JPH0726992A - 内燃機関の弁動作タイミング調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で且つ、遅角オフセット値をモニ
ターする事によって正確な弁動作タイミング調整を実行
でき弁動作タイミング調整装置を提供する。 【構成】 被制御装置８０に於けるクランク軸２及びカ
ム軸５との間の回転位相差を所定の値に設定する為、目
標値ｒ（ｋ）が出力され、係る出力に基づいて規範モデ
ル出力y _M (k）が決定されると、係る規範モデル出力値
y _M (k）と弁装置の回転位相差y (k）との偏差より、遅
角オフセット値ｄｒを学習手段で学習しながら、被制御
対象装置の最適制御入力値を設定する様に構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関における吸気
弁、排気弁の動作タイミングを変えるための弁動作タイ
ミング調整装置に関するものであり、更に詳しくは、カ
ム軸の駆動制御系に学習効果を採用することによって高
精度な制御を行うことの出来る弁動作タイミング調整装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の運転条件に応じて吸気弁開閉
タイミングを可変制御する機構として、クランクシャフ
トに同期して回転するカムプーリーに対するカムシャフ
トの回転位相を変更するようにしたバルブタイミング調
整装置が知られている。例えば特開平１−１３４０１０
号公報に開示されるように、内燃機関の吸気弁の開閉タ
イミング（バルブタイミング）を変更させるための油圧
サーボ弁を備えたタイミング変更手段を設け、さらに、
このサーボ弁のスプールを油圧シリンダによって駆動す
る流体圧駆動手段を設けるものが知られている。

【０００３】そして、この従来技術では、上記流体圧駆
動手段に備えられる２つの開閉弁を開、閉制御し、サー
ボ弁を一定の速度で移動させることにより、タイミング
変更手段においてバルブタイミングを変化させている。
このように従来技術では、タイミング変更手段と流体圧
駆動手段とに、それぞれ油圧系が必要であるため構造が
複雑である。さらに、上記従来技術では、２つの開閉弁
によって油圧の供給を断続するだけであるため、微小な
移動量の制御や、サーボ弁の移動速度の制御が困難であ
り、バルブタイミングを微小量だけ変化させる制御や、
所望の速度で変化させることができず、より正確な制御
ができないという問題点があった。

【０００４】そこで、開閉弁ではなく、開度を調節する
ことにより油量を調節できる弁を用い、バルブタイミン
グを所望の速度で変化させることが考えられる。しか
し、このような弁を使用すると、弁の製造ばらつき、弁
からの油漏れ等により、弁の駆動信号とバルブタイミン
グの変化とが正確に一致しないおそれがある。例えば、
バルブタイミングをそのままの状態に保持できないと
か、バルブタイミングの変化が得られないといった不具
合がある。かかる問題を解決するため本願発明者等は先
に高い精度のフィードバック制御を行うことを目的とし
て制御系の油の流量の立ち上り点即ち進角デューティ値
と遅角デューティ値を正確に学習することの必要性を知
得て、クランク軸とカム軸との相対回転角を検出して前
記相対回転角によって油圧ピストンの作動状態を検出
し、油圧ピストンを所定の作動状態とする前記駆動手段
の駆動信号を学習し、この学習値に基づき適宜の制御手
段において算出される駆動信号を補正する学習手段を採
用したものである。

【０００５】然しながら、上記した方法においては、ア
イドル時にデューティ値をゆっくり操作している間のカ
ム軸進角値の動きをモニタすることにより、進角デュー
ティ値と遅角デューティ値を学習するようにして対応し
ているものであるため、学習作業を繰り返し行う必要が
あり、また、学習値算出に時間がかかり学習の機会が少
ない等の問題点があった。特に、遅角オフセット値の学
習の場合、ゆっくり遅角側へカム軸位置が変化している
最中に、カム軸進角値の変化を検出するため、高い精度
で検出できるか疑問であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の技術上の欠点を改良し、装置全体の構造を簡単にでき
るとともに、開度調節に応じて油量調節できる弁を使用
しても弁の製造上のばらつき等の影響なく正確にバルブ
タイミングを制御することのできるバルブタイミング調
整装置を提供するとともに、学習値算出が短時間で済
み、アイドル以外の制御実行中にも学習でき、遅角オフ
セット値の学習に際しても高精度な学習効果が得られる
ような弁動作タイミング調整装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、以下に記載されたような技術構成を採用
するものである。即ち、本発明に係る弁動作タイミング
調整装置としては、基本的には、クランク軸、前記クラ
ンク軸の一部から駆動力を受けて回転するカム軸と、前
記クランク軸と前記カム軸との間、若しくは前記カム軸
の近傍に、前記カム軸の軸方向に移動可能に配置され、
前記クランク軸と前記カム軸との回転位相を変化させる
油圧ピストンと、前記油圧ピストン１７に供給される油
量を調節する弁装置と、適宜の駆動信号に応じて、前記
弁の開度を調節する駆動手段と前記クランク軸と前記カ
ム軸との相対回転位相差を検出する回転位相差検出手
段、及び前記弁装置を含む被制御対象装置とからなる弁
動作タイミング調整装置に於いて、前記クランク軸若し
くはカム軸の回転情報に応じて前記クランク軸と前記カ
ム軸との回転位相差を所定値に設定する為、目標となる
前記クランク軸と前記カム軸との回転位相差を示す目標
値設定手段、前記目標値設定手段の出力に応答して、望
ましい回転位相差を設定する規範モデル出力設定手段、
前記規範モデル出力設定手段の出力と前記被制御対象装
置の相対回転位相差とから、前記カム軸に於ける回転操
作量に於ける少なくとも進角オフセット値若しくは遅角
オフセット値の何れか一方を逐次更新する学習手段、前
記被制御対象装置の前記相対回転位相差と前記目標値設
定手段との出力偏差値を演算する出力偏差値演算手段、
及び出力偏差値演算手段及び前記学習手段の各出力値か
ら、前記被制御対象装置への最適制御入力値を設定する
最適制御手段とから構成されている弁動作タイミング調
整装置である。更には、前記進角オフセット値、または
遅角オフセット値は 前記前記被制御対象装置から出力
される相対回転位相差が、前記規範モデル出力設定手段
の出力に接近若しくは近似する方向に変化する様に更新
される様に更に構成された弁動作タイミング調整装置で
ある。

