JP4096666B2 - 内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）の制御装置に関し、特に、ＶＶＴの動弁機構に供給される作動油の状態に応じてＶＶＴの実際の変位を目標変位に応答性よく収束させるよう制御する内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関（以下、エンジンと記す）の可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）は、吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング（開閉弁時期）、開弁期間、バルブリフト量のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる機構である。ＶＶＴは油圧アクチュエータ（動弁機構）を備えている。このアクチュエータにはエンジンのシリンダブロックの下部に備えられたオイルパン内に貯留されている潤滑油が作動油として供給される。この潤滑油は、エンジンの回転により駆動されるオイルポンプにより汲み出され、ＶＶＴの他、エンジンの各部位、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ：Oil Control Valve：油圧制御弁）等に供給される。ＶＶＴの油圧アクチュエータはオイルポンプにより発生する潤滑油（以下、作動油と記す）の油圧によって駆動される。以下、バルブ作動特性の内バルブタイミングを変化させるＶＶＴについて説明する。
【０００３】
ＶＶＴ制御装置は、一般に、実バルブタイミングがエンジンの運転状態に応じて設定された目標バルブタイミングに収束するように作動油の油圧を制御するＯＣＶに対する制御信号をフィードバック制御するものである。このＶＶＴ制御装置は、作動油が劣化すると、油の粘度が高くなり、ＶＶＴ応答速度が遅くなる。このため、ＶＶＴの実変位が目標変位に収束不足となり、バルブオーバーラップ量が不足となりエンジン出力トルクの低下、ドライバビリティおよび排気エミッションの悪化を招くという問題が発生する。また、ＶＶＴ応答速度の遅れにより、ＶＶＴ遅角時期が遅れ、バルブオーバーラップ量が過多となり、アイドリング時に燃焼悪化を起こしドライバビリティおよび排気エミッションの悪化を招くという問題が発生する。
【０００４】
特開平１０−２７４０６５号公報に記載された内燃機関のバルブ特性制御装置は、作動油の異常を検出するセンサを設けずに、作動油の粘度の劣化等の異常を検出する装置の提供を目的とし、その構成はバルブの実際の開閉特性の推移に基づき作動油の異常を検出するオイル異常検出手段を備える（明細書、段落番号［００１０］および［００１１］参照）。また、この公報には、ＶＶＴの駆動（応答）速度と作動油の温度との関係に基づき作動油の異常を検出する技術、より詳しくは、油温（８０°Ｃ〜１００°Ｃ）ではＶＶＴ応答速度が新品の油より粘度低下した油の方が低下すること、が開示されている（明細書、段落番号［００６４］および図８参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２７４０６５号公報（明細書、段落番号［００１０］および［００１１］、［００６４］および図８参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１０−２７４０６５号公報に開示の装置は、バルブの実際の開閉特性の推移として、バルブの開閉特性目標値の積算値と実際の開閉特性値の積算値、バルブの実際の開閉特性の速度変化、またはバルブの開閉特性目標値に達するまでの時間、の推移を測定して作動油の異常を検出している。しかしながら、作動油の温度とは無関係に測定を行なっているので、測定精度が十分でなく作動油の異常検出の信頼性が不十分であるという問題がある。また、作動油の温度に関しては、作動油の特定の温度領域（８０°Ｃ〜１００°Ｃ）での油粘度の低下とＶＶＴ応答速度の低下を検出し、作動油の異常を検出しているだけなので、機関冷間時には、その異常を知ることができないという問題がある。
【０００７】
それゆえ、本発明は、上記問題を解決し、すなわち作動油の異常検出の信頼性を向上し、かつ機関冷間時でも作動油の異常を検出でき、しかも作動油の状態に応じてＶＶＴの実際の変位を目標変位に応答性よく収束させるよう制御し、ひいては内燃機関の出力トルクの高効率化、ドライバビリティおよび排気エミッションの向上を実現する内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置は、内燃機関の吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング、バルブリフト量、開弁期間のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置において、前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁を作動する作動油の温度を検出する温度検出手段と、前記可変バルブタイミング機構の応答速度を検出する応答速度検出手段と、前記応答速度検出手段により検出された応答速度に基づき、前記温度検出手段により検出された温度の温度領域毎に対応する作動油の粘度を検出する粘度検出手段と、前記粘度検出手段により検出された作動油の粘度を学習する学習手段と、を備え、前記学習手段が、学習した作動油の粘度に基づき、前記バルブ作動特性の目標値を補正する目標値補正手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記可変バルブタイミング機構の制御装置において、前記学習手段が学習した作動油の粘度に基づき、前記作動油が劣化したか否かを判定する劣化判定手段、を備える。
【００１１】
上記可変バルブタイミング機構の制御装置において、前記学習手段が学習した作動油の粘度に基づき、前記バルブ作動特性の目標値のガード値を補正するガード値補正手段、を備える。
【００１２】
上記可変バルブタイミング機構の制御装置において、前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁に設けられ、前記バルブ作動特性を変更するアクチュエータ手段と、前記アクチュエータ手段に所定のデューティ比の駆動信号を送り、前記バルブ作動特性が目標値になるように制御する制御手段と、前記学習手段が学習した作動油の粘度に基づき、前記駆動信号の出力時間および休止時間の少なくとも一方を補正してデューティ比を変更する駆動信号補正手段と、を備える。
【００１３】
上記可変バルブタイミング機構の制御装置において、前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁に設けられ、前記バルブ作動特性を変更するアクチュエータ手段と、前記アクチュエータ手段に所定のデューティ比の駆動信号を送り、前記バルブ作動特性が目標値になるように制御する制御手段と、前記学習手段が学習した作動油の粘度に基づき、前記駆動信号のデューティ比を決定するゲインを補正してデューティ比を変更するゲイン補正手段と、を備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の詳細を説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置の概略構成図である。図１に示すエンジン（機関）１１は、ＤＯＨＣ（ダブルオーバヘッドカムシャフト）型４気筒エンジンであり、クランク軸１２の回転動力をタイミングチェーン（図示せず）を介して互いに独立した吸気カム軸１３と排気カム軸１４に伝達し、吸気カム軸１３によって吸気弁１５を排気カム軸１４によって排気弁１６をそれぞれ開閉駆動する構造になっている。吸気カム軸１３にはクランク軸１２に対する吸気カム軸１３の進角量を調整する油圧駆動式の可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）１７が設けられている。本実施形態では吸気カム軸１３にＶＶＴ１７を設ける例を示したが、これに代えてあるいは加えて排気カム軸１４に同様なＶＶＴを設けたけ形態でも本発明は適用できる。
【００１６】
このＶＶＴ１７は、作動油としてエンジン１１の潤滑油を利用している。エンジン１１に連動してオイルポンプ１８が駆動され、エンジン１１のシリンダブロック１１ａ下部に接続され潤滑油を貯留するオイルパン１９から潤滑油がオイルポンプ１８で汲み上げられ、作動油として油路２０を介してＶＶＴ１７に供給され、油路２０の途中に設けられたオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ：油圧制御弁）２１によって油圧をデューティ制御することでその油圧に応じて吸気カム軸１３の進角量が制御される。オイルパン１９には潤滑油（以下、作動油と記す）の温度を検出する油温センサ２２が配設されている。なお、油温センサ２２は、油路２０やＶＶＴ１７内に配設してもよい。また、オイルパン１９は外気に熱を放散して潤滑油を冷却する役目も果たしている。
【００１７】
また、吸気カム軸１３の近傍にはカム軸センサ２３が設置され、クランク軸１２の近傍にはクランク軸センサ２４が設置されている。クランク軸センサ２４は、クランク軸１２の１回転当たりＮ個のクランク軸位相検出パルス信号を発生するのに対し、カム軸センサ２３は、吸気カム軸１３の１回転当たり２Ｎ個のカム軸位相検出パルス信号を発生する。また、吸気カム軸１３の最大進角量をθmax°ＣＡとした場合、Ｎ＜３６０／θmaxとなるようにクランク軸位相検出パルス信号数Ｎが設定されている。これにより、クランク軸センサ２４からのクランク軸位相検出パルス信号と、これに続いて発生する吸気カム軸１３のカム軸センサ２３からのカム軸位相検出パルス信号との間の相対回転角により吸気弁１５の実バルブタイミング（吸気カム軸１３の実進角量）が算出される。
【００１８】
エンジン１１のシリンダブロック１１ａには、ウォータジャケット１１ｂ内を流れる冷却水の温度（以下、水温と記す）を検出する水温センサ２５が取付けられ、シリンダヘッド１１ｃには、点火プラグ２６が気筒毎に取付けられている。
【００１９】
一方、吸気管２７の最上流部には、エアークリーナ２８が設けられ、その下流には、吸気温を検出する吸気温センサ２９が設けられている。吸気温センサ２９の下流には、スロットルバルブ３０が設けられ、スロットルバルブ３０の開度がスロットルセンサ３１によって検出される。スロットルバルブ３０の下流には、吸気管内の圧力を検出する吸気圧センサ３２が設けられている。また、各気筒の吸気ポート３３の近傍には、燃料噴射弁３４が取付けられている。また、エンジン１１を搭載した車両には車速センサ３５が配設されている。また、油路２０のＶＶＴ１７近傍には、ＶＶＴ１７へ流入する作動油の油圧を検出する油圧センサ３６が配設されている。上述した各種センサおよび後述する位置センサ（図２の２０６）等は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４０の入力ポートに接続されており、一方、ＯＣＶ２１、点火プラグ２６、燃料噴射弁３４等は、ＥＣＵ４０の出力ポートに接続されている。
【００２０】
次に、図１に示す実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置に装備されたエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４０について説明する。ＥＣＵ４０は、一般的なディジタルコンピュータからなり、図示しない双方向性バスを介して相互に接続されたＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力ポートおよび出力ポート、ならびに入力ポートに接続されたＡＤ変換器および出力ポートに接続された駆動回路を具備する。入力ポートには、ＥＣＵ４０を搭載する車両の各部に設置された上述した各種センサ等からのアナログ電圧出力がＡＤ変換器を介して入力されるか、あるいは各種センサ等からのディジタル信号が直接入力される。出力ポートからは駆動回路へＥＣＵ４０による制御信号が送られ、図示しないバッテリまたはオルタネータからＯＣＶ２１、点火プラグ２６、燃料噴射弁３４、等の電気的負荷に電力が供給される。
【００２１】
図２は図１に示す可変バルブタイミング機構の動弁機構の動作説明図である。図２の上部に示す動弁機構２００は、下部に示すオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）２１により、ＶＶＴ１７の吸気弁１５のバルブタイミングを変化させるためのＶＶＴ１７の機構であり、次のように動作する。
【００２２】
動弁機構２００は一つの気筒用に設けられた吸気弁１５を開閉弁するためのカム２０１を有する。カム２０１の外形は、カム２０１の回転軸線方向における吸気弁１５に対するカム２０１の相対位置（以下、カム２０１の相対位置と称す）が変わると吸気弁１５の作動特性、すなわち開閉弁特性（例えば、開弁時期、開弁期間、リフト量等）が変更されるような形状となっている。カム２０１はカム２０１の回転軸線がカムシャフト２０２の回転軸線と同軸になるように一つのカムシャフト２０２に固定される。
【００２３】
このようにカム２０１はカムシャフト２０２に固定さているため、カムシャフト２０２がその軸線方向に移動するとカム２０１もその回転軸線方向に移動し、これによりカム２０１の相対位置が変わり、吸気弁１５の開閉弁特性が変更される。したがって、カムシャフト２０１をその軸線方向に移動させることによって吸気弁１５の開閉弁特性を変更することができる。カム２０１の相対位置が目標相対位置となるようにカムシャフト２０２をその軸線方向に移動させることによって吸気弁１５の開閉弁特性をその目標開閉弁特性に制御できる。
【００２４】
また、カムシャフト２０２の一方の端部にはカムシャフト２０２をその軸線方向に移動させるための油圧式カムシャフト駆動装置２０３が設けられ、この油圧式カムシャフト駆動装置２０３は吸気弁１５の開閉弁特性を変更するための変更手段として機能する。油圧式カムシャフト駆動装置２０３は油圧シリンダ２０４とＯＣＶ２１とを具備する。油圧シリンダ２０４は図２に示すように、カムシャフト２０２の一方の端部に取付けられたピストン２０５を収容し、このピストン２０５を油圧シリンダ２０４内で摺動させることによってカムシャフト２０２をその軸線方向に移動させる。
【００２５】
この油圧シリンダ２０４内でのピストン２０５の位置は位置センサ２０６によって検出され、この位置センサ２０６の出力はＥＣＵ４０内の対応するＡ／Ｄ変換器を介して入力ポートに入力される。この位置センサ２０６の出力に基づいてカムシャフト２０２の位置、すなわちカム２０１相対位置が検出される。一方、油圧シリンダ２０４内でのピストン２０５の作動、すなわちカムシャフト２０２の軸線方向の移動は、ＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する制御パルス信号のオン／オフデューティ比（信号がオンになっている時間とオフになっている時間との合計に占める信号オン時間の割合）を変化させることにより制御される。
