JP5147786B2 - カム位相可変型内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、カム位相が連続的に可変制御されるカム位相可変型内燃機関に係り、詳しくは、制御応答性の向上等を実現する技術に関する。

４サイクルエンジン（以下、単にエンジンと記す）では、出力および燃費の向上や有害排出ガス成分の低減等を図るべく、種々の可変動弁機構を搭載したものが多くなっている。可変動弁機構としては、従来より存在する複数のカム（例えば、低速型カムおよび高速型カム）を切り換えるものに代わり、過渡特性の更なる向上やスロットルレス化等を実現すべく、カム位相とバルブリフトとを個別に連続可変制御するものが近年では主流となってきている。カム位相の可変制御に供されるバルブタイミングコントロール装置（Variable Timing Control Device：以下、ＶＴＣと記す）は、シリンダヘッドにおけるカムシャフトの端部付近に設置されたベーン式の油圧アクチュエータ（以下、ＶＴＣアクチュエータと記す）や、ＶＴＣアクチュエータへの供給油圧（エンジン油圧）を制御するためのリニアソレノイド等から構成されている（特許文献１，２参照）。

一般に、ＶＴＣアクチュエータでは目標カム位相と実カム位相との差に応じてカム位相がフィードバック制御（位相制御）されるが、この際のフィードバックゲインは、制御のオーバシュートやハンチングを避ける都合上、いたずらに大きくすることができない。そのため、運転者の急加速操作や急減速操作によって目標カム位相と実カム位相とが大きく乖離した場合、目標カム位相が確立されるまでに比較的長時間を要することになり、エンジンレスポンスや燃費の悪化がもたらされる問題があった。そこで、特許文献１の制御装置では、目標相対回転角（目標カム位相）の急変時において、所定期間にわたりＶＴＣアクチュエータを最大速度で駆動した後、位相制御に切り換えて目標カム位相を確立する方法を採っている。また、特許文献２の制御装置では、目標カム位相と実カム位相との差が所定値以上であった場合、差が小さくなるまでＶＴＣアクチュエータを最大速度で駆動した後、位相制御に切り換えて目標カム位相を確立する方法を採っている。

特許４０６１６７４号公報 特開２００７−３３２９５６号公報

しかしながら、特許文献１，２の方法はどちらも、最終的にはＶＴＣアクチュエータを位相制御するものであるため、カム位相変化の要求応答速度を満足させられないことがあった。例えば、近年の低燃費型エンジンにはアトキンソンサイクル（例えば、吸気バルブの早閉じ、あるいは遅閉じ：ミラーサイクル）や内部ＥＧＲによって低回転・部分負荷時のポンピングロスを減少させるものがあるが、この種のエンジンではスロットルバルブによる調整代が少ないことから、負荷の急変時に吸気バルブのカム位相を瞬時に変化させる必要がある。ところが、上述した方法では、ＶＴＣアクチュエータの実カム位相は、最大速度での駆動によって目標カム位相には近づくももの、位相制御によって目標カム位相が確立されるまでにある程度の時間を要してしまうことが避けられない。この場合、吸入空気量の変化速度が低い値に制限されてしまい、エンジンレスポンスの低下によってドライバビリティが悪化する、あるいは、エンジンレスポンスを優先させた場合には十分な燃費低減効果を得られなくなる問題があった。

本発明者等は、ＶＴＣアクチュエータに高速作動が要求される状況の殆どはエンジンの急加減速運転に伴う特定カム位相（最遅角位相および最進角位相）の確立時であり、特定カム位相でＶＴＣアクチュエータが突き当て状態となるため（それ以上、遅角側あるいは進角側に作動しないため）、目標カム位相に基づく上述した位相制御を行う必要がなく、所定の目標角速度をもって速度制御すればよいことを見いだした。ところが、特定カム位相の確立を速度制御によって行った場合、ＶＴＣアクチュエータに大きな作動油圧が印加され続けることから、その後に位相制御に移行する際には一旦作動油圧を低減させる必要が生じ、制御遅れによるエンジンレスポンスの低下等がもたらされることが避けられなかった。

本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、制御応答性の向上等を実現したカム位相可変型内燃機関を提供することを目的とする。

第１の発明は、所定の角度範囲をもってカム位相が可変制御されるカム位相可変型内燃機関であって、クランクシャフトに同期して回転する第１回転部材と、カムシャフトと一体に回転するとともに前記第１回転部材に相対回転可能に連結される第２回転部材と、前記第１回転部材および前記第２回転部材の間に形成された進角側油室と遅角側油室とに連絡する作動油回路を切り換えることにより、カム位相を進角と遅角と保持との間でシフトさせるカム位相切換手段と、運転者による運転操作状態を検出する運転操作状態検出手段と、機関運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、前記運転操作状態検出結果と機関運転状態検出結果の少なくとも一方から目標角速度を設定し、当該目標角速度に基づいて前記カム位相変化速度を制御する速度制御手段と、前期運転操作状態検出結果と機関運転状態検出結果の少なくとも一方から目標カム位相を設定し、当該目標カム位相に基づいて、前記カム位相を制御する位相制御手段と、前記運転操作状態検出手段の検出結果と前記機関運転状態検出手段の検出結果との少なくとも一方に基づき、前記速度制御と前記位相制御とのどちらか一方を選択する制御選択手段と、前記速度制御の終了を判定する速度制御終了判定手段と、前記速度制御終了判定手段によって速度制御が終了したと判定された場合、速度制御終了時点でのカム位相を当該速度制御の方向に所定の付勢力をもって保持制御する保持制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記位相制御において、カム位相を保持するための保持制御量を逐次学習する保持制御量学習手段を備え、前記保持制御手段は、前記保持制御量に対して前記速度制御の方向への付加制御量を加えることで前記付勢力を設定することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記保持制御手段は、前記速度制御終了判定手段によって速度制御が終了したと判定された場合、速度制御終了時点での制御量から前記付勢力を与える制御量に向けて、所定の漸減量をもって制御量を漸減させることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１〜第３の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記制御選択手段は、急加速時あるいは急減速時に前記速度制御手段を選択することを特徴とする。

また、第５の発明は、第１〜第４の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記制御選択手段は、機関回転速度、機関負荷および実カム位相の少なくとも１つと、要求トルク変化速度とに基づいて前記選択を行うことを特徴とする。

また、第６の発明は、第１〜第５の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記制御選択手段は、機関負荷の増加速度が高い場合に前記速度制御手段を選択することを特徴とする。

また、第７の発明は、第１〜第６の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記制御選択手段は、目標カム位相と実カム位相との差が大きい場合に前記速度制御手段を選択することを特徴とする。

また、第８の発明は、第１〜第７の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記制御選択手段は、実カム位相が突き当て付近であり、かつ実カム位相の変化速度が所定値を下回った場合に前記位相制御手段を選択することを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載されたカム位相可変型内燃機関。

また、第９の発明は、第１〜第８の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記速度制御手段が積分項を含むフィードバック制御を実行し、当該速度制御手段は、前記制御選択手段によって位相制御手段が選択された場合、前記積分項を停止させることを特徴とする。

また、第１０の発明は、第１〜第９の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記速度制御手段は、機関回転速度、機関負荷および実カム位相の少なくとも１つと、要求トルク変化速度とに基づいて速度目標値を設定することを特徴とする。

また、第１１の発明は、第１０の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記速度制御手段は、機関回転速度、機関負荷および実カム位相の少なくとも１つと、要求トルク変化速度とに基づいて要求空気量変化速度を算出し、当該要求空気量変化速度に基づいて前記速度目標値を設定することを特徴とする。

また、第１２の発明は、第１〜第１１の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記位相制御手段が積分項を含むフィードバック制御を実行し、前記位相制御手段は、前記制御選択手段によって速度制御手段が選択された場合、前記積分項を停止させることを特徴とする。

また、第１３の発明は、第１〜第１２の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記位相制御手段は、機関回転速度と要求トルクとに基づいて位相目標値を設定することを特徴とする。

また、第１４の発明は、第１〜第１３の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、燃費優先モードを含む運転モードのうちの１つが運転者によって選択される運転モード切換手段を備え、前記燃費優先モードが運転者によって選択された場合、前記位相制御から前記速度制御に切り換える閾値を高くすることを特徴とする。

