JP6267553B2 - 可変動弁機構の制御装置及び制御方法 - Google Patents

可変動弁機構の制御装置及び制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、容量を変更可能な可変容量ポンプの油圧により動作する可変動弁機構の制御装置及び制御方法に関する。
従来、油圧により動作する可変動弁機構（油圧ＶＴＣ機構と略称する）を搭載したエンジンでは、エンジン回転数や冷却水温度等により油圧を推定し、油圧ＶＴＣ機構を駆動するための制御ゲインを設定している。しかし、可変容量ポンプ、例えば電制２段油圧制御ポンプ（電制ＶＤＶＰ、あるいは２ステージオイルポンプとも呼ばれる）でオイルを供給する場合、ソレノイドのハンチングを抑制するために、供給特性の切り替えにヒステリシス特性を持たせている。このため、同エンジン回転数や同冷却水温度の場合でも油圧が推定と異なることがあり、必ずしも期待している油圧ＶＴＣ機構の応答性や制御性が得られない。
そこで、例えば特許文献１では、低油圧時の目標位相を切り替えることで、制御安定性を保つようにしている。
特開２００８−１５７０６６号公報
しかしながら、特許文献１の技術では、制御を安定化できるものの、目標位相を切り替えると、目標値がエンジンの運転状態における最適値ではなくなるため、燃費や運転性等の悪化が生ずる虞がある。
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、燃費及び運転性の悪化を抑制できる可変動弁機構の制御装置及び制御方法を提供することにある。
本発明の可変動弁機構の制御装置及び制御方法は、可変容量ポンプの油圧により動作する可変動弁機構を制御する際に、前記可変容量ポンプが第１容量状態の場合に、油圧を推定して前記可変動弁機構を駆動するための制御ゲインを第１の容量用に切り替え、前記可変容量ポンプが前記第１容量状態と異なる第２容量状態の場合に、前記制御ゲインを第２の容量用に切り替え、前記制御ゲインに油圧の立ち上がりの遅れに対応した補正を行って、前記制御ゲインの変化に時間遅れを発生させる、もしくは前記可変容量ポンプの前記第１容量状態と前記第２容量状態の油圧比を補正係数とし、前記可変容量ポンプが前記第１容量状態か前記第２容量状態かに応じて、前記制御ゲインに補正係数を掛け、前記制御ゲインに油圧の立ち上がりの遅れに対応した補正を行って、前記制御ゲインの変化に時間遅れを発生させる、ことを特徴とする。
本発明によれば、可変容量ポンプの切り替えに応じて可変動弁機構の制御ゲインを変化させることで、実際の油圧状態に応じた可変動弁機構の駆動が可能となり、オーバーシュートや応答遅れを抑制して、燃費や運転性の悪化を抑制できる。
本発明の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置が適用されるエンジンの概略構成図である。 図１における油圧ＶＣＴ機構によるバルブタイミングの変更に関係する要部を抽出して示す構成図である。 図２における電制ＶＤＶＰの構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における第１の制御方法を示すフローチャートである。 図４に示した第１の制御方法における油圧と制御ゲインとの関係を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における第２の制御方法を示すフローチャートである。 図６に続く制御方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における第３の制御方法を示すフローチャートである。 図８に続く制御方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における第４の制御方法を示すフローチャートである。 図１０に続く制御方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における第５の制御方法を示すフローチャートである。 図１２に続く制御方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における第６の制御方法を示すフローチャートである。 図１４に続く制御方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における第７の制御方法を示すフローチャートである。 電制ＶＤＶＰにおけるソレノイドバルブの固着を診断する診断方法を示すフローチャートである。 図１７に続く診断方法を示すフローチャートである。 油圧状態、ソレノイドバルブの固着、及びソレノイドバルブ状態の指示値の関係について説明するための図である。 電制ＶＤＶＰにおけるソレノイドバルブの固着を診断する際の動作について説明するためのタイミングチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置が適用されるエンジンの概略構成図である。
エンジン（内燃機関）１の各気筒に空気を導入するための吸気管１１には、エンジン１の吸入空気流量ＱＡを検出する吸入空気量センサ１２を設けている。吸入空気量センサ１２としては、例えば吸気の質量流量を検出する熱線式流量計等を用いることができる。
