JP2005233153A - 可変バルブタイミング機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変バルブタイミング機構の制御におけるオーバーシュートの発生を回避する。
【解決手段】クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相の検出周期Ｔｒｅｆが可変バルブタイミング機構のアクチュエータに対するフィードバック制御周期Ｔｓ０よりも大きい場合は、前記回転位相を検出するまでアクチュエータ操作量を前回値に維持し、回転位相が検出された時点で、該回転位相の検出値に基づいて操作量を算出・更新して出力し、前記アクチュエータをフィードバック制御する（Ｓ４５〜４６、４７）。一方、前記検出周期Ｔｒｅｆが前記制御周期Ｔｓ０以下である場合は、該制御周期Ｔｓ０毎に最新の回転位相の検出値θｄｅｔに基づいてアクチュエータをフィードバック制御する（Ｓ４４〜４６、４７）。
【選択図】図１３

Description

本発明は、機関バルブ（吸気バルブ、排気バルブ）の開閉タイミング（バルブタイミング）を変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置に関する。

内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることによって、吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置としては、特許文献１に開示されるようなものがある。
このものは、クランクシャフトの基準回転位置でクランク角信号を出力するクランク角センサと、カムシャフトの基準回転位置でカム信号を出力するカムセンサと、を備え、前記基準回転位置のずれ角に基づいて回転位相を検出し、この回転位相が目標になるように可変バルブタイミング機構をフィードバック制御するようにしている。
特開２０００−２９７６８６号公報

ところで、上記従来の構成によると、一定のクランク角毎に回転位相が検出されることになるが、回転位相の検出結果に基づく可変バルブタイミング機構のフィードバック制御は、一般に微少単位時間毎に実行される。
このため、低回転時には、フィードバック制御の実行周期よりも回転位相の検出周期の方が長くなり、前記回転位相が更新される間は、同じ回転位相の検出結果に基づいて、すなわち、実際とは異なる回転位相に基づいてフィードバック制御が繰り返し行われてしまい、オーバーシュートが発生するおそれがあるという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、機関の低回転時で回転位相の検出周期が長くなった場合であっても、回転位相の検出結果に基づくフィードバック制御がオーバーシュートすることを回避でき高精度な制御性能が得られる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。

このため、請求項１記載の発明は、クランクシャフトの基準回転位置及びカムシャフトの基準回転位置に基づいてクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を検出する一方、前記回転位相の検出周期を算出して前記アクチュエータの設定された制御周期との大小を判定し、算出された回転位相検出周期が設定された制御周期より長いと判定されたときに、制御周期を算出された回転位相検出周期以上に変更するようにした。

このようにすれば、回転位相が検出された時点で該回転位相に基づいて算出された操作量によってアクチュエータが駆動されるため、実際とは異なる同じ回転位相の検出結果を用いて繰り返しフィードバック制御されることがなく、オーバーシュート等が発生することが防止できる。
更に、回転位相が検出されるまでの間は操作量の演算をしないようにした場合は、演算負荷を軽減できるという効果もある。

また、請求項２に係る発明は、前記設定された制御周期でアクチュエータの操作量を算出しつつ、回転位相が検出される間に算出されたアクチュエータ操作量による制御の実行を禁止し、回転位相が検出された直後に前記設定された制御周期で該検出された回転位相に基づいて算出されたアクチュエータ操作量による制御を実行するようにした。
このようにすれば、回転位相が検出される間も所定の制御周期で操作量の算出は行うが、この間に算出された操作量による制御の実行が禁止され、回転位相が検出された直後の設定された制御周期で算出された操作量で制御を実行するので、実際とは異なる同じ回転位相の検出結果を用いて繰り返しフィードバック制御されることがなく、オーバーシュート等が発生することが防止でき、さらに、制御周期（操作量の演算周期）を変更する必要がないため、制御プログラムの複雑化を防止することができる。

また、請求項３に係る発明は、回転位相の検出周期を機関回転速度に基づいて算出するようにした。
このようにすれば、回転位相の検出周期は機関回転速度に依存するため、機関回転速度をモニタすることで容易に検出周期を算出することができる。