また、第１５の発明は、第１〜第１４の発明に係るカム位相可変型内燃機関において、前記カム位相切換手段がリニアソレノイドによって駆動され、当該リニアソレノイドの抵抗率の変化を補償する抵抗率補償手段を更に備えたことを特徴とする。

本発明によれば、急加減速時において速度制御によって最遅角状態あるいは最進角状態に迅速に作動させることができる。また、速度制御の終了時点で保持モードに移行するため、位相制御が開始される際に制御遅れが生じ難くなり、エンジンレスポンスの低下等が抑制される。また、カム位相を保持するための保持制御量を逐次学習するものでは、エンジン油温等による位相制御手段の作動特性の変化に対し、保持制御量を追従させることができる。また、速度制御や位相制御の停止時に、フィードバック制御の制御偏差を０にするとともに積分機構も停止するものでは、速度制御と位相制御との間の切換時に過大な制御量が出力されなくなって制御の円滑化が実現される。また、リニアソレノイドの抵抗率に応じて目標制御入力を補償するものでは、より高い精度をもってカム位相切換手段を駆動制御できる。

実施形態に係るエンジンの要部透視斜視図である。 実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの分解斜視図である。 実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの概略構成図である。 実施形態に係るエンジンＥＣＵの概略構成図である。 実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの進角作動を示す模式図である。 実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの遅角作動を示す模式図である。 実施形態に係るＶＴＣアクチュエータの保持作動を示す模式図である。 実施形態に係るＶＴＣアクチュエータのフェール時作動を示す模式図である。 実施形態に係る目標制御入力設定制御の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係るドライバ要求判定処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係るペダル開度−要求トルクマップである。 実施形態に係る制御選択処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る加速側の動作点条件判定マップである。 実施形態に係る減速側の動作点条件判定マップである。 実施形態に係る制御判定マップである。 実施形態に係る位相制御停止処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る速度制御終了判定処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る速度目標値設定処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る要求空気量変化速度マップである。 実施形態に係る速度目標値マップである。 実施形態に係る速度入力値算出処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係るＦＦ目標電流マップである。 実施形態に係るメイン制御入力値設定処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る保持入力値学習処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る速度制御停止処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る位相制御移行判定処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る位相目標値設定処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る定常燃費最適点マップである。 実施形態に係る加速側の動作点条件判定マップである。 実施形態に係る減速側の動作点条件判定マップである。 実施形態に係る位相入力値算出処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る速度制御の作用を示すグラフである。 実施形態に係る保持モードの作用を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明に係るカム位相可変型内燃機関の一実施形態を詳細に説明する。

≪実施形態の構成≫
＜全体構成＞
図１に示すエンジン（カム位相可変型内燃機関）Ｅは、自動車に搭載されるＤＯＨＣ４バルブ型の４サイクル直列４気筒ガソリンエンジンであり、そのシリンダヘッド１に、各気筒２本ずつの吸気バルブ２および排気バルブ３、これら吸排気バルブ２，３を駆動する吸気カムシャフト４および排気カムシャフト５を備えている。両カムシャフト４，５は、クランクスプロケット６、カムチェーン７、吸気カムスプロケット８、排気カムスプロケット９を介して、クランクシャフト１０によって１／２の回転速度をもって回転駆動される。また、クランクシャフト１０は、コネクティングロッド１１を介してピストン１２に連結されるとともに、チェーン１３を介して斜め下方に設置されたオイルポンプ１４を駆動する。

吸気カムシャフト４の前端には、ＶＴＣアクチュエータ２１が取り付けられている。シリンダヘッド１およびシリンダブロック１５には、ＶＴＣアクチュエータ２１にオイルポンプ１４からの作動油（エンジンオイル）を供給するための作動油供給油路１６が形成されている。また、シリンダヘッド１にはノーマルオープン型の電磁シャットバルブ１７が装着されており、この電磁シャットバルブ１７が作動することによってＶＴＣアクチュエータ２１に対する作動油の供給形態が切り換えられる。なお、吸気カムシャフト４の後端には吸気側カム角センサ１８が設置されている。本実施形態の場合、ＶＴＣアクチュエータ２１の作動範囲は、進角側と遅角側との間で０°〜７０°となっている。

車室内には、吸気側カム角センサ１８やアクセルペダルセンサ１９を始め、燃費優先モードを含む複数の運転モードの１つを運転者が選択するためのＥＣＯＮスイッチ２０と、各種センサ（吸気量センサ、吸気圧センサ、クランク角センサ、水温センサ等）の出力情報に基づき、エンジンＥに付設された各種被制御装置（電磁シャットバルブ１７、ＶＴＣアクチュエータ２１、図示しない燃料噴射弁や点火コイル等）の制御量を決定して駆動電流を出力するエンジンＥＣＵ７０が設置されている。

＜ＶＴＣアクチュエータ＞
図２に示すように、ＶＴＣアクチュエータ２１は、外周に吸気カムスプロケット８が形成されたハウジング（第１回転部材）２２、ハウジング２２内に回転自在に保持されるとともに吸気カムシャフト４の前端にその後面が締結されるロータ（第２回転部材）２３、ハウジング２２の前面を覆うフロントプレート２４、ハウジング２２の後面を覆うバックプレート２５、フロントプレート２４の内周側に配置されたリードバルブ２６、リードバルブ２６をロータ２３に固定するリードバルブカバー２７、ハウジング２２とロータ２３とを進角方向に相対回動させるバイアススプリング２８、軸心に設置されたスプールバルブ２９、エンジンＥＣＵによって制御されることによってスプールバルブ２９を駆動するリニアソレノイド３１、ロータ２３に保持されたロックピン３３、ロックピン３３をバックプレート２５側に付勢するロックピンスプリング３４、ロータ２３に保持されたバイパスバルブ３６、バイパスバルブ３６をバックプレート２５側に付勢するバイパスバルブスプリング３７等を構成要素としている。なお、スプールバルブ２９は、吸気カムシャフト４やロータ２３の軸心に保持されたバルブスリーブ３８と、バルブスリーブ３８に摺動自在に内嵌したスプール３９と、スプール３９をリニアソレノイド３１側に付勢するリターンスプリング４０とから構成されている。

図３に示すように、ロータ２３の外周には第１〜第３ベーン４１〜４３が立設される一方、ハウジング２２の内周にはこれらベーン４１〜４３を０°〜７０°の相対角度変位を許容して回動自在に収容する第１〜第３ベーン室４５〜４７が形成されている。本実施形態の場合、第１ベーン４１および第１ベーン室４５は第１油圧駆動型位相可変機構（Oil Pressure Actuated phaser：以下、ＯＰＡと記す）の構成要素であり、第２ベーン４２および第２ベーン室４６は第２ＯＰＡ６２の構成要素であり、第３ベーン４３および第３ベーン室４７はカムトルク駆動型位相可変機構（Cam Torque Actuated phaser：以下、ＣＴＡと記す）６３の構成要素である。

第３ベーン４３にはバイパスバルブ３６とバイパスバルブスプリング３７（図２参照）とが収容されている。また、第１ベーン４１にはロックピン３３とロックピンスプリング３４（図２参照）とが収容される一方、バックプレート２５にはロックピン３３が嵌入するロック孔２５ａが穿設されている。実施形態の場合、ロックピン３３およびバイパスバルブ３６は、エンジンＥの運転時に吸気カムシャフト４の回転に伴う遠心力が殆ど作用しないように、ＶＴＣアクチュエータ２１の軸心（すなわち、吸気カムシャフト４の軸心）と平行に設置されている。図３中、符号４９で示す部材はロータ２３の外周に設けられたロータ側シールであり、符号５０で示す部材はハウジング２２の内周に設けられたハウジング側シールである。