吸気バルブ１３は、各気筒の燃焼室１４の吸気口を開閉し、吸気バルブ１３の上流側の吸気管１１に、気筒毎に燃料噴射弁１５を備えている。燃料噴射弁１５から噴射された燃料は、吸気バルブ１３を介して燃焼室１４内に空気と共に吸引され、点火プラグ１６による火花点火によって着火燃焼し、該燃焼による圧力がピストン１７をクランクシャフト１８に向けて押し下げることで、クランクシャフト１８を回転駆動する。クランク角センサ２７は、クランクシャフト１８の回転角を検出し、クランクシャフト１８の基準位置信号ＲＥＦ及び単位角度信号ＰＯＳを出力する。
点火プラグ１６それぞれには、点火プラグ１６に対して点火エネルギを供給する点火モジュール１９が直付けされている。点火モジュール１９は、点火コイル及び点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタを備えている。
排気バルブ２０は、燃焼室１４の排気口を開閉し、排気バルブ２０が開くことで排気ガスが排気管２１に排出される。排気管２１には、三元触媒等を備えた触媒コンバータ２２が設置され、触媒コンバータ２２によって排気を浄化する。また、触媒コンバータ２２の上流側の排気管２１に空燃比センサ２３が設置され、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比Ａ／Ｆを検出している。
吸気バルブ１３及び排気バルブ２０は、クランクシャフト１８によって回転駆動される吸気カムシャフト２４及び排気カムシャフト２５の回転に伴って動作する。吸気バルブ１３は、吸気カムシャフト２４に設けたカムによって開閉駆動され、油圧ＶＴＣ機構２６によって、その作動角（開弁作用角）の中心位相が可変となっており、吸気バルブ１３のバルブタイミングが進遅角される。油圧ＶＴＣ機構２６は、ソレノイドバルブ３４によって油圧通路が切り替えられることで、作動角の中心位相が変更されるようになっている。
カム角センサ２８は、吸気カムシャフト２４から基準位置信号（吸気カムシャフトの回転角信号）ＣＡＭを取り出す。一方、排気バルブ２０は、排気カムシャフト２５に設けられたカムによって開閉駆動される。
水温センサ２９は、エンジン１の冷却水の温度（水温）ＴＷを検出する。また、油温センサ３３は、オイルパン内またはエンジンオイルの循環経路におけるエンジンオイルの油温ＴＯを検出する。更に、アクセル開度センサ３０は、アクセルペダル３１の踏込み量（アクセル開度ＡＣＣ）を検出する。
ＥＣＵ（Engine Control Ｕnit）６は、マイクロコンピュータを備え、エンジン１に設けられた各種のセンサからの信号、例えば吸入空気流量ＱＡ、アクセル開度ＡＣＣ、基準位置信号ＲＥＦ、単位角度信号ＰＯＳ、空燃比Ａ／Ｆ、水温ＴＷ、油温ＴＯ及び回転角信号ＣＡＭ等が入力される。また、ＥＣＵ６には、エンジン１の運転及び停止のメインスイッチであるイグニッションスイッチ３２の状態を示す信号が入力される。ＥＣＵ６は、これらの情報に基づき、予め記憶されたプログラムに従って演算処理を行い、燃料噴射弁１５、ソレノイドバルブ３４、及び点火モジュール１９等の各種装置の操作量あるいは制御量を算出し、これらの装置に制御信号を出力して制御する。
なお、エンジン１は、図示した直列型の他、Ｖ型あるいは水平対向型等の様々な形式とすることができる。また、ここでは燃料噴射弁１５が吸気管１１内に燃料を噴射するものを例に取ったが、燃焼室１４内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式エンジンであっても良い。更に、吸気側ＶＴＣ機構２６に加えて排気バルブ２０の開閉時期（バルブタイミング）を可変とする排気側ＶＴＣ機構を備えていても良い。
図２は、図１における油圧ＶＣＴ機構２６によるバルブタイミングの変更に関係する要部を抽出して示している。油圧ＶＣＴ機構２６は、吸気バルブ１３を開閉させる吸気カムが設けられた吸気カムシャフト２４の一端に配設されている。油圧ＶＣＴ機構２６は、エンジン１のクランクシャフト１８と同期して回転するプーリ４１と、吸気カムシャフト２４と一体的に回転可能に連結されたロータ４２とを相対回転可能に組み合わせることによって構成されている。プーリ４１は、図示しないタイミングベルトによってエンジン１のクランクシャフト１８と連結され、クランクシャフト１８と同期して回転する。
プーリ４１には、ロータ４２を収容する円筒状のハウジング４３が設けられている。ハウジング４３は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面に横断面が台形状を呈し、それぞれハウジング４３の軸方向に沿って設けられる隔壁部４３ａ，４３ｂ，４３ｃが突設されている。ロータ４２の外周にはその径方向に延びる複数のベーン４２ａ，４２ｂ，４２ｃが形成され、ハウジング４３の内周にはそれらベーン４２ａ，４２ｂ，４２ｃをそれぞれ収容する収容部４４ａ，４４ｂ，４４ｃが形成されている。ベーン４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、収容部４４ａ，４４ｂ，４４ｃを回転方向の前後に隔成し、ベーン４２ａ，４２ｂ，４２ｃの両側と各隔壁部４３ａ，４３ｂ，４３ｃの両側面との間に、進角側油圧室４５ａ，４５ｂ，４５ｃと遅角側油圧室４６ａ，４６ｂ，４６ｃを形成する。
第１油圧通路４７は、進角側油圧室４５ａ，４５ｂ，４５ｃに対して油圧を給排し、第２油圧通路４８は、遅角側油圧室４６ａ，４６ｂ，４６ｃに対して油圧を給排する。両油圧通路４７，４８には、通路切り換え用のソレノイドバルブ３４を介して、オイル供給通路４９とドレイン通路５０，５１とがそれぞれ接続されている。オイル供給通路４９には、オイルパン５３内のオイルを圧送する電制ＶＤＶＰ（可変容量ポンプ）５４が設けられ、ドレイン通路５０，５１の下流端はオイルパン５３に連通している。ソレノイドバルブ３４は、内部のスプール弁体３４ｂが各油圧通路４７，４８と、オイル供給通路４９及びドレイン通路５０，５１とを相対的に切り換え制御するようになっている。