【０００８】

【作用】以上に述べた本発明の弁動作タイミング調整装
置の構成によると、最適駆動制御手段によって弁の開度
が調節されると、この開度に応じた油量が油圧通路に連
通する油圧室へ供給される。そして、油圧ピストンはこ
の油量に応じて軸方向に移動するため、カム軸とクラン
ク軸との相対回転角は変化する。

【０００９】更に本発明においては、被制御装置に於け
る弁装置の現在の駆動状態を適宜のセンサが検知して、
前記した様にクランク軸及びカム軸との間の回転位相差
を所定値に設定する為、前記した目標値設定手段が目標
となる回転位相差を出力し、その出力に基づいて、本発
明に於いて特に定義される規範モデル出力設定手段に於
いて望ましい回転位相差を設定する規範モデル出力値が
出力される。

【００１０】次いで、前記規範モデル出力設定手段の出
力値と前記被制御対象装置に於ける相対回転位相差とか
ら、前記カム軸に関する回転操作量に於ける少なくとも
進角オフセット値若しくは遅角オフセット値の何れか一
方を逐次更新しながら、他方では、前記被制御対象装置
の相対回転位相差と前記目標値設定手段との出力偏差値
を求め、前記学習されている少なくとも進角オフセット
値若しくは遅角オフセット値を参照して前記被制御対象
装置への最適制御入力値を設定する様に構成されている
ものである。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を適用した弁動作タイミング調
整装置の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は、
本発明に係る弁動作タイミング調整装置８５を被制御対
象装置８０である内燃機関１に適用した場合の例を示し
ており特に内燃機関１の吸排気弁を制御するクランク軸
とカム軸間の位相差を調整する調整機構４０とそれを直
接操作する油圧シリンダー系統７０で構成される制御系
に適用した例を示すものである。

【００１２】図１は、ダブルオーバーヘッドカム式内燃
機関に本発明を適用した実施例を示す概略図であり、図
２は、弁動作タイミング調整装置におけるクランク軸と
カム軸との回転位相差を変化させる位相差調整機構４０
の断面図である。内燃機関１では、クランクシャフト２
からの動力を伝達するタイミングチェーン３によって一
対のスプロケット１３ａ，１３ｂを介して一対のカムシ
ャフト４，５が駆動される。

【００１３】そして、カムシャフト５には、上記した位
相差調整機構４０が設けられている。また、クランクシ
ャフト２には、クランク位置検出センサ４２が取り付け
られ、カムシャフト５には、カムシャフト位置検出セン
サ４４が取り付けられる。ここで、クランク位置検出セ
ンサ４２からのパルス数が、クランクシャフト２が１回
転するとＮ個発生するとき、カムシャフト位置検出セン
サ４４からのパルス数が、カムシャフト５が１回転する
と２Ｎ個発生するようにする。また、カムシャフト５の
タイミング変換角最大値をθｍａｘクランク角とする
と、Ｎ＜３６０度／θｍａｘとなるようパルス数Ｎを設
定する。これによって、後述の相対回転角θを算出する
ときに、クランク位置検出センサ４２のパルスと、この
パルスの次に連続して発生するカムシャフト位置検出セ
ンサ４４のパルスとを使用することができる。

【００１４】このクランク位置検出センサ４２およびカ
ムシャフト位置検出センサ４４からの信号は制御手段４
６に入力される。この信号の他に内燃機関１の冷却水温
信号、スロットル開度信号等が入力され、制御手段４６
のマイクロプロセッサが、これらの信号を基にクランク
シャフト２に対するカムシャフト５の目標相対回転角θ
ａを演算する。そして、制御手段４６で演算された駆動
信号を電磁アクチュエータである後述のリニアソレノイ
ド６４へ入力し、後述の弁装置であるスプール弁３０を
駆動する。そして、このスプール弁（弁装置）３０を駆
動することによって、オイルパン２８からオイルポンプ
２９によって圧送され、位相差調整機構４０へ供給され
るオイルの油量を調整する。

【００１５】以下、この位相差調整機構４０の構成を説
明する。図２において、カムシャフト５の端部には、カ
ムシャフト５と一体に回転するようにピン１２とボルト
１０とによって固定された略円筒形のカムシャフトスリ
ーブ１１が設けられている。また、このカムシャフトス
リーブ１１の外周面の一部には、外歯ヘリカルスプライ
ン１１ａが形成されている。さらに、カムシャフトスリ
ーブ１１には、シリンダヘッド２５にボルト２４で取り
付けられるハウジング２３の内部に突出する円筒部１１
ｂが設けられている。

【００１６】また、スプロケット１３ａは、カムシャフ
ト５とカムシャフトスリーブ１１との間に挟まれて支持
され、軸方向の移動は阻止されているがカムシャフト５
に対して相対回転可能となっている。そして、スプロケ
ット１３ａの図２左側には、略円筒形のクランク軸側部
材であるスプロケットスリーブ１５がピン１４とボルト
１６とによってスプロケット１３ａと一体に回転するよ
う固定されている。また、このスプロケットスリーブ１
５には、ハウジング２３の内部に上記カムシャフトスリ
ーブ１１を覆うように突出した円筒部１５ｂが設けられ
ている。そして、この突出した円筒部１５ｂの内周面の
一部に内歯ヘリカルスプライン１５ａが形成されてい
る。この内歯ヘリカルスプライン１５ａは、上記外歯ヘ
リカルスプライン１１ａとは逆方向のねじれ角を有する
ように形成されている。なお、外歯ヘリカルスプライン
１１ａまたは内歯ヘリカルスプライン１５ａのいずれか
一方は、ねじれ角をゼロとして、軸方向に平行な直線歯
を有するスプラインとしてもよい。

