JP4003187B2 - 内燃機関の可変バルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気側と排気側の両方に油圧駆動式の可変バルブタイミング装置を設け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、内燃機関の出力向上、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、例えば、特許文献１（特開２００１−３５５４６２号公報）に記載されているように、内燃機関の吸気側と排気側の両方に油圧駆動式の可変バルブタイミング装置を設けたものがある。このものは、一般に、吸気側と排気側の各可変バルブタイミング装置にそれぞれ油圧制御弁を設けると共に、両方の油圧制御弁に共通の油圧ポンプで油圧を供給するようにしている。

このような吸排気可変バルブタイミング装置は、図１６に示すように、吸気側と排気側の可変バルブタイミング装置の制御モードの切り換えを独立して行うようにしている。例えば、図１７に示すように、吸気バルブタイミングの目標進角値が吸気側の基準位置となる最遅角値付近に設定された切換判定値以下であるときに、吸気側の油圧制御弁の制御量（制御デューティ値Ｄｕｔｙ）を所定値に制御して実進角値を最遅角値に保持し（以下この制御を「基準位置制御モード」という）、目標進角値が切換判定値を越えたときに、実進角値と目標進角値との偏差を小さくするように吸気側の油圧制御弁をフィードバック（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ている。同様に、排気側可変バルブタイミング装置の制御モードは、排気バルブタイミングの目標遅角値が排気側の基準位置となる最進角値付近に設定された切換判定値以下であるか否かによって基準位置制御モードとＦ／Ｂ制御モードとを切り換えるようにしている。
特開２００１−３５５４６２号公報（第５頁〜第７頁、第１図等）

前述したように、吸気側と排気側の可変バルブタイミング装置の制御モードの切り換えを独立して行うシステムでは、図１７に示すように、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基準位置制御モードからＦ／Ｂ制御モードに切り換えられることがある。このような場合、Ｆ／Ｂ制御中の実バルブタイミングが他方のＦ／Ｂ制御モードへの切り換えの影響で変動してしまうという不具合が発生する。以下、この理由について説明する。

基準位置制御モードでは、実バルブタイミングを基準位置（最遅角位置又は最進角位置）に保持するだけであるため、油圧制御弁から可変バルブタイミング装置間での漏れ油量が少量であるが、制御モードでは、実バルブタイミングを変化させるために、油圧制御弁から可変バルブタイミング装置間での漏れ油量が多くなる。このため、一方の可変バルブタイミング装置がＦ／Ｂ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基準位置制御モードからＦ／Ｂ制御モードに切り換えられると、その可変バルブタイミング装置に流れる油量が増加する分だけ、先にＦ／Ｂ制御している側の油圧制御弁に供給する油量ひいては油圧が減少して、実バルブタイミングが変動してしまうという不具合が発生する。この原因は、吸気側と排気側の両方の油圧制御弁に共通の油圧ポンプで油圧を供給する構成であるため、一方の可変バルブタイミング装置に供給する油量（油圧）が他方の可変バルブタイミング装置に供給する油量（油圧）の変化の影響を受けてしまうためである。

このような不具合は、吸気側と排気側にそれぞれ油圧ポンプを設けて、吸気側の油圧回路と排気側の油圧回路を完全に分離すれば解消できるが、このような構成では、システムの大型化や高コスト化を招くという問題があり、近年の重要な技術的課題であるシステムの小型化や低コスト化の要求を満たすことができない。

また、吸気側と排気側の両方の油圧制御弁に共通の油圧ポンプで油圧を供給する構成の場合でも、油圧ポンプの吐出口に接続された１本の油圧配管を２本の配管に分岐させて各油圧制御弁に接続する際に、配管分岐部から各油圧制御弁までの配管を長くする（つまり配管内容積を多くする）ことによって、一方の可変バルブタイミング装置に供給する油量（油圧）の変化が他方の可変バルブタイミング装置に供給する油量（油圧）に及ぼす影響を少なくすることができる。しかし、この構成では、１本の油圧配管から２本に分岐した後の配管が長くなるため、システムの小型化や低コスト化の要求を満たすことができない。

