JP2005054755A - 可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータの出力を制御して内燃機関のバルブ作動特性を変化させる構成において、操作量に対するアクチュエータ出力の非線形性に伴う制御性能の悪化を防止する。
【解決手段】操作量に対して非線形な出力特性（実線）を有するアクチュエータの出力を制御することで、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのバルブ作動特性を変化させる可変動弁機構の制御装置において、所定の線形出力特性（破線）のもとで算出された操作量がＡ１（Ａ２）のときには、これをそのままアクチュエータに出力するのではなく、算出された操作量Ａ１（Ａ２）に対応する前記所定の線形出力特性上のアクチュエータ出力Ｂ１（Ｂ２）を前記非線形な出力特性において得ることができるような操作量Ｄ１（Ｄ２）に補正して（変換）してアクチュエータに出力する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのバルブ作動特性（バルブタイミング、バルブリフト量）を変化させる可変動弁機構の制御装置に関する。

アクチュエータの出力を制御して内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのバルブ作動特性を変化させる可変動弁機構の制御装置としては、特許文献１に開示されたものがある。
このものは、カムシャフトを基準位置に戻す方向に付勢するスプリングと、制動力が加えられることによって前記スプリングの付勢力に抗してカムシャフトを基準位置から進（遅）角させるドラムと、このドラムに制動力を付加する電磁ブレーキと、を備えて構成され、アクチュエータとしての電磁式ブレーキの制動力を調整することによって、カムシャフトの進（遅）角量を変化させて、バルブ作動特性（バルブタイミング）を目標へと制御するようにしている。

ところで、上記のように、アクチュエータの出力によってバルブ作動特性を目標へと制御するものでは、目標バルブ作動特性と現在のバルブ作動特性との偏差に基づく比例（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ）動作等によってアクチュエータの操作量を算出し、この算出した操作量をアクチュエータに出力してフィードバック制御を行うのが一般的である。
しかし、アクチュエータとして電磁式ブレーキを採用した場合には、その駆動回路等に改良が加えられることもあって、操作量（電圧、電流）に対するアクチュエータ出力（制動力）が非線形となることが多い。

このため、上記ＰＩＤ動作等によりアクチュエータの定常ゲインが一定であることを前提として算出された操作量では、出力の非線形性によって、狙い通りの出力（制動力）を得ることができず、バルブ作動特性の制御性能（応答性等）が悪化するという問題があった。
特開平４−２７２４１１号公報

本発明が解決しようとする問題点は、アクチュエータの出力を制御して吸気バルブ又は排気バルブのバルブ作動特性を変化させる可変動弁機構の制御装置において、操作量に対するアクチュエータ出力の非線形性に伴う制御性能の悪化を防止、改善することである。

請求項１に記載の発明は、操作量に対する出力が非線形となる非線形出力特性を有するアクチュエータの出力を制御することで、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのバルブ作動特性を変化させる構成において、所定の線形出力特性のもとで前記アクチュエータの操作量を算出し、算出された操作量に対応する前記所定の線形出力特性上の出力を前記非線形出力特性において得られるように、前記算出された操作量を補正し、補正後の操作量を前記アクチュエータに出力するよう構成した。

かかる構成によると、アクチュエータが所定の線形出力特性を有する（定常ゲインが一定である）との認識のもとに、目標とするアクチュエータ出力が得られるような操作量が算出されるが、この算出された操作量がそのままアクチュエータに出力されるのではなく、算出された操作量に対応する線形出力特性上のアクチュエータ出力が、前記非線形特性において得られるような操作量に補正されてアクチュエータに出力される。

線形出力特性のもので算出された操作量をそのままアクチュエータに出力すると、その非線形出力特性によって、実際のアクチュエータ出力は、本来の狙いとするアクチュエータ出力に対して過不足が生じることになる。このため、バルブ作動特性を目標バルブ作動特性へと制御する際に、応答遅れやオーバーシュートが発生して制御性能が悪化するおそれがあるが、本発明では、算出された操作量は補正手段によって補正された後、アクチュエータに出力されるので、操作量に対するアクチュエータ出力の非線形性をあらかじめ吸収した形での制御が可能となり、比較的簡単な構成によって、非線形特性に伴う制御性能（応答性等）の悪化を防止できる。