【００１７】そして、カムシャフトスリーブ１１の円筒
部１１ｂと、スプロケットスリーブ１５の円筒部１５ｂ
との隙間の一部には、軸方向に略一様な断面を有する環
状の空間９０が形成され、その空間９０内で軸方向に液
密状態を保って摺動することができるように、略円筒形
状の油圧ピストン１７が挿入される。この油圧ピストン
１７の内面の一部には、カムシャフトスリーブ１１の外
歯ヘリカルスプライン１１ａと噛み合う内歯ヘリカルス
プライン１７ａが形成されていると共に、外面の一部に
はスプロケットスリーブ１５の内歯ヘリカルスプライン
１５ａと噛み合う外歯ヘリカルスプライン１７ｂが形成
されている。上記スプライン同士の噛み合いにより、図
１に示すタイミングチェーンを介してスプロケット１３
ａに伝達されるクランクシャフト２の回転は、スプロケ
ットスリーブ１５、油圧ピストン１７、カムシャフトス
リーブ１１を経てカムシャフト５に伝達される。また、
油圧ピストン１７の左側端部に形成されるつば部の外周
には、オイルシール７０が備えられている。このオイル
シール７０は、スプロケットスリーブ１５の円筒部１５
ｂの内周面と接触するように設けられる。

【００１８】この空間９０内に、油圧ピストン１７が設
けられることによって、空間９０は２つの室に分割され
る。これによって、油圧ピストン１７の左側に進角側油
圧室２２が形成され、右側に遅角側油圧室３２が形成さ
れる。そして、上記オイルシール７０によって、油圧室
２２と２３との間のシール性が確保される。また、スプ
ロケットスリーブ１５の図中左側開口端には、エンドプ
レート５０が取り付けられている。このエンドプレート
５０には、円筒部と、その円筒部の図中右側端部に形成
され、スプロケットスリーブ１５の上記開口端に取り付
けられるつば部とが備えられる。また、エンドプレート
５０の円筒部の外周には溝が設けられ、この溝にオイル
シール７１が保持される。

【００１９】そして、エンドプレート５０とカムシャフ
トスリーブ１１との左側端部には、ノックピン５３によ
ってハウジング２３に固定される環状のリングプレート
５１が設けられている。このリングプレート５１は、コ
字状断面に形成され、エンドプレート５０の円筒部と、
カムシャフトスリーブ１１の円筒部１１ｂとを内部に回
転可能に収容する。また、リングプレート５１の内側円
筒部の外周には溝が設けられ、この溝にオイルシール７
２が保持される。このオイルシール７２はリングプレー
ト５１とカムシャフトスリーブ１１との間のシール性を
確保する。一方、上記オイルシール７１はエンドプレー
ト５０とリングプレート５１との間のシール性を確保す
る。これによって、進角側油圧室２２内のシール性は確
保される。

【００２０】リングプレート５１の中心の開口と、ハウ
ジング２３の開口とには、ボルト５２が取り付けられて
いる。このボルト５２が取り付けられると、カムシャフ
トスリーブ１１の内周と、カムシャフト５との間に空間
９１が形成される。また、ボルト５２の内部には、この
空間９１に連通する断面Ｔ字形の油圧通路６１ｂが形成
される。さらに、ボルト５２の外周には環状溝が形成さ
れており、この油圧通路６１ｂの半径方向の両端が連通
する。

【００２１】また、ハウジング２３には、上記ボルト５
２の環状溝と連通する油圧通路６１ａが形成されてい
る。この油圧通路６１ａは、断面Ｔ字形の油圧通路６１
ｂを介して、空間９１に連通し、この空間９１からカム
シャフトスリーブ１１に形成される油圧通路６１ｃを通
じて上記遅角側油圧室３２に連通する。さらに、ハウジ
ング２３には、上記進角側油圧室２２に連通する油圧通
路６０が形成されている。上記油圧通路６１ａおよび６
０は、ハウジング２３に形成され、後述の弁装置である
スプール弁３０を収容する空間部９５に開口している。
また、この空間部９５には、内燃機関１のオイルパン２
８からオイルポンプ２９によって圧送されるオイルを供
給する油圧供給路６５が開口し、オイルパン２８にオイ
ルを戻す油圧開放路６６が開口する。

【００２２】以下、弁装置３０の構成を図３に基づいて
説明する。なお、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、油圧
通路を切り替えるときの弁装置３０の断面図であり、そ
の動作は後述する。空間部９５に収容される弁装置３０
のシリンダ３０ａには、上記油圧通路６１ａと連通する
油圧ポート３０ｂと、油圧通路６０と連通する油圧ポー
ト３０ｃとが設けられる。また、油圧供給路６５と連通
する吸入ポート３０ｄおよび油圧開放路６６と連通する
吐出ポート３０ｅ，３０ｆが設けられる。そして、シリ
ンダ３０ａ内には、内部を摺動可能に移動し、上記ポー
トの連通を切り替えるスプール３１が挿入されている。
このスプール３１の図中右側にはスプール３１を図中左
方向へ付勢するスプリング３１ａが設けられている。さ
らに、スプール３１の図中左側には、電磁アクチュエー
タとして作用するリニアソレノイド６４が設けられる。
このリニアソレノイド６４に発生する電磁力によって、
スプール３１はスプリング３１ａの付勢力に抗して図中
右側へ移動する。

