JP4515407B2

JP4515407B2 - 可変バルブタイミング機構の制御方法、制御装置、及び該制御装置を備える自動二輪車

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Publication number: JP4515407B2
Application number: JP2006101974A
Authority: JP
Inventors: 博英松嶋; 洋司深見; 猛池田; 弘三鈴木
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2026-04-03
Also published as: US20080011254A1; US7685981B2; JP2007278087A

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更させる可変バルブタイミング機構の制御方法、制御装置、及び該制御装置を備える自動二輪車に関する。

例えば自動二輪車に搭載されるエンジンは、クランクシャフト及びカムシャフトがチェーン及びスプロケット等の回転伝達機構を介して連動回転し、カムシャフトに設けられたカムによって吸気バルブ及び排気バブルが所定のタイミングで開閉駆動される。即ち、カムは固有のプロファイルを有し、このプロファイルに応じて、所定の開閉タイミングで所定の開閉量だけ各バルブを開閉させる。そして、吸気バルブが開くと、エンジンの燃焼室へは混合気が吸入され、この混合気はピストンに圧縮された後に所定のタイミングで点火されて燃焼する。そして、燃焼ガスは膨張する際にピストンを押し返し、クランクシャフトを回転させる。また、排気バルブが開くと共に、燃焼ガスは燃焼室から排出される。

ところで、バルブの好ましい開閉タイミングは、エンジンの回転速度に応じて異なる。例えば、アイドリング時にあっては、吸気バルブと排気バルブとが共に開いている時間（オーバーラップ時間）を少なくし、燃焼を安定化させることが好ましく、高速回転時にあっては、吸気バルブを閉じる時期を通常より遅らせて吸気の充填効率を高め、高出力化を図るのが好ましい。

このように、エンジンを好適に運転するためには、エンジンの回転数に応じたタイミングによりバルブを開閉駆動させる必要があり、これを実現するため、従来、主として四輪自動車に搭載するエンジンとして油圧式の可変バルブタイミング機構付エンジンが開示されている（例えば、特許文献１乃至４参照）。ここで開示されている油圧式可変バルブタイミング機構は、内部スペースを有してクランクシャフトに連動回転するカムプーリと、この内部スペースに収容されてカムシャフトの端部に設けられたロータとから構成され、カムプーリの内部スペースはロータによって進角室と遅角室とに区分けされている。作動油をこれら各室の何れへ供給するかは、制御装置からの指示によって駆動するオイルコントロールバルブにより調整され、供給された作動油の圧力によってカムプーリに対するロータの回転位相が変更されてバルブの開閉タイミングが制御されるようになっている。

そして制御装置においては、一般にエンジンの回転数を用いた比例積分制御（ＰＩ制御）によってオイルコントロールバルブの操作量を算出し、算出結果に基づいてオイルコントロールバルブを駆動すべく指示信号を出力するようになっている（例えば、特許文献５参照）。
特開平１１−１３２０１６号公報特開平１１−２８０４３０号公報特開平１１−３２４６２９号公報特開２００２−２４２６１６号公報特開平１１−２１４０号公報特許第３６１６７３４号公報

しかしながら、油圧式の可変バルブタイミング機構を比例積分制御するとオーバーシュートが発生しやすくなる。一方、比例制御を行った場合には、温度変化に起因して生じる作動油の粘性変化や、可変バルブタイミング機構又はオイルコントロールバルブの機械的製造誤差などを原因として、ロータの位置が目標値に達する前に収束して偏差が残るという事態が生じる可能性がある。従って、一般的な比例制御、積分制御、及び微分制御、又はこれらを組み合わせた制御を行うには、作動油の温度に基づいてゲイン調整を行うことが望ましいが、ゲイン調整を適正に行うのは容易ではない。

そこで本発明は、作動油の粘性変化や機械的製造誤差があったとしても、比較的容易な方法及び構成によって、オーバーシュートや残留偏差の発生を抑制することができる可変バルブタイミング機構の制御方法、制御装置、及び該制御装置を備える自動二輪車を提供することを目的とする。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る制御方法は、変位部の位置を変更することによって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更させる可変バルブタイミング機構の制御方法であって、前記可変バルブタイミング機構の前記変位部の位置に関する目標値と実測値との偏差に基づいてスライディングモード制御により第１制御量を算出し、前記偏差がゼロ値を含む所定の数値範囲内にある場合は前記偏差を入力とする積分により第２制御量を算出する一方、前記偏差が前記数値範囲内にない場合はゼロ値を入力とする積分により前記第２制御量を算出し、前記第１制御量及び前記第２制御量を加算して前記変位部の位置補正のための補正制御量を設定する。