請求項２に記載の発明は、前記可変動弁機構が、前記アクチュエータとしての電磁ブレーキの制動力を制御することで前記バルブ作動特性を変化させる構成であって、前記操作量を前記電磁ブレーキのコイル電流又はコイル電圧とした。
かかる構成によると、電磁ブレーキのコイル電流又はコイル電圧を制御することによって制動力を制御し、もって、吸気バルブ又は排気バルブのバルブ作動特性（開閉タイミング・バルブリフト量等）を変化させることになるが、上記のように、操作量としてのコイル電流又はコイル電圧に対する電磁ブレーキの制動力が非線形となる場合であっても、その非線形性を吸収して狙い通りの制動力を発生させることができるので、バルブ作動特性の制御性能（応答性等）の悪化を防止できる。

請求項３に記載の発明は、前記操作量算出手段が積分動作を含んだ制御動作によって、検出されたバルブ作動状態が所定の目標バルブ作動状態となるように前記アクチュエータの操作量を算出するようにした。
かかる構成によると、アクチュエータが非線形出力特性を有する場合であっても、最終的には狙いとするアクチュエータ出力へと収束させることができるが、上記のように、算出された操作量を補正手段によって補正した後に出力することにより、操作量に対するアクチュエータ出力の非線形性をあらかじめ吸収した形での制御が可能となるので、応答性、安定性といった制御性能を改善することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、実施形態における車両用内燃機関の構成図である。
この図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１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。

燃焼排気は、燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７は、それぞれ吸気側カムシャフト１３４、排気側カムシャフト１１０に設けられたカムによって開閉駆動されるが、吸気側カムシャフト１３４には、可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１３が設けられている。

このＶＴＣ１１３は、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５の開閉タイミングを変化させる機構であり、本実施形態では、後述するようなスパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミング機構を採用する。
なお、本実施形態では吸気バルブ１０５側にのみＶＴＣ１１３を備える構成としたが、吸気バルブ１０５側に代えて、又は、吸気バルブ１０５側と共に、排気バルブ１０７側にＶＴＣ１１３を備える構成であっても良い。

また、各気筒の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、該燃料噴射弁１３１は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ１０５に向けて噴射する。
マイクロコンピュータを内蔵するＥＣＵ１１４には、各種センサからの検出信号が入力され、該検出信号に基づく演算処理によって、前記電子制御スロットル１０４、ＶＴＣ１１３及び燃料噴射弁１３１を制御する。

前記各種センサとしては、アクセル開度を検出するアクセル開度センサＡＰＳ１１６、機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、クランクシャフト１２０からクランク角１８０°毎の基準回転位置で基準クランク角信号ＲＥＦを取り出すと共に単位クランク角度毎の単位角度信号ＰＯＳを取り出すクランク角センサ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、機関１０１の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、吸気側カムシャフト１３４からカム角９０°（クランク角１８０°）毎の基準回転位置でカム信号ＣＡＭを取り出すカムセンサ１３２が設けられている。

なお、前記基準クランク角信号ＲＥＦの周期、又は、単位時間当たりの単位角度信号ＰＯＳの発生数に基づいて、ＥＣＵ１１４において機関回転速度Ｎｅが算出される。
次に、前記ＶＴＣ１１３の構成を、図２〜図５に基づいて説明する。
ＶＴＣ１１３は、カムシャフト１３４と、駆動プレート２と、組付角調整機構４と、作動装置１５と、ＶＴＣカバー６と、を含んで構成される。

前記駆動プレート２は、機関１０１（クランクシャフト１２０）から回転が伝達されて回転する部材であり、前記組付角調整機構４は、前記カムシャフト１３４と駆動プレート２との組付角度を変化させる機構であって、作動装置１５によって作動する。
前記ＶＴＣカバー６は、図示省略したシリンダヘッドとロッカカバーの前端に跨って取り付けられ、駆動プレート２と組付角調整機構４の前面とその周域を覆うカバーである。

前記カムシャフト１３４の前端部（図２における左側）には、スペーサ８が嵌合され、更に、このスペーサ８は、カムシャフト１３４のフランジ部１３４ｆに貫通されるピン８０によって回転規制されている。
また、前記カムシャフト１３４には、径方向に油供給孔１３４ｒが複数貫通形成されている。

前記スペーサ８は、図３に示すように、円盤状の係止フランジ８ａと、この係止フランジ８ａの前端面から軸方向に延びる円管部８ｂと、同じく係止フランジ８ａの前端面であって円管部８ｂの基端側から外径方向の３方に延びて軸方向と平行な圧入穴８ｃが形成された軸支持部８ｄとが形成されている。
尚、上記軸支持部８ｄ及び圧入穴８ｃは、図３に示すように、それぞれ周方向に１２０°毎に配置される。

