手段で推定した基板の温度が所定の判定値よりも高くなったときにスイッチング素子に流れる電流を所定の上限ガード値で制限するようにすると良い。一般に、基板の温度は、スイッチング素子の温度に比べて緩やかに変化するため、基板の温度を判定値と比較してスイッチング素子に流れる電流を制限する電流制限制御を実行するようにすれば、電流制限制御の実行と停止が頻繁に切り換わるハンチングを防止することができる。

或は、請求項３のように、基板温度推定手段で推定した基板の温度に基づいてスイッチング素子の温度を推定するスイッチング素子温度推定手段を備え、このスイッチング素子温度推定手段で推定したスイッチング素子の温度が所定の判定値よりも高くなったときにスイッチング素子に流れる電流を所定の上限ガード値で制限するようにしても良い。このようにすれば、推定したスイッチング素子の温度に基づいてスイッチング素子の温度が許容上限温度を越えないようにスイッチング素子に流れる電流を制限する電流制限制御を精度良く行うことができる。

この場合、請求項４のように、スイッチング素子に流れる電流に基づいてスイッチング素子の自己発熱による温度上昇分を算出し、基板温度推定手段で推定した基板の温度にスイッチング素子の温度上昇分を加算してスイッチング素子の温度を求めるようにすると良い。このようにすれば、スイッチング素子の自己発熱による温度上昇分を考慮に入れてスイッチング素子の温度を精度良く推定することができる。

また、基板の温度を推定する際には、請求項５のように、油温推定手段で推定した潤滑油の温度と内燃機関の冷却水温とに基づいてベース基板温度を算出し、該ベース基板温度をなまし処理して基板の温度を求めるようにしても良い。このようにすれば、潤滑油の温度と冷却水温の両方を考慮に入れて基板の温度を精度良く推定することができる。

また、潤滑油の温度を推定する際には、請求項６のように、内燃機関の運転状態に基づいて内燃機関の冷却水温に対する潤滑油の温度上昇分を算出し、冷却水温に潤滑油の温度上昇分を加算した値をなまし処理して潤滑油の温度を求めるようにしても良い。このようにすれば、潤滑油の温度が冷却水温よりも高くなる領域でも、冷却水温に対する潤滑油の温度上昇分を考慮に入れて潤滑油の温度を精度良く推定することができる。

更に、請求項７のように、内燃機関の運転状態に基づいて内燃機関の燃焼温度を算出して、該燃焼温度に基づいて冷却水温に対する潤滑油の温度上昇分を算出し、冷却水温に潤滑油の温度上昇分を加算した値をなまし処理して潤滑油の温度を求めるようにしても良い。このようにすれば、内燃機関の運転状態に応じて変化する燃焼温度も考慮に入れて潤滑油の温度を更に精度良く推定することができ、油温に基づいた基板温度の推定精度を向上させることができる。

図１は本発明の実施例１におけるバルブタイミング制御システム全体の概略構成を示す図である。 図２は可変バルブタイミング装置の概略構成図である。 図３は実施例１の基板温度に基づいた電流制限制御の実行例を説明するタイムチャートである。 図４は実施例１の基板温度推定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図５は実施例１の電流制限制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図６は実施例２の基板温度に基づいた電流制限制御の実行例を説明するタイムチャートである。 図７は実施例２の基板温度推定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図８は実施例３のＭＯＳ温度に基づいた電流制限制御の実行例を説明するタイムチャートである。 図９は実施例３のＭＯＳ温度推定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図１０は実施例３の電流制限制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図１１は実施例４のＭＯＳ温度に基づいた電流制限制御の実行例を説明するタイムチャートである。 図１２は実施例４のＭＯＳ温度推定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を吸気バルブの可変バルブタイミング装置に適用して具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図５に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてシステム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１は、クランク軸１２からの動力がタイミングチェーン１３（又はタイミングベルト）により各スプロケット１４，１５を介して吸気側カム軸１６と排気側カム軸１７とに伝達されるようになっている。但し、吸気側カム軸１６には、電動式の可変バルブタイミング装置１８が設けられている。この可変バルブタイミング装置１８によって、クランク軸１２に対する吸気側カム軸１６の回転位相（カム軸位相）を変化させることで、吸気側カム軸１６によって開閉駆動される吸気バルブ（図示せず）のバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させるようになっている。