ＥＣＵ６は、ソレノイドバルブ３４を駆動するソレノイド３４ａに対する通電量を、ディザ信号が重畳されたデューティ制御信号（操作量）に基づいて制御する。油圧ＶＴＣ機構２６においては、ソレノイド３４ａにデューティ比０％のオフ制御信号を出力すると、電制ＶＤＶＰ５４から圧送されたオイルは、油圧通路４８を通って遅角側油圧室４６ａ，４６ｂ，４６ｃに供給されると共に、進角側油圧室４５ａ，４５ｂ，４５ｃ内のオイルが、油圧通路４７を通ってドレイン通路５１からオイルパン５３内に排出される。
このように、ソレノイドにデューティ比０％のオフ制御信号を供給すると、遅角側油圧室４６ａ，４６ｂ，４６ｃの内圧が高くなる一方で、進角側油圧室４５ａ，４５ｂ，４５ｃの内圧が低くなり、ロータ４２はベーン４２ａ，４２ｂ，４２ｃを介して最大遅角側に回転する。この結果、吸気バルブ１３の開期間（バルブ作動角の中心位相）がピストン位置に対して相対的に遅角変化する。すなわち、ソレノイド３４ａへの通電を遮断すると、吸気バルブ１３のバルブ作動角の中心位相は遅角変化し、最終的には、最遅角位置で停止する。
また、ソレノイドにデューティ比１００％のオン制御信号を出力すると、スプール弁体３４ｂが矢印方向に駆動され、オイルは油圧通路４７を通って進角側油圧室４５ａ，４５ｂ，４５ｃ内に供給されて内圧が高くなると共に、遅角側油圧室４６ａ，４６ｂ，４６ｃ内のオイルが油圧通路４８及びドレイン通路５０を通ってオイルパン５３に排出され、遅角側油圧室４６ａ，４６ｂ，４６ｃの内圧が低くなる。
このように、ソレノイド３４ｂにデューティ比１００％のオン制御信号を供給すると、ロータ４２は、ベーン４２ａ，４２ｂ，４２ｃを介して進角側へ最大に回転し、これによって、吸気バルブ１３の開期間（バルブ作動角の中心位相）がピストン位置に対して相対的に進角変化する。
従って、ソレノイド３４ｂに供給する制御信号のデューティ比を変更することで、最遅角位置から最進角位置までの間の任意の位置にバルブ作動角の中心位相を変化させることができる。よって、エンジン１の運転状態に応じて吸気バルブ１３の進角量を調節することによって開弁、閉弁時期や吸気バルブ１３と排気バルブ２０のバルブオーバラップ等を変更できる。
図３は、図２における電制ＶＤＶＰ（可変容量ポンプ）５４の構成例を示している。ポンプハウジング６１の両側部に吸入口と吐出口が設けられ、ほぼ中央にエンジン１のクランクシャフト１８から回転力が伝達されるドライブシャフト６２が貫通配置されている。ポンプハウジング６１の内部には、ドライブシャフト６２に結合され、外周側に複数のベーン６３をほぼ半径方向へ進退自在に保持するロータ６４と、該ロータ６４の外周側に偏心揺動自在に設けられ、内周面に各ベーン６３の先端が摺接するカムリング６５が収容配置されている。また、ロータ６４の内周部側の両側面には、一対のベーンリング７２が摺動自在に配置されている。
カムリング６５は、外周部にシール部材６６ａ，６６ｂを介して隔成された作動室６７，６８に導入されるポンプ吐出圧に応じてピボットピン６９を中心に偏心量が減少する方向へ揺動すると共に、その外周に一体的に有するレバー部６５ａを押圧するコイルばね７０のばね力によって偏心量が増大する方向へ揺動するようになっている。
そして、初期状態では、コイルばね７０のばね力によってカムリング６５を偏心量が最大となる方向へ付勢して吐出圧を増加させる一方、作動室６７内の油圧が所定以上になると、カムリング６５をコイルばね７０のばね力に抗して偏心量が小さくなる方向へ揺動させて吐出圧を減少させる。
この電制ＶＤＶＰ５４の作動室６７にはメインギャラリーからオイルが供給され、作動室６８にはオン／オフソレノイドバルブ７１を介してオイルが供給され、吐出したオイルをエンジン１に供給するようになっている。
ソレノイドバルブ７１がオンのときには、作動室６７がドレイン（オイルパン５３）に連通して低圧状態となる一方、ソレノイドバルブ７１がオフのときには、作動室６７に油圧を作用させるため、高圧状態となる。
このように、電制ＶＤＶＰ５４を用いることで、要求油圧の小さい場面（低回転時）では、ポンプ吐出量を小さくでき、補機負荷が低減できる。また、要求油圧の大きい場面（高回転時）では、ポンプ吐出量を大きくでき、潤滑、冷却等の要求を満たすことができる。
次に、上記のような構成において動作を説明する。本発明では、油圧ＶＴＣ機構２６と電制ＶＤＶＰ５４を搭載するエンジン１において、電制ＶＤＶＰ５４の切り替え条件または切り替え操作に応じて油圧ＶＴＣ機構２６の制御ゲインを変化させる。すなわち、電制ＶＤＶＰ５４における容量の切り替え条件の成立または切り替え操作を検出し、切り替え条件の成立または切り替え操作を検出した場合に、油圧ＶＴＣ機構２６の制御ゲインを変化させている。
詳しくは、電制ＶＤＶＰ５４のソレノイドバルブ７１の状態が高油圧側か低油圧側かを判定し、油圧ＶＴＣ機構２６の制御ゲインを高油圧側と低油圧側とで切り替える。もしくは、制御ゲインを補正（制限）する。加えて、制御ゲインの切り替り時に、実際の油圧の立ち上がり（あるいは立ち下がり）特性に制御ゲインの変化が追従するように、制御ゲインに対して補正を行う。
上記動作は、基本的にはＥＣＵ６のプログラムに従って、各種センサの出力、予め記憶されているマップや補正係数等を参照し、油圧ＶＴＣ機構２６のソレノイドバルブ３４と電制ＶＤＶＰ５４のソレノイドバルブ７１を制御することで実現する。
