JP2009085140A - 可変動弁機構の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可変動弁機構の発熱防止と制御応答性向上を両立する。
【解決手段】可変動弁機構（作動角・リフト可変機構）を規定の応答特性で応答させ、操作量が飽和状態でないときは、フィルタ処理した操作量を出力し、飽和状態のときは、フィードバック操作量のフィルタ処理を停止し、飽和状態が解消された後、フィルタ処理レベルを０から徐々に増大させて得られた操作量を出力することによって、発熱と実応答値の変動を抑制する構成とした。
【選択図】図９

Description

本発明は、内燃機関における吸・排気バルブ（機関バルブ）の作動特性、例えば、リフト量（又は／及び作動角）やバルブタイミングを可変とする可変動弁機構の制御装置に関する。

特許文献１には、バルブタイミングを変更する可変動弁機構（可変バルブタイミング機構）において、応答特性の規範モデルを用いた制御を行うことが開示されている。
これは、可変動弁機構の目標値に対して所望の特性で応答する規範モデルを設定し、フィードフォワード操作量を、可変動弁機構の応答が規範モデルに応答に追従するよう設定する一方、可変動弁機構の経時変化や運転状態によるバラツキによって規範モデルの出力と可変動弁機構の実際の出力とにずれを生じるので、このずれを吸収するように規範モデルの出力と可変動弁機構の実際の出力との偏差に基づいてＰＩＤ等によるフィードバック操作量を設定し、これらフィードフォワード操作量とフィードバック操作量とに基づいて制御するものである。
特開２００３−３３６５２８号

ところで、特許文献１のような可変動弁機構の制御装置においては、可変動弁機構に機関バルブの開閉に伴い駆動カムからの駆動反力が周期的に印加され、可変動弁機構の出力部に振動を生じる。その振動を抑えようするフィードバック制御の反応で、過大な操作量が出力され、消費電力の増大による燃費の悪化や駆動回路、モータが発熱し、耐久性低下につながる。

そこで、フィードバック制御で規範応答値と比較される実応答値をフィルタ処理によって平滑化することによって、操作量が過大となることを防止することが考えられる。
しかしながら、可変動弁機構の実応答値に対し、フィードバック制御に用いられるフィルタ処理された値は大きな位相差を生じるため、応答性、収束性などの制御性能が損なわれるという問題を生じる。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、可変動弁機構の規範応答制御において、操作量が過大となることを抑制しつつ応答性、収束性も満たされるようにすることを目的とする。

このため、請求項１に係る発明は、
機関バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構を備え、
前記機関バルブの開弁特性の目標値に対応する前記可変動弁機構の目標値を算出する目標値算出手段と、
前記可変動弁機構を、前記目標値に対し規定した応答特性で応答させたときの規範応答値を算出する規範応答値算出手段と、
前記可変動弁機構を、前記目標値に対し規定した応答特性で応答させるためのフィードフォワード操作量を算出するフィードフォワード操作量算出手段と、
前記可変動弁機構の前記規範応答値と実応答値との偏差を無くすためのフィードバック操作量を算出するフィードバック操作量算出手段と、
前記フィードフォワード操作量と前記フィードバック操作量とに基づいて、前記可変動弁機構の駆動手段へ出力される操作量を算出する操作量算出手段と、
を含んで構成した可変動弁機構の制御装置において、
前記フィードフォワード操作量とフィードバック操作量とを平滑化するフィルタ手段を設け、
フィルタ手段で平滑化した操作量を、可変動弁機構の駆動手段に出力することを特徴とする。

かかる構成によれば、周期的に印加される駆動反力に対し、フィードバック操作量の振幅の増大がフィルタ手段によって平滑化されて駆動手段に出力されるため、駆動力が過大となることを防止して発熱や燃費悪化を抑制できると共に、フィルタ手段を駆動手段の直前に設けたことにより、実応答値をそのまま用いてフィードバック操作量を算出することにより、平滑化に伴う位相遅れによる実応答値と規範応答値との位相差が無くなり、規範応答値に正確に追従させるように制御することができる。