【００２６】
すなわち、ＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する制御パルス信号のデューティ比を基準デューティ比よりも大きくすると、カムシャフト２０２がその軸線方向において一方の方向に移動してカム２０１の相対位置が一方の方向に移動する。これにより吸気弁１５の開閉弁特性が或る方向に変化する。なお、吸気弁１５の開閉弁特性が或る方向に変化するとは、例えば開弁時期が早くなったり、開弁期間が長くなったり、リフト量が大きくなったりすることを意味する。
【００２７】
逆に、ＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する制御パルス信号のデューティ比を基準デューティ比よりも小さくすると、カムシャフト２０２がその軸線方向おいて上記一方の方向とは反対方向に移動してカム２０１の相対位置が上記一方の方向とは反対方向に移動する。これにより吸気弁１５の開閉弁特性が上記或る方向とは反対方向に変化する。なお、吸気弁１５の開閉弁特性が上記或る方向とは反対方向に変化するとは、例えば開弁時期が遅くなったり、開弁期間が短くなったり、リフト量が小さくなったりすることを意味する。
【００２８】
また、デューティ比を基準デューティ比との偏差が大きくなるようにすればするほど、単位時間当たりにカム２０１の相対位置が移動する距離が大きくなり、よって単位時間当たりに吸気弁１５の開閉弁特性が変化する程度も大きくなる。ここで、基準デューティ比とは、油圧シリンダ２０４のピストン２０５を作動させることのないデューティ比であり、すなわちカム２０１の相対位置が変化せずに吸気弁１５の開閉弁特性が変化しないデューティ比である。この基準デューティ比は作動油の油圧や油温に応じて油圧式カムシャフト駆動装置２０３毎に定まるデューティ比である。
【００２９】
次に、オイルパン１９からＯＣＶ２１を介してＶＶＴ１７の動弁機構２００へ供給されＯＣＶ２１を介してオイルパン１９に戻る作動油の流れについて以下に説明する。吸気弁１５の開閉弁特性を或る方向に変化させたいとき、例えばバルブタイミングを早くしたいときは、ＯＣＶ２１により動弁機構２００のピストン２０５を第１方向２１１に動作させ、油路２０から圧送された作動油をＯＣＶ２１および油路２１２を経由して動弁機構２００に設けられた油圧シリンダ２０４の２つの油圧室の内の第１油圧室（押出戻油圧室）２１３に送り、油圧シリンダ２０４の第２油圧室（押出油圧室）２１４の作動油を油路２１５、ＯＣＶ２１および油路２１６を経由してオイルパン１９に戻す。
【００３０】
一方、吸気弁１５の開閉弁特性を或る方向に変化させたいとき、例えばバルブタイミングを遅くしたいときは、ＯＣＶ２１により動弁機構２００のピストン２０５を第１方向２１１とは逆の第２方向２１７に動作させ、油路２０から圧送される作動油をＯＣＶ２１および油路２１５を経由してＶＶＴ１７の油圧シリンダ２０４の第２油圧室２１４に送り、油圧シリンダ２０４の第１油圧室２１３の作動油を油路２１２、ＯＣＶ２１および油路２１８を経由してオイルパン１９に戻す。吸気弁１５のバルブタイミングを現在の位置に固定したいときは、ＯＣＶ２１により動弁機構２００を作動してＯＣＶ２１のシリンダ２２０内のスプール２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃがシリンダ２２０内を中立の位置になるように移動し、ＯＣＶ２１と動弁機構２００との間の油路２１５、２１２のシリンダ２２０のポート２２２ａ、２２２ｂをスプール２２１ａ、２２１ｂで閉じる。なお、排気カム軸１４に同様なＶＶＴが設けられた他の実施形態の場合も同様な動弁機構が設けられる。
【００３１】
本発明によるＶＶＴの制御装置は、エンジン制御ユニットＥＣＵ４０とＶＶＴ１７のバルブ作動特性を変更する油圧アクチュエータ、すなわち図２に示す動弁機構２００と、ＥＣＵ４０により油圧をデューティ制御することでその油圧に応じて動弁機構２００を作動しバルブ作動特性を調節するＯＣＶ２１とを備える。本実施形態では、バルブ作動特性の内、バルブタイミングを変更する例を示すが、本発明はこれに限定されるものでなく、バルブ開弁期間またはバルブリフト量を変更するＶＶＴにも適用できる。これより、本発明によるＥＣＵ４０のＶＶＴ制御について詳細に説明する。
【００３２】
本実施形態のＥＣＵ４０は、機関運転条件に最適な吸気弁のバルブタイミングを設定するため、機関運転条件に応じてＯＣＶ２１のアクチュエータ（リニアソレノイド）２０７への制御パルス信号のデューティ比ＤＲを変えるフィードバック制御を用いて、あるいはデューティ比ＤＲを固定して制御パルス信号（ＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７の駆動信号）のオン（保持）時間を可変するインチング制御を用いて、ＶＶＴ制御、すなわち吸気弁１５のバルブタイミングの調節を行なう。インチング制御については、後で概略説明するが、詳しくは本願と同一出願人、同一発明者により平成１４年２月２７日に出願された「内燃機関のバルブ制御装置」と題する特許出願番号２００２−０５１４３９の明細書および図面に記載されている。
【００３３】
まず、フィードバック制御について説明する。フィードバック制御ではＥＣＵ４０は一定時間毎に機関の運転状態で定まる目標バルブタイミングと実際の実バルブタイミングとの偏差ＤＶＴを算出するとともに、下式（１）を用いてＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に供給する駆動信号（制御パルス信号）のデューティ比ＤＲを算出する。
【００３４】
ＤＲ＝ＳＤＲ＋α×ＤＶＴ＋β×（ＤＶＴ−ＤＶＴi-1）＋γ×ΣＤＶＴ…（１）
ここで、上式（１）において、ＳＤＲは基準デューティ比で油圧シリンダ２０４のピストン２０５を作動させることのないデューティ比であり、すなわちカム２０１の相対位置が変化せずに吸気弁１５のバルブタイミングが変化しないデューティ比である。また、この基準デューティ比は作動油の油圧や油温に応じて油圧式カムシャフト駆動装置２０３毎に定まるデューティ比である。ＤＶＴは今回算出した目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの偏差、ＤＶＴi-1は前回のＤＲ算出時における偏差である。また、ΣＤＶＴは偏差ＤＶＴの積算値である。上式（１）において、α×ＤＶＴはＰＩＤ制御におけるＰ（比例）項、γ×ΣＤＶＴはＩ（積分）項、β×（ＤＶＴ−ＤＶＴi-1）はＤ（微分）項に相当し、α、γ、βはそれぞれＰ、Ｉ、Ｄ項のゲインに相当する係数である。
【００３５】
上記のように、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基づくフィードバック制御を行う場合には、ゲイン係数を適宜に選定することにより応答性を犠牲にすることなく安定したバルブタイミング制御を行うことが可能となる。
【００３６】
次に、インチング制御について説明する。フィードバック制御では、機関低温始動時などで作動油の油温が低く粘度が高くなっている状態や作動油が劣化している状態では、制御に不安定を生じたり応答性が大幅に低下したりする問題がある。これは、デューティ比ＤＲに対する応答性に差が生じること、すなわちＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に供給する駆動信号のデューティ比ＤＲの値が同一であっても作動油の粘度に応じてバルブ作動特性変化の応答速度が異なってくることに起因している。
【００３７】
インチング制御では、上記問題を解決するため、以下に説明するように、偏差に応じてデューティ比ＤＲの大きさを変化させるのではなく、デューティ比ＤＲの値は比較的大きな値（必ずバルブ作動特性が変化する充分に大きな値、例えば０パーセントまたは１００パーセント）に固定し、この大きさの信号の持続時間を制御している。
【００３８】
図３はバルブ作動特性のインチング制御の基本原理を説明する図であり、図３（Ａ）は目標バルブタイミングＶＶＴ0がステップ状に変化（進角）したときの実バルブタイミングＶＶＴの変化を、図３（Ｂ）はその場合のＯＣＶ２１の駆動デューティ比ＤＲの変化を、それぞれ示す図である。
【００３９】
インチング制御では、バルブ作動特性の目標値と実際値との差が予め定めた判定値より大きい場合には、偏差の大きさにかかわりなく駆動信号のデューティ比ＤＲを図３（Ｂ）に示すように強制駆動用信号値ＤＲＣに所定の保持時間ｔｃの間だけ保持する操作を所定の休止時間ｔｒの間隔で繰返す強制駆動操作を行う。
【００４０】
ここで、ＤＲＣ（強制駆動用信号値）の大きさは、図３（Ｂ）の例では一定値とされているが、ＤＲＣの大きさは必ずしも一定値である必要はなく、作動油粘度が最も高い場合（最も温度が低い場合）でも必ずバルブ作動特性が変化する値であればよい。保持時間ｔｃおよび休止時間ｔｒも一定値に設定されるが、作動油の粘度が高い場合、後述するように変更してもよい。
【００４１】
このように、デューティ比ＤＲＣで比較的短い一定時間ｔｃずつ繰返しアクチュエータを駆動することにより、１回の保持時間ｔｃ中のバルブ作動特性の変化量は同一になる。すなわち、デューティ比ＤＲＣで一回につき保持時間ｔｃだけアクチュエータを駆動することにより、毎回同じ量だけバルブ作動特性を変化させることができる。このように、この保持時間ｔｃの駆動操作（以下「インチング」と呼ぶ）を繰返すことにより一定幅の作動特性変化量が得られるため、インチングの繰返し回数でバルブ作動特性の合計の変化幅が決定されるようになる。このため、インチング制御では、図３（Ａ）に示すように、オーバーシュートやアンダーシュートを生じることなく作動油粘度にかかわらず正確に実際のバルブ作動特性を目標値に収束させることが可能となる。
【００４２】
また、１回のインチングによるバルブ作動特性の変化量は保持時間ｔｃにより定まる。従って、制御開始時の偏差の大きさに応じて保持時間ｔｃを調節すれば目標作動特性に到達するまでのインチングの回数を制御することができるため、例えば偏差が大きい場合には一回の保持時間ｔｃを長く設定することにより短時間で実際の作動特性を目標作動特性に到達させることができる。すなわち、保持時間ｔｃを調節することにより制御応答性を調整することができる。
【００４３】
なお、インチングの間の休止時間ｔｒ内は作動特性が変化しないことが好ましい。したがって、毎回のインチング実行後の休止時間ｔｒ中、デューティ比ＤＲは、基準デューティ比（ＳＤＲ）に設定することが好ましい。なお、インチング実行後の休止時間開始時に駆動信号のデューティ比が例えば基準デューティ比にセットされると、ＯＣＶ２１のスプール２２１ａ〜２２１ｃは中立位置に向けて移動を開始し、ある程度の時間経過後に中立位置に到達する。従って、休止時間ｔｒをある程度短く設定するとスプール２２１ａ〜２２１ｃが中立位置に戻る前に次のインチングが開始されるようになる。従って、休止時間ｔｒを制御することにより、各回のインチング開始時のスプール位置をも制御することができ、制御の自由度が増大する。
【００４４】
以上説明したように、インチング制御では基本的にインチング操作を繰返すことによりバルブ作動特性を目標値に収束させる。すなわち、フィードバック制御では駆動信号のデューティ比ＤＲの大きさを変えることにより作動特性変化の応答性を制御していたのに対して、インチング制御ではデューティ比ＤＲの値はＤＲＣに設定してその大きさを偏差に応じて制御することはせず、その代りに保持時間ｔｃと休止時間ｔｒとにより作動特性の変化応答性を制御する点がフィードバック制御と大きく相違している。
【００４５】
図４は本発明の一実施形態による基本バルブタイミング制御ルーチンのフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ４０により一定時間毎に実行される。
【００４６】
まずステップ４０１では、本ルーチンの実行を禁止するか否かを示すＶＶＴ制御禁止フラグＦＰＶＶＴの値が０にリセットされているか否かを判定し、ＦＰＶＶＴ＝０であればステップ４０２に進み、ＦＰＶＶＴ＝１であればステップ４２８に進み、ステップ４２８で、デューティ比ＤＲを基準デューティ比（ＳＤＲ）に設定する。この禁止フラグは、機関冷間時のように作動油の粘度が高いときで可変バルブタイミング機構の応答が速くなる作動油の温度領域においてＶＶＴ制御を実行すると実バルブタイミングが目標バルブタイミングに対しオーバーシュートする恐れがあるのでこれを防止するために設定したフラグである。
【００４７】
ステップ４０２は、以下に説明するインチングによる制御を実行すべき条件が成立しているか否かを判定し、条件が成立していない場合にはステップ４２７に進み、通常の制御（例えば目標値と実際値との偏差に基づくＰＩＤフィードバック制御）を実行する。すなわち、ステップ４０２で所定の条件が成立しない場合（すなわち、逆の言い方をすれば所定の禁止条件が成立した場合）には、ステップ４０３以下のインチングによる可変バルブタイミング制御は実行しない。ここで、ステップ４０２で判定される実行条件について説明する。
【００４８】
インチング制御の実行条件として判定すべきものの例としては、例えば、
（ａ）目標値と実際値とのバルブタイミング偏差ＤＶＴの大きさ
（ｂ）油温
（ｃ）保持デューティ比（休止値）の学習終了の有無
等がある。
【００４９】
上記条件（ａ）で偏差ＤＶＴの大きさを判定するのは、インチングはバルブタイミングが確実に変化するように比較大きなデューティ比ＤＲでの駆動を行うものであるため、偏差ＤＶＴがあまり小さい状態でインチングを行うと、逆にオーバーシュートが生じる可能性があるためである。そこで、偏差ＤＶＴの大きさがある程度小さくなったら、許容偏差ＤＶＴ0以下になっていなくてもインチングを禁止し、通常のフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００５０】
また上記条件（ｂ）は、油温が高く作動油粘度が充分に低い場合には通常のフィードバック制御を実行しても何ら問題は生じないため設けた条件である。インチングではＯＣＶ２１は短い間隔で全開状態（ＤＲが０または１００パーセント）と全閉状態（ＤＲが５０パーセント）との間で切換えられる。このため、長時間インチングを行うとＯＣＶ２１の部材の摩耗などが増大する可能性がある。そこで、油温（または機関冷却水温度でもよい）が所定値以上になった場合にはインチングを禁止してＯＣＶ２１の信頼性が低下することを防止するようにしてもよい。
【００５１】
更に、上記条件（ｃ）は誤制御を防止するために設けた条件である。インチングでは、デューティ比ＤＲを強制駆動用信号値に保持した後、所定の休止時間ｔｒの間ＤＲを休止値に保持することが必要となる。一方、ＯＣＶ２１の特性は長期間の使用により徐々に変化する場合がある。通常、ＥＣＵ４０は運転中にデューティ比ＤＲが変化してもバルブタイミングが変化しない不感帯域を検出し、不感帯域の変化に応じて中立位置の補正を行う保持デューティ値の学習を行っている。しかし、バッテリの交換などによりこの保持デューティ値の学習結果が失われた状態でインチングを行うと、休止時間ｔｒ中にもバルブタイミングが変化することとなり、インチングを行ったために逆にオーバーシュートが生じる可能性がある。そこで、例えばステップ４０２で現在までに少なくとも休止値の学習が１度は行われているか否かを判断し、学習が１度も行われていない場合には、インチングによるバルブタイミング制御を禁止するようにしてもよい。