第１，第２ベーン室４５，４６は、第１，第２ベーン４１，４２により、スプールバルブ２９からの作動油がＯＰＡ側進角油路５１，５２を介して供給されるＯＰＡ側進角室４５ａ，４６ａと、スプールバルブ２９からの作動油がＯＰＡ側遅角油路５３，５４を介して供給されるＯＰＡ側遅角室４５ｂ，４６ｂとに、第１，第２ベーン４１，４２によってそれぞれ区画されている。また、第３ベーン室４７は、第１ＣＴＡ油路５６を介してスプールバルブ２９に連通するＣＴＡ側進角室４７ａと、第２ＣＴＡ油路５５を介してスプールバルブ２９に連通するＣＴＡ側遅角室４７ｂとに、第３ベーン４３によって区画されている。また、ＯＰＡ側進角油路５１，５２は、図５〜図８に示すように、作動油排出路８１〜８３を介して電磁シャットバルブ１７に接続している。

第１ベーン４１にはロックピン３３とロックピンスプリング３４（図２参照）とが収容されており、ロックピン解除油路への作動油の供給が行われない場合にのみ、ロックピンスプリング３４のばね力によってロックピン３３の先端がバックプレート２５に形成されたロック孔２５ａに嵌入する。なお、ロック孔２５ａは、ロータ２３がハウジング２２に対して始動時カム位相（本実施形態では、最遅角位相）となった際に、ロックピン３３が嵌入する位置に穿設されている。

＜エンジンＥＣＵ＞
図４に示すように、エンジンＥＣＵ７０には、入力インタフェース７１と、上位司令部７２と、カム位相変化速度推定部７３と、位相制御部７４と、速度制御部７５と、保持モード制御部７６と、保持入力値学習部７７と、制御選択部７８と、抵抗率補償部７９と、出力インタフェース８０とが内装されている。

入力インタフェース７１には、アクセルペダルセンサ１９から入力したアクセル開度（運転操作状態量）やＥＣＯＮスイッチ２０から入力した運転モード選択信号の他、吸気量や冷却水温、エンジン回転速度Ｎｅ等の機関運転状態量、吸気側カム角センサ１８の検出信号が入力される。上位司令部７２は、上述した運転操作状態量および機関運転状態量に基づき、ＶＴＣアクチュエータ２１の位相制御目標値と速度制御目標値とを設定するとともに、速度制御と位相制御と保持モード制御とのいずれかを選択して制御選択部７８に選択指令を出力する。カム位相変化速度推定部７３は、吸気側カム角センサ１８によって検出された実カム位相の変化（時間微分値）に基づき、ＶＴＣアクチュエータ２１のカム位相変化速度を推定する。位相制御部７４は、位相制御目標値と実カム位相とに基づき、ＶＴＣアクチュエータ２１に出力する第１駆動電圧を設定する。速度制御部７５は、速度制御目標値とカム位相変化速度とに基づき、ＶＴＣアクチュエータ２１に出力する第２駆動電圧を設定する。保持モード制御部７６は、速度制御の終了タイミングと実カム位相と保持入力値とに基づき、ＶＴＣアクチュエータ２１に出力する第３駆動電圧を設定する。制御選択部７８は、選択指令に基づき、第１駆動電圧と第２駆動電圧と第３駆動電圧とのいずれかを目標駆動電圧として選択する。抵抗率補償部７９は、供給された電流や電圧に基づいてリニアソレノイド３１の抵抗率を推定し、目標駆動電圧の抵抗率補償を行う。出力インタフェース８０からは、ＶＴＣアクチュエータ２１に目標駆動電圧が出力される。

≪実施形態の作用≫
エンジンＥの運転時において、エンジンＥＣＵ７０は、ＶＴＣアクチュエータ２１の駆動制御を所定の制御インターバル（例えば、５ｍｓ）をもって繰り返し実行する。駆動制御を開始すると、エンジンＥＣＵ７０は、運転操作状態量および機関運転状態量に基づき吸気カムシャフト４の速度制御目標値や位相制御目標値を決定した後、これらを実現するための駆動電圧をＶＴＣアクチュエータ２１のリニアソレノイド３１に対して適宜出力する。

＜ＶＴＣアクチュエータの作動態様＞
（進角作動）
エンジンＥの運転中に吸気カムシャフト４を進角させる場合、エンジンＥＣＵ７０は、図５に示すように、電磁シャットバルブ１７によって作動油供給油路１６を連通させた状態で、リニアソレノイド３１によってスプール３９を進角方向（図中、右方）に移動させる。すると、オイルポンプ１４から作動油供給油路１６を経由して供給された作動油は、ロックピン３３を解除状態で保持するとともに、スプールバルブ２９を介して第１，第２ＯＰＡ６１，６２側の進角側油圧室４５ａ，４６ａに流入して第１，第２ベーン４１，４２を進角側に付勢する。なお、エンジンＥの通常運転時には電磁シャットバルブ１７に駆動電流が供給されず（作動油供給油路１６が連通され）、オイルポンプ１４からの作動油によってロックピン３３が解除状態で保持される。一方、ＣＴＡ６３では、吸気カムシャフト４に進角側のカムトルクが作用し、ハウジング２２に対してロータ２３が進角側に相対回転するごとにリードバルブ２６の第２弁体２６ｂが開き、遅角側油圧室４７ｂ内の作動油がスプールバルブ２９を介して進角側油圧室４７ａに流入する。また、遅角側のカムトルクが作用した場合には、リードバルブ２６の第１，第２弁体２６ａ，２６ｂは閉じ、作動油の移動は起こらずにカム位相が保持される。これら第１，第２ＯＰＡ６１，６２およびＣＴＡ６３の作動により、ロータ２３がハウジング２２に対して図中時計回りに相対回転し、吸気カムシャフト４が進角する。なお、ＣＴＡ６３への作動油の供給は、エンジンＥの運転開始時にＣＴＡ６３が満たされるまで行われる。

（遅角作動）
エンジンＥの運転中に吸気カムシャフト４を遅角させる場合、エンジンＥＣＵ７０は、図６に示すように、リニアソレノイド３１によってスプール３９を遅角方向（図中、左方）に移動させる。すると、オイルポンプ１４から作動油供給油路１６を経由して供給された作動油は、スプールバルブ２９およびＯＰＡ側遅角油路５３，５４を介してＯＰＡ側遅角室４５ｂ，４６ｂに流入し、第１，第２ベーン４１，４２を遅角側に相対回転させる。なお、ＯＰＡ側進角室４５ａ，４６ａ内の作動油は、ＯＰＡ側進角油路５１，５２を介してスプール３９の右方から外部に排出される。一方、ＣＴＡ６３では、スプール３９が遅角ポジションに移動したスプールバルブ２９を介して、第１ＣＴＡ油路５６と中央油路５７とが連通する。そして、排気カムシャフト５に遅角側のカムトルクが作用し、ハウジング２２に対してロータ２３が遅角側に相対回転するごとにリードバルブ２６の第１弁体２６ａが開き、ＣＴＡ側進角室４７ａ内の作動油がＣＴＡ側遅角室４７ｂに流入して第３ベーン４３を遅角側に相対回転させる。また、進角側のカムトルクが作用した場合には、リードバルブ２６の第１，第２弁体２６ａ，２６ｂは閉じ、作動油の移動は起こらずにカム位相が保持される。

（保持作動）
上述した進角作動や遅角作動によって目標カム位相が得られると、エンジンＥＣＵ７０は、図７に示すように、リニアソレノイド３１によってスプール３９を保持位置（図中、中央）に移動させる。すると、第１，第２ＯＰＡ６１，６２では、進角側油圧室４５ａ，４６ａ内の作動油がスプールバルブ２９によって封じ込められ、第１，第２ベーン４１，４２が移動できなくなる。一方、ＣＴＡ６３では、進角側油圧室４７ａと遅角側油圧室４７ｂとの間で作動油が移動できなくなり、第３ベーン４３も移動できなくなる。これら第１，第２ＯＰＡ６１，６２およびＣＴＡ６３の作動により、ロータ２３がハウジング２２に対して相対回転しなくなり、吸気カムシャフト４のカム位相が保持される。

（フェール時作動）
リニアソレノイド３１の断線やスプールバルブ２９の固着等が生じ、カム位相の制御が行えなくなった場合、エンジンＥＣＵは、インストルメントパネル等に設置された異常警告灯を点灯させるとともに、エンジンＥの再始動時に電磁シャットバルブ１７への電流供給を行う。

