JP4805893B2

JP4805893B2 - 可変動弁機構の制御装置

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Publication number: JP4805893B2
Application number: JP2007258018A
Authority: JP
Inventors: 直樹岡本
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2007-10-01
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2027-10-01
Also published as: JP2009085139A

Description

本発明は、内燃機関の吸・排気バルブ（機関バルブ）の作動特性、例えば、リフト量（又は／及び作動角）やバルブタイミングを可変とする可変動弁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変更する可変動弁機構（可変バルブタイミング機構）において、応答特性の規範モデルを用いた制御を行うことが開示されている。
これは、可変動弁機構の目標値に対して規定の応答特性（規範モデル）を設定し、フィードフォワード操作量を、可変動弁機構の応答が規範モデルに応答に追従するよう設定する一方、可変動弁機構の経時変化や運転状態によるバラツキによって生じる規範モデルでの応答値（規範応答値）と可変動弁機構の実際の応答値との偏差を無くすように、該偏差に基づいてＰＩＤ等によりフィードバック操作量を設定し、これらフィードフォワード操作量とフィードバック操作量とに基づいて制御するものである。
特開２００３−３３６５２８号

ところで、特許文献１のように、通常は、フィードバック操作量における積分演算を常に行っているため、以下のような課題を生じる。
可変動弁機構の目標値変化後の過渡状態では、規範応答値と実応答値との偏差が可変動弁機構の経時変化や運転状態によるバラツキ以外の要因を含んでいることが多く、該偏差に対して積分演算を行うと、積分値が過大になってしまい、目標値に接近した後、オーバーシュートを生じて収束に遅れをきたすこととなる。このため、積分要素のゲインを小さく抑えると、バラツキを大きく生じたときの収束を遅らせることとなる。

また、何らかの原因、例えば、極低温時に可変動弁機構のフリクションの増大などによって、操作量の算出値が可変動弁機構の駆動能力（最大駆動量）を超えてしまい、実質的にフィードバック制御機能が働かないような場合も、積分演算を行うと積分値が過大となってオーバーシュートを生じて、収束に遅れをきたすこととなり、ひいては、エンジン性能を低下させていた。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、規範モデルで応答させる可変動弁機構の制御において、規範応答値と実応答値との偏差に基づいてフィードバック操作量を算出する際の積分演算を、所定の条件で停止することにより、目標値への収束性を改善してエンジン性能を改善することを目的とする。

このため、請求項１に係る発明は、
機関バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構を備え、前記機関バルブの開弁特性の目標値に対応する前記可変動弁機構の目標値を算出する目標値算出手段と、前記可変動弁機構を、規定した応答特性で応答させたときの規範応答値を算出する規範応答値算出手段と、前記可変動弁機構を、規定した応答特性で応答させるためのフィードフォワード操作量を算出するフィードフォワード操作量算出手段と、前記可変動弁機構の前記規範応答値と実応答値との偏差を無くすためのフィードバック操作量を算出するフィードバック操作量算出手段と、前記フィードフォワード操作量と前記フィードバック操作量とに基づいて、前記可変動弁機構の駆動手段へ出力される操作量を算出する操作量算出手段と、を含んで構成した可変動弁機構の制御装置において、
前記可変動弁機構の目標値と規範応答値との偏差を算出する偏差算出手段と、
前記可変動弁機構の目標値と規範応答値との偏差が所定値以上であるときに、前記フィードバック操作量を演算する際の、積分要素による演算を停止する積分演算停止手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。

可変動弁機構の目標値変化後の過渡状態では、規範応答値と実応答値との偏差が可変動弁機構の経時変化や運転状態によるバラツキ以外の要因を含んでいることが多く、該偏差に対して積分演算を行うと、積分値が過大になってしまい、目標値に接近した後、オーバーシュートを生じて収束に遅れをきたすこととなる。このため、積分要素のゲインを小さく抑えると、バラツキを大きく生じたときの収束を遅らせることとなる。

