JP2008031973A - 内燃機関の可変バルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧駆動式の可変バルブタイミング装置（ＶＣＴ）を搭載したエンジンにおいて、ＶＣＴをフィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）モードで制御する期間を短くする。
【解決手段】吸気側と排気側のＶＣＴの制御モードを、基準位置制御モードとＦ／Ｂ制御モードとの間で切り換える際に、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 以上で、且つ、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が吸気側の基準位置となる最遅角位置付近に設定された切換判定値Ｋ3 以下のときには、吸気側ＶＣＴ１８の制御モードを基準位置制御モードに切り換える。そして、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 以上で、且つ、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が排気側の基準位置となる最進角位置付近に設定された切換判定値Ｋ4 以下のときには、排気側ＶＣＴ１９の制御モードを基準位置制御モードに切り換える。
【選択図】図９

Description

本発明は、内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブタイミングを変化させる油圧駆動式の可変バルブタイミング装置を備えた内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に関するものである。

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、内燃機関の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）を変化させる油圧駆動式の可変バルブタイミング装置を搭載したものがある。この可変バルブタイミング装置を搭載したシステムでは、目標バルブタイミング（バルブタイミングの目標進角値）が基準位置付近に設定された切換判定値以下のときには、油圧制御量（例えば油圧制御弁の制御デューティ値）を所定値に制御して実バルブタイミング（バルブタイミングの実進角値）を基準位置に保持する基準位置制御モードに切り換え、目標バルブタイミングが切換判定値を越えたときに、実バルブタイミングと目標バルブタイミングとの偏差を小さくするように油圧制御量をフィードバック（以下「Ｆ／Ｂ」と表記する）制御するＦ／Ｂ制御モードに切り換えるようにしたものがある。

しかし、吸気側と排気側の両方に可変バルブタイミング装置を搭載し、これら吸気側と排気側の各可変バルブタイミング装置の油圧制御弁に共通の油圧ポンプで油圧を供給するシステムでは、吸気側と排気側のいずれか一方の可変バルブタイミング装置がＦ／Ｂ制御モードで制御されている途中で、他方の可変バルブタイミング装置の制御モードが切り換えられると、その影響で一方の可変バルブタイミング装置に供給する油圧（油量）が変動することがあり、これが原因で実バルブタイミングが変動して、ドライバビリティや排気エミッションが悪化する可能性がある。

この対策として、特許文献１（特開２００５−９８１５０号公報）に記載されているように、吸気側と排気側のうちの少なくとも一方の可変バルブタイミング装置の目標バルブタイミングがＦ／Ｂ制御モード領域に入ったときに、吸気側と排気側の両方の可変バルブタイミング装置の制御モードを同時にＦ／Ｂ制御モードに切り換え、吸気側と排気側の両方の可変バルブタイミング装置の目標バルブタイミングが基準位置制御モード領域に入ったときに、吸気側と排気側の両方の可変バルブタイミング装置の制御モードを同時に基準位置制御モードに切り換えることで、一方の可変バルブタイミング装置がＦ／Ｂ制御モードで制御されている途中で、他方の可変バルブタイミング装置の制御モードが切り換わることを防止するようにしたものがある。
特開２００５−９８１５０号公報（第２頁等）

ところで、図２（ｂ）に示すように、可変バルブタイミング装置が基準位置制御モードで制御されている場合には、油圧制御量を所定値に制御して可変バルブタイミング装置の可動部をストッパ部に押し当てることで実バルブタイミングを基準位置（例えば最遅角位置）に保持するため、オイルの消費量（漏れ量）が多くなってオイルパン内のオイル貯溜量が少なくなる傾向がある。

一方、図２（ａ）に示すように、可変バルブタイミング装置がＦ／Ｂ制御モードで制御されている場合には、実バルブタイミングと目標バルブタイミングとの偏差を小さくするように油圧制御量をＦ／Ｂ制御するため、実バルブタイミングが目標バルブタイミング付近に制御されていると、オイルの消費量（可変バルブタイミング装置へのオイル供給量）が少なくなってオイルパン内のオイル貯溜量が多くなる傾向がある。このため、可変バルブタイミング装置がＦ／Ｂ制御モードで制御されている場合には、内燃機関のクランク軸の多くの部分がオイルパン内に貯溜されたオイルに浸ってクランク軸の回転抵抗が大きくなり、その分、内燃機関のトルク損失が増加して出力が低下する可能性がある。

しかし、上記特許文献２の技術では、吸気側と排気側のうちの少なくとも一方の可変バルブタイミング装置の目標バルブタイミングがＦ／Ｂ制御モード領域に入ったときに、吸気側と排気側の両方の可変バルブタイミング装置の制御モードを同時にＦ／Ｂ制御モードに切り換え、吸気側と排気側の両方の可変バルブタイミング装置の目標バルブタイミングが基準位置制御モード領域に入ったときに、吸気側と排気側の両方の可変バルブタイミング装置の制御モードを同時に基準位置制御モードに切り換えるため、可変バルブタイミング装置をＦ／Ｂ制御モードで制御する期間が長くなり、その分、上述したＦ／Ｂ制御モード時のオイル貯溜量の増加による内燃機関の出力低下が発生する期間が長くなるという欠点がある。