図８に示すように、スプールバルブ２９が例えば遅角位置で固着していた場合、第１，第２ＯＰＡ６１，６２では、ハウジング２２とロータ２３との間からのリークの他、作動油供給油路１６および電磁シャットバルブ１７を介して、ＯＰＡ側進角室４５ａ，４６ａの作動油がＶＴＣアクチュエータ２１の外部に排出される。また、ＣＴＡ６３内では、バイパスバルブ３６に供給されていた作動油が電磁シャットバルブ１７から排出される。その結果、バイパスバルブスプリング３７のばね力によってバイパスバルブ３６がバックプレート２５側（図８中の上方）に移動してフェールポジションとなり、連通油路４３ｃ，４３ｄとバイパスバルブ３６の連通溝３６ａとを介して、ＣＴＡ側進角室４７a内の作動油がＣＴＡ側遅角室４７ｂに流入するようになる。更に、第１ベーン４１では、ロックピン３３に供給されていた作動油が、電磁シャットバルブ１７から排出される。その結果、ロックピンスプリング３４のばね力によってロックピン３３がバックプレート２５側（図８中の上方）に付勢され、ロックピン３３がロック孔２５ａに嵌入できるようになる。これにより、吸気カムシャフト４が受けるカムトルクによってロータ２３とハウジング２２とが断続的に相対回転し、フェールカム位相（本実施形態では、最遅角位相）となった瞬間にロックピン３３がロック孔２５ａに嵌入する。

＜目標制御入力設定制御＞
エンジンＥＣＵ７０は、運転操作状態量や機関運転状態量に基づいて目標カム位相ＣＡｔｇｔや要求カム位相変化速度ＣＡｃｍｄ’を設定した後、図９のフローチャートに示す手順をもって、ＶＴＣアクチュエータ２１に対する目標制御入力設定制御を所定の制御周期（本実施形態では、５ｍｓ）で繰り返し実行する。

（抵抗率推定処理）
目標制御入力設定制御を開始すると、エンジンＥＣＵ７０は、図９のステップＳ１で下式によりリニアソレノイド３１の抵抗率Ｒｈａｔを推定する。
Ｒｈａｔ（Ａｋ）
＝Ｒｈａｔ（Ａ（ｋ−１））＋ＫＰ（Ａ（ｋ−１））・ｅｉｄ（Ａ（ｋ−１））
ここで、ｋは制御周期（５ｍｓ）、Ａはインダクタンス等による遅れを無視できるようにするための係数（本実施形態では、２００）であり、Ａｋは１，０００ｍｓ（１ｓｅｃ）となる。
また、ＫＰは学習ゲインであり、リニアソレノイド３１の駆動電流Ｉと同定ゲインＰとから、逐次最小二乗法を用いて下式によって求められる。
ＫＰ（Ａ（ｋ−１））
＝Ｐ・ζ／（１＋ζ^Ｔ（Ａ（ｋ−１））・Ｐ・ζ（Ａ（ｋ−１）））
＝Ｐ・Ｉ（Ａ（ｋ−１））／（１＋Ｉ^２（Ａ（ｋ−１））・Ｐ）
一方、ｅｉｄは推定誤差であり、リニアソレノイド３１への最終入力電圧Ｕｆｉｎａｌと駆動電流Ｉと抵抗率Ｒｈａｔとから、下式によって求められる。
ｅｉｄ（Ａ（ｋ−１））
＝Ｕｆｉｎａｌ（Ａ（ｋ−１））−Ｉ（Ａ（ｋ−１））・Ｒｈａｔ（Ａ（ｋ−１））

（ドライバ要求判定処理）
次に、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ２で、図１０のフローチャートにその手順を示すドライバ要求判定処理を実行する。ドライバ要求判定処理を開始すると、エンジンＥＣＵ７０は、図１０のステップＳ４１で、アクセルペダルセンサ１９から入力したアクセルペダル開度ＡＰに基づき、図１１のペダル開度−要求トルクマップから目標要求トルクＴＲＱｃｍｄを検索／設定した後、ステップＳ４２で目標要求トルクＴＲＱｃｍｄの今回値ＴＲＱｃｍｄ（ｋ）と前回値ＴＲＱｃｍｄ（ｋ−１）とに基づきエンジンＥが急加減速状態にあるか否かを判定する。そして、エンジンＥＣＵ７０は、この判定がＹｅｓであればステップＳ４３で急加減速フラグＦｇｕｎを１とする一方、ＮｏであればステップＳ４４で急加減速フラグＦｇｕｎを０としてドライバ要求判定処理を終了する。なお、本実施形態の場合、エンジンＥＣＵ７０は、下式（１），（２）のどちから一方と、下式（３）とが同時に満たされたとき、急加減速状態であると判定する。
ＴＲＱｃｍｄ（ｋ）＜Ｔｌｏｗ ・・・（１）
ＴＲＱｃｍｄ（ｋ）＞Ｔｈｉｇｈ ・・・（２）
｜ＴＲＱｃｍｄ’｜＞Ｄｔｌｉｍ ・・・（３）
ここで、Ｔｌｏｗは低トルク判定閾値、Ｔｈｉｇｈは高トルク判定閾値、ＴＲＱｃｍｄ’は要求トルク変化率（ＴＲＱｃｍｄ（ｋ）−ＴＲＱｃｍｄ（ｋ−１））、Ｄｔｌｉｍはトルク変化判定閾値である。

（制御選択処理）
次に、エンジンＥＣＵ７０は、図９のステップＳ３で、図１２のフローチャートにその手順を示す制御選択処理を実行する。制御選択処理を開始すると、エンジンＥＣＵ７０は、図１２のステップＳ５１で、急加減速フラグＦｇｕｎが１であるか否かを判定し、この判定がＮｏであればステップＳ５２で位相制御フラグＦｐｃを１として制御選択処理を終了する。

一方、ステップＳ５１の判定がＹｅｓであった場合、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ５３でエンジン運転状態（要求トルク変化率ＴＲＱｃｍｄ’および負荷の増減（例えば、正味平均有効圧（Brake Mean Effective Pressure：以下、ＢＭＥＰと記す）の増減）に基づき、図１３，図１４に示す動作点条件判定マップを用いてエンジン動作点を判定する。図１３は加速側の動作点条件判定マップ、図１４は減速側の動作点条件判定マップであり、どちらも、要求トルク変化率ＴＲＱｃｍｄ’が大きい側が速度制御領域に設定され、要求トルク変化率ＴＲＱｃｍｄ’が小さい側が位相制御領域に設定されている。なお、加速側の動作点条件判定マップと減速側の動作点条件判定マップとの間には、制御ハンチング等を防止すべく、所定のヒステリシスが設けられている。

次に、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ５４で、エンジン動作点が速度制御領域にあるか否かを判定し、この判定がＮｏであれば（すなわち、エンジン動作点が位相制御領域にあれば）ステップＳ５２で位相制御フラグＦｐｃを１として制御選択処理を終了する。

一方、ステップＳ５４の判定がＹｅｓであった場合、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ５５で、カム位相状態（要求カム位相変化速度ＣＡｃｍｄ’およびカム位相差ΔＣＡ）に基づき、図１５の制御判定マップを用いて制御判定を行う。ここで、カム位相差ΔＣＡは、吸気側カム角センサ１８から入力した実カム位相ＣＡと目標カム位相ＣＡｔｇｔとの差の絶対値である（ΔＣＡ＝｜ＣＡ−ＣＡｔｇｔ｜）。制御判定マップにおいては、カム位相状態が大きい側が速度制御領域に設定され、カム位相状態が小さい側が位相制御領域に設定されている。

次に、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ５６で、カム位相状態が速度制御領域にあるか否かを判定し、この判定がＮｏであれば（すなわち、カム位相状態が位相制御領域にあれば）ステップＳ５２で位相制御フラグＦｐｃを１として制御選択処理を終了する。

ステップＳ５６の判定もＹｅｓであった場合（すなわち、カム位相状態も速度制御領域にあった場合）、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ５７で速度制御フラグＦｖｃを１として制御選択処理を終了する。

