JP4775110B2 - バルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。

内燃機関の運転状態に応じて機関バルブの開閉時期、すなわち作動タイミングを許容範囲内で可変として機関出力やエミッション、燃費といった機関性能の向上を図るバルブタイミング制御装置が開発され、実用化されている。こうしたバルブタイミング制御装置の一例として、特許文献１には、クランクシャフトとカムシャフトとの間に可変動弁機構を設け、この可変動弁機構に設けられた油圧室に対する油圧制御に基づいてクランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相を変更することにより作動タイミングを可変とするものが記載されている。上記バルブタイミング制御装置には、油圧制御を行うための油圧制御弁が設けられており、この油圧制御弁はデューティ制御された電圧が印加されることに基づき開度調節される。そして、この油圧制御弁を通じた油圧制御に基づいて、クランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相が許容範囲内で進角、遅角、あるいは保持される。

ところで、このような油圧制御弁を使用する場合、製造時のばらつきや使用条件、あるいは経時変化等による油圧制御弁間の個体差があるために、油圧制御弁の開度を制御するデューティ比制御値と実際の作動タイミングとの関係には個体毎にばらつきが生じることとなる。そこで、クランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相が保持されているとき、すなわち作動タイミングの実位相の変動が小さくなり安定しているときに、そのときの油圧制御弁のデューティ比制御値を保持学習値として更新する。そして、この学習更新された保持学習値に基づき油圧制御弁の開度制御を行うことによって、上述した個体毎のばらつきに対応している。

また、機関運転状態が変化すると、これに応じて作動タイミングの目標位相が変更されることとなるが、この場合には、フィードバック制御を行うことによって、作動タイミングの実位相を目標位相に一致させる。具体的には、作動タイミングの目標位相と実位相との偏差に比例する補正値（比例項）を上記保持学習値に加算するとともに、同偏差の変化速度に比例する補正値（微分項）を同保持学習値から減算することにより制御値を算出している。
特開２０００−２３０４３７号公報

ところで、上記バルブタイミング制御装置にあっては、例えば油圧制御弁の開度を制御する制御装置が交換されて保持学習値に対して初期値が設定された場合のように、保持学習値と実際に作動タイミングを保持することのできるデューティ比制御値とが大きくずれることがある。この場合には、以下に説明する理由により作動タイミングの実位相がハンチングすることとなる。

図９及び図１０は、作動タイミングの実位相、比例項、偏差の変化速度、微分項をマイナス１倍した値、及びデューティ比制御値の時間変化をそれぞれ併せ示すタイミングチャートである。なお、図９は保持学習値と実際に作動タイミングを保持することのできるデューティ比制御値とが一致している、あるいは近似している場合に対応しており、図１０は保持学習値が同デューティ比制御値よりも小さく、且つその偏差が大きい場合に対応している。

上記バルブタイミング制御装置では、作動タイミングの目標位相ｅｖｔｔと実位相ｅｖｔとの間に所定の偏差Δｅｖｔ（＝ｅｖｔｔ−ｅｖｔ）が生じると、これを小さくするべく、式（１）に示すようにデューティ比制御値ｔ＿ｄｖｔが算出される。

ｔ＿ｄｖｔ＝ｇｄｖｔ＋ｐｄｖｔ―ｄｄｖｔ・・・（式１）
ここで、保持学習値ｇｄｖｔに対して、偏差Δｅｖｔに比例する補正値である比例項ｐｄｖｔが加算され、偏差Δｅｖｔの変化速度ｄ（Δｅｖｔ）／ｄｔに比例する補正値である微分項ｄｄｖｔが減算される。こうして算出された制御値ｔ＿ｄｖｔに基づいて油圧制御が行われることにより、作動タイミングの実位相ｅｖｔは目標位相ｅｖｔｔに近づくように変化することとなる。

保持学習値ｇｄｖｔが、実際に作動タイミングを保持することのできるデューティ比制御値ｇｄｖｔｔと一致している、あるいは近似している場合には、図９に示されるように、上記偏差Δｅｖｔは比例項ｐｄｖｔによって小さくなる。そして、上記偏差Δｅｖｔが小さくなることに伴って比例項ｐｄｖｔも小さくなる。また、上記偏差Δｅｖｔ及び比例項ｐｄｖｔが小さくなり、これらの変動が小さくなるにつれて、偏差Δｅｖｔの変化速度ｄ（Δｅｖｔ）／ｄｔも小さくなり、これに伴って微分項ｄｄｖｔも小さくなる。そして、こうして比例項ｐｄｖｔ及び微分項ｄｄｖｔが小さくなるにつれて作動タイミングの実位相ｅｖｔは目標位相ｅｖｔｔに収束していくこととなる。