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及び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、吸気バルブ１０５のバルブタイミング（弁開閉タイミング）を進遅角する機構で構成される可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１３及び該吸気側カムシャフト１３４の回転位置を検出するカム角センサ２０１が吸気側カムシャフトの端部に設けられる。カム角センサ２０１は、吸気カムシャフト１３４の所定の回転位置に同期して信号を出力し、該信号出力時にクランク角センサで検出されるクランク角位置に基づいてクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位置を検出する。つまり、カム角センサ２０１が吸気側カムシャフト１３４の基準回転位置を検出したときの、クランク角センサで検出されるクランクシャフト１２０の基準回転位置からのクランク角位置を、クランクシャフト１２０に対するカムシャフトの回転位相として検出する。

前記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のバルブ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側に可変バルブタイミング機構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前記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°毎の基準クランク角信号ＲＥＦ（基準回転位置信号）と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９に基づいて説明する。図２に示すように、前記吸気側のカムシャフト１３４と、このカムシャフト１３４の前端部に必要に応じて相対回動できるように組み付けられ、チェーン（図示せず）を介してクランクシャフト１２０に連係されるタイミングスプロケット３０２を外周に有する駆動リンク３０３（駆動回転体）と、この駆動リング３とカムシャフト１３４の前方側（図２中左側）に配置されて、両者３０３，３０１の組付角を操作する組付角操作機構３０４と、この組付角操作機構３０４のさらに前方側に配置されて、同機構３０４を駆動する操作力付与手段３０５と、内燃機関の図外のシリンダヘッドとヘッドカバーの前面に跨って取り付けられて組付角操作機構３０４と操作力付与手段３０５の前面と周域を覆う図外のＶＴＣカバーと、を備えている。

駆動リング３０３は、段差状の挿通孔３０６を備えた短軸円筒状に形成され、この挿通孔３０６部分が、カムシャフト１３４の前端部に結合された従動軸部材３０７（従動回転体）に回転可能に組み付けられている。そして、駆動リング３０３の前面（カムシャフト１３４と逆側の面）には、図３に示すように、対面する平行な側壁を有する３個の径方向溝３０８（径方向ガイド）が駆動リング３０３のほぼ半径方向に沿うように形成されている。

また、従動軸部材３０７は、図２に示すように、カムシャフト１３４の前端部に突き合される基部側外周に拡径部が形成されると共に、その拡径部よりも前方側の外周面に放射状に突出する三つのレバー３０９が一体に形成され、軸芯部を貫通するボルト３１０によってカムシャフト１３４に結合されている。各レバー３０９には、リンク３１１の基端がピン３１２によって軸支連結され、各リンク３１１の先端には前記各径方向溝３０８に摺動自由に係合する円柱状の突出部３１３が一体に形成されている。

各リンク３１１は、突出部３１３が対応する径方向溝３０８に係合した状態において、ピン３１２を介して従動軸部材３０７に連結されているため、リンク３１１の先端側が外力を受けて径方向溝３０８に沿って変位すると、駆動リング３０３と従動軸部材３０７とはリンク３１１の作用によって突出部３１３の変位に応じた方向及び角度だけ相対回動する。

また、各リンク３１１の先端部には、軸方向前方側に開口する収容穴３１４が形成され、この収容穴３１４に、後述する渦巻き溝３１５（渦巻き状ガイド）に係合する球面突起３１６ａを有する係合ピン３１６（転動部材）と、この係合ピン３１６を前方側（渦巻き溝３１５側）に付勢するコイルばね３１７とが収容されている。なお、この実施形態においては、リンク３１１の先端の突出部３１３と係合ピン３１６、コイルばね３１７等とによって径方向に変位可能な可動案内部が構成されている。

一方、従動軸部材３０７のレバー３０９の突設位置よりも前方側には、円板状のフランジ壁３１８ａを有する中間回転体３１８が軸受３３１を介して回転自在に支持されている。この中間回転体３１８のフランジ壁３１８ａの後面側には断面半円状の前述の渦巻き溝３１５が形成され、この渦巻き溝３１５に、前記各リンク３１１の先端の係合ピン３１６が転動自在に案内係合されている。渦巻き溝３１５の渦巻きは、駆動リング３０３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。したがって、各リンク３１１先端の係合ピン３１６が渦巻き溝３１５に係合した状態において、中間回転体３１８が駆動リング３０３に対して遅れ方向に相対回転すると、リンク３１１の先端部は径方向溝３０８に案内されつつ、渦巻き溝３１５の渦巻き形状に誘導されて半径方向内側に移動し、逆に、中間回転体３１８が進み方向に相対変位すると、半径方向外側に移動する。

