JP4509959B2 - 可変バルブタイミング機構の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、機関バルブのバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構の制御装置に関する。

特許文献１には、バルブタイミングを進角側に変化させる進角側油圧室と遅角側に変化させる遅角側油圧室とを、カムシャフトに連結されるベーンによって隔成し、カムトルクの逆転現象（機関バルブの駆動に伴ってカムトルクが正負に反転する現象）を用いて前記進角側油圧室と遅角側油圧室との間で作動油を移動させることで、前記カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変化させる可変バルブタイミング機構が開示されている。
特開２００４−０１９６５８号公報

ところで、上記のように、カムトルクの逆転現象を用いて作動油を移動させる場合には、作動油の移動方向にカムトルクの方向（正負）が対応しない状態では、たとえ油の移動経路を開けても油の移動が行われないため回転位相が変化せず、作動油の移動方向にカムトルクの方向が対応するときに作動油が移動して回転位相が変化する。
ここで、従来一般的に行われているように、微小時間（例えば１０ms）毎に可変バルブタイミング機構の操作量の演算・出力処理を行わせると、カムトルクの変動周期（時間周期）が長くなる機関の低回転域（始動時やアイドル運転時）では、カムトルクの方向が位相の変化方向と対応しないために回転位相が変化しない状態においても、操作量の演算・出力処理が繰り返されることになる。

このため、前記低回転域では、カムトルクの方向が位相の変化方向と対応するようになったときに、ステップ的に油の移動が行われ、オーバーシュートが発生したりハンチングが発生したりして、制御が不安定になってしまう可能性があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、カムトルク状態によってカムシャフトの回転位相が変化し難くなる場合があっても、可変バルブタイミング機構の操作量が過剰設定されてしまうことを防止できる制御装置を提供することを目的とする。

そのため請求項１記載の発明は、機関回転速度が閾値以下の低回転領域では、カムトルクの変動周期に同期させて可変バルブタイミング機構の操作量を演算して出力する一方、機関回転速度が前記閾値を超える高回転領域では、予め設定された時間に同期させて前記操作量を演算して出力することを特徴とする。
かかる構成によると、低回転領域では、カムトルクの変動周期に同期させて可変バルブタイミング機構を制御することで、カムトルクの方向（正負）が回転位相の変化方向と対応しないために回転位相が変化しない（又は変化し難い）状態において、操作量の演算・出力が繰り返されることが回避される一方、カムトルクの変動周期が短くなる高回転領域では、予め設定された時間に同期させて操作量を演算・出力させることで、過剰に短い時間周期で操作量の演算・出力がなされるようになることを阻止する。

従って、低回転領域では、ステップ的に油の移動が行われ、オーバーシュートが発生したりハンチングが発生したりして、制御が不安定になってしまうことを防止できると共に、高回転領域では、過剰に短い時間周期で操作量の演算・出力がなされて演算負荷が増大することを防止できる。
請求項２記載の発明では、可変バルブタイミング機構が、バルブタイミングを進角側に変化させる進角側油圧室と遅角側に変化させる遅角側油圧室とを、カムシャフトに連結されるベーンによって隔成し、前記進角側油圧室と遅角側油圧室との間でカムトルクを用いて作動油を移動させることで、カムシャフトの回転位相を変化させる機構であることを特徴とする。

かかる構成によると、例えば、カムトルクが進角側油圧室を加圧し、遅角側油圧室を減圧する方向に作用することで、進角側油圧室から遅角側油圧室へ向けた作動油の移動がなされ、逆に、カムトルクが遅角側油圧室を加圧し、進角側油圧室を減圧する方向に作用することで、遅角側油圧室から進角側油圧室へ向けた作動油の移動がなされ、更に、作動油の移動を停止さえることにより回転位相が固定される。