一方、保持学習値ｇｄｖｔが上記デューティ比制御値ｇｄｖｔｔよりも小さく、且つその偏差Δｇｄｖｔ（＝｜ｇｄｖｔｔ−ｇｄｖｔ｜）が大きい場合には、図１０に示されるように、上記偏差Δｅｖｔは比例項ｐｄｖｔが効くことによって小さくはなる。しかし、作動タイミングの実位相ｅｖｔが目標位相ｅｖｔｔに最も近づいた場合であっても、目標位相ｅｖｔｔと実位相ｅｖｔとの間には上記偏差Δｇｄｖｔに応じた所定の偏差Δｅｖｔ１が残ることとなる。これは、保持学習値ｇｄｖｔが上記デューティ比制御値ｇｄｖｔｔよりも上記偏差Δｇｄｖｔ分だけ小さく、そのために（式１）により算出されるデューティ比制御値ｔ＿ｄｖｔが小さく抑えられるためである。ここで、保持学習値ｇｄｖｔが上記デューティ比制御値ｇｄｖｔｔと一致、あるいは近似しているときに比べて、上記偏差Δｅｖｔは大きくなるため、このように大きな偏差Δｅｖｔに応じて比例項ｐｄｖｔは大きく変動することとなり、これに伴って微分項ｄｄｖｔも大きく変動することとなる。その結果、保持学習値ｇｄｖｔが上記制御値ｇｄｖｔｔと一致、あるいは近似しているときに比べて、作動タイミングの実位相ｅｖｔは大きく変動する、すなわちハンチングすることとなる。

そして、このように作動タイミングの実位相ｅｖｔがハンチングして安定しないときには、保持学習値ｇｄｖｔを適正な値に更新することができず、保持学習値ｇｄｖｔと上記デューティ比制御値ｇｄｖｔｔとが大きくずれたままの状態が継続されることとなる。その結果、作動タイミングの実位相ｅｖｔを目標位相ｅｖｔｔに収束させることができないといった問題が生じる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関バルブの作動タイミングの実位相が何らかの原因によりハンチングした場合であってもこれを目標位相に収束させることのできる内燃機関のバルブタイミング制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関のクランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相を液圧の制御に基づき調節することにより機関バルブの作動タイミングを許容範囲内で可変とする可変動弁機構に適用されて、前記相対回転位相を保持せしめる際の前記液圧の制御値であって前記作動タイミングの実位相が安定したときに更新される保持学習値、前記内燃機関の運転状態に基づいて算出される前記作動タイミングの目標位相と前記作動タイミングの実位相との偏差に比例する値であって前記保持学習値に加算される比例項、及び同偏差の変化速度に比例する値であって前記保持学習値から減算される微分項に基づき前記実位相を前記目標位相に一致させるように前記作動タイミングを制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置であり、前記保持学習値が所定期間更新されないときに前記目標位相と前記実位相との偏差が小さくなるように前記保持学習値を強制的に更新する内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、前記保持学習値を強制的に更新する際の前記実位相が前記目標位相よりも大きいときには前記保持学習値から所定値を減算することにより前記保持学習値を更新し、前記保持学習値を強制的に更新する際の前記実位相が前記目標位相よりも小さいときには前記保持学習値に所定値を加算することにより前記保持学習値を更新することをその要旨とする。

上記構成によれば、何らかの原因により、保持学習値がクランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相を保持せしめることのできる制御値からずれた状態となり、これに伴い作動タイミングの実位相がハンチングしているときには、こうした状態を、保持学習値が所定期間更新されないことに基づいて把握する。そしてこのとき、保持学習値を作動タイミングの目標位相と実位相との偏差が小さくなるように強制的に更新することにより、作動タイミングの実位相が安定していなくとも保持学習値を適切な制御値に近づけることができる。その結果、機関バルブの作動タイミングの実位相がハンチングした場合であってもこれを目標位相に収束させることができる。

具体的には、前記保持学習値が所定期間更新されないときに、前記実位相が前記目標位相よりも大きいときには前記保持学習値から所定値を減算し、前記実位相が前記目標位相よりも小さいときには前記保持学習値に所定値を加算するといった態様を採用するようにしている。

内燃機関のバルブタイミング制御装置では、機関始動に際して、作動タイミングが許容範囲内の一端にて保持されるように、保持学習値を、クランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相の変化を抑制することのできる値に設定しているものがある。例えば、機関始動に際して作動タイミングが最遅角側に設定される場合には、保持学習値を、クランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相が保持ないし遅角側に制御される値に設定される値にしている。こうした場合には、保持学習値が上記適切な制御値からずれた状態となりやすい。その結果、作動タイミングの実位相がハンチングするおそれがある。

この点、上記請求項１に記載の本発明では、保持学習値が所定期間更新されないときに作動タイミングの目標位相と作動タイミングの実位相との偏差が小さくなるように保持学習値が強制的に更新される。このため、作動タイミングの実位相が安定していなくとも保持学習値を上記適切な制御値に近づけることができる。その結果、作動タイミングの実位相がハンチングした場合であってもこれを目標位相に収束させることができる。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の内燃機関のバルブタイミング制御装置（以下、単にバルブタイミング制御装置という。）の第１実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。なお、本実施形態では、バルブタイミング制御装置の適用される内燃機関として、直列４気筒のガソリンエンジンが採用されている。

図１は本実施形態のバルブタイミング制御装置が適用される内燃機関の概略構成を示した斜視図である。
図１に示されるように、内燃機関１にはシリンダヘッド２及びシリンダブロック３が配設されており、シリンダブロック３に形成された各気筒内にはそれぞれピストン３０が往復動可能に配設されている。ピストン３０にはコネクティングロッド３１を介してクランクシャフト５が連結されており、ピストン３０の往復動はコネクティングロッド３１によりクランクシャフト５の回転運動に変換される。