具体的な制御方法について以下に説明する。
［第１の制御方法］
図４に示す第１の制御方法は、フィードバック制御量のマップを切り替えるものである。まず、水温センサ２９によりエンジン１の冷却水の温度（水温）ＴＷ、または油温センサ３３によりエンジンオイルの油温ＴＯを検出する（ステップＳ１）。また、例えばクランク角センサ２７によりクランクシャフト１８の回転角（基準位置信号ＲＥＦ、単位角度信号ＰＯＳ）を検出することで機関回転数を検出する（ステップＳ２）。ステップＳ３では、ＥＣＵ６から電制ＶＤＶＰ５４のソレノイドバルブ７１の状態（オンか、オフか）を指示する。次のステップＳ４では、ＥＣＵ６により油圧ＶＴＣ機構２６の目標回転位相の演算を行い、ステップＳ５では、カム角センサ２８で吸気カムシャフト２４から取り出した基準位置信号ＣＡＭに基づき、ＥＣＵ６により油圧ＶＴＣ機構２６の検出角度の演算を行う。これら目標回転位相及び検出角度の演算は、周知のアルゴリズムにより実行できる。
続いて、ソレノイドバルブ７１の状態指示の判定（ステップＳ６）を行った後、ソレノイドバルブ７１の状態がオフか否かを判定する（ステップＳ７）。ソレノイドバルブ７１の状態指示の判定は、基本的にはＥＣＵ６で指示した状態を判定するが、ソレノイドバルブ７１が故障（オン固着、オフ固着）等の場合は、ＥＣＵ６の指示状態ではなく、後述する診断結果を参照する。そして、ソレノイドバルブ７１がオフであれば油圧ＶＴＣ機構２６の比例ゲインマップを高油圧側に切り替え（ステップＳ８）、オンであれば油圧ＶＴＣ機構２６の比例ゲインマップを低油圧側に切り替える（ステップＳ９）。ここで、ステップＳ８，Ｓ９においては、比例ゲインマップに水温ＴＷまたは油温ＴＯを用いているが、油温ＴＯの方が好ましく、油温センサ３３が設けられていない場合には水温ＴＷで代用すると良い。
ステップＳ１０では、ＥＣＵ６でソレノイドバルブ７１の状態が変化してから所定時間以内か否かを判定し、所定時間以内であれば比例ゲインを油圧遷移特性に合わせてフィルタリング（加重平均等）し（ステップＳ１１）、比例制御演算を行う（ステップＳ１２）。また、所定時間以内でなければステップＳ１２に移行して比例制御演算を行う。ステップＳ１１のフィルタリング処理は、ソレノイドバルブ７１が切り替わっても、油圧は時間遅れを伴って変化するため、比例ゲインにも時間遅れを生じさせるためのものである。また、ステップＳ１２の比例制御量演算は、比例ゲインと「目標角度−実角度」の位相により演算する。フィルタリング処理で滑らかな遷移にすることで、比例ゲインを徐々に変えていくことができる。
次のステップＳ１３では、前ステップＳ１２で算出した比例制御量、及び微分、積分操作量等により、ＥＣＵ６で油圧ＶＴＣ機構２６のフィードバック制御量を演算する。
そして、算出したフィードバック制御量に基づき、ＥＣＵ６からソレノイドバルブ３４のソレノイド３４ａにデューティ制御信号を供給することで油圧ＶＴＣ機構２６により吸気バルブ１３のバルブタイミングを進遅角する。
上記のような制御方法によれば、油圧ＶＴＣ機構２６の比例ゲインのマップを高油圧側と低油圧側で用意し、ソレノイドバルブ７１のオン／オフに応じて参照するマップを切り替えることで、実際の油圧状態に応じた油圧ＶＴＣ機構２６の駆動が可能となり、オーバーシュートや応答遅れを抑制し、燃費や運転性の悪化を抑制できる。しかも、フィルタリング処理で油圧の変化に対応する滑らかな遷移にさせることで、比例ゲインを徐々に変えていくことができる。
なお、上記制御方法では、油圧ＶＴＣ機構２６の比例ゲインのマップを高油圧側と低油圧側で用意したが、比例ゲインだけでなく、同様にしてＰＩＤ制御における微分ゲイン、積分ゲイン等の制御ゲインにも適用できる。
図５は、上述したステップＳ１０〜Ｓ１３におけるソレノイドバルブ７１のオン／オフと、制御ゲイン及び油圧との関係を示している。時刻ｔ１にソレノイドバルブ７１がオンからオフに切り替わって油圧が急上昇し、時刻ｔ２に所定値に達したとすると、制御ゲインは時刻ｔ１から徐々に低下し、時刻ｔ２に切り替わる。このように、制御ゲインに油圧の立ち上がりの遅れに対応した補正を行い、制御ゲインの変化に時間遅れを発生させることによって、油圧ＶＴＣ機構２６の応答性を保つことができる。
［第２の制御方法］
図６及び図７に示す第２の制御方法は、フィードバック制御量のゲイン（制御ゲイン）を補正するものである。第１の制御方法と同様に、水温または油温を検出し（ステップＳ２１）、機関回転数を検出する（ステップＳ２２）。ステップＳ２３では、ソレノイドバルブ７１の状態を指示する。次のステップＳ２４で油圧ＶＴＣ機構２６の目標回転位相の演算を行い、ステップＳ２５で油圧ＶＴＣ機構２６の検出角度の演算を行う。
続いて、油圧ＶＴＣ機構２６の制御ゲインのマップを読み込む（ステップＳ２６）。ここで、制御ゲインのマップに水温ＴＷまたは油温ＴＯを用いているが、油温ＴＯの方が好ましく、油温センサ３３が設けられていない場合には水温ＴＷで代用すると良い。次に、ソレノイドバルブ７１の状態指示の判定（ステップＳ２７）を行った後、ソレノイドバルブ７１の状態がオフか否かを判定する（ステップＳ２８）。ソレノイドバルブ７１の状態指示の判定は、基本的にはＥＣＵ６で指示した状態を判定するが、ソレノイドバルブ７１の故障（オン固着、オフ固着）等の場合は、ＥＣＵ６の指示状態ではなく、後述する診断結果を参照する。そして、ソレノイドバルブ７１がオフであれば該ソレノイドバルブ７１の状態が変化してから所定時間以内か否かを判定する（ステップＳ２９）。一方、オンであれば機関回転数毎の低油圧側と高油圧側の油圧比を補正係数として記憶したマップを参照し（ステップＳ３０）、油圧ＶＴＣ機構２６の制御ゲインに補正係数を掛けてから（ステップＳ３１）、所定時間以内か否かを判定する。