また、吸気側カム軸１６の外周側には、吸気側カム軸１６の回転に同期して所定のカム角毎にカム角信号を出力するカム角センサ１９が取り付けられている。一方、クランク軸１２の外周側には、クランク軸１２の回転に同期して所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ２０が取り付けられている。

次に、図２に基づいて電動式の可変バルブタイミング装置１８の概略構成を説明する。尚、電動式の可変バルブタイミング装置１８の構成は、図２に示す構成に限定されず、適宜変更しても良い。

可変バルブタイミング装置１８の位相可変機構２１は、吸気側カム軸１６と同心状に配置された内歯付きのアウタギヤ２２と、このアウタギヤ２２の内周側に同心状に配置された外歯付きのインナギヤ２３と、これらアウタギヤ２２とインナギヤ２３との間に配置されて両者に噛み合う遊星ギヤ２４とから構成されている。アウタギヤ２２は、クランク軸１２と同期して回転するスプロケット１４と一体的に回転するように設けられ、インナギヤ２３は、吸気側カム軸１６と一体的に回転するように設けられている。また、遊星ギヤ２４は、アウタギヤ２２とインナギヤ２３に噛み合った状態でインナギヤ２３の回りを円軌道を描くように旋回することで、アウタギヤ２２の回転力をインナギヤ２３に伝達する役割を果たすと共に、アウタギヤ２２の回転速度に対する遊星ギヤ２４の旋回速度（公転速度）を変化させることで、アウタギヤ２２に対するインナギヤ２３の回転位相（カム軸位相）を調整するようになっている。

一方、エンジン１１には、遊星ギヤ２４の旋回速度を可変するためのモータ２６が設けられている。このモータ２６の回転軸２７は、吸気側カム軸１６、アウタギヤ２２及びインナギヤ２３と同軸上に配置され、このモータ２６の回転軸２７と遊星ギヤ２４の支持軸２５とが、径方向に延びる連結部材２８を介して連結されている。これにより、モータ２６の回転に伴って、遊星ギヤ２４が支持軸２５を中心に回転（自転）しながらインナギヤ２３の外周の円軌道を旋回（公転）できるようになっている。また、モータ２６には、モータ２６の回転に同期して所定回転角毎にモータ回転角信号を出力するモータ回転角センサ２９（図１参照）が取り付けられている。このモータ回転角センサ２９の出力信号に基づいてモータ２６の回転角や回転速度が検出される。

この可変バルブタイミング装置１８は、定常時に吸気側カム軸１６をクランク軸１２の回転速度の１／２の回転速度で駆動するようにアウタギヤ２２とインナギヤ２３と遊星ギヤ２４が構成され、クランク軸１２の回転速度の１／２の回転速度（定常時にはクランク軸１２の回転速度の１／２＝吸気側カム軸１６の回転速度となる）に対してモータ２６の回転速度を調整することで、吸気バルブのバルブタイミング（吸気側のカム軸位相）を変化させるようになっている。

バルブタイミングを変化させないときは、モータ２６の回転速度をアウタギヤ２２の回転速度（クランク軸１２の回転速度の１／２の回転速度）に一致させて、遊星ギヤ２４の旋回速度をアウタギヤ２２の回転速度に一致させることで、アウタギヤ２２とインナギヤ２３との回転位相の差を現状維持してバルブタイミング（カム軸位相）を現状維持する。尚、モータ２６の非駆動時に、モータ２６の回転軸がアウタギヤ２２と同期して回転するように構成して、モータ２６の回転速度がアウタギヤ２２の回転速度（クランク軸１２の回転速度の１／２の回転速度）に一致するようにしても良い。

そして、バルブタイミングを変化させるときは、モータ２６の回転速度をアウタギヤ２２の回転速度に対して変化させて、遊星ギヤ２４の旋回速度をアウタギヤ２２の回転速度に対して変化させることで、アウタギヤ２２とインナギヤ２３との回転位相の差を変化させてバルブタイミング（カム軸位相）を変化させる。

例えば、バルブタイミングを進角する場合には、モータ２６の回転速度をアウタギヤ２２の回転速度よりも速くして、遊星ギヤ２４の旋回速度をアウタギヤ２２の回転速度よりも速くすることで、アウタギヤ２２に対するインナギヤ２３の回転位相を進角してバルブタイミング（カム軸位相）を進角する。