ここで、例えば、カムシャフトの回転位相を進角変化させる場合には、遅角側油圧室から進角側油圧室へ向けた作動油の移動を行わせる必要があり、そのためには、遅角側油圧室を加圧するカムトルク（負のトルク）が要求されることになるが、たとえ進角側油圧室を加圧するカムトルク状態で進角変化を指令する操作量が出力されても、カムトルクが逆転して遅角側油圧室を加圧するカムトルクが発生するようになれば、実際の進角変化が得られることになる。

従って、低回転領域であってカムトルクの変動の時間周期が長いときでも、カムトルクの変動周期に同期させて操作量の演算・出力を行わせることで、操作量の変化に見合う作動油の移動をその都度行わせることが可能となる。
また、高回転領域であってカムトルクの変動の時間周期が短く、一定の時間周期で操作量の演算・出力を行わせても、その演算周期に進角側油圧室を加圧するカムトルク（正のトルク）が発生する状態と遅角側油圧室を加圧するカムトルク（負のトルク）が発生する状態とが含まれるときには、前記一定の時間周期で操作量の演算・出力を行わせる。

請求項３記載の発明では、少なくとも前記予め設定される時間よりもカムトルクの変動の１周期が長くなる回転領域を、低回転領域に含むことを特徴とする。
かかる構成によると、カムトルクの変動の１周期よりも短い時間周期では、前記時間周期の中に進角側油圧室を加圧するカムトルクが発生する区間と遅角側油圧室を加圧するカムトルクが発生する区間との双方が必ず含まれるとは限らなくなるので、このようなときには、カムトルクの変動周期に同期して操作量の演算・出力を行わせる。

従って、カムトルクの方向（正負）が回転位相の変化方向と対応しないために回転位相が変化しない（又は変化し難い）状態において、操作量の演算・出力が繰り返されることを確実に回避しつつ、過剰に短い時間周期で操作量が演算・出力されることによる演算負荷の増大を回避できる。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態における車両用内燃機関のシステム構成図である。
図１において、内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。

各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、燃料噴射弁１３１が設けられる。
前記燃料噴射弁１３１は、エンジンコントロールユニット１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ１０５に向けて噴射する。

燃焼室１０６内の燃料は、図示省略した点火プラグによる火花点火によって着火燃焼する。
燃焼排気は、燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７は、それぞれ排気側カムシャフト１１０，吸気側カムシャフト１３４に設けられたカムによって開閉駆動されるが、吸気側カムシャフト１３４には、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を連続的に変化させる可変バルブタイミング機構１１３が設けられている。

前記エンジンコントロールユニット１１４は、マイクロコンピュータを含んで構成され、予め記憶されたプログラムに従って各種センサからの検出信号を演算処理することによって、前記電子制御スロットル１０４，可変バルブタイミング機構１１３及び燃料噴射弁１３１などの制御信号を出力する。
前記各種センサとしては、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１６、機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ１１５、クランクシャフト１２０から基準クランク角位置毎の基準クランク角信号ＲＥＦ及び単位クランク角毎の単位角度信号ＰＯＳを取り出すクランク角センサ１１７、前記スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、機関１０１の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、吸気側カムシャフト１３４から基準カム角毎のカム信号ＣＡＭを取り出すカムセンサ１３２などが設けられている。

尚、前記吸気側カムシャフト１３４は、クランクシャフト１２０の１回転当たり１／２回転し、前記内燃機関１０１が直列４気筒機関であるとすると、前記基準クランク角信号ＲＥＦは、クランクシャフト１２０が１８０deg回転する毎に出力され、前記カムセンサ１３２は、吸気側カムシャフト１３４が９０deg回転（クランク角で１８０deg）毎に前記カム信号ＣＡＭを出力する。

ここで、前記クランクシャフト１２０の基準クランク角位置から吸気側カムシャフト１３４の基準カム位置までの位相差を計測することで、前記可変バルブタイミング機構１１３によるバルブタイミングの進角量を、クランク角で１８０deg毎に検出できるようになっている。
次に、前記可変バルブタイミング機構１１３の構成を、図２に基づいて説明する。