クランクシャフト５の先端部には、クランクプーリ１０、及びクランク角ロータ１１がそれぞれ取り付けられている。クランク角ロータ１１の外周面には複数の歯が等間隔に突出して形成されている。クランク角ロータ１１の近傍には、電磁ピックアップ式のクランク角センサ１２が設けられている。クランク角センサ１２は、その近傍を上記歯が通過するごとにパルス状の電気信号を電子制御装置２７に対して出力する。なお、これらの歯の中には１本分だけ欠け歯となっている部分が存在し、電子制御装置２７は、この欠け歯に基づいてクランクシャフト５の回転位相を把握する。

クランクシャフト５の先端部には、同クランクシャフト５の回転に基づき駆動されるオイルポンプ１６が設けられている。オイルポンプ１６は、オイルパン４内に貯留されたオイルを吸引するとともに、吸引したオイルを内燃機関１の潤滑の必要な部位に潤滑油として供給する。また、オイルポンプ１６から供給されるオイルの一部はバルブタイミング制御装置の作動油として用いられる。なお、バルブタイミング制御装置は、油圧制御に基づいてクランクシャフト５と吸気カムシャフト６との相対回転位相を変更する装置であり、その詳細については後に説明する。

オイルポンプ１６により加圧吐出されたオイルの一部は、シリンダブロック３やシリンダヘッド２等に形成された供給油路２１を介して油圧制御弁１９に供給される。油圧制御弁１９は、シリンダヘッド２及び吸気カムシャフト６内に形成された遅角油路２２及び進角油路２３を介して同吸気カムシャフト６の先端部に取り付けられた可変動弁機構２０に接続されている。

上記クランクプーリ１０は、タイミングベルト１５を介して吸気カムプーリ１３及び排気カムプーリ１４に駆動連結されている。吸気カムプーリ１３は可変動弁機構２０を介して吸気カムシャフト６に対して相対回転可能となっている。排気カムプーリ１４は排気カムシャフト７の先端部に取り付けられており、同排気カムシャフト７と一体回転可能となっている。これにより、排気カムシャフト７とクランクシャフト５との相対回転位相は固定となっており、これに対して、吸気カムシャフト６とクランクシャフト５との相対回転位相は可変動弁機構２０によって変更可能となっている。

吸気カムシャフト６にはカム角ロータ１７が取り付けられており、その近傍には電磁ピックアップ式のカム角センサ１８が設けられている。カム角ロータ１７の外周には１つの歯が突出して形成されており、カム角センサ１８は前記クランク角センサ１２と同様に、その近傍を同歯が通過するごとにパルス状の電気信号を電子制御装置２７に対して出力する。電子制御装置２７はこのカム角センサ１８からの信号に基づいて吸気カムシャフト６の回転位相を把握する。そして、吸気カムシャフト６の回転位相と、上記クランク角センサ１２の出力信号から把握されるクランクシャフト５の回転位相とを対比することにより、吸気バルブ２８の作動タイミングの実位相ｅｖｔを把握する。

また、吸気カムシャフト６及び排気カムシャフト７には、気筒毎にそれぞれ２つの吸気カム８及び排気カム９が一体回転可能に設けられており、吸気カム８及び排気カム９は吸気バルブ２８及び排気バルブ２９を押圧してこれらを開閉駆動する。こうした構成により、本実施形態の内燃機関１では、クランクシャフト５の回転位相に対して、排気バルブ２９の作動タイミングは固定となり、吸気バルブ２８の作動タイミングは変更可能となる。

図２は可変動弁機構の断面構造及び油圧制御系の概略構成を併せ示したものである。なお図２は、吸気カムシャフト６の中心軸方向に沿った断面構造を示している。
図２に示されるように、可変動弁機構２０は、内部ロータ４０、ハウジング４２、及びカバー４３を備えている。

内部ロータ４０は、吸気カムシャフト６の先端にセンタボルト４６によって固定されており、吸気カムシャフト６と一体回転可能となっている。内部ロータ４０の外周面には、複数（本実施形態では４つ）のベーン４１が径方向に突出して形成されている。

内部ロータ４０及びベーン４１の外周には、これらを覆うようにハウジング４２及びカバー４３が配設されている。これらハウジング４２及びカバー４３は、複数の取り付けボルト４９により吸気カムプーリ１３と固定されており、ハウジング４２及びカバー４３は吸気カムプーリ１３と一体回転可能となっている。

図３は、可変動弁機構の断面図であって、吸気カムシャフト６の中心軸方向に対して垂直な方向に沿った断面構造を示している。
図３に示されるように、ハウジング４２の内周面には、内部ロータ４０のベーン４１と同数（本実施形態では４つ）の突部４４が突出して形成されており、隣り合う突部４４の間には同数の凹部４５がそれぞれ形成されている。そして、これら凹部４５には、ベーン４１が収容されている。ベーン４１の先端面は凹部４５の内周面と摺接しており、突部４４の先端面は内部ロータ４０の外周面と摺接している。内部ロータ４０及び吸気カムシャフト６と、吸気カムプーリ１３、ハウジング４２、及びカバー４３とは、互いに同一の軸心、すなわち吸気カムシャフト６の中心軸を中心として相対回動可能となっている。