次に、エンジンＥＣＵ７０は、図９のステップＳ４で、ＶＴＣアクチュエータ２１を速度制御するか否か（すなわち、速度制御フラグＦｖｃが１であるか否か）を判定する。そして、この判定がＹｅｓであった場合、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ５で図１６のフローチャートにその手順を示す位相制御停止処理を実行する。

（位相制御停止処理）
位相制御停止処理を開始すると、エンジンＥＣＵ７０は、図１６のステップＳ６１で後述する位相入力値算出処理における位相制御偏差ｅ（ｋ）を０とし、ステップＳ６２で同じく位相入力値算出処理における外乱推定誤差Ｋｐ・ｅｄｏｂｓ（ｋ）を０とする（外乱推定の積分機構（積分項）を停止する）。これにより、位相制御が再び開始される際には、積分機構の作動等に起因する過剰な出力が発生しなくなる。

（速度制御終了判定処理）
次に、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ６で、図１７のフローチャートにその手順を示す速度制御終了判定処理を実行する。速度制御終了判定処理を開始すると、エンジンＥＣＵ７０は、図１７のステップＳ７１で前回の処理時にも速度制御が行われていたか否かを判定し、この判定がＮｏであれば（位相制御から速度制御に切り換わったときには）ステップＳ７２で速度制御終了フラグＦｖｃｅｎｄを０とする。また、ステップＳ７１の判定がＹｅｓであった場合（すなわち、現在が速度制御中であった場合）、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ７３で要求動作方向の突当付近であるか否かを判定し、この判定がＮｏであればステップＳ７２で速度制御終了フラグＦｖｃｅｎｄを０とする。

本実施形態の場合、ステップＳ７３の判定は、前回速度目標値が正の場合（すなわち、遅角方向に駆動されていた場合）には６５°＜ＣＡ＜７５°を満たすとＹｅｓとなり、前回速度目標値が負の場合（すなわち、進角方向に駆動されていた場合）には−５°＜ＣＡ＜５°を満たすとＹｅｓとなる。突当付近の判定に±５°の幅を持たせている理由は、ＶＴＣアクチュエータ２１の構成要素に製品誤差や組付誤差が存在することや、長期にわたる運転によって突当位置が変化することによる。

ステップＳ７３の判定がＹｅｓであった場合（すなわち、ＶＴＣアクチュエータ２１が突当付近であった場合）、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ７４でＶＴＣアクチュエータ２１の作動速度Ｖｖｔｃが所定の閾値Ｖｔｈ以下であるか否かを判定し、この判定がＮｏであればステップＳ７２で速度制御終了フラグＦｖｃｅｎｄを０とする。本実施形態の場合、作動速度Ｖｖｔｃは、実カム位相ＣＡの今回値ＣＡ（ｋ）と前回値ＣＡ（ｋ）との差から求めるが、疑似微分法や速度オブザーバ等によって求めるようにしてもよい。

ステップＳ７４の判定もＹｅｓであった場合、エンジンＥＣＵ７０は、ＶＴＣアクチュエータ２１が突当状態になったとものとし、ステップＳ７５で速度制御フラグＦｖｃを０とするとともに速度制御終了フラグＦｖｃｅｎｄを１とする。

次に、エンジンＥＣＵ７０は、図９のステップＳ７で、速度制御が終了したか否か（速度制御終了フラグＦｖｃｅｎｄが１であるか否か）を判定し、この判定がＮｏであればステップＳ８で図１８のフローチャートにその手順を示す速度目標値設定処理を実行する。

（速度目標値設定処理）
速度目標値設定処理を開始すると、エンジンＥＣＵ７０は、図１８のステップＳ８１で各種エンジンパラメータを取得した後、ステップＳ８２で、要求トルク変化率ＴＲＱｃｍｄ’およびエンジン回転速度Ｎｅに基づき、図１９の要求空気量変化速度マップから要求空気量変化速度ＳＡｃｍｄ’を検索／設定する。次に、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ８３で、要求空気量変化速度ＳＡｃｍｄ’、吸気管圧力Ｐｂおよびエンジン回転速度Ｎｅに基づき、図２０の速度目標値マップから速度目標値ＤＣＡｃｍｄ（ｋ）を検索／設定した後、ステップＳ８４で速度目標値ＤＣＡｃｍｄ（ｋ）にフィルタリング処理を施す。なお、吸気管圧力Ｐｂによる速度目標値ＤＣＡｃｍｄ（ｋ）の相違は、要求空気量変化速度マップではなく、演算によって求めるようにしてもよい。

（速度入力値算出処理）
次に、エンジンＥＣＵ７０は、図９のステップＳ９で、図２１のフローチャートにその手順を示す速度入力値算出処理を実行する。速度入力値算出処理を開始すると、エンジンＥＣＵ７０は、図２１のステップＳ９１で、速度目標値ＤＣＡｃｍｄ（ｋ）に基づいて、図２２のＦＦ目標電流マップからＦＦ（フィードフォワード）用の目標入力電流（以下、ＦＦ目標電流と記す）Ｕｃｒｎｔ（ｋ）を検索／設定する。なお、ＦＦ目標電流マップでは、リニアソレノイド３１の作動特性に影響を与えるエンジンパラメータ（エンジン油温Ｔｏやエンジン回転速度Ｎｅ等）に応じてＦＦ目標電流Ｕｃｒｎｔ（ｋ）の値を変えているが、これを学習によって行うようにしてもよい。

次に、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ９２で、ＦＦ目標電流Ｕｃｒｎｔ（ｋ）と抵抗率Ｒｈａｔ（ｋ）とから、速度制御ＦＦ項Ｕｄｆｆ（ｋ）を下式によって算出する。
Ｕｄｆｆ（ｋ）＝Ｕｃｒｎｔ（ｋ）・Ｒｈａｔ（ｋ）

次に、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ９３で、以下の手順によって速度制御ＦＢ項Ｕｄｆｂ（ｋ）を算出する。
先ず、エンジンＥＣＵ７０は、速度目標値ＤＣＡｃｍｄ（ｋ）と実速度ＤＣＡ（ｋ）から、下式によって速度制御偏差ｅｄ（ｋ）を求める。
ｅｄ（ｋ）＝ＤＣＡｃｍｄ（ｋ）−ＤＣＡ（ｋ）
次に、エンジンＥＣＵ７０は、今回および前回の速度制御偏差ｅｄ（ｋ），ｅｄ（ｋ−１）と応答指定パラメータＰｏｌｅとから、下式によって拡大速度制御偏差σｄ（ｋ）を求める。
σｄ（ｋ）＝ｅｄ（ｋ）＋Ｐｏｌｅ・ｅｄ（ｋ−１）
次に、エンジンＥＣＵ７０は、拡大速度制御偏差σｄ（ｋ）とフィードバックゲインＫｐ，Ｋａｄｐとから、下式によって速度制御ＦＢ生値Ｕｄｆｔｅｍｐ（ｋ）を求める。
Ｕｄｆｔｅｍｐ（ｋ）＝Ｋｐ・σｄ（ｋ）＋Ｋａｄｐ・Σσｄ（ｋ）
しかる後、エンジンＥＣＵ７０は、速度制御ＦＢ生値Ｕｄｆｔｅｍｐ（ｋ）、抵抗率Ｒｈａｔ（ｋ）および抵抗率初期値Ｒｂａｓｅとから、下式によって速度制御ＦＢ項Ｕｄｆｂ（ｋ）を求める。
Ｕｄｆｂ（ｋ）＝（Ｒｈａｔ（ｋ）／Ｒｂａｓｅ）・Ｕｄｆｔｅｍｐ（ｋ）

最後に、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ９４で、速度制御ＦＦ項Ｕｄｆｆ（ｋ）および速度制御ＦＢ項Ｕｄｆｂ（ｋ）から、下式によって速度制御入力値Ｕｄ（ｋ）を算出する。
Ｕｄ（ｋ）＝Ｕｄｆｆ（ｋ）＋Ｕｄｆｂ（ｋ）