【００５２】
ステップ４０２では、上記（ａ）から（ｃ）の条件の少なくとも１つを判断し、何れかに当てはまる場合にはインチング制御を禁止するようにしている。
【００５３】
ステップ４０２で条件が成立した場合には、次にステップ４０３では現在の目標バルブタイミングと実際のバルブタイミングとの偏差ＤＶＴ（ＤＶＴ＝目標バルブタイミング−実バルブタイミング）の絶対値が所定の許容値ＤＶＴ0を越えているか否かが判定される。なお、目標バルブタイミングは別途ＥＣＵ４０により実行されるバルブタイミング設定操作により機関運転状態（例えば吸気管圧力ＰＭと機関回転数ＮＥ）とに応じて設定され、偏差ＤＶＴは目標バルブタイミングと別途カム位相から算出される実バルブタイミングとの差として算出される。
また、本実施形態では、許容値ＤＶＴ0は機関運転上許容できる目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの誤差の大きさに設定される。すなわち、ステップ４０３で実際の偏差ＤＶＴの絶対値が許容偏差ＤＶＴ0より小さい場合には実際上バルブタイミングが目標バルブタイミングに収束していると考えられる。このため、ステップ４０３でＤＶＴ≦ＤＶＴ0であった場合には、ステップ４２３に進み、ＯＣＶ２１の駆動信号のデューティ比ＤＲを保持デューティ（休止値）ＤＲ３に設定する。保持デューティーＤＲ３は、現在のバルブタイミングを保持するための中立状態デューティ比であり、本実施形態ではデューティ比５０パーセントに設定されている。これにより、バルブタイミングが目標値に収束した場合には、バルブタイミングは目標値に保持されるようになる。
【００５４】
ステップ４０３で偏差ＤＶＴの絶対値が許容偏差ＤＶＴ0より大きかった場合には、次にステップ４０５でインチング操作実行フラグＦＩＮＣの値が１（実行）にセットされているか否かを判定する。フラグＦＩＮＣは現在インチングを実行中であるか否かを示すフラグである。現在インチング実行中でない場合（ＦＩＮＣ≠１）、すなわち今まで一度もインチング操作が実行されていないか、或は現在前回のインチングサイクルが終了した直後である場合には、次にステップ４０７に進み、インチング時間カウンタＣＴの値を０にリセットするとともに、現在の偏差ＤＶＴの絶対値の大きさに応じて保持時間ｔｃと休止時間ｔｒを設定する。本実施形態では、予め実際の機関を用いて油温、機関回転数などを変えて実験を行い各条件下で最適な応答を得ることのできる偏差ＤＶＴとｔｃ、ｔｒの関係を求めてあり、ＥＣＵ４０のＲＯＭに格納してある。
【００５５】
ステップ４０７では偏差ＤＶＴに基づいてこのデータから保持時間ｔｃと休止時間ｔｒとを決定する。保持時間ｔｃと休止時間ｔｒとを決定後、ステップ４０９でインチング操作実行フラグＦＩＮＣの値を１（実行）にセットした後今回の操作は終了する。
【００５６】
本操作が次に実行されると、ＦＩＮＣの値は１にセットされているためステップ４０５の次にステップ４１１が実行され、カウンタＣＴの値が本操作の実行間隔に等しい値ΔＴだけ増大される。これにより、ＣＴの値はステップ４０５でＦＩＮＣ＝１になってからの時間、すなわちインチングが開始されてからの経過時間を表すようになる。
【００５７】
次いで、ステップ４１３では、インチングを開始してからの経過時間ＣＴがステップ４０７で設定した保持時間ｔｃに到達したか否かを判定し、保持時間ｔｃに到達していない場合には、偏差ＤＶＴの正負に応じて（ステップ４１５）デューティ比ＤＲを予め定めた強制駆動用信号値ＤＲ１またはＤＲ２にセットする。強制駆動用信号値ＤＲ１、ＤＲ２は、それぞれバルブタイミングがプラス方向に必ず変化する値（ＤＲ１）と、マイナス方向に必ず変化する値（ＤＲ２）である。ＤＲ１とＤＲ２とは、できるだけ１００パーセントと０パーセントに近い値とされ、例えば本実施形態ではＤＲ１＝１００パーセント、ＤＲ２＝０パーセントに設定されている。
【００５８】
すなわち、ステップ４１３から４１７の操作により、インチング開始時から保持時間ｔｃが経過するまで駆動信号のデューティ比ＤＲは強制駆動用信号値（ＤＲ１またはＤＲ２）に保持される。
【００５９】
一方、ステップ４１３でインチング開始後保持時間ｔｃが経過した場合には、次にステップ４２１に進み、保持時間ｔｃが経過した後さらに休止時間ｔｒが経過しているか否かが判断される。ステップ４２１で保持時間ｔｃ経過後、まだ休止時間ｔｒが経過していない場合にはステップ４２３に進み、デューティ比ＤＲは保持デューティ比（休止値）ＤＲ３（本実施形態では５０パーセント）にセットされる。これにより、インチング操作ではまずデューティ比ＤＲはまず保持時間ｔｃの間強制駆動用信号値（ＤＲ１またはＤＲ２）に保持され、その後保持時間ｔｃ経過後は休止時間ｔｒの間保持デューティ比（休止値）ＤＲ３に保持されるようになる。
【００６０】
また、ステップ４２１で、休止時間ｔｒが経過するとステップ４２５でフラグＦＩＮＣの値は０にセットされる。これにより、次回本操作が実行されるとステップ４０５の次にステップ４０７、４０８が実行され、ステップ４０３でバルブタイミングが目標値に収束するまでインチング操作が繰返されるようになる。
【００６１】
ステップ４２９ではステップ４１７、４１９、４２３または４２７で算出されたデューティ比ＤＲをＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する。
【００６２】
上述のように、本実施形態ではインチング操作を繰返すことにより、油温が低く油粘度が高い場合にもバルブタイミング制御の安定性を損うことなく制御の応答性を良好に維持することが可能となる。
【００６３】
ここで、作動油の温度と粘度の関係および作動油の温度とＶＶＴ応答速度の関係について以下に説明する。以下、作動油をオイルと記す。
【００６４】
図５はオイルの温度と粘度との関係を示すマップである。図５に示すマップは油温と油粘度の関係を与えるWalther-ASTMの下式（２）を用いて作成したものである。
【００６５】
ｌｏｇｌｏｇ（ν＋ａ）＝Ａ−ＢｌｏｇＴ…（２）
ここで、νはＣＧＳ単位系のｃＳｔ（センチストークス）で表した動粘度、ａ、Ａおよびは油の種類によって定まる定数（ｋはボルツマス定数）、Ｔは絶対温度である。上式（２）からも判るように温度が高くなると動粘度νは低くなる。図５に示されるように、オイルの温度と粘度との関係は、温度の増加につれて粘度が低下することが判る。また、新品のオイルと劣化後のオイルとでは、同一温度に対しオイル劣化後の粘度はオイル新品時の粘度より低下することが判る。このオイル新品時のマップはＥＣＵ４０のＲＯＭに格納される。
【００６６】
図６はオイルの温度とＶＶＴ応答速度との関係を示すマップである。図６に示すマップは、実験結果から次のように作成する。すなわち、エンジン回転数ＮＥを一定にした状態で、油温を一定に保ったオイルで動弁機構２００を所定時間（例えば１秒間）駆動し、その間に変化したバルブタイミングの変化量（°ＣＡ）を測定し、所定時間当たりのバルブタイミングの変化量からＶＶＴ応答速度（°ＣＡ／秒）を算出し、これを油温を変えて（複数の油温で）行なった結果から、油温とＶＶＴ応答速度の関係を示すマップを作成する。図６に示されるように、オイルの温度とＶＶＴ応答速度との関係は、低温領域では温度の増加につれてＶＶＴ応答速度が速くなり、高温領域では温度の増加に関わらず略一定であることが判る。また、新品のオイルと劣化後のオイルとでは、全温度領域において同一温度に対しオイル劣化後のＶＶＴ応答速度はオイル新品時のＶＶＴ応答速度より低下することが判る。このオイル新品時のマップはＥＣＵ４０のＲＯＭに格納される。
【００６７】
図７はＶＶＴ応答速度とオイルの粘度との関係を示すマップである。図７に示すマップは、図５のマップを参照して油温からオイルの粘度を算出し、図６のマップを参照して油温からＶＶＴ応答速度を算出し、ＶＶＴ応答速度とオイルの粘度との関係を求めて作成する。なお、図７に示すマップは新品時のオイルを用いて作成されたものである。図７に示されるように、ＶＶＴ応答速度とオイルの粘度との関係は、オイルの粘度が低下するにつれてＶＶＴ応答速度が速くなることが判る。このオイル新品時のマップはＥＣＵ４０のＲＯＭに格納される。
【００６８】
図８は本発明の一実施形態によるオイルの劣化判定ルーチンのフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ４０により一定時間毎に実行される。本ルーチンはオイルに関する、粘度算出処理（ステップ８０１〜８０５）、粘度学習処理（ステップ８１１〜８１９）、第１劣化判定処理（ステップ８２１〜８２９）および第２劣化判定処理（ステップ８３１〜８３７）から構成される。
【００６９】
まず、オイルの粘度算出処理を説明する。ステップ８０１では、油温センサ２２により検出された油温ＯＴを読取る。
【００７０】
ステップ８０３では、現在のＶＶＴ応答速度を算出する。このＶＶＴ応答速度の算出は、別の比較的長い処理周期、例えば１０秒のサブルーチンで次のように算出し記憶したデータを読取る処理である。すなわち、サブルーチンでは、目標バルブタイミングと実バルブタイミングが一致している時刻（ｔi）から目標バルブタイミングが変化した後、次に目標バルブタイミングと実バルブタイミングが一致する時刻（ｔi+1）までに変化した目標バルブタイミングの変化量、すなわち実バルブタイミングの変化量Δ（°ＣＡ）を測定し、Δ／（ｔi+1−ｔi）を計算してＶＶＴ応答速度（°ＣＡ／秒）を算出し、ＥＣＵ４０のＲＡＭに記憶する。
【００７１】
ステップ８０５では、ステップ８０３で算出した現在のＶＶＴ応答速度からＲＯＭに格納された図７に示すマップに基づき現在のオイル粘度を算出する。
【００７２】
次に、オイルの粘度学習処理を説明する。オイルの温度と粘度との関係を温度領域毎に次のように学習する。
【００７３】
まず、ステップ８１１では、ステップ８０１で読取った油温ＯＴが何れの温度領域（ＯＴ0〜ＯＴn）に属するかを判定する。
【００７４】
ステップ８１３では、ステップ８１１で判定した油温ＯＴの温度領域にすでに学習したオイル粘度の履歴データが存在するか否かを判定し、その判定結果がＹＥＳのときはステップ８１５に進み、その判定結果がＮＯのときはステップ８１７に進む。
【００７５】
ステップ８１５では、ステップ８１１で判定した油温ＯＴの温度領域に対する粘度データをＥＣＵ４０のＲＡＭに記憶する。
【００７６】
ステップ８１７では、ステップ８１１で判定した油温ＯＴの温度領域に対する粘度データを初期粘度データとしてＥＣＵ４０のＲＡＭに記憶する。
【００７７】
ステップ８１９では、粘度の変化量を、現在粘度、すなわち今回ステップ８１５でＲＡＭに記憶した粘度データまたは今回ステップ８１７でＲＡＭに記憶した初期粘度データ、からステップ８１７でＲＡＭに記憶した初期粘度データを減算して求める。
【００７８】
次に、オイルの第１劣化判定処理を説明する。その前に図９に示すマップを説明する。
【００７９】
図９はオイル劣化判定に用いる油温に対する粘度の適正範囲を定めたマップである。ＶＶＴを駆動するためのオイルの温度に対する粘度の適正範囲は、粘度大判定値と粘度小判定値との間であることは実験的にも判っているので、油温の温度領域に対する粘度大判定値および粘度小判定値のマップを予めＥＣＵ４０のＲＯＭに格納しておく。図９から初期粘度と現在粘度が油温の温度領域に対し粘度大判定値と粘度小判定値との間にあることが判る。
【００８０】
ステップ８２１では、図９に示すマップからステップ８０１で読取った油温の温度領域に対する粘度大判定値および粘度小判定値を算出する。
【００８１】
ステップ８２３では、上記現在粘度がステップ８２１で算出した粘度大判定値より大か否かを判定し、現在粘度＞粘度大判定値のときはステップ８２５に進み、現在粘度≦粘度大判定値のときはステップ８２７に進む。
【００８２】
ステップ８２５では、現在粘度は許容値より過大と判定し、ステップ８３７に進む。
【００８３】
ステップ８２７では、上記現在粘度がステップ８２１で算出した粘度小判定値より小か否かを判定し、現在粘度＜粘度小判定値のときはステップ８２９に進み、現在粘度≧粘度小判定値のときはステップ８３１に進む。
【００８４】
ステップ８２９では、現在粘度は許容値より過小と判定し、ステップ８３７に進む。
【００８５】
最後に、オイルの第２劣化判定処理を説明する。その前に図１０に示すマップを説明する。
【００８６】
図１０は油温に対する粘度変化量のオイル劣化判定値を定めたマップである。図９に示すように、油温の温度領域に対するオイルの粘度は新品時より経年変化後の方が高くなっていることが判る。これは、オイルの劣化およびオイルへの燃料（ガソリン）の混入等に影響されるからと推定される。このように、オイルの新品時より経年変化後までの粘度の変化量は、図９に示す初期粘度から粘度大判定値までの粘度変化量が許容範囲であり劣化判定値である。図１０はこの粘度変化量を油温の温度領域に対しプロットして作成したマップである。したがって、図１０に示す油温の温度領域に対する劣化判定値より粘度変化量が大きくなったことは、オイルが劣化したことを意味する。
【００８７】
ステップ８３１では、図１０に示すマップからステップ８０１で読取った油温の温度領域に対するオイル劣化判定値を算出する。
【００８８】
ステップ８３３では、粘度変化量（＝今回粘度−初期粘度）がステップ８３１で算出したオイル劣化判定値より大か否かを判定し、粘度変化量＞オイル劣化判定値のときはステップ８３５に進み、粘度変化量≦オイル劣化判定値のときはステップ８５０に進む。
【００８９】
ステップ８３５では、粘度変化量はオイル劣化判定値より過大と判定し、ステップ８３７に進む。
【００９０】
ステップ８３７では、車両に装着されている表示パネル上に設けられたオイル交換インジケータを点灯して運転者にオイル劣化を知らせオイルの交換を促す。
【００９１】
ステップ８５０では後述するＶＶＴ制御の目標変位をオイル粘度で補正する。
【００９２】
ステップ８６０では後述するＶＶＴ制御の制御信号をオイル粘度で補正する。
【００９３】
図１１はＶＶＴ制御の目標変位補正処理のフローチャートである。より詳しくは、図８に示すステップ８５０の詳細を示し、油温に対するオイル粘度の学習値からＶＶＴ目標変位上限値を補正するとともに、ＶＶＴ目標変位をオイル粘度で補正する処理のフローチャートである。
【００９４】
ステップ１１０１では、図８のステップ８１１〜８１９で説明した粘度学習処理で学習したオイルの温度に対する粘度からＶＶＴ作動限界粘度に対応するオイルの温度、すなわちＶＶＴ作動下限温度を、図１２に示すマップから算出する。
【００９５】
図１２はＶＶＴ適合設定粘度から油温オフセットした現在粘度を算出するマップである。図１２に示すＶＶＴ作動限界粘度はＶＶＴの適合条件を満たす、すなわち予め定められた実質的にＶＶＴを作動できる限界の粘度である。図１２に示されるように、オイルの油温と粘度の関係を示す適合設定粘度ラインは、予め設定した新品時のオイルにおける温度と粘度の関係を示すラインであり、ＥＣＵ４０のＲＯＭに格納されている。ステップ１１０１で算出されるＶＶＴ作動下限温度は、ＶＶＴ作動限界粘度と適合設定粘度ラインとの交点として求められる温度である。