このようにすれば、可変動弁機構の目標値と規範応答値との偏差が大きい過渡状態では、フィードバック操作量の算出における積分演算を停止することにより、積分値が過大となることによるオーバーシュートを防止し、目標値と規範応答値との偏差が小さくなってから積分演算を行うことにより、定常偏差を残すことなく滑らかに目標値に収束させることができる。

また、請求項２に係る発明は、
請求項１同様の可変動弁機構、目標値算出手段と、規範応答値算出手段と、フィードフォワード操作量算出手段と、フィードバック操作量算出手段と、操作量算出手段と、を含んで構成した可変動弁機構の制御装置において、
前記可変動弁機構の駆動手段に出力される操作量の算出値が、前記駆動手段の最大駆動量以上であるかを判定する操作量判定手段と、
前記可変動弁機構の駆動手段に出力される操作量の算出値が、前記駆動手段の最大駆動量以上であるときに、前記フィードバック操作量を演算する際の、積分要素による演算を停止する積分演算停止手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。

このようにすれば、操作量の算出値が駆動手段の最大駆動量以上である実質的にフィードバック制御機能が働かない状態のときは、積分演算を停止することにより、積分値が過大となることによるオーバーシュートを防止でき、操作量が最大駆動量未満となってから積分演算を行うことにより、定常偏差を残すことなく滑らかに目標値に収束させることができる。

また、請求項３に係る発明は、
前記駆動手段は、操作量を駆動電圧とする電動アクチュエータであり、前記操作量の算出値が最大駆動量以上であることを、該電動アクチュエータの電源電圧以上であることによって判定することを特徴とする。
このようにすれば、操作量を駆動電圧とする電動アクチュエータを駆動手段として用いる場合は、操作量の算出値が電動アクチュエータの電源電圧以上であるときに、最大駆動量以上の飽和状態と判定して、積分演算を停止させることができる。

また、請求項４に係る発明は、
前記駆動手段は、操作量を通電デューティ比とする電動アクチュエータであり、前記操作量の算出値が最大駆動量以上であることを、通電デューティ比が１００％近傍であることによって判定することを特徴とする。
このようにすれば、操作量を通電デューティ比とする電動アクチュエータを駆動手段として用いる場合は、通電デューティ比が１００％近傍であるときに、操作量の算出値が最大駆動量以上の飽和状態と判定して、積分演算を停止させることができる。

また、請求項５に係る発明は、
前記可変動弁機構は、機関バルブの作動角、リフト量の少なくとも一方を可変とする機構であることを特徴とする。
このようにすれば、機関バルブの作動角、リフト量の少なくとも一方を可変として吸入空気量を制御する可変動弁機構に適用することにより、吸入空気量の制御精度を向上できる。

また、請求項６に係る発明は、
前記可変動弁機構は、機関バルブの中心位相を可変とする機構であることを特徴とする。
このようにすれば、機関バルブの中心位相を可変として吸入空気量を制御する可変動弁機構に適用することにより、吸入空気量の制御精度を向上できる。

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図である。
図１において、内燃機関１０１は、左右２つのバンクからなるＶ型機関である。
前記機関１０１の吸気管１０２には、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を通過した空気は、各バンクに分配された後、更に、各気筒に分配される。

各気筒では、吸気バルブ１０５を介して燃焼室１０６内に空気が吸入される。
燃焼排気は、燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出された後、バンク毎に排気が集合され、バンク毎に設けられるフロント触媒１０８ａ，１０８ｂ及びリア触媒１０９ａ，１０９ｂで浄化される。
前記リア触媒１０９ａ，１０９ｂで浄化された後のバンク毎の排気は、合流してマフラーに１０３に流入し、その後大気中に放出される。