本実施形態における前記可変バルブタイミング機構１１３は、カムプーリが設けられるハウジング２００に、吸気側カムシャフト１３４に連結されるベーン２０１を内設させることで、ベーン２０１を挟んで回転方向前後に２つの油圧室を形成する。
前記ベーン２０１で隔成される２つの油圧室のうち、一方は、カムシャフト１３４の回転位相を進角側に変化させるための進角側油圧室２０２であり、他方は、カムシャフト１３４の回転位相を遅角側に変化させるための遅角側油圧室２０３である。

そして、進角側油圧室２０２に満たされる作動油の量と、遅角側油圧室２０３に満たされる作動油の量との相関で、ハウジング内でベーン２０１が相対回転し、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相が変化することで、吸気バルブ１０５のバルブタイミングが変更されるようになっている。
即ち、進角側油圧室２０２に満たされる作動油の量を増やし、相対的に、遅角側油圧室２０３に満たされる作動油の量を減らすことで、遅角側油圧室２０３の容積を減らし進角側油圧室２０２の容積を増やすように、ハウジング２００に対してベーン２０１が相対回転して、吸気バルブ１０５のバルブタイミングが進角変化する。

逆に、進角側油圧室２０２に満たされる作動油の量を減らし、相対的に、遅角側油圧室２０３に満たされる作動油の量を増やすことで、遅角側油圧室２０３の容積を増やし進角側油圧室２０２の容積を減らすように、ハウジング２００に対してベーン２０１が相対回転して、吸気バルブ１０５のバルブタイミングが遅角変化する。
前記進角側油圧室２０２及び遅角側油圧室２０３に満たされる作動油の量は、進角側油圧室２０２と遅角側油圧室２０３との間における作動油の移動によって調整され、前記作動油の移動は、吸気バルブ１０５を開閉する力によって生じるカムトルクを利用し、移動方向及び移動量は、スプールバルブ２１０によって制御されるようになっている。

前記進角側油圧室２０２は、進角側油路２０４を介してスプールバルブ２１０に連通され、前記遅角側油圧室２０３は、遅角側油路２０５を介してスプールバルブ２１０に連通される。
前記進角側油路２０４の途中と遅角側油路２０５の途中とは、連結油路２０６で相互に連通され、前記連結油路２０６の途中からは、バイパス油路２０７が分岐延設され、該バイパス油路２０７はスプールバルブ２０５に連通される。

前記連結油路２０６のバイパス油路２０７の接続部よりも進角側油路２０４に近い側には、進角側油路２０４に向けての油の流れを許容するチェックバルブ２０８が介装され、前記連結油路２０６のバイパス油路２０７の接続部よりも遅角側油路２０５に近い側には、遅角側油路２０５に向けての油の流れを許容するチェックバルブ２０９が介装される。
前記スプールバルブ２１０には、軸方向に、進角側油路２０４、バイパス油路２０７、遅角側油路２０５の並びで各油路が接続される。

前記スプールバルブ２１０は、コイルバネ２１０ａによって図で左方向に向けて付勢されており、ソレノイド２１１（アクチュエータ）に通電すると、ロッド２１１ａが図で右方向に変位し、前記コイルバネ２１０ａの付勢力に抗して前記スプールバルブ２１０を図で右方向に移動させる。
前記ソレノイド２１１への通電を停止した状態では、前記コイルバネ２１０ａの付勢力によってスプールバルブ２１０は左端の初期位置に位置し、この状態では、前記遅角側油路２０５がスプールバルブ２１０で閉塞される一方、バイパス油路２０７及び進角側油路２０４は開放される。