【００９６】
ステップ１１０３では、図８のステップ８０５で算出した現在のオイル粘度と図１２に示すＶＶＴ作動限界粘度と比較し、現在オイル粘度＞ＶＶＴ作動限界粘度のときはステップ１１０５に進み、現在オイル粘度≦ＶＶＴ作動限界粘度のときはステップ１１０７に進む。
【００９７】
ステップ１１０５では、ＶＶＴ作動下限温度＝ＶＶＴ作動下限温度＋所定値を算出し、ステップ１１０３で現在オイル粘度≦ＶＶＴ作動限界粘度となるまでこの演算を繰返す。この所定値は一定値に設定される。
【００９８】
ステップ１１０７では、ステップ１１０５で修正されたＶＶＴ作動下限温度の修正値からＶＶＴ作動下限温度の初期値を減算してオフセット温度を算出する。
【００９９】
ステップ１１０９では、図８のステップ８０１で読取った現在の油温からステップ１１０７で算出したオフセット温度を減算し、これをＶＶＴ制御範囲としてのＶＶＴ目標変位上限値を修正するための油温として算出する。この油温は新品時からのオイル粘度の劣化に基づき算出された油温であり、オフセット後油温と呼ぶ。
【０１００】
ステップ１１１１では、ステップ１１０９で算出したオフセット後油温に対するＶＶＴ目標変位（例えば、目標バルブタイミング）を算出する。この算出は、オイルの劣化によりオイル粘度が同一温度に対してオイル新品時より高くなる方向にシフトした分だけＶＶＴの応答速度が遅くなるので、この遅れを補正すべく機関の運転状態（エンジン回転数とエンジン負荷）で定まるＶＶＴ目標変位をオフセット温度相当分、すなわちオイル劣化相当分だけ小さく設定する計算を行なうことを意味する。
【０１０１】
ステップ１１１３では、ステップ１１０９で算出したオフセット後油温に対するＶＶＴ制御範囲を定めるＶＶＴ目標変位上限値（例えば、目標バルブタイミング上限値）を図１３に示すマップから算出する。
【０１０２】
図１３はＶＶＴベース目標変位上限値から油温オフセットしたＶＶＴ目標変位上限値を算出するマップである。図１３に示すＶＶＴベース目標変位上限値のカーブは、ＶＶＴの適合条件を満たす、すなわち油温に対して予め定められた実質的に設定可能なＶＶＴ目標変位の上限値のカーブ、すなわち温度オフセット後のＶＶＴ目標変位の上限値のカーブである。このマップはＥＣＵ４０のＲＯＭに格納される。このオイル新品時のＶＶＴベース目標変位上限値をオフセット温度だけ高温側にシフトしたカーブが現在（オイル劣化後）のＶＶＴ目標変位上限値のカーブである。したがって、温度オフセット後のＶＶＴ目標変位上限値のカーブからステップ１１０９で算出したオフセット後油温に対するＶＶＴ目標変位上限値、すなわちオイル劣化後のＶＶＴ目標変位上限値を算出することができる。
【０１０３】
ステップ１１１５では、ステップ１１１１で算出したＶＶＴ目標変位とステップ１１１３で算出したＶＶＴ目標変位上限値を比較し、ＶＶＴ目標変位＞ＶＶＴ目標変位上限値のときはステップ１１１７に進み、ＶＶＴ目標変位≦ＶＶＴ目標変位上限値のときはステップ８６０に進む。
【０１０４】
ステップ１１１７では、ＶＶＴ目標変位をＶＶＴ目標変位上限値に変更する。
【０１０５】
次に、ＶＶＴ制御の制御信号をオイル粘度で補正する本発明によるインチング制御について図１４〜１６を用いて以下に説明する。
【０１０６】
図１４はインチング制御によるＶＶＴ制御の補正処理のフローチャートである。より詳しくは、図８に示すステップ８６０の詳細を示し、インチング制御における駆動パルス信号のパルス出力時間およびパルス間隔時間をオイル粘度で補正する処理のフローチャートである。
【０１０７】
まずステップ１４０１では、本ルーチンの実行を禁止するか否かを示すＶＶＴ制御禁止フラグＦＰＶＶＴの値が０にリセットされているか否かを判定し、ＦＰＶＶＴ＝０であればステップ１４０３に進み、ＦＰＶＶＴ＝１であればステップ１４２１に進み、ステップ１４２１で、デューティ比ＤＲを基準デューティ比（ＳＤＲ）に設定する。
【０１０８】
ステップ１４０３では、上述したインチングによる制御を実行すべき条件が成立しているか否かを判定し、条件が成立している場合にはステップ１４０５に進み、上述したインチングによる可変バルブタイミング制御を実行し、条件が成立していない場合にはステップ１４０７に進み、通常の制御（例えば目標値と実際値との偏差に基づくＰＩＤフィードバック制御）を実行する。
【０１０９】
ステップ１４１１〜１４１９では、ＯＣＶを駆動するデューティ制御信号のデューティ比ＤＲを定めるＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７への駆動パルス信号のパルス出力時間および／またはパルス間隔時間をステップ１４１１〜１４１７で補正した後、ステップ１４１９でＤＲを補正する。
【０１１０】
図１５はオイル粘度からインチング制御におけるパルス出力時間とパルス間隔時間の補正量を算出するマップである。図１５に示すように、オイル粘度が高くなるにつれてパルス出力時間は長くなり、パルス間隔時間は短くなるように、これらの補正量は設定される。これは粘度が高くなるにつれてＶＶＴ応答速度が遅くなるためである。
【０１１１】
ステップ１４１１では、目標バルブタイミングから実バルブタイミングを減算した偏差からパルス出力時間（ｔｃ）とパルス間隔時間（ｔｒ）を算出する。
【０１１２】
ステップ１４１３では、ステップ８０５で算出した現在のオイル粘度からパルス出力時間（ｔｃ）の補正量（Δｔｃ、Δｔｃ＞０）を算出する。
【０１１３】
ステップ１４１５では、ステップ８０５で算出した現在のオイル粘度からパルス間隔時間（ｔｒ）の補正量（Δｔｒ、Δｔｒ＜０）を算出する。
【０１１４】
ステップ１４１７では、ステップ１４１１で算出したパルス出力時間（ｔｃ）をステップ１４１３で算出したパルス出力時間（ｔｃ）の補正量（Δｔｃ）で補正（ｔｃ＋Δｔｃ）し、ステップ１４１１で算出したパルス間隔時間（ｔｒ）をステップ１４１５で算出したパルス間隔時間（ｔｒ）の補正量（Δｔｒ）で補正（ｔｒ＋Δｔｒ）する。
【０１１５】
図１６はオイル粘度に基づき補正したインチング制御におけるデューティ比の変化を示す図である。図１６はパルス出力時間を（ｔｃ）から（ｔｃ’）に補正し、パルス間隔時間（ｔｒ）のままにした例を示す。
【０１１６】
ステップ１４１９では、ステップ１４１７で算出した補正後のパルス出力時間（ｔｃ’）とパルス間隔時間（ｔｒ’）に基づき、補正後のデューティ比ＤＲを算出する。補正後のデューティ比ＤＲは下式で与えられる。
【０１１７】
ＤＲ＝ｔｃ’／（ｔｃ’＋ｔｒ’）…（３）
ステップ１４３１では、ステップ１４１９で算出したデューティ比ＤＲをＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する。
【０１１８】
次に、ＶＶＴ制御の制御信号をオイル粘度で補正する本発明によるフィードバック制御について図１７〜１９を用いて以下に説明する。
【０１１９】
図１７はフィードバック制御によるＶＶＴ制御の補正処理のフローチャートである。より詳しくは、図８に示すステップ８６０の詳細を示し、フィードバック制御ゲインをオイル粘度で補正する処理のフローチャートである。
【０１２０】
まずステップ１７０１では、本ルーチンの実行を禁止するか否かを示すＶＶＴ制御禁止フラグＦＰＶＶＴの値が０にリセットされているか否かを判定し、ＦＰＶＶＴ＝０であればステップ１７０３に進み、ＦＰＶＶＴ＝１であればステップ１７２１に進み、ステップ１７２１で、デューティ比ＤＲを基準デューティ比（ＳＤＲ）に設定する。
【０１２１】
ステップ１７０３では、上述したインチングによる制御を実行すべき条件が成立しているか否かを判定し、条件が成立している場合にはステップ１７０５に進み、上述したインチングによる可変バルブタイミング制御を実行し、条件が成立していない場合にはステップ１７０７に進み、通常の制御（例えば目標値と実際値との偏差に基づくＰＩＤフィードバック制御）を実行する。
【０１２２】
ステップ１７１１〜１７１９では、ＯＣＶを駆動するデューティ制御信号のデューティ比ＤＲを算出するためのフィードバックゲインをステップ１７１１〜１７１７で補正した後、ステップ１７１９でＤＲを補正する。
【０１２３】
図１８はオイル粘度に対するフィードバックゲインの補正量を示す図である。図１８に示すように、オイル劣化後にはＶＶＴの応答速度を遅くするため、オイル粘度に応じて、ＶＶＴのフィードバック制御における（ＰＩＤ）ゲインの補正値（≧１．０）を設定する。この補正値は粘度に基づき、粘度が高くなる程ゲインが小さくなるように設定する。これにより、オイルの粘度の劣化に伴いゲインが上がり、ＶＶＴの応答速度が速くなる。
【０１２４】
ステップ１７１１では、目標バルブタイミングから実バルブタイミングを減算した偏差からＰＩＤ量を算出する。
【０１２５】
ステップ１７１３では、図１８に示すマップに基づき、ステップ８０５で算出した現在のオイル粘度からＶＶＴフィードバック制御のＰ項補正量を算出する。
【０１２６】
ステップ１７１５では、図１８に示すマップに基づき、ステップ８０５で算出した現在のオイル粘度からＶＶＴフィードバック制御のＩ項補正量を算出する。
【０１２７】
ステップ１７１７では、図１８に示すマップに基づき、ステップ８０５で算出した現在のオイル粘度からＶＶＴフィードバック制御のＤ項補正量を算出する。
【０１２８】
ステップ１７１９では、ステップ１７１３〜１７１７で算出したＰ項、Ｉ項およびＤ項の各補正量で補正されたＰＩＤ比例ゲインα、βおよびγを用いてデューティ比ＤＲを下式で算出する。
【０１２９】
ＤＲ＝ＳＤＲ＋α×ＤＶＴ＋β×（ＤＶＴ−ＤＶＴi-1）＋γ×ΣＤＶＴ…（１）
図１９はオイル粘度に基づき補正したフィードバック制御ゲインの変化を示す図である。図１９には、偏差に対するフィードバック（ＰＩＤ）ゲインの補正前（実線）と補正後（破線）との相違が示されている。ＯＣＶの駆動デューティ制御信号のデューティ比を算出するためのフィードバックゲインは粘度補正前後で図１９に示すようになり、補正後のフィードバックゲインは補正前より増大している。
【０１３０】
ステップ１７３１では、ステップ１７２１で算出されたデューティ比ＤＲをＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する。
【０１３１】
上述したように、本発明によれば、オイルの粘度を元にオイルの劣化を判定でき、かつＶＶＴ応答速度の遅れを補正できることが判る。
【０１３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、作動油の異常検出の信頼性を向上し、かつ機関冷間時でも作動油の異常を検出でき、しかも作動油の状態、特に作動油の粘度に応じてＶＶＴの実際の変位を目標変位に応答性よく収束させるよう制御し、ひいては内燃機関の出力トルクの高効率化、ドライバビリティおよび排気エミッションの向上を実現する内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す可変バルブタイミング機構の動弁機構の動作説明図である。
【図３】バルブ作動特性のインチング制御の基本原理を説明する図であり、（Ａ）は目標バルブタイミングＶＶＴ0がステップ状に変化（進角）したときの実バルブタイミングＶＶＴの変化を示す図であり、（Ｂ）はその場合のＯＣＶ２１の駆動デューティ比ＤＲの変化を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による基本バルブタイミング制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】オイルの温度と粘度との関係を示すマップである。
【図６】オイルの温度とＶＶＴ応答速度との関係を示すマップである。
【図７】ＶＶＴ応答速度とオイルの粘度との関係を示すマップである。
【図８】本発明の一実施形態によるオイルの劣化判定ルーチンのフローチャートである。
【図９】オイル劣化判定に用いる油温に対する粘度の適正範囲を定めたマップである。
【図１０】油温に対する粘度変化量のオイル劣化判定値を定めたマップである。
【図１１】ＶＶＴ制御の目標変位補正処理のフローチャートである。
【図１２】ＶＶＴ適合設定粘度から油温オフセットした現在粘度を算出するマップである。
【図１３】ＶＶＴベース目標変位上限値から油温オフセットしたＶＶＴ目標変位上限値を算出するマップである。
【図１４】インチング制御によるＶＶＴ制御の補正処理のフローチャートである。
【図１５】オイル粘度からインチング制御におけるパルス出力時間とパルス間隔時間の補正量を算出するマップである。
【図１６】オイル粘度に基づき補正したインチング制御におけるデューティ比の変化を示す図である。
【図１７】フィードバック制御によるＶＶＴ制御の補正処理のフローチャートである。
【図１８】オイル粘度に対するフィードバックゲインの補正量を示す図である。
【図１９】オイル粘度に基づき補正したフィードバック制御ゲインの変化を示す図である。
【符号の説明】
１１…エンジン
１２…クランク軸
１３…吸気カム軸
１４…排気カム軸
１５…吸気弁
１６…排気弁
１７…可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）
１８…オイルポンプ
１９…オイルパン
２１…オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）
２２…油温センサ
２３…カム軸センサ
２４…クランク軸センサ
２５…水温センサ
２９…吸気温センサ
３２…吸気圧センサ
３６…油圧センサ
４０…エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
２０７…アクチュエータ（リニアソレノイド）
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）の制御装置に関し、特に、ＶＶＴの動弁機構に供給される作動油の状態に応じてＶＶＴの実際の変位を目標変位に応答性よく収束させるよう制御する内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関（以下、エンジンと記す）の可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）は、吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング（開閉弁時期）、開弁期間、バルブリフト量のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる機構である。ＶＶＴは油圧アクチュエータ（動弁機構）を備えている。このアクチュエータにはエンジンのシリンダブロックの下部に備えられたオイルパン内に貯留されている潤滑油が作動油として供給される。この潤滑油は、エンジンの回転により駆動されるオイルポンプにより汲み出され、ＶＶＴの他、エンジンの各部位、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ：Oil Control Valve：油圧制御弁）等に供給される。ＶＶＴの油圧アクチュエータはオイルポンプにより発生する潤滑油（以下、作動油と記す）の油圧によって駆動される。以下、バルブ作動特性の内バルブタイミングを変化させるＶＶＴについて説明する。