（メイン制御入力値設定処理）
次に、エンジンＥＣＵ７０は、図９のステップＳ１０で、図２３のフローチャートにその手順を示すメイン制御入力値設定処理を実行する。メイン制御入力値設定処理を開始すると、エンジンＥＣＵ７０は、図２３のステップＳ１０１で、速度制御終了フラグＦｖｃｅｎｄあるいは後述する保持モードフラグＦｃｎｓｔｍｄの少なくとも一方が１であるか否かを判定し、この判定がＮｏであればステップＳ１０２で制御入力値Ｕｃｔｒ（ｋ）をそのままメイン制御入力値Ｕｍａｉｎ（ｋ）とする。なお、制御入力値Ｕｃｔｒ（ｋ）は、上述した速度制御入力値Ｕｄ（ｋ）、あるいは後述する位相制御入力値Ｕｐ（ｋ）である。
Ｕｍａｉｎ（ｋ）＝Ｕｃｔｒ（ｋ）

一方、速度制御終了フラグＦｖｃｅｎｄあるいは保持モードフラグＦｃｎｓｔｍｄが１であり、ステップＳ１０１の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ１０３で現状入力値Ｕｔｅｍｐが所定の判定閾値Ｕｔｈより小さいか否かを判定する。そして、ステップＳ１０３の判定がＮｏであった場合、エンジンＥＣＵ７０は、下式によってメイン制御入力値Ｕｍａｉｎ（ｋ）を算出する。
Ｕｍａｉｎ（ｋ）＝λＵｔｅｍｐ（ｋ−１）＋Ｕｏｆｔ（ｋ）
ここで、λ（０＜λ＜１）は忘却係数であり、Ｕｏｆｔ（ｋ）はＶＴＣアクチュエータ２１の突当方向への微少値である。これにより、速度制御終了フラグＦｖｃｅｎｄあるいは保持モードフラグＦｃｎｓｔｍｄが１となった場合（すなわち、速度制御が終了している場合）、メイン制御入力値Ｕｍａｉｎ（ｋ）が速度制御終了時点から漸減してゆく。

メイン制御入力値Ｕｍａｉｎ（ｋ）が減少してステップＳ１０３の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ１０５において、速度制御終了フラグＦｖｃｅｎｄを０とする一方で、保持モードフラグＦｃｎｓｔｍｄを１とする。これにより、速度制御終了時点から所定時間が経過すると、ＶＴＣアクチュエータ２１のロータ２３が微少な押付力をもって突当方向に押し付けられる状態となる。

（目標制御入力値算出処理）
メイン制御入力値設定処理を終了すると、エンジンＥＣＵ７０は、図９のステップＳ１１で、下式を用いて目標制御入力値Ｕ（ｋ）を算出する。
Ｕ（ｋ）＝Ｕｃｔｒ（ｋ）＋Ｕｍａｉｎ（ｋ）
ここで、Ｕｃｔｒ（ｋ）は保持入力であり、以下に述べる手順で設定される。

＜保持入力値学習処理＞
エンジンＥＣＵ７０は、目標制御入力設定制御と並行して、図２４のフローチャートにその手順を示す保持入力値学習処理を所定の制御周期（本実施形態では、１ｓｅｃ）で繰り返し実行する。保持入力値学習処理を開始すると、エンジンＥＣＵ７０は、図２４のステップＳ２１１で位相制御中であるか否かを判定し、この判定がＮｏであれば保持入力学習を行わずにスタートに戻る。

現在が位相制御中であり、ステップＳ２１１の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ２１２でＶＴＣアクチュエータ２１の作動速度Ｖｖｔｃが所定の閾値Ｖｔｈ以下であるか否かを判定し、この判定がＮｏであればやはり保持入力学習を行わずにスタートに戻る。なお、作動速度Ｖｖｔｃが閾値Ｖｔｈ以下となる場合は、ＶＴＣアクチュエータ２１が殆ど作動してない状態（すなわち、保持状態）である。

ＶＴＣアクチュエータ２１が保持状態であり、ステップＳ２１２の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ２１３でＶＴＣアクチュエータ２１が突当付近であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであれば、やはり保持入力学習を行わずにスタートに戻る。本実施形態の場合、ステップＳ２１３の判定は、５°＜ＣＡ＜６５°を満たすとＹｅｓとなる。

ＶＴＣアクチュエータ２１が突当付近になく、ステップＳ２１３の判定がＮｏとなると、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ２１４で下式によって保持入力Ｕｃｔｒ（ｋ）を学習する。ここで、Ｕｃｔｒｉｎｔは保持入力初期値であり、α（Ａｋ）は学習値である。
Ｕｃｔｒ（ｋ）＝Ｕｃｔｒｉｎｔ＋α（Ａｋ）

学習値α（Ａｋ）は下式によって算出される。
α（Ａｋ）＝α（Ａ（ｋ−１））＋ＫＰ（Ａｋ）・ｅｉｄ（Ａｋ）
ここで、ｋは制御周期（５ｍｓ）、Ａはインダクタンス等による遅れを無視できるようにするための係数（本実施形態では、２００）であり、Ａｋは１，０００ｍｓ（１ｓｅｃ）となる。
また、ＫＰは学習ゲインであり、リニアソレノイド３１の駆動電流Ｉと同定ゲインＰとから、固定ゲイン法を用いて下式によって求められる。
ＫＰ（Ａｋ）
＝Ｐ・ζ／（１＋ζ^Ｔ（Ａｋ）・Ｐ・ζ（Ａｋ））
＝Ｐ／（１＋Ｐ）
一方、ｅｉｄは、位相制御入力が０となるように、下式によって算出される。
ｅｉｄ（Ａｋ）＝Ｕｍａｉｎ（Ａｋ）

（速度制御停止処理）
速度制御が終了して（速度制御終了フラグＦｖｃｅｎｄが１となって）、図９のステップＳ７の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ１２で、図２５のフローチャートにその手順を示す速度制御停止処理を実行する。速度制御停止処理を開始すると、エンジンＥＣＵ７０は、図２５のステップＳ１１１で前述した速度入力値算出処理における速度制御偏差ｅｄ（ｋ）を０とし、ステップＳ１１２で同じく位相入力値算出処理におけるフィードバックゲインＫａｄｐを０とする（積分機構を停止する）。これにより、速度制御が再び開始される際には、積分機構の作動等に起因する過剰な出力が発生しなくなる。

（保持モード移行処理）
速度制御停止処理を終えると、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ１３で、保持モード移行処理を実行する。すなわち、速度制御終了フラグＦｖｃｅｎｄを０とすると同時に、保持モードフラグＦｃｎｓｔｍｄを１とする。

（位相制御移行判定処理）
速度制御フラグＦｖｃが０であり、図９のステップＳ４の判定がＮｏとなった場合、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ１４で現在が保持モード中であるか否かを判定する。そして、この判定がＹｅｓであった場合、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ１５で図２６のフローチャートにその手順を示す位相制御移行判定処理を実行する。位相制御移行判定処理を開始すると、エンジンＥＣＵ７０は、図２６のステップＳ１２１で後述する位相目標値ＣＡｃｍｄ（ｋ）が突当付近に無い（５°＜ＣＡｔｇｔ＜６５°）か否かを判定し、この判定がＮｏであればそのまま処理を終了し、ＹｅｓであればステップＳ１２２で保持モードフラグＦｃｎｓｔｍｄを０とすると同時に位相制御フラグＦｐｃｒを１とする。

次に、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ１６で位相制御に移行したか否か（すなわち、位相制御フラグＦｐｃｒが１であるか否か）を判定し、この判定がＮｏであれば保持モードを継続するため、ステップＳ１０に移行して前述のメイン制御入力値設定処理および目標制御入力値算出処理を実行する。

（位相目標値設定処理）
位相制御フラグＦｐｃｒが１となり、ステップＳ１６の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ１７で図２７のフローチャートにその手順を示す位相目標値設定処理を実行する。位相目標値設定処理を開始すると、エンジンＥＣＵ７０は、図２７のステップＳ１３１で各種エンジンパラメータを取得した後、ステップＳ１３２で、ＢＭＥＰとエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて、図２８の定常燃費最適点マップからＶＴＣアクチュエータ２１の位相目標値ＣＡｃｍｄ（ｋ）を検索／設定する。

