JP2017096214A - 内燃機関の可変バルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ばね有領域とばね無領域との境界を高精度に設定して、ＶＶＴ位相の制御性を向上する。
【解決手段】ＶＶＴ機構は、カムトルクに抗して相対回転位相が進角側に移行する方向に第２回転体を付勢するばねを有する。制御部は、ばね有領域とばね無領域との境界となる相対回転位相を設定する境界位相設定部と、設定された相対回転位相から定まる両領域のそれぞれで、実バルブタイミングが一定に保持されているときの油圧制御弁へのデューティを学習する学習部を備える。境界位相設定部は、ばね有領域内において、油圧制御弁をばね無領域の保持デューティで駆動し、実際の相対回転位相が予め定められた不明領域になった場合に、第２回転体において駆動によって掛かる力とカムトルクとが釣り合うときの相対回転位相を境界位相として学習し、実際の相対回転位相がばね無領域になった場合に、境界位相の学習を終了する。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に関する。

従来、内燃機関のクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相（ＶＶＴ位相）を変化させて、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を調整する油圧駆動式の可変バルブタイミング制御装置が知られている。この可変バルブタイミング制御装置では、駆動油圧を制御する油圧制御弁の制御量（デューティ）を演算する際に、目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの偏差に応じたフィードバック制御量と、実バルブタイミングを一定に保持するのに必要な保持制御量（保持デューティ）とに基づいて制御量を求め、この制御量で油圧制御弁を駆動して、バルブタイミングを進角又は遅角させるようにしている。

この種の可変バルブタイミング制御装置は、例えば、特許文献１に記載されているように、ＶＶＴ位相の制御特性が異なる複数の制御領域を有している。具体的には、可変バルブタイミング制御装置は、ＶＶＴ位相を進角側に移行するためのばねを有し、ばねの付勢力が作用するばね有領域と、ばねの付勢力が作用しないばね無領域とを有している。そして、ばね有領域とばね無領域とで、個別に、保持デューティを学習する処理を行っている。

特開２０１１−０３２９０６号公報 特開２０１５−０１７５１３号公報

しかしながら、前記背景技術の可変バルブタイミング制御装置では、ばねの製造ばらつき・組付ばらつきやばね力の経時変化等によって、ばね有領域とばね無領域との境界が変動することがあり、この場合に、どちらの制御領域に属するかを判定することが難しかった。このために、適切な制御領域で保持デューティを学習することができなくなり、ＶＶＴ位相の制御性が悪化する問題が発生した。したがって、可変バルブタイミング制御装置において、ばね有領域とばね無領域との境界を高精度に設定することで、ＶＶＴ位相の制御性を向上することのできる技術が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態は、クランクシャフトの回転に連動して回転する第１回転体に対する、カムシャフトと共に回転する第２回転体の相対回転位相を、油圧制御弁を介して供給される作動油圧によって変更することによって、機関バルブのバルブタイミングを変更するバルブタイミング可変機構と、前記油圧制御弁を駆動制御する制御部と、を備える内燃機関の可変バルブタイミング制御装置である。この内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、前記バルブタイミング可変機構は、前記カムシャフトのカムトルクに抗して前記相対回転位相が進角側に移行する方向に前記第２回転体を付勢するばねを有する。前記制御部は、前記第２回転体が前記ばねによる付勢力を受ける前記相対回転位相の領域をばね有領域とし、前記第２回転体が前記ばねによる付勢力を受けない前記相対回転位相の領域をばね無領域としたときの、前記ばね有領域と前記ばね無領域との境界となる相対回転位相を境界位相として設定する境界位相設定部と、前記設定された境界位相から定まる前記ばね有領域と前記ばね無領域とのそれぞれで、実際の前記バルブタイミングが一定に保持されているときの前記油圧制御弁へのデューティを保持デューティとして学習する保持デューティ学習部と、を備え、前記学習によって得られた前記ばね有領域の保持デューティと前記ばね無領域の保持デューティとを選択的に用いて、前記油圧制御弁の制御量を設定する。前記境界位相設定部は、前記ばね有領域内において、前記油圧制御弁を前記ばね無領域の保持デューティで駆動し、実際の前記相対回転位相が予め定められた不明領域になった場合に、前記第２回転体において前記駆動によって掛かる力と前記カムトルクとが釣り合うときの前記相対回転位相を前記境界位相として学習し、実際の前記相対回転位相が前記ばね無領域になった場合に、前記境界位相の学習を終了する。