この実施形態の組付角操作機構３０４は、以上説明した駆動リング３０３の径方向溝３０８、リンク３１１、突出部３１３、係合ピン３１６、レバー３０９、中間回転体３１８、渦巻き溝３１５等によって構成されている。この組付角操作機構３０４は、操作力付与手段３０５から中間回転体３１８にカムシャフト１３４に対する相対的な回動操作力が入力されると、その操作力が渦巻き溝３１５と係合ピン３１６の係合部を通してリンク３１１の先端を径方向に変位させ、このときリンク３１１とレバー３０９の作用によって駆動リンク３０３と従動軸部材３０７に相対的な回動力を伝達する。

一方、操作力付与手段３０５は、中間回転体３１８を駆動リング３０３の回転方向に付勢するゼンマイばね３１９と、中間回転体３１８を駆動リング３０３の回転方向と逆方向に付勢すべく制動機構であるヒステリシスブレーキ３２０と、を備えてなり、内燃機関の運転状態に応じてヒステリシスブレーキ３２０の制動力を適宜制御することにより、中間回転体３１８を駆動リング３０３に対して相対回動させ、或は、この両者の回動位置を維持するようになっている。

ゼンマイばね３１９は、駆動リング３０３に一体に取り付けられた円筒部材３２１にその外周端部が結合される一方で、内周端部が中間回転体３１８の円筒状の基部に結合され、全体が中間回転体３１８のフランジ壁３１８ａの前方側スペースに配置されている。
一方、ヒステリシスブレーキ３２０は、中間回転体３１８の前端部にリテーナプレート３２２を介して取り付けられた有底円筒状のヒステリシスリング３２３と、非回転部材である図外のＶＴＣカバーに回転を規制した状態で取り付けられた磁界制御手段としての電磁コイル３２４と、電磁コイル３２４の磁気を誘導する磁気誘導部材であるコイルヨーク３２５と、を備え、電磁コイル３２４が機関の運転状態に応じて前記ＥＣＵ１１４によって通電制御されるようになっている。

ヒステリシスリング３２３は、図６に示すように、外部の磁界の変化に対して位相遅れをもって磁束力が変化する特性（磁気的ヒステリシス特性）を持つヒステリシス材（半硬質材）によって形成され、外周側の円筒壁３２３ａ部分が前記コイルヨーク３２５によって制動作用を受けるようになっている。
コイルヨーク３２５は、電磁コイル３２４を取り囲むように全体が略円筒形状に形成され、その内周面が軸受３２８を介して従動軸部材３０７の先端部に回転可能に支持されている。そして、コイルヨーク３２５の後部面側（中間回転体３１８側）には磁気入出部分が円筒状の隙間をもって向かい合うように周面状の一対の対向面３２６，３２７が形成されている。

また、図４に示すように、コイルヨーク３２５の両対向面３２６，３２７には夫々円周方向に沿って複数の凹凸が連続して形成され、これら凹凸のうちの凸部３２６ａ，３２７ａが磁極（磁界発生部）を成すようになっている。
そして、一方の対向面３２６の凸部３２６ａと他方の対向面３２７の凸部３２７ａは円周方向に交互に配置され、対向面３２６，３２７相互の近接する凸部３２６ａ，３２７ａがすべて円周方向にずれている。したがって、両対向面３２６，３２７の近接する凸部３２６ａ，３２７ａ間には、電磁コイル２４の励磁によって図７に示すような円周方向に傾きをもった向きの磁界が発生する。そして、両対向面３２６，３２７間の隙間には前記ヒステリシスリング３２３の円筒壁３２３ａが非接触状態で介装されている。