このようにすることにより、比較的容易な方法によって、オーバーシュートや残留偏差の発生を抑制して可変バルブタイミング機構の動作を好適に制御することができる。即ち、スライディングモード制御を行うことによって、変位部の位置に関する目標値が変更されたときの良好な応答性と、オーバーシュートの抑制という、本来的に備えられている効果を奏することができる。これに加え、積分制御を行うことによって偏差の残留を抑制することができる。しかも、目標値と現状値との偏差がゼロ値を含む所定の数値範囲内のとき、換言すれば、偏差が比較的小さい値のときのみに積分動作を行うため、偏差の残留を抑制しつつ、オーバーシュートの抑制というスライディングモード制御の有する利点を損なうことがない好適な制御を実現することができる。

上述した制御方法を実現し得る本発明に係る制御装置は、前記可変バルブタイミング機構の前記変位部の位置に関する目標値と実測値との偏差を算出する偏差算出部と、前記偏差がゼロ値を含む所定の数値範囲内にあるか否かを判定する偏差範囲判定部と、前記偏差に基づいてスライディングモード制御により第１制御量を算出するスライディングモード制御演算部と、前記偏差範囲判定部からの出力に基づいて積分により第２制御量を算出する積分制御演算部と、前記第１制御量及び前記第２制御量を加算して前記変位部の位置補正のための補正制御量を設定する加算部とを備え、前記偏差範囲判定部は、前記偏差が前記数値範囲内にあると判定した場合は前記偏差を前記積分制御演算部へ出力する一方、前記偏差が前記数値範囲内にないと判定した場合はゼロ値を前記積分制御演算部へ出力するよう構成されている。

このようにすることにより、比較的容易な構成によって、上述したように可変バルブタイミング機構の動作制御に際し、オーバーシュートや残留偏差の発生を抑制し、且つ、良好な応答性を確保することができる。

また、上記制御装置は、前記偏差範囲判定部での判定基準となる偏差に関する前記数値範囲は、上限値がプラス５度以下であって下限値がマイナス５度以上に設定されていてもよい。

このようにすることにより、積分制御演算部において適当な第２制御量を得ることができ、残留偏差を抑制しつつ、スライディングモード制御によるオーバーシュートの抑制効果を維持することができる。

また、本発明に係る自動二輪車は、上述した何れかの可変バルブタイミング機構の制御装置を備えている。

このようにすることにより、上述したように比較的容易な構成によって、オーバーシュートや残留偏差の発生を抑制し、且つ、良好な応答性を確保して可変バルブタイミング機構を制御でき、エンジンの走行性能の向上を図ることができる。

本発明によれば、作動油の粘性変化や機械的製造誤差があったとしても、比較的容易な方法及び構成によって、オーバーシュートや残留偏差の発生を抑制することができる可変バルブタイミング機構の制御方法、制御装置、及び該制御装置を備える自動二輪車を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング機構の制御方法、制御装置、及び該制御装置を備える自動二輪車について、図面を参照しながら具体的に説明する。図１は、前記可変バルブタイミング機構を有するエンジンＥを備えたロードスポーツタイプの自動二輪車の左側面図である。以下の説明で用いる方向の概念は、図１に示す自動二輪車１に搭乗したライダー（図示せず）から見た方向の概念と一致するものとする。

図１に示すように、自動二輪車１は前輪２及び後輪３を備えており、前輪２は上下方向に延びるフロントフォーク５の下端部にて回転自在に支持され、該フロントフォーク５は、その上端部に設けられたアッパーブラケット（図示せず）と該アッパーブラケットの下方に設けられたアンダーブラケット（図示せず）とを介してステアリングシャフト（図示せず）に支持されている。該ステアリングシャフトはヘッドパイプ６によって回転自在に支持されており、前記アッパーブラケットには左右へ延びるバー型のステアリングハンドル４が取り付けられている。従って、ライダーがステアリングハンドル４を時計回り又は反時計回りに回動操作することにより、前記ステアリングシャフトを回転軸として前輪２を所望の方向へ転向させることができる。

ヘッドパイプ６からは、車体の骨格を構成する左右一対のメインフレーム７（図１では左側のメインフレーム７のみを示している）が後方へ延設されており、該メインフレーム７の後部からは、ピボットフレーム（スイングアームブラケットともいう）８が下方へ延設されている。このピボットフレーム８に設けられたピボット軸９には、スイングアーム１０の前端部が軸支されており、該スイングアーム１０の後端部には後輪３が回転自在に支持されている。