この形態の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置によれば、ばねの付勢力が作用する範囲の限界となるばね端の位置が、境界位相として高精度に求められる。したがって、ばね有領域とばね無領域との境界を高精度に設定することができることから、ＶＶＴ位相の制御性を向上できる。

内燃機関とその周辺を概略的に示す説明図である。 バルブタイミング可変機構と油圧回路とを示す説明図である。 バルブタイミング可変機構の斜視図である。 バルブタイミング可変機構の断面図である。 駆動デューティとＶＶＴ応答速度との関係を示すグラフである。 ばね有領域とばね無領域との関係を示す説明図である。 境界位相設定処理を示すフローチャートである。 ばね無し保持デューティを電磁ソレノイド５５に出力したときのＶＶＴの様子を示す説明図である。 ステップＳ１７０で「ＹＥＳ」と判定されたときのＶＶＴの様子を示す説明図である。 ステップＳ１７０で「ＮＯ」と判定されたときのＶＶＴの様子を示す説明図である。

次に、本発明の実施形態を説明する。
図１は、内燃機関とその周辺を概略的に示す説明図である。図示するように、内燃機関１１の燃焼室１２と吸気通路１３との間は、吸気バルブ２１の開閉動作を通じて連通・遮断される。吸気バルブ２１は、クランクシャフト１７により回転駆動される吸気カムシャフト２２の回転に伴って開閉動作する。内燃機関１１における燃焼室１２と排気通路１８との間は、排気バルブ２４の開閉動作を通じて連通・遮断される。排気バルブ２４は、クランクシャフト１７からの回転伝達を受ける排気カムシャフト２５の回転に伴って開閉動作する。

内燃機関１１には、吸気バルブ２１の開閉タイミング（バルブタイミング）を調整するバルブタイミング可変機構４０が設けられている。バルブタイミング可変機構４０は、油圧制御弁としてのオイルコントロールバルブ５０の駆動による作動油の給排を通じて、クランクシャフト１７に対する吸気カムシャフト２２の相対回転位相を変化させる。

図２は、バルブタイミング可変機構４０と、バルブタイミング可変機構４０を動作させる油圧回路とを示す説明図である。図示するように、バルブタイミング可変機構４０には、吸気カムシャフト２２に一体回転可能に固定されたロータ４１（第２回転体）が設けられている。また、バルブタイミング可変機構４０には、吸気カムシャフト２２と同一軸線上にロータ４１を囲むように設けられるとともにクランクシャフト１７の回転に連動して回転するハウジング４２（第１回転体）が設けられている。ハウジング４２の内周面には、吸気カムシャフト２２の軸線に向かって突出する突部４３が周方向に所定間隔をおいて複数形成されている。ロータ４１の外周面には、径方向外方に突出する複数のベーン４４が形成されている。複数のベーン４４は、隣り合う突部４３の間にそれぞれ配置されている。これにより、ハウジング４２内における各突部４３の間の部分がベーン４４によって進角室４５と遅角室４６とに区画されている。進角室４５および遅角室４６に対する作動油の給排が切り替えられることにより、クランクシャフト１７に対する吸気カムシャフト２２の相対回転位相、すなわちハウジング４２に対するロータ４１の相対回転位相が変更される。以下、この相対回転位相を「ＶＶＴ位相」と称する）が変更される。「ＶＶＴ」とは、可変バルブタイミング（Variable Valve Timing）の意味である。ロータ４１は、いわゆるＶＶＴ駆動部材である。

すなわち、進角室４５に作動油を供給するとともに遅角室４６から作動油を排出して、ロータ４１をハウジング４２に対して図中の右回転方向に相対回転させることにより、ＶＶＴ位相が進角して吸気バルブ２１のバルブタイミングが進角する。また、遅角室４６に作動油を供給するとともに進角室４５から作動油を排出して、ロータ４１をハウジング４２に対して図中の左回転方向に相対回転させることにより、ＶＶＴ位相が遅角して吸気バルブ２１のバルブタイミングが遅角する。このようにバルブタイミング可変機構４０が駆動されて吸気バルブ２１のバルブタイミングが変更される。