また、請求項２に係る発明は、
請求項１の構成に加え、
規範応答値算出手段を、規定した応答特性とフィルタ手段の平滑化特性とに基づいて規範応答値を算出する構成とした。
かかる構成によれば、平滑化に伴う可変動弁機構の応答遅れを規範応答値にも与えることで、フィードバック制御で用いる規範応答値と実応答値との位相差が無くなり、うねりや変動の発生を抑制できる。

また、請求項３に係る発明は、
請求項１，２と同様の基本構成を有した可変動弁機構の制御装置において、
前記フィードフォワード操作量を平滑化する第１フィルタ手段と、
前記フィードバック操作量を平滑化する第２フィルタ手段と、
前記第１フィルタ手段を経由したフィードフォワード操作量と第２フィルタ手段を経由したフィードバック操作量とを加算した操作量を、可変動弁機構の駆動手段に出力する操作量出力手段と、
前記操作量の算出値が前記駆動手段の最大駆動力以上であるか否かを判定する判定手段と、
前記操作量が最大駆動量以上であると判定されたときから最大駆動力未満となって所定時間を経過するまでの間は、それ以外の通常時における第２フィルタ手段による通常の平滑化を停止または弱めるように切り換える平滑化切換手段と、
を設けたことを特徴とする。

かかる構成とすれば、目標値がランプ応答で変化したり、変化量の小さいステップ応答の場合は、請求項２同様、駆動力が過大となることを防止して発熱や燃費悪化を抑制できると共に、フィルタ手段での平滑化に伴う位相遅れによる実応答値のうねりや変動の発生を抑制できる。
また、目標値の変化量が大きく、操作量の算出値が可変動弁機構の駆動手段の最大駆動力以上となるときは、最大駆動力で飽和され、フィードバック制御機能が働かず、規範応答値と実応答値との偏差が増大するため、フィルタで平滑化されたフィードバック操作量を用いると、収束性が悪化してしまうが、飽和状態のときから飽和状態が解消されてから所定時間の間、フィードバック制御によって該偏差を吸収しようとする際には、第２フィルタによる平滑化を停止または弱められることにより、実偏差に即したフィードバック操作量を用いることにより、収束性の悪化を防止できる。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態における車両用内燃機関のシステム図である。
図１において、内燃機関１０１は、左右２つのバンクからなるＶ型機関である。
前記機関１０１の吸気管１０２には、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を通過した空気は、各バンクに分配された後、更に、各気筒に分配される。

各気筒では、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を介して排出された後、バンク毎に排気が集合され、バンク毎に設けられるフロント触媒１０８ａ，１０８ｂ及びリア触媒１０９ａ，１０９ｂで浄化される。
前記リア触媒１０９ａ，１０９ｂで浄化された後のバンク毎の排気は、合流してマフラーに１０３に流入し、その後大気中に放出される。

前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に軸支されたカムによって一定のリフト，作動角及びバルブタイミング（作動角の中心位相）を保って開閉駆動される。
一方、吸気バルブ１０５側には、吸気バルブ１０５のリフトを作動角と共に連続的に可変とする第１の可変動弁機構である作動角・リフト可変機構１１２ａ，１１２ｂがバンク毎に設けられる。なお、リフトと作動角のいずれか一方のみを可変とする可変動弁機構を適用することもできる。

更に、吸気バルブ１０５側には、クランク軸に対する吸気バルブ駆動軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を連続的に可変制御する第２の可変動弁機構である中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂがバンク毎に設けられる。
マイクロコンピュータを内蔵する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１４は、アクセル開度などに対応する目標吸入空気量が得られるように、前記電子制御スロットル１０４，作動角・リフト可変機構１１２ａ，１１２ｂ及び中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂを制御する。

前記電子制御ユニット１１４には、機関１０１の吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１５（流量計）、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ１１６、クランク軸の回転角を検出するクランク角センサ１１７、電子制御スロットル１０４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、各バンクの排気空燃比を検出する空燃比センサ１１１ａ，１１１ｂ等からの検出信号が入力される。

また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート部には、燃料噴射弁１３１が設けられる。
前記燃料噴射弁１３１には、燃料タンク１３２内の燃料が燃料ポンプ１３３により圧送され、該燃料噴射弁１３１が、前記電子制御ユニット１１４からの噴射パルス信号（空燃比制御信号）によって開弁駆動されると、噴射パルス幅（開弁時間）に比例する量の燃料が機関１０１に噴射される。

