JP4122797B2

JP4122797B2 - 内燃機関のバルブ制御装置

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Publication number: JP4122797B2
Application number: JP2002051439A
Authority: JP
Inventors: 真也近藤; 裕靖小山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-02-27
Also published as: US6755165B2; DE60301076T2; JP2003254017A; EP1340887B1; EP1340887A3; EP1340887A2; US20030164149A1; DE60301076D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のバルブ制御装置に関し、詳細には内燃機関の各気筒の吸気弁と排気弁の一方もしくは両方の開弁タイミング（バルブタイミング）、バルブリフト量、開弁期間などのバルブ作動特性を変更する手段を備えたバルブ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
運転中に内燃機関の吸排気弁の一方もしくは両方の作動特性を機関運転状態に応じて変化させ、運転状態にかかわらず常に最適な機関性能を得るようにする内燃機関のバルブ制御装置が知られている。バルブ制御装置としては、例えば吸排気弁のバルブ開閉タイミング（バルブタイミング）、バルブリフト量、バルブ開弁期間等の１つまたはそれ以上を機関運転状態に応じて制御するものが知られている。
【０００３】
例えば、バルブタイミングを変化させる場合には、クランク軸に対するカム軸の相対的回転位相を油圧アクチュエータ等を用いて変化させる方法が用いられる。また、バルブリフト量、開弁期間などを変化させるためには、カムリフト量とカム作用角の異なるプロファイルを有する複数のカムをカム軸状に軸線方向に配列し、油圧アクチュエータを用いてカム軸を軸線方向に移動させることによりバルブを駆動するカムを切換える方法、或は複数のカムを配置する代りに、軸線方向にカムリフト、作用角等が連続的に変化するカムプロファイルを有するカムをカム軸状に設け、カム軸を油圧アクチュエータを用いて軸線方向に移動させることによりバルブリフト、開弁期間を変化させる方法などが用いられる。
【０００４】
この種のバルブ制御装置の例としては、例えば特開平６−１５９０２１号公報に記載されたものがある。
同公報のバルブ制御装置は、吸気弁のバルブタイミングを機関運転状態に応じた最適値に制御するものであり、カム軸をクランク軸に対して相対的に回転させる油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータをバルブタイミング進角方向に作動させる油圧と遅角方向に作動させる油圧とを供給可能な油圧制御弁とを備えている。
【０００５】
また、同公報のバルブ制御装置は、カム軸とクランク軸との回転位相差を検出するカム角度センサを設け、センサで検出したカム角度を用いて実際のバルブタイミングを算出するとともに、機関運転状態から定まる目標バルブタイミングと算出された実際のバルブタイミングとの偏差を求め、この偏差に基づいて油圧制御弁をフィードバック制御している。
例えば、このフィードバック制御は偏差に基づくＰＩＤ制御とされ、油圧制御弁の開度は偏差、及び偏差の積分値と微分値とにそれぞれ比例する成分の和として設定される。
【０００６】
同公報の装置では上記ＰＩＤ制御のそれぞれの成分の比例係数（ゲイン）は機関回転数に応じて設定される。通常、アクチュエータに供給される油圧は機関駆動の油圧ポンプから供給されるため、ポンプの吐出圧力は機関回転数に応じて変化するため、ＰＩＤ制御の各成分のゲインを一定にしているとポンプ吐出圧力（機関回転数）により制御の応答速度が変化する場合がある。上記公報の装置出刃、ＰＩＤ制御の各成分のゲインを機関回転数に応じて設定するようにしたことにより、油圧アクチュエータに供給する油圧及び油量を機関駆動油圧ポンプの能力（吐出圧力、吐出量）に基づいて制御することが可能となるため、機関回転数にかかわらず常に安定したバルブタイミング制御が行われるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平６−１５９０２１号公報の装置は、機関回転数に応じてＰＩＤ制御のゲインを設定することにより、例えば機関駆動油圧ポンプの吐出圧、吐出流量が低下する低回転領域ではゲインを大きく設定し油圧アクチュエータの作動速度の低下を防止するとともに、機関高回転ではゲインを小さく設定し、制御にオーバーシュートやハンチングが生じることを防止している。
【０００８】
ところが、上記特開平６−１５９０２１号公報の装置では、機関回転数に応じた制御が行われるものの、例えば機関冷間時で油温が低い場合等ではバルブ作動特性を適切に制御できない場合が生じる問題がある。
機関始動後の冷間運転などでは、油圧アクチュエータに供給する作動油温度が充分上昇しておらず作動油の粘度が高くなっている。このため、冷間時には油圧回路内での流動抵抗の増大や各摺動部の摩擦抵抗増大などにより、油圧アクチュエータの作動速度が低下し、バルブ作動特性制御の応答性が低下する問題や油圧アクチュエータの作動範囲が狭くなる問題が生じる。
【０００９】
上記公報の装置では、機関低回転数運転時の油圧と油量の低下を制御ゲインを増大させることにより補償している。しかし、通常、油圧系や機関駆動の油圧ポンプ等は、機関回転数の変化により吐出圧や吐出流量が大幅に変化しないように設計上の考慮が払われており、機関回転数による油圧や油量の変化は比較的小さく抑えられている。これに対して、低温時の油粘度低下による流動抵抗の増大や摩擦抵抗の増大は機関回転数の変化によるものよりはるかに大きくなる場合がある。
【００１０】
このため、低油温時にも制御ゲインを増大させることのみによって制御応答性の低下を防止しようとすると、ゲインの増大幅がかなり大きくなってしまい、オーバーシュートやハンチングなどが生じ制御が不安定になる場合が生じる。また油粘度増大によるアクチュエータの制御精度の悪化はゲインを増大させただけでは補正することはできない。このため、単に低油温時に制御ゲインを増大させたのみでは制御が不安定になったり、目標バルブ作動特性への収束遅れなどにより低温時の機関性能の悪化や排気ガスの性状の悪化等が生じてしまう問題がある。
【００１１】
本発明は、上記機関低温時の問題を解決し、機関低温時にもバルブ制御の安定性を損うことなく制御の応答性を向上させることを可能とするバルブ制御装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、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つを含む内燃機関のバルブ作動特性を変化させるバルブ制御装置であって、入力する駆動信号の値に応じて作動し、前記バルブ作動特性を変更するアクチュエータ手段と、前記バルブ作動特性を表す作動特性パラメータを検出し、運転条件に応じて定まる作動特性目標値と前記検出したパラメータ値との偏差に応じた大きさの駆動信号を前記アクチュエータに出力する駆動制御手段とを備え、前記駆動制御手段は、前記偏差が所定の判定値より大きい場合には、前記偏差に応じた大きさの駆動信号を前記アクチュエータに出力する制御を中止し、前記駆動信号を予め定めた大きさの強制駆動用信号値に所定の保持時間だけ保持する操作と前記駆動信号を前記強制駆動用信号値より小さい値である休止値に所定の休止時間だけ保持する操作とを繰返す強制駆動操作を行う、内燃機関のバルブ制御装置が提供される。
【００１３】
すなわち、請求項１の発明ではバルブ作動特性パラメータの制御目標値と実際の値との偏差に基づいてアクチュエータをフィードバック制御する際に、偏差が大きい場合には、従来のフィードバック制御のように偏差の大きさに基づいて駆動信号の値を決めるのではなく、駆動用信号の大きさは適宣な値に設定し、駆動用信号の値をこの値（強制駆動用信号値）に一定時間保持する操作を繰返し行う。すなわち、バルブ作動特性の変化量の制御は繰返し回数を増減することにより行う。