ハウジング４２の凹部４５は、ベーン４１と突部４４とにより２つの空間４７，４８に区画形成されている。ここで、これら２つの空間４７，４８のうち、ベーン４１に対して吸気カムシャフト６の回転方向Ｄ側の空間４７を遅角側油圧室４７、その反対側の空間４８を進角側油圧室４８とする。可変動弁機構２０は、これら各油圧室４７，４８内に供給される作動油の圧力制御（油圧制御）に基づいて作動される。

次に、各油圧室４７，４８内に供給される作動油の圧力を制御する油圧制御系の構成について、図２に基づき説明する。
図２に示されるように、油圧制御系は、油圧制御弁１９、上記供給油路２１、同油圧制御弁１９と可変動弁機構２０とを接続する複数の油路（遅角油路２２，進角油路２３）、同油圧制御弁１９とオイルパン４とを接続する複数の油路（排出油路３２Ａ，３２Ｂ）、及び電子制御装置２７から構成される。なお、本実施形態では電子制御装置２７がバルブタイミング制御装置に相当する。

油圧制御弁１９はデューティ制御された電圧に基づき開度制御される電磁駆動弁である。油圧制御弁１９は、スプール３５、同スプール３５をその軸方向に付勢するコイルスプリング３４、電圧が印加されることにより同コイルスプリングの付勢力に抗して同スプール３５を移動させる電磁ソレノイド３３を備えている。

電子制御装置２７は、電磁ソレノイド３３に対して印加する電圧をデューティ制御する。電圧のデューティ比が変更されると、これに応じて電磁ソレノイド３３の発生する力が変化し、この変化した電磁ソレノイド３３の力とコイルスプリング３４の付勢力とが釣り合うところで上記スプール３５の位置が決められる。

遅角油路２２の一端は上記遅角側油圧室４７に接続され、その他端は油圧制御弁１９に接続されている。一方、進角油路２３の一端は上記進角側油圧室４８に接続され、その他端は油圧制御弁１９に接続されている。

排出油路３２Ａ，３２Ｂの一端はそれぞれオイルパン４内に開放され、その他端は油圧制御弁１９にそれぞれ接続されている。
油圧制御弁１９の電磁ソレノイド３３に対して上記デューティ制御された電圧が印加されると、これに応じてスプール３５の位置が変更される。これにより、遅角油路２２及び進角油路２３と、供給油路２１及び排出油路３２Ａ，３２Ｂとの連通量が変化して、遅角油路２２及び進角油路２３に対してそれぞれ供給される作動油の量、あるいは遅角油路２２及び進角油路２３からそれぞれオイルパン４へ排出される作動油の量が変更される。なお、本実施形態では、電磁ソレノイド３３に印加される電圧のデューティ比が大きくされるほど進角油路２３に対する油圧供給量が増加する、すなわち作動タイミングの実位相が進角側に変化する。一方、デューティ比が小さくされるほど遅角油路２２に対する油圧供給量が増加する、すなわち作動タイミングの実位相が遅角側に変化する。

次に、可変動弁機構２０の作動制御について説明する。
電子制御装置２７は、上記クランク角センサ１２やその他の各種センサ２４の検出結果に基づいて内燃機関１の運転状態を把握するとともに、把握された機関運転状態に基づいて吸気バルブ２８の作動タイミングの目標位相ｅｖｔｔを算出する。そして、作動タイミングの実位相ｅｖｔと目標位相ｅｖｔｔとの比較に基づいてデューティ比制御値ｔ＿ｄｖｔ（上記デューティ比に対応する）を算出する。こうして算出されたデューティ比制御値ｔ＿ｄｖｔに基づいて油圧制御弁１９の開度が調節されることにより、可変動弁機構２０の各油圧室４７，４８内の油圧が適宜調節されることとなる。

図４はデューティ比と可変動弁機構の作動速度との関係を示したグラフである。なお、図４において、作動速度Ｖが正の値（＋）であれば作動タイミングの実位相ｅｖｔは進角側に変化し、負の値（−）であれば同実位相ｅｖｔは遅角側に変化する。

図４の実線Ｌ１に示されるように、可変動弁機構２０の作動速度Ｖは、デューティ比ｄが「α％」よりも大きなときには正の値となり、作動タイミングの実位相ｅｖｔが進角側に変化する。一方、デューティ比ｄが「α％」よりも小さなときには負の値となり、作動タイミングの実位相ｅｖｔが遅角側に変化する。また、デューティ比ｄが「α％」に維持されるときにはゼロとなり、作動タイミングの実位相ｅｖｔが所定位相にて変化しなくなる。ここで、「α％」は、前述した、実際に作動タイミングを保持することのできる制御値ｇｄｖｔｔ、すなわち本発明におけるクランクシャフト５と吸気カムシャフト６との相対回転位相を保持せしめる際の制御値に対応するデューティ比ｄである。

