JP2001214766A - 内燃機関の可変バルブ機構制御装置 - Google Patents

内燃機関の可変バルブ機構制御装置

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JP2001214766A
JP2001214766A JP2000030198A JP2000030198A JP2001214766A JP 2001214766 A JP2001214766 A JP 2001214766A JP 2000030198 A JP2000030198 A JP 2000030198A JP 2000030198 A JP2000030198 A JP 2000030198A JP 2001214766 A JP2001214766 A JP 2001214766A
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solenoid coil
temperature
coil temperature
variable valve
internal combustion
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JP2000030198A
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Akinori Koda
晃典 香田
Masaaki Shinojima
政明 篠島
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Denso Corp
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Denso Corp
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】 【課題】 油圧制御弁のソレノイドコイル温度に影響さ
れない安定した可変バルブタイミング(リフト)制御を
低コストで実現できるようにする。 【解決手段】 エンジン制御回路21は、冷却水温と油
圧制御弁27のソレノイドコイル温度との関係を一次遅
れ式(一次なまし式)で模擬した温度推定モデルを用い
て、冷却水温に基づいてソレノイドコイル温度を推定
し、この推定ソレノイドコイル温度に応じて油圧制御弁
27の制御デューティを補正する。例えば、油圧制御弁
27のソレノイドコイル温度が高くなると、それに応じ
てソレノイドコイルの抵抗値が高くなってソレノイドコ
イルに流れる電流が低下することを予想して、制御デュ
ーティを、上記電流の低下分だけ、電流を増加させるよ
うに補正する。これにより、ソレノイドコイル温度に起
因した制御誤差を補正できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のバルブ
タイミングとバルブリフト量の少なくとも一方を可変す
る油圧式の可変バルブ機構の制御量を温度補正する機能
を備えた内燃機関の可変バルブ機構制御装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】温度補正機能を備えた油圧式の可変バル
ブ機構制御装置に関する公知文献として、特開平10−
227235号公報に示すものがある。このものは、冷
却水温、エンジン回転速度、負荷のうちの少なくとも1
つに基づいて可変バルブ機構の油圧回路の油温を推定
し、油温変化による作動油の粘度変化によって生じる制
御誤差を補正するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、温度変化によ
る制御誤差が生じる原因は、油温変化による作動油の粘
度変化だけではなく、可変バルブ機構の油圧を制御する
油圧制御弁のソレノイドコイル温度も制御誤差の原因と
なっている。つまり、ソレノイドコイル温度が変化する
と、それに応じてソレノイドコイルの抵抗値が変化する
ため、ソレノイドコイルを一定のデューティで駆動して
も、実際にソレノイドコイルに流れる電流は一定となら
ず、抵抗値によって変化し、それによって、油圧制御弁
の作動状態が変化して油圧が変化する。これにより、ソ
レノイドコイル温度に起因した制御誤差が発生する。
【0004】この対策として、ソレノイドコイルに流れ