前記排気バルブ１０７は、排気側カム軸１１０に軸支されたカムによって一定のリフト，作動角及びバルブタイミング（作動角の中心位相）を保って開閉駆動される。
一方、吸気バルブ１０５側には、吸気バルブ１０５のリフトを作動角と共に連続的に可変とする第１の可変動弁機構である作動角・リフト可変機構１１２ａ，１１２ｂがバンク毎に設けられる。なお、リフトと作動角のいずれか一方のみを可変とする可変動弁機構を適用することもできる。

更に、吸気バルブ１０５側には、クランク軸に対する吸気バルブ駆動軸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可変制御する第２の可変動弁機構である中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂがバンク毎に設けられる。
マイクロコンピュータを内蔵する電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１４は、アクセル開度などに対応する目標吸入空気量が得られるように、前記電子制御スロットル１０４，作動角・リフト可変機構１１２ａ，１１２ｂ及び中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂを制御する。

前記電子制御ユニット１１４には、機関１０１の吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１５（流量計）、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ１１６、クランク軸の回転角を検出するクランク角センサ１１７、電子制御スロットル１０４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、各バンクの排気空燃比を検出する空燃比センサ１１１ａ，１１１ｂ等からの検出信号が入力される。

また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート部には、燃料噴射弁１３１が設けられる。
前記燃料噴射弁１３１には、燃料タンク１３２内の燃料が燃料ポンプ１３３により圧送され、該燃料噴射弁１３１が、前記電子制御ユニット１１４からの噴射パルス信号（空燃比制御信号）によって開弁駆動されると、噴射パルス幅（開弁時間）に比例する量の燃料が機関１０１に噴射される。

次に、前記作動角・リフト可変機構１１２ａ，１１２ｂ及び中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂの構造を、図２〜図４に基づいて説明する。
本実施形態の機関１０１は、各気筒に一対の吸気バルブ１０５，１０５が設けられており、これら吸気バルブ１０５，１０５の上方に、クランク軸によって回転駆動される吸気バルブ駆動軸３が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。

前記吸気バルブ駆動軸３には、吸気バルブ１０５のバルブリフタ２ａに当接して吸気バルブ１０５を開閉駆動する揺動カム４が相対回転可能に外嵌されている。
前記吸気バルブ駆動軸３と揺動カム４との間には、吸気バルブ１０５の作動角及びバルブリフト量を連続的に変更する作動角・リフト可変機構１１２ａ，１１２ｂが設けられている。

また、前記吸気バルブ駆動軸３の一端部には、クランク軸に対する前記吸気バルブ駆動軸３の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を連続的に変更する中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂが配設されている。
前記作動角・リフト可変機構１１２ａ，１１２ｂは、図２及び図３に示すように、吸気バルブ駆動軸３に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム１１と、この駆動カム１１に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１２と、吸気バルブ駆動軸３と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム１４と、この制御カム１４に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク１２の先端に連結されたロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺動カム４とに連結されたロッド状リンク１６と、を有している。

前記制御軸１３は、電動アクチュエータ１７（モータ）によりギア列１８を介して所定の制御角度範囲内で回転駆動される。
上記の構成により、クランク軸に連動して吸気バルブ駆動軸３が回転すると、駆動カム１１を介してリング状リンク１２がほぼ並進移動するとともに、ロッカアーム１５が制御カム１４の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して吸気バルブ１０５が開閉駆動される。

また、前記制御軸１３の回転角度を変化させることにより、ロッカアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の軸心位置が変化して揺動カム４の姿勢が変化する。
これにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を略一定としたままで、吸気バルブ１０５の作動角及びリフトが連続的に増減変化する。
図４は、前記中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂを示している。

前記中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂは、クランク軸と同期して回転するスプロケット２５に固定され、このスプロケット２５と一体的に回転する第１回転体２１と、ボルト２２ａにより前記吸気バルブ駆動軸３の一端に固定され、吸気バルブ駆動軸３と一体的に回転する第２回転体２２と、ヘリカルスプライン２６により第１回転体２１の内周面と第２回転体２２の外周面とに噛合する筒状の中間ギア２３と、を有している。