また、前記スペーサ８には油を供給する油供給孔８ｒが径方向に貫通形成されている。
前記駆動プレート２は、中心に貫通穴２ａが形成された円盤状に形成されており、前記スペーサ８に対して係止フランジ８ａによって軸方向の変位を規制された状態で相対回転自在に組み付けられている。
また、駆動プレート２は、図３に示すように、その後部外周に、クランクシャフト１２０から図示省略したチェーンを介して回転が伝達されるタイミングスプロケット３が形成されている。

更に、駆動プレート２の前端面には、貫通穴２ａと外周とを結んで外径方向に３つのガイド溝２ｇが形成されており、前記ガイド溝２ｇは、前記軸支持部８ｄと同様に、周方向に１２０°毎に配置される。
また、駆動プレート２の前端面の外周部には、円環状のカバー部材２ｃが溶接或いは圧入により固定されている。

本実施形態において、従動回転体は、カムシャフト１３４及びスペーサ８によって構成され、駆動回転体は、タイミングスプロケット３を含む駆動プレート２によって構成される。
前記組付角調整機構４は、カムシャフト１３４と駆動プレート２との前端部側に配置されて、カムシャフト１３４と駆動プレート２との組付相対角度を変更するものである。

この組付角調整機構４は、図３に示すように、３本のリンクアーム１４を有している。
前記各リンクアーム１４は、先端部にスライド部としての円筒部１４ａが設けられ、また、この円筒部１４ａから外径方向に延びるアーム部１４ｂが設けられている。
前記円筒部１４ａには、収容孔１４ｃが貫通して形成される一方、アーム部１４ｂの基端部には、回動部としての回動穴１４ｄが貫通して形成されている。

前記リンクアーム１４は、前記スペーサ８の圧入穴８ｃに圧入された回動ピン８１に対して回動穴１４を装着して、回動ピン８１を中心に回動可能に取り付けられている。
一方、リンクアーム１４の円筒部１４ａは、前記駆動プレート２の径方向ガイドとしてのガイド溝２ｇに挿入されて、駆動プレート２に対して径方向に移動可能（スライド可能）に取り付けられている。

このような構成において、円筒部１４ａが外力を受けてガイド溝２ｇに沿って径方向にスライド変位すると、リンクアーム１４によるリンク作用により回動ピン８１が前記円筒部１４ａの径方向の変位量に応じた角度だけ周方向に移動することになるもので、この回動ピン８１の変位によりカムシャフト１３４が駆動プレート２に対して相対回転することになる。

図４及び図５は、前記組付角調整機構４の作動を示すもので、図４に示すように、円筒部１４ａがガイド溝２ｇにおいて駆動プレート２の外周側に配置されているときには、基端部の回動ピン８１がガイド溝２ｇに近い位置に引っ張られているもので、この位置が最遅角位置となる。
一方、図５に示すように、円筒部１４ａがガイド溝２ｇにおいて駆動プレート２の内周側に配置されているときには、回動ピン８１が周方向に押されてガイド溝２ｇから離れるもので、この位置が最進角位置となる。

上記組付角調整機構４における前記円筒部１４ａの径方向への移動は、前記作動装置１５により行われ、この作動装置１５は、作動変換機構４０と増減速機構４１とを備えている。
前記作動変換機構４０は、リンクアーム１４の円筒部１４ａに保持された球２２と、前記駆動プレート２の前面に対向して同軸に設けられたガイドプレート２４とを備え、このガイドプレート２４の回転を前記リンクアーム１４における円筒部１４ａの径方向の変位に変換する機構である。

前記ガイドプレート２４は、前記スペーサ８の円管部８ｂの外周に金属系のブッシュ２３を介して相対回転可能に支持されている。
また、前記ガイドプレート２４の後面には、断面略半円状で周方向の変位に伴って径方向に変位するガイドとしての渦巻状ガイド溝２８が形成され、かつ、径方向の中間部には、油の供給を行う油供給孔２４ｒが前後方向に貫通して形成されている。

前記渦巻状ガイド溝２８には、前記球２２が係合されている。
即ち、前記リンクアーム１４の円筒部１４ａに設けられた収容孔１４ｃには、図２及び図３に示すように、円盤状の支持パネル２２ａと、コイルスプリング２２ｂ（弾性体）と、リテーナ２２ｃと、球２２（球状部材）とが順に挿入されている。
また、前記リテーナ２２ｃは、前端部に球２２が飛び出した状態で支持する椀状の支持凹部２２ｄが形成されていると共に、外周に前記コイルスプリング２２ｂが着座するフランジ２２ｆが形成されている。