メインフレーム７の上方であってステアリングハンドル４の後方には燃料タンク１２が設けられ、該燃料タンク１２の後方には騎乗用のシート１３が設けられている。また、左右のメインフレーム７間の下方にはエンジンＥが搭載されている。このエンジンＥは４気筒の４サイクルエンジンであり、クランクシャフト１４が車体の左右方向に一致するようにして設けられている。このエンジンＥの出力は、チェーン１５を介して後輪３へ伝えられ、該後輪３が回転駆動することによって自動二輪車１に推進力が付与される。

自動二輪車１の前側部分、即ち、フロントフォーク５の上部、及びエンジンＥの側方部分を覆うようにして、一体的に形成されたカウリング１６が設けられている。ライダーは、シート１３に跨って自動二輪車１に搭乗し、ステアリングハンドル４の端部に設けられたグリップ４Ａを握り、且つエンジンＥの後部近傍に設けられたステップ（図示せず）に足を載せて走行する。

ところで、エンジンＥは下から順に、クランクシャフト１４を収容するクランクケース２０、図示しないピストンを収容するシリンダブロック２１、該シリンダブロック２１と共に燃焼室を形成するシリンダヘッド２２、及び該シリンダヘッド２２との間にカムシャフト１７を収容するシリンダヘッドカバー２３から主に構成されている。クランクシャフト１４とカムシャフト１７との間には図示しないチェーンが巻回され、カムシャフト１７はクランクシャフト１４に連動回転するようになっている。

吸気側のカムシャフト１７の端部には後に詳述する油圧式の可変バルブタイミング機構２５が設けられており、エンジンＥのシリンダブロック２１の後側壁部に設けられたオイルコントロールバルブ２６を経て供給された作動油の油圧に基づいて動作する。シート１３の下方にはエンジンＥの動作を制御する制御装置２７が備えられており、上記オイルコントロールバルブ２６はこの制御装置２７からの指示に基づいて、可変バルブタイミング機構２５へ供給する作動油の油圧を調整する。

図２は、可変バルブタイミング機構２５をカムシャフト１７の軸芯に沿う面で切断したときの断面図であり、図３は、図２に示す可変バルブタイミング機構２５のIII-III矢視図である。図２に示すように可変バルブタイミング機構２５は、カムシャフト１７の一方の端部にセンターボルト２８により固定されたロータ２９と、該ロータ２９を収容するケーシング３０とを備えている。

図２に示すようにロータ２９は、中央に形成された孔２９ａに挿通されたセンターボルト２８がカムシャフト１７端部のボルト孔１７ａに螺着されることによって該カムシャフト１７へ同軸状に固定される固定部２９ｂ（図３も参照）と、この固定部２９ｂから拡径方向へ延びる４つのベーン２９ｃ（図３も参照）とを有している。これらのベーン２９ｃは、固定部２９ｂの周方向に沿って略等間隔に配設されている。ケーシング３０は、円筒状の筒部材３１と、その両端の開口をそれぞれ塞ぐ第１蓋部材３３及び第２蓋部材３５とを備えている。図３に示すように筒部材３１は、内壁面から軸芯方向に向いて内方へ突出する４つの隔壁部３１ａを有し、これらの隔壁部３１ａは周方向に沿って略等間隔に配設されている。ロータ２９と筒部材３１とは、軸芯方向（図２の左右方向）の寸法が略同一であり、ロータ２９は、各ベーン２９ｃと筒部材３１の隔壁部３１ａとが、周方向に沿って交互に配置されるようにして、筒部材３１内に収容されている。

筒部材３１のカムシャフト１７側（図２の右側）には、筒部材３１の右側の開口を塞ぐ円板状の第１蓋部材３３が設けられている。該第１蓋部材３３は中央部分に孔３３ａが形成されており、この孔３３ａを通るカムシャフト１７に外嵌して設けられている。また、第１蓋部材３３の外周部には複数の歯３４ａが周方向に沿って設けられて吸気側のカムスプロケット３４が形成されている。このカムスプロケット３４はカムシャフト１７と同軸芯状に構成され、図示しないチェーンを介してクランクシャフト１４（図１参照）の回転が伝達されるようになっている。一方、筒部材３１の左側には、該筒部材３１の左側の開口を塞ぐ円板状の第２蓋部材３５が設けられている。該第２蓋部材３５の中央部分には、センターボルト２８を通すための孔３５ａが形成されている。