上記初期位置では、遅角側油圧室２０３からの油の流出が、スプールバルブ２１０及びチェックバルブ２０９で阻止される一方、進角側油圧室２０２内の油は、進角側油路２０４→スプールバルブ２１０→バイパス油路２０７→チェックバルブ２０９→遅角側油路２０５を経路で、遅角側油圧室２０３内に移動され得る状態となる。
ここで、吸気側カムシャフト１３４には、吸気バルブ１０５を最大リフト量にまで開くときには、回転を妨げる方向のトルク（正のトルク）が加わり、最大リフトに達した後吸気バルブ１０５が閉弁されるまでは、回転を助長する方向のトルク（負のトルク）が加わるため、このカムトルクの逆転現象によって遅角側油圧室２０３がベーン２０１を介して加圧される状態と、進角側油圧室２０２がベーン２０１を介して加圧される状態とを交互に繰り返すことになる。

そして、前記初期位置では、進角側油圧室２０２が加圧され遅角側油圧室２０３が減圧される状態になると、進角側油圧室２０２内から遅角側油圧室２０３内への油の移動が行われ、進角側油圧室２０２内に満たされる油の量が減少するのに対して、相対的に、遅角側油圧室２０３内に満たされる油の量が増大し、回転位相としては、遅角側に変更される。

一方、前記ソレノイド２１１へ通電し、スプールバルブ２１０が図で右方向に変位し、前記進角側油路２０４がスプールバルブ２１０で閉塞される一方、バイパス油路２０７及び遅角側油路２０５が開放される状態では、遅角側油圧室２０３内の油は、遅角側油路２０５→スプールバルブ２１０→バイパス油路２０７→チェックバルブ２０８→進角側油路２０４を経路で、進角側油圧室２０２内に移動され得る状態となる。

そして、上記状態で遅角側油圧室２０３が加圧され進角側油圧室２０２が減圧される状態になると、遅角側油圧室２０３内から進角側油圧室２０２内への油の移動が行われ、遅角側油圧室２０３内に満たされる油の量が減少するのに対して、相対的に、進角側油圧室２０２内に満たされる油の量が増大し、回転位相としては、進角側に変更される。
更に、スプールバルブ２０９が図に示す中立位置に制御される状態では、遅角側油路２０５及び進角側油路２０４が共にスプールバルブ２１０で閉塞されるため、進角側油圧室２０２内から遅角側油圧室２０３内への油の移動、及び、遅角側油圧室２０３内から進角側油圧室２０２内への油の移動が共に遮断されて、回転位相はその位置を保持することになる。

即ち、スプールバルブ２１０の位置を図に示す中立位置から左方向に変位させると、回転位相としては遅角側に変化し、逆に、スプールバルブ２１０の位置を図に示す中立位置から右方向に変位させると、回転位相としては進角側に変化するものであり、前記ソレノイド２１１への通電を制御するデューティ信号のデューティ比を、回転位相の検出値と目標の回転位相との偏差に応じてフィードバック制御することで、目標の回転位相（目標のバルブタイミング）が得られるようになっている。

尚、前記フィードバック制御は、例えば前記偏差に基づく比例・積分・微分動作によって行われる。
但し、フィードバック制御を、比例・積分・微分動作に限定するものではなく、例えば、比例・積分動作のみでフィードバック制御を行わせてもよく、また、スライディングモード制御を適用することも可能である。

上記のように、本実施形態の可変バルブタイミング機構１１３は、遅角側油圧室２０３と進角側油圧室２０２との間の油の移動によって回転位相（バルブタイミング）を変化させる機構であり、理想的には、油圧源２２０から流入する油を用いることなく、閉じた経路内での油の移動のみで回転位相を変化させることができるものである。
しかし、通常の運転中に油の漏れが発生するため、この漏れによる油の損失を補填するために、チェックバルブ２２１が介装されるオイル補填路２２２を介して油圧源２２０からの油が補充されるようになっている。

ところで、本実施形態の可変バルブタイミング機構１１３では、カムトルクを利用して遅角側油圧室２０３と進角側油圧室２０２との間の油の移動を行わせており、油を移動させたい方向に対応するカムトルクが加わる状態でなければ油の移動は行われず、回転位相（バルブタイミング）は変化しない（図３参照）。
従って、カムトルクの方向（正負）が油の移動を行わせたい方向と一致しないために回転位相が変化しない状態で、前記ソレノイド２１１への通電を制御するデューティ信号のデューティ比を制御偏差に基づいて繰り返し演算すると、積分分が大きくなり、カムトルクの方向が油の移動方向に対応するようになったときに過剰でステップ的な移動が行われることになって、安定した回転位相制御が行えなくなってしまう。