ここで、このヒステリシスブレーキ３２０の作動原理を図８によって説明する。なお、図８（ａ）はヒステリシスリング３２３（ヒステリシス材）に最初に磁界をかけた状態を示し、図８（ｂ）は上記（ａ）の状態からヒステリシスリング３２３を変位（回転）させた状態を示す。
図８（ａ）の状態においては、コイルヨーク３２５の対向面３２６，３２７間の磁界の向き（対向面２７の凸部３２７ａから他方の対向面３２６の凸部３２７ａに向かう磁界の向き）に沿うようにヒステリシスリング３２３内に磁束の流れが生じる。

この状態からヒステリシスリング３２３が図８（ｂ）に示すように外力Ｆを受けて移動すると、外部磁界内をヒステリシスリング３２３が変位することとなるため、このときヒステリシスリング３２３の内部の磁束は位相遅れをもち、ヒステリシスリング３２３の内部の磁束の向きは対向面３２６，３２７間の磁界の向きに対してずれる（傾斜する）こととなる。したがって、対向面３２７の凸部３２７ａからヒステリシスリング３２３に入る磁束の流れ（磁力線）と、ヒステリシスリング３２３から他方の対向面３２６の凸部３２６ａに向かう磁束の流れ（磁力線）が歪められ、このとき、この磁束の流れの歪みを矯正するような引き合い力が対向面３２６，３２７とヒステリシスリング３２３の間に作用し、その引き合い力がヒステリシスリング３２３を制動する抗力Ｆ’として働く。

このヒステリシスブレーキ３２０は、以上のようにヒステリシスリング３２３が対向面３２６，３２７間の磁界内を変位するときに、ヒステリシスリング３２３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３２３の回転速度（対向面３２６，３２７とヒステリシスリング３２３の相対速度）に関係なく、磁界の強さ、即ち、電磁コイル３２４の励磁電流の大きさに略比例した一定の値となる。

図９は、夫々この実施形態のヒステリシスブレーキ３２０における回転速度と制動トルクの関係を、励磁電流をａ〜ｄ（ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ）に変えて調べた試験結果である。この試験結果から明らかなように、ヒステリシスブレーキ３２０は渦電流を用いたブレーキのように回転速度の影響を何等受けることがなく、常に励磁電流値に応じた制動力を得ることができる。

本実施形態に係るＶＴＣ１１３は以上のような構成となっており、ヒステリシスブレーキ３２０の電磁コイル３２４の励磁をオフにすると、ゼンマイばね３１９の付勢力によって中間回転体３１８が駆動リング３０３に対して機関回転方向に最大限回転し、係合ピン３１６が渦巻き溝３１５の外周側端面３１５ａに突き当たる位置で規制され、この位置がＶＴＣ１１３の機構上で変更し得る回転位相の最遅角位置となる（図３参照）。

この状態から電磁コイル３２４の励磁をオンとすると、ゼンマイばね３１９の力に抗する制動力が中間回転体３１８に付与されて、中間回転体３１８が駆動リング３０３に対して逆方向に回転し、それによってリンク３１１の先端の係合ピン３１６が渦巻き溝３１５に誘導されてリンク３１１の先端部が径方向溝３０８に沿って変位し、リンク１１の作用によって駆動リング３０３と従動軸部材３０７の組付角が進角側に変更される。そして、前記電磁コイル３２４の励磁電流を増大して制動力を増大していくと、ついには係合ピン３１６が渦巻き溝３１５の内周側端面３１５ｂに突き当たる位置で規制され、この位置がＶＴＣ１１３の機構上で変更し得る回転位相の最進角位置となる（図５参照）。

この状態から電磁コイル３２４の励磁電流を減少して制動力を減少するとゼンマイばね３１９の付勢力によって中間回転体３１８が正方向に戻り回転し、渦巻き溝３１５による係合ピン３１６の誘導によってリンク３１１が上記と逆方向に揺動し駆動リング３０３と従動軸部材３０７の組付角が遅角側に変更される。
このように、このＶＴＣ１１３によって可変される（クランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の）回転位相は、電磁コイル３２４の励磁電流値を制御してヒステリシスブレーキ３２０の制動力を制御することによって任意の位相に変更し、ゼンマイばね３１９の力とヒステリシスブレーキ３２０の制動力のバランスによってその位相を保持することができる。