本発明は、これらの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、吸気側と排気側のうちのいずれか一方の可変バルブタイミング装置のＦ／Ｂ制御中に、他方の可変バルブタイミング装置の制御モード切換の影響で該Ｆ／Ｂ制御中の実バルブタイミングが変動してしまう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と共に、システムの小型化及び低コスト化の要求を満たす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、本発明の請求項１に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置は、吸気側と排気側の両方に油圧駆動式の可変バルブタイミング装置を設け、各可変バルブタイミング装置にそれぞれ油圧制御弁を設けると共に、両方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において、吸気側可変バルブタイミング装置の制御モードと排気側可変バルブタイミング装置の制御モードを、それぞれ油圧制御弁の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油圧制御弁をフィードバック（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、制御モード切換時に吸気側と排気側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ものである。

このようにすれば、吸気側と排気側のうちのいずれか一方の可変バルブタイミング装置のＦ／Ｂ制御中に、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がなくなる。これにより、一方の可変バルブタイミング装置のＦ／Ｂ制御中に、他方の可変バルブタイミング装置の制御モード切換の影響でＦ／Ｂ制御中の可変バルブタイミング装置への供給油圧が変動することを防止することができて、Ｆ／Ｂ制御中の実バルブタイミングが変動してしまう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。しかも、吸気側と排気側にそれぞれ油圧ポンプを設けたり、油圧ポンプに接続された１本の油圧配管の分岐部から各油圧制御弁までの配管を長くするといった対策を施す必要がないため、油圧配管を短くすることができ、システムの小型化及び低コスト化の要求を満たすことができる。

この場合、請求項２のように、吸気側と排気側のいずれか一方でも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制御モードを同時に前記Ｆ／Ｂ制御モードに切り換え、吸気側と排気側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、吸気側と排気側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ようにすると良い。このようにすれば、吸気側と排気側とで基準位置制御モードとＦ／Ｂ制御モードとの間の切り換えを同時に行う制御を実現しながら、吸気側や排気側でＦ／Ｂ制御が必要なときに、確実にＦ／Ｂ制御モードに切り換えることができる。

更に、請求項３のように、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、目標バルブタイミングの僅かなばらつき（変動）で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。

一般に、アイドル運転中は、吸気バルブと排気バルブのバルブタイミングはそれぞれ基準位置（最遅角位置と最進角位置）に保持され、アイドル運転以外の通常運転中に、吸気バルブや排気バルブの目標バルブタイミングが基準位置付近に設定された切換判定値を越えると、吸気側や排気側の可変バルブタイミング装置のＦ／Ｂ制御が開始される。つまり、吸気側や排気側の可変バルブタイミング装置のＦ／Ｂ制御が必要になるのは、アイドル運転以外の通常運転中である。

そこで、請求項４のように、アイドル運転以外の通常運転のときに、吸気側と排気側の両方の制御モードをＦ／Ｂ制御モードに維持し、アイドル運転になったときに吸気側と排気側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、吸気側と排気側とで基準位置制御モードとＦ／Ｂ制御モードとの間の切り換えを同時に行う制御を簡単化しながら、吸気側や排気側の可変バルブタイミング装置でＦ／Ｂ制御が必要なときに、確実にＦ／Ｂ制御モードに切り換えることができる。

或は、請求項５のように、吸気側と排気側のいずれか一方の制御モードのみが前記Ｆ／Ｂ制御モードである場合と両方の制御モードがＦ／Ｂ制御モードである場合とで、Ｆ／Ｂ制御量を補正するようにしても良い。このようにすれば、吸気側と排気側の両方の制御モードを同時に切り換えなくても、一方の制御モードの切り換えが他方に及ぼす影響（油圧の変動）をＦ／Ｂ制御量の補正により少なくすることができ、前記請求項１とほぼ同様の効果を得ることができる。しかも、吸気側と排気側の制御モードの切り換えを独立して行うことができる利点もある。