そして、図２に示す組付状態では、コイルスプリング２２ｂが圧縮され、支持パネル２２ａが駆動プレート２の前面に押し付けられ、かつ、前記球２２が渦巻状ガイド溝２８に押し付けられて上下方向で係合すると共に、渦巻状ガイド溝２８の延在方向には相対移動可能となっている。
また、前記渦巻状ガイド溝２８は、図４、５に示すように、駆動プレート２の回転方向Ｒに沿って次第に縮径するように形成されている。

従って、前記作動変換機構４０は、前記球２２が渦巻状ガイド溝２８に係合した状態で、ガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒに相対回転すると、球２２が渦巻状ガイド溝２８の渦巻形状に沿って半径方向外側に移動し、これによりスライド部としての円筒部１４ａが、図４に示す外径方向に移動し、リンクアーム１４に連結された回動ピン８１がガイド溝２ｇに近づくように引きつけられ、カムシャフト１３４は遅角方向に移動する。

逆に、上記状態からガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは逆方向に相対回転すると、球２２は渦巻状ガイド溝２８の渦巻形状に沿って半径方向内側に移動し、これによりスライド部としての円筒部１４ａが、図５に示す内径方向に移動し、リンクアーム１４に連結された回動ピン８１がガイド溝２ｇから離れる方向に押され、この場合、カムシャフト１３４は進角方向に移動する。

次に、増減速機構４１について詳細に説明する。
前記増減速機構４１は、前記ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して増速及び減速、即ち、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に移動（増速）させたり、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは反対側に移動（減速）させたりするものであり、遊星歯車機構２５と第１電磁ブレーキ２６と第２電磁ブレーキ２７とを備えている。

前記遊星歯車機構２５は、サンギヤ３０と、リングギヤ３１と、両ギヤ３０，３１に噛み合わされたプラネタリギヤ３３とを備えている。
図２、図３に示すように、前記サンギヤ３０は、ガイドプレート２４の前面側の内周に一体的に形成されている。
前記プラネタリギヤ３３は、前記スペーサ８の前端部に固定されたキャリアプレート３２に回転自在に支持されている。

また、前記リングギヤ３１は、前記キャリアプレート３２の外側に回転自在に支持された環状の回転体３４の内周に形成されている。
尚、前記キャリアプレート３２は、前記スペーサ８の前端部に嵌合されて、ワッシャ３７を前端部に当接させた状態でボルト９を貫通させてカムシャフト１３４に締結させて固定されている。

また、前記回転体３４の前端面には、前方を向いた制動面３５ｂを有した制動プレート３５がねじで固定されている。
また、前記サンギヤ３０が一体に形成されたガイドプレート２４の外周にも、前方を向いた制動面３６ｂを有した制動プレート３６が溶接や嵌合などにより固定されている。
従って、前記遊星歯車機構２５は、プラネタリギヤ３３が自転せずにキャリアプレート３２と共に公転したとすると、第１電磁ブレーキ２６ならびに第２電磁ブレーキ２７が非作動状態では、サンギヤ３０とリングギヤ３１はフリー状態で同速回転する。

この状態から第１電磁ブレーキ２６のみを制動作動させると、ガイドプレート２４がキャリアプレート３２に対して（カムシャフト１３４に対して）遅れる方向（図４、５のＲ方向とは逆方向）に相対回転し、駆動プレート２とカムシャフト１３４とが、図５に示す進角方向に相対変位することになる。
一方、第２電磁ブレーキ２７のみを制動作動させると、リングギヤ３１のみに制動力が付与され、リングギヤ３１がキャリアプレート３２に対して遅れ方向に相対回転することによってプラネタリギヤ３３が自転し、このプラネタリギヤ３３の自転がサンギヤ３０を増速させ、ガイドプレート２４を駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に相対回転し、駆動プレート２とカムシャフト１３４とが図４に示す遅角方向に相対回転することになる。

なお、本実施形態において、キャリアプレート３２が入力要素であり、サンギヤ３０が出力要素であり、リングギヤ３１がフリー要素となる。
前記第１電磁ブレーキ２６及び第２電磁ブレーキ２７は、それぞれ前述した制動プレート３６、３５の制動面３６ｂ、３５ｂに対向するよう内外２重に配置されて、前記ＶＴＣカバー６の裏面にピン２６ｐ、２７ｐによって回転のみを規制された浮動状態で支持された円管部材２６ｒ、２７ｒを有している。

これらの円管部材２６ｒ、２７ｒには、コイル２６ｃ、２７ｃが収容されていると共に、各コイル２６ｃ、２７ｃへの通電時に各制動面３５ｂ、３６ｂに押し付けられる摩擦材２６ｂ、２７ｂが装着されている。
また、各円管部材２６ｒ、２７ｒ及び各制動プレート３５、３６は、コイル２６ｃ、２７ｃへの通電時に磁界を形成するために鉄などの磁性体により形成されている。