【００１４】
前述したように、機関低温時等で作動油の粘度が増大している場合、応答性良好にバルブ作動特性をするためにはフィードバック制御のゲインを大幅に増大する必要がある。しかし、制御ゲインを大幅に増大させると、制御目標値と実際の値との偏差が大きい場合にはそれに応じて駆動信号の値も大きくなり、オーバーシュートやハンチングを生じやすくなり目標値への収束が遅れる問題が生じる。本発明では、フィードバック制御のゲインは増大せずに、偏差が大きい場合のみ駆動信号値を大きな値に断続的に保持する強制駆動操作を行うようにしたため、駆動信号の値は保持時間経過毎に比較的小さな値に復帰するようになる。これにより、オーバーシュートやハンチングを抑制しながら全体としてアクチュエータの作動速度を増大することが可能となる。
なお、上記した強制駆動用信号値は強制駆動操作を通じて一定値である必要はなく、確実にバルブ作動特性を変化させることができる値であれば良い。また、強制駆動用信号値は１回の保持時間を通じて一定値に維持される必要もなく、確実にバルブ作動特性を変化させることができる大きさの範囲内であれば１回の保持時間中に変動するものであっても良い。
【００１５】
なお、強制駆動用信号値は、低温時などにアクチュエータ手段の作動範囲が狭くなっているような場合でも必ずアクチュエータ手段を作動させることができる比較的大きな値（例えば、アクチュエータの作動速度を最大にする値）に設定することが好ましい。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、前記駆動制御手段は、前記所定の保持時間が経過する毎に前記偏差を検出するとともに、検出した偏差が予め定めた所定値以上であるか否かを判定し、前記偏差が前記所定値より小さい場合には前記強制駆動操作を終了する、請求項１に記載の内燃機関のバルブ制御装置が提供される。
【００１７】
すなわち、請求項２の発明では目標値と実際値との偏差が所定値より小さくなった場合には強制駆動操作は終了する。強制駆動操作は、アクチュエータの作動速度を短時間の間大きな値に保持する操作である。このため、偏差が小さい状態で強制駆動操作を実行すると実際値が目標値を超えて変化してしまうオーバーシュートが生じるおそれがある。そこで、本発明では強制駆動操作時に偏差が所定値より小さくなった場合には強制駆動操作を停止し、例えば通常のフィードバック制御に復帰するようにしている。これにより、請求項１の効果に加え、更に安定した制御を得ることが可能となる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、前記駆動信号の休止値は、前記アクチュエータ手段が実質的に作動しない大きさに設定される、請求項１または請求項２に記載の内燃機関のバルブ制御装置が提供される。
【００１９】
すなわち、請求項３の発明では強制駆動操作中に、駆動信号を強制駆動用信号値に保持した後に、所定の休止時間の間駆動信号を小さな値（例えばアクチュエータの作動速度がゼロになる値）に保持する。これにより、オーバーシュートが生じることが防止され、安定した制御を得ることが可能となる。
なお、上記休止値も強制駆動操作を通じて一定値である必要はなく、アクチュエータの作動速度が実質的にゼロになる値であれば良い。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、前記アクチュエータ手段は、油圧により駆動されてバルブ作動特性を変化させる油圧アクチュエータを備えた請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関のバルブ制御装置が提供される。
【００２１】
すなわち、請求項４の発明ではアクチュエータ手段として油圧駆動アクチュエータを含むものが使用される。請求項１から３に記載した制御を行うことにより、油温が低く作動油の粘度が高い場合でもバルブ制御装置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ため、油圧アクチュエータを使用して低温時にも高精度の制御を行うことが可能となる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、更に、機関の所定の運転条件が成立したときに、前記駆動制御手段の前記強制駆動操作を禁止する禁止手段を備えた、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関のバルブ制御装置が提供される。
【００２３】
すなわち、請求項５の発明では強制駆動操作は機関の所定の運転条件が成立した場合には行わない。例えば、機関の暖機が完了し油温が高くなった状態等では油圧アクチュエータを用いていても通常のＰＩＤ制御で充分に安定性を損うことなく応答性良好な制御を行うことができる。一方、強制駆動操作では断続的に駆動信号が供給され、アクチュエータも断続的な作動が繰返されるようになり各作動部材の摩耗等が生じやすくなる。
そこで、本発明では機関の所定の運転条件が成立したとき、すなわち通常の制御でも問題が生じない状態になった場合には強制駆動操作を停止して、断続的な駆動信号の変化による各部材の信頼性の低下を防止するようにしている。
【００２４】
請求項６に記載の発明によれば、前記駆動制御手段は、前記強制駆動操作開始後最初に前記保持時間が経過したときに、前記最初の保持時間内の前記作動特性パラメータの変化量を検出し、検出した変化量と前記偏差とに基づいて、強制駆動操作開始後２回目の保持時間の長さを決定する、請求項１に記載の内燃機関のバルブ制御装置が提供される。
【００２５】
すなわち、請求項６の発明では、強制駆動操作開始後最初に強制駆動用信号値でアクチュエータ手段を駆動した後、保持時間内に作動特性がどれだけ変化したかを検出する。例えば油温が異なると作動油粘度も異なってくるため、同一の保持時間だけ駆動信号を強制駆動用信号値に保持した場合であっても、アクチュエータ手段の作動量、すなわち作動特性パラメータの変化量も異なってくる。本発明では、最初の強制駆動中に作動パラメータの変化量を検出することにより、例えば、強制駆動用信号値に保持した場合の単位時間当りの作動パラメータ変化量を算出し、この単位時間あたり変化量と偏差とに基づいて２回目の保持時間をどの程度の長さにすれば偏差がゼロになるかを算出する。このように、実際の作動特性パラメータの変化速度に基づいて保持時間を決定することにより、短時間で作動特性パラメータを目標値に収束させることが可能となる。
請求項７に記載の発明によれば、更に、前記駆動信号の休止値が前記アクチュエータ手段が実質的に作動しない大きさになるように学習を行う手段と、前記学習が行われていない場合に前記駆動制御手段の前記強制駆動操作を禁止する禁止手段とを備えた、請求項３に記載の内燃機関のバルブ制御装置が提供される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明のバルブ制御装置を自動車用４気筒内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
【００２７】
図１において、１は自動車用内燃機関を示す。本実施形態では機関１は互いに独立した吸気カムシャフトと排気カムシャフトとを有するＤＯＨＣ（ダブルオーバーヘッドカムシャフト）型４気筒機関とされている。本実施形態では機関１の排気系は、それぞれ互いに排気の干渉を生じない点火順序の２つの気筒がそれぞれ１つの排気通路に接続されたいわゆるデュアルエキゾーストシステムとされている。図１において、４１は第１気筒と第３気筒との排気を排気集合管５１に合流させる排気枝管、４３は第２気筒と第４気筒との排気とを排気集合管５２に合流させる排気枝管をそれぞれ示している。また、排気集合管５１と５２とは、下流側で単一の排気管５７に合流している。
【００２８】