バルブタイミング可変機構４０には、ＶＶＴ位相をロックするロック状態とＶＶＴ位相のロックを解除するロック解除状態とを切り替え可能なロック機構４７が設けられている。ロック機構４７は、ロータ４１のベーン４４に形成された収容孔と、その収容孔に進退可能に収容されたロックピン（図示せず）と、ハウジング４２に形成されたロック穴（図示せず）とを備えている。ロックピンは、ばねによってロック穴に嵌入する方向に常時付勢されるとともに、解除室４８の油圧によってロック穴から抜ける方向に付勢される。

ロック機構４７は、解除室４８に対する作動油の給排状態を変更することにより、そのロック状態とロック解除状態とを切り替える。すなわち、ロック機構４７の解除室４８から作動油を排出させて解除室４８の油圧を低下させると、ロックピンがばねの付勢力により収容孔から押し出されてロック穴に没入される。その結果、ロック機構４７がロック状態となる。一方、ロック機構４７の解除室４８に作動油を供給して解除室４８の油圧を上昇させると、ロックピンがロック穴から抜き出されて収容孔に戻される。その結果、ロック機構４７がロック解除状態となる。なお、ロック機構４７がロック状態にあるときには、ＶＶＴ位相が規制されて最進角位相と最遅角位相との間の中間位相となる。そして、機関停止時にロック機構４７をロック状態にすることにより、ＶＶＴ位相を中間位相にロックした状態で機関運転が停止されるため、始動時の実圧縮比を高くして始動性を向上することができる。

バルブタイミング可変機構４０とオイルポンプ６１との間は、油圧回路によって繋がれている。この油圧回路を通じてバルブタイミング可変機構４０に対して、作動油の給排が行われる。油圧回路を構成する複数の油路の途中には、それら油路によるバルブタイミング可変機構４０に対する作動油の給排態様を変更するためのオイルコントロールバルブ（以下、「ＯＣＶ」と称する）５０が設けられている。ＯＣＶ５０は、オイルポンプ６１に供給油路６３を介して接続されるとともに、そのオイルポンプ６１により汲み上げられる作動油を貯留するためのオイルパン６２に排出油路６４を介して接続されている。また、ＯＣＶ５０は、バルブタイミング可変機構４０の進角室４５に進角油路６５を介して接続されるとともに、バルブタイミング可変機構４０の遅角室４６に遅角油路６６を介して接続されている。ＯＣＶ５０は、ロック機構４７の解除室４８に解除油路６７を介して接続されている。ＯＣＶ５０が、［発明の概要］の欄に記載した本発明の一形態における「油圧制御弁」に相当する。

ＯＣＶ５０には、スリーブ５１と、スリーブ５１内においてその軸方向に変位可能に設けられたスプール５３と、スプール５３にその変位方向の一方側に向けて弾性力を作用させるばね５４と、スプール５３がその変位方向の他方側に向けて変位するようにスプール５３に電磁力を作用させる電磁ソレノイド５５とが設けられている。また、スリーブ５１とスプール５３には、供給油路６３、排出油路６４、進角油路６５、遅角油路６６、および解除油路６７とそれぞれ連通する複数のポートが形成されている。電磁ソレノイド５５に電圧を印加する時間を制御量としての駆動デューティに応じて変更することによって、ＯＣＶ５０におけるスプール５３の位置調節が行われる。駆動デューティは、例えば「０〜１００％」という定められた範囲内で変更されるものであって、その範囲内で小さくなるほど電磁ソレノイド５５の電磁力が小さくなる一方、大きくなるほど電磁ソレノイド５５の電磁力が大きくなる。

駆動デューティを小さくして電磁ソレノイド５５の電磁力を小さくすると、その電磁力よりもばね５４の付勢力が大きくなって、その付勢力に基づきスプール５３が一方側（図中左側）に変位する。一方、駆動デューティを大きくして電磁ソレノイド５５の電磁力を大きくすると、その電磁力がばね５４の付勢力よりも大きくなって、電磁力に基づきスプール５３が他方側（図中右側）に変位する。ＯＣＶ５０は、こうしたスプール５３の位置調節を通じて複数の動作モードのいずれかが選択されることにより、その選択された動作モードに対応して上記の各ポート同士の連通遮断状態が切り替えられる。