次に、前記作動角・リフト可変機構１１２ａ，１１２ｂ及び中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂの構造を、図２〜図４に基づいて説明する。
本実施形態の機関１０１は、各気筒に一対の吸気バルブ１０５，１０５が設けられており、これら吸気バルブ１０５，１０５の上方に、クランク軸によって回転駆動される吸気バルブ駆動軸３が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。

前記吸気バルブ駆動軸３には、吸気バルブ１０５のバルブリフタ２ａに当接して吸気バルブ１０５を開閉駆動する揺動カム４が相対回転可能に外嵌されている。
前記吸気バルブ駆動軸３と揺動カム４との間には、吸気バルブ１０５の作動角及びバルブリフト量を連続的に変更する作動角・リフト可変機構１１２ａ，１１２ｂが設けられている。

また、前記吸気バルブ駆動軸３の一端部には、クランク軸に対する前記吸気バルブ駆動軸３の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を連続的に変更する中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂが配設されている。
前記作動角・リフト可変機構１１２ａ，１１２ｂは、図２及び図３に示すように、吸気バルブ駆動軸３に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム１１と、この駆動カム１１に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１２と、吸気バルブ駆動軸３と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム１４と、この制御カム１４に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク１２の先端に連結されたロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺動カム４とに連結されたロッド状リンク１６と、を有している。

前記制御軸１３は、電動アクチュエータ１７（モータ）によりギア列１８を介して所定の制御角度範囲内で回転駆動される。
上記の構成により、クランク軸に連動して吸気バルブ駆動軸３が回転すると、駆動カム１１を介してリング状リンク１２がほぼ並進移動するとともに、ロッカアーム１５が制御カム１４の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して吸気バルブ１０５が開閉駆動される。

また、前記制御軸１３の回転角度を変化させることにより、ロッカアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の軸心位置が変化して揺動カム４の姿勢が変化する。
これにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を略一定としたままで、吸気バルブ１０５の作動角及びリフトが連続的に増減変化する。
図４は、前記中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂを示している。

前記中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂは、クランク軸と同期して回転するスプロケット２５に固定され、このスプロケット２５と一体的に回転する第１回転体２１と、ボルト２２ａにより前記吸気バルブ駆動軸３の一端に固定され、吸気バルブ駆動軸３と一体的に回転する第２回転体２２と、ヘリカルスプライン２６により第１回転体２１の内周面と第２回転体２２の外周面とに噛合する筒状の中間ギア２３と、を有している。

前記中間ギア２３は、ネジ２８を介してドラム２７が連結されており、このドラム２７と中間ギア２３との間にねじりスプリング２９が介装されている。
前記中間ギア２３は、ねじりスプリング２９によって遅角方向（図４の左方向）へ付勢されており、電磁リターダ２４に電圧を印加して磁力を発生すると、ドラム２７及びネジ２８を介して進角方向（図４の右方向）へ動かされる。

この中間ギア２３の軸方向位置に応じて、回転体２１，２２の相対位相が変化して、クランク軸に対する吸気バルブ駆動軸３の位相が変化し、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相が連続的に変化する。
前記電動アクチュエータ１７及び電磁リターダ２４は、前記電子制御ユニット１１４からの制御信号により駆動制御される。

尚、前記中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂの構造を、上記のものに限定するものではなく、クランク軸に対する吸気バルブ駆動軸３（吸気側カム軸）の回転位相を可変とする公知の機構を適用できる。
前記電子制御ユニット１１４は、前記制御軸１３の目標角度（目標リフト）を設定し、角度センサ３２で検出される実際の角度が前記目標角度に近づくように、前記電動アクチュエータ１７の操作量をフィードバック制御する。

更に、前記電子制御ユニット１１４は、前記吸気バルブ駆動軸３の所定角度位置で検出信号を出力する駆動軸センサ３１からの信号と、前記クランク角センサ１１７からの検出信号とから、クランク軸に対する吸気バルブ駆動軸３の回転位相を検出し、この検出結果が目標の回転位相に近づくように、前記電磁リターダ２４の操作量をフィードバック制御する。