一方、バルブタイミングを遅角する場合には、モータ２６の回転速度をアウタギヤ２２の回転速度よりも遅くして、遊星ギヤ２４の旋回速度をアウタギヤ２２の回転速度よりも遅くすることで、アウタギヤ２２に対するインナギヤ２３の回転位相を遅角してバルブタイミング（カム軸位相）を遅角する。

前述した各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。

また、ＥＣＵ３０は、エンジン運転中に、カム角センサ１９とクランク角センサ２０の出力信号に基づいてクランク軸１２に対する吸気側カム軸１６の実回転位相（実カム軸位相）を演算すると共に、エンジン運転条件に応じて目標カム軸位相を演算し、この目標カム軸位相（目標バルブタイミング）と実カム軸位相（実バルブタイミング）との偏差及びエンジン回転速度に基づいて目標モータ回転速度を演算し、演算した目標モータ回転速度の信号をモータ駆動回路（以下「ＥＤＵ」と表記する）３１に出力する。このＥＤＵ３１は、目標モータ回転速度と実モータ回転速度との偏差を小さくするようにモータ２６の通電デューティ比（通電制御量）をフィードバック制御することで、実カム軸位相を目標カム軸位相にフィードバック制御する。尚、ＥＤＵ３１の機能をＥＣＵ３０に組み込むようにしても良い。

可変バルブタイミング装置１８のモータ２６の通電を制御するＥＤＵ３１は、エンジン１１に搭載された可変バルブタイミング装置１８に組み付けられるか又は可変バルブタイミング装置１８の近傍に設置され、このＥＤＵ３１には、モータ２６の通電制御用のスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ３２（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ）が実装された基板３３が設けられている。

また、本実施例１では、ＥＣＵ３０（或はＥＣＵ３０とＥＤＵ３１）により後述する図４及び図５の各ルーチンを実行することで、エンジン運転状態等に基づいてエンジン１１の油温（潤滑油の温度）を推定して、この推定した油温に基づいて基板温度（基板３３の温度）を推定し、この推定した基板温度に基づいてＭＯＳ温度（ＭＯＳＦＥＴ３２の温度）が所定の許容上限温度（例えば１５０℃）を越えないようにＭＯＳ電流（ＭＯＳＦＥＴ３２に流れる電流）を制限する電流制限制御を実行する。

油温の影響を受けて基板温度が変化するため、推定した油温に基づいて基板温度を推定すれば、基板温度を精度良く推定することができる。また、基板温度とＭＯＳ温度との間にはある程度の相関関係があるため、推定した基板温度に基づいてＭＯＳ温度が許容上限温度を越えないようにＭＯＳ電流を制限すれば、ＭＯＳＦＥＴ３２が過熱状態になることを防止することができる。

具体的には、図３のタイムチャートに示すように、エンジン１１の冷却水温が所定値以下の期間（油温が冷却水温に追従して変化する期間）は、油温の推定値を冷却水温と同じ値（又は冷却水温をなまし処理した値）に設定する。

その後、冷却水温が所定値よりも高い期間（油温が冷却水温よりも高くなる期間）は、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に基づいて冷却水温に対する油温上昇分（潤滑油の温度上昇分）をマップ等により算出し、冷却水温に油温度上昇分を加算してベース油温を求め、このベース油温をなまし処理して油温を求めることで油温を推定する。これにより、油温が冷却水温よりも高くなる領域でも、冷却水温に対する油温度上昇分を考慮に入れて油温を精度良く推定することができる。

更に、推定した油温と冷却水温（エンジンルーム内の温度の代用情報）とに基づいてベース基板温度を算出し、このベース基板温度をなまし処理して基板温度を求めることで基板温度を推定する。これにより、油温と冷却水温の両方を考慮に入れて基板温度を精度良く推定することができる。

そして、推定した基板温度が所定の上側判定値（例えばＭＯＳ温度が許容上限温度となる基板温度よりも少し低い温度）よりも高くなった時点ｔ1 で、ＭＯＳ電流を所定の上限ガード値で制限することでＭＯＳ温度が許容上限温度を越えないようにＭＯＳ電流を制限する電流制限制御を実行する。

その後、基板温度が所定の下側判定値（例えば上側判定値よりも所定のヒステリシス分だけ低い温度）よりも低くなった時点ｔ2 で、ＭＯＳ電流の制限を解除して電流制限制御を停止する。