ＯＣＶ５０の動作モードとしては、例えば以下のようなロックモード、進角モード、および遅角モードが挙げられる。ロックモードは、進角室４５および遅角室４６に対する作動油の給排を共に停止し、解除室４８からの作動油の排出を行うモードである。ロックモードでは、ロック機構４７によってＶＶＴ位相を固定することができる。

進角モードは、進角室４５および解除室４８に作動油を供給するとともに、遅角室４６から作動油を排出するモードである。進角モードでは、進角室４５内の油圧が上昇する一方で遅角室４６内の油圧が低下する。これによって、ハウジング４２に対し図２の右回転方向に相対回転させる回転力がロータ４１に作用する。また、解除室４８の油圧が高くなり、ロック機構４７によるＶＶＴ位相の固定が解除された状態となる。なお、進角モードは、バルブタイミングを進角させる際や現状のタイミングに保持する際に選択される。

遅角モードは、遅角室４６および解除室４８に作動油を供給するとともに、進角室４５から作動油を排出するモードである。遅角モードでは、遅角室４６内の油圧が上昇する一方で進角室４５内の油圧が低下する。これによって、ハウジング４２に対し図２の左回転方向に相対回転させる回転力がロータ４１に作用する。また、解除室４８の油圧が高くなり、ロック機構４７によるＶＶＴ位相の固定が解除された状態となる。なお、遅角モードは、バルブタイミングを遅角させる際や現状のタイミングに保持する際に選択される。

ＯＣＶ５０のスプール５３と電磁ソレノイド５５との間の距離は、ロックモード、進角モード、遅角モードの順で短くなる。このため、ＯＣＶ５０の動作モードに対する電磁ソレノイド５５の電磁力（駆動デューティ）の大きさは、ロックモード、進角モード、遅角モードの順で大きくなっている。

進角モードでは、ＯＣＶ５０のスプール５３の位置が一方側（図中左側）にあるときほど、進角室４５への作動油の供給量が多くなるとともに、遅角室４６からの作動油の排出量が多くなる。このため、進角モードでは、駆動デューティの大きさが小さいときほど、吸気バルブ２１の実際のバルブタイミング（実バルブタイミングＶＴ）を進角させる際の速度が大きくなる。一方、遅角モードでは、ＯＣＶ５０のスプール５３の位置が他方側（図中右側）にあるときほど、遅角室４６への作動油の供給量が多くなるとともに、進角室４５からの作動油の排出量が多くなる。このため、遅角モードでは、駆動デューティの大きさが大きいときほど、実バルブタイミングＶＴを遅角させる際の速度が大きくなる。

図３はバルブタイミング可変機構の斜視図であり、図４はバルブタイミング可変機構の断面図である。両図に示すように、バルブタイミング可変機構４０のハウジング４２は、突部４３を有するとともにカバー４２ａによって覆われる本体部４２ｂと、カバー４２ａおよび本体部４２ｂが固定されるスプロケット４２ｃとを有している。スプロケット４２ｃは、タイミングチェーン等を介してクランクシャフト１７に連結される。これにより、ハウジング４２のカバー４２ａおよび本体部４２ｂは、スプロケット４２ｃと一体となって回転する。さらに、ハウジング４２のカバー４２ａには、ＶＶＴ位相が上記中間位相となる位置にロータ４１を進角側に回転付勢するばね４９が設けられている。エンジンストール等によって機関停止時にロック機構４７によるＶＶＴ位相の固定がされなくても、ばね４９の付勢力を用いてＶＶＴ位相をロック機構４７により固定可能な中間位相にすることができる。

上述したばね４９が設けられることにより、ＶＶＴ位相は、ロータ４１がばね４９による付勢力を受ける領域、すなわち最遅角位相から中間位相までの領域であるばね有領域と、ロータ４１がばね４９による付勢力を受けない領域、すなわち中間位相から最進角位相までの領域であるばね無領域とに区分される。なお以下では、「実バルブタイミングＶＴがばね有領域にある」とは、ＶＶＴ位相がばね有領域にあることを意味し、「実バルブタイミングＶＴがばね無領域にある」とは、ＶＶＴ位相がばね無領域にあることを意味することとする。