次に可変動弁機構である作動角・リフト可変機構１１２ａ，１１２ｂ及び中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂの制御の詳細を説明する。
図５は、作動角・リフト可変機構１１２（１１２ａ，１１２ｂ）の第１実施形態における制御ブロック図を示す。
目標値算出部Ａは、機関運転状態に基づいて、吸気バルブ１０５の作動角・リフト特性の目標値（目標作動角）に対応する作動角・リフト可変機構１１２の目標値（制御軸１３の目標回転角）θ_Ｔを算出する。

規範応答値演算部Ｂは、作動角・リフト可変機構１１２の目標値θ_Ｔを入力し、設計者が希望する規定の応答特性（規範応答特性）にしたがって応答させたときの規範応答値θ_Ｍを算出する。すなわち、規範値θ_Ｍは、最終的な目標値θ_Ｔに所望の応答特性で収束させる過渡的な目標値として設定される。
具体的には、下式(1)に示す作動角・リフト可変機構１１２の下記の動特性（運動方程式）に対し、安定した応答が得られる規範応答特性Ｒ(s)を、式(2)のように設定し、式(3)により規範応答値θ_Ｍを算出する。

Ｔ＝Ｊ（ｄ^２θ／ｄｔ^２）＋μ（ｄθ／ｄｔ）＋Ｋθ・・・(1)
ただし、Ｔ：駆動トルク、θ：作動角・リフト可変機構１１２の制御軸１３の回転角、Ｊ：作動角・リフト可変機構１１２の慣性モーメント、μ：作動角・リフト可変機構１１２の摩擦係数、Ｋ：作動角・リフト可変機構１１２のバネ定数
Ｒ(s)＝ω^２／（ｓ^２＋２ζωｓ＋ω^２）・・・(2)
ただし、ｓ：ラプラス演算子、ω：周波数、ζ：減衰係数
θ_Ｍ＝θ_Ｔ・Ｒ(s)・・・(3)
フィードフォワード操作量演算部Ｃは、作動角・リフト可変機構１１２を規範応答特性にしたがって応答させるためのフィードフォワード操作量を算出して出力する。

具体的には、フィードフォワード伝達関数Ｆ_ＦＦ(s)を、次式(4)のように、前記作動角・リフト可変機構１１２の下記の動特性の伝達関数Ｐ(s)を逆変換した関数Ｐ^−１(s)と規範応答特性Ｒ(s)との積Ｐ^−１(s)・Ｒ(s)として設定する。
Ｆ_ＦＦ(s)＝Ｐ^−１(s)・Ｒ(s)・・・(4)
そして、次式(5)のように、入力した目標値θ_Ｔに伝達関数Ｆ_Ｆ(s)を乗じることによりフィードフォワード駆動電流ｉ_ＦＦを算出する。

ｉ_ＦＦ＝Ｆ_ＦＦ(s)・θ_Ｔ・・・(5)
電動アクチュエータ１７の駆動電流ｉを、駆動電圧によって制御する場合は、フィードフォワード操作量として、前記フィードフォワード駆動電流ｉ_ＦＦを得るフィードフォワード駆動電圧Ｖ_ＦＦに変換して出力する。
フィードバック操作量演算部Ｄは、前記規範応答値θ_Ｍと作動角・リフト可変機構１１２の実応答値（実回転角）θ_Ｒとの偏差θ_ＥＲＲ（＝θ_Ｍ−θ_Ｒ）に基づき、次式(5)により比例要素Ｐ、積分要素Ｉを用いて次式(6)によりフィードバック駆動電流ｉ_ＦＢを算出し、フィードバック操作量としてフィードバック駆動電圧Ｖ_ＦＢに変換して出力する。

ｉ_ＦＢ＝（Ｐ＋Ｉ／ｓ＋Ｄｓ）・θ_ＥＲＲ・・・(6)
フィルタ処理部Ｅは、前記フィードフォワード駆動電圧Ｖ_ＦＦとフィードバック駆動電圧Ｖ_ＦＢとを加算した駆動電圧に対して、平滑化処理を行い最終的な操作量として、作動角・リフト可変機構１１２（電動アクチュエータ１７）に出力する。
すなわち、作動角・リフト可変機構１１２を規範応答特性にしたがって応答するようにフィードフォワード操作量で制御しつつ、機構のバラツキや使用条件などにより生じる規範値と実際値とのずれを、フィードバック操作量で吸収する制御において、算出された操作量をフィルタ処理して電動アクチュエータ１７に出力する構成とした。