以上説明した本実施例１の基板温度に基づいた電流制限制御は、ＥＣＵ３０（或はＥＣＵ３０とＥＤＵ３１）によって図４及び図５の各ルーチンに従って実行される。以下、これらの各ルーチンの処理内容を説明する。

［基板温度推定ルーチン］
図４に示す基板温度推定ルーチンは、ＥＣＵ３０の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、冷却水温センサ（図示せず）で検出したエンジン１１の冷却水温が所定値よりも高いか否かを判定する。ここで、所定値は、例えば、油温が冷却水温を追い抜くときの温度に設定されている。

このステップ１０１で、冷却水温が所定値以下であると判定された場合には、油温が冷却水温に追従して変化する期間であると判断して、ステップ１０２に進み、油温(i) の推定値を冷却水温と同じ値（又は冷却水温をなまし処理した値）に設定する。
油温(i) ＝冷却水温

その後、上記ステップ１０１で、冷却水温が所定値よりも高いと判定された場合には、油温が冷却水温よりも高くなる期間であると判断して、ステップ１０３に進み、冷却水温に対する油温上昇分のマップを参照して、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に応じた油温上昇分を算出する。油温上昇分のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されている。更に、外気温、吸気温、点火時期、空燃比、バルブタイミング等のうちの少なくとも１つに応じて油温上昇分を補正するようにしても良い。

この後、ステップ１０４に進み、冷却水温に油温上昇分を加算してベース油温を求める。
ベース油温＝冷却水温＋油温上昇分

この後、ステップ１０５に進み、前回の油温(i-1) となまし率ａを用いて、次式によりベース油温をなまし処理して今回の油温(i) を求めることで油温(i) を推定する。
油温(i) ＝油温(i-1) ×ａ＋ベース油温×（１−ａ）
これらのステップ１０３〜１０５の処理が特許請求の範囲でいう油温推定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０６に進み、今回の油温(i) と前回の基板温度(i-1) と冷却水温（エンジンルーム内の温度の代用情報）と反映率ｂを用いて、次式によりベース基板温度を求める。
ベース基板温度＝油温(i) −｛基板温度(i-1) −冷却水温｝×ｂ

この後、ステップ１０７に進み、前回の基板温度(i-1) となまし率ｃを用いて、次式によりベース基板温度をなまし処理して今回の基板温度(i) を求めることで基板温度(i) を推定する。
基板温度(i) ＝基板温度(i-1) ×ｃ＋ベース基板温度×（１−ｃ）
これらのステップ１０６，１０７の処理が特許請求の範囲でいう基板温度推定手段としての役割を果たす。

［電流制限制御ルーチン］
図５に示す電流制限制御ルーチンは、ＥＣＵ３０の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう電流制限制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、推定した基板温度が所定の上側判定値よりも高いか否かを判定する。ここで、上側判定値は、例えば、ＭＯＳ温度が許容上限温度となる基板温度よりも少し低い温度に設定されている。

このステップ２０１で、基板温度が上側判定値以下であると判定された場合には、ステップ２０２以降の処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。

その後、上記ステップ２０１で、基板温度が上側判定値よりも高いと判定された時点で、ステップ２０２に進み、ＭＯＳ電流を所定の上限ガード値で制限することでＭＯＳ温度が許容上限温度を越えないようにＭＯＳ電流を制限する電流制限制御を実行する。更に、カム軸位相を強制的に可変バルブタイミング装置１８の可動範囲の限界位置（例えば最遅角位置）に変化させるように可変バルブタイミング装置１８（モータ２６）を制御してそのときのカム軸位相を基準位置（例えば最遅角位置）として学習する基準位置学習を禁止することでＭＯＳ電流を制限するようにしても良い。

この後、ステップ２０３に進み、基板温度が所定の下側判定値よりも低いか否かを判定する。ここで、下側判定値は、例えば、上側判定値よりも所定のヒステリシス分だけ低い温度に設定されている。

このステップ２０３で、基板温度が下側判定値以上であると判定された場合には、上記ステップ２０２に戻り、電流制限制御を継続する。
その後、上記ステップ２０３で、基板温度が下側判定値よりも低いと判定された時点で、ステップ２０４に進み、ＭＯＳ電流の制限を解除して電流制限制御を停止する。