このような可変バルブタイミング機構２５は、まずカムシャフト１７の一方の端部に上述した第１蓋部材３３が外嵌され、ロータ２９がセンターボルト２８によってカムシャフト１７の端部に螺着される。カムシャフト１７に螺着されたロータ２９は、カムシャフト１７の端面から突出するように設けられたノックピン１７ｂによって軸芯回りの位置決めがされ、カムシャフト１７とロータ２９とは一体回転するようになっている。次に、このロータ２９を内包するように筒部材３１を配置し、筒部材３１の左側の開口を塞ぐように第２蓋部材３５を設ける。そして、第１蓋部材３３及び第２蓋部材３５と、これらに挟まれる筒部材３１とを、ボルト孔３６（図３に、隔壁部３１ａに形成されたボルト孔３６のみ示す）に通したボルト（図示せず）によって一体的に固定することにより、可変バルブタイミング機構２５が組み立てられる。一体的に構成されたケーシング３０は、上述したようにクランクシャフト１４に連動回転すると共に、回転方向の所定範囲内でロータ２９に対し相対回転可能になっている。

図３に示すように、上述したようにして組み立てられた可変バルブタイミング機構２５の場合、ロータ２９の各ベーン２９ｃとケーシング３０の隔壁部３１ａとに挟まれた部分に、進角室３７及び遅角室３８が交互に各４つ設けられている。また、ケーシング３０の内周面に摺接する各ベーン２９ｃの部分と、ロータ２９の固定部２９ｂの外周面に摺接する各隔壁部３１ａの部分とには、それぞれシール部材３９が設けられている。従って、進角室３７及び遅角室３８は、ロータ２９及びケーシング３０の摺接部分において互いにシールされている。

また、可変バルブタイミング機構２５には、各進角室３７及び各遅角室３８へ作動油を供給するための通路が形成されている。即ち、図２に示すようにカムシャフト１７内にはその軸芯を通るオイル通路４０ａが形成されており、該オイル通路４０ａはセンターボルト２８が螺着されるボルト孔１７ａに連通している。センターボルト２８には、その軸芯を通ってセンターボルト２８の先端部（図２の右側端部）で開口するオイル通路４０ｂが形成され、該オイル通路４０ｂは前述のオイル通路４０ａと連通している。また、センターボルト２８の頭部近傍には径方向へ貫通するオイル通路４０ｃが形成されており、このオイル通路４０ｃは前述のオイル通路４０ｂと連通している。更に、ロータ２９の固定部２９ｂには、前述のオイル通路４０ｃに一端が連通すると共に他端が遅角室３８に連通するオイル通路４０ｄが径方向に沿って形成されている。これらのオイル通路４０ａ〜４０ｄによって遅角オイル通路４０が構成されており、後述するオイルコントロールバルブ２６（図４参照）からの作動油がこの遅角オイル通路４０を通って遅角室３８へ供給されるようになっている。

一方、カムシャフト１７の端部には、軸芯から外れた位置に別のオイル通路４１ａが複数（図２では２つ）形成されている。このオイル通路４１ａは、カムシャフト１７の外周面から径方向内方へ延び、軸芯から外れた所定位置にて屈曲して軸芯方向に沿ってカムシャフト１７の端面側へ延びており、更に途中で屈曲して径方向外方へ外周面まで延びている。従って、オイル通路４１ａは、カムシャフト１７の外周面上に複数（図２では２つ）の開口を有している。なお、オイル通路４１ａのうち、カムシャフト１７の軸芯に沿って延びる通路部分は、カムシャフト１７の端面から穿孔して形成されており、該端面に形成される開口部は、ロータ２９を位置決めするノックピン１７ｂによって塞がれている。また、カムスプロケット３４が形成された第１蓋部材３３には、前記オイル通路４１ａにおけるカムシャフト１７端部側の開口に一端が連通すると共に他端が進角室３７に連通するオイル通路４１ｂが形成されている。これらのオイル通路４１ａ，４１ｂによって進角オイル通路４１が構成されており、後述するオイルコントロールバルブ２６（図４参照）からの作動油が、この進角オイル通路４１を通って進角室３７へ供給されるようになっている。

図４は、オイルコントロールバルブ２６の構成を示す一部断面図であり、図５は、図４に示すオイルコントロールバルブ２６の動作説明図である。図４に示すように、オイルコントロールバルブ２６は、図示しないコイル及びプランジャから成る電磁ソレノイド５０と、一端が前記プランジャに接続されるスプール５１と、該スプール５１を収容するハウジング５２とから主として構成されている。