前記中間ギア２３は、ネジ２８を介してドラム２７が連結されており、このドラム２７と中間ギア２３との間にねじりスプリング２９が介装されている。
前記中間ギア２３は、ねじりスプリング２９によって遅角方向（図４の左方向）へ付勢されており、電磁リターダ２４に電圧を印加して磁力を発生すると、ドラム２７及びネジ２８を介して進角方向（図４の右方向）へ動かされる。

この中間ギア２３の軸方向位置に応じて、回転体２１，２２の相対位相が変化して、クランク軸に対する吸気バルブ駆動軸３の位相が変化し、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相が連続的に変化する。
前記電動アクチュエータ１７及び電磁リターダ２４は、前記電子制御ユニット１１４からの制御信号により駆動制御される。

尚、前記中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂの構造を、上記のものに限定するものではなく、クランク軸に対する吸気バルブ駆動軸３（吸気側カム軸）の回転位相を可変とする公知の機構を適用でき、どの機構でも後述する本願発明における効果を得られる。
前記電子制御ユニット１１４は、前記制御軸１３の目標角度（目標リフト）を設定し、角度センサ３２で検出される実際の角度が前記目標角度に近づくように、前記電動アクチュエータ１７の操作量をフィードバック制御する。

更に、前記電子制御ユニット１１４は、前記吸気バルブ駆動軸３の所定角度位置で検出信号を出力する駆動軸センサ３１からの信号と、前記クランク角センサ１１７からの検出信号とから、クランク軸に対する吸気バルブ駆動軸３の回転位相を検出し、この検出結果が目標の回転位相に近づくように、前記電磁リターダ２４の操作量をフィードバック制御する。

次に可変動弁機構である作動角・リフト可変機構１１２ａ，１１２ｂ及び中心位相可変機構１１３ａ，１１３ｂの制御の詳細を説明する。
図５は、作動角・リフト可変機構１１２（１１２ａ，１１２ｂ）の制御ブロック図を示す。
目標値算出部Ａは、機関運転状態に基づいて、吸気バルブ１０５の作動角・リフト特性の目標値（目標作動角）に対応する作動角・リフト可変機構１１２の目標値（制御軸１３の目標回転角）θ_Ｔを算出する。

規範応答値演算部Ｂは、作動角・リフト可変機構１１２の目標値θ_Ｔを入力し、設計者が希望する応答特性（規範モデル）にしたがって応答させたときの規範応答値θ_Ｍを算出して出力する。すなわち、規範応答値θ_Ｍは、最終的な目標値θ_Ｔに所望の応答特性で収束させる過渡的な目標値として設定される。
具体的には、下式(1)に示す作動角・リフト可変機構１１２の下記の動特性（運動方程式）に対し、安定した応答が得られる規範モデルＲ(s)を、式(2)のように設定し、式(3)により規範応答値θ_Ｍを算出する。

Ｔ＝Ｊ（ｄ^２θ／ｄｔ^２）＋μ（ｄθ／ｄｔ）＋Ｋθ・・・(1)
ただし、Ｔ：駆動トルク、θ：作動角・リフト可変機構１１２の制御軸１３の回転角、Ｊ：作動角・リフト可変機構１１２の慣性モーメント、μ：作動角・リフト可変機構１１２の摩擦係数、Ｋ：作動角・リフト可変機構１１２のバネ定数
Ｒ(s)＝ω^２／（ｓ^２＋２ζωｓ＋ω^２）・・・(2)
ただし、ｓ：ラプラス演算子、ω：周波数、ζ：減衰係数
θ_Ｍ＝θ_Ｔ・Ｒ(s)・・・(3)
フィードフォワード操作量演算部Ｃは、作動角・リフト可変機構１１２を規範モデルにしたがって応答させるためのフィードフォワード操作量を算出して出力する。