それに対して、前記ＶＴＣカバー６は、通電時に磁束の漏れを生じさせないために、また、摩擦材２６ｂ、２７ｂは、永久磁石化して非通電時に制動プレート３５、３６に貼り付くのを防止するために、アルミなどの非磁性体により形成されている。
前記遊星歯車機構２５の出力要素としてのサンギヤ３０が設けられたガイドプレート２４と駆動プレート２の相対回動は、最遅角位置および最進角位置において組付角ストッパ６０により規制されるようになっている。

更に、前記遊星歯車機構２５において、リングギヤ３１と一体的に設けられている制動プレート３５と、キャリアプレート３２との間には、遊星歯車ストッパ９０が設けられている。
ところで、上述した前記作動変換機構４０は、リンクアーム１４の円筒部１４ａの位置を保持して、駆動プレート２とカムシャフト１３４との相対組付位置が変動しない構成となっているもので、その構成について説明する。

前記駆動プレート２からカムシャフト１３４には、リンクアーム１４およびスペーサ８を介して駆動トルクが伝達されるが、カムシャフト１３４からリンクアーム１４には、機関バルブ（吸気バルブ１０５）からの反力によるカムシャフト１３４の変動トルクが、回動ピン８１からリンクアーム１４の両端の枢支点を結ぶ方向の力Ｆとして入力される。
前記リンクアーム１４の円筒部１４ａは、径方向ガイドとしてのガイド溝２ｇに沿って径方向に案内されていると共に、円筒部１４ａから前面に突出した球２２が、渦巻状ガイド溝２８に係合されているため、各リンクアーム１４を介して入力される力Ｆは、ガイド溝２ｇの左右の壁とガイドプレート２４の渦巻状ガイド溝２８とによって支持される。

従って、リンクアーム１４に入力された力Ｆは互いに直交する二つの分力ＦＡ、ＦＢに分解されるが、これらの分力ＦＡ、ＦＢは、渦巻状ガイド構２８の外周側の壁と、ガイド溝２ｇの一方の壁とに略直交する向きで受け止められ、リンクアーム１４の円筒部１４ａがガイド溝２ｇに沿って移動することが阻止され、これにより、リンクアーム１４が回動することが阻止される。

よって、各電磁ブレーキ２６，２７の制動力によってガイドプレート２４が回動されてリンクアーム１４が所定の位置に回動操作された後には、基本的には制動力を付与し続けなくてもリンクアーム１４の位置を維持、つまり、駆動プレート２とカムシャフト１３４の回転位相をそのまま保持することができる。
なお、前記リンクアーム１４に入力された力Ｆは、外径方向に作用することに限られず、逆向きの内径方向に作用することもあるが、このときの分力ＦＡ、ＦＢは渦巻状ガイド溝２８の内周側の壁と、ガイド構２ｇの他方側とに略直角の向きに受け止められる。

ここで、上記ＶＴＣ１１３の作用を説明する。
クランクシャフト１２０とカムシャフト１３４の回転位相を遅角側に制御する場合には、第２電磁ブレーキ２７に通電する。
第２電磁ブレーキ２７に通電すると、第２電磁ブレーキ２７の摩擦材２７ｂが制動プレート３５に摩擦接触し、遊星歯車機構２５のリングギヤ３１に制動力が作用し、タイミングスプロケット３の回転に伴ってサンギヤ３０が増速回転される。

つまり、第２電磁ブレーキ２７のコイル電流又は電圧（操作量）を制御することで、リンクギヤ３１に対して所定の制動力（出力）を作用させ、これにより前記回転位相を遅角側の目標へと制御する。
このサンギヤ３０の増速回転によりガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒ側に回転させられ、これに伴ってリンクアーム１４に支持された球２２が渦巻状ガイド溝２８の外周側に移動する。

なお、この遅角側への移動は、組付角ストッパ６０により図４に示す最遅角位置において規制される。
更に、上述のように、リングギヤ３１の回転を第２電磁ブレーキ２７により制動するにあたり、瞬時に回転を規制するのではなく所定量の回転を許しながら制動を行うもので、この回転量が所定量となると遊星歯車ストッパ９０によりリングギヤ３１の回転が規制されるようになっている。

一方、カムシャフト１３４の組付角度を進角方向に変位させるときには、第１ブレーキ２６に通電する。
これにより、ガイドプレート２４に制動力が作用することで、ガイドプレート２４が駆動プレート２に対して回転方向Ｒとは反対方向に回動して、カムシャフト１３４は進角側に組付角度が変位される。