図１において、６１は機関１の各気筒を共通の吸気通路６３に接続する吸気マニホルド、１７は吸気通路６３に配置されたスロットル弁である。また、吸気通路６３には機関吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ２１が配置されている。
また、本実施形態では機関１には各気筒のバルブ作動特性を制御するバルブ制御装置が設けられている。
【００２９】
本実施形態では、バルブ制御装置としてはバルブの開閉タイミングを制御する、いわゆる可変バルブタイミング機構１０が用いられている。すなわち、以下の実施形態では機関１のバルブ作動特性として吸気弁のバルブタイミングを変更する場合について説明するが、吸気弁及び排気弁のバルブタイミング以外のバルブ作動特性、例えばバルブリフト量、バルブ開弁期間などを変更する場合についても本発明は適用可能である。
【００３０】
以下、図２、図３を参照して本実施形態の可変バルブタイミング機構の構成について簡単に説明する。
図２は、本実施形態の可変バルブタイミング機構１０の図１、ＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図を示す。
【００３１】
図２、図３において、１３はクランク軸（図示せず）からチェーンにより回転駆動されるタイミングプーリー、１０１は後述する仕切壁を構成するスペーサ、１０２はエンドカバーを示す。プーリー１３、スペーサ１０１、エンドカバー１０２はボルト１０５により一体に締結され、プーリー１３とともに回転するハウジング１００を構成する。また、図２、図３に１１０で示すのは、ハウジング１００内に回動可能に収納されたベーン体である。ベーン体１１０はボルト１０４により、機関１の各気筒の吸気弁（図示せず）を開閉する吸気カムシャフト１１に連結され、ハウジング１００とともに回転する。すなわち、吸気カムシャフト１１の駆動力は、クランク軸からチェーンを介してプーリー１３及びハウジング１００に伝達され、ハウジング１００からベーン体１１０を介して吸気カムシャフトに伝達される。
【００３２】
図２に示すように、ベーン体１１０はその外周部にベーン１１１を、ハウジング１００のスペーサ１０１は、内部に放射状に形成された仕切壁１０３をそれぞれ備えている（本実施形態では、ベーン１１１、仕切壁１０３の数はそれぞれ４つとされている）。図２から判るように、ハウジング１００内の仕切壁１０３相互により仕切られた区画は、更に各ベーン１１１により区画されそれぞれの区画内に２つの油圧室１２１、１２３が形成されている。また、ハウジング１００とベーン体１１０との間の各摺動部はオイルシール１０７、１１３等により油密が保たれている。本実施形態では、油圧室１２１と１２３の一方に作動油（本実施形態では機関潤滑油）を供給し、他方から作動油を排出することにより、機関運転中にハウジング１００に対してベーン体１１０を相対的に回動させることにより吸気バルブタイミングを変化させる。
【００３３】
例えば、プーリー１３の回転方向を図２に矢印Ｒで示した方向とすると、油圧室１２１に作動油を供給し、油圧室１２３から作動油を排出することによりベーン体１１０はハウジング１００に対して矢印Ｒの方向に変位する。ハウジング１００、プーリー１３はクランク軸に同期して回転しているため、これによりベーン体１１０及びベーン体に連結された吸気カムシャフト１１はクランク軸に対して回転位相が矢印Ｒ方向に進角した状態でハウジング１００と一体に回転するようになる。これにより、吸気カムシャフト１１は、クランク軸に対して回転位相が進角した位置に油圧室１２１、１２３内の油圧で保持され、吸気バルブタイミングは進角する。また、逆に油圧室１２３に作動油を供給し油圧室１２１から作動油を排除することにより吸気バルブタイミングは遅角するようになる。このため、本明細書では便宜的に、油圧室１２１を進角油圧室、油圧室１２３を遅角油圧室と呼ぶ。
【００３４】
また、本実施形態では，ベーン体１１０をハウジング１００に対して所定位置に固定するロックピン２００が設けられている。ロックピン２００は機関始動時等の油圧が得られない状態等でハウジング１００とベーン対１１０をロックして、バルブタイミングが変動することを防止するものである。
【００３５】
図３において、１１５、１１７はそれぞれ進角油圧室１２１と遅角油圧室１２３に作動油を供給する油通路を示している。進角油圧室１２１に供給される作動油は、カムシャフト１１の軸受内周に設けられた円周油溝（図示せず）からカムシャフト内に穿設された軸方向油通路１１５に入り、ベーン体１１０の切欠１１５ａからベーン体１１０内に形成された環状油溝１１５ｂに流入する。そして、油溝１１５ｂから油通路１１５ｃ（図２）を経て、ベーン体１１０のベーン１１１付け根部分から進角油圧室１２１内に流入する。また、遅角油圧室１２３に供給される作動油は、カムシャフト１１内に設けられた別の円周油溝からカムシャフト１１内の軸方向油通路１１７に入り、プーリー１３とカムシャフト１１摺動部に形成された円周油溝１１７ａからプーリー１３内の油通路１１７ｂを経て、ポート１１７ｃから遅角油圧室１２３内に流入する。
【００３６】
図３に２５で示すのは、進角用油圧室１２１と遅角用油圧室１２３とへの作動油供給を制御するオイルコントロールバルブ（以下「ＯＣＶ」と呼ぶ）２５である。本実施形態では、ＯＣＶ２５はハウジング１００、ベーン体１１０とともに請求項に記載したアクチュエータ手段に対応している。
【００３７】
本実施形態ではＯＣＶ２５は、スプール２６を有するスプール弁とされ、進角用油通路１１５に配管を介して接続された油圧ポート２６ａと、遅角用油通路１１７に配管を介して接続された油圧ポート２６ｂ、機関出力軸に駆動される潤滑油ポンプ等の圧力油供給源２８に接続されたポート２６ｃ及び２つのドレーンポート２６ｄ、２６ｅを備えている。ＯＣＶ２５のスプール２６はポート２６ａと２６ｂのうちのいずれかをポート２６ｃに連通し、他方をドレーンポートに接続するように動作する。
【００３８】
すなわち、スプール２６が図３に示した中立位置から右方向に移動すると、進角用油通路１１５に連通するポート２６ａは移動量に応じて開放されポート２６ｃを介して油圧供給源２８に接続されるとともに、ドレーンポート２６ｄは移動量に応じて徐々に閉鎖される。また、この時同時に遅角用油通路１１７に接続されたポート２６ｂは移動量に応じて開放され徐々にドレーンポート２６ｅに連通する。このため、可変バルブタイミング機構１０の進角用油圧室１２１には、機関の潤滑油ポンプ等の油圧供給源２８から作動油が流入し、進角油圧室１２１内の油圧を上昇させてベーン体１１０を図２の矢印Ｒ方向（進角方向）に押動する。また、この時遅角油圧室１２３内の作動油は油通路１１７、ＯＣＶ２５のポート２６ｂ等を通りドレーンポート２６ｅから排出される。
【００３９】
このため、ベーン体１１０はハウジング１００に対して図２のＲ方向に回動する。ポート２６ａの開口面積及びドレーンポート２６ｅの開口面積はスプールの右方向への移動量に応じて増大するため、進角油圧室１２１内に作用する油圧もスプールの右方向への移動量に応じて増大する。このため、ベーン体１１０の回動速度（進角速度）もスプールの移動量に応じて増大するようになる。
【００４０】
また、図３において逆にスプール２６が中立位置から左方向に移動すると、ポート２６ｂはポート２６ｃに接続され、ポート２６ａはドレーンポート２６ｄに接続される。これにより、遅角油圧室１２３には油通路１１７を通って作動油が流入し、進角油圧室１２１からは油通路１１５を通ってドレーンポート２６ｄに作動油が排出されるため、ベーン体１１０はハウジング１１０に対して図２の矢印Ｒとは逆の方向に回動する。この場合も、上記と同様ベーン体の回動速度（遅角速度）もスプールの（左方向への）移動量に応じて増大するようになる。
【００４１】
また、スプール２６が図３に示した中立位置にあるときは、ポート２６ａ、２６ｂは両方とも閉鎖される。このため、スプールが中立位置にあるときには進角油圧室１２１及び遅角油圧室１２３は密閉され、ベーン体１１０回転位相はハウジング１００に対して固定されるため、吸気弁バルブタイミングは固定される。
【００４２】