【００２３】以下、油圧系統３００における弁装置３０
内のスプール３１の移動による油圧通路切り替えの動作
を説明する。図３（ａ）に示すように、スプール３１が
右側に移動するとき、吸入ポート３０ｄと油圧ポート３
０ｃとが開き、油圧供給路６５と油圧通路６０とが連通
する。このため、オイルポンプ２９からの油圧は進角側
油圧室２２に供給される。同時に、吐出ポート３０ｅと
油圧ポート３０ｂとが開き、油圧通路６１ａと油圧開放
路６６とが連通する。このため、遅角側油圧室３２の油
圧は開放される。これによって、油圧ピストン１７は右
方向へ移動するため、スプロケット１３ａすなわちクラ
ンクシャフト２に対しカムシャフト５が相対的に進角す
る。

【００２４】図３（ｂ）に示すように、スプール３１が
中央にあるときは、油圧ポート３０ｂ，３０ｃが共に閉
じるため、油圧室２２，３２からのオイルの漏れがない
場合、油圧ピストン１７の位置が保持され、スプロケッ
ト１３とカムシャフト５との回転位相は変化しない。次
に、図３（ｃ）に示すように、スプール３１が左側に移
動するとき、吸入ポート３０ｄと油圧ポート３０ｂとが
開き、油圧供給路６５と油圧通路６１ａとが連通するた
め、オイルポンプ２９からの油圧は遅角側油圧室３２に
供給される。一方、吐出ポート３０ｆと油圧ポート３０
ｃとが開き、油圧通路６０と油圧開放路６６とが連通す
る。このため、進角側油圧室２２の油圧は開放される。
これによって、油圧ピストン１７は左方向に移動するた
め、スプロケット１３ａすなわちクランクシャフト２に
対してカムシャフト５が相対的に遅角する。

【００２５】次に、本発明に係る弁動作タイミング調整
装置８５の具体的な構成の例を図４を参照しながら詳細
に説明する。即ち、図４は、本発明に於ける弁動作タイ
ミング調整装置８５の一具体例の構成を示すブロックダ
イアグラムであり、図中、クランク軸２、前記クランク
軸２の一部から駆動力を受けて回転するカム軸５と、前
記クランク軸２と前記カム軸５との間、若しくは前記カ
ム軸５の近傍に、前記カム軸５の軸方向に移動可能に配
置され、前記クランク軸２と前記カム軸５との回転位相
を変化させる油圧ピストン１７と、前記油圧ピストン１
７に供給される油量を調節する弁装置３０と、適宜の駆
動信号に応じて、前記弁３０の開度を調節するリニアソ
レノイド６４と前記クランク軸２と前記カム軸５との相
対回転位相差を検出する回転位相差検出手段８８、及び
前記弁装置３０を含む被制御対象装置８０とからなる弁
動作タイミング調整装置８５に於いて、前記クランク軸
２若しくはカム軸５の回転情報に応じて前記クランク軸
２と前記カム軸５との回転位相差を所定値に設定する
為、目標となる前記クランク軸２と前記カム軸５との相
対回転位相差を示す目標値設定手段２００、前記目標値
設定手段２００の出力に応答して、望ましい回転位相差
を設定する規範モデル出力設定手段２０１、前記規範モ
デル出力設定手段２０１の出力と回転位相差検出手段８
８より検出された前記被制御対象装置８０の相対回転位
相差とから、前記カム軸５の回転操作量に於ける少なく
とも進角オフセット値若しくは遅角オフセット値の何れ
か一方を逐次更新する学習手段２０２、前記被制御対象
装置８０の相対回転位相差と前記目標値設定手段２００
との出力偏差値を演算する出力偏差値演算手段２０４、
及び出力偏差値演算手段２０４及び前記学習手段２０２
の各出力値から、前記被制御対象装置８０への最適制御
入力値を設定する最適制御手段２０５、前記最適制御入
力値を電流値に変換する電流制御回路２０６、とから構
成されている弁動作タイミング調整装置８５が示されて
いる。

【００２６】最適制御手段２０５は、最適制御入力とし
てデュ−ティ値を算出する。電流制御回路２０６は、前
記弁装置３０のリニアソレノイド６４にデュ−ディ値に
応じた電流値を印加し、それにより弁装置３０の弁が変
位して油の流量が変化し、係る変化に応答した所定の量
のクランク軸とカム軸の相対位相差の速度を変化させ、
その積分結果によって、カム軸位置が決定されるもので
ある。

【００２７】次に本発明において使用される規範モデル
出力設定手段２０１について説明する。即ち本発明にお
ける規範モデルは、制御仕様（例えば、ステップ状の目
標値に出力が一致するまでの時間）を満足するような望
ましい入出力関係を表している。具体的には、規範モデ
ルは、例えば次式様に表される。

【００２８】即ち、 ｙ_M （ｋ＋１）＝ａ₁ ・ｙ_M （ｋ）＋ａ₀ ｒ（ｋ−３） （１） で表現した。ａ₁ ，ａ₀ は、サンプルｋ個時の目標出力
値ｒ（ｋ）をステップ状に動かした時、ｙ_M （ｋ）が例
えば４００msec程度で収束するように決定された適宜の
定数であり、又ａ₀ ｒ（ｋ−３）は制御対象におけるむ
だ時間をサンプル３個分とした時の補正値である。ただ
し、本具体例における制御対象は、図６に示すようにカ
ム軸進角速度が飽和しているため、 規範モデルの出力値ｙ_M （ｋ）は制限される。