吸気バルブ２１の実バルブタイミングＶＴがばね有領域にあるときには、ばね４９による付勢力によりロータ４１を進角させようとする回転力がロータ４１に作用する。このため、実バルブタイミングＶＴがばね有領域にあるときには、上記の遅角モードを選択して遅角室４６内の油圧を上昇させるとともに進角室４５内の油圧を低下させることにより、吸気バルブ２１の実バルブタイミングＶＴを一定のタイミングに保持することができる。一方で、実バルブタイミングＶＴがばね無領域にあるときには、ロータ４１にはばね４９の付勢力による回転力は作用しないものの、バルブスプリングの弾性力等に基づくフリクションによりロータ４１を遅角させようとする回転力が作用する。このため、実バルブタイミングＶＴがばね無領域にあるときには、上記の進角モードを選択して進角室４５内の油圧を上昇させるとともに遅角室４６内の油圧を低下させることにより、吸気バルブ２１の実バルブタイミングＶＴを一定のタイミングに保持することができる。

ＯＣＶ５０を調整して行うバルブタイミング制御は、内燃機関１１の運転に関する各種制御と併せて制御装置３０によって行われる。バルブタイミング制御では、カムポジションセンサ３３およびクランクポジションセンサ３４からの検出信号に基づいて実バルブタイミングＶＴを検知するとともに、機関運転状態に応じて目標バルブタイミングＶＴｔを設定する。そして、実バルブタイミングＶＴを目標バルブタイミングＶＴｔに変更するようにしている。バルブタイミング制御は、機関運転状態等に基づいて駆動デューティＤＵを算出し、その算出された駆動デューティＤＵに基づきＯＣＶ５０の電磁ソレノイド５５に対する印加電圧を調整することによって実現される。駆動デューティＤＵは、例えば、次の式（１）に基づいて算出される。

駆動デューティＤＵ＝比例補正項Ｐ＋微分補正項Ｄ＋保持デューティＨ …（１）

式（１）における比例補正項Ｐは、目標バルブタイミングＶＴｔと実バルブタイミングＶＴとの偏差に応じて設定されるフィードバック補正値であり、微分補正項Ｄは、目標バルブタイミングＶＴｔと実バルブタイミングＶＴとの偏差の変化速度に応じて設定されるフィードバック補正値である。すなわち、実バルブタイミングＶＴが目標バルブタイミングＶＴｔよりも進角側である場合には、比例補正項Ｐおよび微分補正項Ｄの加算値の分だけ駆動デューティＤＵが大きくなる。このようにＯＣＶ５０の駆動デューティＤＵを大きくすることで、実バルブタイミングＶＴが遅角されて目標バルブタイミングＶＴｔに近づけられる。一方、実バルブタイミングＶＴが目標バルブタイミングＶＴｔよりも遅角側である場合には、比例補正項Ｐおよび微分補正項Ｄの加算値の分だけ駆動デューティＤＵが小さくなる。このようにＯＣＶ５０の駆動デューティＤＵを小さくすることで、実バルブタイミングＶＴが進角されて目標バルブタイミングＶＴｔに近づけられる。

式（１）における保持デューティＨは、吸気バルブ２１の実バルブタイミングＶＴを一定に保持するために必要な駆動デューティＤＵの値である。式（１）から明らかなように、保持デューティＨは、比例補正項Ｐおよび微分補正項Ｄの増減に併せて駆動デューティＤＵを増減させる際の中心値となる。保持デューティＨは、例えば作動油の温度等によって異なる値に変化するため、運転状態に応じて学習される。保持デューティＨの学習は、実バルブタイミングＶＴのフィードバック制御中に実バルブタイミングＶＴが一定に保持されているとき、その時点での駆動デューティＤＵを最新の保持デューティＨとして制御装置３０のメモリに記憶することによって実現される。

図５は、駆動デューティとＶＶＴ応答速度との関係を示すグラフである。以下、この関係を「ＶＶＴ応答速度特性」と称する。「ＶＶＴ応答速度」とは、バルブタイミング可変機構４０の制御量に対する実際のＶＶＴ位相（以下、単に「実ＶＶＴ位相」と称する）の変化速度を意味する。図５に示すように、ばね無領域のＶＶＴ応答速度特性とばね有領域のＶＶＴ応答速度特性とは相違し、ばね有領域のＶＶＴ応答速度特性における保持データＨ１は、ばね無領域のＶＶＴ応答速度特性における保持データＨ０よりも大きくなっている。