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、従って本発明の目的は、可変バルブタイミング装置をＦ／Ｂ制御モードで制御する期間を短くすることができ、Ｆ／Ｂ制御モード時のオイル貯溜量の増加による内燃機関の出力低下が発生する期間を短くすることができる内燃機関の可変バルブタイミング制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブタイミングを変化させる油圧駆動式の可変バルブタイミング装置を備えた内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、可変バルブタイミング装置の油圧制御量を所定値に制御して実バルブタイミングを基準位置に制御する基準位置制御モードと、実バルブタイミングと目標バルブタイミングとの偏差を小さくするように可変バルブタイミング装置の油圧制御量をフィードバック（以下「Ｆ／Ｂ」と表記する）制御するＦ／Ｂ制御モードとの間で切り換える制御モード切換手段を備え、内燃機関の回転速度が所定値以上のときに可変バルブタイミング装置の制御モードを基準位置制御モードに切り換えるようにしたものである。

内燃機関の回転速度が比較的高い運転領域で、目標バルブタイミングが基準位置（例えば吸気側の可変バルブタイミング装置の場合は最遅角位置）又はその付近に設定されるシステムでは、内燃機関の回転速度が所定値以上のときに、可変バルブタイミング装置の制御モードを基準位置制御モードに切り換えて、実バルブタイミングを基準位置に制御することで、実バルブタイミングを目標バルブタイミング又はその付近に制御することができる。このようにすれば、可変バルブタイミング装置をＦ／Ｂ制御モードで制御する期間を短くすることができ、Ｆ／Ｂ制御モード時のオイル貯溜量の増加による内燃機関の出力低下が発生する期間を短くすることができる。

ところで、内燃機関の回転速度が所定値以上であっても、目標バルブタイミングが基準位置から大きく離れている場合には、可変バルブタイミング装置の制御モードを基準位置制御モードに切り換えて、実バルブタイミングを基準位置に制御すると、実バルブタイミングが目標バルブタイミングから大きく離れてしまい、内燃機関の運転に悪影響を及ぼす可能性がある。

そこで、請求項２のように、内燃機関の回転速度が所定値以上で且つ目標バルブタイミングが所定範囲内のときに可変バルブタイミング装置の制御モードを基準位置制御モードに切り換えるようにしても良い。このようにすれば、内燃機関の回転速度が所定値以上で且つ目標バルブタイミングが基準位置又はその付近のときに、可変バルブタイミング装置の制御モードを基準位置制御モードに切り換えて、実バルブタイミングを基準位置に制御することができ、実バルブタイミングを確実に目標バルブタイミング又はその付近に制御することができる。

更に、請求項３のように、内燃機関の回転速度に対する可変バルブタイミング装置の制御モードの切換特性にヒステリシス特性を持たせるようにしても良い。このようにすれば、内燃機関の回転速度の僅かな変動で可変バルブタイミング装置の制御モードが基準位置制御モードとＦ／Ｂ制御モードとの間で頻繁に切り換わるハンチング現象を未然に防止することができる。

また、請求項４のように、内燃機関の吸気バルブのバルブタイミングを変化させる油圧駆動式の吸気側可変バルブタイミング装置と、排気バルブのバルブタイミングを変化させる油圧駆動式の排気側可変バルブタイミング装置とを備えたシステムの場合には、内燃機関の回転速度が所定値以上のときに基準位置制御モードへ切り換える制御の実行条件を吸気側可変バルブタイミング装置と排気側可変バルブタイミング装置で個別に設定するようにしても良い。このようにすれば、吸気側可変バルブタイミング装置と排気側可変バルブタイミング装置を、それぞれ適正な条件で基準位置制御モードに切り換えることができ、内燃機関の運転に悪影響を及ぼすことなく、吸気側の可変バルブタイミング装置や排気側の可変バルブタイミング装置をＦ／Ｂ制御モードで制御する期間を短くして、内燃機関の出力を向上させることができる。

また、吸気側と排気側の各可変バルブタイミング装置の油圧制御弁に共通の油圧ポンプで油圧を供給するシステムでは、油圧ポンプから各可変バルブタイミング装置の油圧制御弁に供給される油圧（油量）が低下する内燃機関の低回転領域で、一方の可変バルブタイミング装置がＦ／Ｂ制御モードで制御されている途中に、他方の可変バルブタイミング装置の制御モードが切り換えられると、その影響で一方の可変バルブタイミング装置に供給する油圧（油量）が変動する可能性が高くなる。

そこで、請求項５のように、内燃機関の回転速度が所定値よりも低いときには、吸気側可変バルブタイミング装置と排気側可変バルブタイミング装置のうちの少なくとも一方の目標バルブタイミングがＦ／Ｂ制御モード領域に入ったときに、吸気側可変バルブタイミング装置と排気側可変バルブタイミング装置の両方の制御モードを同時にＦ／Ｂ制御モードに切り換え、吸気側可変バルブタイミング装置と排気側可変バルブタイミング装置の両方の目標バルブタイミングが基準位置制御モード領域に入ったときに、吸気側可変バルブタイミング装置と排気側可変バルブタイミング装置の両方の制御モードを同時に基準位置制御モードに切り換えるようにしても良い。