【００２９】次に、本発明に於ける前記規範モデル出力
設定手段２０１の出力演算手順を図７に示すフローチャ
ートを参照しながら説明する。即ち、スタート後、ステ
ップ（１）に於いて、前記した演算式に基づいて、前回
のサンプリング時に於ける出力値y _M (k-1）とそれより
４回前のサンプリング時に於ける目標回転操作量設定手
段２００に出力値r(k-4)の情報を用いて、規範モデル出
力値y _M (k）を算出し、ステップ（２）に進んで、サン
プリングk に於ける前記規範モデル出力値y _M (k）とサ
ンプリングk-1 に於ける前記規範モデル出力値y _M (k-
1）との偏差ｅｄを演算し、ステップ（３）に於いて、
前記偏差値ｅｄが、進角側の最大進角速度をｓｐａとす
ると、１サンプリング中に於ける最大の進角値を示すｓ
ｐａ×0.02の値より大きいか否かが判断され、ＹＥＳで
あれば、ステップ（４）に進んで、前回のサンプリング
時に於ける出力値y _M (k-1）に前記した１サンプリング
中に於ける最大の進角値ｓｐａ×0.02を加算して規範モ
デル出力値y _M (k）としてかかる規範モデル出力値y _M
(k）を更新してステップ（５）に進む。

【００３０】一方、ステップ（３）に於いてＮＯであれ
ば、直接ステップ（５）に進んで、前記した偏差ｅｄ
が、遅角側の最大進角速度をｓｐｒとすると、１サンプ
リング中に於ける遅角側の最大の進角値を示すｓｐｒ×
0.02の値より小さいか否かが判断され、ＹＥＳであれ
ば、ステップ（６）に進んで、前回のサンプリング時に
於ける出力値出力値y _M (k-1）に前記した１サンプリン
グ中に於ける遅角側の最大の遅角値ｓｐｒ×0.02を加算
して規範モデル出力値y _M (k）としてかかる規範モデル
出力値y _M (k）を更新してステップ（７）に進む。

【００３１】一方、ステップ（５）に於いてＮＯであれ
ば、直接ステップ（７）に進んで、前記した今回出力さ
れた規範モデル出力値y _M (k）を前回のサンプリング時
に於ける出力値y _M (k-1）として更新し格納処理するも
のである。従って規範モデルの出力ｙ_M と制御対象系の
現在の出力ｙとの差を用いて弁動作タイミング調整装置
内で進角オフセット・遅角オフセットを更新するが最終
的にｙがｙ_M と等しくなるように逐次それ等が更新され
ていく。この時、進角オフセット又は遅角オフセットは
間接的に学習されたことになる（つまり、規範モデルの
応答とほとんど同じ応答を制御対象が示すように、設定
されるのである）。さらに、制御対象のむだ時間が変動
しても、ｙがｙ_M となるようにオフセット値が更新され
ていく。

【００３２】次に本における弁動作タイミング調整装置
の制御動作について具体的に説明する。図５は本発明に
おける制御対象のデューティ値とカム軸進角速度の間の
静特性の１例を示す図であり、傾きＫの点線で線形近似
を行うものであり、かかる近似操作においては、制御対
象のモデルは

【００３３】

【数１】

【００３４】と表される。ここでＫは積分定数でありＬ
はむだ時間（秒）であり、例えば６０msec程度が考えら
れる。次に本発明における制御動作を最適レギュレータ
を応用した場合を例にとって説明をする。今（２）式を
あるサンプリング周期で離散化すると、

【００３５】

【数２】

【００３６】となる。ここでＬｄはむだ時間Ｌ（秒）に
相当するサンプル数を表わす。ここで、ｋサンプル時の
出力をｙ（ｋ）、ｋサンプル時の入力をｕ（ｋ）とする
と、（３）式は ｙ（ｋ＋１）＝ｙ（ｋ）＋ｂ・ｕ（ｋ−Ｌｄ） （４） となる。目標値をｒ（ｋ）とすると、制御偏差ｅ（ｋ）
は ｅ（ｋ）＝ｒ（ｋ）−ｙ（ｋ） となり、ｒ（ｋ）が一定と仮定すると、 ｙ（ｋ＋１）−ｙ（ｋ）＝ｅ（ｋ）−ｅ（ｋ＋１）＝ｂ・ｕ（ｋ−Ｌｄ） ｅ（ｋ＋１）−ｅ（ｋ）＝−ｂ・ｕ（ｋ−Ｌｄ） （５） となる。状態変数ベクトルＸ(k)を Ｘ^T（ｋ）＝〔ｅ（ｋ）ｕ（ｋ−１）ｕ（ｋ−２）…ｕ（ｋ−Ｌｄ）〕 とおくと、状態方程式は

【００３７】

【数３】

【００３８】となる。ここで、

【００３９】

【数４】

【００４０】である。

【００４１】

【数５】

【００４２】を導入しこれを最小にするフィードバック
ゲインＦを求めると、

【００４３】

【数６】

【００４４】で求められる。ここで、Ｐは以下のリカッ
チ方程式の解である。

【００４５】

【数７】

【００４６】これによって本発明における調整装置８５
における制御系の出力ｕ₀ は ｕ₀ （ｋ）＝ＦＸ（ｋ）＝〔ｆ₀ ｆ₁ …ｆ_Ld〕Ｘ(k) （６） で与えられる。実際には、Ｌｂ＝３、サンプリング周期
＝２０msec程度に設定しておき進角させたい場合には進
角オフセットデューティ値を基準に、遅角させたい場合
には遅角オフセットデューティ値を基準に操作させるの
で、上記式（６）は過去のサンプリングｋにより得られ
た操作量ｕ₀ （ｋ）は ｕ₀ （ｋ）＝ｆ₀ ・ｅ（ｋ）＋ｆ₁ ・ｕ₀ （ｋ−１）＋ｆ₂ ・ｕ₀ （ｋ−２） ＋ｆ₃ ・ｕ₀ （ｋ−３） （７） のように示され、従って最新の操作量ｕ（ｋ）は次式
（８）のように示される。