この場合、請求項６のように、吸気側と排気側のいずれか一方の制御モードをＦ／Ｂ制御モードに切り換えるときに、他方の制御モードがＦ／Ｂ制御モードである場合には、一方の制御モードを前記Ｆ／Ｂ制御モードに切り換えると同時に、他方のＦ／Ｂ制御量を補正するようにすると良い。このようにすれば、一方の可変バルブタイミング装置のＦ／Ｂ制御中に、他方の制御モードが基準位置制御モードからＦ／Ｂ制御モードに切り換えられても、その影響（Ｆ／Ｂ制御中の油圧の変動）を補正することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を以下の３つの実施例１〜３を用いて説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図１０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１８が設けられ、この吸気側可変バルブタイミング装置１８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１９が設けられ、この排気側可変バルブタイミング装置１９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、吸気側可変バルブタイミング装置１８の油圧制御弁２８が接続され、他方の個別油圧配管２７に、排気側可変バルブタイミング装置１９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、各可変バルブタイミング装置１８、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、図２に示すように、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、各可変バルブタイミング装置１８、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、図３乃至図７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、図８に示すように、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値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値付近に設定された所定の切換判定値Ｋ2 以下のときに、吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９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、吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９の両方の制御モードをフィードバック（以下「Ｆ／Ｂ」と表記する）制御モードに切り換える。これにより、吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９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ている。

その際、図９に示すように、基準位置制御モードでは、吸気側可変バルブタイミング装置１８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、排気側可変バルブタイミング装置１９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、Ｆ／Ｂ制御モードでは、吸気バルブタイミンの目標進角値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、排気バルブタイミンの目標遅角値ＶＴＴ2 と実遅角値ＶＴ2 との偏差を小さくするように排気側の油圧制御弁２９の制御デューティ値Ｄｕｔｙ2 をＦ／Ｂ制御する。

以下、ＥＣＵ３１が実行する図３乃至図７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、例えば、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン後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、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１０１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１０２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る。

その結果、上記ステップ１０１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１０２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１０３に進み、吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９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１０４で、後述する図４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、吸気バルブの実バルブタイミングを最遅角位置（基準位置）に制御し、次のステップ１０５で、後述する図５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、上記ステップ１０１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１０２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１０６に進み、吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９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１０７で、後述する図６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可変バルブタイミング装置１８の油圧制御弁２８をＦ／Ｂ制御し、次のステップ１０８で、後述する図７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可変バルブタイミング装置１９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１０４で、図４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、吸気バルブの実バルブタイミング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 で吸気側可変バルブタイミング装置１８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、吸気バルブの実バルブタイミング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１０５で、図５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、排気バルブの実バルブタイミング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 で排気側可変バルブタイミング装置１９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、排気バルブの実バルブタイミング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１０７で、図６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制御によりＦ／Ｂ制御量β1 を次式により算出する。

ここで、Ｋｐは比例定数、Ｋｉは積分定数、Ｋｄは微分定数である。
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 で吸気側可変バルブタイミング装置１８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１０８で、図７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制御によりＦ／Ｂ制御量β2 を次式により算出する。

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 で排気側可変バルブタイミング装置１９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１のバルブタイミング制御の実行例を図１０に示すタイムチャートを用いて説明する。図１０に示すように、エンジン始動直後でエンジン回転速度及び負荷が低い期間（例えばアイドル運転期間）は、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 と排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 の両方がそれぞれ切換判定値Ｋ1 、Ｋ2 以下になるため、吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９の両方の制御モードが基準位置制御モードに維持される。

その後、エンジン回転速度及び負荷が上昇して、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 と排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 のうちの少なくとも一方が切換判定値Ｋ1 、Ｋ2 よりも大きくなった時点ｔ1 （又はｔ3 ）で、吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９の両方の制御モードが同時にＦ／Ｂ制御モードに切り換えられる。

そして、このＦ／Ｂ制御モードの実行中にエンジン回転速度及び負荷が低下して、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 と排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 の両方がそれぞれ切換判定値Ｋ1 、Ｋ2 以下になった時点ｔ2 （又はｔ4 ）で、吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９の両方の制御モードが同時に基準位置制御モードに切り換えられる。

以上説明した本実施例１では、吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９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、吸気側と排気側のうちのいずれか一方の可変バルブタイミング装置のＦ／Ｂ制御中に、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がなくなる。これにより、一方の可変バルブタイミング装置のＦ／Ｂ制御中に、他方の可変バルブタイミング装置の制御モード切換の影響でＦ／Ｂ制御中の可変バルブタイミング装置への供給油圧が変動することを防止することができて、Ｆ／Ｂ制御中の実バルブタイミングが変動してしまう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。しかも、吸気側と排気側にそれぞれ油圧ポンプを設けたり、油圧ポンプ２３に接続された１本の油圧配管２５の分岐部から各油圧制御弁２８、２９までの個別油圧配管２６、２７を長くするといった対策を施す必要がないため、個別油圧配管２６、２７を短くして配管構成を簡単化することができ、システムの小型化及び低コスト化の要求を満たすことができる。