以上説明した本実施例１では、エンジン運転状態等に基づいてエンジン１１の油温を推定して、この推定した油温に基づいて基板温度を推定し、この推定した基板温度が上側判定値よりも高くなったときに、ＭＯＳ電流を上限ガード値で制限することでＭＯＳ温度が許容上限温度を越えないようにＭＯＳ電流を制限する電流制限制御を実行するようにしたので、ＭＯＳＦＥＴ３２が過熱状態になることを防止することができる。しかも、油温、基板温度、ＭＯＳ温度等を検出する温度センサを設ける必要がないため、低コスト化の要求を満たすことができる。

また、一般に、基板温度は、ＭＯＳ温度に比べて緩やかに変化するため、基板温度を判定値と比較して電流制限制御を実行するようにすれば、電流制限制御の実行と停止を判定するための上側判定値と下側判定値との差（ヒステリシス分）をあまり大きくしなくても、電流制限制御の実行と停止が頻繁に切り換わるハンチングを防止することができ、ハンチングによるバルブタイミング（カム軸位相）の変動やエンジン出力の変動を防止することができる。

次に、図６及び図７を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例２では、ＥＣＵ３０（或はＥＣＵ３０とＥＤＵ３１）により後述する図７の基板温度推定ルーチンを実行することで、図６のタイムチャートに示すように、冷却水温が所定値よりも高い期間に油温を推定する際に、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に基づいてエンジン１１の燃焼温度をマップ等により算出し、この燃焼温度に基づいて冷却水温に対する油温上昇分を算出する。そして、冷却水温に油温度上昇分を加算してベース油温を求め、このベース油温をなまし処理して油温を求めることで油温を推定するようにしている。

本実施例２で実行する図７のルーチンは、前記実施例１で説明した図４のルーチンのステップ１０３の処理を、ステップ１０３ａ，１０３ｂの処理に変更したものであり、それ以外の各ステップの処理は図４と同じである。

図７の基板温度推定ルーチンでは、ステップ１０１で、冷却水温が所定値よりも高いと判定された場合には、ステップ１０３ａに進み、燃焼温度のマップを参照して、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に応じた燃焼温度を算出する。燃焼温度のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されている。更に、外気温、吸気温、点火時期、空燃比、バルブタイミング等のうちの少なくとも１つに応じて燃焼温度を補正するようにしても良い。

この後、ステップ１０３ｂに進み、燃焼温度と前回の油温(i-1) と反映率ｆを用いて、次式により冷却水温に対する油温上昇分を求める。
油温上昇分＝｛燃焼温度−油温(i-1) ｝×ｆ

この後、ステップ１０４で、冷却水温に油温上昇分を加算してベース油温を求めた後、ステップ１０５で、前回の油温(i-1) となまし率ａを用いてベース油温をなまし処理して今回の油温(i) を求めることで油温(i) を推定する。
これらのステップ１０３ａ〜１０５の処理が特許請求の範囲でいう油温推定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０６で、今回の油温(i) と前回の基板温度(i-1) と冷却水温と反映率ｂを用いてベース基板温度を求めた後、ステップ１０７で、前回の基板温度(i-1) となまし率ｃを用いてベース基板温度をなまし処理して今回の基板温度(i) を求めることで基板温度(i) を推定する。

以上説明した本実施例２では、油温を推定する際に、エンジン運転状態に基づいてエンジン１１の燃焼温度を算出して、この燃焼温度に基づいて冷却水温に対する油温度上昇分を算出し、冷却水温に油温度上昇分を加算してベース油温を求め、このベース油温をなまし処理して油温を求めることで油温を推定するようにしたので、エンジン運転状態に応じて変化する燃焼温度も考慮に入れて油温を更に精度良く推定することができ、油温に基づいた基板温度の推定精度を向上させることができる。

次に、図８乃至図１０を用いて本発明の実施例３を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例３では、ＥＣＵ３０（或はＥＣＵ３０とＥＤＵ３１）により後述する図９のＭＯＳ温度推定ルーチン及び図１０の電流制限制御ルーチンを実行することで、前記実施例１と同じ方法で基板温度を推定して、この推定した基板温度に基づいてＭＯＳ温度を推定し、この推定したＭＯＳ温度に基づいてＭＯＳ温度が許容上限温度を越えないようにＭＯＳ電流を制限する電流制限制御を実行するようにしている。