【００４７】 ｕ（ｋ）＝ｕ₀ （ｋ）＋ｏｆｆｓｅｔ （８）

【００４８】

【数８】

【００４９】次に、本発明に係る弁動作タイミング調整
装置８５に於ける弁動作タイミング調整操作手順に付い
て、図７のフローチャートを参照しながら詳細に説明す
る。スタート後、ステップ（１）に於いて、各種センサ
から予め定められた所定の信号を読み取る。かかる各種
センサとしては、例えば、図４に示される様な回転位相
差検出手段８８からの情報の他に、図２に示す様な、ク
ランク軸位置、カム軸位置、水温、スロットルセンサ情
報等がある。

【００５０】ステップ（２）に於いては、係る各種の制
御情報を基にして、目標値設定手段２００に於いて目標
値ｒ（ｋ）を演算して出力する。次いでステップ（３）
に進み、本発明に於いて規定される上記した規範モデル
を用いて、前記の規範モデル出力設定手段２０１に於い
て規範モデル出力値y _M(k）を演算して出力する。

【００５１】次いで、ステップ（４）に進み、上記した
規範モデル出力値y _M (k）の変化を基にして、以下に示
す様に遅角オフセット値ｄｒを絶えず学習して、最適な
設定条件を求め続ける事になる。次に前記遅角オフセッ
ト値ｄｒを演算して求めその値を学習する方法に付いて
図８を参照しながら説明する。

【００５２】即ち、本発明に於ける遅角オフセット値ｄ
ｒの演算に関する基本的原則は、以下の通りである。即
ち

【００５３】

【数９】

【００５４】である。ここで、ｄｒは遅角オフセット値
であり、ｇは定数である。又ｖ₁ とｖ ₂ は図５で示すよ
うな範囲であり、非線形要素の影響を受けにくい線形で
あるとみなせる範囲に設定する。これは、実際の制御対
象には飽和・不感帯などの非線形要素がある一方で、規
範モデルは線形であり、前者の非線形性の影響を少なく
するには線形とみなせる範囲でｙ_M とｙを比較する必要
があるからである。その理由としては、デュ−ティ値ｕ
（ｋ）＝０（％）付近の飽和領域では、すでにデュ−テ
ィ値の変化に対する減量の変化が飽和しているため、遅
角オフセット値のばらつきの影響が出にくいという理由
と上記の規範モデルには、最大進角速度による飽和要素
が考慮されているが、最大進角速度の設定値に対して実
際の最大進角速度はばらつく可能性があるため誤学習の
恐れがあるという理由とがある。以上の２つの理由よ
り、飽和領域とみなせる、つまり線形範囲外では学習を
禁止する必要がある。

【００５５】また、数式９においてｕ₀ （ｋ−３）を用
いるのは、むだ時間を考慮しているからである。図８の
フローチャートに於いて、スタート後、ステップ（１）
に於いて、遅角オフセット値ｄｒの初期値を読み込む。
かかる操作は、遅角オフセット値ｄｒの更新を始める時
に一度だけ実行すれば良い。

【００５６】或いは、かかる遅角オフセット値ｄｒの初
期値を水温やエンジン回転数のマップを予め用意してお
いて、係るマップより各条件に対応する初期値を選択す
る様にしても良い。次いでステップ（２）に進み、３回
前のサンプリング時に於ける操作出力値u₀ (k-3)がｖ１
＜u₀ (k-3)＜ｖ２を満足するか否かを判断し、ＮＯであ
れば、その時点で本フローチャートによるルーチンを終
了し、ＹＥＳであれば、ステップ（３）に進んで、遅角
オフセット値ｄｒとｇ・（y _M (k）−y (k））（だだし
ｇは正の定数）を加算してその値を新しい遅角オフセッ
ト値ｄｒとして更新する操作を行いＥＮＤになる。

【００５７】尚、係るフローチャートに於いて、遅角オ
フセット値に関する学習結果を不揮発性メモリ（ＲＡ
Ｍ）等に格納しておき、次回の初期値として用いる事も
可能である。また、ｕ（ｋ）の代りにｕ₀ （ｋ）を用い
てｙ_M とｙを比較することは、以下の点で重要である。
つまり図９に示すように学習が進行するにつれ、つま
り、遅角オフセット値ｄｒが更新されるにつれ、図９の
（Ａ）から図９の（Ｂ）に変化することになるので線形
領域での学習頻度が多くなり、遅角オフセット値ｄｒの
学習精度向上に結びつく。一方、ｕ（ｋ）を用いた場合
には、学習される範囲が絶対的なデューティ値で定義さ
れるので、遅角オフセット値ｄｒが更新されても学習範
囲は固定されたままである。従って、実際の特性のばら
つき方によっては、非線形性の影響が大きい部分で学習
する可能性がある。これは、誤学習につながる。

【００５８】また、上記演算式中においてｖ₂ ＝０とす
ると、定常時に誤学習してしまう恐れがあるので、具体
的にはｖ₂ ＝−１（％）とした。つまり、本発明に於け
る遅角オフセット値ｄｒの演算に於いては、目標値が一
定値の時で、進角オフセット値ｄａが完全に学習されて
いない条件では、出力値ｕ（ｋ）の値から、遅角オフセ
ット値ｄｒと進角オフセット値ｄａとが、頻繁に交互に
切り換えられる事になる。

【００５９】この時、前記遅角オフセット値ｄｒを更新
しても、この状態は解消されず、従って、既に正しい遅
角オフセット値ｄｒが学習されている時には、誤学習さ
れてしまうことになる。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）
に本発明に於ける遅角オフセット値ｄｒを学習した場合
の効果の例が示されている。