これにより、該フィルタ処理後の操作量によって駆動された電動アクチュエータ１７の実応答値を、フィードバックして規範応答値と比較される実応答値として用いることとなるため、該実応答値の機関バルブ反力による振動を無くし、該振動を抑制すべくフィードバック操作量が過大な値となることが防止されて、消費電力増大による燃費の悪化、電動アクチュエータ１７の発熱による耐久性低下を防止できる。

ここで、従来のように実応答値にフィルタ処理を行ってフィードバック値とする構成としても、上記の課題は解消されるが、フィードバック値は規範応答値に追従するが、実応答値が進み側に制御されて変動を生じる。
これに対し、本実施形態のように、操作量にフィルタ処理を行うことにより、実応答値とフィードバック値とが同一値となって位相差を無くすことができる。

上記実施形態では、実応答値とフィードバック値との位相差は無くなるが、操作量に対する可変動弁機構の応答が位相遅れを生じたままであるから、うねりや収束性の悪化を生じる。
そこで、第２実施形態では、規範応答値と可変動弁機構の応答との位相差も無くす構成とする。

そのため、フィルタ処理部Ｅと作動角・リフト可変機構１１２とを合わせて１つのプラントと考える。
本第２実施形態の制御ブロック図を、図６に示す。
規範応答値演算部Ｂは、前記フィルタ処理部Ｅと作動角・リフト可変機構１１２とを合わせたプラントに対する規範応答特性Ｒ(s)’を、下記(7)式のように、作動角・リフト可変機構１１２の規範応答特性Ｒ(s)と、フィルタ特性Ｆ(s)とを合成した算出値として設定し、式(8)により規範応答値θ_Ｍを算出する。

Ｒ(s)’＝Ｒ(s)・Ｆ(s)・・・(7)
θ_Ｍ＝θ_Ｔ・Ｒ(s)’＝θ_Ｔ・Ｒ(s)・Ｆ(s)・・・(8)
フィードフォワード操作量演算部Ｃにおけるフィードフォワード伝達関数Ｆ_Ｆ(s)は、以下のように設定される。
前記フィルタ処理部Ｅと作動角・リフト可変機構１１２とを合わせたプラントの伝達関数Ｐ(s)’は、次式（9）で示される。

Ｐ(s)’＝Ｆ(s)・Ｐ(s)・・・(9)
したがって、これらプラントの伝達関数Ｐ(s)’と規範応答特性Ｒ(s)’とに基づいて、フィードフォワード伝達関数Ｆ_ＦＦ(s)は、以下のように設定される。
Ｆ_ＦＦ(s)＝Ｐ^−１(s)’・Ｒ(s)’
＝Ｆ^−１(s)・Ｐ^−１(s)・Ｒ(s)・Ｆ(s)
＝Ｐ(s)^−１・Ｒ(s)・・・(10)
結果としては、前記第１実施形態における式(4)と同一となるが、ここで用いる規範応答特性Ｒ(s)は、プラントの規範応答特性Ｒ(s)’ではなく、フィルタ処理を行わないものに対して設定される規範応答特性である。

作動角・リフト可変機構１１２の実応答を所望の規範応答に追従させるには、プラントの規範応答特性Ｒ(s)’を、所望の規範応答特性Ｒ０(s)とする必要がある。このため、フィルタ処理を含まない規範応答特性Ｒ(s)を次式のように逆算すればよい。
Ｒ０(s)＝Ｒ(s)・Ｆ(s)
Ｒ(s)＝Ｒ０(s)・Ｆ^−１(s)・・・・(11)
このようにすれば、操作量が過大となることを防止しつつ、規範応答値と、フィードフォワード操作量とフィードバック操作量を加算した操作量に対する作動角・リフト可変機構１１２の応答との位相差も無くなるため、規範応答値に実応答値を良好に追従させることができる。