具体的には、フィードフォワード伝達関数Ｆ_Ｆ(s)を、次式(4)のように、前記作動角・リフト可変機構１１２Ａ，１１２Ｂの下記の動特性の伝達関数Ｐ(s)を逆変換した関数Ｐ(s)^−１と規範モデルＲ(s)との積Ｐ^−１(s)・Ｒ(s)として設定する。
Ｆ_Ｆ(s)＝Ｐ(s)^−１Ｒ(s)・・・(4)
そして、次式(5)のように、入力した目標値θ_Ｔに伝達関数Ｆ_Ｆ(s)を乗じることによりフィードフォワード駆動電流ｉ_ＦＦを算出する。

ｉ_ＦＦ＝Ｆ_Ｆ(s)・θ_Ｔ・・・(5)
電動アクチュエータ１７の駆動電流ｉを、駆動電圧によって制御する場合は、フィードフォワード操作量として、前記フィードフォワード駆動電流ｉ_ＦＦを得るフィードフォワード駆動電圧Ｖ_ＦＦに変換して出力する。
フィードバック操作量演算部Ｄは、前記規範応答値θ_Ｍと作動角・リフト可変機構１１２の実応答値（実回転角）θ_Ｒとの偏差θ_ＥＲＲ（＝θ_Ｍ−θ_Ｒ）に基づき、例えばＰＩＤ制御の場合、次式(6)により比例要素Ｐ、積分要素Ｉ、微分要素Ｄを用いてフィードバック駆動電流ｉ_ＦＢを算出し、フィードバック操作量としてフィードバック駆動電圧Ｖ_ＦＢに変換して出力する。

ｉ_ＦＢ＝（Ｐ＋Ｉ／ｓ＋Ｄｓ）・θ_ＥＲＲ・・・(6)
そして、前記フィードフォワード駆動電圧Ｖ_ＦＦとフィードバック駆動電圧Ｖ_ＦＢとを加算したトータルの操作量としての駆動電圧Ｖを、作動角・リフト可変機構１１２（電動アクチュエータ１７）に出力する。
かかる制御は、作動角・リフト可変機構１１２を規範モデルにしたがって応答するようにフィードフォワード操作量で制御しつつ、機構のバラツキや環境条件などにより生じる規範応答値と実応答値とのずれを、フィードバック操作量で吸収するようにしたものである。

しかし、前記フィードバック操作量演算部Ｄにおけるフィードバック操作量（フィードバック駆動電流ｉ_ＦＢ）の演算に際し、積分要素Ｉを用いた演算（積分演算）を常に行うと、以下の様な問題を生じる。
目標値θ_Ｔが変化してからしばらくの間、目標値θ_Ｔと規範応答値θ_Ｍとの偏差が大きく生じている過渡状態では、積分操作量で吸収すべき作動角・リフト可変機構１１２の機構や環境条件のバラツキのみを捉えるのは難しく、規範応答値θ_Ｍと作動角・リフト可変機構１１２の実応答値θ_Ｒとの偏差θ_ＥＲＲが上記バラツキ以外の積分操作量では吸収すべきでない量を含んでいる可能性が高い。この状態で積分演算を行うと、偏差の吸収に寄与することなく積分値が増大しつづけ、目標値θ_Ｔに近づいたときには、過大となった積分値により、オーバーシュートを生じ、収束性が悪化する。なお、比例要素Ｐは、偏差θ_ＥＲＲに比例した操作量分Ｐ・θ_ＥＲＲを生成し、微分要素Ｄによる操作量分Ｄｓ・θ_ＥＲＲもオーバーシュートを抑制する方向に作用するから、いずれも適正に作用する。