このため、式（１）における保持デューティＨの大きさは、上述した作動油の温度の他、吸気バルブ２１の実バルブタイミングＶＴがばね有領域とばね無領域のいずれの領域にあるかによっても異なる。このため、ばね有領域とばね無領域のそれぞれで保持デューティＨの学習が行われる。そして、バルブタイミング制御では、吸気バルブ２１の実バルブタイミングＶＴがばね有領域にあるときには、ばね有領域で学習された保持デューティＨを用いて駆動デューティＤＵが算出される。吸気バルブ２１の実バルブタイミングＶＴがばね無領域にあるときには、ばね無領域で学習された保持デューティＨを用いて駆動デューティＤＵが算出される。このように、保持デューティＨは、実バルブタイミングＶＴを一定に保持するためのＯＣＶ５０の制御量（保持制御量）であり、実バルブタイミングＶＴがばね有領域にあるときとばね無領域にあるときとで個別の値として学習される。この学習は、制御装置３０の有する機能の一つである保持デューティ学習部３１（図２）によって行われる。

図６は、ばね有領域とばね無領域との関係を示す説明図である。この図は、実ＶＶＴ位相がとり得る範囲において、ばね有領域とばね無領域とがどの位置に存在するかをイメージ的に示すもので、ばね４９等は実際の形状とは異なる。実ＶＶＴ位相がとり得る範囲は横軸に示されている。実ＶＶＴ位相がとり得る範囲の遅角側にばね有領域が存在し、進角側にばね無領域が存在する。ばね有領域とばね無領域との境界付近には、領域判定が難しい不明領域が存在する。不明領域が存在するのは、ばね４９の製造ばらつき・組付ばらつきやばね力の経時変化等によって、ばね４９の付勢力が作用する範囲の限界位相がばらつくためである。本実施形態では、不明領域におけるばね有領域とばね無領域との境界位相を学習によって適切に求める処理を行う。この処理は、制御装置３０の有する機能の一つである境界位相設定部３２（図２）によって行われる。

図７は、境界位相設定部３２によって実行される境界位相設定処理を示すフローチャートである。この境界位相設定処理は、制御装置３０のＣＰＵによって、次の開始条件が成立する毎に、実行開始される。開始条件は、下記の（ｉ）、（ii）の両方を満たすことである。
（ｉ）内燃機関１１の暖機後、かつ、アイドル状態でフューエルカット中であること。
（ii）ＶＶＴ位相がアイドル位相付近であること。

制御装置３０のＣＰＵは、処理が開始されると、まず、この境界位相設定処理の実行を禁止することを示す処理禁止フラグがオフ状態であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。処理禁止フラグは、境界位相設定処理の開始前にはオフ状態となっている。このため、境界位相設定処理の開始後、最初にステップＳ１１０を実行するときには、ステップＳ１１０において「ＹＥＳ」と判定され、ＣＰＵは、ステップＳ１２０に処理を進める。ステップＳ１２０では、ＣＰＵは、ばね無し保持デューティをＯＣＶ５０の電磁ソレノイド５５に出力する。

図８は、ステップＳ１２０でばね無し保持デューティを電磁ソレノイド５５に出力したときのＶＶＴの様子を示す説明図である。図中のＶＶＴ駆動部材４１Ｘは、バルブタイミング可変機構４０に含まれるロータ４１に相当する。ステップＳ１２０で、ばね無し保持デューティが電磁ソレノイド５５に出力されると、ばね無し保持デューティに対応した力Ｆ１がＶＶＴ駆動部材４１Ｘに対し進角側に作用する。また、ばね４９の付勢力Ｆ２が、ＶＶＴ駆動部材４１Ｘに対し進角側に作用する。この結果、ＶＶＴ駆動部材４１Ｘは、吸気カムシャフト２２のカムトルクＦ３に抗して、矢印Ｙに示すように進角側に移動する。

図７のステップＳ１２０の実行後、ＣＰＵは、カムポジションセンサ３３およびクランクポジションセンサ３４からの検出信号に基づいて、実ＶＶＴ位相を算出する（ステップＳ１３０）。次いで、算出された実ＶＶＴ位相が、予め設定されたばね有領域内に位置するか否かを判定する（ステップＳ１４０）。「予め設定されたばね有領域」とは、実ＶＶＴ位相がとり得る範囲において隙間なく設定された３つの領域のうちの最も遅角側の領域である（図６参照）。