【０００３】
ＶＶＴ制御装置は、一般に、実バルブタイミングがエンジンの運転状態に応じて設定された目標バルブタイミングに収束するように作動油の油圧を制御するＯＣＶに対する制御信号をフィードバック制御するものである。このＶＶＴ制御装置は、作動油が劣化すると、油の粘度が高くなり、ＶＶＴ応答速度が遅くなる。このため、ＶＶＴの実変位が目標変位に収束不足となり、バルブオーバーラップ量が不足となりエンジン出力トルクの低下、ドライバビリティおよび排気エミッションの悪化を招くという問題が発生する。また、ＶＶＴ応答速度の遅れにより、ＶＶＴ遅角時期が遅れ、バルブオーバーラップ量が過多となり、アイドリング時に燃焼悪化を起こしドライバビリティおよび排気エミッションの悪化を招くという問題が発生する。
【０００４】
特開平１０−２７４０６５号公報に記載された内燃機関のバルブ特性制御装置は、作動油の異常を検出するセンサを設けずに、作動油の粘度の劣化等の異常を検出する装置の提供を目的とし、その構成はバルブの実際の開閉特性の推移に基づき作動油の異常を検出するオイル異常検出手段を備える（明細書、段落番号［００１０］および［００１１］参照）。また、この公報には、ＶＶＴの駆動（応答）速度と作動油の温度との関係に基づき作動油の異常を検出する技術、より詳しくは、油温（８０°Ｃ〜１００°Ｃ）ではＶＶＴ応答速度が新品の油より粘度低下した油の方が低下すること、が開示されている（明細書、段落番号［００６４］および図８参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２７４０６５号公報（明細書、段落番号［００１０］および［００１１］、［００６４］および図８参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１０−２７４０６５号公報に開示の装置は、バルブの実際の開閉特性の推移として、バルブの開閉特性目標値の積算値と実際の開閉特性値の積算値、バルブの実際の開閉特性の速度変化、またはバルブの開閉特性目標値に達するまでの時間、の推移を測定して作動油の異常を検出している。しかしながら、作動油の温度とは無関係に測定を行なっているので、測定精度が十分でなく作動油の異常検出の信頼性が不十分であるという問題がある。また、作動油の温度に関しては、作動油の特定の温度領域（８０°Ｃ〜１００°Ｃ）での油粘度の低下とＶＶＴ応答速度の低下を検出し、作動油の異常を検出しているだけなので、機関冷間時には、その異常を知ることができないという問題がある。
【０００７】
それゆえ、本発明は、上記問題を解決し、すなわち作動油の異常検出の信頼性を向上し、かつ機関冷間時でも作動油の異常を検出でき、しかも作動油の状態に応じてＶＶＴの実際の変位を目標変位に応答性よく収束させるよう制御し、ひいては内燃機関の出力トルクの高効率化、ドライバビリティおよび排気エミッションの向上を実現する内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置は、内燃機関の吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング、バルブリフト量、開弁期間のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置において、前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁を作動する作動油の温度を検出する温度検出手段と、前記可変バルブタイミング機構の応答速度を検出する応答速度検出手段と、前記応答速度検出手段により検出された応答速度に基づき、前記温度検出手段により検出された温度の温度領域毎に対応する作動油の粘度を検出する粘度検出手段と、前記粘度検出手段により検出された作動油の粘度を学習する学習手段と、を備え、前記学習手段が、学習した作動油の粘度に基づき、前記バルブ作動特性の目標値を補正する目標値補正手段を備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記可変バルブタイミング機構の制御装置において、前記学習手段が学習した作動油の粘度に基づき、前記作動油が劣化したか否かを判定する劣化判定手段、を備える。
【００１１】
上記可変バルブタイミング機構の制御装置において、前記学習手段が学習した作動油の粘度に基づき、前記バルブ作動特性の目標値のガード値を補正するガード値補正手段、を備える。
【００１２】
上記可変バルブタイミング機構の制御装置において、前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁に設けられ、前記バルブ作動特性を変更するアクチュエータ手段と、前記アクチュエータ手段に所定のデューティ比の駆動信号を送り、前記バルブ作動特性が目標値になるように制御する制御手段と、前記学習手段が学習した作動油の粘度に基づき、前記駆動信号の出力時間および休止時間の少なくとも一方を補正してデューティ比を変更する駆動信号補正手段と、を備える。
【００１３】
上記可変バルブタイミング機構の制御装置において、前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁に設けられ、前記バルブ作動特性を変更するアクチュエータ手段と、前記アクチュエータ手段に所定のデューティ比の駆動信号を送り、前記バルブ作動特性が目標値になるように制御する制御手段と、前記学習手段が学習した作動油の粘度に基づき、前記駆動信号のデューティ比を決定するゲインを補正してデューティ比を変更するゲイン補正手段と、を備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の詳細を説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置の概略構成図である。図１に示すエンジン（機関）１１は、ＤＯＨＣ（ダブルオーバヘッドカムシャフト）型４気筒エンジンであり、クランク軸１２の回転動力をタイミングチェーン（図示せず）を介して互いに独立した吸気カム軸１３と排気カム軸１４に伝達し、吸気カム軸１３によって吸気弁１５を排気カム軸１４によって排気弁１６をそれぞれ開閉駆動する構造になっている。吸気カム軸１３にはクランク軸１２に対する吸気カム軸１３の進角量を調整する油圧駆動式の可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）１７が設けられている。本実施形態では吸気カム軸１３にＶＶＴ１７を設ける例を示したが、これに代えてあるいは加えて排気カム軸１４に同様なＶＶＴを設けたけ形態でも本発明は適用できる。
【００１６】
このＶＶＴ１７は、作動油としてエンジン１１の潤滑油を利用している。エンジン１１に連動してオイルポンプ１８が駆動され、エンジン１１のシリンダブロック１１ａ下部に接続され潤滑油を貯留するオイルパン１９から潤滑油がオイルポンプ１８で汲み上げられ、作動油として油路２０を介してＶＶＴ１７に供給され、油路２０の途中に設けられたオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ：油圧制御弁）２１によって油圧をデューティ制御することでその油圧に応じて吸気カム軸１３の進角量が制御される。オイルパン１９には潤滑油（以下、作動油と記す）の温度を検出する油温センサ２２が配設されている。なお、油温センサ２２は、油路２０やＶＶＴ１７内に配設してもよい。また、オイルパン１９は外気に熱を放散して潤滑油を冷却する役目も果たしている。
【００１７】
また、吸気カム軸１３の近傍にはカム軸センサ２３が設置され、クランク軸１２の近傍にはクランク軸センサ２４が設置されている。クランク軸センサ２４は、クランク軸１２の１回転当たりＮ個のクランク軸位相検出パルス信号を発生するのに対し、カム軸センサ２３は、吸気カム軸１３の１回転当たり２Ｎ個のカム軸位相検出パルス信号を発生する。また、吸気カム軸１３の最大進角量をθmax°ＣＡとした場合、Ｎ＜３６０／θmaxとなるようにクランク軸位相検出パルス信号数Ｎが設定されている。これにより、クランク軸センサ２４からのクランク軸位相検出パルス信号と、これに続いて発生する吸気カム軸１３のカム軸センサ２３からのカム軸位相検出パルス信号との間の相対回転角により吸気弁１５の実バルブタイミング（吸気カム軸１３の実進角量）が算出される。
【００１８】
エンジン１１のシリンダブロック１１ａには、ウォータジャケット１１ｂ内を流れる冷却水の温度（以下、水温と記す）を検出する水温センサ２５が取付けられ、シリンダヘッド１１ｃには、点火プラグ２６が気筒毎に取付けられている。
【００１９】
一方、吸気管２７の最上流部には、エアークリーナ２８が設けられ、その下流には、吸気温を検出する吸気温センサ２９が設けられている。吸気温センサ２９の下流には、スロットルバルブ３０が設けられ、スロットルバルブ３０の開度がスロットルセンサ３１によって検出される。スロットルバルブ３０の下流には、吸気管内の圧力を検出する吸気圧センサ３２が設けられている。また、各気筒の吸気ポート３３の近傍には、燃料噴射弁３４が取付けられている。また、エンジン１１を搭載した車両には車速センサ３５が配設されている。また、油路２０のＶＶＴ１７近傍には、ＶＶＴ１７へ流入する作動油の油圧を検出する油圧センサ３６が配設されている。上述した各種センサおよび後述する位置センサ（図２の２０６）等は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４０の入力ポートに接続されており、一方、ＯＣＶ２１、点火プラグ２６、燃料噴射弁３４等は、ＥＣＵ４０の出力ポートに接続されている。
【００２０】
次に、図１に示す実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置に装備されたエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４０について説明する。ＥＣＵ４０は、一般的なディジタルコンピュータからなり、図示しない双方向性バスを介して相互に接続されたＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力ポートおよび出力ポート、ならびに入力ポートに接続されたＡＤ変換器および出力ポートに接続された駆動回路を具備する。入力ポートには、ＥＣＵ４０を搭載する車両の各部に設置された上述した各種センサ等からのアナログ電圧出力がＡＤ変換器を介して入力されるか、あるいは各種センサ等からのディジタル信号が直接入力される。出力ポートからは駆動回路へＥＣＵ４０による制御信号が送られ、図示しないバッテリまたはオルタネータからＯＣＶ２１、点火プラグ２６、燃料噴射弁３４、等の電気的負荷に電力が供給される。
【００２１】
図２は図１に示す可変バルブタイミング機構の動弁機構の動作説明図である。図２の上部に示す動弁機構２００は、下部に示すオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）２１により、ＶＶＴ１７の吸気弁１５のバルブタイミングを変化させるためのＶＶＴ１７の機構であり、次のように動作する。
【００２２】
動弁機構２００は一つの気筒用に設けられた吸気弁１５を開閉弁するためのカム２０１を有する。カム２０１の外形は、カム２０１の回転軸線方向における吸気弁１５に対するカム２０１の相対位置（以下、カム２０１の相対位置と称す）が変わると吸気弁１５の作動特性、すなわち開閉弁特性（例えば、開弁時期、開弁期間、リフト量等）が変更されるような形状となっている。カム２０１はカム２０１の回転軸線がカムシャフト２０２の回転軸線と同軸になるように一つのカムシャフト２０２に固定される。
【００２３】
このようにカム２０１はカムシャフト２０２に固定さているため、カムシャフト２０２がその軸線方向に移動するとカム２０１もその回転軸線方向に移動し、これによりカム２０１の相対位置が変わり、吸気弁１５の開閉弁特性が変更される。したがって、カムシャフト２０１をその軸線方向に移動させることによって吸気弁１５の開閉弁特性を変更することができる。カム２０１の相対位置が目標相対位置となるようにカムシャフト２０２をその軸線方向に移動させることによって吸気弁１５の開閉弁特性をその目標開閉弁特性に制御できる。
【００２４】
また、カムシャフト２０２の一方の端部にはカムシャフト２０２をその軸線方向に移動させるための油圧式カムシャフト駆動装置２０３が設けられ、この油圧式カムシャフト駆動装置２０３は吸気弁１５の開閉弁特性を変更するための変更手段として機能する。油圧式カムシャフト駆動装置２０３は油圧シリンダ２０４とＯＣＶ２１とを具備する。油圧シリンダ２０４は図２に示すように、カムシャフト２０２の一方の端部に取付けられたピストン２０５を収容し、このピストン２０５を油圧シリンダ２０４内で摺動させることによってカムシャフト２０２をその軸線方向に移動させる。
【００２５】
この油圧シリンダ２０４内でのピストン２０５の位置は位置センサ２０６によって検出され、この位置センサ２０６の出力はＥＣＵ４０内の対応するＡ／Ｄ変換器を介して入力ポートに入力される。この位置センサ２０６の出力に基づいてカムシャフト２０２の位置、すなわちカム２０１相対位置が検出される。一方、油圧シリンダ２０４内でのピストン２０５の作動、すなわちカムシャフト２０２の軸線方向の移動は、ＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する制御パルス信号のオン／オフデューティ比（信号がオンになっている時間とオフになっている時間との合計に占める信号オン時間の割合）を変化させることにより制御される。
【００２６】
すなわち、ＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する制御パルス信号のデューティ比を基準デューティ比よりも大きくすると、カムシャフト２０２がその軸線方向において一方の方向に移動してカム２０１の相対位置が一方の方向に移動する。これにより吸気弁１５の開閉弁特性が或る方向に変化する。なお、吸気弁１５の開閉弁特性が或る方向に変化するとは、例えば開弁時期が早くなったり、開弁期間が長くなったり、リフト量が大きくなったりすることを意味する。
【００２７】
逆に、ＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する制御パルス信号のデューティ比を基準デューティ比よりも小さくすると、カムシャフト２０２がその軸線方向おいて上記一方の方向とは反対方向に移動してカム２０１の相対位置が上記一方の方向とは反対方向に移動する。これにより吸気弁１５の開閉弁特性が上記或る方向とは反対方向に変化する。なお、吸気弁１５の開閉弁特性が上記或る方向とは反対方向に変化するとは、例えば開弁時期が遅くなったり、開弁期間が短くなったり、リフト量が小さくなったりすることを意味する。
【００２８】