つまり、第１電磁ブレーキ２６のコイル電流又は電圧（操作量）を制御することで、ガイドプレート２４に対して所定の制動力（出力）を作用させ、これにより前記回転位相を進角側の目標へと制御する。
この進角側への移動は、組付角ストッパ６０により図５に示す最進角位置において規制される。

更に、ガイドプレート２４の回転が規制されると、プラネタリギヤ３３が自転してリングギヤ３１が増速回転されるが、この回転量が所定量となると遊星歯車ストッパ９０により回転が規制される。
そして、前記ＥＣＵ１１４は、クランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の目標回転位相（目標進角値）を機関の運転条件（負荷・回転）に基づいて設定する一方、現在の回転位相（進角値）を検出し、この現在の回転位相が目標回転位相に一致するように、第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７の通電をフィードバック制御する。

ところで、上記のように、本実施形態におけるＶＴＣ１１３では、アクチュエータとして前記第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７を採用している。これらは、ＤＣモータのように、その操作量（電流）に対する出力（トルク）特性が必ずしもリニアになっているとは限らず、操作量としてのコイル電流に対してその出力である制動力が非線形となる（非線形出力特性を有している）場合がある。

一方、ＥＣＵ１１４としては、通常、定常ゲインが一定であるとの認識のもと、すなわち、コイル電流に対してその制動力がリニアに変化すること（線形出力特性を有すること）を前提として動作する。
つまり、第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７が非線形特性を有している場合であっても、図６に示すように、目標とする制動力（Ｂ１）を発生させるため、ＥＣＵ１１４としては、所定の線形出力特性（図中破線で示す。以下、理想特性ということもある）を有するとの認識のもとでＡ１相当のコイル電流を操作量として算出し、これを第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７に出力することになる。

しかし、実際には非線形出力特性（図中実線で示す）有しているので、第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７が発生するのはＣ１相当の制動力であり、目標とする制動力（Ｂ１）を発生できない。
このような場合であっても、フィードバック制御により、最終的には目標とする制動力（Ｂ１）を発生するようにはなるが、そこに到達するまでにはある程度の時間を要するため、バルブタイミング制御の制御の性能（応答性）が悪化することになる。

また、同様に、目標とする制動力（Ｂ２）を発生させようとすると、ＥＣＵ１１４としては、Ａ２点相当のコイル電流を操作量として出力することになるが、実際に第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７が発生するのはＣ２相当の制動力となる。この場合であっても、最終的には目標とする制動力（Ｂ２）を発生するようにはなるが、目標とする制動力（Ｂ２）よりも大きな制動力（Ｃ２）が発生することになるため、オーバーシュートが発生するおそれがあり、やはり、バルブタイミング制御の性能が悪化する。

従って、このような非線形出力特性においては、上記した制御性能の悪化を防止するには、目標とする制動力Ｂ１、Ｂ２を発生させるように、当初から、それぞれＤ１、Ｄ２点相当のコイル電流を操作量として出力する必要がある。
更に、第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７に対する操作量としてコイル電圧を出力する構成において、コイル２６ｃ、２７ｃの時定数が大きく、操作電圧に対する電流応答が遅い場合等には、これに起因する応答性、安定性の悪化を防ぐために、駆動回路に電流応答性を向上させるような改良を加えることがあるが（ツェナー回路等）、かかる改良によってコイル電圧（操作量）に対するコイル電流特性がリニアでなくなってしまう場合もある（図７参照）。

このような状態では、たとえコイル電流に対して制動力がリニアに変化する場合であっても、コイル電圧−コイル電流特性の非線形性（以下、これを非線形電流特性という）によって、結局は、制動力も非線形に出力されてしまうことになる。
すなわち、非線形電流特性を有している場合には、図７に示すように、所定の制動力を発生させるためのコイル電流がＢ３相当であるとすると、ＥＣＵ１１４としては、コイル電圧に対するコイル電流がリニアに変化する（線形電流特性である）との認識のもと、Ａ３相当のコイル電圧を出力して第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７をフィードバック制御することになるが、実際には、その非線形電流特性によって、Ｃ３相当のコイル電流にしかならない（Ｃ３相当のコイル電流に対応する制動力しか発生しない）。

この場合において、制御性能の悪化を防止するためには、Ｂ３相当のコイル電流を得るように、実際には、Ｄ３点相当のコイル電圧を操作量として出力する必要がある。
つまり、ＥＣＵ１１４が所定の線形特性のもとで算出したコイル電流又はコイル電圧（操作量）Ｕ0をそのまま出力するだけでは、その非線形特性（非線形出力特性、非線形電流特性）によって、第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７に狙い通りの制動力を発生させることができないので、上記のように、バルブタイミング制御の性能が悪化することになる。

