JP2008190385A - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御遅れ時間を短縮して実運転特性の応答時間を短縮するとともに、高精度に実運転特性を制御することができる内燃機関制御装置を提供する
【解決手段】カム軸１５の実位相角ＶＴａをＯＣＶ３により変化させる内燃機関制御装置であって、クランク軸１１のクランク角を検出してクランク角信号ＳＧＴを出力するクランク角センサ２０と、カム軸１５の実位相角ＶＴａを検出する実位相角検出手段６５と、内燃機関１の運転状態を検出するエアフロセンサ７１およびスロットルポジションセンサ７２と、運転状態に基づいて目標位相角ＶＴｔを算出する目標位相角算出手段６６と、実位相角ＶＴａと目標位相角ＶＴｔとが互いに一致するように、Ｆ／Ｂ制御によってＯＣＶ３に対する操作量Ｄｏｕｔを算出する位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７とを備え、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、クランク角信号ＳＧＴに同期して操作量Ｄｏｕｔを算出する。
【選択図】図１

Description

この発明は、運転状態に応じて内燃機関の運転特性を変化させるための制御装置に関し、例えば、内燃機関のクランク軸に対するカム軸の位相角を変化させることにより、吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミング（バルブタイミング）を制御する内燃機関制御装置に関する。

従来から、内燃機関の運転特性をアクチュエータにより変化させる内燃機関制御装置が知られている。
以下、運転特性が内燃機関のクランク軸に対するカム軸の位相角である場合を例にして説明する。

従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置は、内燃機関の燃焼室に通じる吸気通路および排気通路を開閉するために、内燃機関の回転に同期して駆動される吸気バルブおよび排気バルブと、内燃機関のクランク軸に対するカム軸の位相角を変化させることにより、吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミングを変化させるバルブタイミング可変機構と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態に応じてカム軸の目標位相角（目標バルブタイミング、目標運転特性）を算出する目標運転特性算出手段（目標バルブタイミング算出手段）と、カム軸の実位相角（実バルブタイミング、実運転特性）を検出する実運転特性検出手段（実バルブタイミング検出手段）と、目標位相角と実位相角とが互いに一致するように、フィードバック制御（以下、「Ｆ／Ｂ制御」と称する）によってバルブタイミング可変機構に対する操作量（制御量）を算出する操作量Ｆ／Ｂ制御手段（実バルブタイミング制御手段）とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

このバルブタイミング制御装置において、実運転特性検出手段は、所定のクランク角毎に実位相角を検出する。また、操作量Ｆ／Ｂ制御手段は、検出された実位相角に基づいて、実位相角の検出周期とは異なる固定周期（例えば、２５ｍｓｅｃ）で、位相角Ｆ／Ｂ制御によりバルブタイミング可変機構に対する操作量を算出する。
そのため、実位相角が検出され、実位相角に基づいてバルブタイミング可変機構に対する操作量が算出されて、操作量に基づいてバルブタイミング可変機構が駆動されるまでの制御遅れ時間が長くなる可能性がある。

以下、図１２のタイミングチャートを参照しながら、上記従来のバルブタイミング制御装置による制御遅れ時間について説明する。
図１２は、従来のバルブタイミング制御装置において、操作量Ｆ／Ｂ制御手段が固定周期Ｔｆｂで位相角Ｆ／Ｂ制御を実行する場合の制御遅れ時間を示すタイミングチャートである。
ここでは、位相角Ｆ／Ｂ制御が実行された直後に実位相角が検出される場合について説明する。

図１２において、制御遅れ時間Ｔｃｎｔｄは、実位相角を検出する際に発生する実位相角検出遅れ時間Ｔｐｄｄと、位相角Ｆ／Ｂ制御を実行する際に発生する位相角Ｆ／Ｂ制御処理遅れ時間Ｔｆｂｄと、バルブタイミング可変機構をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）駆動する際に発生するＰＷＭ駆動遅れ時間Ｔｐｗｍｄとの総和となる。
なお、実位相角検出遅れ時間Ｔｐｄｄは、一般的な遅れ時間として、例えばクランク角信号の周期Ｔｓｇｔの１／２とする。

このとき、位相角Ｆ／Ｂ制御が実行された直後に実位相角が検出されているので、位相角Ｆ／Ｂ制御処理遅れ時間Ｔｆｂｄは、位相角Ｆ／Ｂ制御の固定周期Ｔｆｂの１周期分となる。
すなわち、実位相角の検出タイミングと位相角Ｆ／Ｂ制御の実行タイミングとのずれによって、最大で位相角Ｆ／Ｂ制御の固定周期Ｔｆｂの１周期分に相当する位相角Ｆ／Ｂ制御処理遅れ時間Ｔｆｂｄが制御遅れ時間Ｔｃｎｔｄに含まれることとなり、制御遅れ時間Ｔｃｎｔｄが長くなる。

したがって、実位相角の応答性を向上させるために位相角Ｆ／Ｂ制御のゲインを大きな値に設定すると、上記の制御遅れ時間Ｔｃｎｔｄによって実位相角がハンチングを起こす。
そのため、位相角Ｆ／Ｂ制御のゲインを大きな値に設定することができず、実位相角の応答時間が長くなる。

また、このバルブタイミング制御装置において、内燃機関が例えば６００ｒｐｍ程度の低速回転をしている場合には、実位相角の検出周期（例えば、クランク角１８０°毎に実位相角が検出されるとすると、５０ｍｓｅｃ）は、位相角Ｆ／Ｂ制御の固定周期（２５ｍｓｅｃ）よりも長くなる。
そのため、実位相角が検出されて更新されるまでは、実際の位相角とは異なる同一の実位相角に基づいて、バルブタイミング可変機構に対する操作量が繰り返し算出される。

特開２００１−１５２８８６号公報

従来の内燃機関のバルブタイミング制御装置では、位相角Ｆ／Ｂ制御のゲインを大きな値に設定することができないので、実位相角の応答時間が長くなるという問題点があった。
また、内燃機関の低速回転時には、実位相角が検出されて更新されるまでは、実際の位相角とは異なる同一の実位相角に基づいて、バルブタイミング可変機構に対する操作量が繰り返し算出されるので、実位相角の制御精度が低下するという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、制御遅れ時間を短縮して実運転特性の応答時間を短縮するとともに、高精度に実運転特性を制御することができる内燃機関制御装置を提供することにある。

この発明に係る内燃機関制御装置は、内燃機関の運転特性をアクチュエータにより変化させる内燃機関制御装置であって、内燃機関のクランク軸のクランク角を検出してクランク角信号を出力するクランク角センサと、運転特性の実際値を実運転特性として検出する実運転特性検出手段と、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態に基づいて、運転特性の目標値を目標運転特性として算出する目標運転特性算出手段と、実運転特性と目標運転特性とが互いに一致するように、フィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）によってアクチュエータに対する操作量を算出する操作量フィードバック制御（Ｆ／Ｂ制御）手段とを備え、操作量Ｆ／Ｂ制御手段は、クランク角信号に同期して操作量を算出するものである。

この発明に係る内燃機関制御装置によれば、操作量Ｆ／Ｂ制御手段は、クランク角信号に同期してアクチュエータに対する操作量を算出する。
そのため、実運転特性の検出タイミングと位相角Ｆ／Ｂ制御の実行タイミングとのずれがなくなり、制御遅れ時間が短縮されるので、位相角Ｆ／Ｂ制御のゲインを大きな値に設定することができ、実運転特性の応答時間を短縮することができる。
また、常に最新の実運転特性に基づいてアクチュエータに対する操作量が算出されるので、高精度に実運転特性を制御することができる。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置を含むシステム全体を示す構成図である。
図１において、内燃機関１には、筒状のシリンダ（図示せず）と、クランク軸１１に接続されたピストン（図示せず）とによって、燃料と空気とが混合した混合気が吸入されて燃焼する燃焼室（図示せず）が形成されている。