次に、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ１３３でエンジン運転状態（要求トルク変化率ＴＲＱｃｍｄ’および負荷の増減（例えば、正味平均有効圧（Brake Mean Effective Pressure：以下、ＢＭＥＰと記す）の増減）に基づき、図２９，図３０に示す動作点条件判定マップを用いてエンジン動作点を判定する。図２９は加速側の動作点条件判定マップ、図３０は減速側の動作点条件判定マップであり、どちらも、要求トルク変化率ＴＲＱｃｍｄ’が大きい高変化領域で位相零フラグＦｚｅｒｏが１に設定され、要求トルク変化率ＴＲＱｃｍｄ’が小さい低変化領域で位相保持フラグＦｃｎｓｔが１に設定される。なお、加速側の動作点条件判定マップと減速側の動作点条件判定マップとの間には、制御ハンチング等を防止すべく、所定のヒステリシスが設けられている。

次に、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ１３４で、位相零フラグＦｚｅｒｏが１であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ１３５で位相目標値ＣＡｃｍｄ（ｋ）を０とする。ステップＳ１３４の判定がＮｏであった場合、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ１３６で位相保持フラグＦｃｎｓｔが１であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ１３７で位相目標値ＣＡｃｍｄ（ｋ）を前回値ＣＡｃｍｄ（ｋ−１）のままとする。

ステップＳ１３６の判定もＮｏであった場合、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ１３８において、ステップＳ１３２で設定した位相目標値ＣＡｃｍｄ（ｋ）にフィルタリング処理を施す。

（位相入力値算出処理）
次に、エンジンＥＣＵ７０は、図９のステップＳ１８で、図３１のフローチャートにその手順を示す位相入力値算出処理を実行する。位相入力値算出処理を開始すると、エンジンＥＣＵ７０は、図３１のステップＳ１４１で、下記の手順によって位相制御入力Ｕｐｈａｓｅを設定する。

先ず、エンジンＥＣＵ７０は、下式に示すカム位相予測モデルを用い、カム位相予測値ＣＡ（ｋ＋１）を予測する。
ＣＡ（ｋ＋１）＝ａ_１・ＣＡ（ｋ）＋ａ_２・ＣＡ（ｋ−１）＋ｂ_１・Ｕｐｈａｓｅ（ｋ）
＋ｂ_２・Ｕｐｈａｓｅ（ｋ−１）＋ｃ（ｋ）
ここで、ａ_１，ａ_２，ｂ_１，ｂ_２はモデルパラメータであり、Ｕｐｈａｓｅは位相制御の制御入力であり、ｃは外乱推定パラメータである。

次に、エンジンＥＣＵ７０は、追従性指定パラメータＰｏｌｅ_ｆ（０＜Ｐｏｌｅ_{ｆ_ｌｆ}＜１）を用い、下式により制御用位相目標値ＣＡｃｍｄ_ｆ（ｋ）を算出する。
ＣＡｃｍｄ_ｆ（ｋ）＝Ｐｏｌｅ_ｆ・ＣＡｃｍｄ_ｆ（ｋ−１）
＋（１−Ｐｏｌｅ_{ｆ_ｌｆ}）・ＣＡｃｍｄ（ｋ）

次に、エンジンＥＣＵ７０は、実位相ＣＡ（ｋ）と制御用位相目標値ＣＡｃｍｄ_ｆ（ｋ）とから、下式により位相制御偏差ｅ（ｋ）を算出する。
ｅ（ｋ）＝ＣＡ（ｋ）−ＣＡｃｍｄ_ｆ（ｋ）

次に、エンジンＥＣＵ７０は、位相制御偏差の今回値ｅ（ｋ）および前回値ｅ（ｋ−１）と応答指定パラメータＰｏｌｅ（−１＜Ｐｏｌｅ＜０）とから、下式により拡大位相制御偏差σ（ｋ）を算出する。
σ（ｋ）＝ｅ（ｋ）＋Ｐｏｌｅ・ｅ（ｋ−１）

次に、エンジンＥＣＵ７０は、外乱推定誤差Ｋｐ・ｅｄｏｂｓ（ｋ）を用い、下式により外乱推定値ｃ（ｋ）を算出する。
ｃ（ｋ）＝ｃ（ｋ−１）＋Ｋｐ・ｅｄｏｂｓ（ｋ）
ここで、Ｋｐおよびｅｄｏｂｓ（ｋ）は、それぞれ下式によって求められる。
Ｋｐ＝Ｐ／（１＋Ｐ）
ｅｄｏｂｓ（ｋ）＝ＣＡ（ｋ）−ＣＡｈａｔ（ｋ）
ＣＡｈａｔ（ｋ）＝ａ_１・ＣＡ（ｋ−１）＋ａ_２・ＣＡ（ｋ−２）＋
ｂ_１・Ｕｐｈａｓｅ（ｋ−１）＋ｂ_２・Ｕｐｈａｓｅ（ｋ−２）＋ｃ（ｋ−１）
なお、本実施形態では、フィードバックゲインＫｐの推定に固定ゲイン法を用いたが、重み付け最小二乗法等、他の推定方法を採用してもよい。

次に、エンジンＥＣＵ７０は、上述したカム位相予測モデルに基づき、下式によって制御入力値Ｕｐｈａｓｅ（ｋ）を算出する。
Ｕｐｈａｓｅ（ｋ）＝Ｕｅｑ（ｋ）＋Ｕｒｃｈ（ｋ）
ここで、Ｕｅｑ（ｋ），Ｕｒｃｈ（ｋ）は、それぞれ以下の式によって求められる。
Ｕｅｑ（ｋ）＝（１／ｂ_１）・｛（１−Ｐｏｌｅ−ａ_１）・ＣＡ（ｋ−１）
＋（Ｐｏｌｅ−ａ_２）・ＣＡ（ｋ−１）＋ＣＡｃｍｄ_ｆ（ｋ＋１）−ｃ（ｋ）
＋（Ｐｏｌｅ−１）・ＣＡｃｍｄ_ｆ（ｋ）＋Ｐｏｌｅ・ＣＡｃｍｄ_ｆ（ｋ−１）
−ｂ_２・Ｕｐｈａｓｅ（ｋ−１）｝
Ｕｒｃｈ（ｋ）＝（−Ｋｒｃｈ／ｂ_１）・σ（ｋ）
ｅｄｏｖ（ｋ）＝Ｌｉｆｔｉｎ（ｋ）−Ｌｉｆｔｉｎ_ｈａｔ（ｋ）

次に、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ１４２で、制御入力値Ｕｐｈａｓｅ（ｋ）と、先に求めたリニアソレノイド３１の抵抗率Ｒｈａｔ（ｋ）とから、下式を用いて抵抗率補償を行う。
Ｕｐｈａｓｅ_ｆ（ｋ）＝（Ｒｈａｔ（ｋ）／Ｒｂａｓｅ）・Ｕｐｈａｓｅ（ｋ）

（速度制御から保持モードへの移行）
ステップＳ１４の判定がＮｏであった場合、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ１９で前回の処理時に位相制御が行われていたか否かを判定する。速度制御から移行して未だ位相制御に至っていない場合、ステップＳ１９の判定がＮｏとなるため、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ２０で速度制御停止処理（図２５）を実行した後、ステップＳ２１で前述した保持モード移行処理を実行する。これにより、速度制御が再び開始される際には、積分機構の作動等に起因する過剰な出力が発生しなくなるとともに、メイン制御入力値Ｕｍａｉｎ（ｋ）が速度制御終了時点から漸減してゆく。

（位相制御中）
ＶＴＣアクチュエータ２１が位相制御中であり、ステップＳ１９の判定がＹｅｓとなった場合、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ２２で速度制御停止処理（図２５）を実行する。これにより、速度制御が再び開始される際には、積分機構の作動等に起因する過剰な出力が発生しなくなる。次に、エンジンＥＣＵ７０は、ステップＳ１７の位相目標値設定処理（図２７）と、ステップＳ１８の位相入力値算出処理（図３１）とを実行する。

