JPH08270420A

JPH08270420A - 可変動弁機構制御装置

Info

Publication number: JPH08270420A
Application number: JP7100139A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Watanabe; 博昭渡辺; Koichi Takahashi; 幸一高橋; Hiroshi Aino; 浩史愛野; Kenichiro Tanaka; 憲一郎田中; Tsukasa Harada; 司原田
Original assignee: Mazda Motor Corp; Nittan Valve Co Ltd
Current assignee: Mazda Motor Corp; Nittan Corp
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1995-03-31
Publication date: 1996-10-15
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: JP3542400B2

Abstract

(57)【要約】【目的】可変動弁機構制御装置のオーバーシュート，
アンダーシュートを抑制して機械的破損を防止するとと
もに制御性を改善する。【構成】目標位置，偏差，エンジン回転数，油温，電
源電圧等のパラメータに応じてクリップ値を設定する。
その場合、クリップ値を所定時間無効とすることによっ
て急変時の制御性を向上させることができ、クリップ値
を算出項毎に設けて目標位置微分項だけはクリップ無効
時間を設定することによりステップ応答の場合の制御性
を向上させることができる。他の手段として、各パラメ
ータに応じた補正利得を各算出項に設けて制御性能を向
上させるようにでき、その場合に、パラメータに応じて
各算出項を重み付けすることができる。更に他の手段と
して、計算式にオフセット項を設けることにより制御ゲ
インを変えずに各パラメータによる特性変化を補正する
ようにできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンのバルブタイミ
ングやリフト量を変更可能な可変動弁機構を制御する可
変動弁機構制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸気弁および排気弁として弁傘と弁棒を
持つキノコ形のポペット式バルブを備え、これら吸・排
気弁をクランク軸に同期して回転するカム軸の吸気用カ
ムおよび排気用カムによって駆動するエンジンにおい
て、駆動カム若しくは駆動カムとバルブとの間に介在す
る揺動カムがテーパ状で、これら駆動カム若しくは揺動
カムを軸方向に移動させることにより吸・排気弁のバル
ブタイミングおよびリフト量を変更可能とする可変動弁
機構を設け、また、この可変動弁機構を電気的に直接若
しくは間接駆動するモータ，油圧機構および電磁クラッ
チ等からなる電気的駆動手段を設け、これら電気的駆動
手段を例えばデューティ制御することによって可変動弁
機構の作動位置を変更し、バルブタイミングおよびリフ
ト量を変更するようにしたものが従来から知られてい
る。特公昭５８−３８６０３号公報および特開平５−１
８２２１号公報に記載されたものはこのような可変動弁
機構およびその制御装置の一例である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】駆動カム若しくは揺動
カム（以下、カムと総称する。）を軸方向に移動させる
ことによりポペット式バルブのバルブタイミングおよび
リフト量を変更する可変動弁機構においては、カムを軸
方向に移動させる時にバルブスプリングによるバルブ反
力がカム軸にスラスト力として作用し、このスラスト力
はカム軸をバルブリフト量が増大する方向に移動させる
程大きくなる。そこで、カムを目標位置に速やかに整定
させるためには、このスラスト力の変化に合わせた駆動
出力の制御が必要である。ところが、可変動弁機構のカ
ム位置とスラスト力との関係は図１２に示すように非線
形な特性を示すのが普通で、カム位置によって制御特性
が異なり、目標位置によって、また、目標位置と現位置
との偏差によって制御性が異なってくるため、目標位置
が急変した時のオーバーシュートやアンダーシュートを
抑制することができない場合があって、目標位置への整
定に遅れが生ずるばかりでなく、上限リフト位置および
下限リフト位置を機械的に規制するためのストッパを破
損してしまう可能性があった。図１３は、電磁クラッチ
を用いた従来の可変動弁機構制御装置においてカムの目
標位置がリフト量最大のフル進角位置へと急変する立ち
上がり時の特性を一例として示すタイムチャートであ
る。図において（ａ）はリフト量（ｍｍ）で示すカムの
目標位置（細線）と実際位置（太線）の経時変化を示
し、（ｂ）はデューティ値（％）の経時変化を示す。従
来の装置では目標位置を急激に変化させた時のオーバー
シュート若しくはアンダーシュートは図に示すように過
大なものとなる可能性があった。また、このカム位置−
スラスト力特性はエンジン回転数，エンジン油温，エン
ジン水温，電源電圧等によっても変わるもので、そのた
め、良好な制御性能を常時確保することは事実上困難で
あった。