シリンダには、燃焼室に通じる吸気通路２２を開閉するための吸気バルブ１２と、燃焼室に通じる排気通路（図示せず）を開閉するための排気バルブ１３とが設けられている。
吸気通路２２の上流側には、内燃機関１に吸入される実吸入空気量（運転状態、実運転特性）を検出して空気量信号ＳＡＦを出力するエアフロセンサ７１（運転状態検出手段、実運転特性検出手段）が設けられている。

また、吸気通路２２において、エアフロセンサ７１の下流の内燃機関１側には、電子的に開閉制御されて空気量を調整するためのスロットルバルブ２３と、スロットルバルブ２３を駆動するスロットルアクチュエータ２４（アクチュエータ）が設けられている。スロットルバルブ２３には、スロットル開度（運転状態）を検出してスロットル開度信号ＳＴＨを出力するスロットルポジションセンサ７２（運転状態検出手段）が設けられている。

吸気バルブ１２および排気バルブ１３をそれぞれ開閉駆動するカム軸１４およびカム軸１５には、クランク軸１１の回転を伝達するためのタイミングベルト１６が掛けられるタイミングプーリ１７およびタイミングプーリ１８がそれぞれ設けられている。
また、クランク軸１１には、タイミングベルト１６が掛けられるクランクプーリ１９が設けられている。

内燃機関１の作動時において、クランク軸１１の回転は、クランクプーリ１９、タイミングベルト１６、およびタイミングプーリ１７、１８を介してカム軸１４、１５に伝達される。
これにより、吸気バルブ１２および排気バルブ１３は、クランク軸１１の回転およびピストンの上下動に同期して開閉駆動される。
すなわち、吸気バルブ１２および排気バルブ１３は、内燃機関１における吸気行程、圧縮行程、爆発（膨張）行程および排気行程からなる一連の４行程に同期して、所定の開閉タイミングで駆動される。

そして、クランク軸１１には、クランク角を検出するクランク角センサ２０が設けられている。クランク角センサ２０は、クランク軸１１に設けられた突起からクランク角を検出し、パルス状のクランク角信号ＳＧＴを出力する。
また、カム軸１５には、カム角を検出するカム角センサ２１が設けられている。カム角センサ２１は、カム軸１５に設けられた突起からカム角を検出し、パルス状のカム角信号ＳＧＣを出力する。

ここで、クランク軸１１の１回転によってクランク角センサ２０からパルスがＮ個発生したとき、カム軸１５の１回転によってカム角センサ２１からパルスが２Ｎ個発生するようにする。
また、カム軸１５のタイミング変換角最大値をＶＴｍａｘ°ＣＡ（クランク角）としたとき、Ｎ≦（３６０／ＶＴｍａｘ）となるようにパルス数Ｎを設定する。
これにより、クランク角信号ＳＧＴのパルスと、このパルスの後に続く次のカム角信号ＳＧＣのパルスとを用いて、カム軸１５の実位相角ＶＴａ（実運転特性）を検出することができる。

また、カム軸１５には、後述するオイルコントロールバルブ３（以下、「ＯＣＶ３」と略称する）（アクチュエータ）からの作動油によって駆動され、排気バルブ１３の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング制御機構５（図１の斜線部）が設けられている。
バルブタイミング制御機構５は、作動油の油量に応じてタイミングプーリ１８に対するカム軸１５の位相角（すなわち、クランク軸１１に対するカム軸１５の位相角）（運転特性）を変化させることにより、排気バルブ１３の開閉タイミングを連続的に変化させる。

バルブタイミング制御機構５には、作動油が供給されてカム軸１５を遅角側に移動させる遅角油圧室（図示せず）と、作動油が供給されてカム軸１５を進角側に移動させる進角油圧室（図示せず）とが設けられている。
なお、バルブタイミング制御機構５は、カム軸１４に設けられて、吸気バルブ１２の開閉タイミングを変化させてもよい。

バルブタイミング制御機構５に供給される作動油の油量を制御するＯＣＶ３は、ハウジング３１内を摺動するスプール３２と、ＥＣＵ６（後述する）からのＰＷＭ駆動信号に応じてスプール３２をＰＷＭ駆動させるリニアソレノイド３３と、リニアソレノイド３３による駆動方向とは反対方向にスプール３２を付勢するスプリング３４とを有している。

ＯＣＶ３のハウジング３１には、遅角油圧室に連通した遅角側供給油通路３５と、進角油圧室に連通した進角側供給油通路３６と、スプール３２の駆動によって遅角側供給油通路３５および進角側供給油通路３６の何れかと連通する供給油通路３７と、作動油が収納されたオイルタンク４１に連通した排出油通路３８とが形成されている。
供給油通路３７は、ポンプ４２によってオイルタンク４１から吸い上げられた作動油を遅角側供給油通路３５または進角側供給油通路３６に圧送する。
また、遅角油圧室または進角油圧室からの作動油は、排出油通路３８を通ってオイルタンク４１に戻される。

ここで、遅角側供給油通路３５および進角側供給油通路３６に供給される作動油の油量は、スプール３２の駆動によって遅角側供給油通路３５および進角側供給油通路３６の開度が連続的に変化することにより増減される。
このとき、遅角側供給油通路３５および進角側供給油通路３６の開度は、リニアソレノイド３３に入力されるＰＷＭ駆動信号の電流値に応じて決定される。

図２は、図１のＯＣＶ３におけるスプール３２の位置（以下、「スプール位置」と称する）と、実位相角変化速度ＤＶＴａ（実運転特性の変化速度）との関係を示す説明図である。
図２において、スプール位置は、リニアソレノイド３３の電流値と比例関係にある。また、実位相角変化速度ＤＶＴａが正の領域は、進角方向に移動している領域に相当し、実位相角変化速度ＤＶＴａが負の領域は、遅角方向に移動している領域に相当する。

また、図２において、実位相角ＶＴａが変化しない（すなわち、実位相角変化速度ＤＶＴａ＝０となる）場合には、図１において、供給油通路３７が、遅角側供給油通路３５および進角側供給油通路３６の何れとも連通していない。このときのスプール位置を流量０位置（ＯＣＶ３から供給される作動油の油量が０となる位置）とする。
なお、この流量０位置とリニアソレノイド３３の電流値との関係は、ＯＣＶ３の個体差、耐久劣化または動作環境（作動油の油温、または内燃機関１の回転数）によって、ばらつきが生じる。

そこで、例えば上記特許文献１に示された従来の制御装置では、ＥＣＵ６で演算される実位相角ＶＴａが目標位相角ＶＴｔに収束し、スプール位置が流量０位置に保持されている状態が所定時間継続した場合に、このときのリニアソレノイド３３の電流値を保持電流として学習している。
また、位相角Ｆ／Ｂ制御手段（後述する）による位相角Ｆ／Ｂ制御において、この保持電流に基づいた電流Ｆ／Ｂ制御を実行することにより、位相角制御のロバスト性を確保している。

ここで、エアフロセンサ７１からの空気量信号ＳＡＦ、スロットルポジションセンサ７２からのスロットル開度信号ＳＴＨ、クランク角センサ２０からのクランク角信号ＳＧＴ、およびカム角センサ２１からのカム角信号ＳＧＣは、それぞれＥＣＵ６に入力される。
ＥＣＵ６は、上記各センサからの測定信号に基づいて、カム軸１５の実位相角ＶＴａと目標位相角ＶＴｔ（目標運転特性）とが一致するように、位相角Ｆ／Ｂ制御によってＯＣＶ３に対する操作量Ｄｏｕｔ（デューティ駆動信号）を算出し、ＯＣＶ３にＰＷＭ駆動信号を出力する。