また、作動角・リフト可変機構１１２に出力される操作量の算出値（駆動電圧Ｖ）が、電動アクチュエータ１７の電源電圧Ｖ０を超える場合は、実際の駆動電圧Ｖは電源電圧Ｖ０で飽和してしまい、必要とする駆動電流ｉに対して実電流が不足し、規範応答値θ_Ｍに対して実応答値θ_Ｒが乖離する。したがって、この間に積分演算を行うと、同様に積分値が過大となってオーバーシュートを生じ、収束性が悪化する。

しかし、フィードバック操作量の演算において、完全に積分演算を無くし、他の比例演算や微分演算のみとするとバラツキによって目標値θ_Ｔに対し定常偏差が残ってしまい、良好な制御を行えない。
そこで、図５に戻って、積分演算切換部Ｅは、上記の各条件を判定し、これら条件では、積分演算を停止し、それ以外では積分演算を実行させる指令をフィードバック操作量演算部Ｄに出力する。

図６は、上記フィードバック操作量演算部Ｄによる積分演算の実行／停止を切換制御するルーチンのフローを示す。
ステップＳ１では、前記作動角・リフト可変機構１１２の目標値θ_Ｔと規範応答値θ_Ｍとを読み込む。
ステップＳ２では、前記目標値θ_Ｔと規範応答値θ_Ｍとの偏差Δθ_ＴＭ（＝｜θ_Ｔ−θ_Ｍ｜）を算出する。

ステップＳ３では、前記偏差Δθ_ＴＭが所定値Δθ０以下であるかを判定し、所定値Δθ０を超えていると判定された場合は、ステップＳ８へ進んで次式(7)のように、フィードバック操作量の算出における積分演算を停止する（停止直前の積分値Ｉ_−１に維持する）。ここで、前記所定値Δθ０は、過渡状態を脱し、積分演算を開始してもオーバーシュートを抑制しつつ定常偏差を遅れなく吸収して目標値θ_Ｔに収束できる大きさに設定される。

ｉ_ＦＢ＝（Ｐ＋Ｄｓ）・θ_ＥＲＲ＋Ｉ_−１・・・(7)
Ｉ_−１：積分演算停止直前の積分値
上記積分演算を停止した式(7)で算出したフィードバック駆動電流ｉ_ＦＢを得られるフィードバック駆動電圧Ｖ_ＦＦに変換する。
偏差Δθ_ＴＭが所定値Δθ０以下と判定された場合は、ステップＳ４へ進み、前回操作量の算出値(駆動電圧Ｖ＝Ｖ_ＦＦ＋Ｖ_ＦＢ)を読み込む。

次いで、ステップＳ５では、電動アクチュエータ１７の電源電圧Ｖ０を読込む。
そして、ステップＳ６で駆動電圧Ｖが電源電圧Ｖ０以下であるかと判定し、電源電圧Ｖ０を超えていると判定された場合は、ステップＳ８へ進んでフィードバック操作量の算出における積分演算を停止する。
ステップＳ６で、前回操作量の算出値(駆動電圧Ｖの絶対値｜Ｖ｜)が電源電圧Ｖ０以下と判定されたときは、ステップＳ７へ進んで、フィードバック操作量の算出を、上式(6)により、積分演算も含めて実行する。

このようにすれば、目標値θ_Ｔが変更され、目標値θ_Ｔと規範応答値θ_Ｍとの偏差Δθ_ＴＭが所定値Δθ０より大きいとき、及び、算出された駆動電圧Ｖが駆動電源電圧Ｖ０を超えているときに、積分演算を停止することにより、これらの間、積分値が増大し続けることを防止でき、オーバーシュートを防止できる。
また、これら以外のときは、積分演算を許可することにより、定常偏差を残すことなく目標値θ_Ｔに収束させることができる。

図７は、目標値θ_Ｔと規範応答値θ_Ｍとの偏差Δθ_ＴＭが所定値Δθ０より大きいときに、積分演算を停止することによるオーバーシュート防止の効果を示す。
図８に示すように、駆動電圧Ｖが駆動電源電圧Ｖ０を超えているときに、積分演算を停止することによるオーバーシュート防止の効果を示す。
中心位相可変機構１１３（１１３ａ，１１３ｂ）についても、同様の制御を行う。