【０００４】また、可変動弁機構制御におけるデューテ
ィ値−カム位置特性は、例えば図１４に示すようなもの
であって、フリクションによる台形ヒスを呈し、仕様に
よって程度の差はあるもののフル進角（１００％）から
フル遅角（０％）までの制御領域（デューティ値領域）
が狭いのが普通で、例えば図示の仕様Ａの例では、この
間のデューティ値領域が８〜２０％程度と極めて狭い。
そのため、制御系自身、非常にセンシティブで、制御分
解能の荒いものとなり、高進角位置での位置ずれや低進
角位置での整定性の悪化が生じやすい。また、上記デュ
ーティ値−カム位置特性は、エンジン油温，クラッチ印
加電圧，エンジン回転数等をパラメータとして変化する
もので、特に、制御領域が変化する。図１５にエンジン
油温をパラメータとした特性変化の一例を、図１６にク
ラッチ印加電圧をパラメータとした特性変化の一例を、
また、図１７にエンジン回転数をパラメータとした特性
変化の一例を示す。また、図１８はエンジン回転数の変
化による制御性の変化をカム位置検出のポテンショメー
タの出力電圧（Ｖ）で示すタイムチャートである。図１
８において（ａ）はエンジン回転数（ｎｅ）が１０００
ｒｐｍの場合、（ｂ）はエンジン回転数（ｎｅ）が２０
００ｒｐｍの場合を示す。なお、制御ゲインは同一であ
る。

【０００５】また、図１８から分かるように、制御ゲイ
ンが同一のままではエンジン回転数が変化したときに良
好な制御性を維持できない。そこで、油温，クラッチ印
加電圧，エンジン回転数等のパラメータによる特性変化
を補正することが必要である。しかし、例えばこれらの
パラメータ変化に応じてデューティ値計算の制御ゲイン
を変えるというのでは、データが膨大なものになり制御
性が悪化する。

【０００６】本発明は、可変動弁機構制御系のカム位置
−スラスト力特性が非線形であることに起因して目標位
置急変時のオーバーシュート若しくはアンダーシュート
が過大となり機械的上限および下限のストッパを破損す
るのを防止することを目的とする。

【０００７】また、本発明は、可変動弁機構制御系の制
御性能を向上させて制御領域巾の狭さに起因する位置ず
れの発生を防止することを目的とする。

【０００８】また、本発明は、可変動弁機構制御系の特
性変化を制御ゲイン固定のまま補正でき制御性を改善で
きるようにすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の可変動弁機構制
御装置は、バルブスプリングにより閉弁付勢され駆動カ
ムにより開弁駆動されるポペット式バルブのバルブタイ
ミングおよびリフト量のいずれか一方を変更可能であ
り、そのバルブタイミングおよびバルブリフト量のいず
れか一方の変更が駆動カム若しくは駆動カムとバルブと
の間に介在する揺動カムの軸方向位置の変更により行わ
れ、該変更に伴ってバルブスプリングによるバルブ反力
を含む反力が駆動カムを駆動するカム軸にスラスト力と
して作用する可変動弁機構と、該可変動弁機構を直接若
しくは間接駆動する電気的駆動手段と、可変動弁機構の
駆動カム若しくは揺動カムの軸方向位置により規定され
る作動位置を目標位置に整定するための要求制御量を計
算し電気的駆動手段の駆動出力を制御する駆動出力制御
手段とを備えたものにおいて、目標位置変更時のオーバ
ーシュート若しくはアンダーシュートを抑制するため、
駆動出力制御手段による制御量の計算に所定条件に応じ
て変化する利得を設定しことを特徴とする。