図３は、図１のＥＣＵ６を詳細に示す機能ブロック図である。
図３において、ＥＣＵ６には、各種センサ７およびＯＣＶ３が接続されている。
各種センサ７は、上記のクランク角センサ２０、カム角センサ２１、エアフロセンサ７１、およびスロットルポジションセンサ７２とともに、バッテリ（図示せず）の電圧値ＶＢ（以下、「バッテリ電圧ＶＢ」と称する）を検出してバッテリ電圧信号ＳＢＴを出力するバッテリ電圧センサ７３等を含んでいる。

また、ＥＣＵ６は、第１波形整形回路６１と、第２波形整形回路６２と、マイクロコンピュータ６３（以下、「マイコン６３」と略称する）と、駆動回路６４とを備えている
第１波形整形回路６１は、クランク角センサ２０からのクランク角信号ＳＧＴを波形整形し、第１割り込み指令信号ＩＮＴ１としてマイコン６３に出力する。
第２波形整形回路６２は、カム角センサ２１からのカム角信号ＳＧＣを波形整形し、第２割り込み指令信号ＩＮＴ２としてマイコン６３に出力する。

マイコン６３は、各種センサ７からの測定信号に基づいて、ＯＣＶ３のリニアソレノイド３３に対する操作量Ｄｏｕｔを算出し、操作量Ｄｏｕｔに応じたＰＷＭ駆動信号を駆動回路６４に出力する。
駆動回路６４は、マイコン６３からのＰＷＭ駆動信号に基づいて、リニアソレノイド３３の電流値を制御する。

また、マイコン６３は、実位相角検出手段６５（実運転特性検出手段）と、目標位相角算出手段６６（目標運転特性算出手段）と、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７（操作量Ｆ／Ｂ制御手段）とを有している。
実位相角検出手段６５は、クランク角信号ＳＧＴおよびカム角信号ＳＧＣに基づいて、クランク軸１１に対するカム軸１５の相対位相角を、実位相角ＶＴａとして検出する。
目標位相角算出手段６６は、運転状態である空気量信号ＳＡＦ、スロットル開度信号ＳＴＨ、および内燃機関１の回転数ＮＥ（後述する）に基づいて、カム軸１５の目標位相角ＶＴｔを算出する。

位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、実位相角ＶＴａと目標位相角ＶＴｔとが互いに一致するように、ＰＩＤ（比例積分微分）制御による位相角Ｆ／Ｂ制御によって、ＯＣＶ３のリニアソレノイド３３に対する操作量Ｄｏｕｔを算出する。
ここで、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、クランク角信号ＳＧＴに同期してリニアソレノイド３３に対する操作量Ｄｏｕｔを算出する。

なお、マイコン６３は、各種の演算や判定を行うＣＰＵ（中央演算処理装置、図示せず）と、所定の制御プログラム等があらかじめ格納されたＲＯＭ（図示せず）と、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するＲＡＭ（図示せず）と、アナログ信号をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器（図示せず）と、入力信号の周期等を計測するカウンタ（図示せず）と、出力信号の駆動時間等を計測するタイマ（図示せず）と、出力インタフェースとなる出力ポート（図示せず）と、これらの各ブロックを接続するコモンバス（図示せず）とから構成されている。

続いて、図１〜図３とともに、図４のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係るマイコン６３において、第２波形整形回路６２から第２割り込み指令信号ＩＮＴ２が入力された際の動作について説明する。

マイコン６３は、第２波形整形回路６２からの第２割り込み指令信号ＩＮＴ２によって割り込みがかけられる毎に、カウンタのカウンタ値ＳＧＣＮＴを読み取って、カム角信号入力時カウンタ値ＳＧＣＣＮＴ（ｎ）としてＲＡＭに記憶し（ステップＳ１０１）、図４の処理を終了する。
ここで、ｎは、任意の行程数を示す値とする。

次に、図１〜図４とともに、図５のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係るマイコン６３において、第１波形整形回路６１から第１割り込み指令信号ＩＮＴ１が入力された際の動作について説明する。

まず、マイコン６３は、前回（行程ｎ−１）クランク角信号入力時カウンタ値ＳＧＴＣＮＴ（ｎ−１）と、今回（行程ｎ）クランク角信号入力時カウンタ値ＳＧＴＣＮＴ（ｎ）とをＲＡＭに記憶する（ステップＳ２０１）。

具体的には、マイコン６３は、第１波形整形回路６１からの第１割り込み指令信号ＩＮＴ１によって割り込みがかけられる毎に、前回クランク角信号ＳＧＴが入力されたときにＲＡＭに記憶されたカウンタ値ＳＧＴＣＮＴ（ｎ）を読み取って、前回クランク角信号入力時カウンタ値ＳＧＴＣＮＴ（ｎ−１）としてＲＡＭに記憶する。
また、マイコン６３は、第１波形整形回路６１からの第１割り込み指令信号ＩＮＴ１によって割り込みがかけられる毎に、カウンタのカウンタ値ＳＧＣＮＴを読み取って、今回クランク角信号入力時カウンタ値ＳＧＴＣＮＴ（ｎ）としてＲＡＭに記憶する。

続いて、マイコン６３は、前回クランク角信号入力時カウンタ値ＳＧＴＣＮＴ（ｎ−１）と、今回クランク角信号入力時カウンタ値ＳＧＴＣＮＴ（ｎ）との差から、クランク角信号ＳＧＴの周期Ｔｓｇｔ（＝ＳＧＴＣＮＴ（ｎ）−ＳＧＴＣＮＴ（ｎ−１））を算出するとともに、クランク角信号ＳＧＴの周期Ｔｓｇｔ（以下、「クランク角信号周期Ｔｓｇｔ」と略称する）に基づいて、内燃機関１の回転数ＮＥを算出する（ステップＳ２０２）。

次に、実位相角検出手段６５は、今回クランク角信号入力時カウンタ値ＳＧＴＣＮＴ（ｎ）と、カム角信号入力時カウンタ値ＳＧＣＣＮＴ（ｎ）とに基づいて、カム軸１５の実位相角ＶＴａを検出する（ステップＳ２０３）。

以下、図６のタイミングチャートを参照しながら、実位相角検出手段６５による実位相角ＶＴａの検出動作について詳細に説明する。
図６は、この発明の実施の形態１によるクランク角信号ＳＧＴ、最遅角時のカム角信号ＳＧＣｄおよび進角時のカム角信号ＳＧＣａを示すタイミングチャートであり、クランク角信号ＳＧＴとカム角信号ＳＧＣｄ、ＳＧＣａとの位相関係、および実位相角ＶＴａの算出処理方法を示している。

図６において、まず、実位相角検出手段６５は、今回クランク角信号入力時カウンタ値ＳＧＴＣＮＴ（ｎ）と、進角時のカム角信号ＳＧＣａが入力されたときのカム角信号入力時カウンタ値ＳＧＣａＣＮＴ（ｎ）とをＲＡＭから読み取って、進角時のカム角信号ＳＧＣａからクランク角信号ＳＧＴまでの進角時位相差時間ΔＴａ（＝ＳＧＴＣＮＴ（ｎ）−ＳＧＣａＣＮＴ（ｎ））を算出する。

また、実位相角検出手段６５は、最遅角時のカム角信号ＳＧＣｄが入力されたときのカム角信号入力時カウンタ値ＳＧＣｄＣＮＴ（ｎ）をＲＡＭから読み取って、最遅角時のカム角信号ＳＧＣｄからクランク角信号ＳＧＴまでの最遅角時位相差時間ΔＴｄ（＝ＳＧＴＣＮＴ（ｎ）−ＳＧＣｄＣＮＴ（ｎ））を算出する。