したがって、目標値がランプ応答で変化する場合は、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、実応答値をフィルタ処理した値をフィードバックした場合の制御軸回転角（実応答値）の変動（同図（Ｃ）参照）も解消される。
また、ステップ応答で変化する場合も、図８に示すように、制御軸回転角（実応答値）の変化量が小さくフィードバック制御が良好に機能する場合は、位相差によるうねりの発生も解消される。

しかし、目標値が大きく変化するステップ応答の過渡時など操作量（算出値）が電動アクチュエータ１７の電源電圧を上回り、実際の操作量（駆動電圧）が飽和している状態（通電デューティ比で制御する場合はデューティ比が１００％近傍に維持されている状態）ではフィードバック制御が機能しておらず、この飽和状態が解消されて実質的なフィードバック制御を再開する際に、フィルタ処理を行ったフィードバック操作量では、偏差の吸収に遅れを生じ、うねりを発生して収束性が低下するおそれがある。

図９は、上記のような操作量が飽和状態となったときの問題を解消した第３実施形態の制御ブロック図を示す。
本実施形態では、第２実施形態に対し、フィードバック制御におけるフィルタ処理を、条件に応じて変更するものである。そのため、第２実施形態でフィードフォワード操作量とフィードバック操作量とを加算した操作量に対して１個のフィルタ処理部でフィルタ処理を行う構成としていたのに対し、本実施形態では、フィードフォワード操作量演算部Ｃの後段に第１フィルタ処理部Ｆ、フィードバック操作量演算部Ｄの後段に第２フィルタ処理部Ｇを接続し、第１フィルタ処理部Ｆ及び第２フィルタ処理部Ｇでそれぞれフィルタ処理された後のフィードバック操作量およびフィードバック操作量を加算して、作動角・リフト可変機構１１２に出力する。

そして、第１フィルタ処理部Ｆは、第１、第２実施形態のフィルタ処理部Ｅと同様の一定のフィルタ処理機能を有するが、第２フィルタ処理部Ｇは、第１フィルタ処理部Ｆと同一のフィルタ処理機能を最大レベルとし、フィルタ処理停止状態のレベル０まで徐々にレベルを変更できるように構成されている。
操作量飽和状態判定部Ｈは、操作量の算出値が電動アクチュエータ１７の最大駆動力以上である飽和状態であるか否かを判定する。

フィルタレベル切換部Ｉは、前記操作量飽和状態判定部Ｈからの判定結果に基づいて、第２フィルタ処理部Ｇのフィルタ機能のレベルを以下のように切り換える。
操作量の算出値が電動アクチュエータ１７の最大駆動力以上である飽和状態であるときは、第２フィルタ処理部Ｇのフィルタ処理を停止（レベル＝０）させる。
この結果、第２フィルタ処理部Ｇから出力されるフィードバック操作量は、第２フィルタ処理部Ｇ前段のフィードバック操作量演算部Ｄで演算されたフィードバック操作量と等しい。

操作量の飽和状態の判定は、操作量（駆動電圧Ｖ）の算出値（絶対値）が電源電圧Ｖ０以上となっているかによって判定する。また、操作量を通電デューティ比として制御する場合は、通電デューティ比が１００％近傍になっているかによって判定することができる。
前記飽和状態が解消されたことが判定されると、該解消後所定時間ｔ０の間に第２フィルタ処理部Ｇのフィルタ機能レベルを徐々に増大して第１フィルタ処理部Ｆと同一の最大レベルに切り換える。

この間の第２フィルタ処理部Ｇから出力されるフィードバック操作量Ｆ_ＦＢは、次式（12）で示される。
Ｆ_ＦＢ＝[Ｆ_ＦＢ１・（ｔ０−ｔ）＋Ｆ_ＦＢ２・ｔ]／ｔ０
Ｆ_ＦＢ１：フィードバック操作量演算部で算出したフィードバック操作量
Ｆ_ＦＢ２：Ｆ_ＦＢ１を、第２フィルタ処理部により最大レベルでフィルタ処理したときのフィードバック操作量算出値
ｔ：飽和状態解消してからの経過時間
これら以外のときは、第２フィルタ処理部Ｇを最大レベルでフィルタ処理を行う。