【００１０】ここで、所定条件とは、例えば目標位置，
目標位置と現位置との偏差，エンジン回転数，エンジン
油温，エンジン水温および電源電圧のうちの少なくとも
一つである。

【００１１】また、所定条件に応じて変化する利得とし
ては、例えば駆動出力制御手段の出力値を所定範囲に制
限するクリップ値を設け、そのクリップ値を前記所定条
件に応じて変化させるのがよい。その場合、クリップ値
はどのような場合でもオーバーシュート若しくはアンダ
ーシュートを抑制できるような値に設定する必要がある
が、クリップ値を常時効かせたのでは、カム位置を急激
にフル進角させるようなステップ応答が目標位置に与え
られた場合の無駄時間が大きくなることから、このステ
ップ応答時の制御性を向上させるため、好ましくはクリ
ップ無効時間を設定し、目標位置を変更した時にクリッ
プ値が所定時間無効となるようにする。

【００１２】また、偏差の大きいステップ応答が目標位
置に与えられた場合の無駄時間を抑制して制御性を向上
させるには、要求制御量計算の計算式の各算出項に対し
各々を所定範囲に制限するクリップ値を設け、各クリッ
プ値を前記所定条件に応じて変化させるとともに、それ
ら算出項のうちの目標位置微分項に対しクリップ無効時
間を設定して、目標位置の変更時に目標位置微分項だけ
は所定時間クリップ無しで有効応答させるようにしても
よい。前記算出項は例えば比例項，積分項，偏差微分項
および目標位置微分項である。

【００１３】また、特に可変動弁機構制御系の制御性能
を向上させ制御領域巾の狭さに起因する位置ずれの発生
を防止するためには、前記利得として、要求制御量計算
の計算式の各算出項に対する補正利得を設け、各補正利
得を前記所定条件に応じて可変とするのがよい。また、
この場合、各補正利得は、前記所定条件に応じて各算出
項に重み付けすることにより、特に強めたい項を部分的
に効かせるようにしてもよい。ここで、前記算出項は例
えば比例項，積分項，偏差微分項および目標位置微分項
である。

【００１４】また、特に可変動弁機構制御系の特性変化
を制御ゲイン固定のまま補正して制御性を改善できるよ
うにするためには、前記利得として、駆動出力制御手段
の出力値を前記所定条件に応じてオフセットさせるよう
要求制御量計算の計算式に加えるオフセット項を設ける
のがよい。

【００１５】本発明の可変動弁機構制御装置は、また、
バルブスプリングにより閉弁付勢され駆動カムにより開
弁駆動されるポペット式バルブのバルブタイミングおよ
びリフト量のいずれか一方を変更可能であり、そのバル
ブタイミングおよびバルブリフト量のいずれか一方の変
更が駆動カム若しくは駆動カムとバルブとの間に介在す
る揺動カムの軸方向位置の変更により行われ、該変更に
伴ってバルブスプリングによるバルブ反力を含む反力が
駆動カムを駆動するカム軸にスラスト力として作用する
可変動弁機構と、該可変動弁機構を直接若しくは間接駆
動する電気的駆動手段と、可変動弁機構の駆動カム若し
くは揺動カムの軸方向位置により規定される作動位置を
目標位置に整定するための要求制御量を計算し電気的駆
動手段の駆動出力を制御する駆動出力制御手段とを備え
たものにおいて、駆動出力制御手段による制御量の計算
に前記反力の増減に起因するパラメータに応じた利得を
設定したことを特徴とする。ここで、前記パラメータと
は、例えば目標位置，目標位置と現位置との偏差，エン
ジン回転数，エンジン油温，エンジン水温および電源電
圧のうちの少なくとも一つである。