【００６０】つまり、図１０（Ａ）には、本発明に於け
る被制御装置８０のカム軸進角値（ＣＡ）の目標値ｒ
（ｋ）がグラフＰで示されており、前記被制御装置８０
に於けるカム軸進角値（ＣＡ）の実際の出力値ｙ（ｋ）
がグラフ０で示されいる。一方、前記被制御装置８０に
於けるカム軸進角値（ＣＡ）の規範モデル出力値ｙ
_M （ｋ）がグラフＱで示されいる。

【００６１】又、図１０（Ｂ）に於いては、前記遅角オ
フセット値の真値を約３５％と設定した場合に、当初に
於ける前記遅角オフセット値ｄｒの測定値が３２％で有
った場合を想定し、各サンプリング時に前記遅角オフセ
ット値ｄｒが学習されて、サンプリング３回目に於い
て、前記遅角オフセット値の出力値が真値である約３５
％になった場合を示したものであり、図１０（Ａ）のグ
ラフＱとグラフＯとを比較すると、前記被制御装置８０
に於けるカム軸進角値（ＣＡ）の実際の出力値ｙ（ｋ）
が前記被制御装置８０に於けるカム軸進角値（ＣＡ）の
規範モデル出力値ｙ_M （ｋ）に一致する様に修正されて
いる事が判る。此処で、再び図７に示すフローチャート
に戻って本発明に於ける弁動作タイミング調整装置の調
整操作の説明を続ける。

【００６２】ステップ（４）に於いて、上記した様な方
法により、遅角オフセット値ｄｒの学習が行われている
間に、ステップ（５）に進み、前記被制御対象装置８０
の現在の出力値y (k）と前記目標回転操作量設定手段２
００の出力値ｒ（ｋ）との出力偏差値ｅ（ｋ）、即ちｅ
（ｋ）＝ｒ（ｋ）−y (k）を出力偏差値演算手段２０４
で演算させ、ステップ（６）に進んで以下に説明するス
テップ（６）〜ステップ（１０）の各工程が実行され
る。

【００６３】先ず、ステップ（６）に於いては、上記し
た出力偏差値ｅ（ｋ）及び、３回前迄のサンプリング時
のそれぞれに於ける出力値ｕ₀ (k-1) 、ｕ₀ (k-2) 、ｕ
₀ (k-3) を用いて次式に示される様な過去のサンプリン
グ回数に対応するカム軸の操作量ｕ₀ （ｋ）を演算によ
り求める。 ｕ₀ (k) ＝ｆ₀ ・e(k)＋ｆ₁ ・u₀ (k-1)＋ｆ₂ ・u₀ (k-
2)＋ｆ₃ ・u₀ (k-3) 此処で、ｆ₀ 、ｆ₁ 、ｆ₂ 、ｆ₃ は、それぞれの変化要
因に対するフィ−ドバックゲインを示している。

【００６４】ステップ（７）に進んで、前記で演算され
た操作量ｕ₀ （ｋ）が、０より大きいか否かが判断さ
れ、ＹＥＳであれば、ステップ（８）に進んで、上記に
より得られた操作量ｕ₀ （ｋ）に所定の進角オフセット
値ｄａを加算して、今回のサンプリングにより進角制御
する為の操作量ｕ（ｋ）を演算する。そしてステップ
（９）に進んで、ステップ（８）に於いて得られた操作
量ｕ（ｋ）の値が１００（％）を越える場合には、その
操作量ｕ（ｋ）を１００と設定してステップ（１０）に
進む。

【００６５】一方、ステップ（７）に於いてＮＯである
場合には、ステップ（１１）に進んで、上記により得ら
れた操作量ｕ₀ （ｋ）に所定の遅角オフセット値ｄｒを
加算して、今回のサンプリングにより進角制御する為の
操作量ｕ（ｋ）を演算する。そしてステップ（１２）に
進んで、ステップ（１１）に於いて得られた操作量ｕ
（ｋ）の値が０（％）以下となる場合には、その操作量
ｕ（ｋ）を０と設定してステップ（１０）に進む。

【００６６】ステップ（１０）では、今回のサンプリン
グにより進角制御する為の操作量ｕ（ｋ）が出力された
後、前記各サンプリング時に関して演算された各操作量
が、所定の記憶手段に格納されているその一つ前のサン
プリング時に演算された各操作量と置換されて更新され
るものである、つまり、本具体例に於いては、過去３回
分のサンプリング時の情報を記憶しておき、その情報を
活用するものであるから、絶えず過去３回分のサンプリ
ング時に於いて演算され、記憶されている操作出力値ｕ
₀ (k) 、ｕ₀ (k-1) 、ｕ₀ (k-2) のそれぞれが、次のサ
ンプリング時に於いて、ｕ₀ (k-1) 、ｕ₀ (k-2) 、ｕ₀
(k-3) の様に更新されるものである。

【００６７】上記した具体例に於いては、前記学習手段
は、前記カム軸に於ける回転操作量に於ける遅角オフセ
ット値を演算して、それを学習するものである本発明に
於いては進角オフセット値を学習する事も可能である。
又、本発明に於いては、前記進角オフセット値または、
遅角オフセット値は前記被制御対象装置から出力される
現在の出力値が、前記規範モデル出力設定手段の出力に
接近若しくは近似する方向に変化する様に更新されるも
のである事が望ましい。