続いて、実位相角検出手段６５は、最遅角時位相差時間ΔＴｄと、上記ステップＳ２０２で算出されたクランク角信号周期Ｔｓｇｔと、４気筒の内燃機関１におけるクランク角信号ＳＧＴの基準クランク角度（１８０°ＣＡ）とに基づいて、次式（１）から最遅角バルブタイミングＶＴｄを算出し、ＲＡＭに記憶する。

ＶＴｄ＝（ΔＴｄ／Ｔｓｇｔ）×１８０［°ＣＡ］・・・（１）

次に、実位相角検出手段６５は、進角時位相差時間ΔＴａと、クランク角信号周期Ｔｓｇｔと、基準クランク角度（１８０°ＣＡ）と、最遅角バルブタイミングＶＴｄとに基づいて、次式（２）から実位相角ＶＴａを算出する。

ＶＴａ＝（ΔＴａ／Ｔｓｇｔ）×１８０［°ＣＡ］−ＶＴｄ・・・（２）

図５のフローチャートに戻って、目標位相角算出手段６６は、空気量信号ＳＡＦ、スロットル開度信号ＳＴＨ、および内燃機関１の回転数ＮＥに基づいて、カム軸１５の目標位相角ＶＴｔを算出する（ステップＳ２０４）。

具体的には、マイコン６３は、空気量信号ＳＡＦ、スロットル開度信号ＳＴＨおよびバッテリ電圧信号ＳＢＴを入力インタフェース（図示せず）に取り込み、ノイズ成分の除去や増幅等の処理を施してＡ／Ｄ変換器に出力し、各信号をディジタル信号に変換する。
目標位相角算出手段６６は、ディジタル信号に変換された空気量信号ＳＡＦおよびスロットル開度信号ＳＴＨと、内燃機関１の回転数ＮＥとに基づいて、目標位相角ＶＴｔを算出する。

続いて、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、実位相角検出手段６５で検出された実位相角ＶＴａと、目標位相角算出手段６６で算出された目標位相角ＶＴｔとが互いに一致するように、ＰＩＤ制御による位相角Ｆ／Ｂ制御によって制御補正量Ｄｐｉｄを算出する（ステップＳ２０５）。

また、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、所定の基準電圧とバッテリ電圧ＶＢとの比として表されるバッテリ電圧補正係数ＫＶＢ（＝所定の基準電圧／ＶＢ）を用いて制御補正量Ｄｐｉｄを補正することにより、ＯＣＶ３のリニアソレノイド３３に対する操作量Ｄｏｕｔを算出する（ステップＳ２０６）。

次に、マイコン６３は、リニアソレノイド３３に対する操作量ＤｏｕｔをＰＷＭタイマ（図示せず）に取り込み、操作量Ｄｏｕｔをあらかじめ設定された所定のＰＷＭ駆動周期毎に出力されるＰＷＭ駆動信号に変換し（ステップＳ２０７）、図５の処理を終了する。

以下、図７を参照しながら、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７による操作量Ｄｏｕｔの算出動作について詳細に説明する。
図７は、この発明の実施の形態１に係る位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７を詳細に示すブロック図である。
ここでは、クランク角信号ＳＧＴの入力に同期して、微分先行型のＰＩＤ制御により操作量Ｄｏｕｔが算出される場合について説明する。

図７において、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、実位相角ＶＴａおよび目標位相角ＶＴｔに基づいて、ＰＩＤ制御による位相角Ｆ／Ｂ制御により制御補正量Ｄｐｉｄを算出するＰＩＤ制御部６８と、制御補正量Ｄｐｉｄをバッテリ電圧補正係数ＫＶＢで補正して、操作量Ｄｏｕｔを算出する補正係数乗算部６９とを含んでいる。

ＰＩＤ制御部６８は、減算器８１、８４、８７と、ゲイン乗算器８２、８６、８９と、前回値ホールド回路８３、９１と、係数乗算器８５、８８と、加算器９０、９２とを有している。
ここで、前回値ホールド回路８３、９１は、入力された値を保持し、次回の行程において、保持した値を１行程遅れた値として出力する。

減算器８１は、任意の行程ｎにおいて実位相角検出手段６５で検出された実位相角ＶＴａ（ｎ）を、目標位相角算出手段６６で算出された目標位相角ＶＴｔ（ｎ）に追従させるために、目標位相角ＶＴｔ（ｎ）から実位相角ＶＴａ（ｎ）を減算して、次式（３）で表される位相角偏差ＥＰ（ｎ）を算出する。

ＥＰ（ｎ）＝ＶＴｔ（ｎ）−ＶＴａ（ｎ）・・・（３）

続いて、ゲイン乗算器８２は、位相角偏差ＥＰ（ｎ）に比例ゲインＫｐを乗算して、次式（４）で表される比例項演算値ＸＰ（ｎ）を算出する。

ＸＰ（ｎ）＝Ｋｐ×ＥＰ（ｎ）・・・（４）

次に、減算器８４は、今回（行程ｎ）のクランク角信号ＳＧＴに応じて実位相角検出手段６５で検出された実位相角ＶＴａ（ｎ）から、前回（行程ｎ−１）のクランク角信号ＳＧＴに応じて検出された（すなわち、前回値ホールド回路８３に保持された）実位相角ＶＴａ（ｎ−１）を減算して、次式（５）で表される実位相角変化速度ＤＶＴａ（ｎ）を算出する。

ＤＶＴａ（ｎ）＝ＶＴａ（ｎ）−ＶＴａ（ｎ−１）・・・（５）

続いて、係数乗算器８５およびゲイン乗算器８６は、実位相角変化速度ＤＶＴａ（ｎ）に第２正規化係数Ｃｄ（後述する）および微分ゲインＫｄを乗算して、次式（６）で表される微分項演算値ＸＤ（ｎ）を算出する。

ＸＤ（ｎ）＝ＤＶＴａ（ｎ）×Ｃｄ×Ｋｄ・・・（６）

次に、減算器８７は、比例項演算値ＸＰ（ｎ）から微分項演算値ＸＤ（ｎ）を減算して、減算値Ｓｕｂ（ｎ）（＝ＸＰ（ｎ）−ＸＤ（ｎ））を算出する。
また、係数乗算器８８およびゲイン乗算器８９は、減算値Ｓｕｂ（ｎ）に第１正規化係数Ｃｉ（後述する）および積分ゲインＫｉを乗算して、次式（７）で表される積分加算値ＩＡＶ（ｎ）を算出する。

ＩＡＶ（ｎ）＝Ｓｕｂ（ｎ）×Ｃｉ×Ｋｉ＝｛ＸＰ（ｎ）−ＸＤ（ｎ）｝×Ｃｉ×Ｋｉ・・・（７）

続いて、加算器９０は、積分加算値ＩＡＶ（ｎ）と、前回値ホールド回路９１に保持された前回（行程ｎ−１）の積分項演算値ＸＩ（ｎ−１）とを加算して、次式（８）で表される積分項演算値ＸＩ（ｎ）を算出する。

ＸＩ（ｎ）＝ＩＡＶ（ｎ）＋ＸＩ（ｎ−１）＝｛ＸＰ（ｎ）−ＸＤ（ｎ）｝×Ｃｉ×Ｋｉ＋ＸＩ（ｎ−１）・・・（８）

次に、加算器９２は、減算値Ｓｕｂ（ｎ）と積分項演算値ＸＩ（ｎ）とを加算して、次式（９）で表される制御補正量Ｄｐｉｄ（ｎ）を算出する。

Ｄｐｉｄ（ｎ）＝Ｓｕｂ（ｎ）＋ＸＩ（ｎ）＝ＸＰ（ｎ）＋ＸＩ（ｎ）−ＸＤ（ｎ）・・・（９）

ここで、係数乗算器８８で乗算される第１正規化係数Ｃｉは、前述したクランク角信号周期Ｔｓｇｔと、所定の基準周期Ｔｂａｓｅ（例えば、１５ｍｓｅｃ）とに基づいて、次式（１０）のように設定されている。