ところで、上記デューティ比ｄと可変動弁機構２０の作動速度Ｖとの図４に示される関係、換言すれば、デューティ比制御値ｔ＿ｄｖｔと作動タイミングの実位相ｅｖｔの変化速度との関係には、油圧制御系を構成する個体毎にばらつきが生じることは前述したとおりである。またこの他に、オイルポンプ１６の吐出油圧の変動や作動油の粘度の温度変化といった内燃機関１の運転状態に伴う供給油圧の変動などによっても上記ばらつきが生じる。こうしたばらつきにより、可変動弁機構２０の作動速度Ｖがゼロとなるデューティ比、すなわち実際に作動タイミングの実位相ｅｖｔを保持することのできる制御値ｇｄｖｔｔの値も上記個体毎にばらつきが生じる。

そこで本実施形態では、可変動弁機構２０の作動速度Ｖが小さくなるとき、すなわち実位相ｅｖｔの変動が小さく且つ安定しているときに、そのときのデューティ比制御値ｔ＿ｄｖｔを保持学習値ｇｄｖｔとして更新する。

また、内燃機関１の運転状態が変化すると、これに応じて作動タイミングの目標位相ｅｖｔｔが変更されることとなるが、この場合には、フィードバック制御を行うことによって、作動タイミングの実位相ｅｖｔを目標位相ｅｖｔｔに一致させる。

電子制御装置２７は、前記（式１）に示すように、比例項ｐｄｖｔを上記保持学習値ｇｄｖｔに加算するとともに、微分項ｄｄｖｔを同保持学習値ｇｄｖｔから減算することによりデューティ比制御値ｔ＿ｄｖｔを算出する。比例項ｐｄｖｔは（式２）に示されるように比例ゲインＫｐと上記偏差Δｅｖｔとの乗算により算出され、微分項ｄｄｖｔは（式３）に示されるように微分ゲインＫｄと偏差Δｅｖｔの変化速度ｄ（Δｅｖｔ）／ｄｔとの乗算により算出される。

ｐｄｖｔ＝Ｋｐ・Δｅｖｔ・・・（式２）
ｄｄｖｔ＝Ｋｄ・（ｄ（Δｅｖｔ）／ｄｔ）・・・（式３）
ここで、比例ゲインＫｐ及び微分ゲインＫｄは規定値であって、マップ等に記憶された値が用いられる。これら比例ゲインＫｐ及び微分ゲインＫｄを大きくし過ぎると、作動タイミングの実位相ｅｖｔの変化が大きくなり過ぎるため、これらの値は実験等に基づいて予め設定される。

次に、機関始動時における微分ゲインＫｄの設定処理の手順について、図５のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートに示される一連の処理は、電子制御装置２７によって、所定の周期をもって繰り返し実行される。

図５に示されるように、この一連の処理ではまず、機関始動が開始されてから所定の期間Δｔｈが経過したか否かを判定する（ステップ１００）。
こうした判定処理を通じて、上記期間Δｔｈが経過したと判定されない場合には（ステップ１００：ＮＯ）、そのときの微分ゲインＫｄｉが微分ゲインＫｄとして継続して設定され（ステップ１１０）、この一連の処理は一旦終了される。ここで、所定の期間Δｔｈは、保持学習値ｇｄｖｔと実際に作動タイミングを保持することのできるデューティ比制御値ｇｄｖｔｔとが大きくはずれていない場合、すなわち、保持学習値ｇｄｖｔが正常に学習更新される場合において機関始動が開始されてから同保持学習値ｇｄｖｔの更新がなされるまでに要する期間の平均値である。なお、この所定の期間Δｔｈは実験等により予め求められているものである。

一方、上記判定処理（ステップ１００）を通じて、上記期間Δｔｈが経過したと判定された場合には（ステップ１００：ＹＥＳ）、機関始動が開始されてからの保持学習値ｇｄｖｔの更新履歴がないか否かを判定する（ステップ１２０）。

こうした判定処理を通じて、機関始動が開始されてからの保持学習値ｇｄｖｔの更新履歴がないと判定されない場合には（ステップ１２０：ＮＯ）、そのときの微分ゲインＫｄｉが微分ゲインＫｄとして継続して設定され（ステップ１１０）、この一連の処理は一旦終了される。

一方、上記判定処理（ステップ１２０）を通じて、機関始動が開始されてからの保持学習値ｇｄｖｔの更新履歴がないと判定された場合には（ステップ１２０：ＹＥＳ）、そのときの微分ゲインＫｄｉに補正係数Ａを乗算した値が微分ゲインＫｄとして設定される。本実施形態では、補正係数Ａが「０」に設定されている。こうして微分ゲインＫｄがゼロとされ（ステップ１３０）、この一連の処理は一旦終了される。

次に、本実施形態のバルブタイミング制御装置の作用について、図６のタイミングチャートを参照して説明する。なお、図６（ａ）は吸気バルブ２８の作動タイミングの実位相ｅｖｔの時間変化、図６（ｂ）は比例項ｐｄｖｔの時間変化、図６（ｃ）は目標位相ｅｖｔｔと実位相ｅｖｔとの偏差Δｅｖｔの変化速度の時間変化、図６（ｄ）は微分項ｄｄｖｔをマイナス１倍した値の時間変化、及び図６（ｅ）はデューティ比制御値ｔ＿ｄｖｔの時間変化の態様をそれぞれ示している。