また、デューティ比を基準デューティ比との偏差が大きくなるようにすればするほど、単位時間当たりにカム２０１の相対位置が移動する距離が大きくなり、よって単位時間当たりに吸気弁１５の開閉弁特性が変化する程度も大きくなる。ここで、基準デューティ比とは、油圧シリンダ２０４のピストン２０５を作動させることのないデューティ比であり、すなわちカム２０１の相対位置が変化せずに吸気弁１５の開閉弁特性が変化しないデューティ比である。この基準デューティ比は作動油の油圧や油温に応じて油圧式カムシャフト駆動装置２０３毎に定まるデューティ比である。
【００２９】
次に、オイルパン１９からＯＣＶ２１を介してＶＶＴ１７の動弁機構２００へ供給されＯＣＶ２１を介してオイルパン１９に戻る作動油の流れについて以下に説明する。吸気弁１５の開閉弁特性を或る方向に変化させたいとき、例えばバルブタイミングを早くしたいときは、ＯＣＶ２１により動弁機構２００のピストン２０５を第１方向２１１に動作させ、油路２０から圧送された作動油をＯＣＶ２１および油路２１２を経由して動弁機構２００に設けられた油圧シリンダ２０４の２つの油圧室の内の第１油圧室（押出戻油圧室）２１３に送り、油圧シリンダ２０４の第２油圧室（押出油圧室）２１４の作動油を油路２１５、ＯＣＶ２１および油路２１６を経由してオイルパン１９に戻す。
【００３０】
一方、吸気弁１５の開閉弁特性を或る方向に変化させたいとき、例えばバルブタイミングを遅くしたいときは、ＯＣＶ２１により動弁機構２００のピストン２０５を第１方向２１１とは逆の第２方向２１７に動作させ、油路２０から圧送される作動油をＯＣＶ２１および油路２１５を経由してＶＶＴ１７の油圧シリンダ２０４の第２油圧室２１４に送り、油圧シリンダ２０４の第１油圧室２１３の作動油を油路２１２、ＯＣＶ２１および油路２１８を経由してオイルパン１９に戻す。吸気弁１５のバルブタイミングを現在の位置に固定したいときは、ＯＣＶ２１により動弁機構２００を作動してＯＣＶ２１のシリンダ２２０内のスプール２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃがシリンダ２２０内を中立の位置になるように移動し、ＯＣＶ２１と動弁機構２００との間の油路２１５、２１２のシリンダ２２０のポート２２２ａ、２２２ｂをスプール２２１ａ、２２１ｂで閉じる。なお、排気カム軸１４に同様なＶＶＴが設けられた他の実施形態の場合も同様な動弁機構が設けられる。
【００３１】
本発明によるＶＶＴの制御装置は、エンジン制御ユニットＥＣＵ４０とＶＶＴ１７のバルブ作動特性を変更する油圧アクチュエータ、すなわち図２に示す動弁機構２００と、ＥＣＵ４０により油圧をデューティ制御することでその油圧に応じて動弁機構２００を作動しバルブ作動特性を調節するＯＣＶ２１とを備える。本実施形態では、バルブ作動特性の内、バルブタイミングを変更する例を示すが、本発明はこれに限定されるものでなく、バルブ開弁期間またはバルブリフト量を変更するＶＶＴにも適用できる。これより、本発明によるＥＣＵ４０のＶＶＴ制御について詳細に説明する。
【００３２】
本実施形態のＥＣＵ４０は、機関運転条件に最適な吸気弁のバルブタイミングを設定するため、機関運転条件に応じてＯＣＶ２１のアクチュエータ（リニアソレノイド）２０７への制御パルス信号のデューティ比ＤＲを変えるフィードバック制御を用いて、あるいはデューティ比ＤＲを固定して制御パルス信号（ＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７の駆動信号）のオン（保持）時間を可変するインチング制御を用いて、ＶＶＴ制御、すなわち吸気弁１５のバルブタイミングの調節を行なう。インチング制御については、後で概略説明するが、詳しくは本願と同一出願人、同一発明者により平成１４年２月２７日に出願された「内燃機関のバルブ制御装置」と題する特許出願番号２００２−０５１４３９の明細書および図面に記載されている。
【００３３】
まず、フィードバック制御について説明する。フィードバック制御ではＥＣＵ４０は一定時間毎に機関の運転状態で定まる目標バルブタイミングと実際の実バルブタイミングとの偏差ＤＶＴを算出するとともに、下式（１）を用いてＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に供給する駆動信号（制御パルス信号）のデューティ比ＤＲを算出する。
【００３４】
ＤＲ＝ＳＤＲ＋α×ＤＶＴ＋β×（ＤＶＴ−ＤＶＴi-1）＋γ×ΣＤＶＴ…（１）
ここで、上式（１）において、ＳＤＲは基準デューティ比で油圧シリンダ２０４のピストン２０５を作動させることのないデューティ比であり、すなわちカム２０１の相対位置が変化せずに吸気弁１５のバルブタイミングが変化しないデューティ比である。また、この基準デューティ比は作動油の油圧や油温に応じて油圧式カムシャフト駆動装置２０３毎に定まるデューティ比である。ＤＶＴは今回算出した目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの偏差、ＤＶＴi-1は前回のＤＲ算出時における偏差である。また、ΣＤＶＴは偏差ＤＶＴの積算値である。上式（１）において、α×ＤＶＴはＰＩＤ制御におけるＰ（比例）項、γ×ΣＤＶＴはＩ（積分）項、β×（ＤＶＴ−ＤＶＴi-1）はＤ（微分）項に相当し、α、γ、βはそれぞれＰ、Ｉ、Ｄ項のゲインに相当する係数である。
【００３５】
上記のように、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基づくフィードバック制御を行う場合には、ゲイン係数を適宜に選定することにより応答性を犠牲にすることなく安定したバルブタイミング制御を行うことが可能となる。
【００３６】
次に、インチング制御について説明する。フィードバック制御では、機関低温始動時などで作動油の油温が低く粘度が高くなっている状態や作動油が劣化している状態では、制御に不安定を生じたり応答性が大幅に低下したりする問題がある。これは、デューティ比ＤＲに対する応答性に差が生じること、すなわちＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に供給する駆動信号のデューティ比ＤＲの値が同一であっても作動油の粘度に応じてバルブ作動特性変化の応答速度が異なってくることに起因している。
【００３７】
インチング制御では、上記問題を解決するため、以下に説明するように、偏差に応じてデューティ比ＤＲの大きさを変化させるのではなく、デューティ比ＤＲの値は比較的大きな値（必ずバルブ作動特性が変化する充分に大きな値、例えば０パーセントまたは１００パーセント）に固定し、この大きさの信号の持続時間を制御している。
【００３８】
図３はバルブ作動特性のインチング制御の基本原理を説明する図であり、図３（Ａ）は目標バルブタイミングＶＶＴ0がステップ状に変化（進角）したときの実バルブタイミングＶＶＴの変化を、図３（Ｂ）はその場合のＯＣＶ２１の駆動デューティ比ＤＲの変化を、それぞれ示す図である。
【００３９】
インチング制御では、バルブ作動特性の目標値と実際値との差が予め定めた判定値より大きい場合には、偏差の大きさにかかわりなく駆動信号のデューティ比ＤＲを図３（Ｂ）に示すように強制駆動用信号値ＤＲＣに所定の保持時間ｔｃの間だけ保持する操作を所定の休止時間ｔｒの間隔で繰返す強制駆動操作を行う。
【００４０】
ここで、ＤＲＣ（強制駆動用信号値）の大きさは、図３（Ｂ）の例では一定値とされているが、ＤＲＣの大きさは必ずしも一定値である必要はなく、作動油粘度が最も高い場合（最も温度が低い場合）でも必ずバルブ作動特性が変化する値であればよい。保持時間ｔｃおよび休止時間ｔｒも一定値に設定されるが、作動油の粘度が高い場合、後述するように変更してもよい。
【００４１】
このように、デューティ比ＤＲＣで比較的短い一定時間ｔｃずつ繰返しアクチュエータを駆動することにより、１回の保持時間ｔｃ中のバルブ作動特性の変化量は同一になる。すなわち、デューティ比ＤＲＣで一回につき保持時間ｔｃだけアクチュエータを駆動することにより、毎回同じ量だけバルブ作動特性を変化させることができる。このように、この保持時間ｔｃの駆動操作（以下「インチング」と呼ぶ）を繰返すことにより一定幅の作動特性変化量が得られるため、インチングの繰返し回数でバルブ作動特性の合計の変化幅が決定されるようになる。このため、インチング制御では、図３（Ａ）に示すように、オーバーシュートやアンダーシュートを生じることなく作動油粘度にかかわらず正確に実際のバルブ作動特性を目標値に収束させることが可能となる。
【００４２】
また、１回のインチングによるバルブ作動特性の変化量は保持時間ｔｃにより定まる。従って、制御開始時の偏差の大きさに応じて保持時間ｔｃを調節すれば目標作動特性に到達するまでのインチングの回数を制御することができるため、例えば偏差が大きい場合には一回の保持時間ｔｃを長く設定することにより短時間で実際の作動特性を目標作動特性に到達させることができる。すなわち、保持時間ｔｃを調節することにより制御応答性を調整することができる。
【００４３】
なお、インチングの間の休止時間ｔｒ内は作動特性が変化しないことが好ましい。したがって、毎回のインチング実行後の休止時間ｔｒ中、デューティ比ＤＲは、基準デューティ比（ＳＤＲ）に設定することが好ましい。なお、インチング実行後の休止時間開始時に駆動信号のデューティ比が例えば基準デューティ比にセットされると、ＯＣＶ２１のスプール２２１ａ〜２２１ｃは中立位置に向けて移動を開始し、ある程度の時間経過後に中立位置に到達する。従って、休止時間ｔｒをある程度短く設定するとスプール２２１ａ〜２２１ｃが中立位置に戻る前に次のインチングが開始されるようになる。従って、休止時間ｔｒを制御することにより、各回のインチング開始時のスプール位置をも制御することができ、制御の自由度が増大する。
【００４４】
以上説明したように、インチング制御では基本的にインチング操作を繰返すことによりバルブ作動特性を目標値に収束させる。すなわち、フィードバック制御では駆動信号のデューティ比ＤＲの大きさを変えることにより作動特性変化の応答性を制御していたのに対して、インチング制御ではデューティ比ＤＲの値はＤＲＣに設定してその大きさを偏差に応じて制御することはせず、その代りに保持時間ｔｃと休止時間ｔｒとにより作動特性の変化応答性を制御する点がフィードバック制御と大きく相違している。
【００４５】
図４は本発明の一実施形態による基本バルブタイミング制御ルーチンのフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ４０により一定時間毎に実行される。
【００４６】
まずステップ４０１では、本ルーチンの実行を禁止するか否かを示すＶＶＴ制御禁止フラグＦＰＶＶＴの値が０にリセットされているか否かを判定し、ＦＰＶＶＴ＝０であればステップ４０２に進み、ＦＰＶＶＴ＝１であればステップ４２８に進み、ステップ４２８で、デューティ比ＤＲを基準デューティ比（ＳＤＲ）に設定する。この禁止フラグは、機関冷間時のように作動油の粘度が高いときで可変バルブタイミング機構の応答が速くなる作動油の温度領域においてＶＶＴ制御を実行すると実バルブタイミングが目標バルブタイミングに対しオーバーシュートする恐れがあるのでこれを防止するために設定したフラグである。
【００４７】
ステップ４０２は、以下に説明するインチングによる制御を実行すべき条件が成立しているか否かを判定し、条件が成立していない場合にはステップ４２７に進み、通常の制御（例えば目標値と実際値との偏差に基づくＰＩＤフィードバック制御）を実行する。すなわち、ステップ４０２で所定の条件が成立しない場合（すなわち、逆の言い方をすれば所定の禁止条件が成立した場合）には、ステップ４０３以下のインチングによる可変バルブタイミング制御は実行しない。ここで、ステップ４０２で判定される実行条件について説明する。
【００４８】
インチング制御の実行条件として判定すべきものの例としては、例えば、
（ａ）目標値と実際値とのバルブタイミング偏差ＤＶＴの大きさ
（ｂ）油温
（ｃ）保持デューティ比（休止値）の学習終了の有無
等がある。
【００４９】
上記条件（ａ）で偏差ＤＶＴの大きさを判定するのは、インチングはバルブタイミングが確実に変化するように比較大きなデューティ比ＤＲでの駆動を行うものであるため、偏差ＤＶＴがあまり小さい状態でインチングを行うと、逆にオーバーシュートが生じる可能性があるためである。そこで、偏差ＤＶＴの大きさがある程度小さくなったら、許容偏差ＤＶＴ0以下になっていなくてもインチングを禁止し、通常のフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００５０】
また上記条件（ｂ）は、油温が高く作動油粘度が充分に低い場合には通常のフィードバック制御を実行しても何ら問題は生じないため設けた条件である。インチングではＯＣＶ２１は短い間隔で全開状態（ＤＲが０または１００パーセント）と全閉状態（ＤＲが５０パーセント）との間で切換えられる。このため、長時間インチングを行うとＯＣＶ２１の部材の摩耗などが増大する可能性がある。そこで、油温（または機関冷却水温度でもよい）が所定値以上になった場合にはインチングを禁止してＯＣＶ２１の信頼性が低下することを防止するようにしてもよい。
【００５１】
更に、上記条件（ｃ）は誤制御を防止するために設けた条件である。インチングでは、デューティ比ＤＲを強制駆動用信号値に保持した後、所定の休止時間ｔｒの間ＤＲを休止値に保持することが必要となる。一方、ＯＣＶ２１の特性は長期間の使用により徐々に変化する場合がある。通常、ＥＣＵ４０は運転中にデューティ比ＤＲが変化してもバルブタイミングが変化しない不感帯域を検出し、不感帯域の変化に応じて中立位置の補正を行う保持デューティ値の学習を行っている。しかし、バッテリの交換などによりこの保持デューティ値の学習結果が失われた状態でインチングを行うと、休止時間ｔｒ中にもバルブタイミングが変化することとなり、インチングを行ったために逆にオーバーシュートが生じる可能性がある。そこで、例えばステップ４０２で現在までに少なくとも休止値の学習が１度は行われているか否かを判断し、学習が１度も行われていない場合には、インチングによるバルブタイミング制御を禁止するようにしてもよい。
【００５２】
ステップ４０２では、上記（ａ）から（ｃ）の条件の少なくとも１つを判断し、何れかに当てはまる場合にはインチング制御を禁止するようにしている。
【００５３】
ステップ４０２で条件が成立した場合には、次にステップ４０３では現在の目標バルブタイミングと実際のバルブタイミングとの偏差ＤＶＴ（ＤＶＴ＝目標バルブタイミング−実バルブタイミング）の絶対値が所定の許容値ＤＶＴ0を越えているか否かが判定される。なお、目標バルブタイミングは別途ＥＣＵ４０により実行されるバルブタイミング設定操作により機関運転状態（例えば吸気管圧力ＰＭと機関回転数ＮＥ）とに応じて設定され、偏差ＤＶＴは目標バルブタイミングと別途カム位相から算出される実バルブタイミングとの差として算出される。
また、本実施形態では、許容値ＤＶＴ0は機関運転上許容できる目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの誤差の大きさに設定される。すなわち、ステップ４０３で実際の偏差ＤＶＴの絶対値が許容偏差ＤＶＴ0より小さい場合には実際上バルブタイミングが目標バルブタイミングに収束していると考えられる。このため、ステップ４０３でＤＶＴ≦ＤＶＴ0であった場合には、ステップ４２３に進み、ＯＣＶ２１の駆動信号のデューティ比ＤＲを保持デューティ（休止値）ＤＲ３に設定する。保持デューティーＤＲ３は、現在のバルブタイミングを保持するための中立状態デューティ比であり、本実施形態ではデューティ比５０パーセントに設定されている。これにより、バルブタイミングが目標値に収束した場合には、バルブタイミングは目標値に保持されるようになる。