スプール５１は略管状を成し、その長手方向の略中央部分には周方向へ延びる底浅の溝５１ａが形成されている。また、この溝５１ａに対して先端部側と基端部側とのそれぞれには、スプール５１の内部空間５１ｄに連通する孔５１ｂ，５１ｃが形成されている。このスプール５１は、ハウジング５２内に収容された状態で、同じくハウジング５２内に収容されたコイルスプリング５３によって先端部が押圧され、基端部側へ付勢されている。また、スプール５１は、制御装置２７（図１参照）からの指示に従って電磁ソレノイド５０が駆動することにより、長手方向に沿って変位可能になっている。

ハウジング５２は、その壁部に供給ポート５２ａ、遅角ポート５２ｂ、進角ポート５２ｃ、及びドレインポート５２ｄを有し、これらの各ポート５２ａ〜５２ｄはハウジング５２の内部空間に連通している。このうち供給ポート５２ａは、図示しない流量計及びオイルフィルタを介し、クランクケース２０（図１参照）の内底部に蓄えられてオイルポンプ（図示せず）によって圧送された作動油を、ハウジング５２内へ導入する。供給ポート５２ａから導入された作動油は、スプール５１の位置に応じ、例えば、遅角ポート５２ｂ又は進角ポート５２ｃへ配送されるようになっている。

また、遅角ポート５２ｂ及び進角ポート５２ｃは、エンジンＥの壁部内に形成された通路、又はエンジンＥの壁部の外側に配設されたパイプ等から成る通路を通じ、上述した可変バルブタイミング機構２５の遅角オイル通路４０及び進角オイル通路４１（図２参照）のそれぞれと連通している。また、ドレインポート５２ｄは、スプール５１の孔５１ｂを介して該スプール５１の内部空間５１ｄに連通している。

オイルコントロールバルブ２６の動作について図５を用いて更に説明する。図５（ａ）は、オイルコントロールバルブ２６の中立状態を示し、図５（ｂ）は、進角ポート５２ｃへ作動油を配送するときの状態を示し、図５（ｃ）は、遅角ポート５２ｂへ作動油を配送するときの状態を示している。

図５（ａ）に示す中立状態では、スプール５１の中央の溝５１ａが供給ポート５２ａにのみ連通し、遅角ポート５２ｂ及び進角ポート５２ｃの何れにも連通していない。従ってこのとき、供給ポート５２ａからハウジング５２内に導入された作動油は遅角ポート５２ｂ及び進角ポート５２ｃの何れへも配送されない。また、この中立状態では、遅角ポート５２ｂ及び進角ポート５２ｃの何れもがスプール５１の外壁部によって塞がれており、各ポート５２ｂ、５２ｃはドレインポート５２ｄに連通していない。従って、可変バルブタイミング機構２５の遅角室３８及び進角室３７内の作動油は排出されることなく、ロータ２９とケーシング３０との相対位相は維持される。

次に図５（ｂ）に示すように、制御装置２７によって電磁ソレノイド５０が駆動してスプール５１が先端側（図５の左側）へ変位されると、スプール５１の中央の溝５１ａが供給ポート５２ａ及び進角ポート５２ｃの双方に連通する状態となる。すると、供給ポート５２ａから導入された作動油は、進角ポート５２ｃから進角オイル通路４１（図２参照）を通じて可変バルブタイミング機構２５の進角室３７へ作動油が供給される。一方、遅角ポート５２ｂがスプール５１の孔５１ｃに連通する状態となり、可変バルブタイミング機構２５の遅角室３８内の作動油は、遅角オイル通路４０及び遅角ポート５２ｂを通じ、更にスプール５１の基端側の孔５１ｃから内部空間５１ｄを介して先端側の孔５１ｂへ流れ、ドレインポート５２ｄから排出される。その結果、ロータ２９はケーシング３０に対し、図３の矢符Ｄ₁に示す方向（進角側）へ移動することとなる。

次に、図５（ｃ）に示すように、電磁ソレノイド５０によってスプール５１が基端側（図５の右側）へ変位されると、スプール５１の中央の溝５１ａが供給ポート５２ａ及び遅角ポート５２ｂの双方に連通する状態となる。すると、供給ポート５２ａから導入された作動油は、遅角ポート５２ｂから遅角オイル通路４０（図２参照）を通じて可変バルブタイミング機構２５の遅角室３８へ作動油が供給される。一方、進角ポート５２ｃが、スプール５１の先端側の孔５１ｂの近傍に形成されたスプール５１とハウジング５２との隙間を通じ、ドレインポート５２ｄに連通する状態となる。そして、可変バルブタイミング機構２５の進角室３７内の作動油は、進角オイル通路４１及び進角ポート５２ｃを通じ、ドレインポート５２ｄから排出される。その結果、ロータ２９はケーシング３０に対し図３の矢符Ｄ₂に示す方向（遅角側）へ移動することとなる。