ステップＳ３２では、ステップＳ２９の判定結果が所定時間以内であれば、制御ゲインを油圧遷移特性に合わせてフィルタリング（加重平均等）し（ステップＳ３２）、比例制御演算を行う（ステップＳ３３）。また、所定時間以内でなければステップＳ３３に移行して比例制御演算を行う。ステップＳ３２のフィルタリング処理は、ソレノイドバルブ７１が切り替わっても、油圧は時間遅れを伴って変化するため、制御ゲインにも時間遅れを生じさせるためのものである。また、ステップＳ３３の比例制御量演算は、比例ゲインと「目標角度−実角度」の位相により演算する。フィルタリング処理で滑らかな遷移にさせることで、制御ゲインを徐々に変えていくことができる。
次のステップＳ３４では、前ステップＳ３３で算出した比例制御量、及び微分、積分操作量等により、油圧ＶＴＣ機構２６のフィードバック制御量を演算する。
そして、算出したフィードバック制御量に基づき、ＥＣＵ６からソレノイドバルブ３４のソレノイド３４ａにデューティ制御信号を供給することで油圧ＶＴＣ機構２６により吸気バルブ１３のバルブタイミングを進遅角する。
上記のような制御方法によれば、機関回転数毎の低油圧側と高油圧側の油圧比を補正係数として記憶したマップを参照し、ソレノイドバルブ７１のオン／オフで油圧ＶＴＣ機構２６の制御ゲインに補正係数を掛けることで、実際の油圧状態に応じた油圧ＶＴＣ機構２６の駆動が可能となり、オーバーシュートや応答遅れを抑制し、燃費や運転性の悪化を抑制できる。しかも、フィルタリング処理で滑らかな遷移にさせることで、制御ゲインを徐々に変えていくことができる。
［第３の制御方法］
図８及び図９に示す第３の制御方法は、上述した第１の制御方法とはフィードバック制御量の過渡補正方式が相違するものである。すなわち、高油圧側と低油圧側の２つの制御ゲインのマップを用いて切り替えることは同様であるが、フィルタリング処理で滑らかにするやり方を第１の制御方法とは変えている。
第１、第２の制御方法では、実験的に求めたものをフィルタのゲインとして設定したが、ここではソレノイドバルブ７１がオフからオンなのか、オンからオフなのかで補正係数を変えている。具体的には、高油圧側から低油圧側では補正係数を大きくしていき、最終的には１（補正しない状態）にする。また、低油圧側から高油圧側では補正係数を徐々に減らしていく方向に設定し、最終的には１（補正しない状態）にする。
すなわち、水温または油温を検出し（ステップＳ４１）、機関回転数を検出する（ステップＳ４２）。ステップＳ４３では、ソレノイドバルブ７１の状態を指示する。次のステップＳ４４で油圧ＶＴＣ機構２６の目標回転位相の演算を行い、ステップＳ４５で油圧ＶＴＣ機構２６の検出角度の演算を行う。
続いて、ソレノイドバルブ７１の状態指示の判定（ステップＳ４６）を行った後、ソレノイドバルブ７１の状態がオフか否かを判定する（ステップＳ４７）。ソレノイドバルブ７１の状態指示の判定は、基本的にはＥＣＵ６で指示した状態を判定するが、ソレノイドバルブ７１の故障（オン固着、オフ固着）等の場合は、ＥＣＵ６の指示状態ではなく、後述する診断結果を参照する。そして、ソレノイドバルブ７１がオフであれば油圧ＶＴＣ機構の比例ゲインマップを高油圧側に切り替え（ステップＳ４８）、オンであれば油圧ＶＴＣ機構の比例ゲインマップを低油圧側に切り替える（ステップＳ４９）。ここで、ステップＳ４８，Ｓ４９においては、比例ゲインマップに水温ＴＷまたは油温ＴＯを用いているが、油温ＴＯの方が好ましく、油温センサ３３が設けられていない場合には水温ＴＷで代用すると良い。
ステップＳ５０では、ソレノイドバルブ７１の状態が変化してから所定時間以内か否かを判定し、所定時間以内であればソレノイドバルブ７１の状態がオフからオンへ変化したか否かを判定する。オフからオンへ変化した場合には、補正係数を大きくしていき最終的には１（補正しない状態）にするマップを参照し（ステップＳ５２）、比例ゲインにこのマップの補正係数を掛ける（ステップＳ５４）。これに対し、オンからオフへ変化した場合には、補正係数を小さくしていき最終的には１（補正しない状態）にするマップを参照し（ステップＳ５３）、比例ゲインにこのマップの補正係数を掛ける。また、ステップＳ５０で所定時間を超えていると判定された場合には、ステップＳ５４に移行し、比例ゲインに補正係数を掛ける。
次のステップＳ５５では、比例制御演算を行う（ステップＳ１２）。この比例制御量演算では、比例ゲインと「目標角度−実角度」の位相により比例制御量を算出する。ステップＳ５６では、前ステップＳ５５で算出した比例制御量、及び微分、積分操作量等により、油圧ＶＴＣ機構２６のフィードバック制御量を演算する。
そして、算出したフィードバック制御量に基づき、ＥＣＵ６からソレノイドバルブ３４のソレノイド３４ａにデューティ制御信号を供給することで油圧ＶＴＣ機構２６により吸気バルブ１３のバルブタイミングを進遅角する。
上記のような制御方法であっても、実質的に上述した第１、第２の制御方法と同様であり、実際の油圧状態に応じた油圧ＶＴＣ機構２６の駆動が可能となり、オーバーシュートや応答遅れを抑制し、燃費や運転性の悪化を抑制できる。
［第４の制御方法］
図１０及び図１１に示す第４の制御方法は、高油圧側と低油圧側の２つのベースデューティ（保持ベースデューティ）のマップを有し、ソレノイドバルブ７１のオン／オフではなく、デューティ比により油圧を推定して切り替えるものである。