ステップＳ１４０で、実ＶＶＴ位相がばね有領域内に位置すると判定された場合、ＣＰＵは、実ＶＶＴ位相が安定しているか否かを判定する（ステップＳ１５０）。安定しているか否かは、実ＶＶＴ位相の変化速度を求め、その化速度が値０または微小な所定値を下回るか否かから判定する。実ＶＶＴ位相が安定していないときは、ＶＶＴ駆動部材４１Ｘが進角側への移動中であることを意味する。このため、ステップＳ１５０で「ＮＯ」と判定されたとき、処理をステップＳ１１０に戻す。

一方、実ＶＶＴ位相が安定したときは、ＶＶＴ駆動部材４１Ｘがばね有領域内で停止したときである。このため、ステップＳ１５０で「ＹＥＳ」と判定されたとき、ＣＰＵは、境界位相が更新されないように、処理禁止フラグをオン状態にセットする（ステップＳ１６０）。その後、ＣＰＵは、処理をステップＳ１１０に戻す。

ステップＳ１４０で、実ＶＶＴ位相がばね有領域内に位置しないと判定された場合、ＣＰＵは、ステップＳ１７０に処理を進めて、実ＶＶＴ位相が、予め設定された不明領域内に位置するか否かを判定する。「予め設定された不明領域」とは、実ＶＶＴ位相がとり得る範囲において隙間なく設定された３つの領域のうちの真ん中の領域である（図６参照）。

ステップＳ１７０で、実ＶＶＴ位相が不明領域内に位置すると判定された場合、ＣＰＵは、実ＶＶＴ位相が安定しているか否かを判定する（ステップＳ１８０）。ここで、安定していないと判定されたときには、ＶＶＴ駆動部材４１Ｘは進角側への移動中であることから、ＣＰＵは、処理をステップＳ１１０に戻す。

一方、ステップＳ１８０で実ＶＶＴ位相が安定していると判定された場合には、ＶＶＴ駆動部材４１Ｘは不明領域内で停止したということであることから、ＣＰＵは、ステップＳ１３０で算出した実ＶＶＴ位相を境界位相として記憶する（ステップＳ１９０）。すなわち、境界位相を、ステップＳ１３０で算出した実ＶＶＴ位相の値で更新する。

図９は、ステップＳ１７０で「ＹＥＳ」と判定されたときのＶＶＴの様子を示す説明図である。図９に示すように、ＶＶＴ駆動部材４１Ｘに対しばね４９の付勢力が掛からなくなり、ＶＶＴ駆動部材４１Ｘに掛かるばね無し保持デューティに対応した力Ｆ１と、ＶＶＴ駆動部材４１Ｘに掛かるカムトルクＦ３とが釣り合った状態となったとき、ＶＶＴ駆動部材４１Ｘが不明領域内で停止する。この状態が、ステップＳ１７０で「ＹＥＳ」と判定されたときの状態である。このときの実ＶＶＴ位相は、ばねの付勢力が作用する範囲の限界となるばね端におけるＶＶＴ位相に相当する。このため、ステップＳ１９０では、ステップＳ１３０で算出した実ＶＶＴ位相を境界位相として記憶することで、ばね端におけるＶＶＴ位相を学習することができる。

ステップＳ１９０の実行後、ＣＰＵは、処理禁止フラグをオン状態にセットし（ステップＳ２００）、その後、処理をステップＳ１１０に戻す。

ステップＳ１７０で、実ＶＶＴ位相が不明領域内に位置しないと判定された場合、すなわち、ＣＰＵは、実ＶＶＴ位相がばね無領域であると判定された場合には、ＣＰＵは、処理禁止フラグをオン状態にセットし（ステップＳ２１０）、その後、処理をステップＳ１１０に戻す。

図１０は、ステップＳ１７０で「ＮＯ」と判定されたときのＶＶＴの様子を示す説明図である。ステップＳ１７０で「ＮＯ」と判定されたときには、図１０に示すように、ＶＶＴ駆動部材４１Ｘは、ばね有領域と不明領域を超えて、ばね無領域に達する。このため、境界位相が更新されないように、ステップＳ２１０では、処理禁止フラグをオン状態にセットする。

図７に戻り、ステップＳ１１０で、処理禁止フラグがオフ状態でない、すなわちオン状態であると判定された場合、ステップＳ１２０以降の処理を実行することがないように、直ちに処理をステップＳ１１０に戻す。