図９は、中心位相可変機構１１３の制御ブロック図を示す。
中心位相可変機構１１３に適用した場合、制御量が吸気バルブ駆動軸３の回転位相、操作量が電磁リターダ２４の操作量に代わるだけで、作動角・リフト可変機構１１２における制御と全く同様に行われ、吸気バルブ駆動軸３の回転位相（吸気バルブ１０５の中心位相）を、目標値へオーバーシュートを防止しつつ収束させることができる。積分演算の実行／停止を切換制御するルーチンのフローについては、図６と同一であるので省略する。

また、本実施形態では、電動アクチュエータ１７及び電磁リターダ２４の駆動電流を駆動電圧によって制御するものを示したが、駆動電圧を一定として断続的にＯＮ，ＯＦＦし、ＯＮ時間割合（通電デューティ比）で制御するデューティ制御で行うものにも適用できる。この場合は、ステップＳ６でデューティ比が１００％近傍であるかを判定し、１００％近傍であるときは、操作量算出値が最大駆動量を上回って通電デューティ比が飽和している状態であるので、ステップＳ８へ進んで積分演算を停止する。

以上のようにして、作動角・リフト可変機構１１２及び中心位相可変機構１１３に対し、所定条件で積分演算を停止する制御を行い、吸気バルブのリフト量と、中心位相をそれぞれの目標値へオーバーシュートなく収束させることにより、吸入空気量の変動ひいてはトルク変動や空燃比変動を防止でき、運転性、排気浄化性能を向上できる。
特に、リフト量が小さいアイドル・低負荷域では、操作量変化に対する吸入空気量変化の感度が大きいため、トルク変動に伴うエンジン振動、空燃比変動による排気エミッションが悪化しやいため、本制御により吸入空気量の変動を抑制して、これらの悪化を防止できる効果が大きい。

また、本実施形態のように、Ｖ型エンジンで各バンクに可変動弁機構を備えたものに適用した場合は、バンク毎の吸入空気量変動によって生じるバンク間のトルク段差も、バンク毎に吸入空気量の変動を抑制できることによって、効果的に解消でき、加速時に各気筒のトルクを滑らかに増大でき加速性も向上する。
また、本実施形態では、作動角・リフト可変機構１１２と中心位相可変機構１１３の双方に本発明に係る積分演算停止制御を適用したことにより、それぞれ単独での制御時に上記効果を得られるのは勿論であるが、両機構が同時に制御される場合に、積分制御を停止しないと、それぞれの目標値への収束の悪化が相乗的に作用して大きな吸気変動となってしまうことを、良好に防止できる。

ただし、作動角・リフト可変機構１１２と中心位相可変機構１１３のいずれか一方のみに、本発明に係る積分演算停止制御を適用する構成であっても十分な効果が得られることは勿論である。
また、以上の実施形態では、吸気バルブの特性を可変とする可変動弁機構（作動角・リフト可変機構１１２、中心位相可変機構１１３）に適用したものを示したが、排気バルブの特性を可変とする可変動弁機構においても、排気バルブの特性を可変とすることによって、吸入空気量特性ひいてはエンジントルクを可変とすることができるから、本発明を適用することにより、同様の効果を得られる。

また、目標値θ_Ｔと規範応答値θ_Ｍとの偏差Δθ_ＴＭが所定値Δθ０より大きいときのみ積分演算を停止する構成、あるいは、操作量算出値が最大駆動量を上回っているときのみ積分演算を停止する構成とした実施形態であってもよく、各構成による上記効果を得られる。