図３に２５ｂで示すのは、スプール２６を駆動するリニアソレノイドアクチュエータ、２５ｃはスプール２６を右方向に付勢するスプリングである。リニアソレノイドアクチュエータ２５ｂは後述するＥＣＵ３０からの制御パルス信号を入力し、この制御パルス信号に応じてスプリング２５ｃの付勢力に抗してスプール２６を図３の左方向に押動する押圧力を発生する。
【００４３】
スプール２６の位置、すなわちベーン体１１０の回動方向及び速度（吸気弁のバルブタイミング変化方向及び速度）はリニアソレノイドアクチュエータ２５ｂの発生する押圧力により定まる。本実施形態では、ＥＣＵ３０はリニアソレノイドアクチュエータ２５ｂに供給する制御パルス信号のデューティ比を変えることにより、リニアソレノイドアクチュエータ２５ｂの発生する押圧力、すなわちスプール２６の位置を制御している。ここで、制御パルス信号のデューティ比ＤＲは、パルス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（１サイクル）に占めるパルスオンの時間の割合（パーセント）として定義される。
【００４４】
上記により定義される制御パルスデューティ比ＤＲが大きくなるほどリニアソレノイドアクチュエータ２５ｂがスプール２６を右方向に押す力が増大する。本実施形態では、デューティ比ＤＲが５０パーセントのときに、リニアソレノイドアクチュエータ２５ｂの押圧力とスプリング２５ｃの付勢力とが図３の中立位置で釣合うように設定されている。また、デューティ比ＤＲが５０パーセントより大きくなると、リニアソレノイドアクチュエータ２５ｂの押圧力が大きくなり、中立位置より右側の位置でスプリング２５ｃの付勢力と釣合うようになる。すなわち、デューティ比ＤＲが５０パーセント以上の領域では、スプールはデューティ比ＤＲに応じた量だけ中立位置より右方向に移動するようになり、デューティ比１００パーセントではスプール２６は図３の最も右方向の位置をとる。
【００４５】
同様に、デューティ比ＤＲが５０パーセント以下の領域では、スプール２６はデューティ比ＤＲに応じた量だけ中立位置より左側に移動し、デューティ比０パーセントではスプール２６は図３の最も左側の位置に移動する。
【００４６】
前述したように、スプール２６が中立位置より右側にある場合には、ベーン体１１０は進角側に回動し、その回動速度はスプールが中立位置から右側に移動した距離に応じて大きくなる。また、スプール２６が中立位置より左側にある場合には、ベーン体１１０は遅角側に回動し、その回動速度はスプール２６が中立位置から左側に移動した距離に応じて大きくなる。
【００４７】
従って、デューティ比が５０パーセント以下の領域では、吸気弁バルブタイミングは遅角方向に変化し、デューティ比が小さくなるほど遅角方向への変化速度は大きくなりデューティ比ＤＲが０パーセントで遅角速度が最大となる。また、デューティ比ＤＲが５０パーセント以上の領域ではバルブタイミングは進角方向に変化し、デューティ比が大きくなるほど進角方向への変化速度は大きくなりデューティ比ＤＲ１００パーセントで進角速度が最大となる。また、デューティ比ＤＲ５０パーセントでは、バルブタイミングは固定され、バルブタイミング変化速度はゼロとなる。
【００４８】
図３に３０で示すのは、ＯＣＶ２５の動作を制御する電子制御回路（ＥＣＵ）である。本実施形態では、ＥＣＵ３０はリードオンリメモリ（ＲＯＭ）３２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３３、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）３４、入力ポート３５、出力ポート３６を相互に双方向性バス３１で接続した公知の構成のマイクロコンピュータとして構成される。本実施形態のＥＣＵ３０は、機関運転条件に応じてＯＣＶ２５のリニアソレノイドアクチュエータ２５ｂへの制御パルス信号のデューティ比を変えて吸気弁のバルブタイミングを調節し、機関運転条件に最適な吸気弁バルブタイミングを設定する。
【００４９】
この制御のため、ＥＣＵ３０の入力ポート３５には、機関の吸気通路６３に設けられたエアフローメータ２１から機関吸入空気量Ｇに対応した電圧信号と、機関１の潤滑油回路に配置した油温センサ２３から潤滑油温度Ｔに対応した電圧信号とが、それぞれＡＤ変換器２９を介して入力されているほか、カムシャフトに設けられたカム回転角センサ２５からカムシャフト１１の回転角を表すパルス信号と、機関クランク軸に設けられたクランク軸回転角センサ２７からクランク軸回転角を表すパルス信号とが入力されている。なお、油温センサ２３を設ける代わりに、機関１の冷却水温度を検出する冷却水温度センサを設け、検出した冷却水温度から潤滑油温度Ｔを推定するようにしてもよい。
【００５０】
クランク軸回転角センサ２７からのパルス信号は、クランク軸回転７２０度毎に発生するクランク軸の基準位置を示すＮ１信号と、クランク軸一定回転角毎に発生するＮＥ信号とからなり、カム回転角センサ４５からは、カムシャフト回転３６０度毎にカムシャフトが基準位置に到達したことを示すＣＮ１パルス信号が発生する。ＥＣＵ３０は一定時間毎にＮＥ信号のパルス間隔から機関回転数ＮＥを計算するとともに、この機関回転数ＮＥを用いてＮ１信号とＣＮ１信号との時間間隔からカムシャフト１１の実際の回転位相（吸気弁の実際のバルブタイミング）を演算する。この演算結果はＲＡＭ３３に格納される。また、吸入空気量Ｇと潤滑油温度Ｔとは、一定時間毎にＡＤ変換され同様にＲＡＭ３３に格納される。
【００５１】
一方ＥＣＵ３０の出力ポート３６は、駆動回路２５ａを介してＯＣＶ２５のアクチュエータ２５ｂに接続され、制御信号をアクチュエータ２５ｂに供給している。本実施形態では、ＥＣＵ３０は、上記により算出された吸入空気量Ｇと機関回転数ＮＥとから機関１回転当たりの吸入空気量Ｇ／ＮＥを算出し、このＧ／ＮＥと機関回転数ＮＥとを機関負荷を代表するパラメータとして用いて吸気バルブタイミングを設定する。すなわち、ＥＣＵ３０は予め設定された最適吸気バルブタイミングをＧ／ＮＥとＮＥとを用いた数値マップの形でＲＯＭ３２に格納してあり、この数値マップに基づいて、算出したＧ／ＮＥとＮＥとを用いて目標（最適）バルブタイミングを設定する。そして、実際のバルブタイミングが目標バルブタイミングに一致するようにＯＣＶ２５に供給する制御信号のデューティー比をフィードバック制御する。このバルブタイミング制御操作は、例えば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に基づくＰＩＤ制御とされる。
【００５２】
すなわち、本実施形態ではＥＣＵ３０は一定時間毎に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を算出するとともに、次の式を用いてＯＣＶ２５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。
ＤＲ＝α×ＤＶＴ＋β×（ＤＶＴ−ＤＶＴ_i-1）＋γ×ΣＤＶＴ
【００５３】
ここで、ＤＶＴは今回算出した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_i-1は前回のＤＲ算出操作時における偏差である。また、ΣＤＶＴは偏差ＤＶＴの積算値である。上記の式において、α×ＤＶＴはＰＩＤ制御におけるＰ（比例）項、γ×ΣＤＶＴはＩ（積分）項、β×（ＤＶＴ−ＤＶＴ_i-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。
【００５４】
上記のように、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。
【００５５】
ところが、低温時にはこのようなフィードバック制御を行うと問題が生じる。機関低温時には潤滑油温度も低くなっており潤滑油粘度が増大する。このため、潤滑油ポンプの吐出圧力も低下しＯＣＶ２５に供給される油圧も低くなる。また、油粘度増大による流動抵抗の増大のためＯＣＶ２５からベーン体１１０の進角油圧室１２１や遅角油圧室１２３への油の供給圧力と供給量が低下し、バルブタイミングの変化速度が低下するようになる。
【００５６】
更に、上記の油圧と油量の低下によるバルブタイミング変化速度（可変バルブタイミング機構の応答速度）の低下に加えて、油温低下時にはＯＣＶ２５のスプール２６が摺動摩擦抵抗と油の流動抵抗との増大のために動き難くなり、デューティ比の変化に追従した動きをしなくなる場合が生じる。