まず、水温または油温を検出し（ステップＳ６１）、機関回転数を検出する（ステップＳ６２）。ステップＳ６３では、ソレノイドバルブ７１の状態を指示する。次のステップＳ６４で油圧ＶＴＣ機構の目標回転位相の演算を行う。
続いて、ソレノイドバルブ７１の状態指示の判定（ステップＳ６５）を行った後、ソレノイドバルブ７１の状態がオフか否かを判定する（ステップＳ６６）。ソレノイドバルブ７１の状態指示の判定は、基本的にはＥＣＵ６で指示した状態を判定するが、ソレノイドバルブ７１の故障（オン固着、オフ固着）等の場合は、ＥＣＵ６の指示状態ではなく、後述する診断結果を参照する。そして、ソレノイドバルブ７１がオフであれば油圧ＶＴＣ機構２６のベースデューティマップを高油圧側に切り替え（ステップＳ６７）、オンであれば油圧ＶＴＣ機構２６のベースデューティマップを低油圧側に切り替える（ステップＳ６８）。
ステップＳ６９で、水温または油温と補正係数の関係を記憶したマップを参照し、ステップＳ７０でベースデューティに補正係数を掛けたものをベースデューティとする。ステップＳ７１では、ソレノイドバルブ７１の状態が変化してから所定時間以内か否かを判定し、所定時間以内であればベースデューティを油圧遷移特性に合わせてフィルタリング（加重平均等）し（ステップＳ７１）、油圧ＶＴＣ機構２６のフィードバック制御量の演算を行う（ステップＳ７３）。また、所定時間以内でなければステップＳ７３に移行してフィードバック制御量の演算を行う。
次のステップＳ７４では、前ステップＳ７３で算出したフィードバック制御量とステップＳ７０で補正したベースデューティを加算し、油圧ＶＴＣ機構２６の最終制御量を演算する。
そして、算出した最終制御量に基づき、ＥＣＵ６からソレノイドバルブ３４のソレノイド３４ａにデューティ制御信号を供給することで油圧ＶＴＣ機構２６により吸気バルブ１３のバルブタイミングを進遅角する。
上記のような制御方法によれば、油圧ＶＴＣ機構２６のベースデューティのマップを高油圧側と低油圧側で用意し、ソレノイドバルブ７１のオン／オフに応じて参照するマップを切り替えると共に、ベースデューティを補正することで、実際の油圧状態に応じて油圧ＶＴＣ機構２６の回転位相を保持しつつ駆動することが可能となり、オーバーシュートや応答遅れを抑制し、燃費や運転性の悪化を抑制できる。
［第５の制御方法］
図１２及び図１３に示す第５の制御方法は、ベースデューティを補正するものである。
まず、水温または油温を検出し（ステップＳ８１）、機関回転数を検出する（ステップＳ８２）。ステップＳ８３では、ソレノイドバルブ７１の状態を指示する。次のステップＳ８４で油圧ＶＴＣ機構の目標回転位相の演算を行う。
続いて、ベースデューティマップを参照し（ステップＳ８５）、ソレノイドバルブ７１の状態指示の判定（ステップＳ８６）を行った後、ソレノイドバルブ７１の状態がオフか否かを判定する（ステップＳ８７）。ソレノイドバルブ７１の状態指示の判定は、基本的にはＥＣＵ６で指示した状態を判定するが、ソレノイドバルブ７１の故障（オン固着、オフ固着）等の場合は、ＥＣＵ６の指示状態ではなく、後述する診断結果を参照する。そして、ソレノイドバルブ７１がオフであれば水温または油温と補正係数２との関係を表したマップを参照し（ステップＳ９０）、ベースデューティに補正係数を掛けたものをベースデューティとする。
一方、ソレノイドバルブ７１がオフでなければ機関回転数と補正係数１の関係を表したマップを参照し（ステップＳ８８）、ベースデューティに補正係数を掛けたものをベースデューティとした後（ステップＳ８９）、ステップＳ９０に移行する。
ステップＳ９２では、ソレノイドバルブ７１の状態が変化してから所定時間以内か否かを判定し、所定時間以内であれば制御ゲインを油圧遷移特性に合わせてフィルタリング（加重平均等）し（ステップＳ９３）、比例制御量の演算を行う（ステップＳ９４）。また、所定時間以内でなければステップＳ９４に移行して比例制御量の演算を行う。
次のステップＳ９５では、前ステップＳ９４で算出した比例制御量とステップＳ９１で補正したベースデューティを加算し、油圧ＶＴＣ機構２６のフィードバック制御量を演算する。
そして、算出したフィードバック制御量に基づき、ＥＣＵ６からソレノイドバルブ３４のソレノイド３４ａにデューティ制御信号を供給することで油圧ＶＴＣ機構２６により吸気バルブ１３のバルブタイミングを進遅角する。
上記のような制御方法によれば、油圧ＶＴＣ機構２６のベースデューティの補正を、ソレノイドバルブ７１のオン／オフ状態で切り替えると共に、ベースデューティを補正することで、実際の油圧状態に応じて油圧ＶＴＣ機構２６の回転位相を保持しつつ駆動することが可能となり、オーバーシュートや応答遅れを抑制し、燃費や運転性の悪化を抑制できる。
［第６の制御方法］
図１４及び図１５に示す第６の制御方法は、上述した第４の制御方法とはベースデューティの過渡補正方式が相違するものである。すなわち、高油圧側と低油圧側の２つのベースデューティのマップを用いて切り替えることは同様であるが、フィルタリング処理で滑らかにするやり方を第４の制御方法とは変えている。
まず、水温または油温を検出し（ステップＳ１０１）、機関回転数を検出する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０３では、ソレノイドバルブ７１の状態を指示する。次のステップＳ１０４で油圧ＶＴＣ機構２６の目標回転位相の演算を行い、ソレノイドバルブ７１の状態指示の判定を行う（ステップＳ１０５）。ソレノイドバルブ７１の状態指示の判定は、基本的にはＥＣＵ６で指示した状態を判定するが、ソレノイドバルブ７１の故障（オン固着、オフ固着）等の場合は、ＥＣＵ６の指示状態ではなく、後述する診断結果を参照する。