このようにすれば、前記第１及び第２の実施形態と同様に、発熱防止、位相差によるうねり変動防止の効果が得られる。
また、目標値が大きく変化するときなど操作量が飽和した場合においても、飽和状態が解消され、規範応答値と実応答値との偏差をフィードバック制御によって吸収する際に、飽和状態解消直後の偏差が大きいときは、フィルタ処理を行わず、もしくはフィルタ機能のレベルを小さくして設定されたフィードバック操作量を用いることにより、速やかに偏差を減少して収束性を改善できる。また、時間経過によって定常状態に近づいてから最大レベルまでフィルタ機能を高めることで、操作量の振幅が過大となることを抑制して発熱及び燃費の悪化を抑制できる。

図１０は、本実施形態における状態変化の様子を示す。飽和状態解消してからフィルタ処理を停止から徐々にレベルを増大させて前記フィードバック操作量Ｆ_ＦＢ１を用いた操作量Ａからフィードバック操作量Ｆ_ＦＢ２を用いた操作量Ｂに移行する。
本発明を、第２の可変動弁機構である中心位相可変機構１１３に適用した場合、制御量が吸気バルブ駆動軸３の回転位相、操作量が電磁リターダ２４の操作量に代わるだけで、作動角・リフト可変機構１１２における制御と同様に作用し、同様の効果が得られる。

作動角・リフト可変機構１１２に適用した第１〜第３実施形態の制御ブロック図に対し、同様の各実施形態を中心位相可変機構１１３に適用した場合の制御ブロック図は、作動角・リフト可変機構１１２を中心位相可変機構１１３に変更するだけの構成となるから記載を省略する。
これら、作動角・リフト可変機構１１２および中心位相可変機構１１３に本発明を適用すれば、各機構で上記効果が得られて望ましいが、一方のみに適用しても十分な効果が得られることは勿論である。

また、以上の実施形態では、吸気バルブの特性を可変とする可変動弁機構（作動角・リフト可変機構１１２、中心位相可変機構１１３）に適用したものを示したが、排気バルブの特性を可変とする可変動弁機構においても、排気バルブの特性を可変とすることによって、吸入空気量特性を可変とすることができるから、本発明を適用することにより、同様の効果を得られる。

また、上記可変動弁機構の性能向上により、特にアイドル時などのエンジン振動抑制効果が得られ、また、実施形態のように、Ｖ型機関のバンク毎の可変動弁機構に適用することにより、バンク間の性能をバランスさせることができ、トルク段差回避及び該トルク段差回避による加速性能向上などの効果も得られるものである。

本発明の実施形態における内燃機関の構成図。 上記実施形態における作動角・リフト可変機構の構造を示す斜視図。 前記作動角・リフト可変機構の側面図。 上記実施形態における中心位相可変機構を示す断面図。 上記作動角・リフト可変機構の第１実施形態における制御ブロック図。 上記作動角・リフト可変機構の第２実施形態における制御ブロック図。 第２実施形態において、目標値がランプ応答で変化した場合の作用・効果を示す図。 第２実施形態において、目標値がステップ応答で変化した場合の作用・効果を示す図。 上記作動角・リフト可変機構の第３実施形態における制御ブロック図。 第３実施形態の作用・効果を示す図。

符号の説明

１０１…内燃機関、１０４…電子制御スロットル、１０５…吸気バルブ、１０７…排気バルブ、１１１ａ，１１１ｂ…酸素センサ、１１２ａ，１１２ｂ…作動角・リフト可変機構（ＶＥＬ）、１１３ａ，１１３ｂ…中心位相可変機構（ＶＴＣ）、１１４…電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (9)