【００５７】
図４は、ＯＣＶ２５の駆動パルスデューティ比と、可変バルブタイミング機構１０によるバルブタイミングの変化速度（応答速度）との関係の一例を示す図である。
図４、実線Ｉは油温が充分に高い状態で作動油粘度が比較的低い通常運転時の値になっている場合の応答曲線を示している。
【００５８】
図４、実線Ｉから判るように、油粘度が低い場合にはバルブタイミングの応答速度はデューティ比ＤＲが５０パーセントを中心として、プラス（進角）側、マイナス（遅角）側ともほぼデューティ比に比例する直線的な変化を示している（領域Ｉａｒ及びＩｂｒ）。また、ＯＣＶ２５の構造上、デューティ比ＤＲが０パーセントと１００パーセント付近には、デューティ比が変化しても応答速度が変化しない不感帯域Ｉａ及びＩｂが生じている。不感帯域Ｉａ及びＩｂは、ＯＣＶ２５のポート２６ｂ、２６ａが全開に近くなっており、スプール２６の移動による開口面積の変化が相対的に小さくなる領域である。また、図４のカーブＩでは、デューティ比ＤＲ５０パーセント付近にも小さな不感帯域Ｉｃが生じているが、これは、ＯＣＶ２５のスプール２６に作用する静止摩擦抵抗のために、デューティ比ＤＲが増大して静止摩擦抵抗に打勝つまでスプール２６が移動しない領域である。油温が高い状態では摩擦抵抗が小さくわずかにデューティ比が増減しただけでスプールが移動を開始するため、この不感帯域Ｉｃは比較的狭くなっている。
【００５９】
一方、図４、破線ＩＩは油温が低く作動油粘度が高くなっている場合の応答曲線を示している。
作動油粘度が高くなっている場合には、静止摩擦抵抗の増大のため、デューティ比５０パーセント付近の不感帯域ＩＩｃは油温が高い場合（Ｉｃ）に較べてかなり大きくなっている。また、デューティ比０パーセントと１００パーセント付近の不感帯域ＩＩａ、ＩＩｂの幅は油温が高い場合（Ｉａ、Ｉｂ）と略同じであるが、その間の領域（ＩＩａｒ、ＩＩｂｒ）ではデューティ比の変化に対する応答性の感度が変化しており、感度領域ＩＩａｒ、ＩＩｂｒの領域の幅そのものも油温が高い場合（Ｉａｒ、Ｉｂｒ）に較べてかなり狭くなっている。
【００６０】
図５（Ａ）、（Ｂ）は従来のバルブタイミング偏差に基づくＰＩＤ制御を行った場合の油温低下時の問題を模式的に示す図である。
図５（Ａ）は目標バルブタイミングＶＶＴ₀がステップ状に変化（進角）したときの実際のバルブタイミングＶＶＴの変化を、図５（Ｂ）はその場合のＯＣＶ２５の駆動デューティ比ＤＲの変化を、それぞれ示している。図５（Ａ）、（Ｂ）において、実線Ｉは油温が高い場合の応答を、破線ＩＩ及びＩＩ′は油温が低い場合の応答を、それぞれ示している。
【００６１】
図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、油温が高い場合（実線Ｉ）には目標バルブタイミングＶＶＴ₀がステップ状に変化した場合には、ＯＣＶ２５のデューティ比ＤＲは一旦増大した後に滑らかに減少し、実際のバルブタイミングＶＶＴの変化も滑らかに短時間で目標値に収束する（図５（Ａ）、（Ｂ）、実線Ｉ）。
【００６２】
ところが、油温が低く作動油粘度が増大している場合には、図５（Ａ）、（Ｂ）に破線で示すようにハンチングを生じたり（破線ＩＩ）、応答性が大幅に低下したり（破線ＩＩ′）する場合が生じる。
破線ＩＩのようにハンチングが生じるのは、低温時にはデューティ比の変化に対してＶＶＴの変化速度が感度を有する領域（図４、領域ＩＩａｒ、ＩＩｂｒ）が狭く、しかも感度そのものが変化しているためであり、フィードバック制御のゲインが比較的大きく、この感度領域（領域ＩＩａｒ、ＩＩｂｒ）とデューティ比０パーセントと１００パーセント付近の不感帯域（領域ＩＩａ、ＩＩｂ）内で制御が行われるとハンチングが生じるようになるのである。また、破線ＩＩ′のように大幅な応答遅れが生じるのは、フィードバック制御ゲインが比較的小さく、中立位置（デューティ比５０パーセント）付近の不感帯域（図４、領域ＩＩｃ）を含む範囲で制御が行われるような場合である。
【００６３】
このように、バルブ作動特性を目標値と実際値との偏差に基づいてフィードバック制御していると、充分に機関が暖機され油温が上昇している状態では良好な制御ができるものの、機関低温始動時などで油温が低く作動油粘度が上昇している状態では、制御に不安定を生じたり応答性が大幅に低下する問題が生じる。
【００６４】
上記のように作動油粘度が増大した状態でフィードバック制御に安定性や応答性の上で問題が生じるのは、図４の応答曲線に示すように作動油粘度が低い場合（カーブＩ）と高い場合（カーブＩＩ）とでデューティ比ＤＲに対する応答性に差が生じること、すなわちＯＣＶ２５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粘度に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。このため、バルブ作動特性の目標値と実際値との偏差に応じて駆動信号のデューティ比の大きさを変化させる制御を行っていたのでは上記問題を解決することはできない。
【００６５】
そこで、本発明では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することにより上記問題を解決している。
【００６６】
図６（Ａ）、（Ｂ）は、本発明のバルブ作動特性制御の基本的な原理を説明する図５と同様な図である。
本発明では、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５（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。
【００６７】
ここで、ＤＲＣ（強制駆動用信号値）の大きさは、図５（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、例えば、図４の破線ＩＩで言えば中立位置近傍の不感帯域ＩＩｃ以外の領域内（偏差が正であれば領域ＩＩａｒ又はＩＩａ内、負であれば領域ＩＩｂｒ又はＩＩｂ内）の値であれば良い。本実施形態では、保持時間ｔｃ及び休止時間ｔｒも一定値に設定される。
【００６８】
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、本発明では、図６（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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。従って、毎回のインチング実行後の休止時間ｔｒ中は、デューティ比ＤＲは、図４の中央位置周囲の不感帯域ＩＩｃ内の値（例えばデューティ比５０パーセント）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５０パーセントにセットされると、ＯＣＶ２５のスプール２６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２６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。
【００７１】
以上説明したように、本発明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、従来の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、本発明ではデューティ比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従来のフィードバック制御と大きく相違している。
【００７２】
次に、上記に説明した本発明のバルブ作動特性制御を図１から図３の可変バルブタイミング制御に適用した場合の具体的ないくつかの実施形態について説明する。
【００７３】
（１）第１の実施形態
図７は、本発明の第１の実施形態によるバルブタイミング制御操作を示すフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行われる。