このようにすれば、内燃機関の回転速度が所定値よりも低いとき、つまり、吸気側と排気側のうちの一方の可変バルブタイミング装置に供給する油圧（油量）が他方の可変バルブタイミング装置の制御モードの切り換えの影響で変動する可能性が高い低回転領域では、吸気側可変バルブタイミング装置と排気側可変バルブタイミング装置の両方の制御モードを同時に同じ制御モードに切り換えることができ、吸気側と排気側のうちの一方の可変バルブタイミング装置がＦ／Ｂ制御モードで制御されている途中に、他方の可変バルブタイミング装置の制御モードが切り換わることを防止することができる。これにより、一方の可変バルブタイミング装置に供給する油圧（油量）が他方の可変バルブタイミング装置の制御モードの切り換えの影響で変動することを防止できて、実バルブタイミングが変動することを防止することができ、バルブタイミング制御精度を向上させることができる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて可変バルブタイミング制御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。

吸気側カム軸１６には、油圧駆動式の吸気側可変バルブタイミング装置（以下「吸気側ＶＣＴ」と表記する）１８が設けられ、この吸気側ＶＣＴ１８によってクランク軸１２に対する吸気側カム軸１６の回転位相を進角させることで、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を最遅角位置（基準位置）から進角するようになっている。一方、排気側カム軸１７には、油圧駆動式の排気側可変バルブタイミング装置（以下「排気側ＶＣＴ」と表記する）１９が設けられ、この排気側ＶＣＴ１９によってクランク軸１２に対する排気側カム軸１７の回転位相を遅角させることで、排気側カム軸１７によって開閉駆動される排気バルブ（図示せず）のバルブタイミングを最進角位置（基準位置）から遅角するようになっている。

また、吸気側カム軸１６の外周側には、所定のカム角毎に吸気側カム角信号を出力する吸気側カム角センサ２０が取り付けられ、排気側カム軸１７の外周側には、所定のカム角毎に排気側カム角信号を出力する排気側カム角センサ２１が取り付けられている。更に、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２２が取り付けられている。

一方、油圧ポンプ２３は、クランク軸１２で駆動され、この油圧ポンプ２３の吐出口に接続された１本の油圧配管２５が、２本の個別油圧配管２６、２７に分岐されている。一方の個別油圧配管２６に、吸気側ＶＣＴ１８の油圧制御弁２８が接続され、他方の個別油圧配管２７に、排気側ＶＣＴ１９の油圧制御弁２９が接続されている。これにより、油圧ポンプ２３を駆動してオイルパン３０から汲み上げたオイルを各油圧制御弁２８、２９に圧送して、各油圧制御弁２８、２９に共通の油圧ポンプ２３で油圧を供給するようになっている。

各油圧制御弁２８、２９は、ソレノイド２８ａ、２９ａで弁体を駆動する電磁弁で構成され、各油圧制御弁２８、２９への通電をデューティ制御して、各ＶＣＴ１８、１９のバルブタイミング可変動作を制御するようになっている。このデューティ制御では、各油圧制御弁２８、２９の制御デューティ値Ｄｕｔｙ（通電率）を変化させて、各油圧制御弁２８、２９の駆動電流を変化させることで、各ＶＣＴ１８、１９の進角室や遅角室に供給するオイルの流量を変化させる。

前述したセンサ２０〜２２やその他の各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３１に入力される。このＥＣＵ３１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弁の燃料噴射量（図示せず）や点火プラグ（図示せず）の点火時期を制御する。

また、ＥＣＵ３１は、後述する図３乃至図８に示すバルブタイミング制御用の各プログラムを実行することで、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９の制御モードを基準位置制御モードとＦ／Ｂ制御モードとの間で切り換える。

吸気側ＶＣＴ１８が基準位置制御モードの場合には、吸気側ＶＣＴ１８の油圧制御弁２８の制御デューティ値Ｄｕｔｙ1 を駆動電流が所定の最遅角位置制御電流値になるように制御して吸気バルブタイミングの実進角値ＶＴ1 （吸気バルブの実バルブタイミング）を最遅角位置（基準位置）に制御し、排気側ＶＣＴ１９が基準位置制御モードの場合には、排気側ＶＣＴ１９の油圧制御弁２９の制御デューティ値Ｄｕｔｙ2 を駆動電流が所定の最進角位置制御電流値になるように制御して排気バルブタイミングの実遅角値ＶＴ2 （排気バルブの実バルブタイミング）を最進角位置（基準位置）に制御する。

一方、吸気側ＶＣＴ１８がＦ／Ｂ制御モードの場合には、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 （吸気バルブの目標バルブタイミング）と実進角値ＶＴ1 との偏差を小さくするように吸気側ＶＣＴ１８の油圧制御弁２８の制御デューティ値Ｄｕｔｙ1 をＦ／Ｂ制御し、排気側ＶＣＴ１９がＦ／Ｂ制御モードの場合には、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 （排気バルブの目標バルブタイミング）と実遅角値ＶＴ2 との偏差を小さくするように排気側ＶＣＴ１９の油圧制御弁２９の制御デューティ値Ｄｕｔｙ2 をＦ／Ｂ制御する。