そこで、本実施形態では、算出した操作量Ｕ0をそのまま出力するのではなく、アクチュエータとしての第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７の非線形特性に応じてこれを補正し、補正後の操作量Ｕを出力することで、見かけ上、算出した操作量Ｕ0に対してアクチュエータ出力がリニアになるよう動作させて、制御性能の悪化を防止している。
具体的には、前記図６において、算出された操作量Ｕ0が、Ａ１（Ａ２）相当のコイル電流であるときには、これを補正してＤ１（Ｄ２）相当のコイル電流を出力するようにし、また、前記図７において、算出された操作量Ｕ0が、Ａ３相当のコイル電圧であるときには、これを補正してＤ３相当のコイル電圧を出力するようにする。

かかる補正は、例えば、以下のようにして行う。
まず、第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７のそれぞれについて、そのコイル電流−制動力特性をあらかじめ求めておき、この求めた特性（非線形出力特性)と前記理想特性（線形出力特性）との関係から、図８に示すような第１の補正（変換）テーブルを作成する。

そして、算出したコイル電流Ｕ0を、前記第１の補正（変換）テーブルによって最終的な操作量Ｕに補正（変換）し、これを第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７に出力することで、非線形出力特性に伴う制御性能の悪化を防止する。
一方、非線形電流特性に伴う制御性能の悪化に対しては、第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７のそれぞれについて、コイル電圧−コイル電流特性をあらかじめ求めておき、この求めた特性（非線形電流特性）と本来のコイル電圧−コイル電流特性（線形電流特性）との関係から、図９に示すような第２の補正（変換）テーブルを作成する。

そして、算出したコイル電圧Ｕ'0を前記第２の補正（変換）テーブルによって最終的な操作量Ｕ'に補正（変換）し、これを第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７に出力するようにする。
なお、第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７に対する操作量としてコイル電圧を出力する構成とした場合においては、非線形出力特性、非線形電流特性の双方について考慮することはもちろんであり、必要があれば、あらかじめ前記第１、第２の補正（変換）テーブルを合成して１つの第３の補正（変換）テーブルを作成しておけばよい。

図１０〜１３は、以上説明した第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７の制御内容を示すものである。
まず、図１０〜１２は、現在の回転位相（進角値）を検出するための処理である。
図１０は、単位角度信号ＰＯＳのカウント値ＣＰＯＳのリセット処理を行うフローチャートであり、クランク角センサ１１７から基準クランク信号ＲＥＦが出力されると実行される。

図１０において、Ｓ１１ではクランク角センサ１１７からの単位角度信号ＰＯＳのカウント値ＣＰＯＳを０とする。
図１１は、単位角度信号ＰＯＳのカウント値ＣＰＯＳのカウントアップ処理を行うフローチャートであり、クランク角センサ１１７から単位角度信号ＰＯＳが出力されると実行される。

図１１において、Ｓ２１ではカウント値ＣＰＯＳを１アップする。
以上の図１０、１１のフローにより、前記カウント値ＣＰＯＳは基準クランク角信号ＲＥＦの発生時に０にリセットされ、その後の単位角度信号ＰＯＳの発生数を計数した値となる。
図１２は、回転位相を検出するフローチャートであり、カムセンサ１３２からカム信号ＣＡＭが出力されると実行される。

図１２において、Ｓ３１では、基準クランク角信号ＲＥＦの発生からカム信号ＣＡＭの発生までの前記カウント値ＣＰＯＳを読み込む。
Ｓ３２では、読み込んだカウント値ＣＰＯＳに基づいてクランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の回転位相（回転位相検出値）θｄｅｔを検出する。
つまり、クランクシャフト１２０の対するカムシャフト１３４の回転位相検出値θｄｅｔは、カム信号ＣＡＭが出力される毎（クランク角１８０°毎）に検出され、更新されることになる。

図１３は、第１電磁ブレーキ２６又は第２電磁ブレーキ２７に出力する操作量（補正後の操作量）Ｕを算出するフローチャートであり、所定時間（例えば、１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。
図１３において、Ｓ４１では、前記回転位相検出値θｄｅｔを読み込む。
Ｓ４２では、機関の運転状態（負荷・回転）に基づいて、目標回転位相θｔｇを設定する。