【００７４】
図７の操作では、まずステップ７０１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７２７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制御等）を実行する。すなわち、ステップ７０１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７０３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。ステップ７０１で判定される実行条件については後に説明する。
【００７５】
ステップ７０１で条件が成立した場合には、次にステップ７０３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−実際のバルブタイミング）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ＥＣＵ３０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（例えば吸入空気量と機関回転数）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際のバルブタイミングとの差として算出される。
【００７６】
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際の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７０３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７０３でＤＶＴ≦ＤＶＴ₀であった場合には、ステップ７２３に進み、ＯＣＶ２５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、図４の例では不感帯域Ｉｃ内の値とされ、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。
【００７７】
ステップ７０３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７０５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表すフラグである。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７０７に進み、後述する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、ＥＣＵ３０のＲＯＭに格納してある。ステップ７０７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７０９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。
【００７８】
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７０５の次にステップ７１１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７０５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。
【００７９】
次いで、ステップ７１３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７０７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７１５）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、少なくとも図４に示したＯＣＶ２５の不感帯域ＩＩｃ以外の領域の値であり、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。
【００８０】
すなわち、ステップ７１３から７１７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。
【００８１】
一方、ステップ７１３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７２１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７２１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７２３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。
【００８２】
また、ステップ７２１で、休止時間ｔｒが経過するとステップ７２５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７０５の次にステップ７０７、７０８が実行され、ステップ７０３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。
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。
【００８３】
次に、図７ステップ７０１で判定する、インチング制御の実行条件について説明する。
【００８４】
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。
【００８５】
上記条件（ａ）で偏差ＤＶＴ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良い。
【００８６】
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施しても何ら問題は生じないためである。インチングではＯＣＶ２５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ＯＣＶ２５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ＯＣＶ２５の信頼性が低下することを防止するようにしても良い。
【００８７】
更に、上記条件（ｃ）は誤制御を防止するためである。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、ＯＣＶ２５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、ＥＣＵ３０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（図４の領域Ｉｃ）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、バッテリクリア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７０１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良い。
【００８８】
本実施形態では、ステップ７０１で上記（ａ）から（ｃ）の条件のいずれか１つもしくはそれ以上を判断し、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。
【００８９】
（２）第２の実施形態
次に本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、保持時間ｔｃと休止時間ｔｒとはインチング毎に設定するのではなく、予め定めた固定値とされる。また、１回のインチングを終了する毎に、終了したインチングにより変化したバルブタイミング量を算出し、現在のバルブタイミング偏差と比較することにより、次回同じ保持時間ｔｃだけインチングを実行した場合にバルブタイミングが目標値を越えて変化（オーバーシュート）するか否かを判断する。そして、オーバーシュートが生じる可能性がある場合には次回のインチングを行わず、従来のフィードバック制御を行う。
【００９０】