また、本実施例１では、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 と排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 の両方がそれぞれ切換判定値Ｋ1 、Ｋ2 以下のときに、吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９の両方の制御モードを基準位置制御モードに維持し、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 と排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 のうちの少なくとも一方が切換判定値Ｋ1 、Ｋ2 よりも大きくなったときに、吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９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ようにしたので、吸気側と排気側とで基準位置制御モードとＦ／Ｂ制御モードとの間の切り換えを同時に行う制御を実現しながら、吸気側や排気側でＦ／Ｂ制御が必要なとき（つまり、目標進角値ＶＴＴ1 や目標遅角値ＶＴＴ2 が切換判定値Ｋ1 、Ｋ2 を越えたとき）に、確実にＦ／Ｂ制御モードに切り換えることができる。

尚、本実施例１では、切換判定値Ｋ1 、Ｋ2 を固定値としたが、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切換判定値Ｋ1 、Ｋ2 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）で可変バルブタイミング装置１８、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。

次に、図１１及び図１２を用いて本発明の実施例２を説明する。
一般に、アイドル運転中は、吸気バルブと排気バルブのバルブタイミングはそれぞれ基準位置（最遅角位置と最進角位置）に保持され、アイドル運転以外の通常運転中に、エンジン回転速度や負荷が上昇して、吸気バルブタイミングの目標進角値や排気バルブタイミングの目標遅角値が切換判定値を越えると、吸気側や排気側の可変バルブタイミング装置のＦ／Ｂ制御が開始される。つまり、吸気側や排気側の可変バルブタイミング装置のＦ／Ｂ制御が必要になるのは、アイドル運転以外の通常運転中である。

そこで、本実施例２では、図１１に示す制御モード切換プログラムを実行することで、図１２に示すように、アイドル運転のときに吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９の両方の制御モードを基準位置制御モードに切り換え、アイドル運転以外の通常運転のときに吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９の両方の制御モードをＦ／Ｂ制御モードに切り換えるようにしている。

図１１に示す制御モード切換プログラムは、前記実施例１で説明した図３のプログラムのステップ１０１，１０２の処理をステップ１０１ａの処理に変更したものであり、それ以外の各ステップの処理は図３と同じである。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１ａで、アイドル判定フラグがアイドル運転状態であることを意味する「１」にセットされているか否かを判定する。

このステップ１０１ａでアイドル運転状態であると判定された場合には、吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９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（又は保持し）、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）に保持すると共に、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）に保持する（ステップ１０３〜１０５）。

一方、ステップ１０１ａでアイドル運転状態ではないと判定された場合には、吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９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（又は保持し）、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可変バルブタイミング装置１８の油圧制御弁２８をＦ／Ｂ制御すると共に、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可変バルブタイミング装置１９の油圧制御弁２９をＦ／Ｂ制御する（ステップ１０６〜１０８）。

以上説明した本実施例２では、アイドル判定フラグに基づいて吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９の両方の制御モードを切り換えるようにしたので、吸気側と排気側とで基準位置制御モードとＦ／Ｂ制御モードとの間の切り換えを同時に行う制御を簡単化しながら、吸気側や排気側の可変バルブタイミング装置でＦ／Ｂ制御が必要なときに、確実にＦ／Ｂ制御モードに切り換えることができる。

次に、図１３乃至図１５を用いて本発明の実施例３を説明する。
本実施例３では、図１３及び図１４に示す各制御モード切換プログラムを実行することで、図１５に示すように、吸気側可変バルブタイミング装置１８の制御モードの切り換えに関しては、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が切換判定値Ｋ1 以下のときに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 よりも大きいときにＦ／Ｂ制御モードに切り換える。一方、排気側可変バルブタイミング装置１９の制御モードの切り換えに関しては、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が切換判定値Ｋ2 以下のときに基準位置制御モードに切り換え、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Ｆ／Ｂ制御モードに切り換える。

そして、吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９のうちのいずれか一方の制御モードをＦ／Ｂ制御モードに切り換えるときに、他方の制御モードがＦ／Ｂ制御モードである場合には、一方の制御モードをＦ／Ｂ制御モードに切り換えると同時に、他方の油圧制御弁の制御デューティ値Ｄｕｔｙを補正するようにしている。