本発明の実施形態における内燃機関の構成図。上記実施形態における作動角・リフト可変機構の構造を示す斜視図。前記作動角・リフト可変機構の側面図。上記実施形態における中心位相可変機構を示す断面図。上記作動角・リフト可変機構の制御ブロック図。上記作動角・リフト可変機構におけるフィードバック操作量演算部による積分演算の実行／停止を切換制御するルーチンを示すフローチャート。目標値θ_Ｔと規範応答値θ_Ｍとの偏差Δθ_ＴＭが所定値Δθ０より大きいときに、積分演算を停止することによるオーバーシュート防止の効果を示す図。駆動電圧Ｖが駆動電源電圧Ｖ０を超えているときに、積分演算を停止することによるオーバーシュート防止の効果を示す図。上記中心位相可変機構の制御ブロック図。

符号の説明

１０１…内燃機関、１０４…電子制御スロットル、１０５…吸気バルブ、１０７…排気バルブ、１１１ａ，１１１ｂ…酸素センサ、１１２ａ，１１２ｂ…作動角・リフト可変機構（ＶＥＬ）、１１３ａ，１１３ｂ…中心位相可変機構（ＶＴＣ）、１１４…電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims

機関バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構を備え、
前記機関バルブの開弁特性の目標値に対応する前記可変動弁機構の目標値を算出する目標値算出手段と、
前記可変動弁機構を、規定した応答特性で応答させたときの規範応答値を算出する規範応答値算出手段と、
前記可変動弁機構を、規定した応答特性で応答させるためのフィードフォワード操作量を算出するフィードフォワード操作量算出手段と、
前記可変動弁機構の前記規範応答値と実応答値との偏差を無くすためのフィードバック操作量を算出するフィードバック操作量算出手段と、
前記フィードフォワード操作量と前記フィードバック操作量とに基づいて、前記可変動弁機構の駆動手段へ出力される操作量を算出する操作量算出手段と、
を含んで構成した可変動弁機構の制御装置において、
前記可変動弁機構の目標値と規範応答値との偏差を算出する偏差算出手段と、
前記可変動弁機構の目標値と規範応答値との偏差が所定値以上であるときに、前記フィードバック操作量を演算する際の、積分要素による演算を停止する積分演算停止手段と、
を含んで構成したことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
機関バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構を備え、
前記機関バルブの開弁特性の目標値に対応する前記可変動弁機構の目標値を算出する目標値算出手段と、
前記可変動弁機構を、規定した応答特性で応答させたときの規範応答値を算出する規範応答値算出手段と、
前記可変動弁機構を、規定した応答特性で応答させるためのフィードフォワード操作量を算出するフィードフォワード操作量算出手段と、
前記可変動弁機構の前記規範応答値と実応答値との偏差を無くすためのフィードバック操作量を算出するフィードバック操作量算出手段と、
前記フィードフォワード操作量と前記フィードバック操作量とに基づいて、前記可変動弁機構の駆動手段へ出力される操作量を算出する操作量算出手段と、
を含んで構成した可変動弁機構の制御装置において、
前記可変動弁機構の駆動手段に出力される操作量の算出値が、前記駆動手段の最大駆動量以上であるかを判定する操作量判定手段と、
前記可変動弁機構の駆動手段に出力される操作量の算出値が、前記駆動手段の最大駆動量以上であるときに、前記フィードバック操作量を演算する際の、積分要素による演算を停止する積分演算停止手段と、
を含んで構成したことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
前記駆動手段は、操作量を駆動電圧とする電動アクチュエータであり、前記操作量の算出値が最大駆動量以上であることを、該電動アクチュエータの電源電圧以上であることによって判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変動弁機構の制御装置。
前記駆動手段は、操作量を通電デューティ比とする電動アクチュエータであり、前記操作量の算出値が最大駆動量以上であることを、通電デューティ比が１００％近傍であることによって判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変動弁機構の制御装置。
前記可変動弁機構は、機関バルブの作動角、リフト量の少なくとも一方を可変とする機構であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。
前記可変動弁機構は、機関バルブの中心位相を可変とする機構であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の可変動弁機構の制御装置。