ところで、図２（ｂ）に示すように、吸気側ＶＣＴ１８や排気側ＶＣＴ１９が基準位置制御モードで制御されている場合には、吸気側ＶＣＴ１８の油圧制御弁２８や排気側ＶＣＴ１９の油圧制御弁２９の制御デューティ値を所定値に制御して吸気側ＶＣＴ１８や排気側ＶＣＴ１９の可動部をストッパ部に押し当てることで実バルブタイミングを基準位置に保持するため、オイルの消費量（各ＶＣＴ１８，１９へのオイル供給量）が多くなってオイルパン３０内のオイル貯溜量が少なくなる傾向がある。

一方、図２（ａ）に示すように、吸気側ＶＣＴ１８や排気側ＶＣＴ１９がＦ／Ｂ制御モードで制御されている場合には、実バルブタイミングと目標バルブタイミングとの偏差を小さくするように吸気側ＶＣＴ１８の油圧制御弁２８や排気側ＶＣＴ１９の油圧制御弁２９の制御デューティ値をＦ／Ｂ制御するため、実バルブタイミングが目標バルブタイミング付近に制御されていると、オイルの消費量が少なくなってオイルパン３０内のオイル貯溜量が多くなる傾向がある。このため、吸気側ＶＣＴ１８や排気側ＶＣＴ１９がＦ／Ｂ制御モードで制御されている場合には、エンジン１１のクランク軸１２の多くの部分がオイルパン３０内に貯溜されたオイルに浸ってクランク軸１２の回転抵抗が大きくなり、その分、エンジン１１のトルク損失が増加して出力が低下する可能性がある。

しかし、図１０に示す従来のバルブタイミング制御では、エンジン回転速度に関係なく、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が吸気側の基準位置となる最遅角位置付近に設定された所定の切換判定値Ｋ1 以下で、且つ、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が排気側の基準位置となる最進角位置付近に設定された所定の切換判定値Ｋ2 以下のときに、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９の両方の制御モードを基準位置制御モードに切り換え、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が切換判定値Ｋ1 よりも大きいか、又は、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が切換判定値Ｋ2 よりも大きいときに、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９の両方の制御モードをＦ／Ｂ制御モードに切り換えるため、吸気側ＶＣＴ１８や排気側ＶＣＴ１９をＦ／Ｂ制御モードで制御する期間が長くなり、その分、上述したＦ／Ｂ制御モード時のオイル貯溜量の増加によるエンジン出力低下が発生する期間が長くなるという欠点がある。

そこで、本実施例のバルブタイミング制御では、図９に示すように、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 以上で、且つ、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が吸気側の基準位置となる最遅角位置付近に設定された所定の切換判定値Ｋ3 以下のときに、吸気側ＶＣＴ１８の制御モードを基準位置制御モードに切り換えて、吸気バルブタイミングの実進角値ＶＴ1 を最遅角位置（基準位置）に制御することで、吸気バルブタイミングの実進角値ＶＴ1 を目標進角値ＶＴＴ1 又はその付近に制御する。更に、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 以上で、且つ、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が排気側の基準位置となる最進角位置付近に設定された所定の切換判定値Ｋ4 以下のときに、排気側ＶＣＴ１９の制御モードを基準位置制御モードに切り換えて、排気バルブタイミングの実遅角値ＶＴ2 を最進角位置（基準位置）に制御することで、排気バルブタイミングの実遅角値ＶＴ2 を目標遅角値ＶＴＴ2 又はその付近に制御する。

これにより、吸気側ＶＣＴ１８や排気側ＶＣＴ１９をＦ／Ｂ制御モードで制御する期間を従来のバルブタイミング制御よりも短くして、Ｆ／Ｂ制御モード時のオイル貯溜量の増加によるエンジン出力低下が発生する期間を短くする。

また、吸気側ＶＣＴ１８の油圧制御弁２８と排気側ＶＣＴ１９の油圧制御弁２９に共通の油圧ポンプ２３で油圧を供給するシステムでは、油圧ポンプ２３から各油圧制御弁２８，２９に供給される油圧（油量）が低下するエンジン１１の低回転領域において、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９のうちの一方のＶＣＴがＦ／Ｂ制御モードで制御されている途中に、他方のＶＣＴの制御モードが切り換えられると、その影響で一方のＶＣＴに供給する油圧（油量）が変動する可能性が高くなる。

そこで、本実施例のバルブタイミング制御では、図９に示すように、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 よりも低いときには、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が吸気側の基準位置となる最遅角位置付近に設定された所定の切換判定値Ｋ1 以下で、且つ、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が排気側の基準位置となる最進角位置付近に設定された所定の切換判定値Ｋ2 以下のときに、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９の両方の制御モードを基準位置制御モードに切り換え、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が切換判定値Ｋ1 よりも大きいか、又は、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が切換判定値Ｋ2 よりも大きいときに、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９の両方の制御モードをＦ／Ｂ制御モードに切り換える。

これにより、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 よりも低いとき、つまり、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９のうちの一方のＶＣＴに供給する油圧（油量）が他方のＶＣＴの制御モードの切り換えの影響で変動する可能性が高い低回転領域では、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９の両方の制御モードを同時に同じ制御モードに切り換えて、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９のうちの一方のＶＣＴがＦ／Ｂ制御モードで制御されている途中に、他方のＶＣＴの制御モードが切り換わることを防止する。

以下、ＥＣＵ３１が実行する図３乃至図８に示すバルブタイミング制御用の各プログラムの処理内容を説明する。

［制御モード切換］
図３に示す制御モード切換プログラムは、ＥＣＵ３１の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう制御モード切換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、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 よりも低いか否かを判定する。