図１３に示す吸気側可変バルブタイミング装置の制御モード切換プログラムでは、まず、ステップ６０１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 よりも大きいか否かを判定する。その結果、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が切換判定値Ｋ1 以下であると判定された場合には、ステップ６０２に進み、吸気側可変バルブタイミング装置１８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）。 この基準位置制御モード中は、ステップ６０３で、前述した図４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、吸気バルブの実バルブタイミングを最遅角位置（基準位置）に保持する。

一方、上記ステップ６０１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 よりも大きいと判定された場合には、ステップ６０４に進み、吸気側可変バルブタイミング装置１８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Ｆ／Ｂ制御モード中は、ステップ６０５に進み、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が切換判定値Ｋ2 以下であるか否かを判定する。排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が切換判定値Ｋ2 以下であると判定された場合（つまり、排気側可変バルブタイミング装置１９の制御モードが基準位置制御モードの場合）には、ステップ６０６に進み、前述した図６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可変バルブタイミング装置１８の油圧制御弁２８をＦ／Ｂ制御する。

これに対して、上記ステップ６０５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 よりも大きいと判定された場合（つまり、排気側可変バルブタイミング装置１９の制御モードがＦ／Ｂ制御モードの場合）には、ステップ６０７に進み、図示しない吸気バルブタイミングの補正Ｆ／Ｂ制御プログラムを実行して、図６の吸気バルブタイミングのＦ／Ｂ制御プログラムと同じ方法で算出した制御デューティ値Ｄｕｔｙ1 を所定の補正値Ｇ1 で補正する。

Ｄｕｔｙ1 ＝Ｄｕｔｙ1 ×Ｇ1
この補正値Ｇ1 は、Ｆ／Ｂ制御中の吸気バルブタイミングが、排気側可変バルブタイミング装置１９の制御モード切換の影響で変動するのを防止するように設定される。

この補正後の制御デューティ値Ｄｕｔｙ1 で吸気側可変バルブタイミング装置１８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。

図１４に示す排気側可変バルブタイミング装置の制御モード切換プログラムでは、まずステップ７０１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 よりも大きいか否かを判定する。その結果、排気バルブタイミングの目標遅角値ＶＴＴ2 が切換判定値Ｋ2 以下であると判定された場合には、ステップ７０２に進み、排気側可変バルブタイミング装置１９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）。

この基準位置制御モード中は、ステップ７０３で、前述した図５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、排気バルブの実バルブタイミングを最進角位置（基準位置）に保持する。

一方、上記ステップ７０１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 よりも大きいと判定された場合には、ステップ７０４に進み、排気側可変バルブタイミング装置１９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Ｆ／Ｂ制御モード中は、ステップ７０５に進み、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が切換判定値Ｋ1 以下であるか否かを判定する。その結果、吸気バルブタイミングの目標進角値ＶＴＴ1 が切換判定値Ｋ1 以下であると判定された場合（つまり、吸気側可変バルブタイミング装置１８の制御モードが基準位置制御モードの場合）には、ステップ７０６に進み、前述した図７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可変バルブタイミング装置１９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７０５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 よりも大きいと判定された場合（つまり、吸気側可変バルブタイミング装置１８の制御モードがＦ／Ｂ制御モードの場合）には、ステップ７０７に進み、図示しない排気バルブタイミングの補正Ｆ／Ｂ制御プログラムを実行して、図７の排気バルブタイミングのＦ／Ｂ制御プログラムと同じ方法で算出した制御デューティ値Ｄｕｔｙ2 を所定の補正値Ｇ2 で補正する。

Ｄｕｔｙ2 ＝Ｄｕｔｙ2 ×Ｇ2
この補正値Ｇ2 は、Ｆ／Ｂ制御中の排気バルブタイミングが、吸気側可変バルブタイミング装置１８の制御モード切換の影響で変動するのを防止するように設定される。

この補正後の制御デューティ値Ｄｕｔｙ2 で排気側可変バルブタイミング装置１９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３では、吸気側可変バルブタイミング装置１８と排気側可変バルブタイミング装置１９のうちのいずれか一方の制御モードがＦ／Ｂ制御モードで、他方の制御モードが基準位置制御モードからＦ／Ｂ制御モードに切り換わったときに、当該一方の可変バルブタイミング装置の油圧制御弁の制御デューティ値Ｄｕｔｙを補正するようにしたので、Ｆ／Ｂ制御中の実バルブタイミングが、他方の可変バルブタイミング装置の制御モード切換の影響で変動してしまうことを防止することができ、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。