このようにロータ２９が矢符Ｄ₁方向またはＤ₂方向へ変位して所望の位置に到達すると、制御装置２７からの指示によりオイルコントロールバルブ２６は中立位置（図５（ａ）参照）とされ、これによりロータ２９のケーシング３０に対する位相は維持される。

ところで、本実施の形態に係る制御装置２７は、クランクシャフト１４の回転位相を検出すべく適宜設けられたクランク角センサからの信号と、カムシャフト（変位部）１７の回転位相を検出すべく適宜設けられたカム角センサからの信号とから得られる両シャフト１４，１７の相対的な回転位相（実測値）を、エンジンＥの回転数から決定される目標の回転位相（目標値）に一致させるように、ロータ２９の位置補正のための補正制御量（即ち、オイルコントロールバルブ２６の操作量）を決定する。以下、制御装置２７の構成、及び制御装置２７による制御方法について具体的に説明する。

図６は、制御装置２７の構成を示す制御ブロック図であり、図７は、制御装置２７による補正制御量の算出フローを示すフローチャートである。図６に示すように制御装置２７は、スライディングモード制御と条件付きの積分制御とを実行し、それぞれから得られる制御量（第１制御量、第２制御量）から最終的な補正制御量を算出するよう構成されている。

より詳しく説明すると、制御装置２７は偏差演算セクション（偏差算出部）５０を有し、ここで回転位相の目標値Ｖθ_T（例えば、３０°）と実測値Ｖθ_A（例えば、２５°）とから、図６の式（１）で示される演算式に基づいて両者の偏差ΔＶθ（例えば、５°）が算出される（図７のＳ１）。この偏差ΔＶθは、スライディングモード制御セクション（スライディングモード制御演算部）５１と積分制御セクション（積分制御演算部）５２とへそれぞれ入力される。

スライディングモード制御セクション５１では、偏差ΔＶθに傾き（ゲイン）γを乗じて得た値と、偏差ΔＶθを時間で微分して得た値とを加算して切換関数ΔＶθ_funcを算出する（図６の式（２））。そして、この切換関数ΔＶθ_funcを、チャタリングを防止するために平滑関数に適用して、本セクション５１の出力たる第１制御量ＵＮＬを算出する（図６の式（３），図７のＳ２）。

積分制御セクション５２では、最初のセクション（偏差範囲判定部）にて、偏差ΔＶθがゼロ値を含む所定の数値範囲内に含まれるか否かを判別する（図７のＳ３）。具体的に本実施の形態に係る制御装置２７では、偏差ΔＶθが、下限値ΔＶθ_min＝−５°以上かつ上限値ΔＶθ_max＝＋５°以下で定められた範囲ΔＶθ_range内にあるか否かを判別する。そして、範囲ΔＶθ_range内にあれば（図７のＳ３：ＹＥＳ）、偏差ΔＶθを所定の積分ゲインＫ₂で積分し（図７のＳ４）、本セクション５２の出力たる第２制御量ＵＬを算出する（図７のＳ６）。一方、偏差ΔＶθが範囲ΔＶθ_range外にあるときは（図７のＳ３：ＮＯ）ゼロ値を積分し（図７のＳ５）、これを第２制御量ＵＬとする（図７のＳ６）。なお、積分制御セクション５２では過去の積分により得られた値が保持されるため、ステップ５を経てゼロ値を積分して得られる第２制御量ＵＬは、前回の積分により得られたものと同じ値になる。

次に、第１制御量ＵＮＬ及び第２制御量ＵＬは、加算セクション（加算部）５３へ入力されて両者が加算され（図７のＳ７）、更に所定のオフセット値が加算されて（図７のＳ８）、補正制御量ＶＴＣＤＴＹが取得される（図７のＳ９）。なお、本実施の形態における上記オフセット値とは、オイルコントロールバルブ２６を略中立位置にするための値であり、例えば、可動範囲を０％〜１００％とした場合の５０％の値として設定することができる。このように設定したオフセット値は、スプール５１が図５（ａ）に示す中立位置に位置させるものであり、このようなオフセット値が加算される第１制御量ＵＮＬと第２制御量ＵＬとの和「ＵＮＬ＋ＵＬ」の値は、中立位置からの補正量を意味している。

上述したように、制御装置２７は、スライディングモード制御セクション５１で算出された第１制御量ＵＮＬと積分制御セクション５２で得られた第２制御量ＵＬとに基づいて補正制御量ＶＴＣＤＴＹを取得するようになっている。そして、この補正制御量ＶＴＣＤＴＹに従ってオイルコントロールバルブ２６を駆動することにより、可変バルブタイミング機構２５のロータ２９をケーシング３０に対して（即ち、カムシャフト１７をクランクシャフト１４に対して）位相制御する。