続いて、ソレノイドバルブ７１の状態がオフか否かを判定し（ステップＳ１０６）、ソレノイドバルブ７１がオフであれば高油圧側のベースデューティマップを参照し（ステップＳ１０７）、オフでなければ低油圧側のベースデューティマップを参照する（ステップＳ１０８）。そして、水温または油温と補正係数との関係を表したマップを参照し（ステップＳ１０９）、ベースデューティに補正係数を掛けたものをベースデューティとする（ステップＳ１１０）。
ステップＳ１１１では、ソレノイドバルブ７１の状態が変化してから所定時間以内か否かを判定し、所定時間以内であればソレノイドバルブ７１の状態変化がオフからオンへの変化か否かを判定する（ステップＳ１１２）。オフからオンへの変化であれば補正係数を大きくしていき、最終的には１（補正しない状態）にする（ステップＳ１１３）。一方、オンからオフへの変化では補正係数を徐々に減らしていく方向に設定し、最終的には１（補正しない状態）にする（ステップＳ１１４）。そして、次のステップＳ１１５で比例ゲインに補正係数を掛けて補正する（ステップＳ１１５）。
一方、ステップＳ１１１で所定時間以内でなければ、ステップＳ１１５に移行し、比例ゲインに補正係数を掛けて補正する。
次のステップＳ１１６で、油圧ＶＴＣ機構２６のフィードバック制御量を演算した後、油圧ＶＴＣ機構２６の最終制御量を演算する（ステップＳ１１７）。この最終制御量は、前ステップＳ１１６で算出したフィードバック制御量にベースデューティを加えたものである。
そして、算出したフィードバック制御量に基づき、ＥＣＵ６からソレノイドバルブ３４のソレノイド３４ａにデューティ制御信号を供給することで油圧ＶＴＣ機構２６により吸気バルブ１３のバルブタイミングを進遅角する。
上記のような制御方法によれば、油圧ＶＴＣ機構２６の高油圧側と低油圧側のベースデューティのマップを、ソレノイドバルブ７１のオン／オフ状態で切り替えると共に、ベースデューティを補正することで、実際の油圧状態に応じて油圧ＶＴＣ機構２６の回転位相を保持しつつ駆動することが可能となり、オーバーシュートや応答遅れを抑制し、燃費や運転性の悪化を抑制できる。
［第７の制御方法］
上述した第１乃至第６の制御方法は、電制ＶＤＶＰ５４が２段の場合を例に取って説明したが、図１６に示す第７の制御方法は、電制ＶＤＶＰが多段の場合の制御方法を示している。
まず、水温または油温を検出し（ステップＳ１２１）、機関回転数を検出する（ステップＳ１２２）。ステップＳ１２３では、ソレノイドバルブ７１のデューティを指示する。電制ＶＤＶＰが多段の場合、ソレノイドバルブのデューティ指示値は、０〜１００％を取り得る。このデューティ指示値は、電制ＶＤＶＰのポンプ回転数またはポンプの回転制御量に対応する。次のステップＳ１２４では、油圧ＶＴＣ機構２６の目標回転位相の演算を行い、ステップＳ１２５で油圧ＶＴＣ機構２６の検出角度の演算を行う。
続いて、油圧ＶＴＣ機構２６の制御ゲインマップを参照すると共に（ステップＳ１２６）、ソレノイドバルブを駆動する信号におけるデューティの補正係数のマップを参照する（ステップＳ１２７）。ここで、ステップＳ１２６においては、制御ゲインマップに水温ＴＷまたは油温ＴＯを用いているが、油温ＴＯの方が好ましく、油温センサ３３が設けられていない場合には水温ＴＷで代用すると良い。また、ステップＳ１２７におけるソレノイドバルブのデューティは、電制ＶＤＶＰの回転数または回転制御量に対応する。
次のステップＳ１２８では、ステップＳ１２６でマップから求めた油圧ＶＴＣ機構２６の制御ゲインに、ステップＳ１２７でマップから求めた補正係数を掛ける。ステップＳ１２９では、比例ゲインと、「目標角度−実角度」の位相により比例制御量を演算する。続くステップＳ１３０で、算出した比例制御量、及び微分、積分操作量等により、油圧ＶＴＣ機構のフィードバック制御量を演算する。
そして、算出したフィードバック制御量に基づき、ＥＣＵ６からソレノイドバルブ３４のソレノイド３４ａにデューティ制御信号を供給することで油圧ＶＴＣ機構２６により吸気バルブ１３のバルブタイミングを進遅角する。
上記のような制御方法によれば、電制ＶＤＶＰが多段であっても、実際の油圧状態に応じた油圧ＶＴＣ機構の駆動が可能となり、オーバーシュートや応答遅れを抑制し、燃費や運転性の悪化を抑制できる。
［診断方法］
次に、ソレノイドバルブ７１の固着を診断する方法について、図１７乃至図２０により説明する。図１７及び図１８のフローチャートに示すように、水温または油温を検出し（ステップＳ１３１）、機関回転数を検出する（ステップＳ１３２）。ステップＳ１３３では、油圧ＶＴＣ機構２６の検出角度の前回値を演算する。次のステップＳ１３４では油圧ＶＴＣ機構２６の検出角度の演算を行い、油圧ＶＴＣ機構２６の最終制御量の演算を行い（ステップＳ１３５）、油圧ＶＴＣ機構２６の位相変化量の演算を行う（ステップＳ１３６）。
ステップＳ１３７では、ソレノイドバルブ７１の状態の指示がオフか否かを判定し（ステップＳ１３７）、ソレノイドバルブ７１がオフであれば高油圧側の推定油圧マップを参照し（ステップＳ１３８）、油圧ＶＴＣ機構２６の位相変化量の期待値のマップを参照し（ステップＳ１３９）、位相変化量から位相変化量期待値を減算する（ステップＳ１４０）。