具体的には、図８のタイムチャートに示すように、冷却水温が所定値よりも高い期間は、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に基づいて冷却水温に対する油温上昇分を算出し、冷却水温に油温度上昇分を加算してベース油温を求め、このベース油温をなまし処理して油温を求めることで油温を推定する。この推定した油温と冷却水温とに基づいてベース基板温度を算出し、このベース基板温度をなまし処理して基板温度を求めることで基板温度を推定する。

更に、ＭＯＳ電流に基づいてＭＯＳ温度上昇分（ＭＯＳＦＥＴ３２の自己発熱による温度上昇分）を算出し、基板温度にＭＯＳ温度上昇分を加算してＭＯＳ温度を求めることでＭＯＳ温度を推定する。これにより、ＭＯＳＦＥＴ３２の自己発熱による温度上昇分を考慮に入れてＭＯＳ温度を精度良く推定することができる。

そして、推定したＭＯＳ温度が所定の上側判定値（例えばＭＯＳ温度の許容上限温度よりも少し低い温度）よりも高くなった時点ｔ1 で、ＭＯＳ電流を所定の上限ガード値で制限することでＭＯＳ温度が許容上限温度を越えないようにＭＯＳ電流を制限する電流制限制御を実行する。

その後、ＭＯＳ温度が所定の下側判定値（例えば上側判定値よりも所定のヒステリシス分だけ低い温度）よりも低くなった時点ｔ2 で、ＭＯＳ電流の制限を解除して電流制限制御を停止する。

以上説明した本実施例３のＭＯＳ温度に基づいた電流制限制御は、ＥＣＵ３０（或はＥＣＵ３０とＥＤＵ３１）によって図９及び図１０の各ルーチンに従って実行される。以下、これらの各ルーチンの処理内容を説明する。尚、本実施例３で実行する図９のルーチンのステップ３０１〜３０７の処理は、前記実施例１で説明した図４のルーチンのステップ１０１〜１０７の処理と実質的に同一であるため、説明を簡略化する。

図９に示すＭＯＳ温度推定ルーチンでは、まず、ステップ３０１で、冷却水温が所定値よりも高いか否かを判定し、冷却水温が所定値以下であると判定された場合には、ステップ３０２に進み、油温(i) の推定値を冷却水温と同じ値（又は冷却水温をなまし処理した値）に設定する。

その後、上記ステップ３０１で、冷却水温が所定値よりも高いと判定された場合には、ステップ３０３に進み、冷却水温に対する油温上昇分のマップを参照して、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に応じた油温上昇分を算出する。更に、外気温、吸気温、点火時期、空燃比、バルブタイミング等のうちの少なくとも１つに応じて油温上昇分を補正するようにしても良い。

この後、ステップ３０４で、冷却水温に油温上昇分を加算してベース油温を求めた後、ステップ３０５で、前回の油温(i-1) となまし率ａを用いてベース油温をなまし処理して今回の油温(i) を求めることで油温(i) を推定する。

この後、ステップ３０６で、今回の油温(i) と前回の基板温度(i-1) と冷却水温と反映率ｂを用いてベース基板温度を求めた後、ステップ３０７で、前回の基板温度(i-1) となまし率ｃを用いてベース基板温度をなまし処理して今回の基板温度(i) を求めることで基板温度(i) を推定する。

この後、ステップ３０８に進み、ＭＯＳ電流に係数ｄ（ＭＯＳ電流に対するＭＯＳＦＥＴ３２の温度上昇率）を乗算してベースＭＯＳ温度上昇分を求める。
ベースＭＯＳ温度上昇分＝ＭＯＳ電流×ｄ

この後、ステップ３０９に進み、前回のＭＯＳ温度上昇分(i-1) となまし率ｅとを用いて、次式によりベースＭＯＳ温度上昇分をなまし処理して今回のＭＯＳ温度上昇分(i) を求める。

ＭＯＳ温度上昇分(i) ＝ＭＯＳ温度上昇分(i-1) ×ｅ
＋ベースＭＯＳ温度上昇分×（１−ｅ）

この後、ステップ３１０に進み、基板温度にＭＯＳ温度上昇分を加算してＭＯＳ温度を求めることでＭＯＳ温度を推定する。
ＭＯＳ温度＝基板温度＋ＭＯＳ温度上昇分
これらのステップ３０８〜３０９の処理が特許請求の範囲でいうスイッチング素子温度推定手段としての役割を果たす。