図８は、制御装置２７によって位相制御される可変バルブタイミング機構２５のロータ２９の動作例を示すグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸はロータ２９の位相（角度）を示している。また、図８中の実線はロータ２９の位相の実測値Ｖθ_Aを示し、破線はロータ２９の位相の目標値Ｖθ_Tを示している。

この図８に示す例では、ロータ２９の位相の実測値Ｖθ_A0が目標値Ｖθ_T0（ここでは、Ｖθ_A0＝Ｖθ_T0＝１０°）に略一致している状態から、時刻ｔ₁に目標値Ｖθ_T1（ここでは、Ｖθ_T1＝３０°）となっている。この場合、時刻ｔ₁においては目標値Ｖθ_T1と実測値Ｖθ_A0との偏差ΔＶθ（＝２０°）が大きく、その値は所定の数値範囲ΔＶθ_range（−５°〜＋５°）外にあるため、積分制御演算部への入力ΔＶθはゼロとなり、積分制御の出力は変わらず、スライディングモード制御の出力のみが変化する。そのため、応答性がよく、またオーバーシュートすることなく、実測値Ｖθ_Aは速やかに目標値Ｖθ_T1へ近接することとなる。

時刻ｔ₂（ｔ₂＞ｔ₁）になると目標値Ｖθ_T1と実測値Ｖθ_A2との偏差ΔＶθ（＝５°）が前記数値範囲ΔＶθ_range内に含まれることとなり、スライディングモード制御及び積分制御の出力が共に変化する。そのため、良好な応答性とオーバーシュートの抑制とを確保しつつ、残留偏差が抑制されて時刻ｔ₃には実測値が目標値Ｖθ_T1に収束することとなる。

これにより、スライディングモード制御の特性である良好な応答性とオーバーシュートの抑制という効果を奏しつつ、目標値Ｖθ_Tへ達する以前に実測値Ｖθ_Aが収束して生じる残留偏差が積分制御によって抑制される。

また、上述したように偏差ΔＶθの値の大小に応じてスライディングモード制御に対し積分制御動作（即ち、ΔＶθがゼロでなく積分制御出力が変化する状態の動作）が自動的に併用されるので、温度変化に伴う作動油の粘性変化や機械的製造誤差があったとしても、スライディングモード制御に係るゲインＫ₁や積分制御に係る積分ゲインＫ₂（図６参照）を固定値として設定すればよく、制御の容易化を図ることができる。

ここで、本実施の形態に係る制御方法においては、偏差ΔＶθを積分するか否かの基準とする数値範囲ΔＶθ_rangeとして、−５°以上かつ＋５°以下と設定したがこれに限られない。例えば、−３°以上かつ＋３°以下と設定してもよいし、上限値と下限値との絶対値を異なる値としてもよい。但し、偏差ΔＶθが比較的小さくなった状態で積分制御動作を併せて行うためには、スライディングモード制御のみを実行したときに生じる可能性のある残留偏差の値よりも、数値範囲ΔＶθ_rangeの上限値ΔＶθ_max及び下限値ΔＶθ_minの絶対値を大きくしておく必要がある。

また、積分ゲインＫ₂の値は、本実施の形態では積分制御動作が開始される偏差ΔＶθが５°のときから、この偏差ΔＶθが１°になるのに要する時間が約３０秒間となるように比較的小さな値に設定されている。これにより、オーバーシュートの発生を抑制しつつ、実測値Ｖθ_Aを確実に目標値Ｖθ_Tへ近づけることができている。このように積分ゲインＫ₂を小さくすると、実測値Ｖθ_Aが目標値Ｖθ_Tへ速やかに（例えば、１秒程度で）収束した場合は、積分制御演算部へ偏差ΔＶθが入力される時間（図８で言えば時間ｔ₂〜ｔ₃の間の時間）が短くなり、且つ、この間の偏差ΔＶθの値は小さいので、結果として積分セクション５２からの出力値は偏差ΔＶθの入力前とほとんど変らない値となる。これにより、実測値Ｖθ_Aが目標値Ｖθ_Tへ速やかに収束するような好適な状態が実質的に保持され、以後、目標値Ｖθ_Tの変更があった場合にも、この目標値Ｖθ_Tへ実測値Ｖθ_Aが速やかに収束することを期待することができる。