このステップ１０１で、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 よりも低いと判定された場合には、油圧ポンプ２３から各油圧制御弁２８，２９に供給される油圧（油量）が低下して、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９のうちの一方のＶＣＴに供給する油圧（油量）が他方のＶＣＴの制御モードの切り換えの影響で変動する可能性が高い低回転領域であると判断して、次のようにして、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９の両方の制御モードを同時に同じ制御モードに切り換える。

まず、ステップ１０２で、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が所定の切換判定値Ｋ1 よりも大きいか否か（吸気側Ｆ／Ｂ制御モード領域であるか否か）を判定する。この切換判定値Ｋ1 は、吸気バルブタイミングの最遅角位置よりも少し進角側のバルブタイミングに相当する進角値に設定される。

このステップ１０２で、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が切換判定値Ｋ1 以下である（吸気側基準位置制御モード領域である）と判定されれば、ステップ１０３に進み、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が所定の切換判定値Ｋ2 よりも大きいか否か（排気側Ｆ／Ｂ制御モード領域であるか否か）を判定する。この切換判定値Ｋ2 は、排気バルブタイミングの最進角位置よりも少し遅角側のバルブタイミングに相当する遅角値に設定されている。

その結果、上記ステップ１０２で吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が切換判定値Ｋ1 以下である（吸気側基準位置制御モード領域である）と判定され、且つ、上記ステップ１０３で排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が切換判定値Ｋ2 以下である（排気側基準位置制御モード領域である）と判定された場合には、ステップ１０４に進み、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９の両方の制御モードを同時に基準位置制御モードに切り換える（又は保持する）。

この基準位置制御モード中は、ステップ１０５で、後述する図５の吸気バルブタイミングの最遅角位置制御プログラムを実行して、吸気バルブタイミングの実進角値ＶＴ1 を最遅角位置（基準位置）に制御し、次のステップ１０６で、後述する図６の排気バルブタイミングの最進角位置制御プログラムを実行して、排気バルブタイミングの実遅角値ＶＴ2 を最進角位置（基準位置）に制御する。

一方、上記ステップ１０２で吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が切換判定値Ｋ1 よりも大きい（吸気側Ｆ／Ｂ制御モード領域である）と判定された場合、又は、上記ステップ１０３で排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が切換判定値Ｋ2 よりも大きい（排気側Ｆ／Ｂ制御モード領域である）と判定された場合には、ステップ１０７に進み、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９の両方の制御モードを同時にＦ／Ｂ制御モードに切り換える（又は保持する）。

このＦ／Ｂ制御モード中は、ステップ１０８で、後述する図７の吸気バルブタイミングのＦ／Ｂ制御プログラムを実行して、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 と実進角値ＶＴ1 との偏差を小さくするように吸気側ＶＣＴ１８の油圧制御弁２８をＦ／Ｂ制御し、次のステップ１０９で、後述する図８の排気バルブタイミングのＦ／Ｂ制御プログラムを実行して、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 と実遅角値ＶＴ2 との偏差を小さくするように排気側ＶＣＴ１９の油圧制御弁２９をＦ／Ｂ制御する。

これに対して、上記ステップ１０１で、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 以上であると判定された場合には、図４のステップ１１０に進み、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が所定の切換判定値Ｋ3 よりも大きいか否か（吸気側Ｆ／Ｂ制御モード領域であるか否か）を判定する。この切換判定値Ｋ3 は、吸気バルブタイミングの最遅角位置よりも少し進角側のバルブタイミングに相当する進角値に設定される。

その結果、上記ステップ１０１でエンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 以上であると判定され、且つ、上記ステップ１１０で吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が切換判定値Ｋ3 以下である（吸気側基準位置制御モード領域である）と判定された場合には、ステップ１１１に進み、吸気側ＶＣＴ１８の制御モードを基準位置制御モードに切り換える（又は保持する）。この後、ステップ１１２に進み、後述する図５の吸気バルブタイミングの最遅角位置制御プログラムを実行して、吸気バルブタイミングの実進角値ＶＴ1 を最遅角位置（基準位置）に制御する。

一方、上記ステップ１１０で、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が切換判定値Ｋ3 よりも大きい（吸気側Ｆ／Ｂ制御モード領域である）と判定された場合には、ステップ１１３に進み、吸気側ＶＣＴ１８の制御モードをＦ／Ｂ制御モードに切り換える（又は保持する）。この後、ステップ１１４に進み、後述する図７の吸気バルブタイミングのＦ／Ｂ制御プログラムを実行して、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 と実進角値ＶＴ1 との偏差を小さくするように吸気側ＶＣＴ１８の油圧制御弁２８をＦ／Ｂ制御する。

この後、ステップ１１５に進み、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が所定の切換判定値Ｋ4 よりも大きいか否か（排気側Ｆ／Ｂ制御モード領域であるか否か）を判定する。この切換判定値Ｋ4 は、排気バルブタイミングの最進角位置よりも少し遅角側のバルブタイミングに相当する遅角値に設定される。