【００５４】
ステップ４０３で偏差ＤＶＴの絶対値が許容偏差ＤＶＴ0より大きかった場合には、次にステップ４０５でインチング操作実行フラグＦＩＮＣの値が１（実行）にセットされているか否かを判定する。フラグＦＩＮＣは現在インチングを実行中であるか否かを示すフラグである。現在インチング実行中でない場合（ＦＩＮＣ≠１）、すなわち今まで一度もインチング操作が実行されていないか、或は現在前回のインチングサイクルが終了した直後である場合には、次にステップ４０７に進み、インチング時間カウンタＣＴの値を０にリセットするとともに、現在の偏差ＤＶＴの絶対値の大きさに応じて保持時間ｔｃと休止時間ｔｒを設定する。本実施形態では、予め実際の機関を用いて油温、機関回転数などを変えて実験を行い各条件下で最適な応答を得ることのできる偏差ＤＶＴとｔｃ、ｔｒの関係を求めてあり、ＥＣＵ４０のＲＯＭに格納してある。
【００５５】
ステップ４０７では偏差ＤＶＴに基づいてこのデータから保持時間ｔｃと休止時間ｔｒとを決定する。保持時間ｔｃと休止時間ｔｒとを決定後、ステップ４０９でインチング操作実行フラグＦＩＮＣの値を１（実行）にセットした後今回の操作は終了する。
【００５６】
本操作が次に実行されると、ＦＩＮＣの値は１にセットされているためステップ４０５の次にステップ４１１が実行され、カウンタＣＴの値が本操作の実行間隔に等しい値ΔＴだけ増大される。これにより、ＣＴの値はステップ４０５でＦＩＮＣ＝１になってからの時間、すなわちインチングが開始されてからの経過時間を表すようになる。
【００５７】
次いで、ステップ４１３では、インチングを開始してからの経過時間ＣＴがステップ４０７で設定した保持時間ｔｃに到達したか否かを判定し、保持時間ｔｃに到達していない場合には、偏差ＤＶＴの正負に応じて（ステップ４１５）デューティ比ＤＲを予め定めた強制駆動用信号値ＤＲ１またはＤＲ２にセットする。強制駆動用信号値ＤＲ１、ＤＲ２は、それぞれバルブタイミングがプラス方向に必ず変化する値（ＤＲ１）と、マイナス方向に必ず変化する値（ＤＲ２）である。ＤＲ１とＤＲ２とは、できるだけ１００パーセントと０パーセントに近い値とされ、例えば本実施形態ではＤＲ１＝１００パーセント、ＤＲ２＝０パーセントに設定されている。
【００５８】
すなわち、ステップ４１３から４１７の操作により、インチング開始時から保持時間ｔｃが経過するまで駆動信号のデューティ比ＤＲは強制駆動用信号値（ＤＲ１またはＤＲ２）に保持される。
【００５９】
一方、ステップ４１３でインチング開始後保持時間ｔｃが経過した場合には、次にステップ４２１に進み、保持時間ｔｃが経過した後さらに休止時間ｔｒが経過しているか否かが判断される。ステップ４２１で保持時間ｔｃ経過後、まだ休止時間ｔｒが経過していない場合にはステップ４２３に進み、デューティ比ＤＲは保持デューティ比（休止値）ＤＲ３（本実施形態では５０パーセント）にセットされる。これにより、インチング操作ではまずデューティ比ＤＲはまず保持時間ｔｃの間強制駆動用信号値（ＤＲ１またはＤＲ２）に保持され、その後保持時間ｔｃ経過後は休止時間ｔｒの間保持デューティ比（休止値）ＤＲ３に保持されるようになる。
【００６０】
また、ステップ４２１で、休止時間ｔｒが経過するとステップ４２５でフラグＦＩＮＣの値は０にセットされる。これにより、次回本操作が実行されるとステップ４０５の次にステップ４０７、４０８が実行され、ステップ４０３でバルブタイミングが目標値に収束するまでインチング操作が繰返されるようになる。
【００６１】
ステップ４２９ではステップ４１７、４１９、４２３または４２７で算出されたデューティ比ＤＲをＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する。
【００６２】
上述のように、本実施形態ではインチング操作を繰返すことにより、油温が低く油粘度が高い場合にもバルブタイミング制御の安定性を損うことなく制御の応答性を良好に維持することが可能となる。
【００６３】
ここで、作動油の温度と粘度の関係および作動油の温度とＶＶＴ応答速度の関係について以下に説明する。以下、作動油をオイルと記す。
【００６４】
図５はオイルの温度と粘度との関係を示すマップである。図５に示すマップは油温と油粘度の関係を与えるWalther-ASTMの下式（２）を用いて作成したものである。
【００６５】
ｌｏｇｌｏｇ（ν＋ａ）＝Ａ−ＢｌｏｇＴ…（２）
ここで、νはＣＧＳ単位系のｃＳｔ（センチストークス）で表した動粘度、ａ、Ａおよびは油の種類によって定まる定数（ｋはボルツマス定数）、Ｔは絶対温度である。上式（２）からも判るように温度が高くなると動粘度νは低くなる。図５に示されるように、オイルの温度と粘度との関係は、温度の増加につれて粘度が低下することが判る。また、新品のオイルと劣化後のオイルとでは、同一温度に対しオイル劣化後の粘度はオイル新品時の粘度より低下することが判る。このオイル新品時のマップはＥＣＵ４０のＲＯＭに格納される。
【００６６】
図６はオイルの温度とＶＶＴ応答速度との関係を示すマップである。図６に示すマップは、実験結果から次のように作成する。すなわち、エンジン回転数ＮＥを一定にした状態で、油温を一定に保ったオイルで動弁機構２００を所定時間（例えば１秒間）駆動し、その間に変化したバルブタイミングの変化量（°ＣＡ）を測定し、所定時間当たりのバルブタイミングの変化量からＶＶＴ応答速度（°ＣＡ／秒）を算出し、これを油温を変えて（複数の油温で）行なった結果から、油温とＶＶＴ応答速度の関係を示すマップを作成する。図６に示されるように、オイルの温度とＶＶＴ応答速度との関係は、低温領域では温度の増加につれてＶＶＴ応答速度が速くなり、高温領域では温度の増加に関わらず略一定であることが判る。また、新品のオイルと劣化後のオイルとでは、全温度領域において同一温度に対しオイル劣化後のＶＶＴ応答速度はオイル新品時のＶＶＴ応答速度より低下することが判る。このオイル新品時のマップはＥＣＵ４０のＲＯＭに格納される。
【００６７】
図７はＶＶＴ応答速度とオイルの粘度との関係を示すマップである。図７に示すマップは、図５のマップを参照して油温からオイルの粘度を算出し、図６のマップを参照して油温からＶＶＴ応答速度を算出し、ＶＶＴ応答速度とオイルの粘度との関係を求めて作成する。なお、図７に示すマップは新品時のオイルを用いて作成されたものである。図７に示されるように、ＶＶＴ応答速度とオイルの粘度との関係は、オイルの粘度が低下するにつれてＶＶＴ応答速度が速くなることが判る。このオイル新品時のマップはＥＣＵ４０のＲＯＭに格納される。
【００６８】
図８は本発明の一実施形態によるオイルの劣化判定ルーチンのフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ４０により一定時間毎に実行される。本ルーチンはオイルに関する、粘度算出処理（ステップ８０１〜８０５）、粘度学習処理（ステップ８１１〜８１９）、第１劣化判定処理（ステップ８２１〜８２９）および第２劣化判定処理（ステップ８３１〜８３７）から構成される。
【００６９】
まず、オイルの粘度算出処理を説明する。ステップ８０１では、油温センサ２２により検出された油温ＯＴを読取る。
【００７０】
ステップ８０３では、現在のＶＶＴ応答速度を算出する。このＶＶＴ応答速度の算出は、別の比較的長い処理周期、例えば１０秒のサブルーチンで次のように算出し記憶したデータを読取る処理である。すなわち、サブルーチンでは、目標バルブタイミングと実バルブタイミングが一致している時刻（ｔi）から目標バルブタイミングが変化した後、次に目標バルブタイミングと実バルブタイミングが一致する時刻（ｔi+1）までに変化した目標バルブタイミングの変化量、すなわち実バルブタイミングの変化量Δ（°ＣＡ）を測定し、Δ／（ｔi+1−ｔi）を計算してＶＶＴ応答速度（°ＣＡ／秒）を算出し、ＥＣＵ４０のＲＡＭに記憶する。
【００７１】
ステップ８０５では、ステップ８０３で算出した現在のＶＶＴ応答速度からＲＯＭに格納された図７に示すマップに基づき現在のオイル粘度を算出する。
【００７２】
次に、オイルの粘度学習処理を説明する。オイルの温度と粘度との関係を温度領域毎に次のように学習する。
【００７３】
まず、ステップ８１１では、ステップ８０１で読取った油温ＯＴが何れの温度領域（ＯＴ0〜ＯＴn）に属するかを判定する。
【００７４】
ステップ８１３では、ステップ８１１で判定した油温ＯＴの温度領域にすでに学習したオイル粘度の履歴データが存在するか否かを判定し、その判定結果がＹＥＳのときはステップ８１５に進み、その判定結果がＮＯのときはステップ８１７に進む。
【００７５】
ステップ８１５では、ステップ８１１で判定した油温ＯＴの温度領域に対する粘度データをＥＣＵ４０のＲＡＭに記憶する。
【００７６】
ステップ８１７では、ステップ８１１で判定した油温ＯＴの温度領域に対する粘度データを初期粘度データとしてＥＣＵ４０のＲＡＭに記憶する。
【００７７】
ステップ８１９では、粘度の変化量を、現在粘度、すなわち今回ステップ８１５でＲＡＭに記憶した粘度データまたは今回ステップ８１７でＲＡＭに記憶した初期粘度データ、からステップ８１７でＲＡＭに記憶した初期粘度データを減算して求める。
【００７８】
次に、オイルの第１劣化判定処理を説明する。その前に図９に示すマップを説明する。
【００７９】
図９はオイル劣化判定に用いる油温に対する粘度の適正範囲を定めたマップである。ＶＶＴを駆動するためのオイルの温度に対する粘度の適正範囲は、粘度大判定値と粘度小判定値との間であることは実験的にも判っているので、油温の温度領域に対する粘度大判定値および粘度小判定値のマップを予めＥＣＵ４０のＲＯＭに格納しておく。図９から初期粘度と現在粘度が油温の温度領域に対し粘度大判定値と粘度小判定値との間にあることが判る。
【００８０】
ステップ８２１では、図９に示すマップからステップ８０１で読取った油温の温度領域に対する粘度大判定値および粘度小判定値を算出する。
【００８１】
ステップ８２３では、上記現在粘度がステップ８２１で算出した粘度大判定値より大か否かを判定し、現在粘度＞粘度大判定値のときはステップ８２５に進み、現在粘度≦粘度大判定値のときはステップ８２７に進む。
【００８２】
ステップ８２５では、現在粘度は許容値より過大と判定し、ステップ８３７に進む。
【００８３】
ステップ８２７では、上記現在粘度がステップ８２１で算出した粘度小判定値より小か否かを判定し、現在粘度＜粘度小判定値のときはステップ８２９に進み、現在粘度≧粘度小判定値のときはステップ８３１に進む。
【００８４】
ステップ８２９では、現在粘度は許容値より過小と判定し、ステップ８３７に進む。
【００８５】
最後に、オイルの第２劣化判定処理を説明する。その前に図１０に示すマップを説明する。
【００８６】
図１０は油温に対する粘度変化量のオイル劣化判定値を定めたマップである。図９に示すように、油温の温度領域に対するオイルの粘度は新品時より経年変化後の方が高くなっていることが判る。これは、オイルの劣化およびオイルへの燃料（ガソリン）の混入等に影響されるからと推定される。このように、オイルの新品時より経年変化後までの粘度の変化量は、図９に示す初期粘度から粘度大判定値までの粘度変化量が許容範囲であり劣化判定値である。図１０はこの粘度変化量を油温の温度領域に対しプロットして作成したマップである。したがって、図１０に示す油温の温度領域に対する劣化判定値より粘度変化量が大きくなったことは、オイルが劣化したことを意味する。
【００８７】
ステップ８３１では、図１０に示すマップからステップ８０１で読取った油温の温度領域に対するオイル劣化判定値を算出する。
【００８８】
ステップ８３３では、粘度変化量（＝今回粘度−初期粘度）がステップ８３１で算出したオイル劣化判定値より大か否かを判定し、粘度変化量＞オイル劣化判定値のときはステップ８３５に進み、粘度変化量≦オイル劣化判定値のときはステップ８５０に進む。
【００８９】
ステップ８３５では、粘度変化量はオイル劣化判定値より過大と判定し、ステップ８３７に進む。
【００９０】
ステップ８３７では、車両に装着されている表示パネル上に設けられたオイル交換インジケータを点灯して運転者にオイル劣化を知らせオイルの交換を促す。
【００９１】
ステップ８５０では後述するＶＶＴ制御の目標変位をオイル粘度で補正する。
【００９２】
ステップ８６０では後述するＶＶＴ制御の制御信号をオイル粘度で補正する。
【００９３】
図１１はＶＶＴ制御の目標変位補正処理のフローチャートである。より詳しくは、図８に示すステップ８５０の詳細を示し、油温に対するオイル粘度の学習値からＶＶＴ目標変位上限値を補正するとともに、ＶＶＴ目標変位をオイル粘度で補正する処理のフローチャートである。
【００９４】
ステップ１１０１では、図８のステップ８１１〜８１９で説明した粘度学習処理で学習したオイルの温度に対する粘度からＶＶＴ作動限界粘度に対応するオイルの温度、すなわちＶＶＴ作動下限温度を、図１２に示すマップから算出する。
【００９５】
図１２はＶＶＴ適合設定粘度から油温オフセットした現在粘度を算出するマップである。図１２に示すＶＶＴ作動限界粘度はＶＶＴの適合条件を満たす、すなわち予め定められた実質的にＶＶＴを作動できる限界の粘度である。図１２に示されるように、オイルの油温と粘度の関係を示す適合設定粘度ラインは、予め設定した新品時のオイルにおける温度と粘度の関係を示すラインであり、ＥＣＵ４０のＲＯＭに格納されている。ステップ１１０１で算出されるＶＶＴ作動下限温度は、ＶＶＴ作動限界粘度と適合設定粘度ラインとの交点として求められる温度である。
【００９６】
ステップ１１０３では、図８のステップ８０５で算出した現在のオイル粘度と図１２に示すＶＶＴ作動限界粘度と比較し、現在オイル粘度＞ＶＶＴ作動限界粘度のときはステップ１１０５に進み、現在オイル粘度≦ＶＶＴ作動限界粘度のときはステップ１１０７に進む。
【００９７】
ステップ１１０５では、ＶＶＴ作動下限温度＝ＶＶＴ作動下限温度＋所定値を算出し、ステップ１１０３で現在オイル粘度≦ＶＶＴ作動限界粘度となるまでこの演算を繰返す。この所定値は一定値に設定される。
【００９８】
ステップ１１０７では、ステップ１１０５で修正されたＶＶＴ作動下限温度の修正値からＶＶＴ作動下限温度の初期値を減算してオフセット温度を算出する。
【００９９】
ステップ１１０９では、図８のステップ８０１で読取った現在の油温からステップ１１０７で算出したオフセット温度を減算し、これをＶＶＴ制御範囲としてのＶＶＴ目標変位上限値を修正するための油温として算出する。この油温は新品時からのオイル粘度の劣化に基づき算出された油温であり、オフセット後油温と呼ぶ。
【０１００】
ステップ１１１１では、ステップ１１０９で算出したオフセット後油温に対するＶＶＴ目標変位（例えば、目標バルブタイミング）を算出する。この算出は、オイルの劣化によりオイル粘度が同一温度に対してオイル新品時より高くなる方向にシフトした分だけＶＶＴの応答速度が遅くなるので、この遅れを補正すべく機関の運転状態（エンジン回転数とエンジン負荷）で定まるＶＶＴ目標変位をオフセット温度相当分、すなわちオイル劣化相当分だけ小さく設定する計算を行なうことを意味する。