る電流を電流検出回路で検出して、この電流を目標電流
にフィードバック制御する構成を採用したものがある
が、この構成では、制御系の回路構成が複雑化してコス
トアップする欠点があった。
【0005】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、油圧制御弁のソレノ
イドコイル温度に影響されない安定した可変バルブ制御
を低コストで実現できる内燃機関の可変バルブ機構制御
装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1の内燃機関の可変バルブ機構制御
装置は、ソレノイドコイル温度推定手段によって油圧制
御弁のソレノイドコイル温度又はこれと相関関係のある
温度(以下「ソレノイドコイル温度情報」という)を推
定し、そのソレノイドコイル温度情報に基づいて油圧制
御弁の制御値を補正制御手段によって補正する。この構
成では、例えば、油圧制御弁のソレノイドコイル温度が
高くなると、それに応じてソレノイドコイルの抵抗値が
高くなってソレノイドコイルに流れる電流が低下するこ
とを予想して、油圧制御弁の制御値(例えば制御デュー
ティ)を、上記電流の低下分だけ、電流を増加させるよ
うに補正する。これにより、ソレノイドコイル温度に起
因した制御誤差を補正できて、ソレノイドコイル温度に
影響されない安定した可変バルブ制御を実現することが
できる。しかも、ソレノイドコイルの電流を検出する電
流検出回路を廃止できるため、制御系の回路構成を簡素
化できてコスト削減も可能となる。
【0007】一般に、油圧制御弁は、エンジンのシリン
ダヘッドに取り付けられ、シリンダヘッドの熱が油圧制
御弁に伝わりやすくなっているため、ソレノイドコイル
温度に最も影響を与える要因は、エンジンのシリンダヘ
ッド温度である。このシリンダヘッド温度は、エンジン
の冷却水温と相関関係がある。
【0008】この点に着目して、請求項2のように、水
温センサの出力に基づいてソレノイドコイル温度情報を
推定するようにしても良い。このようにすれば、エンジ
ン制御のために一般的に設けられている水温センサを用
いてソレノイドコイル温度情報を精度良く推定すること
ができ、センサ類を新たに追加する必要がない。
【0009】この場合、請求項3のように、冷却水温と
ソレノイドコイル温度との関係を一次遅れ式(一次なま
し式)で模擬した温度推定モデルを用いてソレノイドコ
イル温度情報を推定すると良い。このようにすれば、シ
リンダヘッドの熱が油圧制御弁内部のソレノイドコイル
に伝わるまでの伝熱の遅れを考慮した比較的簡単な温度
推定モデルでソレノイドコイル温度情報を精度良く推定
することができる。
【0010】ところで、ソレノイドコイルの熱授受に影
響を及ぼす要因としては、エンジン温度(冷却水温)の
他に、機関回転速度、負荷、車速、外気温度、油圧制御
弁の制御値(例えば制御デューティ)がある。つまり、
機関回転速度の変化によってエンジン摩擦発熱量が変化
し、負荷変化によって燃焼発熱量が変化する。また、車
速変化に伴って変化する走行風によってソレノイドコイ
ルの冷却放熱量が変化し、外気温度によってもソレノイ
ドコイルの放熱量が変化する。また、油圧制御弁の制御
値が変化すると、ソレノイドコイルに流れる電流が変化
してソレノイドコイルの自己発熱量が変化する。
【0011】従って、請求項4のように、推定ソレノイ
ドコイル温度情報を機関回転速度、負荷、車速、外気温
度、油圧制御弁の制御値の少なくとも1つに基づいて補
正するようにしても良い。これにより、冷却水温以外の
影響を補正でき、ソレノイドコイル温度情報の推定精度
を向上できる。
【0012】更に、請求項5のように、推定ソレノイド
コイル温度情報をソレノイドコイル自身の温度に応じて
補正するようにしても良い。つまり、冷却水温とソレノ
イドコイル温度との関係は、ソレノイドコイルの温度変
化に伴う比熱変化によって多少変化するため、推定ソレ
ノイドコイル温度情報をソレノイドコイル自身の温度に
応じて補正すれば、ソレノイドコイル温度情報の推定精
度を向上することができる。尚、ソレノイドコイル自身
の温度は、前回の推定ソレノイドコイル温度を用いた
り、或は、冷却水温で代用しても良い。
【0013】この場合、請求項6のように、ソレノイド
コイル自身の温度に応じて温度推定モデルの定数を変更