1. 機関バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構を備え、
   前記機関バルブの開弁特性の目標値に対応する前記可変動弁機構の目標値を算出する目標値算出手段と、
   前記可変動弁機構を、前記目標値に対し規定した応答特性で応答させたときの規範応答値を算出する規範応答値算出手段と、
   前記可変動弁機構を、前記目標値に対し規定した応答特性で応答させるためのフィードフォワード操作量を算出するフィードフォワード操作量算出手段と、
   前記可変動弁機構の前記規範応答値と実応答値との偏差を無くすためのフィードバック操作量を算出するフィードバック操作量算出手段と、
   前記フィードフォワード操作量と前記フィードバック操作量とに基づいて、前記可変動弁機構の駆動手段へ出力される操作量を算出する操作量算出手段と、
   を含んで構成した可変動弁機構の制御装置において、
   前記フィードフォワード操作量とフィードバック操作量とを平滑化するフィルタ手段を設け、
   フィルタ手段で平滑化した操作量を、可変動弁機構の駆動手段に出力することを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
2. 機関バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構を備え、
   前記機関バルブの開弁特性の目標値に対応する前記可変動弁機構の目標値を算出する目標値算出手段と、
   前記可変動弁機構を、前記目標値に対し規定した応答特性で応答させたときの規範応答値を算出する規範応答値算出手段と、
   前記可変動弁機構を、前記目標値に対し規定した応答特性で応答させるためのフィードフォワード操作量を算出するフィードフォワード操作量算出手段と、
   前記可変動弁機構の前記規範応答値と実応答値との偏差を無くすためのフィードバック操作量を算出するフィードバック操作量算出手段と、
   前記フィードフォワード操作量と前記フィードバック操作量とに基づいて、前記可変動弁機構の駆動手段へ出力される操作量を算出する操作量算出手段と、
   を含んで構成した可変動弁機構の制御装置において、
   前記フィードフォワード操作量とフィードバック操作量とを平滑化するフィルタ手段を設け、
   フィルタ手段で平滑化した操作量を、可変動弁機構の駆動手段に出力すると共に、
   前記規範応答値算出手段は、規定した応答特性とフィルタ手段の平滑化特性とに基づいて規範応答値を算出する構成としたことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
3. 機関バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構を備え、
   前記機関バルブの開弁特性の目標値に対応する前記可変動弁機構の目標値を算出する目標値算出手段と、
   前記可変動弁機構を、前記目標値に対し規定した応答特性で応答させたときの規範応答値を算出する規範応答値算出手段と、
   前記可変動弁機構を、前記目標値に対し規定した応答特性で応答させるためのフィードフォワード操作量を算出するフィードフォワード操作量算出手段と、
   前記可変動弁機構の前記規範応答値と実応答値との偏差を無くすためのフィードバック操作量を算出するフィードバック操作量算出手段と、
   前記フィードフォワード操作量と前記フィードバック操作量とに基づいて、前記可変動弁機構の駆動手段へ出力される操作量を算出する操作量算出手段と、
   を含んで構成した可変動弁機構の制御装置において、
   前記フィードフォワード操作量を平滑化する第１フィルタ手段と、
   前記フィードバック操作量を平滑化する第２フィルタ手段と、
   前記第１フィルタ手段を経由したフィードフォワード操作量と第２フィルタ手段を経由したフィードバック操作量とを加算した操作量を、可変動弁機構の駆動手段に出力する操作量出力手段と、
   前記操作量の算出値が前記駆動手段の最大駆動力以上であるか否かを判定する判定手段と、
   前記操作量が最大駆動量以上であると判定されたときから最大駆動力未満となって所定時間を経過するまでの間は、それ以外の通常時における第２フィルタ手段による通常の平滑化を停止または弱めるように切り換える平滑化切換手段と、
   を設けたことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
4. 前記規範応答値特性手段は、前記規定した応答特性と、前記第１フィルタ手段による平滑化特性とに基づいて規範応答値を算出することを特徴とする請求項３に記載の可変動弁機構の制御装置。
5. 前記平滑化切換手段は、前記操作量の算出値が最大駆動力以上のときは、第２フィルタ手段の平滑化を停止し、最大駆動量未満となって所定時間を経過するまでの間は、平滑化を徐々に通常時レベルに戻すことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の可変動弁機構の制御装置。
6. 前記駆動手段は、操作量を駆動電圧とする電動アクチュエータであり、前記最大駆動量以上であることを、駆動電源電圧以上であることによって判定することを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。
7. 前記駆動手段は、操作量を通電デューティ比とする電動アクチュエータであり、前記最大駆動量以上であることを、通電デューティ比が１００％近傍であることによって判定することを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。
8. 前記可変動弁機構は、機関バルブの作動角、リフト量の少なくとも一方を可変とする機構であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。
9. 前記可変動弁機構は、機関バルブの中心位相を可変とする機構であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。

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