ステップＳ１４１では、前ステップＳ１４０の演算結果が所定値Ｖａ以下か否か、すなわち「位相変化量−位相変化量の期待値＜所定値Ｖａ」を満たすか否かを判定する。満たしている場合には所定時間経過しているか否かを判定し（ステップＳ１４２）、所定時間経過している場合には、ソレノイドバルブ７１がオン側に固着していると判定する（ステップＳ１４３）。ステップＳ１４１またはＳ１４２で条件を満たしていない場合には、ソレノイドバルブ７１の固着はないので、制御動作に戻る。
一方、ステップＳ１３７でソレノイドバルブ７１がオフでなければ低油圧側の推定油圧マップを参照し（ステップＳ１４４）、油圧ＶＴＣ機構２６の位相変化量の期待値のマップを参照し（ステップＳ１４５）、位相変化量から位相変化量の期待値を減算する（ステップＳ１４６）。
ステップＳ１４７では、前ステップＳ１４６の演算結果が所定値Ｖｂ以下か否か、すなわち「位相変化量−位相変化量の期待値＞所定値Ｖｂ」を満たすか否かを判定する。満たしている場合には所定時間経過しているか否かを判定し（ステップＳ１４８）、所定時間経過している場合には、ソレノイドバルブ７１がオフ側に固着していると判定する（ステップＳ１４９）。ステップＳ１４７またはＳ１４８で条件を満たしていない場合には、ソレノイドの固着はないので、制御動作に戻る。
図１９は、上記図１７及び図１８に示したフローチャートにおける油圧状態、ソレノイドの固着、及びソレノイド状態の指示値の関係をまとめて示している。図１９に示すように、ソレノイドバルブ７１の状態の指示値がオンかオフか、及びその時の位相変化量と期待値との関係により、ソレノイドバルブ７１がオン側で固着しているのか、オフ側で固着しているのかを判定できる。
また、図２０のタイミングチャートに示すように、「位相変化量−位相変化量の期待値」が時刻ｔ１のタイミングで所定値Ｖｂを超え、時刻ｔ２のタイミングで所定値Ｖｂより低くなったとすると、タイマは時刻ｔ１にカウント動作を開始し、時刻ｔ２に停止する。このｔ１，ｔ２間の期間Ｔ１が所定時間よりも短ければ、固着なしと判定する。また、「位相変化量−位相変化量の期待値」が時刻ｔ３のタイミングで所定値Ｖａより低くなり、時刻ｔ５を超えても低い状態を維持しているとすると（期間Ｔ２）、タイマは時刻ｔ３にカウント動作を開始し、時刻ｔ４に所定時間を超える。この時刻ｔ４の時点でオン側が固着していると判定する。
上記診断方法を前述した第１乃至第７の制御方法と組み合わせて用いることにより、ソレノイドバルブ７１の故障（オン固着、オフ固着）を検出できる。
１…エンジン（内燃機関）、６…ＥＣＵ、２６…油圧ＶＴＣ機構（可変動弁機構）、３４…ソレノイドバルブ、３４ａ…ソレノイド、５４…電制ＶＤＶＰ（可変容量ポンプ）、７１…ソレノイドバルブ

Claims (5)

  1. 可変容量ポンプの油圧により動作する可変動弁機構の制御装置であって、
    前記可変容量ポンプが第１容量状態の場合に、油圧を推定して前記可変動弁機構を駆動するための制御ゲインを第１の容量用に切り替え、前記可変容量ポンプが前記第１容量状態と異なる第２容量状態の場合に、前記制御ゲインを第２の容量用に切り替えるように構成され、前記制御ゲインに油圧の立ち上がりの遅れに対応した補正を行って、前記制御ゲインの変化に時間遅れを発生させるコントロールユニットを備える、
    もしくは前記可変容量ポンプの前記第１容量状態と前記第２容量状態の油圧比を補正係数とし、前記可変容量ポンプが前記第１容量状態か前記第２容量状態かに応じて、前記制御ゲインに補正係数を掛けるように構成され、前記制御ゲインに油圧の立ち上がりの遅れに対応した補正を行って、前記制御ゲインの変化に時間遅れを発生させるコントロールユニットを備える、ことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
  2. 前記可変容量ポンプは、前記可変動弁機構が搭載された内燃機関の運転状態に応じて容量が前記第１容量状態または前記第２容量状態に切り替えられる、ことを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構の制御装置。
  3. 前記可変動弁機構の制御ゲインは、前記内燃機関の水温、油温及び機関回転数の少なくともいずれか１つを含む制御ゲインのマップ、または補正係数を用いた演算に基づき設定される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の可変動弁機構の制御装置。
  4. 前記可変動弁機構の制御ゲインは、更に、前記可変容量ポンプにおける油圧の遷移特性に合わせて設定される、ことを特徴とする請求項３に記載の可変動弁機構の制御装置。
  5. 可変容量ポンプの油圧により動作する可変動弁機構の制御方法であって、
    前記可変容量ポンプが第１容量状態の場合に、油圧を推定して前記可変動弁機構を駆動するための制御ゲインを第１の容量用に切り替え、前記可変容量ポンプが前記第１容量状態と異なる第２容量状態の場合に、前記制御ゲインを前記第２の容量用に切り替え、前記制御ゲインに油圧の立ち上がりの遅れに対応した補正を行って、前記制御ゲインの変化に時間遅れを発生させる、
    もしくは前記可変容量ポンプの前記第１容量状態と前記第２容量状態の油圧比を補正係数とし、前記可変容量ポンプが前記第１容量状態か前記第２容量状態かに応じて、前記制御ゲインに補正係数を掛け、前記制御ゲインに油圧の立ち上がりの遅れに対応した補正を行って、前記制御ゲインの変化に時間遅れを発生させる、ことを特徴とする可変動弁機構の制御方法。
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