するようにしても良い。このようにすれば、ソレノイド
コイル自身の温度が変化しても、温度推定モデル(一次
遅れ式)自体は変更する必要がなく、1つの温度推定モ
デル(一次遅れ式)でソレノイドコイル温度情報を精度
良く推定することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明を吸気バルブの可変
バルブタイミング制御装置に適用した一実施形態を図面
に基づいて説明する。図1に示すように、内燃機関であ
るDOHC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、クランク軸12に対する吸気側カム軸16の位相
差である実相対回転角VTを調整する可変バルブタイミ
ング調整機構18(可変バルブ機構)が設けられてい
る。
【0015】また、吸気側カム軸16の外周側には、気
筒判別のために複数のカム角でカム角信号を出力するカ
ム角センサ19が設置され、一方、クランク軸12の外
周側には、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が設置されている。これらカ
ム角センサ19及びクランク角センサ20の出力信号
は、エンジン制御回路21に入力され、このエンジン制
御回路21によって吸気バルブの実バルブタイミング
(実相対回転角VT)が演算されると共に、クランク角
センサ20の出力パルスの周波数からエンジン回転速度
が演算される。
【0016】エンジン11のシリンダブロックには、冷
却水温を検出する水温センサ22が取り付けられ、この
水温センサ22の出力信号がエンジン制御回路21に入
力される。その他、エンジン制御回路21には、エンジ
ン運転状態を検出する各種センサ(吸気量センサ23、
車速センサ24、スロットルセンサ25等)や外気温度
センサ26の出力信号が入力される。
【0017】エンジン制御回路21は、これら各種の入
力信号に基づいて燃料噴射制御や点火制御を行うと共
に、吸気バルブタイミング制御を行い、吸気バルブの実
バルブタイミング(クランク軸12に対する吸気側カム
軸16の実相対回転角VT)を目標バルブタイミング
(目標相対回転角VTT)に一致させるように可変バル
ブタイミング調整機構18をフィードバック制御する。
この可変バルブタイミング調整機構18の油圧を制御す
る油圧制御弁27は、リニアソレノイド(図示せず)を
駆動源とし、エンジン11のシリンダヘッドに取り付け
られている。可変バルブタイミング調整機構18の油圧
回路には、エンジン11側から作動油(エンジンオイ
ル)が油圧制御弁27を介して供給され、その油圧を油
圧制御弁27によって制御することで、吸気バルブの実
バルブタイミングが制御される。
【0018】ところで、エンジン制御回路21は、油圧
制御弁27の制御デューティを制御することで油圧を制
御するが、油圧制御弁27のソレノイドコイル温度が変
化すると、それに応じてソレノイドコイルの抵抗値が変
化するため、ソレノイドコイルを一定のデューティで駆
動しても、実際にソレノイドコイルに流れる電流は一定
とならず、抵抗値によって変化し、それによって油圧制
御弁27の作動状態が変化して油圧が変化する。
【0019】この対策として、エンジン制御回路21
は、図2のソレノイドコイル温度推定プログラムによっ
て冷却水温からソレノイドコイル温度を推定し、図3の
可変バルブタイミング制御プログラムによって油圧制御
弁27の制御デューティを補正することで、ソレノイド
コイル温度に起因した制御誤差を補正するようにしてい
る。以下、各プログラムの処理内容を説明する。
【0020】図2のソレノイドコイル温度推定プログラ
ムは、例えば所定時間毎に繰り返し実行され、特許請求
の範囲でいうソレノイドコイル温度推定手段としての役
割を果たす。本プログラムが起動されると、まずステッ
プ101で、イグニッションスイッチ(IG)がオフか
らオンに切り換えられた直後であるか否かを判定し、オ
ンに切り換えられた直後であれば、ステップ102に進
み、水温センサ22で検出した始動時の冷却水温THW
をソレノイドコイル温度TSの初期値としてセットし、
本プログラムを終了する。つまり、ソレノイドコイル温
度TSの初期値は始動時の冷却水温となる。
【0021】ソレノイドコイル温度TSの初期値の設定