Ｃｉ＝Ｔｓｇｔ／Ｔｂａｓｅ・・・（１０）

また、係数乗算器８５で乗算される第２正規化係数Ｃｄは、クランク角信号周期Ｔｓｇｔと、所定の基準周期Ｔｂａｓｅ（例えば、１５ｍｓｅｃ）とに基づいて、次式（１１）のように設定されている。

Ｃｄ＝Ｔｂａｓｅ／Ｔｓｇｔ・・・（１１）

ここで、クランク角信号周期Ｔｓｇｔと、第１正規化係数Ｃｉおよび第２正規化係数Ｃｄとの関係を図８に示す。
図８において、第１正規化係数Ｃｉは、クランク角信号周期Ｔｓｇｔに比例して変化している。
そのため、位相角偏差ＥＰが同一値を保持している状況において、クランク角信号周期Ｔｓｇｔの変化によって位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７の制御周期が変化した場合であっても、第１正規化係数Ｃｉを用いることによって、積分項演算値ＸＩを同一値に設定することができる。すなわち、クランク角信号周期Ｔｓｇｔの変化による積分項演算値ＸＩの過不足を防止することができる。
したがって、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７による位相角Ｆ／Ｂ制御をクランク角信号ＳＧＴと同期させ、実位相角ＶＴａのオーバシュート量やアンダシュート量を抑制しつつ、実位相角ＶＴａの制御応答性を確保することができる。

また、図８において、第２正規化係数Ｃｄは、クランク角信号周期Ｔｓｇｔに反比例して変化している。
そのため、実際の位相角変化速度が同一値を保持している状況において、クランク角信号周期Ｔｓｇｔの変化によって位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７の制御周期が変化し、実位相角変化速度ＤＶＴａの算出値が変化した場合であっても、第２正規化係数Ｃｄを用いることによって、微分項演算値ＸＤを同一値に設定することができる。すなわち、クランク角信号周期Ｔｓｇｔの変化による微分項演算値ＸＤの過不足を防止することができる。
したがって、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７による位相角Ｆ／Ｂ制御をクランク角信号ＳＧＴと同期させ、実位相角ＶＴａのオーバシュート量やアンダシュート量を抑制しつつ、実位相角ＶＴａの制御応答性を確保することができる。

続いて、補正係数乗算部６９は、制御補正量Ｄｐｉｄ（ｎ）をバッテリ電圧補正係数ＫＶＢ（＝所定の基準電圧／ＶＢ）で補正して、次式（１２）で表される操作量Ｄｏｕｔ（ｎ）を算出する。
これにより、バッテリ電圧ＶＢの変動による影響を軽減することができる。

Ｄｏｕｔ（ｎ）＝Ｄｐｉｄ（ｎ）×ＫＶＢ・・・（１２）

次に、図９のタイミングチャートを参照しながら、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７による操作量Ｄｏｕｔの算出動作についてさらに詳細に説明する。
図９は、この発明の実施の形態１による目標位相角ＶＴｔ、実位相角ＶＴａ、位相角偏差ＥＰ、比例項演算値ＸＰ、微分項演算値ＸＤ、積分項演算値ＸＩ、および操作量Ｄｏｕｔの変化を示すタイミングチャートである。
ここでは、時刻ｔ１で目標位相角ＶＴｔを所定値にステップ変化させた場合について説明する。

図９において、まず、目標位相角ＶＴｔが時刻ｔ１で所定値に変化すると、位相角偏差ＥＰに応じた比例項演算値ＸＰによって操作量Ｄｏｕｔが増大方向に補正され、実位相角ＶＴａが目標位相角ＶＴｔに向けて変化を始める。
続いて、実位相角ＶＴａが変化すると、実位相角変化速度ＤＶＴａに応じた微分項演算値ＸＤによって操作量Ｄｏｕｔが減少方向に補正されるとともに、減算値Ｓｕｂを積分して得られる積分項演算値ＸＩによって操作量Ｄｏｕｔが増大方向に補正され、実位相角ＶＴａが目標位相角ＶＴｔに収束するように変化する。

したがって、実位相角ＶＴａのオーバシュート量を抑制しつつ、実位相角ＶＴａを目標位相角ＶＴｔに収束させることができる。
また、実位相角ＶＴａが目標位相角ＶＴｔに収束したとき、スプール３２は、流量０位置を保持するように制御される。

以下、図１０のタイミングチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置による制御遅れ時間について説明する。
図１０は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置において、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７がクランク角信号ＳＧＴに同期して位相角Ｆ／Ｂ制御を実行する場合の制御遅れ時間を示すタイミングチャートである。

図１０において、制御遅れ時間Ｔｃｎｔｄは、実位相角ＶＴａを検出する際に発生する実位相角検出遅れ時間Ｔｐｄｄと、位相角Ｆ／Ｂ制御を実行する際に発生する位相角Ｆ／Ｂ制御処理遅れ時間Ｔｆｂｄと、ＯＣＶ３をＰＷＭ駆動する際に発生するＰＷＭ駆動遅れ時間Ｔｐｗｍｄとの総和となる。
なお、実位相角検出遅れ時間Ｔｐｄｄは、一般的な遅れ時間として、例えばクランク角信号周期Ｔｓｇｔの１／２とする。

ここで、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、クランク角信号ＳＧＴに同期して位相角Ｆ／Ｂ制御を実行しているので、実位相角ＶＴａの検出タイミングと位相角Ｆ／Ｂ制御の実行タイミングとのずれによる遅れ（すなわち、前述した従来技術による位相角Ｆ／Ｂ制御の固定周期Ｔｆｂの１周期分に相当する遅れ）が、位相角Ｆ／Ｂ制御処理遅れ時間Ｔｆｂｄに含まれない。
そのため、実位相角ＶＴａがハンチングを起こすまでのゲイン余裕を増大させることができる。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置によれば、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、クランク角信号ＳＧＴに同期してＯＣＶ３のリニアソレノイド３３に対する操作量Ｄｏｕｔを算出する。
そのため、実位相角ＶＴａの検出タイミングと位相角Ｆ／Ｂ制御の実行タイミングとのずれがなくなり、制御遅れ時間Ｔｃｎｔｄが短縮されるので、位相角Ｆ／Ｂ制御のゲインを大きな値に設定することができ、制御安定性を維持したまま実位相角ＶＴａの応答時間を短縮することができる。
また、常に最新の実位相角ＶＴａに基づいてリニアソレノイド３３に対する操作量Ｄｏｕｔが算出されるので、高精度に実位相角ＶＴａを制御することができる。

また、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、ＰＩＤ制御による位相角Ｆ／Ｂ制御を実行し、ＰＩＤ制御における積分項演算値ＸＩおよび微分項演算値ＸＤは、クランク角信号周期Ｔｓｇｔと所定の基準周期Ｔｂａｓｅ（例えば、１５ｍｓｅｃ）とに基づいて設定された第１正規化係数Ｃｉおよび第２正規化係数Ｃｄによってそれぞれ補正されている。
そのため、内燃機関１の所定の運転状態に適合した比例ゲインＫｐ、微分ゲインＫｄおよび積分ゲインＫｉ（以下、総称して「ＰＩＤ制御ゲイン」とする）を全ての運転領域に適用することができるので、制御安定性を維持したまま、実位相角ＶＴａのオーバシュート量やアンダシュート量を抑制しつつ、実位相角ＶＴａの応答時間を短縮することができる。
また、ＰＩＤ制御ゲインの適合が容易になるので、制御ロジックを簡素化することができるとともに、ＰＩＤ制御ゲインのデータ数が少なくなるので、データ管理を容易に行うことができる。