保持時間ｔｃと休止時間ｔｒとを固定してインチングを行った場合には、目標値収束直前のインチングではバルブタイミングが目標値を越えて変化してしまうオーバーシュートが生じる可能性がある。オーバーシュートが生じるとバルブタイミングが目標値に収束するのが遅れるとともに、特に進角方向にオーバーシュートが生じると、吸気弁のバルブタイミングが最適値より進角してしまい排気弁との開弁期間のオーバーラップ（バルブオーバラップ）が増大し、機関低温時等には機関の燃焼が悪化する可能性がある。本実施形態では、上述のように次のインチングを行うとオーバーシュートが生じる可能性がある場合には、インチングを中止して通常のフィードバック制御を行うようにしたことにより、オーバーシュートによる燃焼の悪化が生じることを防止可能としている。
【００９１】
図８は、本実施形態のバルブタイミング制御操作を説明するフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンとして行われる。
【００９２】
図８の操作は、図７の操作のステップ７０７と７０９に換えてステップ８０６，８０８、８１０が実行される点が第１の実施形態と相違している。以下、相違点について説明すると、ステップ８０５でインチングが終了したし次回のインチングを開始する前（ＦＩＮＣ≠１）に、ステップ８０６では前回インチングを開始してから現時点に至るまでのバルブタイミングの変化量ΔＶＴを算出する。
【００９３】
そして、ステップ８０８では現在のバルブタイミング偏差ＤＶＴの絶対値と前回のインチングによるバルブタイミングの変化量ΔＶＴの絶対値とを比較する。ここで、｜ＤＶＴ｜＜｜ΔＶＴ｜であった場合には、すなわち、次回もう一度インチングを行うとバルブタイミングは目標値を越えてしまいオーバーシュートが生じることになる。そこで、この場合には次回のインチングを実行することなくステップ８２７に進み従来のフィードバック制御を実行する。これにより、オーバーシュートによる燃焼の悪化が生じることが確実に防止される。
【００９４】
一方、ステップ８０８で｜ＤＶＴ｜≧｜ΔＶＴ｜であった場合には、ステップ８１０で経過時間カウンタＣＴが０にリセットされるととにも、フラグＦＩＮＣの値は１にセットされる。これにより、本操作が次に実行されるとステップ８０５から８２３のインチングが実行されるようになる。なお、この場合、ステップ８１３と８２１の保持時間ｔｃと休止時間ｔｒとはバルブタイミング偏差にかかわらず一定値とされる。
【００９５】
（３）第３の実施形態
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。前述の第１と第２の実施形態では、インチング操作時の強制駆動用信号値の保持時間ｔｃは一定とされており、一定時間幅のインチング操作を何回か繰返すことにより、バルブタイミングを目標値に収束させていた。
【００９６】
これに対して、本実施形態では最初に一定の基本時間だけデューティ比ＤＲを強制駆動用信号値に保持した後、この基本時間の間にどれだけバルブタイミングが変化したかを算出し、この変化幅と現在の偏差とに基づいて次回のインチングでバルブタイミングを目標値に収束させるために必要な強制駆動用信号値の保持時間ｔｃを算出する。
【００９７】
図９は、本実施形態の原理を説明する、デューティ比ＤＲの変化とバルブタイミングの変化応答とを示す図５（Ａ）、（Ｂ）と同様な図である。
【００９８】
本実施形態では、目標バルブタイミングが変化するとデューティ比ＤＲはまず、比較的短い基本時間ｔｓの間だけ偏差の符号に応じた強制駆動用信号値ＤＲ１又はＤＲ２に保持され、その後一定の確認時間ｔｋだけ保持デューティＤＲ３に保持される。確認時間ｔｋは、基本時間ｔｓの間デューティ比を強制駆動用信号値に保持したことにより開始したバルブタイミングの変化が終了するまでに必要とされる時間である。基本時間ｔｓ及び確認時間ｔｋは可変バルブタイミング機構ＯＣＶのタイプ、サイズにより異なってくるため、予め実際の機器を用いた実験等により決定される。
【００９９】
本実施形態では、確認時間ｔｋ経過時に、基本時間ｔｓ開始時からのバルブタイミングの変化量ΔＶＴを算出する。これにより、現在の油温（粘度）等の環境では時間ｔｓの間デューティ比ＤＲを強制駆動用信号値に保持すればバルブタイミングがΔＶＴだけ変化することが判る。
【０１００】
バルブタイミングの変化幅とデューティ比ＤＲを強制駆動用信号値に保持する保持時間とはほぼ比例することが判っている。従って、確認時間ｔｋ経過時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をＤＶＴ１とすれば、この偏差ＤＶＴ１分だけバルブタイミングを変化させて目標値に収束させるために必要な強制駆動用信号値での保持時間ｔｃは次式で算出される。
【０１０１】
ｔｃ＝ｔｓ×ＤＶＴ１／ΔＶＴ
本実施形態では、確認時間ｔｋ経過後にデューティ比ＤＲを強制駆動用信号値ＤＲ１またはＤＲ２に上記保持時間ｔｃだけ保持することにより、インチングを何回か繰返すことなく１回でバルブタイミングを目標バルブタイミングに収束させるようにしている（図９（Ａ）、（Ｂ）参照）。これにより、低油温時にも制御安定性を損うことなく制御の応答性を向上させることが可能となる。
【０１０２】
図１０及び図１１は、本実施形態の上記バルブタイミング制御操作を具体的に説明するフローチャートである。図１０、図１１はそれぞれＥＣＵ３０により別個に行われる操作を示しており、図１０の操作は基本時間ｔｓだけデューティ比ＤＲを強制駆動用信号値に保持した時のバルブタイミング変化から必要とされる保持時間ｔｃを算出する保持時間ｔｃ算出操作を、図１１は図１０の操作により算出された保持時間ｔｃだけデューティ比ＤＲを強制駆動用信号値に保持する駆動操作を、それぞれ示している。
【０１０３】
まず図１０の操作では、ステップ１００１で現在強制駆動操作を実施するための条件が成立しているか否かが判定される。この条件は図７、図８の実施形態と同様である。また、ステップ１００１で実行条件が成立していない場合には、ステップ１０３３で通常のフィードバック制御を実行し本操作は終了する。
【０１０４】
ステップ１００１で条件が成立した場合には、次にステップ１００３で現在のバルブタイミング偏差ＤＶＴが許容偏差ＤＶＴ₀を越えているか否かを判定し、許容偏差以内の場合にはステップ１０３１に進み、デューティ比ＤＲを保持デューティ（休止値）ＤＲ３（本実施形態では５０パーセント）にセットして操作を終了する。すなわち、現在のバルブタイミング偏差ＤＶＴが許容値ＤＶＴ₀以下の場合には強制駆動は行わない。
【０１０５】
ステップ１００３でＤＶＴ＞ＤＶＴ₀であった場合には、次にステップ１００５に進み、基本時間ｔｓの間デューティ比ＤＲを強制駆動用信号値に保持する操作が実行中か否かを示すフラグＦＳＰの値が１（実行中）か否かを判定する。そして、ＦＳＰ≠１（未実行）の場合にはステップ１００７でフラグＦＳＰを１にセットするとともに、カウンタＣＴの値をゼロリセットして今回の操作を終了する。これにより、カウンタＣＴの値はフラグＦＳＰの値が１（実行）にセットされると同時にクリアされる。
【０１０６】
ステップ１００５でＦＳＰ＝１であった場合には、次にステップ１０１１でカウンタＣＴの値がΔＴだけ増大される。ΔＴは本操作の実行間隔であり、これによりカウンタＣＴの値はステップ１００７でＦＳＰが１にセットされてからの経過時間に相当する値になる。
【０１０７】
ステップ１０１３では、現在のカウンタＣＴの値が予め定めた値ｔｓに到達したか否か、すなわち現在基本時間ｔｓが経過したか否かが判定され、経過していない場合には目標バルブタイミングからの偏差の正負に応じてデューティ比ＤＲが強制駆動用信号値ＤＲ１またはＤＲ２に保持される。また、ステップ１０１３で基本時間ｔｓが経過している場合には、次にステップ１０２１と１０３１とでカウンタＣＴの値がｔｓ＋ｔｋに到達するまで（ステップ１０２１）デューティ比ＤＲを休止値ＤＲ３に保持する操作を行う。
【０１０８】
また、ステップ１０２１でＣＴ≧ｔｓ＋ｔｋであった場合には、ステップ１０２３でＣＴ＝ｔｓ＋ｔｋであった場合にのみ、ステップ１０２５から１０２９で必要とされる保持時間ｔｃを算出し、その他の場合にはそのまま操作を終了する。