また、積分ゲインＫ₂の値は、積分制御動作が開始される偏差ΔＶθの設定値（即ち、範囲ΔＶθ_rangeの上限値ΔＶθ_max又は下限値ΔＶθ_min）に対応して設定され、例えば、上限値ΔＶθ_max又は下限値ΔＶθ_minの絶対値の設定を変更する場合には、この絶対値に比例するように設定してもよい。

また、本実施の形態ではスライディングモード制御においてチャタリングを防止すべく平滑関数を用いたが（図６の式（３））、チャタリングを防止することができる公知の他の関数を用いることも可能である。また、積分制御において、偏差ΔＶθが範囲ΔＶθ_range内にあるときには偏差ΔＶθそのものを積分することとしているが、偏差ΔＶθに所定の定数を乗じたり加算して得た値を積分することも許容される。

また、制御装置２７による位相制御が適用される可変バルブタイミング機構２５及びオイルコントロールバルブ２６は、上述した構成に限定されるものではない。例えば、可変バルブタイミング機構２５として油圧式のものに換えて電磁式の構成を有する機構を採用してもよい。

即ち、本発明に係る可変バルブタイミング機構２５の制御方法及び制御装置は、本実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。

本発明は、作動油の粘性変化や機械的製造誤差があったとしても、比較的容易な方法及び構成によって、オーバーシュートや残留偏差の発生を抑制することができる可変バルブタイミング機構の制御方法及び制御装置に適用することができ、また、このような制御を必要とする自動二輪車に適用することができる。

本発明の実施の形態に係る可変バルブタイミング機構を有するエンジンを備えたロードスポーツタイプの自動二輪車の左側面図である。可変バルブタイミング機構をカムシャフトの軸芯に沿う面で切断したときの断面図である。図２に示す可変バルブタイミング機構のIII-III矢視図である。オイルコントロールバルブの構成を示す一部断面図である。図４に示すオイルコントロールバルブの動作説明図であり、（ａ）は中立状態を示し、（ｂ）は進角ポートへ作動油を配送するときの状態を示し、（ｃ）は遅角ポートへ作動油を配送するときの状態を示している。制御装置の構成を示す制御ブロック図である。図６に示す制御装置による補正制御量の算出フローを示すフローチャートである。図６に示す制御装置によって位相制御される可変バルブタイミング機構のロータの動作例を示すグラフであり、横軸は時間を示し、縦軸はロータの位相（角度）を示している。

符号の説明

１自動二輪車
１４クランクシャフト
１７カムシャフト
２５バルブタイミング機構
２６オイルコントロールバルブ
２７制御装置
５０差分演算セクション
５１スライディングモード制御セクション
５２積分制御セクション
５３加算セクション
Ｅエンジン

Claims

変位部の位置を変更することによって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更させる可変バルブタイミング機構の制御方法であって、
前記可変バルブタイミング機構の前記変位部の位置に関する目標値と実測値との偏差に基づいてスライディングモード制御により第１制御量を算出し、
前記偏差がゼロ値を含む所定の数値範囲内にある場合は前記偏差を入力とする積分により第２制御量を算出する一方、前記偏差が前記数値範囲内にない場合はゼロ値を入力とする積分により前記第２制御量を算出し、
前記第１制御量及び前記第２制御量を加算して前記変位部の位置補正のための補正制御量を設定する
ことを特徴とする可変バルブタイミング機構の制御方法。
変位部の位置を変更することによって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更させる可変バルブタイミング機構の制御装置であって、
前記可変バルブタイミング機構の前記変位部の位置に関する目標値と実測値との偏差を算出する偏差算出部と、前記偏差がゼロ値を含む所定の数値範囲内にあるか否かを判定する偏差範囲判定部と、前記偏差に基づいてスライディングモード制御により第１制御量を算出するスライディングモード制御演算部と、前記偏差範囲判定部からの出力に基づいて積分により第２制御量を算出する積分制御演算部と、前記第１制御量及び前記第２制御量を加算して前記変位部の位置補正のための補正制御量を設定する加算部とを備え、
前記偏差範囲判定部は、前記偏差が前記数値範囲内にあると判定した場合は前記偏差を前記積分制御演算部へ出力する一方、前記偏差が前記数値範囲内にないと判定した場合はゼロ値を前記積分制御演算部へ出力するよう構成されてい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。
前記偏差範囲判定部での判定基準となる偏差に関する前記数値範囲は、上限値がプラス５度以下であって下限値がマイナス５度以上に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の可変バルブタイミング機構の制御装置。
上記請求項２又は３に係る可変バルブタイミング機構の制御装置を備えることを特徴とする自動二輪車。