また、第１正規化係数Ｃｉは、クランク角信号周期Ｔｓｇｔを所定の基準周期Ｔｂａｓｅで除算して算出される。
そのため、内燃機関１の全ての運転領域において、リニアソレノイド３３に対する操作量Ｄｏｕｔの積分補正を適性に実行することができるので、制御安定性を維持したまま、実位相角ＶＴａのオーバシュート量やアンダシュート量を抑制しつつ、実位相角ＶＴａの応答時間を短縮することができる。
また、ＰＩＤ制御ゲインの適合が容易になるので、制御ロジックを簡素化することができるとともに、ＰＩＤ制御ゲインのデータ数が少なくなるので、データ管理を容易に行うことができる。

また、第２正規化係数Ｃｄは、所定の基準周期Ｔｂａｓｅをクランク角信号周期Ｔｓｇｔで除算して算出される。
そのため、内燃機関１の全ての運転領域において、リニアソレノイド３３に対する操作量Ｄｏｕｔの微分補正を適性に実行することができるので、制御安定性を維持したまま、実位相角ＶＴａのオーバシュート量やアンダシュート量を抑制しつつ、実位相角ＶＴａの応答時間を短縮することができる。
また、ＰＩＤ制御ゲインの適合が容易になるので、制御ロジックを簡素化することができるとともに、ＰＩＤ制御ゲインのデータ数が少なくなるので、データ管理を容易に行うことができる。

また、リニアソレノイド３３に対する操作量Ｄｏｕｔの微分補正に用いられる微分項演算値ＸＤは、実位相角ＶＴａの変化速度である実位相角変化速度ＤＶＴａに基づいて算出される。
そのため、目標位相角ＶＴｔが変化して位相角偏差ＥＰ（＝ＶＴｔ−ＶＴａ）が生じた場合でも微分項演算値ＸＤが変化しないので、目標位相角ＶＴｔ変化時の微分動作の影響を考慮する必要がなく、微分ゲインＫｄの適合を容易に行うことができる。
したがって、実位相角変化速度ＤＶＴａに応じた操作量Ｄｏｕｔを用いてＯＣＶ３を駆動させることにより、実位相角ＶＴａのオーバシュート量やアンダシュート量を抑制しつつ、実位相角ＶＴａを目標位相角ＶＴｔに滑らかに収束させることができる。

また、リニアソレノイド３３に対する操作量Ｄｏｕｔの積分補正に用いられる積分項演算値ＸＩは、比例項演算値ＸＰから微分項演算値ＸＤを減算した減算値Ｓｕｂ（＝ＸＰ−ＸＤ）に基づいて算出される。
そのため、目標位相角ＶＴｔの変化に追従する実位相角ＶＴａの動作に対応した積分項演算値ＸＩが自動的に算出され、操作量Ｄｏｕｔは、実位相角ＶＴａが目標位相角ＶＴｔに収束したときに、スプール３２が流量０位置を保持する値に自動的に設定される。
したがって、ＯＣＶ３の出力特性の個体差や、作動油の油温等の動作環境が変化した場合であっても、実位相角ＶＴａのオーバシュート量やアンダシュート量を抑制しつつ、スプール３２が流量０位置を保持する操作量Ｄｏｕｔをリアルタイムに算出することができる。
これにより、前述した保持電流（上記特許文献１参照）を学習することなく、位相角Ｆ／Ｂ制御が定常状態である場合の制御安定性を維持するとともに、位相角制御のロバスト性を確保することができる。
また、保持電流に基づいた電流Ｆ／Ｂ制御（上記特許文献１参照）を実行する必要がないので、電流Ｆ／Ｂ制御回路およびその制御ロジックを削除することが可能となり、制御ロジックを簡素化することができるとともに、コストダウンを図ることができる。

また、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、バッテリ電圧補正係数ＫＶＢ（＝所定の基準電圧／バッテリ電圧ＶＢ）を用いて制御補正量Ｄｐｉｄを補正することにより、リニアソレノイド３３に対する操作量Ｄｏｕｔを算出する。
そのため、内燃機関１の負荷変動等によってバッテリ電圧が変動した場合であっても、制御安定性を維持することができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７が、それぞれ固定値であるＰＩＤ制御ゲイン（比例ゲインＫｐ、微分ゲインＫｄおよび積分ゲインＫｉ）を用いて、ＯＣＶ３のリニアソレノイド３３に対する操作量Ｄｏｕｔを算出したが、これに限定されない。
位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、目標位相角ＶＴｔと実位相角ＶＴａとの間の位相角偏差ＥＰ（運転特性偏差）に応じて、ＰＩＤ制御ゲインを切り替えて位相角Ｆ／Ｂ制御を実行してもよい。
また、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、位相角偏差ＥＰに基づいて位相角Ｆ／Ｂ制御の停止判断を実行してもよい。

以下に、位相角偏差ＥＰに応じて位相角Ｆ／Ｂ制御のＰＩＤ制御ゲインを切り替えるとともに、位相角偏差ＥＰに基づいて位相角Ｆ／Ｂ制御の停止判断を実行する処理について説明する。
この発明の実施の形態２に係る内燃機関制御装置の構成は、前述の実施の形態１と同様なので、説明を省略する。

以下、図１１のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態２に係る位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７の動作について説明する。
なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。
まず、上記式（３）を用いて算出される位相角偏差ＥＰ（ｎ）の絶対値が、第１所定値ＥＰ１（例えば、１°ＣＡ）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３０１）。

ステップＳ３０１において、位相角偏差ＥＰ（ｎ）の絶対値が第１所定値ＥＰ１よりも大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、ＰＩＤ制御ゲイン（Ｋｐ（ｎ）、Ｋｄ（ｎ）、Ｋｉ（ｎ））を、位相角Ｆ／Ｂ制御が過渡状態である場合のＰＩＤ制御ゲイン（Ｋｐｔ、Ｋｄｔ、Ｋｉｔ）にそれぞれ設定し（ステップＳ３０２）、前述した位相角Ｆ／Ｂ制御（すなわち、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７による操作量Ｄｏｕｔの算出動作）を実行して（ステップＳ３０３）、図１１の処理を終了する。

一方、ステップＳ３０１において、位相角偏差ＥＰ（ｎ）の絶対値が第１所定値ＥＰ１以下である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、位相角偏差ＥＰ（ｎ）の絶対値が、第２所定値ＥＰ２（例えば、０．２５°ＣＡ）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３０４）。

ステップＳ３０４において、位相角偏差ＥＰ（ｎ）の絶対値が第２所定値ＥＰ２よりも大きい（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、ＰＩＤ制御ゲイン（Ｋｐ（ｎ）、Ｋｄ（ｎ）、Ｋｉ（ｎ））を、位相角Ｆ／Ｂ制御が定常状態である場合のＰＩＤ制御ゲイン（Ｋｐｓ、Ｋｄｓ、Ｋｉｓ）に徐々に切り替えて（ステップＳ３０５）、ステップＳ３０３に移行する。

すなわち、比例ゲインＫｐ（ｎ）、微分ゲインＫｄ（ｎ）および積分ゲインＫｉ（ｎ）を次式（１３）のように設定する。
なお、式（１３）において、ＣＴは、ＰＩＤ制御ゲイン（Ｋｐ（ｎ）、Ｋｄ（ｎ）、Ｋｉ（ｎ））が、位相角Ｆ／Ｂ制御定常時のＰＩＤ制御ゲイン（Ｋｐｓ、Ｋｄｓ、Ｋｉｓ）に切り替わるまでの任意の所定切り替え回数（例えば、ＣＴ＝８）を示している。

Ｋｐ（ｎ）＝Ｋｐ（ｎ−１）＋｛Ｋｐｓ−Ｋｐ（ｎ−１）｝／ＣＴ
Ｋｄ（ｎ）＝Ｋｄ（ｎ−１）＋｛Ｋｄｓ−Ｋｄ（ｎ−１）｝／ＣＴ・・・（１３）
Ｋｉ（ｎ）＝Ｋｉ（ｎ−１）＋｛Ｋｉｓ−Ｋｉ（ｎ−１）｝／ＣＴ