その結果、上記ステップ１０１でエンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 以上であると判定され、且つ、上記ステップ１１５で排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が切換判定値Ｋ4 以下である（排気側基準位置制御モード領域である）と判定された場合には、ステップ１１６に進み、排気側ＶＣＴ１９の制御モードを基準位置制御モードに切り換える（又は保持する）。この後、ステップ１１７に進み、後述する図６の排気バルブタイミングの最進角位置制御プログラムを実行して、排気バルブタイミングの実遅角値ＶＴ2 を最進角位置（基準位置）に制御する。

一方、上記ステップ１１５で、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が切換判定値Ｋ4 よりも大きい（排気側Ｆ／Ｂ制御モード領域である）と判定された場合には、ステップ１１８に進み、排気側ＶＣＴ１９の制御モードをＦ／Ｂ制御モードに切り換える（又は保持する）。この後、ステップ１１９に進み、後述する図８の排気バルブタイミングのＦ／Ｂ制御プログラムを実行して、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 と実遅角値ＶＴ2 との偏差を小さくするように排気側ＶＣＴ１９の油圧制御弁２９をＦ／Ｂ制御する。

［吸気バルブタイミングの最遅角位置制御］
図３のステップ１０５又は図４のステップ１１２で、図５に示す吸気バルブタイミングの最遅角位置制御プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、吸気バルブタイミングの実進角値ＶＴ1 を最遅角位置に保持するのに必要な油圧制御弁２８の駆動電流値である最遅角位置制御電流値Ｉs1をＥＣＵ３１のメモリから読み込む。この最遅角位置制御電流値Ｉs1は、予め試験データ又は設計データ等に基づいて作成された吸気側ＶＣＴ１８の油圧制御弁２８の供給オイル流量特性に基づいて設定される。

この後、ステップ２０２に進み、最遅角位置制御電流値Ｉs1を制御デューティ値Ｄｕｔｙ1 に換算する。この制御デューティ値Ｄｕｔｙ1 で吸気側ＶＣＴ１８の油圧制御弁２８の通電をデューティ制御することで、油圧制御弁２８の駆動電流を最遅角位置制御電流値Ｉs1に制御して、吸気バルブタイミングの実進角値ＶＴ1 を最遅角位置に保持する。

［排気バルブタイミングの最進角位置制御］
図３のステップ１０６又は図４のステップ１１７で、図６に示す排気バルブタイミングの最進角位置制御プログラムが起動されると、まず、ステップ３０１で、排気バルブタイミングの実遅角値ＶＴ2 を最進角位置に保持するのに必要な油圧制御弁２９の駆動電流値である最進角位置制御電流値Ｉs2をＥＣＵ３１のメモリから読み込む。この最進角位置制御電流値Ｉs2は、予め試験データ又は設計データ等に基づいて作成された排気側ＶＣＴ１９の油圧制御弁２９の供給オイル流量特性に基づいて設定される。

この後、ステップ３０２に進み、最進角位置制御電流値Ｉs2を制御デューティ値Ｄｕｔｙ2 に換算する。この制御デューティ値Ｄｕｔｙ2 で排気側ＶＣＴ１９の油圧制御弁２９の通電をデューティ制御することで、油圧制御弁２９の駆動電流を最進角位置制御電流値Ｉs2に制御して、排気バルブタイミングの実遅角値ＶＴ2 を最進角位置に保持する。
［吸気バルブタイミングのＦ／Ｂ制御］
図３のステップ１０８又は図４のステップ１１４で、図７に示す吸気バルブタイミングのＦ／Ｂ制御プログラムが起動されると、まず、ステップ４０１で、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 と実進角値ＶＴ1 との偏差α1 を求める。
α1 ＝ＶＴＴ1 −ＶＴ1

この後、ステップ４０２に進み、目標進角値ＶＴＴ1 と実進角値ＶＴ1 との偏差α1 が小さくなるようにＰＩＤ制御等によりＦ／Ｂ制御量β1 を算出する。

この後、ステップ４０３に進み、Ｆ／Ｂ制御量β1 をＦ／Ｂ制御電流値Ｉβ1 に換算した後、ステップ４０４に進み、Ｆ／Ｂ制御電流値Ｉβ1 を保持電流値Ｉh1（現在の吸気バルブタイミングを保持する電流値）に加算して駆動電流値Ｉ1 を求める。
Ｉ1 ＝Ｉβ1 ＋Ｉh1

この後、ステップ４０５に進み、駆動電流値Ｉ1 を制御デューティ値Ｄｕｔｙ1 に換算する。この制御デューティ値Ｄｕｔｙ1 で吸気側ＶＣＴ１８の油圧制御弁２８の通電をデューティ制御することで、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 と実進角値ＶＴ1 との偏差α1 を小さくするように油圧制御弁２８をＦ／Ｂ制御して、吸気バルブタイミングの実進角値ＶＴ1 を目標進角値ＶＴＴ1 に一致させる。

［排気バルブタイミングのＦ／Ｂ制御］
図３のステップ１０９又は図４のステップ１１９で、図８に示す排気バルブタイミングのＦ／Ｂ制御プログラムが起動されると、まず、ステップ５０１で、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 と実遅角値ＶＴ2 との偏差α2 を求める。
α2 ＝ＶＴＴ2 −ＶＴ2