上記構成の境界位相設定処理によって求められた境界位相は、保持デューティ学習部３１（図２）において用いられる。すなわち、保持デューティ学習部３１は、上記求められた境界位相より遅角側をばね有領域、境界位相より進角側をばね無領域と定めて、それぞれの領域で個別に保持デューティＨの学習を行う。

以上のように構成された本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、ばね４９の付勢力が作用する範囲の限界となるばね端の位置が、境界位相として高精度に求められる。したがって、ばね有領域とばね無領域との境界を高精度に設定することができることから、ＶＶＴ位相の制御性を向上できる。また、実ＶＶＴ位相が、不明領域を超えてばね無領域に達した場合に、境界位相の学習を禁止するようにしていることから、ＶＶＴ位相の制御性をより向上できる。

また、本実施形態では、境界位相設定処理の実行を内燃機関１１の暖機後に限っていることから、誤学習を防止することができる。低温ではオイル粘度が高く、ばね４９の付勢力が作用する範囲の中でＶＶＴ駆動部材賭してのロータ４１が停止する可能性があるためである。本実施形態では、境界位相設定処理の実行を内燃機関１１がアイドル状態でフューエルカット中に限っていることから、車両搭載時における車両走行性への影響を回避することができる。

本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、前記実施形態では、バルブタイミングを変更する機関バルブを吸気バルブとしていたが、これに換えて、排気バルブとすることができる。また、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、前述した実施形態および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。

１１…内燃機関
１２…燃焼室
１３…吸気通路
１７…クランクシャフト
１８…排気通路
２１…吸気バルブ
２２…吸気カムシャフト
２４…排気バルブ
２５…排気カムシャフト
３０…制御装置
３１…保持デューティ学習部
３２…境界位相設定部
３３…カムポジションセンサ
３４…クランクポジションセンサ
４０…バルブタイミング可変機構
４１…ロータ（ＶＶＴ駆動部材）
４２…ハウジング
４２ａ…カバー
４２ｂ…本体部
４２ｃ…スプロケット
４３…突部
４４…ベーン
４５…進角室
４６…遅角室
４７…ロック機構
４８…解除室
４９…ばね
５０…オイルコントロールバルブ
５１…スリーブ
５３…スプール
５４…ばね
５５…電磁ソレノイド
６１…オイルポンプ
６２…オイルパン
６３…供給油路
６４…排出油路
６５…進角油路
６６…遅角油路
６７…解除油路

Claims (1)

1. クランクシャフトの回転に連動して回転する第１回転体に対する、カムシャフトと共に回転する第２回転体の相対回転位相を、油圧制御弁を介して供給される作動油圧によって変更することによって、機関バルブのバルブタイミングを変更するバルブタイミング可変機構と、前記油圧制御弁を駆動制御する制御部と、を備え、前記バルブタイミング可変機構は、前記カムシャフトのカムトルクに抗して前記相対回転位相が進角側に移行する方向に前記第２回転体を付勢するばねを有する、内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
   前記制御部は、
   前記第２回転体が前記ばねによる付勢力を受ける前記相対回転位相の領域をばね有領域とし、前記第２回転体が前記ばねによる付勢力を受けない前記相対回転位相の領域をばね無領域としたときの、前記ばね有領域と前記ばね無領域との境界となる相対回転位相を境界位相として設定する境界位相設定部と、
   前記設定された境界位相から定まる前記ばね有領域と前記ばね無領域とのそれぞれで、実際の前記バルブタイミングが一定に保持されているときの前記油圧制御弁へのデューティを保持デューティとして学習する保持デューティ学習部と、
   を備え、前記学習によって得られた前記ばね有領域の保持デューティと前記ばね無領域の保持デューティとを選択的に用いて、前記油圧制御弁の制御量を設定し、
   前記境界位相設定部は、
   前記ばね有領域内において、前記油圧制御弁を前記ばね無領域の保持デューティで駆動し、
   実際の前記相対回転位相が予め定められた不明領域になった場合に、前記第２回転体において前記駆動によって掛かる力と前記カムトルクとが釣り合うときの前記相対回転位相を前記境界位相として学習し、
   実際の前記相対回転位相が前記ばね無領域になった場合に、前記境界位相の学習を終了する、内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。

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