【０１０１】
ステップ１１１３では、ステップ１１０９で算出したオフセット後油温に対するＶＶＴ制御範囲を定めるＶＶＴ目標変位上限値（例えば、目標バルブタイミング上限値）を図１３に示すマップから算出する。
【０１０２】
図１３はＶＶＴベース目標変位上限値から油温オフセットしたＶＶＴ目標変位上限値を算出するマップである。図１３に示すＶＶＴベース目標変位上限値のカーブは、ＶＶＴの適合条件を満たす、すなわち油温に対して予め定められた実質的に設定可能なＶＶＴ目標変位の上限値のカーブ、すなわち温度オフセット後のＶＶＴ目標変位の上限値のカーブである。このマップはＥＣＵ４０のＲＯＭに格納される。このオイル新品時のＶＶＴベース目標変位上限値をオフセット温度だけ高温側にシフトしたカーブが現在（オイル劣化後）のＶＶＴ目標変位上限値のカーブである。したがって、温度オフセット後のＶＶＴ目標変位上限値のカーブからステップ１１０９で算出したオフセット後油温に対するＶＶＴ目標変位上限値、すなわちオイル劣化後のＶＶＴ目標変位上限値を算出することができる。
【０１０３】
ステップ１１１５では、ステップ１１１１で算出したＶＶＴ目標変位とステップ１１１３で算出したＶＶＴ目標変位上限値を比較し、ＶＶＴ目標変位＞ＶＶＴ目標変位上限値のときはステップ１１１７に進み、ＶＶＴ目標変位≦ＶＶＴ目標変位上限値のときはステップ８６０に進む。
【０１０４】
ステップ１１１７では、ＶＶＴ目標変位をＶＶＴ目標変位上限値に変更する。
【０１０５】
次に、ＶＶＴ制御の制御信号をオイル粘度で補正する本発明によるインチング制御について図１４〜１６を用いて以下に説明する。
【０１０６】
図１４はインチング制御によるＶＶＴ制御の補正処理のフローチャートである。より詳しくは、図８に示すステップ８６０の詳細を示し、インチング制御における駆動パルス信号のパルス出力時間およびパルス間隔時間をオイル粘度で補正する処理のフローチャートである。
【０１０７】
まずステップ１４０１では、本ルーチンの実行を禁止するか否かを示すＶＶＴ制御禁止フラグＦＰＶＶＴの値が０にリセットされているか否かを判定し、ＦＰＶＶＴ＝０であればステップ１４０３に進み、ＦＰＶＶＴ＝１であればステップ１４２１に進み、ステップ１４２１で、デューティ比ＤＲを基準デューティ比（ＳＤＲ）に設定する。
【０１０８】
ステップ１４０３では、上述したインチングによる制御を実行すべき条件が成立しているか否かを判定し、条件が成立している場合にはステップ１４０５に進み、上述したインチングによる可変バルブタイミング制御を実行し、条件が成立していない場合にはステップ１４０７に進み、通常の制御（例えば目標値と実際値との偏差に基づくＰＩＤフィードバック制御）を実行する。
【０１０９】
ステップ１４１１〜１４１９では、ＯＣＶを駆動するデューティ制御信号のデューティ比ＤＲを定めるＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７への駆動パルス信号のパルス出力時間および／またはパルス間隔時間をステップ１４１１〜１４１７で補正した後、ステップ１４１９でＤＲを補正する。
【０１１０】
図１５はオイル粘度からインチング制御におけるパルス出力時間とパルス間隔時間の補正量を算出するマップである。図１５に示すように、オイル粘度が高くなるにつれてパルス出力時間は長くなり、パルス間隔時間は短くなるように、これらの補正量は設定される。これは粘度が高くなるにつれてＶＶＴ応答速度が遅くなるためである。
【０１１１】
ステップ１４１１では、目標バルブタイミングから実バルブタイミングを減算した偏差からパルス出力時間（ｔｃ）とパルス間隔時間（ｔｒ）を算出する。
【０１１２】
ステップ１４１３では、ステップ８０５で算出した現在のオイル粘度からパルス出力時間（ｔｃ）の補正量（Δｔｃ、Δｔｃ＞０）を算出する。
【０１１３】
ステップ１４１５では、ステップ８０５で算出した現在のオイル粘度からパルス間隔時間（ｔｒ）の補正量（Δｔｒ、Δｔｒ＜０）を算出する。
【０１１４】
ステップ１４１７では、ステップ１４１１で算出したパルス出力時間（ｔｃ）をステップ１４１３で算出したパルス出力時間（ｔｃ）の補正量（Δｔｃ）で補正（ｔｃ＋Δｔｃ）し、ステップ１４１１で算出したパルス間隔時間（ｔｒ）をステップ１４１５で算出したパルス間隔時間（ｔｒ）の補正量（Δｔｒ）で補正（ｔｒ＋Δｔｒ）する。
【０１１５】
図１６はオイル粘度に基づき補正したインチング制御におけるデューティ比の変化を示す図である。図１６はパルス出力時間を（ｔｃ）から（ｔｃ’）に補正し、パルス間隔時間（ｔｒ）のままにした例を示す。
【０１１６】
ステップ１４１９では、ステップ１４１７で算出した補正後のパルス出力時間（ｔｃ’）とパルス間隔時間（ｔｒ’）に基づき、補正後のデューティ比ＤＲを算出する。補正後のデューティ比ＤＲは下式で与えられる。
【０１１７】
ＤＲ＝ｔｃ’／（ｔｃ’＋ｔｒ’）…（３）
ステップ１４３１では、ステップ１４１９で算出したデューティ比ＤＲをＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する。
【０１１８】
次に、ＶＶＴ制御の制御信号をオイル粘度で補正する本発明によるフィードバック制御について図１７〜１９を用いて以下に説明する。
【０１１９】
図１７はフィードバック制御によるＶＶＴ制御の補正処理のフローチャートである。より詳しくは、図８に示すステップ８６０の詳細を示し、フィードバック制御ゲインをオイル粘度で補正する処理のフローチャートである。
【０１２０】
まずステップ１７０１では、本ルーチンの実行を禁止するか否かを示すＶＶＴ制御禁止フラグＦＰＶＶＴの値が０にリセットされているか否かを判定し、ＦＰＶＶＴ＝０であればステップ１７０３に進み、ＦＰＶＶＴ＝１であればステップ１７２１に進み、ステップ１７２１で、デューティ比ＤＲを基準デューティ比（ＳＤＲ）に設定する。
【０１２１】
ステップ１７０３では、上述したインチングによる制御を実行すべき条件が成立しているか否かを判定し、条件が成立している場合にはステップ１７０５に進み、上述したインチングによる可変バルブタイミング制御を実行し、条件が成立していない場合にはステップ１７０７に進み、通常の制御（例えば目標値と実際値との偏差に基づくＰＩＤフィードバック制御）を実行する。
【０１２２】
ステップ１７１１〜１７１９では、ＯＣＶを駆動するデューティ制御信号のデューティ比ＤＲを算出するためのフィードバックゲインをステップ１７１１〜１７１７で補正した後、ステップ１７１９でＤＲを補正する。
【０１２３】
図１８はオイル粘度に対するフィードバックゲインの補正量を示す図である。図１８に示すように、オイル劣化後にはＶＶＴの応答速度を遅くするため、オイル粘度に応じて、ＶＶＴのフィードバック制御における（ＰＩＤ）ゲインの補正値（≧１．０）を設定する。この補正値は粘度に基づき、粘度が高くなる程ゲインが小さくなるように設定する。これにより、オイルの粘度の劣化に伴いゲインが上がり、ＶＶＴの応答速度が速くなる。
【０１２４】
ステップ１７１１では、目標バルブタイミングから実バルブタイミングを減算した偏差からＰＩＤ量を算出する。
【０１２５】
ステップ１７１３では、図１８に示すマップに基づき、ステップ８０５で算出した現在のオイル粘度からＶＶＴフィードバック制御のＰ項補正量を算出する。
【０１２６】
ステップ１７１５では、図１８に示すマップに基づき、ステップ８０５で算出した現在のオイル粘度からＶＶＴフィードバック制御のＩ項補正量を算出する。
【０１２７】
ステップ１７１７では、図１８に示すマップに基づき、ステップ８０５で算出した現在のオイル粘度からＶＶＴフィードバック制御のＤ項補正量を算出する。
【０１２８】
ステップ１７１９では、ステップ１７１３〜１７１７で算出したＰ項、Ｉ項およびＤ項の各補正量で補正されたＰＩＤ比例ゲインα、βおよびγを用いてデューティ比ＤＲを下式で算出する。
【０１２９】
ＤＲ＝ＳＤＲ＋α×ＤＶＴ＋β×（ＤＶＴ−ＤＶＴi-1）＋γ×ΣＤＶＴ…（１）
図１９はオイル粘度に基づき補正したフィードバック制御ゲインの変化を示す図である。図１９には、偏差に対するフィードバック（ＰＩＤ）ゲインの補正前（実線）と補正後（破線）との相違が示されている。ＯＣＶの駆動デューティ制御信号のデューティ比を算出するためのフィードバックゲインは粘度補正前後で図１９に示すようになり、補正後のフィードバックゲインは補正前より増大している。
【０１３０】
ステップ１７３１では、ステップ１７２１で算出されたデューティ比ＤＲをＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する。
【０１３１】
上述したように、本発明によれば、オイルの粘度を元にオイルの劣化を判定でき、かつＶＶＴ応答速度の遅れを補正できることが判る。
【０１３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、作動油の異常検出の信頼性を向上し、かつ機関冷間時でも作動油の異常を検出でき、しかも作動油の状態、特に作動油の粘度に応じてＶＶＴの実際の変位を目標変位に応答性よく収束させるよう制御し、ひいては内燃機関の出力トルクの高効率化、ドライバビリティおよび排気エミッションの向上を実現する内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す可変バルブタイミング機構の動弁機構の動作説明図である。
【図３】バルブ作動特性のインチング制御の基本原理を説明する図であり、（Ａ）は目標バルブタイミングＶＶＴ0がステップ状に変化（進角）したときの実バルブタイミングＶＶＴの変化を示す図であり、（Ｂ）はその場合のＯＣＶ２１の駆動デューティ比ＤＲの変化を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による基本バルブタイミング制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】オイルの温度と粘度との関係を示すマップである。
【図６】オイルの温度とＶＶＴ応答速度との関係を示すマップである。
【図７】ＶＶＴ応答速度とオイルの粘度との関係を示すマップである。
【図８】本発明の一実施形態によるオイルの劣化判定ルーチンのフローチャートである。
【図９】オイル劣化判定に用いる油温に対する粘度の適正範囲を定めたマップである。
【図１０】油温に対する粘度変化量のオイル劣化判定値を定めたマップである。
【図１１】ＶＶＴ制御の目標変位補正処理のフローチャートである。
【図１２】ＶＶＴ適合設定粘度から油温オフセットした現在粘度を算出するマップである。
【図１３】ＶＶＴベース目標変位上限値から油温オフセットしたＶＶＴ目標変位上限値を算出するマップである。
【図１４】インチング制御によるＶＶＴ制御の補正処理のフローチャートである。
【図１５】オイル粘度からインチング制御におけるパルス出力時間とパルス間隔時間の補正量を算出するマップである。
【図１６】オイル粘度に基づき補正したインチング制御におけるデューティ比の変化を示す図である。
【図１７】フィードバック制御によるＶＶＴ制御の補正処理のフローチャートである。
【図１８】オイル粘度に対するフィードバックゲインの補正量を示す図である。
【図１９】オイル粘度に基づき補正したフィードバック制御ゲインの変化を示す図である。
【符号の説明】
１１…エンジン
１２…クランク軸
１３…吸気カム軸
１４…排気カム軸
１５…吸気弁
１６…排気弁
１７…可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）
１８…オイルポンプ
１９…オイルパン
２１…オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）
２２…油温センサ
２３…カム軸センサ
２４…クランク軸センサ
２５…水温センサ
２９…吸気温センサ
３２…吸気圧センサ
３６…油圧センサ
４０…エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
２０７…アクチュエータ（リニアソレノイド）
Claims (5)
- 内燃機関の吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング、バルブリフト量、開弁期間のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁を作動する作動油の温度を検出する温度検出手段と、
前記可変バルブタイミング機構の応答速度を検出する応答速度検出手段と、
前記応答速度検出手段により検出された応答速度に基づき、前記温度検出手段により検出された温度の温度領域毎に対応する作動油の粘度を検出する粘度検出手段と、
前記粘度検出手段により検出された作動油の粘度を学習する学習手段と、を備え、
前記学習手段が、学習した作動油の粘度に基づき、前記バルブ作動特性の目標値を補正する目標値補正手段
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置。 - 前記学習手段が学習した作動油の粘度に基づき、前記作動油が劣化したか否かを判定する劣化判定手段、
を備えた請求項１に記載の内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置。 - 前記学習手段が学習した作動油の粘度に基づき、前記バルブ作動特性の目標値のガード値を補正するガード値補正手段、
を備えた請求項１乃至２に記載の内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置。 - 前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁に設けられ、前記バルブ作動特性を変更するアクチュエータ手段と、
前記アクチュエータ手段に所定のデューティ比の駆動信号を送り、前記バルブ作動特性が目標値になるように制御する制御手段と、
前記学習手段が学習した作動油の粘度に基づき、前記駆動信号の出力時間および休止時間の少なくとも一方を補正してデューティ比を変更する駆動信号補正手段と、
を備えた請求項１乃至３の何れか一つに記載の内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置。 - 前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁に設けられ、前記バルブ作動特性を変更するアクチュエータ手段と、
前記アクチュエータ手段に所定のデューティ比の駆動信号を送り、前記バルブ作動特性が目標値になるように制御する制御手段と、
前記学習手段が学習した作動油の粘度に基づき、前記駆動信号のデューティ比を決定するゲインを補正してデューティ比を変更するゲイン補正手段と、
を備えた請求項１乃至３の何れか一つに記載の内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置。
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