この後、ステップ５０２に進み、目標遅角値ＶＴＴ2 と実遅角値ＶＴ2 との偏差α2 が小さくなるようにＰＩＤ制御等によりＦ／Ｂ制御量β2 を算出する。

この後、ステップ５０３に進み、Ｆ／Ｂ制御量β2 をＦ／Ｂ制御電流値Ｉβ2 に換算した後、ステップ５０４に進み、Ｆ／Ｂ制御電流値Ｉβ2 を保持電流値Ｉh2（現在の排気バルブタイミングを保持する電流値）に加算して駆動電流値Ｉ2 を求める。
Ｉ2 ＝Ｉβ2 ＋Ｉh2

この後、ステップ５０５に進み、駆動電流値Ｉ2 を制御デューティ値Ｄｕｔｙ2 に換算する。この制御デューティ値Ｄｕｔｙ2 で排気側ＶＣＴ１９の油圧制御弁２９の通電をデューティ制御することで、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 と実遅角値ＶＴ2 との偏差α2 を小さくするように油圧制御弁２９をＦ／Ｂ制御して、排気バルブタイミングの実遅角値ＶＴ2 を目標遅角値ＶＴＴ2 に一致させる。

以上説明した本実施例では、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 以上で、且つ、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が吸気側の基準位置となる最遅角位置付近に設定された切換判定値Ｋ3 以下のときに、吸気側ＶＣＴ１８の制御モードを基準位置制御モードに切り換え、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 以上で、且つ、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が排気側の基準位置となる最進角位置付近に設定された切換判定値Ｋ4 以下のときに、排気側ＶＣＴ１９の制御モードを基準位置制御モードに切り換えるようにしたので、吸気側ＶＣＴ１８や排気側ＶＣＴ１９をＦ／Ｂ制御モードで制御する期間を従来のバルブタイミング制御よりも短くすることができ、Ｆ／Ｂ制御モード時のオイル貯溜量の増加によるエンジン出力低下が発生する期間を短くすることができる。

更に、本実施例では、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 以上のときに基準位置制御モードへ切り換える制御の実行条件（切換判定値Ｋ3 ，Ｋ4 ）を吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９で個別に設定するようにしたので、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９を、それぞれ適正な条件で基準位置制御モードに切り換えることができ、エンジン１１の運転に悪影響を及ぼすことなく、吸気側ＶＣＴ１８や排気側ＶＣＴ１９をＦ／Ｂ制御モードで制御する期間を短くして、エンジン出力を向上させることができる。

また、本実施例では、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 よりも低いときには、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９の両方の制御モードを同時に同じ制御モードに切り換えるようにしたので、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 よりも低いとき、つまり、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９のうちの一方のＶＣＴに供給する油圧（油量）が他方のＶＣＴの制御モードの切り換えの影響で変動する可能性が高い低回転領域において、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９の両方の制御モードを同時に同じ制御モードに切り換えて、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９のうちの一方のＶＣＴがＦ／Ｂ制御モードで制御されている途中に、他方のＶＣＴの制御モードが切り換わることを防止することができる。これにより、一方のＶＣＴに供給する油圧（油量）が他方のＶＣＴの制御モードの切り換えの影響で変動することを防止できて、実バルブタイミングが変動することを防止することができ、バルブタイミング制御精度を向上させることができる。

尚、上記実施例では、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９で基準位置制御モードへの切り換えを判定するエンジン回転速度（所定回転速度Ｎ1 ）を同じ値に設定したが、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９で基準位置制御モードへの切り換えを判定するエンジン回転速度を別々に設定するようにしても良い。

また、上記実施例では、吸気側ＶＣＴ１８の基準位置制御モードへの切り換えを判定する切換判定値Ｋ3 を基準位置付近（最遅角位置よりも少し進角側）に設定すると共に、排気側ＶＣＴ１９の基準位置制御モードへの切り換えを判定する切換判定値Ｋ4 を基準位置付近（最進角位置よりも少し遅角側）に設定するようにしたが、吸気側ＶＣＴ１８の切換判定値Ｋ3 や排気側ＶＣＴ１９の切換判定値Ｋ4 は、内燃機関の運転に悪影響を及ぼさない範囲で適宜変更しても良く、例えば、吸気側ＶＣＴ１８の切換判定値Ｋ3 を基準位置から離れた位置（最遅角位置よりも大きく進角側）に設定したり、或は、排気側ＶＣＴ１９の切換判定値Ｋ4 を基準位置から離れた位置（最進角位置よりも大きく遅角側）に設定するようにしても良い。

また、上記実施例では、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 以上で且つ吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が切換判定値Ｋ3 以下のときに、吸気側ＶＣＴ１８を基準位置制御モードに切り換え、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 以上で且つ排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が切換判定値Ｋ4 以下のときに、排気側ＶＣＴ１９を基準位置制御モードに切り換えるようにしたが、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 以上のときに、常に吸気側ＶＣＴ１８や排気側ＶＣＴ１９を基準位置制御モードに切り換えるようにしても良い。エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 以上のときに目標バルブタイミングが基準位置又はその付近に設定されるシステムでは、エンジン回転速度が所定回転速度Ｎ1 以上のときに、吸気側ＶＣＴ１８や排気側ＶＣＴ１９を基準位置制御モードに切り換えて、実バルブタイミングを基準位置に制御することで、実バルブタイミングを目標バルブタイミング又はその付近に制御することができる。