機関始動時に設定されている保持学習値ｇｄｖｔが、実際に作動タイミングを保持することのできるデューティ比制御値ｇｄｖｔｔよりも小さく、且つその偏差Δｇｄｖｔ（＝｜ｇｄｖｔｔ−ｇｄｖｔｉ｜）が大きい場合には、可変動弁機構２０が作動し始めると、図６（ａ）に示されるように、作動タイミングの実位相ｅｖｔはハンチングする。すなわち、比例ゲインＫｐ及び微分ゲインＫｄの設定に対して偏差Δｇｄｖｔが過度に大きい場合には、作動タイミングの実位相ｅｖｔを目標位相ｅｖｔｔに到達させることができなくなる。その結果、比例項ｐｄｖｔ（偏差Δｅｖｔ）をゼロにすることができず、比例項ｐｄｖｔ（偏差Δｅｖｔ）の変化速度に応じて変化する微分項ｄｄｖｔをゼロに収束させることができなくなる。そして、機関始動が開始されたとき（時刻ｔ＝０）から所定の期間Δｔｈが経過するまでに保持学習値ｇｄｖｔの更新がなされていないと、時刻ｔｈにて微分ゲインＫｄがゼロに設定され、（式３）により微分項ｄｄｖｔはゼロとなる（図６（ｄ））。こうしてデューティ比制御値ｔ＿ｄｖｔを大きく変動させていた微分項ｄｄｖｔの影響がなくなることにより、デューティ比制御値ｔ＿ｄｖｔの変動が弱められる。その結果、作動タイミングの実位相ｅｖｔの変動も弱められることとなる。

＜実施形態の効果＞
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）内燃機関１のバルブタイミング制御装置では、機関始動に際して、吸気バルブ２８の作動タイミングが許容範囲内の一端である最遅角にて保持されるように、保持学習値ｇｄｖｔの値を、クランクシャフト５と吸気カムシャフト６との相対回転位相が保持ないし遅角側に制御される値、例えば上記「α％」よりも５％程度小さいデューティ比ｄに対応する値に設定している。こうした場合には、保持学習値ｇｄｖｔが上記相対回転位相を保持せしめることのできる制御値ｇｄｖｔｔからずれた状態となりやすい。その結果、作動タイミングの実位相ｅｖｔがハンチングするおそれがある。

この点、本実施形態では、保持学習値ｇｄｖｔが上記相対回転位相を保持せしめることのできる制御値ｇｄｖｔｔからずれた状態を、保持学習値ｇｄｖｔが所定の期間ｔｈ更新されないことに基づいて把握する。そしてこのとき、微分項ｄｄｖｔをゼロとすることにより、作動タイミングの実位相ｅｖｔの変動を小さくしてハンチングを弱めることができる。これにより、作動タイミングの実位相ｅｖｔを安定させて保持学習値ｇｄｖｔの学習条件を満たすことができる。その結果、吸気バルブ２８の作動タイミングの実位相ｅｖｔがハンチングした場合であってもこれを目標位相ｅｖｔｔに収束させることができる。

＜第２実施形態＞
本発明にかかる内燃機関のバルブタイミング制御装置の第２実施形態について、図７及び図８を参照して説明する。なお本実施形態では、作動タイミングの目標位相ｅｖｔｔと実位相ｅｖｔとの偏差Δｅｖｔの絶対値が大きく、且つ保持学習値ｇｄｖｔが所定期間Δｔｈ更新されないときに、保持学習値ｇｄｖｔを同偏差Δｅｖｔが小さくなるように強制的に更新する点が上記第１実施形態と異なっている。以下、相違点を中心に説明する。

保持学習値ｇｄｖｔの強制更新処理の手順について、図７のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートに示される一連の処理は、電子制御装置２７によって、所定の周期をもって繰り返し実行される。
図７に示されるように、この一連の処理ではまず、前回の保持学習値ｇｄｖｔの更新された時刻ｔ１から所定の期間Δｔｈが経過したか否かを判定する（ステップ２００）。

こうした判定処理を通じて、上記期間Δｔｈが経過したと判定されない場合には（ステップ２００：ＮＯ）、そのときの保持学習値ｇｄｖｔが保持学習値ｇｄｖｔとして継続して設定され（ステップ２１０）、この一連の処理は一端終了される。ここで、所定期間Δｔｈは、上記第１実施形態にて説明された所定期間Δｔｈと同じ値に設定されている。

一方、上記判定処理（ステップ２００）を通じて、上記期間Δｔｈが経過したと判定された場合には（ステップ２００：ＹＥＳ）、同期間Δｔｈに保持学習値ｇｄｖｔの更新履歴がないか否かを判定する（ステップ２２０）。

こうした判定処理を通じて、上記期間Δｔｈに保持学習値ｇｄｖｔの更新履歴がないと判定されない場合には（ステップ２２０：ＮＯ）、上記ステップ２１０に進み、この一連の処理は一端終了される。

一方、上記判定処理（ステップ２２０）を通じて、上記期間Δｔｈに保持学習値ｇｄｖｔの更新履歴がないと判定された場合には（ステップ２２０：ＹＥＳ）、次に、そのときの実位相ｅｖｔを含む直近Ｎ回分の実位相ｅｖｔのなまし値ｅｖｔａを算出する（ステップ２３０）。そして、算出されたなまし値ｅｖｔａと目標位相ｅｖｔｔとの偏差Δｅｖｔａ（＝ｅｖｔａ−ｅｖｔｔ）の絶対値｜ｅｖｔａ−ｅｖｔｔ｜が所定値Ｃ以上であるか否かを判定する（ステップ２４０）。ここで、所定値Ｃは、作動タイミングの実位相ｅｖｔがハンチングしていることを把握するための値であり、実験等により予め求められているものである。