そこで、本実施形態では、前記デューティ比の演算を、所定の低回転領域では、カムトルクの変動の１周期毎に実行させる一方、所定の時間毎に前記デューティ比の演算を行わせても、回転位相が変化しない状態でデューティ比が繰り返し演算されることにならない所定の高回転領域では、前記所定の時間毎に前記デューティ比の演算を行わせるようになっている。

上記デューティ比（操作量）の演算処理を、図４〜図６のフローチャートに従って説明する。
図４のフローチャートは、１０ms毎に実行されるようになっている。
まず、ステップＳ１では、機関回転速度Ｎｅの最新の検出結果を読み込む。
前記機関回転速度Ｎｅは、クランク角センサ１１７から出力される基準クランク角信号ＲＥＦ又は単位角度信号ＰＯＳに基づいて検出され、具体的には、基準クランク角信号ＲＥＦの発生周期又は一定時間内での単位角度信号ＰＯＳの発生数を計測することで、機関回転速度Ｎｅが検出されるようになっている。

ステップＳ２では、時間同期制御状態であるか否かを示す時間同期フラグＦが１であるか否かを判別する。
前記時間同期フラグＦは初期値が０であり、Ｆ＝０の状態では、カムトルクの変動に同期させた制御を行わせ、後述するように時間同期制御を行わせる条件が成立したときに１がセットされるようになっている。

前記時間同期フラグＦが０であるときには、ステップＳ３へ進んで、前記機関回転速度Ｎｅが第１閾値を超えているか否かを判別する。
そして、時間同期フラグＦが０であって、かつ、機関回転速度Ｎｅが第１閾値以下であるときには、ステップＳ４へ進んで、カムトルクの変動の１周期毎にデューティ比の演算・出力を行わせるべく、時間同期フラグＦを０に保持したまま、本ルーチンを終了させる。

一方、ステップＳ３で機関回転速度Ｎｅが第１閾値を超えていると判断されたときには、デューティ比の演算・出力周期を、カムトルクの変動の１周期毎から、一定時間毎（１０ms毎）に切り換えるべく、ステップＳ４へ進んで前記時間同期フラグＦに１をセットする。
また、ステップＳ２で前記時間同期フラグＦに１がセットされていると判断された場合、即ち、一定時間毎（１０ms毎）にデューティ比の演算・出力を行わせている場合には、ステップＳ５へ進んで、機関回転速度Ｎｅが第２閾値（＜第１閾値）を下回っているか否かを判別する。

そして、機関回転速度Ｎｅが第２閾値を下回るようになると、ステップＳ６へ進んで、前記時間同期フラグＦを０にリセットし、一定時間毎（１０ms毎）にデューティ比を演算・出力させている状態から、カムトルクの変動の１周期毎にデューティ比の演算・出力を行わせる状態に切り換える。
一方、前記時間同期フラグＦに１がセットされていて、かつ、機関回転速度Ｎｅが第２閾値以上であれば、時間同期フラグＦを１に保持したまま、本ルーチンを終了させる。

上記のように、低回転領域では、カムトルクの変動の１周期毎にデューティ比の演算・出力を行わせ、高回転領域では、一定時間毎（１０ms毎）にデューティ比の演算・出力を行わせるものであり、境界回転域付近で制御モードの切り替えがハンチングすることがないように、回転領域の判断にヒステリシスを設けるようにしてある。
前記第１閾値及び第２閾値は、前述のように第２閾値＜第１閾値であり、第２閾値は、一定時間毎にデューティ比の演算・出力を行わせるときの時間周期（１０ms）と、カムトルクの変動の１周期とが一致する回転速度以上に設定してあり、第１閾値は、前記第２閾値に対してハンチングの抑制に必要充分な最小値に設定される。