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）θｔｇ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）θｎｏｗを求め、この現在の回転位相θｎｏｗが前記目標回転位相θｔｇに一致するように、前記電磁コイル３２４への通電をフィードバック制御する。ここで、前記回転位相の検出周期は、前記カム角センサ２０１がカムシャフトの基準回転位置を検出する間（４サイクル機関ではクランク角７２０°）の周期、つまりクランク角周期である。一方、アクチュエータであるＶＴＣ１１３の操作量（電磁コイル３２４の通電電流）を算出更新して制御を実行する制御周期は、基本的に微少単位時間毎の時間周期として設定される。

したがって、設定された周期で制御を実行すると、既述したように低回転時には、制御周期よりも回転位相の検出周期の方が長くなり、前記回転位相が更新される間は、実際とは異なる同じ回転位相の検出結果に基づいて、フィードバック制御が繰り返し行われオーバーシュートが発生するおそれがある。
そこで、本発明では、低回転時に、設定された制御周期より回転位相検出周期の方が大きくなるときは、制御周期が回転位相検出周期以上となるように制御周期を変更する。

以下、かかる制御周期の変更を含むフィードバック制御について説明する。
図１０〜１２は、回転位相を検出するためのフローチャートである。
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からクランクシャフトの基準回転位置を検出して基準クランク信号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からカムシャフトの基準回転位置を検出してカム信号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）に検出されることになる。

図１３は、上記回転位相検出値に基づくＶＴＣ１１３のフィードバック制御の第１実施形態のフローチャートを示す。
図１３において、Ｓ４１では、目標回転位相（目標進角値）θｔｇを機関の運転条件（負荷・回転）に基づいて設定する。
Ｓ４２では、回転位相の検出周期（回転位相検出値θｄｅｔの検出間隔）Ｔｒｅｆを、機関回転速度Ｎｅに基づいて次式により算出する。

Ｔｒｅｆ＝１／[（Ｎｅ／６０）＊ｎ] （ｓｅｃ）
但し、ｎは、エンジン１回転で検出可能なカム信号の回数（２回）である。
Ｓ４３では、前記回転位相検出周期Ｔｒｅｆとフィードバック制御の予め設定された制御周期Ｔｓ０とを比較する。
回転位相検出周期Ｔｒｅｆが設定された制御周期Ｔｓ０以下となる中・高回転時は、該制御周期Ｔｓ０をそのまま制御周期Ｔｓとして制御を実行する。すなわち、Ｓ４４で制御周期Ｔｓ０毎の操作量更新時期を判定したときにＳ４６へ進み前記目標回転位相θｔｇと最新の回転位相検出値θｄｅｔとの偏差に基づいて、ＶＴＣ１１３の操作量（電磁コイル３２４の通電電流）を算出・更新し、Ｓ４７で、ＶＴＣ１１３の操作量を出力してフィードバック制御（電磁コイル３２４の通電電流値の更新）を実行する。図１７は、前記Ｓ４６でのＶＴＣ１１３の操作量算出のフローチャートをしめす。すなわち、Ｓ６１で作動角偏差ＥＲＲ（＝目標回転位相θｔｇ−回転位相検出値θｄｅｔ）を算出し、該偏差ＥＲＲに基づいてＳ６２〜Ｓ６４で順次図示の演算式にしたがって、比例分操作量Ｕｐ、積分操作量Ｕｉ、微分操作量Ｕｄを順次算出した後、Ｓ６５でこれら各操作量Ｕｐ，Ｕｉ，Ｕｄを加算してＶＴＣ１１３の操作量Ｕを算出する。但し、図示の演算式で、ＥＲＲｚ：偏差前回値，Ｇｐ：比例分ゲイン，Ｇｉ：積分分ゲイン，Ｇｄ：微分分ゲイン，Ｔｓ：制御周期，Ｉｚ：積分操作量前回値である。