こうした判定処理を通じて、上記偏差Δｅｖｔａの絶対値｜ｅｖｔａ−ｅｖｔｔ｜が所定値Ｃ以上であると判定されない場合には（ステップ２４０：ＮＯ）、上記ステップ２１０に進み、この一連の処理は一端終了される。これは保持学習値ｇｄｖｔが所定の期間Δｔｈ更新されない場合であっても上記偏差Δｅｖｔａが小さい場合には、そのときの保持学習値ｇｄｖｔが作動タイミングを保持することのできるデューティ比制御値ｇｄｖｔｔと一致している、あるいは近似している可能性が高く、保持学習値ｇｄｖｔを強制的に更新する必要がないためである。

一方、上記判定処理（ステップ２４０）を通じて上記偏差Δｅｖｔａの絶対値｜ｅｖｔａ−ｅｖｔｔ｜が所定値Ｃ以上であると判定された場合には（ステップ２４０：ＹＥＳ）、次に、上記なまし値ｅｖｔａが上記目標位相ｅｖｔｔよりも大きいか否かを判定する（ステップ２５０）。

こうした判定処理を通じて、なまし値ｅｖｔａが目標位相ｅｖｔｔよりも大きいと判定された場合には（ステップ２５０：ＹＥＳ）、そのときの保持学習値ｇｄｖｔが作動タイミングを保持することのできるデューティ比制御値ｇｄｖｔｔよりも大きい方向に大きくずれているものして、そのときの保持学習値ｇｄｖｔから所定値Ｂが減算された値が新たな保持学習値ｇｄｖｔとして設定され（ステップ２６０）、この一連の処理は一旦終了される。

一方、上記判定処理（ステップ２５０）を通じて、なまし値ｅｖｔａが目標位相ｅｖｔｔよりも大きいと判定されない場合には（ステップ２５０：ＮＯ）、そのときの保持学習値ｇｄｖｔが作動タイミングを保持することのできるデューティ比制御値ｇｄｖｔｔよりも小さい方向に大きくずれているものとして、そのときの保持学習値ｇｄｖｔに所定値Ｂを加算した値が新たな保持学習値ｇｄｖｔとして設定され（ステップ２３０）、この一連の処理は一旦終了される。

次に、本実施形態のバルブタイミング制御装置の作用について、図８のタイミングチャートを参照して説明する。なお、図８（ａ）は吸気バルブ２８の作動タイミングの実位相ｅｖｔの時間変化、図８（ｂ）は比例項ｐｄｖｔの時間変化、図８（ｃ）は目標位相ｅｖｔｔと実位相との偏差Δｅｖｔの変化速度ｄ（Δｅｖｔ）／ｄｔの時間変化、図８（ｄ）は微分項ｄｄｖｔをマイナス１倍した値の時間変化、及び図８（ｅ）はデューティ比制御値ｔ＿ｄｖｔの時間変化の態様をそれぞれ示している。

何らかの原因により、保持学習値ｇｄｖｔが実際に作動タイミングを保持することのできるデューティ比制御値ｇｄｖｔｔよりも小さく、且つその偏差Δｇｄｖｔ（＝｜ｇｄｖｔｔ−ｇｄｖｔ｜）が大きくなっている場合には、図８（ａ）に示されるように、作動タイミングの実位相ｅｖｔはハンチングすることとなる。ここで、前回の保持学習値ｇｄｖｔの更新された時刻ｔ１から所定の期間Δｔｈが経過した時刻ｔ２において、同期間Δｔｈに保持学習値ｇｄｖｔの更新履歴がなく、作動タイミングの実位相ｅｖｔのＮ回のなまし値ｅｖｔａと目標位相ｅｖｔｔとの偏差Δｅｖｔａの絶対値｜ｅｖｔａ−ｅｖｔｔ｜が所定値Ｃ以上となっている。そして、上記なまし値ｅｖｔａが目標位相ｅｖｔｔよりも小さい状態である。このため、上述したように、時刻ｔ２において、そのときの保持学習値ｇｄｖｔに所定値Ｂを加算した値が新たな保持学習値ｇｄｖｔとして設定される。こうして保持学習値ｇｄｖｔが上記デューティ比制御値ｇｄｖｔｔに近づけられると、時刻ｔ２以降において、作動タイミングの実位相ｅｖｔと目標位相ｅｖｔｔとの偏差Δｅｖｔが小さくなる。またこれに伴って、比例項ｐｄｖｔ及び微分項ｄｄｖｔの影響が小さくなり、デューティ比制御値ｔ＿ｄｖｔの変動が弱められる。その結果、作動タイミングの実位相ｅｖｔの変動も弱められることとなる。