これにより、一定時間毎にデューティ比の演算・出力を行わせるときに、演算周期がカムトルクの変動の１周期を下回ることがないようにしてある。
制御周期である一定時間内に、カムトルクの変動の１周期分が含まれるようにすれば、バルブタイミングの進角変化の指令に反応する区間（負のカムトルク発生状態）と、バルブタイミングの遅角変化の指令に反応する区間（正のカムトルク発生状態）との双方が必ず含まれることになるから（図３参照）、変化させたデューティ比に対応する回転位相の変化を生じさせてから次の演算タイミングを迎えることができ、デューティ比を過剰に変化させてしまうことを回避できる。

ここで、カムトルクの変動周期に同期させてデューティ比の演算・出力を行わせることによっても、演算周期に、バルブタイミングの進角変化の指令に反応する区間（負のカムトルク発生状態）と、バルブタイミングの遅角変化の指令に反応する区間（正のカムトルク発生状態）との双方を含めることができるが、高回転になると、演算周期が過剰に短くなり、演算負荷が増大すると共に、バルブタイミング変化の応答時間を充分に確保できずに、デューティ比を過剰に変化させてしまうことがある。

そこで、予め定めた時間周期（１０ms）よりもカムトルクの変動の１周期が短くなる高回転領域では、前記時間周期（１０ms）でデューティ比の演算・出力を行わせ、予め定めた時間周期（１０ms）よりもカムトルクの変動の１周期が長くなる低回転領域では、回転位相が変化しない状態でデューティ比が繰り返し演算されることを回避すべく、カムトルクの変動周期に同期させてデューティ比の演算・出力を行わせるものである。

次に、時間同期制御及びトルク変動同期制御の詳細を説明する。
図５のフローチャートは、時間同期制御を示すものであり、１０ms毎に実行されるようになっている。
まず、ステップＳ１１では、前記時間同期フラグＦに１がセットされているか否かを判別する。

ここで、前記時間同期フラグＦに０がセットされている場合には、カムトルクの変動の１周期毎にデューティ比の演算・出力を行わせるべき状態であるので、そのまま本ルーチンを終了させる。
一方、前記時間同期フラグＦに１がセットされている場合には、デューティ比の演算・出力を行うべく、ステップＳ１２以降へ進む。

ステップＳ１２では、前記可変バルブタイミング機構１１３によるバルブタイミングの進角量の最新検出値を読み込む。
前記進角量の検出は、クランクシャフト１２０から基準クランク角信号ＲＥＦが出力された時点からカム信号ＣＡＭが出力されるまでの回転角度を計測することが行われ、前記進角量は、カム信号ＣＡＭが出力される毎に更新される。

次のステップＳ１３では、そのときの運転条件（機関負荷・機関回転速度など）から、前記進角量の目標値を決定する。
ステップＳ１４では、前記ステップＳ１２で検出した実際の進角量と、ステップＳ１３で設定した目標進角量との偏差を演算する。
ステップＳ１５では、前記偏差に基づく比例・積分・微分動作によってフィードバック補正量を演算する。

ステップＳ１６では、遅角側油路２０５及び進角側油路２０４が共にスプールバルブ２１０で閉塞される状態に対応する基本値（例えばデューティ比５０％）に前記フィードバック補正量を加算して最終的なデューティ比を決定する。
ステップＳ１７では、前記ステップＳ１６で決定したデューティ比のデューティ信号を前記ソレノイドバルブ２１１に出力する。

このようにして、時間同期フラグＦに１がセットされている場合には、１０ms毎にデューティ比の演算・出力を行わせる。
図６のフローチャートは、トルク変動同期制御を示すものであり、前記カムセンサ１３２からカム信号ＣＡＭが出力される毎に実行される。
本実施形態の４気筒機関において、前記カム信号ＣＡＭは、クランクシャフト１２０が１８０deg回転する毎に出力され、前記クランクシャフト１２０が１８０deg回転する間は、カムトルクの変動の１周期に相当し、吸気バルブ１０５のリフトを増大させる区間とリフトを減少させる区間との双方が含まれる（図３参照）。