図１０に示す電流制限制御ルーチンでは、まず、ステップ４０１で、推定したＭＯＳ温度が所定の上側判定値よりも高いか否かを判定する。ここで、上側判定値は、例えば、ＭＯＳ温度の許容上限温度よりも少し低い温度に設定されている。

このステップ４０１で、ＭＯＳ温度が上側判定値以下であると判定された場合には、ステップ４０２以降の処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。

その後、上記ステップ４０１で、ＭＯＳ温度が上側判定値よりも高いと判定された時点で、ステップ４０２に進み、ＭＯＳ電流を所定の上限ガード値で制限することでＭＯＳ温度が許容上限温度を越えないようにＭＯＳ電流を制限する電流制限制御を実行する。更に、基準位置学習を禁止することでＭＯＳ電流を制限するようにしても良い。

この後、ステップ４０３に進み、ＭＯＳ温度が所定の下側判定値よりも低いか否かを判定する。ここで、下側判定値は、例えば、上側判定値よりも所定のヒステリシス分だけ低い温度に設定されている。

このステップ４０３で、ＭＯＳ温度が下側判定値以上であると判定された場合には、上記ステップ４０２に戻り、電流制限制御を継続する。

その後、上記ステップ４０３で、ＭＯＳ温度が下側判定値よりも低いと判定された時点で、ステップ４０４に進み、ＭＯＳ電流の制限を解除して電流制限制御を停止する。

以上説明した本実施例３では、推定した基板温度に基づいてＭＯＳ温度を推定し、この推定したＭＯＳ温度が上側判定値よりも高くなったときに、ＭＯＳ電流を上限ガード値で制限することでＭＯＳ温度が許容上限温度を越えないようにＭＯＳ電流を制限する電流制限制御を実行するようにしたので、ＭＯＳ温度が許容上限温度を越えないようにＭＯＳ電流を制限する電流制限制御を精度良く行うことができる。

次に、図１１及び図１２を用いて本発明の実施例４を説明する。但し、前記実施例３と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例３と異なる部分について説明する。

本実施例４では、ＥＣＵ３０（或はＥＣＵ３０とＥＤＵ３１）により後述する図１２のＭＯＳ温度推定ルーチンを実行することで、図１１のタイムチャートに示すように、冷却水温が所定値よりも高い期間に油温を推定する際に、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に基づいてエンジン１１の燃焼温度をマップ等により算出し、この燃焼温度に基づいて冷却水温に対する油温上昇分を算出する。そして、冷却水温に油温度上昇分を加算してベース油温を求め、このベース油温をなまし処理して油温を求めることで油温を推定するようにしている。

本実施例４で実行する図１２のルーチンは、前記実施例３で説明した図９のルーチンのステップ３０３の処理を、ステップ３０３ａ，３０３ｂの処理に変更したものであり、それ以外の各ステップの処理は図９と同じである。

図１２のＭＯＳ温度推定ルーチンでは、ステップ３０１で、冷却水温が所定値よりも高いと判定された場合には、ステップ３０３ａに進み、燃焼温度のマップを参照して、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に応じた燃焼温度を算出する。更に、外気温、吸気温、点火時期、空燃比、バルブタイミング等のうちの少なくとも１つに応じて燃焼温度を補正するようにしても良い。

この後、ステップ３０３ｂに進み、燃焼温度と前回の油温(i-1) と反映率ｆを用いて、次式により冷却水温に対する油温上昇分を求める。
油温上昇分＝｛燃焼温度−油温(i-1) ｝×ｆ

この後、ステップ３０４で、冷却水温に油温上昇分を加算してベース油温を求めた後、ステップ３０５で、前回の油温(i-1) となまし率ａを用いてベース油温をなまし処理して今回の油温(i) を求めることで油温(i) を推定する。

この後、ステップ３０６で、今回の油温(i) と前回の基板温度(i-1) と冷却水温と反映率ｂを用いてベース基板温度を求めた後、ステップ３０７で、前回の基板温度(i-1) となまし率ｃを用いてベース基板温度をなまし処理して今回の基板温度(i) を求めることで基板温度(i) を推定する。