＜実施形態の効果＞
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）何らかの原因により、保持学習値ｇｄｖｔがクランクシャフト５と吸気カムシャフト６との相対回転位相を保持せしめることのできるデューティ比制御値ｇｄｖｔｔからずれた状態となり、これに伴い作動タイミングの実位相ｅｖｔがハンチングしているときには、こうした状態を、保持学習値ｇｄｖｔが所定期間Δｔｈ更新されないことに基づいて把握する。そしてこのとき、保持学習値ｇｄｖｔを作動タイミングの目標位相ｅｖｔｔとそのときの実位相ｅｖｔを含む直近Ｎ回分のなまし値ｅｖｔａとの偏差Δｅｖｔａが小さくなるように強制的に更新することにより、作動タイミングの実位相ｅｖｔが安定していなくとも保持学習値ｇｄｖｔを適切な制御値ｇｄｖｔｔに近づけることができる。その結果、吸気バルブ２８の作動タイミングの実位相ｅｖｔがハンチングした場合であってもこれを目標位相ｅｖｔｔに収束させることができる。

尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、クランクシャフト５と吸気カムシャフト６との相対回転位相を作動油の圧力制御に基づき調節するものが採用されているが、同相対回転位相を液圧に基づき調節されるものであれば、作動油以外の液体であってもよい。

・上記第１実施形態では、保持学習値ｇｄｖｔが所定期間更新されないときに微分ゲインＫｄに補正係数Ａ（＝「０」）を乗算することにより、微分項ｄｄｖｔをゼロとする態様が採用されているが、こうした補正係数Ａは「０」に限られるものではなく、１未満の値であれば任意に変更することができる。要するに、保持学習値ｇｄｖｔが所定期間Δｔｈ更新されないときに微分項ｄｄｖｔの変化幅をそのときの変化幅よりも小さくするものであればよい。

・上記実施形態１では、微分ゲインＫｄの設定処理を、機関始動時に行うものについて説明されているが、こうした微分ゲインＫｄの設定処理を機関始動時以外に行うようにしてもよい。

本発明の第１実施形態にかかるバルブタイミング制御装置が適用される内燃機関の概略構成を示した斜視図。 同実施形態における可変動弁機構の断面構造及び油圧制御系の概略構成を併せ示した図。 同実施形態における可変動弁機構の断面図。 同実施形態におけるデューティ比と可変動弁機構の作動速度との関係を示したグラフ。 同実施形態の機関始動時における微分ゲインの設定処理手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるバルブタイミング制御装置の作用を示すタイミングチャート。 本発明の第２実施形態の機関始動時における保持学習値の強制更新の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態におけるバルブタイミング制御装置の作用を示すタイミングチャート。 従来のバルブタイミング制御装置の作用を示すタイミングチャート。 従来のバルブタイミング制御装置の作用を示すタイミングチャート。

符号の説明

１…内燃機関、２…シリンダヘッド、３…シリンダブロック、４…オイルパン、５…クランクシャフト、６…吸気カムシャフト、７…排気カムシャフト、８…吸気カム、９…排気カム、１０…クランクプーリ、１１…クランク角ロータ、１２…クランク角センサ、１３…吸気カムプーリ、１４…排気カムプーリ、１５…タイミングベルト、１６…オイルポンプ、１７…カム角ロータ、１８…カム角センサ、１９…油圧制御弁、２０…可変動弁機構、２１…供給通路、２２…遅角油路、２３…進角油路、２４…各種センサ、２７…電子制御装置、２８…吸気バルブ、２９…排気バルブ、３０…ピストン、３１…コネクティングロッド、３２Ａ，３２Ｂ…排出油路、３３…電磁ソレノイド、３４…コイルスプリング、３５…スプール、４０…内部ロータ、４１…ベーン、４２…ハウジング、４３…カバー、４４…突部、４５…凹部、４６…センタボルト、４７…遅角側油圧室、４８…進角側油圧室、４９…取り付けボルト。

Claims (2)

1. 内燃機関のクランクシャフトとカムシャフトとの相対回転位相を液圧の制御に基づき調節することにより機関バルブの作動タイミングを許容範囲内で可変とする可変動弁機構に適用されて、前記相対回転位相を保持せしめる際の前記液圧の制御値であって前記作動タイミングの実位相が安定したときに更新される保持学習値、前記内燃機関の運転状態に基づいて算出される前記作動タイミングの目標位相と前記作動タイミングの実位相との偏差に比例する値であって前記保持学習値に加算される比例項、及び同偏差の変化速度に比例する値であって前記保持学習値から減算される微分項に基づき前記実位相を前記目標位相に一致させるように前記作動タイミングを制御する内燃機関のバルブタイミング制御装置であり、
   前記保持学習値が所定期間更新されないときに前記目標位相と前記実位相との偏差が小さくなるように前記保持学習値を強制的に更新する内燃機関のバルブタイミング制御装置であって、
   前記保持学習値を強制的に更新する際の前記実位相が前記目標位相よりも大きいときには前記保持学習値から所定値を減算することにより前記保持学習値を更新し、前記保持学習値を強制的に更新する際の前記実位相が前記目標位相よりも小さいときには前記保持学習値に所定値を加算することにより前記保持学習値を更新する
   ことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
2. 前記保持学習値は機関始動に際して前記作動タイミングが前記許容範囲内の一端にて保持されるように前記相対回転位相の変化を抑制することのできる値に設定される請求項１に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。

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