吸気バルブ１０５のリフト量を増大させる区間は、吸気側カムシャフト１３４の回転を妨げる方向の正のカムトルク（カム反力）が発生し、吸気バルブ１０５のリフト量を減少させる区間は、吸気側カムシャフト１３４の回転を助長する方向の負のカムトルク（カム反力）が発生し、本実施形態の可変バルブタイミング機構１１３では、前記負のカムトルクを利用して回転位相を進角変化させ、前記正のカムトルクを利用して回転位相を遅角変化させる。

従って、カム信号ＣＡＭが出力される毎にデューティ比を演算し、このデューティ比のデューティ信号をソレノイド２１１に出力すれば、新たに与えたデューティ比に応じた油の移動（回転位相の変化）を発生させてから次にデューティ比が更新演算されることになり、積分動作を含むフィードバック制御において積分分が過剰設定されることを防止できる。

前記カム信号ＣＡＭが出力される周期よりも短い周期でデューティ比を更新演算させると、回転位相を変化させたい方向に対応しないカムトルクの発生状態、即ち、回転位相が変化しない状態で、デューティ比の更新演算が繰り返され、積分分が過剰に増大設定されてしまう可能性がある。
しかし、上記のように、カムトルクの変動の周期に同期させてデューティ比の演算を行わせれば、デューティ比の更新結果を実際の油の移動に反映されてから、次にデューティ比の更新演算を行わせることが、たとえ低回転状態であっても確実に行われることになるから、積分分が過剰に増大設定されてしまうことを防止でき、オーバーシュートやハンチングの発生を回避して回転位相を安定的に制御できる。

尚、カムセンサ１３２からのカム信号に代えて、同じクランク角周期で検出される基準クランク角信号を用いることができる。
前記カムセンサ１３２からカム信号ＣＡＭが出力されると、まず、ステップＳ２１では、前記時間同期フラグＦに０がセットされているか否かを判別する。
ここで、前記時間同期フラグＦに１がセットされている場合には、一定の時間周期でデューティ比の演算・出力を行わせるべき状態であるので、そのまま本ルーチンを終了させる。

一方、前記時間同期フラグＦに０がセットされている場合には、前記カム信号ＣＡＭに同期させてデューティ比の演算・出力を行うべく、ステップＳ２２以降へ進む。
ステップＳ２２〜ステップＳ２７の各ステップでの処理内容は、前記ステップＳ１２〜ステップＳ１７と同様であるので、ここでは説明を省略する。
尚、上記実施形態では、低回転領域で、カム信号ＣＡＭが出力される毎（カムトルクの変動の１周期毎）にデューティ比（操作量）を演算・出力させる構成としたが、デューティ比（操作量）を演算・出力させる周期の間に、カムトルクが増大変化する区間と減少変化する区間との双方が含まれれば良いので、デューティ比（操作量）の演算・出力周期は、カム信号ＣＡＭの出力周期に限定されるものではない。

例えば、カム信号ＣＡＭが複数（２〜４回）出力される毎（換言すれば、カムトルクの変動の１周期の整数倍の演算周期毎）にデューティ比の演算・出力を行わせてもよい。
また、最小周期をカムトルクの変動の１周期とすれば良いので、最小周期以上であれば、変動１周期の整数倍である必要はなく、演算・出力のタイミングも、カムトルクが平均値となるタイミングである必要はなく、演算・出力のタイミングとカムトルクの変動との位相は問われない。

また、本実施形態では、可変バルブタイミング機構を、進角側油圧室と遅角側油圧室との間でカムトルクを用いて作動油を移動させることでカムシャフトの回転位相を変化させるベーン式の機構としたが、可変バルブタイミング機構を上記のベーン式に限定するものではなく、カムトルクの方向に影響されて回転位相が変化し難くなったり、変化し易くなったりする可変バルブタイミング機構であれば、同様の制御を適用することで、同様の効果を得ることができる。