この後、ステップ３０８で、ＭＯＳ電流に係数ｄ（ＭＯＳ電流に対するＭＯＳＦＥＴ３２の温度上昇率）を乗算してベースＭＯＳ温度上昇分を求めた後、ステップ３０９で、前回のＭＯＳ温度上昇分(i-1) となまし率ｅとを用いてベースＭＯＳ温度上昇分をなまし処理して今回のＭＯＳ温度上昇分(i) を求める。この後、ステップ３１０で、基板温度にＭＯＳ温度上昇分を加算してＭＯＳ温度を求めることでＭＯＳ温度を推定する。

以上説明した本実施例４おいても、前記実施例２と同じようにエンジン運転状態に応じて変化する燃焼温度も考慮に入れて油温を更に精度良く推定することができ、油温に基づいた基板温度の推定精度及びＭＯＳ温度の推定精度を向上させることができる。

尚、上記各実施例１〜４では、モータ２６の通電制御用のスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ３２を用いたシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、モータ２６の通電制御用のスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ以外のＦＥＴ（電解効果トランジスタ）やトランジスタ等を用いたシステムに本発明を適用にしても良い。

また、上記各実施例１〜４では、本発明を吸気バルブの可変バルブタイミング装置に適用したが、排気バルブの可変バルブタイミング装置に本発明を適用しても良い。更に、可変バルブタイミング装置の位相可変機構は、上記実施例で説明した構成（図２参照）に限定されず、他の方式の位相可変機構を用いても良く、要は、モータでクランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させてバルブタイミングを変化させる電動式の可変バルブタイミング装置であれば良い。

１１…エンジン（内燃機関）、１８…可変バルブタイミング装置、２６…モータ、３０…ＥＣＵ（油温推定手段，基板温度推定手段，電流制限制御手段，スイッチング素子温度推定手段）、３１…ＥＤＵ、３２…ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）、３３…基板

Claims (7)

1. 内燃機関のバルブタイミングをモータにより変化させる電動式可変バルブタイミング装置の制御装置において、
   前記内燃機関の潤滑油の温度を推定する油温推定手段と、
   前記油温推定手段で推定した潤滑油の温度に基づいて前記モータの通電制御用のスイッチング素子が実装された基板の温度を推定する基板温度推定手段と、
   前記基板温度推定手段で推定した基板の温度に基づいて前記スイッチング素子の温度が所定の許容上限温度を越えないように前記スイッチング素子に流れる電流を制限する電流制限制御手段と
   を備えていることを特徴とする電動式可変バルブタイミング装置の制御装置。
2. 前記電流制限制御手段は、前記基板温度推定手段で推定した基板の温度が所定の判定値よりも高くなったときに前記スイッチング素子に流れる電流を所定の上限ガード値で制限することを特徴とする請求項１に記載の電動式可変バルブタイミング装置の制御装置。
3. 前記基板温度推定手段で推定した基板の温度に基づいて前記スイッチング素子の温度を推定するスイッチング素子温度推定手段を備え、
   前記電流制限制御手段は、前記スイッチング素子温度推定手段で推定したスイッチング素子の温度が所定の判定値よりも高くなったときに前記スイッチング素子に流れる電流を所定の上限ガード値で制限することを特徴とする請求項１に記載の電動式可変バルブタイミング装置の制御装置。
4. 前記スイッチング素子温度推定手段は、前記スイッチング素子に流れる電流に基づいて前記スイッチング素子の自己発熱による温度上昇分を算出し、前記基板温度推定手段で推定した基板の温度に前記スイッチング素子の温度上昇分を加算して前記スイッチング素子の温度を求めることを特徴とする請求項３に記載の電動式可変バルブタイミング装置の制御装置。
5. 前記基板温度推定手段は、前記油温推定手段で推定した潤滑油の温度と前記内燃機関の冷却水温とに基づいてベース基板温度を算出し、該ベース基板温度をなまし処理して前記基板の温度を求めることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動式可変バルブタイミング装置の制御装置。
6. 前記油温推定手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記内燃機関の冷却水温に対する前記潤滑油の温度上昇分を算出し、前記冷却水温に前記潤滑油の温度上昇分を加算した値をなまし処理して前記潤滑油の温度を求めることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動式可変バルブタイミング装置の制御装置。
7. 前記油温推定手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記内燃機関の燃焼温度を算出して、該燃焼温度に基づいて前記冷却水温に対する前記潤滑油の温度上昇分を算出し、前記冷却水温に前記潤滑油の温度上昇分を加算した値をなまし処理して前記潤滑油の温度を求めることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動式可変バルブタイミング装置の制御装置。

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