【００６８】以上、遅角オフセット値ｄｒだけのばらつ
きについて述べてきたが、現実問題として制御対象のむ
だ時間もばらつく場合がある。適応制御理論をそのまま
適用する場合、むだ時間のばらつきは大きな障害であ
る。しかし、本発明の場合、制御系の安定性が損われる
ことなく遅角オフセット値ｄｒを学習できた。本発明に
おける具体例としてコントローラはむだ時間＝６０msec
で設計し、制御対象のむだ時間が約４０msecの場合の調
整結果を図１１（Ａ），１１（Ｂ）に示す。遅角オフセ
ット値ｄｒの初期値＝３５（％）（真値とほぼ等しい）
と設定した。最初、被制御対象装置の実際の出力ｙ
（ｋ）の立上りは規範モデルの出力ｙ_M （ｋ）に比較し
て早いが、その収束は遅くなっている。しかし、遅角オ
フセットｄｒの学習が進むにつれ、遅角オフセットが約
３３％に変更されると収束時間が改善され規範モデルの
出力グラフＱと実際の出力グラフＯとはほぼ一致してく
る。この具体例において遅角オフセット値ｄｒの学習と
いう点から見れば、３３％という値に近づけることによ
り最終的に更新された値は“誤学習”であるが、出力値
ｙ（ｋ）の応答が規範モデル出力値ｙ_M （ｋ）の応答に
近くなるように遅角オフセット値ｄｒは更新された、と
考えることができる。尚、以上に述べた実施例では、遅
角オフセットｄｒの学習についてのみ説明したが、進角
側の進角オフセット値ｄａも学習することが望ましい。
また、進角オフセット値ｄａの学習にあたっては、上記
した遅角オフセット値ｄｒの学習手法と同様の手法を採
用できる。また、進角オフセット値のみを従来の手法に
より学習してもよい。

【００６９】

【発明の効果】本発明に係る弁動作タイミング調整装置
は、上記したような技術構成を採用しているので、簡単
な構成で且つ、遅角オフセット値をモニターする事によ
って正確な弁動作タイミング調整を実行でき、更には、
アイドル期間以外でも必要な学習を行う事が可能である
から、より構成度の弁動作タイミング調整を行う事がで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明にかかる弁動作タイミング調整
装置の一具体例の構成の概要を説明する図である。

【図２】図２は、本発明にかかる弁動作タイミング調整
装置に於ける回転位相調整機構の一具体例の構成を示す
断面図である。

【図３】図３は、本発明に於いて使用される弁装置の動
作状態を説明する断面図である。

【図４】図４は、本発明にかかる弁動作タイミング調整
装置の構成例を示すブロックダイアグラムである。

【図５】図５は、本発明に於ける被制御装置のデュ−テ
ィ値とカム軸進角速度との間の静特性を示す図である。

【図６】図６は、本発明に於いて使用される規範モデル
出力設定手段に於ける規範モデル出力値演算処理手順の
例を示すフローチャートである。

【図７】図７は、本発明に係る弁動作タイミング調整装
置の操作手順の具体例を説明するフローチャートであ
る。

【図８】図８は、本発明に於いて、遅角オフセット値ｄ
ｒを演算する場合の演算処理例を示すフローチャートで
ある。

【図９】図９は、本発明に係る弁動作タイミング調整装
置を用いて得られる効果の例を説明するグラフである。

【図１０】図１０は、本発明に係る弁動作タイミング調
整装置を用いて調整操作した場合の効果を説明するグラ
フである。

【図１１】図１１は、本発明に係る弁動作タイミング調
整装置を用いて調整操作した場合の他の効果を説明する
グラフである。

【符号の説明】

１…内燃機関 ２…クランク軸 ５…カム軸 １７…油圧ピストン ３０…弁装置 ４２…クランク位置センサ ４４…カム軸位置センサ ４６…弁動作タイミング調整手段 ６４…リニアソレノイド ８０…被制御装置 ８５…弁動作タイミング調整装置 ８７…被制御装置の制御手段 ８８…回転位相差検出手段 ２００…目標回転操作量設定手段 ２０１…規範モデル出力設定手段 ２０２…遅角オフセット値学習手段 ２０４…出力偏差値演算手段 ２０５…最適制御手段 ２０６…電流制御回路 ３００…油圧系統

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランク軸、前記クランク軸の一部から
   駆動力を受けて回転するカム軸と、前記クランク軸と前
   記カム軸との間、若しくは前記カム軸の近傍に、前記カ
   ム軸の軸方向に移動可能に配置され、前記クランク軸と
   前記カム軸との回転位相を変化させる油圧ピストンと、
   前記油圧ピストン１７に供給される油量を調節する弁装
   置と、適宜の駆動信号に応じて、前記弁の開度を調節す
   る駆動手段と前記クランク軸と前記カム軸との相対回転
   位相差を検出する回転位相差検出手段、及び前記弁装置
   を含む被制御対象装置とからなる弁動作タイミング調整
   装置に於いて、前記クランク軸若しくはカム軸の回転情
   報に応じて前記クランク軸と前記カム軸との回転位相差
   を所定値に設定する為、目標となる．前記クランク軸と
   前記カム軸との相対回転位相差を示す目標値設定手段、
   前記目標値設定手段の出力に応答して、望ましい回転位
   相差を設定する規範モデル出力設定手段、前記規範モデ
   ル出力設定手段の出力と回転位相差検出手段より検出さ
   れた前記相対回転位相差とから、前記カム軸に於ける回
   転操作量に於ける少なくとも進角オフセット値若しくは
   遅角オフセット値の何れか一方を逐次更新する学習手
   段、前記被制御対象装置の前記相対回転位相差と前記目
   標値との出力偏差値を演算する出力偏差値演算手段、及
   び出力偏差値演算手段及び前記学習手段の各出力値か
   ら、前記被制御対象装置への最適制御入力値を設定する
   最適制御手段とから構成されている事を特徴とする弁動
   作タイミング調整装置。
2. 【請求項２】 前記進角オフセット値、または遅角オフ
   セット値は、前記被制御対象装置から出力される相対回
   転位相差が、前記規範モデル出力設定手段の出力に接近
   若しくは近似する方向に変化する様に更新されるもので
   ある事を特徴とする請求項１記載の弁動作タイミング調
   整装置。