Ｓ４３では、前記目標回転位相θｔｇと前回回転位相検出値θｄｅｔとの偏差ＥＲＲに基づく比例、積分、微分動作によって以下のように操作量Ｕ0を算出する。
Ｕ0＝Ｕｐ＋Ｕｉ＋Ｕｄ
Ｕｐ＝Ｇｐ＊ＥＲＲ
Ｕｉ＝Ｇｉ＊ＥＲＲ＊Ｔｓ＋Ｕｉｚ
Ｕｄ＝Ｇｄ＊（ＥＲＲ−ＥＲＲｚ）／Ｔｓ
ただし、Ｕｐ：比例操作量（比例項）、Ｕｉ：積分操作量（積分項）、Ｕｄ：微分操作量（微分項）、Ｇｐ：比例ゲイン、Ｇｉ：積分ゲイン、Ｇｄ：微分ゲイン、Ｔｓ：制御周期、Ｕｉｚ：積分操作量の前回値、ＥＲＲｚ：偏差の前回値、である。

Ｓ４４では、算出した操作量Ｕ0に基づいて、上記したような補正テーブル（図８、図９参照）を検索して最終的な操作量Ｕを設定する（算出したフィードバック操作量Ｕ0を補正する）。そして、この設定した最終的な操作量Ｕを前記第１電磁ブレーキ２６又は第２電磁ブレーキ２７へ出力する。
これにより、アクチュエータとしての第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７の有する非線形特性（非線形出力特性、非線形電流特性）をあらかじめ修正して、ＥＣＵ１１４によるバルブタイミング制御を精度よく実行できる。

なお、以上では、あらかじめ設定した補正テーブルにより最終的な操作量Ｕを設定するようにしているが、最終的な操作量Ｕとこの操作量Ｕによる実際の回転位相の変化との関係を検出し、検出した関係と初期の関係とを比較等することによって、前記補正テーブルを修正するよう構成してもよい。このようにすれば、第１電磁ブレーキ２６、第２電磁ブレーキ２７の有する特性が経時変化等した場合であっても、バルブタイミング制御を常に精度よく実行できる。

また、上記補正を行う領域を非線形度合いが大きい領域に限定するようにしてもよい。
更に、可変動弁機構としては、バルブタイミングを変化させるものに限らず、例えば、バルブリフト量を変化させるものであってもよい。

実施形態における内燃機関のシステム構成図である 実施形態における可変バルブタイミング機構を示す断面図である。 上記可変バルブタイミング機構の分解斜視図である。 上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を示す図２のＡ−Ａ断面図である。 上記可変バルブタイミング機構の要部の作動を示す図２のＡ−Ａ断面図である。 非線形型の出力特性における操作量（コイル電流）と実際のアクチュエータ出力（制動力）との関係を説明する図である。 非線形型の電流特性における操作量（コイル電圧）とコイル電流との関係を説明する図である。 算出された操作量を補正する補正テーブル（１）である。 同じく算出された操作量を補正する補正テーブル（２）である。 基準クランク角信号ＲＥＦ毎のＣＰＯＳリセット処理を示すフローチャートである。 単位角度信号ＰＯＳ毎のＣＰＯＳのカウントアップ処理を示すフローチャートである。 カム信号ＣＡＭ毎の進角値θdetの検出処理を示すフローチャートである。 最終的な操作量Ｕの算出を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１３…可変バルブタイミング機構ＶＴＣ、１１４…エンジンコントロールユニット、１１７…クランク角センサ、１２０…クランクシャフト、１３２…カムセンサ、１３４…カムシャフト

Claims (3)

1. 操作量に対する出力が非線形となる非線形出力特性を有するアクチュエータの出力を制御することで、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのバルブ作動特性を変化させる可変動弁機構の制御装置であって、
   所定の線形出力特性のもとで、前記アクチュエータの操作量を算出する操作量算出手段と、
   算出された操作量に対応する前記所定の線形出力特性上のアクチュエータ出力を、前記非線形出力特性において得られるように、前記操作量算出手段の算出した操作量を補正する補正手段と、を備え、
   補正後の操作量を前記アクチュエータに出力するよう構成したことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
2. 前記可変動弁機構は、前記アクチュエータとしての電磁ブレーキの制動力を制御することで前記バルブ作動特性を変化させる構成であり、
   前記操作量は、前記電磁ブレーキのコイル電流又は電圧であることを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構の制御装置。
3. 前記バルブ作動特性を検出するバルブ作動特性検出手段を備え、
   前記操作量算出手段は、積分動作を含んだ制御動作によって、検出されたバルブ作動特性が所定の目標バルブ作動特性となるように前記アクチュエータの操作量を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の可変動弁機構の制御装置。

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