【０１０９】
ステップ１０２５から１０２９の操作では、まずステップ１０２５で現在のバルブタイミングと本操作開始時（ステップ１００３実行時）のバルブタイミングとに基づいて、バルブタイミングの変化量ΔＶＴを算出する。この変化量ΔＶＴはデューティ比ＤＲを強制駆動用信号値に基本時間ｔｓの間保持した後（ステップ１０１３からステップ１０１９）確認時間ｔｋが経過した時点（ステップ１０２１、１０２３）のバルブタイミング変化量に相当する。
【０１１０】
次いで、ステップ１０２７では基本時間ｔｓと上記により算出したバルブタイミング変化量ΔＶＴとに基づいて、バルブタイミングを目標値に収束させるのに必要な保持時間ｔｃが、
【０１１１】
ｔｃ＝ｔｓ×（ＤＶＴ−ΔＶＴ）／ΔＶＴ
として算出される。なお、上式中（ＤＶＴ−ΔＶＴ）は、確認時間ｔｋ経過時点における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（図９（Ａ）のＤＶＴ１）に相当している。
【０１１２】
ステップ１０２７で保持時間ｔｃ算出後、ステップ１０２９では保持時間ｔｃ算出完了の有無を表すフラグＦＳＴの値を１（算出完了）にセットして本操作は終了する。
【０１１３】
次いで、図１１の操作では、まずステップ１１０１で上記したフラグＦＳＴが１にセットされているか否かを判定し、ＦＳＴ≠１の場合にはステップ１１０３で後述するカウンタＣＰの値を０にセットした後本操作を終了する。すなわち、図１０の操作で保持時間ｔｃの算出が完了していない場合には、ステップ１１０５以下の操作は実行されない。
【０１１４】
ステップ１１０１でフラグＦＳＴの値が１にセットされていた場合には、次にステップ１１０５でカウンタＣＰの値を本操作実行間隔ΔＴだけ増大させる。これにより、カウンタＣＰの値は図１０で保持時間ｔｃが算出された時点、すなわち確認時間ｔｋが経過した時点からの経過時間を表す値となる。
【０１１５】
次にステップ１１０７では、カウンタＣＰの値が図１０ステップ１０２７で算出したｔｃに到達したか否かを判定し、到達していない場合にはステップ１１０９から１１１１でバルブタイミング偏差ＤＶＴの正負に応じてデューティ比ＤＲを強制駆動用信号値ＤＲ１（本実施形態では１００パーセント）またはＤＲ２（本実施形態では０パーセント）にセットする。すなわち、ステップ１１０９からステップ１１１１では、ステップ１１０１でＦＳＴ＝１になってから、図１０の操作で算出した保持時間ｔｃが経過するまでデューティ比ＤＲが強制駆動用信号値に保持される。
【０１１６】
ステップ１１０７で、保持時間ｔｃが経過した場合にはステップ１１１５でデューティ比ＤＲは保持デューティＤＲ３（本実施形態では５０パーセント）にセットされ、ステップ１１１７と１１１９とでは前述のフラグＦＳＴとＦＳＰとが０にリセットされる。これにより、偏差ＤＶＴが許容偏差ＤＶＴ₀を越えた場合（図１０、ステップ１００３）には再び図１０、図１１の操作が実行されるようになる。
【０１１７】
図１０、図１１の操作を実行することにより油温が低い場合にも安定性を損うことなく高精度かつ応答性の良好なバルブタイミング制御が行われる。
【０１１８】
なお、以上の実施形態では、本発明を可変バルブタイミング制御に適用した場合を例にとって説明したが、本発明は可変バルブタイミング制御に限定されるものではなく、バルブタイミング以外の他のバルブ作動特性、バルブリフト量、開弁期間のいずれかの、またはこれらの組合わせのバルブ作動特性の制御にも同様に適用できることは言うまでもない。
【０１１９】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、機関低温時にも安定性を損うことなくバルブ作動特性制御の応答性を向上させることが可能となる共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバルブタイミング制御装置を自動車用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】バルブ制御装置の一例としての可変バルブタイミング機構の概略構成を説明する図である。
【図３】バルブ制御装置の一例としての可変バルブタイミング機構の概略構成を説明する図である。
【図４】図２、図３の可変バルブタイミング機構の駆動信号デューティ比とバルブタイミング変化応答性との一般的関係を説明する図である。
【図５】従来の偏差に基づくフィードバック制御を行った場合の低油温時の問題を説明する図である。
【図６】本発明のバルブ制御装置のバルブ作動特性制御の基本的原理を説明する図５と同様な図である。
【図７】本発明のバルブ制御装置によるバルブ作動特性制御操作の第１の実施形態を説明するフローチャートである。
【図８】本発明のバルブ制御装置によるバルブ作動特性制御操作の第２の実施形態を説明するフローチャートである。
【図９】本発明のバルブ制御装置によるバルブ作動特性制御操作の第３の実施形態の制御原理を説明する図である。
【図１０】本発明のバルブ制御装置によるバルブ作動特性制御操作の第３の実施形態を説明するフローチャートである。
【図１１】本発明のバルブ制御装置によるバルブ作動特性制御操作の第３の実施形態を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関
１０…可変バルブタイミング機構
１１…カムシャフト
２５…オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）
２８…潤滑油ポンプ
３０…制御回路（ＥＣＵ）

Claims

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つを含む内燃機関のバルブ作動特性を変化させるバルブ制御装置であって、
入力する駆動信号の値に応じて作動し、前記バルブ作動特性を変更するアクチュエータ手段と、
前記バルブ作動特性を表す作動特性パラメータを検出し、運転条件に応じて定まる作動特性目標値と前記検出したパラメータ値との偏差に応じた大きさの駆動信号を前記アクチュエータに出力する駆動制御手段とを備え、
前記駆動制御手段は、前記偏差が所定の判定値より大きい場合には、前記偏差に応じた大きさの駆動信号を前記アクチュエータに出力する制御を中止し、前記駆動信号を予め定めた大きさの強制駆動用信号値に所定の保持時間だけ保持する操作と前記駆動信号を前記強制駆動用信号値より小さい値である休止値に所定の休止時間だけ保持する操作とを繰返す強制駆動操作を行う、
内燃機関のバルブ制御装置。
前記駆動制御手段は、前記所定の保持時間が経過する毎に前記偏差を検出するとともに、検出した偏差が予め定めた所定値以上であるか否かを判定し、前記偏差が前記所定値より小さい場合には前記強制駆動操作を終了する、請求項１に記載の内燃機関のバルブ制御装置。
前記駆動信号の休止値は、前記アクチュエータ手段が実質的に作動しない大きさに設定される、請求項１または請求項２に記載の内燃機関のバルブ制御装置。
前記アクチュエータ手段は、油圧により駆動されてバルブ作動特性を変化させる油圧アクチュエータを備えた請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関のバルブ制御装置。
更に、機関の所定の運転条件が成立したときに前記駆動制御手段の前記強制駆動操作を禁止する禁止手段を備えた、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関のバルブ制御装置。
前記駆動制御手段は、前記強制駆動操作開始後最初に前記保持時間が経過したときに、前記最初の保持時間内の前記作動特性パラメータの変化量を検出し、検出した変化量と前記偏差とに基づいて、強制駆動操作開始後２回目の保持時間の長さを決定する、請求項１に記載の内燃機関のバルブ制御装置。
更に、前記駆動信号の休止値が前記アクチュエータ手段が実質的に作動しない大きさになるように学習を行う手段と、前記学習が行われていない場合に前記駆動制御手段の前記強制駆動操作を禁止する禁止手段とを備えた、請求項３に記載の内燃機関のバルブ制御装置。