また、上記実施例では、吸気側ＶＣＴ１８や排気側ＶＣＴ１９の制御モードの切り換えを判定するエンジン回転速度（所定回転速度Ｎ1 ）を予め決められた一定値としたが、基準位置制御モードからＦ／Ｂ制御モードに切り換えるときとＦ／Ｂ制御モードから基準位置制御モードに切り換えるときとの間で所定回転速度Ｎ1 を変化させて、制御モードの切換特性にヒステリシス特性を持たせるようにしても良い。このようにすれば、エンジン回転速度の僅かな変動でＶＣＴ１８，１９の制御モードが基準位置制御モードとＦ／Ｂ制御モードとの間で頻繁に切り換わるハンチング現象を未然に防止することができる。

更に、基準位置制御モードからＦ／Ｂ制御モードに切り換えるときとＦ／Ｂ制御モードから基準位置制御モードに切り換えるときとの間で切換判定値Ｋ1 〜Ｋ4 を変化させて、制御モードの切換特性にヒステリシス特性を持たせるようにしても良い。このようにすれば、目標進角値ＶＴＴ1 や目標遅角値ＶＴＴ2 の僅かなばらつき（変動）でＶＣＴ１８，１９の制御モードが基準位置制御モードとＦ／Ｂ制御モードとの間で頻繁に切り換わるハンチング現象を未然に防止することができる。

また、上記実施例では、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９の両方を備えたシステムに本発明を適用したが、吸気側ＶＣＴ１８と排気側ＶＣＴ１９のどちらか一方のみを備えたシステムに本発明を適用しても良い。

また、上記実施例では、吸気側ＶＣＴ１８の基準位置を最遅角位置とし、排気側ＶＣＴ１９の基準位置を最進角位置としたが、これに限定されず、最遅角位置と最進角位置との間の中間的な位置を吸気側ＶＣＴ１８や排気側ＶＣＴ１９の基準位置としても良い。

本発明の一実施例における可変バルブタイミング制御システム全体の概略構成図である。 （ａ）はＦ／Ｂ制御モード時のオイルの状態を説明するための図で、（ｂ）は基準位置制御モード時のオイルの状態を説明するための図である。 制御モード切換プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その１）である。 制御モード切換プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その２）である。 吸気バルブタイミングの最遅角位置制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 排気バルブタイミングの最進角位置制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 吸気バルブタイミングのＦ／Ｂ制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 排気バルブタイミングのＦ／Ｂ制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 本実施例のバルブタイミング制御の実行例を示すタイムチャートである。 従来のバルブタイミング制御の実行例を示すタイムチャートである。

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…吸気側ＶＣＴ（吸気側可変バルブタイミング装置）、１９…排気側ＶＣＴ（排気側可変バルブタイミング装置）、２３…油圧ポンプ、２８、２９…油圧制御弁、３０…オイルパン、３１…ＥＣＵ（制御モード切換手段）

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブタイミングを変化させる油圧駆動式の可変バルブタイミング装置を備えた内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
   前記可変バルブタイミング装置の油圧制御量を所定値に制御して実バルブタイミングを基準位置に制御する基準位置制御モードと、実バルブタイミングと目標バルブタイミングとの偏差を小さくするように前記可変バルブタイミング装置の油圧制御量をフィードバック（以下「Ｆ／Ｂ」と表記する）制御するＦ／Ｂ制御モードとの間で切り換える制御モード切換手段を備え、
   前記制御モード切換手段は、内燃機関の回転速度が所定値以上のときに前記可変バルブタイミング装置の制御モードを前記基準位置制御モードに切り換えることを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
2. 前記制御モード切換手段は、内燃機関の回転速度が所定値以上で且つ目標バルブタイミングが所定範囲内のときに前記可変バルブタイミング装置の制御モードを前記基準位置制御モードに切り換え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タイミング制御装置。
3. 前記制御モード切換手段は、内燃機関の回転速度に対する前記可変バルブタイミング装置の制御モードの切換特性にヒステリシス特性を持たせることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
4. 内燃機関の吸気バルブのバルブタイミングを変化させる油圧駆動式の吸気側可変バルブタイミング装置と、排気バルブのバルブタイミングを変化させる油圧駆動式の排気側可変バルブタイミング装置とを備え、
   前記制御モード切換手段は、内燃機関の回転速度が所定値以上のときに前記基準位置制御モードへ切り換える制御の実行条件を前記吸気側可変バルブタイミング装置と前記排気側可変バルブタイミング装置で個別に設定す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タイミング制御装置。
5. 前記制御モード切換手段は、内燃機関の回転速度が所定値よりも低い場合は、前記吸気側可変バルブタイミング装置と前記排気側可変バルブタイミング装置のうちの少なくとも一方の目標バルブタイミングがＦ／Ｂ制御モード領域に入ったときに、前記吸気側可変バルブタイミング装置と前記排気側可変バルブタイミング装置の両方の制御モードを同時に前記Ｆ／Ｂ制御モードに切り換え、前記吸気側可変バルブタイミング装置と前記排気側可変バルブタイミング装置の両方の目標バルブタイミングが基準位置制御モード領域に入ったときに、前記吸気側可変バルブタイミング装置と前記排気側可変バルブタイミング装置の両方の制御モードを同時に前記基準位置制御モードに切り換えることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。

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