後は、本プログラムが起動されると、ステップ101か
らステップ103に進み、始動後かを判定し、始動前で
あれば、ソレノイドコイル温度TSを推定することな
く、本プログラムを終了する。一方、始動後であれば、
ステップ104に進み、水温センサ22の出力(冷却水
温THW)を読み込み、次のステップ106で、冷却水
温THWとソレノイドコイル温度TSとの関係を模擬し
た温度推定モデルを用いて、冷却水温THWに基づいて
ソレノイドコイル温度TSを推定する。
【0022】本実施形態では、温度推定モデルとして、
冷却水温THWとソレノイドコイル温度TSとの関係を
下記の一次遅れ式(一次なまし式)で模擬した温度推定
モデルを用いる。 TS(i) =THW+{TS(i-1) +THW}×α
【0023】ここで、TS(i) は今回の推定ソレノイド
コイル温度、TS(i-1) は前回の推定ソレノイドコイル
温度である。αは時定数(なまし係数)である。演算を
簡略化する場合は、時定数αを固定値としても良いが、
ソレノイドコイル温度TSの推定精度を高める場合は、
時定数αをソレノイドコイル自身の温度をパラメータと
する関数又はマップ等により可変設定すると良い。つま
り、時定数αは、ソレノイドコイルの比熱を含む係数で
あり、ソレノイドコイル自身の温度によって比熱が変化
するため、時定数αを固定値とすると、ソレノイドコイ
ル自身の温度変化によって推定ソレノイドコイル温度に
誤差が生じる。従って、時定数αをソレノイドコイル自
身の温度をパラメータとする関数又はマップ等により算
出し、ソレノイドコイル自身の温度に応じて時定数αを
変化させれば、ソレノイドコイル温度TSの推定精度を
向上できる。この際、ソレノイドコイル自身の温度は、
前回の推定ソレノイドコイル温度TS(i-1)を用いた
り、或は、冷却水温THWで代用しても良い。
【0024】ステップ105では、冷却水温THWに基
づいてソレノイドコイル温度TSを推定するが、ソレノ
イドコイルの熱授受に影響を及ぼす要因としては、エン
ジン温度(冷却水温THW)の他に、エンジン回転速
度、負荷(例えば吸気量、吸気圧、スロットル開度
等)、車速、外気温度、制御デューティがある。つま
り、エンジン回転速度の変化によってエンジン摩擦発熱
量が変化し、負荷変化によって燃焼発熱量が変化する。
また、車速変化に伴って変化する走行風によってソレノ
イドコイルの冷却放熱量が変化し、外気温度によっても
ソレノイドコイルの放熱量が変化する。また、制御デュ
ーティが変化すると、ソレノイドコイルに流れる電流が
変化してソレノイドコイルの自己発熱量が変化する。
【0025】この点を考慮し、ステップ105で、冷却
水温THWに基づいてソレノイドコイル温度TSを算出
した後、ステップ106に進み、ソレノイドコイル温度
TSを、エンジン回転速度、負荷、車速、外気温度、制
御デューティの少なくとも1つに基づいて補正して、本
プログラムを終了する。この補正により、冷却水温TH
W以外の影響を補正することができ、ソレノイドコイル
温度TSの推定精度を向上できる。
【0026】本発明者は、以上説明した図2のソレノイ
ドコイル温度推定プログラムを用いて、始動後のソレノ
イドコイル温度TSの変化を推定した実機試験を行った
ので、その試験結果を図6に示す。この試験結果でも、
推定ソレノイドコイル温度TSが実ソレノイドコイル温
度(実測値)とほぼ一致し、推定ソレノイドコイル温度
TSを精度良く算出できることが確認された。
【0027】一方、図3の可変バルブタイミング制御プ
ログラムは、例えば所定時間毎に繰り返し実行される。
本プログラムが起動されると、まずステップ201で、
エンジン運転状態を検出する各種センサ(カム角センサ
19、クランク角センサ20、吸気量センサ23、車速
センサ24、スロットルセンサ25等)の出力信号を読
み込み、次のステップ202で、カム角センサ19及び
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の位相差である実相対回
転角VT(実バルブタイミング)を算出する。
【0028】この後、ステップ203に進み、エンジン
回転速度と吸気量に応じてマップ等により目標相対回転
角VTT(目標バルブタイミング)を算出し、次のステ
ップ204で、目標相対回転角VTTと実相対回転角V