従って、可変バルブタイミング機構としては、油圧式の他、電磁ブレーキを用いた機構などであっても良い。
また、上記実施形態では、吸気バルブ１０５のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構を示したが、排気バルブ１０７のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構であってもよいことは明らかである。

また、時間同期の制御における周期を１０msに限定するものでなく、また、内燃機関を４気筒直列機関に限定するものでもない。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項２記載の可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記進角側油圧室と遅角側油圧室との間における油の移動方向及び移動量を調整するスプールバルブが設けられ、該スプールバルブを駆動するソレノイドへの通電を制御するデューティ信号のデューティ比を演算・出力することを特徴とする可変バルブタイミング機構の制御装置。

かかる構成によると、スプールバルブをソレノイドで駆動することで、進角側油圧室と遅角側油圧室との間における油の移動方向及び移動量が調整され、前記油の移動によりカムシャフトの回転位相が変化して、バルブタイミングが変更されるが、前記ソレノイドへの通電を制御するデューティ信号のデューティ比を、カムトルクの変動周期に同期させて又は予め設定された時間に同期させて演算・出力させることで、デューティ比の変化による油の移動を発生させてから新たにデューティ比を演算させることができる。
（ロ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記回転位相の実際値と前記回転位相の目標値との偏差に基づいて、少なくとも積分動作によって可変バルブタイミング機構の操作量をフィードバック制御することを特徴とする可変バルブタイミング機構の制御装置。

かかる構成によると、操作量の変化に対して回転位相が応答変化しない状態で、繰り返し操作量がフィードバック制御されることがなく、積分分が過剰に溜まることがないので、オーバーシュートやハンチングの発生を防止することができる。

実施形態における車両用内燃機関のシステム図。 実施形態における可変バルブタイミング機構の油圧回路図。 実施形態におけるカムトルクとバルブタイミング進角量との相関を示すタイムチャート。 実施形態における可変バルブタイミング機構の制御パターンの切り替え判断を示すフローチャート。 実施形態における可変バルブタイミング機構の時間同期制御を示すフローチャート。 実施形態における可変バルブタイミング機構のトルク変動同期制御を示すフローチャート。

符号の説明

１０１…内燃機関、１０５…吸気バルブ、１１３…可変バルブタイミング機構、１１４…エンジンコントロールユニット、１１７…クランク角センサ、１１８…スロットルセンサ、１１９…水温センサ、１２０…クランクシャフト、１３２…カムセンサ、１３４…カムシャフト、２００…ハウジング、２０１…ベーン、２０２…進角側油圧室、２０３…遅角側油圧室、２０４…進角側油路、２０５…遅角側油路、２０６…連結油路、２０７…バイパス油路、２０８，２０９，２２１…チェックバルブ、２１０…スプールバルブ、２１１…ソレノイド

Claims (3)

1. クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、機関バルブのバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構の制御装置であって、
   機関回転速度が閾値以下の低回転領域では、カムトルクの変動周期に同期させて前記可変バルブタイミング機構の操作量を演算して出力する一方、
   機関回転速度が前記閾値を超える高回転領域では、予め設定された時間に同期させて前記操作量を演算して出力することを特徴とする可変バルブタイミング機構の制御装置。
2. 前記可変バルブタイミング機構が、バルブタイミングを進角側に変化させる進角側油圧室と遅角側に変化させる遅角側油圧室とを、前記カムシャフトに連結されるベーンによって隔成し、前記進角側油圧室と遅角側油圧室との間でカムトルクを用いて作動油を移動させることで、前記カムシャフトの回転位相を変化させる機構であることを特徴とする請求項１記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
3. 少なくとも前記予め設定される時間よりも前記カムトルクの変動の１周期が長くなる回転領域を、前記低回転領域に含むことを特徴とする請求項１又は２記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。

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