図１３に戻って、Ｓ４３で回転位相検出周期Ｔｒｅｆが制御された制御周期Ｔｓ０より大きいと判定される低回転時は、該回転位相検出周期Ｔｒｅｆを制御周期Ｔｓとして制御を実行する。すなわち、Ｓ４５で、回転位相の検出が更新されたかを判定し、更新されたと判定されたときに、Ｓ４６で該更新された回転位相検出値を用いてＶＴＣ１１３の操作量を算出・更新し、Ｓ４７で、ＶＴＣ１１３の操作量を出力してフィードバック制御を実行する。

なお、設定または変更された制御周期の間（Ｓ４４，Ｓ４５の判定がＮＯ）では、Ｓ４８でＶＴＣ１１３の操作量を前回値に維持する。
図１４は、かかる制御内容を説明するための図（タイムチャート）である。
図１４に示すように、設定された制御周期Ｔｓ０一定のまま回転位相検出値に基づくフィードバック制御を実行すると、回転位相検出周期Ｔｒｅｆが制御周期Ｔｓ０より大きい場合は、実際の回転位相が刻々と変化しているにもかかわらず、同一の回転位相検出値に基づいてフィードバック制御が繰り返し行われることになる。このため、制御に用いる回転位相（検出値）と実際の回転位相と誤差が大きくなり、実際の回転位相が目標回転位相θtgを超えるオーバーシュートが発生するなど制御が悪化することになる。

これに対して、本実施形態では、低回転時に前記回転位相検出周期Ｔｒｅｆが制御周期Ｔｓ０より大きくなった場合には、回転位相検出周期Ｔｒｅｆを制御周期Ｔｓとして変更することで、回転位相検出が更新されるまでの実際とは異なる回転位相に基づき更新設定される操作量の制御が停止され、回転位相検出時点で設定される操作量の制御が維持されるので、回転位相誤差に伴うオーバーシュートの発生を回避でき、目標回転位相θtgに滑らかに収束させることができる。

具体的には、目標回転位相θｔｇがステップ的に変化した場合で考えると、図１４に示すように、低回転時に前記回転位相検出周期Ｔｒｅｆが設定された制御周期Ｔｓ０より大きい場合に、一定の制御周期Ｔｓ０でＰＩＤ制御を実行すると、同図（Ｄ）に示すように、回転位相検出が更新されるまでに制御周期Ｔｓ０毎に更新設定される操作量は、偏差一定であるので比例分Ｐは変化せず、微分分Ｄも０であるが、誤った偏差に応じて設定される積分分Ｉが更新毎に増大し、これにより、オーバーシュートが発生する。目標回転位相θｔｇが徐々に変化して回転位相検出が更新されるまでに偏差が増大する場合は、比例分Ｐや微分分Ｄも誤った偏差に応じて更新設定されるので、さらにオーバーシュートが助長されてしまう可能性がある。

これに対し、本実施形態では、同図（Ｃ）に示すように、回転位相検出時に操作量を算出して制御後、次の回転位相検出が更新されるまでの間、操作量の更新を行うことなく、回転位相検出時点で設定された操作量に維持して制御されるので、オーバーシュートの発生を防止できる。
また、本実施形態では、回転位相検出が更新されるまでの間は、操作量の演算が停止されるので、演算負荷を軽減できる。

図１５は、ＶＴＣ１１３のフィードバック制御の第２実施形態のフローチャートを示す。
Ｓ５１で目標回転位相（目標進角値）θｔｇを設定し、Ｓ５２で回転位相の検出周期Ｔｒｅｆを算出することは同様である。
Ｓ５３では、設定された制御周期Ｔｓ０毎の操作量更新時期であるかを判定し、更新時期と判定されたときは、Ｓ５４へ進み、目標回転位相θｔｇと回転位相検出値θｄｅｔとの偏差に基づいて、図１７で示すように、ＶＴＣ１１３の操作量を算出した後、Ｓ５５へ進む。更新時期以外のときはＳ５８で前回出力値に維持した操作量をＳ５７で出力する。