（速度制御の作用）
速度制御入力値Ｕｄ（ｋ）に基づく目標制御入力値Ｕ（ｋ）がリニアソレノイド３１に出力されると（すなわち、ＶＴＣアクチュエータ２１が速度制御されると）、図３２のグラフに実線で示すように、カム位相ＣＡの変化速度（角速度）が急峻に立ち上がり、カム位相ＣＡは遅角側あるいは進角側に速やかに変化する。なお、図３２はカム位相ＣＡが遅角側に変化する状態を示しており、同図から、速度目標値に基づく速度制御（実線で示す）を行うと、位相目標値に基づく位相制御を行った場合（破線で示す）に較べ、カム位相ＣＡの最遅角位置への変化が遅滞なくかつ短時間で実現されることが判る。

（保持モードの作用）
ＶＴＣアクチュエータ２１が速度制御終了時点から保持モードに移行すると、図３３のグラフに示すように、カム位相ＣＡが最遅角位置あるいは最進角位置で保持されたまま、制御入力値Ｕ（ｋ）が保持入力値に微少値を加算した小さなものとなる。そのため、位相制御が再開された際には、保持モードを経由しない場合に較べ、カム位相ＣＡが速やかに変化し、制御遅れに起因するエンジンレスポンスの低下等が効果的に抑制される。

≪実施形態の効果≫
本実施形態では、以上述べた手順でリニアソレノイド３１の制御入力値Ｕ（ｋ）を算出するようにしたため、急加減速時に速度制御によってＶＴＣアクチュエータ２１を最遅角状態あるいは最進角状態に迅速に作動させることができる。また、速度制御の終了時点で保持モードに移行し、制御入力値Ｕ（ｋ）（すなわち、作動油圧）をごく小さな値とするようにしたため、位相制御の再開時における制御遅れが効果的に抑制される。また、リニアソレノイド３１の抵抗率に応じて目標駆動電圧を補償するようにしたため、より高い精度をもってリニアソレノイド３１（すなわち、ＶＴＣアクチュエータ２１）を駆動制御できる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は本発明を直列４気筒ＤＯＨＣガソリンエンジンに適用したものであるが、ディーゼルエンジン等にも当然に適用可能である。また、上記実施形態で吸気カムシャフト側にＶＴＣアクチュエータを備えたものに言及したが、排気カムシャフト側にＶＴＣアクチュエータを備えたカム位相可変型内燃機関に適用してもよい。また、上記実施形態ではＯＰＡとＣＴＡとを備えたＶＴＣアクチュエータを採用したが、ＯＰＡとＣＴＡとのどちらか一方のみを備えたＶＴＣアクチュエータを採用してもよい。その他、ＶＴＣアクチュエータの作動角を始め、エンジンや可変動弁装置の具体的構成等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

４ 吸気カムシャフト
１０ クランクシャフト
１８ 吸気側カム角センサ
１９ アクセルペダルセンサ（運転操作状態検出手段）
２０ ＥＣＯＮスイッチ（運転モード切換手段）
２１ ＶＴＣアクチュエータ
２２ ハウジング（第１回転部材）
２３ ロータ（第２回転部材）
２９ スプールバルブ（カム位相切換手段）
３１ リニアソレノイド
６１ 第１ＯＰＡ
６２ 第１ＯＰＡ
６３ ＣＴＡ
７０ エンジンＥＣＵ
７２ 上位司令部
７３ カム位相変化速度推定部
７４ 位相制御部（位相制御手段）
７５ 速度制御部（速度制御手段）
７６ 保持モード制御部（保持制御手段）
７７ 保持入力値学習部（保持制御量学習手段）
７８ 制御選択部（制御選択手段）
７９ 抵抗率補償部（抵抗率補償手段）
Ｅ エンジン（カム位相可変型内燃機関）

Claims (15)

1. 所定の角度範囲をもってカム位相が可変制御されるカム位相可変型内燃機関であって、
   クランクシャフトに同期して回転する第１回転部材と、
   カムシャフトと一体に回転するとともに前記第１回転部材に相対回転可能に連結される第２回転部材と、
   前記第１回転部材および前記第２回転部材の間に形成された進角側油室と遅角側油室とに連絡する作動油回路を切り換えることにより、カム位相を進角と遅角と保持との間でシフトさせるカム位相切換手段と、
   運転者による運転操作状態を検出する運転操作状態検出手段と、
   機関運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、
   前記運転操作状態検出結果と機関運転状態検出結果の少なくとも一方から目標角速度を設定し、当該目標角速度に基づいて前記カム位相変化速度を制御する速度制御手段と、
   前期運転操作状態検出結果と機関運転状態検出結果の少なくとも一方から目標カム位相を設定し、当該目標カム位相に基づいて、前記カム位相を制御する位相制御手段と、
   前記運転操作状態検出手段の検出結果と前記機関運転状態検出手段の検出結果との少なくとも一方に基づき、前記速度制御と前記位相制御とのどちらか一方を選択する制御選択手段と、
   前記速度制御の終了を判定する速度制御終了判定手段と、
   前記速度制御終了判定手段によって速度制御が終了したと判定された場合、速度制御終了時点でのカム位相を当該速度制御の方向に所定の付勢力をもって保持制御する保持制御手段と
   を備えたことを特徴とするカム位相可変型内燃機関。
2. 前記位相制御において、カム位相を保持するための保持制御量を逐次学習する保持制御量学習手段を備え、
   前記保持制御手段は、前記保持制御量に対して前記速度制御の方向への付加制御量を加えることで前記付勢力を設定することを特徴とする、請求項１に記載されたカム位相可変型内燃機関。
3. 前記保持制御手段は、前記速度制御終了判定手段によって速度制御が終了したと判定された場合、速度制御終了時点での制御量から前記付勢力を与える制御量に向けて、所定の漸減量をもって制御量を漸減させることを特徴とする、請求項２に記載されたカム位相可変型内燃機関。
4. 前記制御選択手段は、急加速時あるいは急減速時に前記速度制御手段を選択することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたカム位相可変型内燃機関。
5. 前記制御選択手段は、機関回転速度、機関負荷および実カム位相の少なくとも１つと、要求トルク変化速度とに基づいて前記選択を行うことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたカム位相可変型内燃機関。
6. 前記制御選択手段は、機関負荷の増加速度が高い場合に前記速度制御手段を選択することを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたカム位相可変型内燃機関。
7. 前記制御選択手段は、目標カム位相と実カム位相との差が大きい場合に前記速度制御手段を選択することを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたカム位相可変型内燃機関。
8. 前記制御選択手段は、実カム位相が突き当て付近であり、かつ実カム位相の変化速度が所定値を下回った場合に前記位相制御手段を選択することを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載されたカム位相可変型内燃機関。
9. 前記速度制御手段が積分項を含むフィードバック制御を実行し、
   当該速度制御手段は、前記制御選択手段によって位相制御手段が選択された場合、前記積分項を停止させることを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載されたカム位相可変型内燃機関。
10. 前記速度制御手段は、機関回転速度、機関負荷および実カム位相の少なくとも１つと、要求トルク変化速度とに基づいて速度目標値を設定することを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載されたカム位相可変型内燃機関。
11. 前記速度制御手段は、機関回転速度、機関負荷および実カム位相の少なくとも１つと、要求トルク変化速度とに基づいて要求空気量変化速度を算出し、当該要求空気量変化速度に基づいて前記速度目標値を設定することを特徴とする、請求項１０に記載されたカム位相可変型内燃機関。
12. 前記位相制御手段が積分項を含むフィードバック制御を実行し、
    前記位相制御手段は、前記制御選択手段によって速度制御手段が選択された場合、前記積分項を停止させることを特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載されたカム位相可変型内燃機関。
13. 前記位相制御手段は、機関回転速度と要求トルクとに基づいて位相目標値を設定することを特徴とする、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載されたカム位相可変型内燃機関。
14. 燃費優先モードを含む運転モードのうちの１つが運転者によって選択される運転モード切換手段を備え、
    前記燃費優先モードが運転者によって選択された場合、前記位相制御から前記速度制御に切り換える閾値を高くすることを特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載されたカム位相可変型内燃機関。
15. 前記カム位相切換手段がリニアソレノイドによって駆動され、
    当該リニアソレノイドの抵抗率の変化を補償する抵抗率補償手段を更に備えたことを特徴とする、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載されたカム位相可変型内燃機関。

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