これにより、ＰＩＤ制御ゲインを切り替えた際の操作量Ｄｏｕｔの急変を防止するとともに、実位相角ＶＴａのオーバシュート量やアンダシュート量を抑制しつつ、実位相角ＶＴａを目標位相角ＶＴｔに収束させることができる。

一方、ステップＳ３０４において、位相角偏差ＥＰ（ｎ）の絶対値が第２所定値ＥＰ２以下である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、実位相角ＶＴａが目標位相角ＶＴｔに収束したと判断し、ＰＩＤ制御ゲイン（Ｋｐ（ｎ）、Ｋｄ（ｎ）、Ｋｉ（ｎ））を、位相角Ｆ／Ｂ制御が定常状態である場合のＰＩＤ制御ゲイン（Ｋｐｓ、Ｋｄｓ、Ｋｉｓ）にそれぞれ設定する（ステップＳ３０６）。
続いて、位相角Ｆ／Ｂ制御を停止し（ステップＳ３０７）、前回位相角Ｆ／Ｂ制御を実行した際の操作量Ｄｏｕｔを出力して、図１１の処理を終了する。

この発明の実施の形態２に係る内燃機関制御装置によれば、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、位相角偏差ＥＰと第１所定値ＥＰ１とを比較し、比較結果に応じてＰＩＤ制御ゲインを切り替えて位相角Ｆ／Ｂ制御を実行する。
そのため、例えば目標位相角ＶＴｔが大きく変化し、位相角偏差ＥＰが大きくなる位相角Ｆ／Ｂ制御の過渡状態では、ＰＩＤ制御ゲインを大きな値に設定して、実位相角ＶＴａの制御応答性を向上させることができる。
また、位相角偏差ＥＰが小さくなる位相角Ｆ／Ｂ制御の定常状態では、ＰＩＤ制御ゲインを小さな値に設定して、制御安定性を維持することができる。

また、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、位相角偏差ＥＰが第２所定値ＥＰ２以下の場合に、実位相角ＶＴａが目標位相角ＶＴｔに収束したと判断して位相角Ｆ／Ｂ制御を停止し、前回位相角Ｆ／Ｂ制御を実行した際の操作量Ｄｏｕｔを出力する。
そのため、微小な位相角偏差ＥＰでの積分動作による不要な操作量Ｄｏｕｔの変動を防止することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１および２では言及しなかったが、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、実位相角検出手段６５で検出された実位相角ＶＴａに対して、クランク角信号周期Ｔｓｇｔに応じてフィルタ定数が可変設定されるフィルタ演算を実行してもよい。

以下に、実位相角ＶＴａに対して、クランク角信号周期Ｔｓｇｔに応じてフィルタ定数が可変設定されるフィルタ演算を実行する処理について説明する。
この発明の実施の形態３に係る内燃機関制御装置の構成は、前述の実施の形態１と同様なので、説明を省略する。
なお、実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。

位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、実位相角検出手段６５で検出された実位相角ＶＴａに対して、次式（１４）で表される１次フィルタ演算式によりフィルタ演算を実行する。
なお、式（１４）において、ａは、フィルタ定数を示し、ＶＴａ（ｎ）は、任意の行程ｎにおいて検出された実位相角を示している。また、ＶＴａｆ（ｎ）およびＶＴａｆ（ｎ−１）は、それぞれ行程ｎおよび行程ｎ−１においてフィルタ演算により得られた実位相角を示している。

ＶＴａｆ（ｎ）＝（１−ａ）×ＶＴａ（ｎ）＋ａ×ＶＴａｆ（ｎ−１）・・・（１４）

式（１４）において、フィルタ定数ａは、クランク角信号周期Ｔｓｇｔが長い（すなわち、内燃機関１の回転数ＮＥが低い）場合には、例えば零に設定される。
これにより、フィルタ演算による実位相角ＶＴａｆの検出遅れが抑制される。

また、フィルタ定数ａは、クランク角信号周期Ｔｓｇｔが短い（すなわち、内燃機関１の回転数ＮＥが高い）場合には、例えば０．５に設定される。
これにより、内燃機関１の各種制御（吸入空気量、燃料噴射量、点火時期等）の処理負荷が増大し、マイコン６３への多重割り込みの発生頻度の増大した場合に発生する実位相角ＶＴａの検出値の変動による影響が抑制される。

この発明の実施の形態３に係る内燃機関制御装置によれば、位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、実位相角ＶＴａに対して、クランク角信号周期Ｔｓｇｔに応じてフィルタ定数ａが可変設定されるフィルタ演算を実行する。
また、クランク角信号周期Ｔｓｇｔが長い（マイコン６３への割り込み処理負荷および実位相角ＶＴａの検出値の変動が小さい）場合には、フィルタ定数ａを小さな値に設定して、実位相角ＶＴａｆの検出遅れを抑制している。
また、クランク角信号周期Ｔｓｇｔが短い（マイコン６３への割り込み処理負荷および実位相角ＶＴａの検出値の変動が大きい）場合には、フィルタ定数ａを大きな値に設定して、実位相角ＶＴａの検出値の変動による影響を抑制している。
そのため、制御安定性を維持したまま実位相角ＶＴａの制御応答性を向上させることができる。

なお、上記実施の形態１〜３では、運転特性がカム軸１５の実位相角ＶＴａである場合について説明したが、これに限定されない。
運転特性は、内燃機関１に吸入される実吸入空気量であってもよい。
このとき、実運転特性検出手段であるエアフロセンサ７１は、内燃機関１に吸入される実吸入空気量を検出する。
また、目標運転特性算出手段（図示せず）は、例えば内燃機関１の回転数ＮＥ、およびアクセル開度センサ（図示せず）から入力されるアクセル開度等の運転状態に基づいて、アイドルスピードコントロール、またはトルク制御のための目標吸入空気量を算出する。

続いて、操作量Ｆ／Ｂ制御手段（図示せず）は、実吸入空気量と目標吸入空気量とが互いに一致するように、クランク角信号ＳＧＴに同期して、スロットルアクチュエータ２４に対する操作量Ｄｏｕｔを算出する。
そして、スロットルアクチュエータ２４は、スロットルバルブ２３のスロットル開度を制御することにより、吸気通路２２の開口面積を変化させる。
この場合も、操作量Ｆ／Ｂ制御手段が、クランク角信号ＳＧＴに同期してスロットルアクチュエータ２４に対する操作量Ｄｏｕｔを算出することにより、制御遅れ時間が短縮されるので、実運転特性の応答時間を短縮することができる。

また、上記実施の形態１〜３では、アクチュエータがＯＣＶ３である場合について説明したが、これに限定されない。
アクチュエータは、例えばモータ等であってもよい。
この場合も、上記実施の形態１〜３と同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態１〜３の位相角Ｆ／Ｂ制御手段６７は、ＰＩＤ制御による位相角Ｆ／Ｂ制御によって操作量Ｄｏｕｔを算出したが、ＰＩＤ制御以外の他の制御方法によって操作量Ｄｏｕｔを算出してもよい。
この場合も、上記実施の形態１〜３と同様の効果を奏することができる。

また、クランク角信号周期Ｔｓｇｔが短い場合には、実位相角ＶＴａを検出する際に発生する実位相角検出遅れ時間Ｔｐｄｄが小さくなることを考慮して、クランク角信号周期Ｔｓｇｔが短い運転状態では、位相角Ｆ／Ｂ制御を固定値に設定して、マイコン６３の処理負荷を軽減させてもよい。