Tとの偏差(VTT−VT)を算出し、図4のマップか
ら相対回転角偏差(VTT−VT)に応じた制御回転角
DVFB(フィードバック補正量)を算出する。
【0029】この制御回転角DVFBの算出後、ステッ
プ205に進み、図2のソレノイドコイル温度推定プロ
グラムで推定されたソレノイドコイル温度TSに応じて
制御回転角DVFBを補正する。具体的には、ソレノイ
ドコイル温度TSに応じて図5のマップから補正係数K
を算出し、この補正係数Kを制御回転角DVFBに乗算
することで、制御回転角DVFBを補正する。例えば、
ソレノイドコイル温度TSが高くなると、それに応じて
ソレノイドコイルの抵抗値が高くなってソレノイドコイ
ルに流れる電流が低下するため、ステップ205の補正
処理で、制御回転角DVFBを、上記電流の低下分だ
け、電流を増加させるように補正する。このステップ2
05の処理が特許請求の範囲でいう補正制御手段として
の役割を果たす。
【0030】制御回転角DVFBの補正後、ステップ2
06に進み、現在の実相対回転角VTを保持するための
保持デューティDVTと、ソレノイドコイル温度TSで
補正された制御回転角DVFBに応じたフィードバック
補正デューティDVFBCとを合算して制御デューティ
DV(=DVT+DVFBC)を求め、この制御デュー
ティDVを油圧制御弁27に出力して本プログラムを終
了する。
【0031】尚、本実施形態では、ステップ205でソ
レノイドコイル温度TSに応じて制御回転角DVFBを
補正することで、ソレノイドコイル温度TSに応じて制
御デューティDVを補正する(ソレノイドコイル温度T
Sに応じて補正された制御デューティDVを算出する)
ようにしたが、このステップ205を省いて、制御回転
角DVFBを補正せずに制御デューティDVを算出した
後、この制御デューティDVをソレノイドコイル温度T
Sに応じて補正するようにしても良い。
【0032】以上説明した本実施形態では、エンジン1
1のシリンダヘッドに取り付けられた油圧制御弁27の
ソレノイドコイル温度TSに最も影響を与える要因がシ
リンダヘッド温度であることに着目し、シリンダヘッド
温度と相関関係のある冷却水温に基づいてソレノイドコ
イル温度を推定するようにしたので、ソレノイドコイル
温度を検出する温度センサを設けなくても、ソレノイド
コイル温度を精度良く推定することができる。そして、
この推定ソレノイドコイル温度に応じて油圧制御弁27
の制御デューティを補正するようにしたので、ソレノイ
ドコイル温度に起因した制御誤差を補正できて、ソレノ
イドコイル温度に影響されない安定した可変バルブタイ
ミング制御を実現できる。しかも、ソレノイドコイルの
電流を検出する電流検出回路を廃止できるため、制御系
の回路構成を簡素化できてコスト削減も可能となる。
【0033】また、ソレノイドコイルの熱授受に影響を
及ぼす要因として、エンジン温度(冷却水温)の他に、
エンジン回転速度、負荷、車速、外気温度、制御デュー
ティがあることを考慮して、本実施形態では、冷却水温
に基づいて推定したソレノイドコイル温度を、エンジン
回転速度、負荷、車速、外気温度、制御デューティの少
なくとも1つに基づいて補正するようにしたので、冷却
水温以外の影響を補正でき、ソレノイドコイル温度の推
定精度を向上できる。
【0034】尚、ソレノイドコイル温度を推定する際
に、エンジン回転速度、負荷、車速、外気温度、制御デ
ューティの少なくとも1つと冷却水温とに基づいてソレ
ノイドコイル温度を推定するようにしても良く、この場
合でも、ソレノイドコイル温度の推定精度を向上でき
る。また、ソレノイドコイル温度と相関関係のある温度
を推定して、この温度に応じて制御デューティを補正す
るようにしても良い。
【0035】また、本実施形態では、ソレノイドコイル
温度を推定する温度推定モデルとして一次遅れ式(一次
なまし式)を用いたが、他のモデル式を用いても良い。
また、本発明によるソレノイドコイル温度に応じた補正
と、特開平10−227235号公報に示すような油温
に応じた補正とを組み合わせて実施するようにしても良
い。
【0036】その他、本発明は、吸気バルブの可変バル
ブタイミング制御装置に限定されず、排気バルブの可変
バルブタイミング制御装置にも適用でき、更には、バル
ブリフト量を油圧で可変する油圧式の可変バルブリフト