Ｓ５５では、回転位相検出周期Ｔｒｅｆと設定された制御周期Ｔｓ０とを比較し、回転位相検出周期Ｔｒｅｆが制御周期Ｔｓ０以下となる中・高回転時は、前記Ｓ５４で算出した操作量をＳ５７でそのまま出力して、制御周期Ｔｓ０毎のフィードバック制御を実行する。
また、Ｓ５５で回転位相検出周期Ｔｒｅｆが制御周期Ｔｓ０より大きいと判定される低回転時は、Ｓ５６へ進み、回転位相の検出が更新されたかを判定し、更新されるまではＳ５８，Ｓ５７へ進んで操作量が前回出力値に維持され、更新されたときにそのままＳ５７へ進み、Ｓ５４で最新の制御周期Ｔｓ０で算出した操作量を出力してフィードバック制御を実行する。

本実施形態にかかる制御内容を図１６に示す。
このようにすれば、低回転時にも制御周期Ｔｓ０毎に操作量の算出は行うが、回転位相検出直後の制御周期Ｔｓ０で算出した操作量で制御した後は、次の回転位相検出が更新されるまでは、この間に算出した操作量の出力を禁止し、回転位相検出直後に算出した操作量に維持して制御するので、第１の実施形態と同様、オーバーシュートの発生を防止しつつ、目標回転位相θtgに滑らかに収束させることができる。

また、本実施形態では、操作量の演算、出力は設定された制御周期Ｔｓ０に同期して行われ、制御周期Ｔｓ０を変更する必要がないので制御プログラムの複雑化を防止できる。
更に、以上説明した実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、その効果と共に以下に記載する。
（イ）請求項２記載の可変バルブタイミング機構の制御装置において、前記回転位相の検出が更新される間に演算されたアクチュエータの操作量による制御の実行を禁止することを特徴とする。

このようにすれば、回転位相の検出が更新されるまでの間は、操作量が保持され、回転位相が検出された時点で演算された操作量によってアクチュエータが駆動されるため、オーバーシュートの発生を防止できる。

本発明に係る可変バルブタイミング機構の制御装置を備えた内燃機関のシステム構成図。 可変バルブタイミング機構を示す断面図。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。 図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 上記可変バルブタイミング機構の作動状態を示す図３と同様の断面図。 ヒステリシス材の磁束密度−磁界特性を示すグラフ。 図４の部分拡大断面図。 図７の部品を直線状に展開した模式図であり、初期状態（ａ）とヒステリシスリングが回転したとき（ｂ）の磁束の流れを示す図。 上記可変バルブタイミング機構のブレーキトルク−回転速度特性（ａ）と従来技術のブレーキトルク−回転速度特性（ｂ）を示すグラフ。 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。 第１実施形態に係る可変バルブタイミング機構のフィードバック制御を示すフローチャートである。 第１実施形態における制御内容を示すタイムチャートである。 第２実施形態に係る可変バルブタイミング機構のフィードバック制御を示すフローチャートである。 第２実施形態における制御内容を示すタイムチャートである。 実施形態におけるＶＴＣ操作量を算出するフローチャート。

符号の説明

１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１２…可変バルブリフト機構、１１３…可変バルブタイミング機構、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、１３４…カムシャフト、２０１…カム角センサ、２０２…電流センサ、３２４…電磁コイル

Claims (3)

1. 内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相をアクチュエータによって変化させることで、吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置であって、
   前記クランクシャフトの基準回転位置を検出するクランク角センサと、
   前記カムシャフトの基準回転位置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の検出信号に基づいて前記回転位相を検出する回転位相検出手段と、
   前記回転位相検出手段による前記回転位相の検出周期を算出する回転位相検出周期算出手段と、
   前記アクチュエータの設定された制御周期と、前記算出された回転位相検出周期との大小を判定する周期判定手段と、
   前記算出された回転位相検出周期が前記設定された制御周期より長いと判定されたときに、制御周期を算出された回転位相検出周期以上に変更する制御周期変更手段と、
   を備える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。
2. 前記制御周期変更手段は、前記設定された制御周期でアクチュエータの操作量を算出しつつ、回転位相が検出される間に算出されたアクチュエータ操作量による制御の実行を禁止し、回転位相が検出された直後に前記設定された制御周期で該検出された回転位相に基づいて算出されたアクチュエータ操作量による制御を実行することを特徴とする請求項１記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
3. 前記回転位相検出周期算出手段は、回転位相の検出周期を機関回転速度に基づいて算出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。

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