尚、本実施例３では、制御デューティ値Ｄｕｔｙを補正したが、制御デューティ値Ｄｕｔｙの代わりに、Ｆ／Ｂ制御量βや駆動電流値Ｉを補正するようにしても良く、また、ＰＩＤ制御のゲインＫｐ、Ｋｉ、Ｋｄの少なくとも１つを補正するようにしても良い。

また、本実施例３では、吸気側と排気側のいずれか一方の制御モードをＦ／Ｂ制御モードに切り換えるときに、他方の制御モードがＦ／Ｂ制御モードである場合には、一方の制御モードをＦ／Ｂ制御モードに切り換えると同時に、他方の制御モードのＦ／Ｂ制御量のみを補正するようにしたが、このとき同時に両方の制御モードのＦ／Ｂ制御量を補正するようにしても良い。

また、前記各実施例１〜３では、基準位置を最遅角位置又は最進角位置としたが、最遅角位置と最進角位置との間の中間的な位置を基準位置としても良い。

本発明の実施例１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。 油圧制御弁の供給オイル流量特性図である。 実施例１の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。 実施例１の可変バルブタイミング装置の制御モードの切換方法を説明するためのタイムチャートである。 実施例１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（その１）である。 実施例１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（その２）である。 実施例２の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である。 実施例２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。 実施例３の吸気側可変バルブタイミング装置の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である。 実施例３の排気側可変バルブタイミング装置の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である。 実施例３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。 従来の可変バルブタイミング装置の制御モードの切換方法を説明するための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…吸気側可変バルブタイミング装置、１９…排気側可変バルブタイミング装置、２３…油圧ポンプ、２５…油圧配管、２６、２７…個別油圧配管、２８、２９…油圧制御弁、３１…ＥＣＵ（制御モード切換手段）

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気バルブの開閉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、排気バルブの開閉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、各可変バルブタイミング装置にそれぞれ油圧制御弁を設けると共に、両方の油圧制御弁に共通の油圧ポンプで油圧を供給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、
   前記吸気側可変バルブタイミング装置の制御モードと前記排気側可変バルブタイミング装置の制御モードを、それぞれ前記油圧制御弁の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油圧制御弁をフィードバック（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、制御モード切換時に吸気側と排気側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、吸気側と排気側のいずれか一方でも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制御モードを同時に前記Ｆ／Ｂ制御モードに切り換え、吸気側と排気側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、吸気側と排気側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、前記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開閉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、排気バルブの開閉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、各可変バルブタイミング装置にそれぞれ油圧制御弁を設けると共に、両方の油圧制御弁に共通の油圧ポンプで油圧を供給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、
   前記吸気側可変バルブタイミング装置の制御モードと前記排気側可変バルブタイミング装置の制御モードを、それぞれ前記油圧制御弁の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油圧制御弁をフィードバック（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、アイドル運転以外の通常運転のときに、吸気側と排気側の両方の制御モードを前記Ｆ／Ｂ制御モードに維持し、アイドル運転になったときに吸気側と排気側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内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
5. 内燃機関の吸気バルブの開閉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、排気バルブの開閉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、各可変バルブタイミング装置にそれぞれ油圧制御弁を設けると共に、両方の油圧制御弁に共通の油圧ポンプで油圧を供給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、
   前記吸気側可変バルブタイミング装置の制御モードと前記排気側可変バルブタイミング装置の制御モードを、それぞれ前記油圧制御弁の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油圧制御弁をフィードバック（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、吸気側と排気側のいずれか一方の制御モードのみが前記Ｆ／Ｂ制御モードである場合と両方の制御モードがＦ／Ｂ制御モードである場合とで、Ｆ／Ｂ制御量を補正す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。
6. 前記制御モード切換手段は、吸気側と排気側のいずれか一方の制御モードを前記Ｆ／Ｂ制御モードに切り換えるときに、他方の制御モードが前記Ｆ／Ｂ制御モードである場合には、一方の制御モードを前記Ｆ／Ｂ制御モードに切り換えると同時に、他方の制御モードのＦ／Ｂ制御量を補正することを特徴とする請求項５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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