また、油温に応じて変化する作動油の粘性による実位相角変化速度ＤＶＴａの特性変化を補正するために、ＯＣＶ３から供給される作動油の油温を計測し、油温に基づく補正量を算出して、操作量Ｄｏｕｔを補正してもよい。
また、内燃機関１の回転数ＮＥによるポンプ４２の吐出圧力変化を補正するために、回転数ＮＥに基づく補正量を算出して、操作量Ｄｏｕｔを補正してもよい。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置を含むシステム全体を示す構成図である。 図１のＯＣＶにおけるスプールの位置と、実位相角変化速度との関係を示す説明図である。 図１のＥＣＵを詳細に示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るマイコンにおいて、第２波形整形回路から第２割り込み指令信号が入力された際の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係るマイコンにおいて、第１波形整形回路から第１割り込み指令信号が入力された際の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態１によるクランク角信号、最遅角時のカム角信号および進角時のカム角信号を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係る位相角Ｆ／Ｂ制御手段を詳細に示すブロック図である。 この発明の実施の形態１によるクランク角信号周期と、第１正規化係数および第２正規化係数との関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による目標位相角、実位相角、位相角偏差、比例項演算値、微分項演算値、積分項演算値、および操作量の変化を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態１に係る内燃機関制御装置において、位相角Ｆ／Ｂ制御手段がクランク角信号に同期して位相角Ｆ／Ｂ制御を実行する場合の制御遅れ時間を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態２に係る位相角Ｆ／Ｂ制御手段の動作を示すフローチャートである。 従来のバルブタイミング制御装置において、操作量Ｆ／Ｂ制御手段が固定周期で位相角Ｆ／Ｂ制御を実行する場合の制御遅れ時間を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関、３ ＯＣＶ（アクチュエータ）、５ バルブタイミング制御機構、１１ クランク軸、１２ 吸気バルブ、１３ 排気バルブ、１４、１５ カム軸、２０ クランク角センサ、２１ カム角センサ、２２ 吸気通路、２３ スロットルバルブ、２４ スロットルアクチュエータ（アクチュエータ）、６５ 実位相角検出手段（実運転特性検出手段）、６６ 目標位相角算出手段（目標運転特性算出手段）、６７ 位相角Ｆ／Ｂ制御手段（操作量Ｆ／Ｂ制御手段）、７１ エアフロセンサ（運転状態検出手段、実運転特性検出手段）、７２ スロットルポジションセンサ（運転状態検出手段）、ａ フィルタ定数、Ｃｉ 第１正規化係数、Ｃｄ 第２正規化係数、Ｄｏｕｔ 操作量、Ｄｐｉｄ 制御補正量、ＤＶＴａ 実位相角変化速度（実運転特性の変化速度）、ＥＰ 位相角偏差（運転特性偏差）、ＥＰ１ 第１所定値、ＥＰ２ 第２所定値、Ｋｄ 微分ゲイン、Ｋｉ 積分ゲイン、Ｋｐ 比例ゲイン、ＫＶＢ バッテリ電圧補正係数、ＳＧＣ カム角信号、ＳＧＴ クランク角信号、Ｓｕｂ 減算値、Ｔｂａｓｅ 基準周期、Ｔｓｇｔ クランク角信号周期、ＶＢ バッテリ電圧、ＶＴａ 実位相角（実運転特性）、ＶＴｔ 目標位相角（目標運転特性）、ＸＤ 微分項演算値、ＸＩ 積分項演算値、ＸＰ 比例項演算値。

Claims (13)

1. 内燃機関の運転特性をアクチュエータにより変化させる内燃機関制御装置であって、
   前記内燃機関のクランク軸のクランク角を検出してクランク角信号を出力するクランク角センサと、
   前記運転特性の実際値を実運転特性として検出する実運転特性検出手段と、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記運転状態に基づいて、前記運転特性の目標値を目標運転特性として算出する目標運転特性算出手段と、
   前記実運転特性と前記目標運転特性とが互いに一致するように、フィードバック制御によって前記アクチュエータに対する操作量を算出する操作量フィードバック制御手段とを備え、
   前記操作量フィードバック制御手段は、前記クランク角信号に同期して前記操作量を算出することを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記操作量フィードバック制御手段は、ＰＩＤ制御によるフィードバック制御を実行し、
   前記ＰＩＤ制御における積分項演算値および微分項演算値は、前記クランク角信号の周期と所定の基準周期とに基づいて設定された第１正規化係数および第２正規化係数によってそれぞれ補正されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記第１正規化係数は、前記クランク角信号の周期を前記所定の基準周期で除算して算出されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記第２正規化係数は、前記所定の基準周期を前記クランク角信号の周期で除算して算出されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関制御装置。
5. 前記微分項演算値は、前記実運転特性の変化速度に基づいて算出されることを特徴とする請求項２から請求項４までの何れか１項に記載の内燃機関制御装置。
6. 前記積分項演算値は、前記ＰＩＤ制御における比例項演算値から前記微分項演算値を減算した減算値に基づいて算出されることを特徴とする請求項２から請求項５までの何れか１項に記載の内燃機関制御装置。
7. 前記操作量フィードバック制御手段は、前記内燃機関のバッテリのバッテリ電圧を用いて前記ＰＩＤ制御により算出された制御補正量を補正した値を、前記操作量として出力することを特徴とする請求項２から請求項６までの何れか１項に記載の内燃機関制御装置。
8. 前記操作量フィードバック制御手段は、前記目標運転特性と前記実運転特性との偏差を運転特性偏差として算出し、前記運転特性偏差と第１所定値とを比較して、比較結果に応じて前記ＰＩＤ制御のゲインを可変設定することを特徴とする請求項２から請求項７までの何れか１項に記載の内燃機関制御装置。
9. 前記操作量フィードバック制御手段は、前記目標運転特性と前記実運転特性との偏差を運転特性偏差として算出し、前記運転特性偏差が第２所定値以下の場合に、前記フィードバック制御を停止することを特徴とする請求項１から請求項８までの何れか１項に記載の内燃機関制御装置。
10. 前記操作量フィードバック制御手段は、前記実運転特性に対して、前記クランク角信号の周期に応じてフィルタ定数が可変設定されるフィルタ演算を実行することを特徴とする請求項１から請求項９までの何れか１項に記載の内燃機関制御装置。
11. 前記内燃機関の燃焼室に通じる吸気通路および排気通路をそれぞれ開閉するための吸気バルブおよび排気バルブと、
    前記クランク軸に対するカム軸の位相角を変化させることにより、前記吸気バルブおよび前記排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを変化させるバルブタイミング制御機構と、
    前記カム軸のカム角を検出してカム角信号を出力するカム角センサとをさらに備え、
    前記運転特性は、前記クランク軸に対する前記カム軸の位相角であり、
    前記実運転特性検出手段は、前記クランク角信号および前記カム角信号に基づいて、前記カム軸の実位相角を検出し、
    前記目標運転特性算出手段は、前記運転状態に基づいて目標位相角を算出し、
    前記アクチュエータは、前記バルブタイミング制御機構を駆動することを特徴とする請求項１から請求項１０までの何れか１項に記載の内燃機関制御装置。
12. 前記アクチュエータは、前記バルブタイミング制御機構に供給する作動油を調整することにより、前記バルブタイミング制御機構を駆動するオイルコントロールバルブであることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関制御装置。
13. 前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブをさらに備え、
    前記運転特性は、前記内燃機関に吸入される吸入空気量であり、
    前記実運転特性検出手段は、前記内燃機関に吸入される実吸入空気量を検出し、
    前記目標運転特性算出手段は、前記運転状態に基づいて目標吸入空気量を算出し、
    前記アクチュエータは、前記スロットルバルブのスロットル開度を制御することにより、前記吸気通路の開口面積を変化させることを特徴とする請求項１から請求項１０までの何れか１項に記載の内燃機関制御装置。

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