制御装置にも適用して実施できる等、種々変更して実施
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システ
ム全体の概略構成図
【図2】ソレノイドコイル温度推定プログラムの処理の
流れを示すフローチャート
【図3】可変バルブタイミング制御プログラムの処理の
流れを示すフローチャート
【図4】相対回転角偏差(VVT−VT)から制御回転
角DVFBを算出するマップの一例を示す図
【図5】ソレノイドコイル温度TSから補正係数Kを算
出するマップの一例を示す図
【図6】始動後の冷却水温とソレノイドコイル温度(推
定値、実測値)との変化の一例を示すタイムチャート
【符号の説明】
11…エンジン(内燃機関)、12…クランク軸、16
…吸気側カム軸、17…排気側カム軸、18…可変バル
ブタイミング調整機構(可変バルブ機構)、19…カム
角センサ、20…クランク角センサ、21…エンジン制
御回路(ソレノイドコイル温度推定手段,補正制御手
段)、22…水温センサ、23…吸気量センサ、24…
車速センサ、25…スロットルセンサ、26…外気温度
センサ、27…油圧制御弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3G018 AB17 BA33 CA12 CA18 DA57 3G092 AA11 DA01 DA08 DF04 DG05 DG09 EC01 EC06 EC08 FA06 FA50 HA01Z HA04Z HA06Z HA11Z HA13X HA13Z HE01Z HE03Z HE08Z HF19Z HF21Z 3H106 EE48 FA01 KK17

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関のバルブタイミングとバルブリ
    フト量の少なくとも一方を可変する油圧式の可変バルブ
    機構と、この可変バルブ機構の油圧を制御する油圧制御
    弁とを備えた内燃機関の可変バルブ機構制御装置におい
    て、 前記油圧制御弁のソレノイドコイル温度又はこれと相関
    関係のある温度(以下「ソレノイドコイル温度情報」と
    いう)を推定するソレノイドコイル温度推定手段と、 前記コイル温度推定手段で推定したソレノイドコイル温
    度情報に基づいて前記油圧制御弁の制御値を補正する補
    正制御手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の
    可変バルブ機構制御装置。
  2. 【請求項2】 前記ソレノイドコイル温度推定手段は、
    内燃機関の冷却水温を検出する水温センサの出力に基づ
    いてソレノイドコイル温度情報を推定することを特徴と
    する請求項1に記載の内燃機関の可変バルブ機構制御装
    置。
  3. 【請求項3】 前記ソレノイドコイル温度推定手段は、
    冷却水温とソレノイドコイル温度との関係を一次遅れ式
    で模擬した温度推定モデルを用いてソレノイドコイル温
    度情報を推定することを特徴とする請求項2に記載の内
    燃機関の可変バルブ機構制御装置。
  4. 【請求項4】 前記ソレノイドコイル温度推定手段は、
    推定ソレノイドコイル温度情報を、機関回転速度、負
    荷、車速、外気温度、前記油圧制御弁の制御値の少なく
    とも1つに基づいて補正する手段を備えていることを特
    徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の内燃機関の
    可変バルブ機構制御装置。
  5. 【請求項5】 前記ソレノイドコイル温度推定手段は、
    推定ソレノイドコイル温度情報をソレノイドコイル自身
    の温度に応じて補正する手段を備えていることを特徴と
    する請求項1乃至4のいずれかに記載の内燃機関の可変
    バルブ機構制御装置。
  6. 【請求項6】 前記ソレノイドコイル温度推定手段は、
    ソレノイドコイル自身の温度に応じて前記温度推定モデ
    ルの定数を変更することを特徴とする請求項3に記載の
    内燃機関の可変バルブ機構制御装置。
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