【００１６】

【作用】本発明に係る可変動弁機構は、バルブスプリン
グにより閉弁付勢され駆動カムにより開弁駆動されるポ
ペット式バルブのバルブタイミングおよびリフト量のい
ずれか一方を変更可能である。そして、その変更は駆動
カム若しくは駆動カムとバルブとの間に介在する揺動カ
ムの軸方向位置の変更により行われる。また、その変更
に伴ってバルブスプリングによるバルブ反力を含む反力
が駆動カムを駆動するカム軸にスラスト力として作用す
る。この可変動弁機構は、電気的駆動手段によって電気
的に直接若しくは間接駆動される。その際、可変動弁機
構の駆動カム若しくは揺動カムの軸方向位置により規定
される作動位置を目標位置に整定するための要求制御量
が計算され、その計算された制御量に相当する出力値
（例えばデューティ値）によって電気的駆動手段の駆動
出力が制御される。また、その制御量の計算には例えば
目標位置，目標位置と現位置との偏差，エンジン回転
数，エンジン油温，エンジン水温，電源電圧といった制
御性に関連する所定条件に応じて変化する利得若しくは
反力の増減に起因するパラメータに応じた利得が設定さ
れる。そして、この利得のセッティングによって目標位
置変更時のカム位置のオーバーシュート若しくはアンダ
ーシュートの抑制が可能となる。

【００１７】前記利得として、駆動出力制御手段の出力
値を所定範囲に制限するクリップ値が設けられた場合、
電気的駆動手段の駆動出力は上限若しくは下限がクリッ
プされることにより、カム位置のオーバーシュート若し
くはアンダーシュートの抑制が可能となる。また、その
場合に、クリップ無効時間が設定され、目標位置を変更
した時にクリップ値が所定時間無効とされると、カム位
置を急激にフル進角させるようなステップ応答が目標位
置に与えられた時の無駄時間を小さくし良好な制御性を
得ることが可能となる。

【００１８】また、要求制御量計算の計算式の比例項，
積分項，偏差微分項，目標位置微分項といった各算出項
に対し各々クリップ値が設けられて、各クリップ値が前
記所定条件に応じて変化するセッティングとされるとと
もに、目標位置微分項に対してクリップ無効時間が設定
されるものである場合、目標位置の変更時に目標位置微
分項だけは所定時間クリップ無しで有効に応答し、それ
により、偏差の大きいステップ応答が目標位置に与えら
れた場合の無駄時間を抑制し制御性を向上させることが
可能となる。

【００１９】また、前記利得として、要求制御量計算の
計算式の各算出項に対する補正利得が設けられて、各補
正利得が前記所定条件に応じて可変とされ、それが出力
値に反映されることにより、可変動弁機構制御系の制御
性能を向上させることが可能となり、その結果、制御領
域巾の狭さに起因して発生する高進角位置での位置ずれ
を防止し、また、低進角位置での整定性を改善すること
が可能となる。また、前記所定条件に応じて各算出項が
重み付けされることにより、制御性能の一層の向上が可
能となる。

【００２０】また、前記利得として、駆動出力制御手段
の出力値を前記所定条件に応じてオフセットさせるオフ
セット項が要求制御量計算の計算式に加えられることに
より、各種パラメータによる可変動弁機構制御系の特性
変化に対し、特に制御領域の変化に対して制御ゲイン固
定のままで補正を加えることができ、データ数を増大さ
せることなしに制御性を改善できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２２】図１は本発明の一実施例に係るエンジンの
上部構造をクランク軸に直交する縦断面で示す断面図、
図２は同実施例において吸気側に採用された可変動弁機
構をバルブ軸に直角に図１における右側方から見た構造
および動作説明図である。

【００２３】図１において、１は図示しないシリンダの
上部に連結されたシリンダヘッドである。該シリンダヘ
ッド１の下面にはシリンダ室に臨む位置に燃焼室凹部２
が形成されている。また、この実施例のエンジンは吸気
２弁、排気２弁であって、シリンダヘッド１には気筒毎
に二つの吸気ポート３ａ，３ｂが図１における左側方で
クランク軸方向（図１の面に直交する方向）に並んで燃
焼室凹部２に開口するよう形成され、また、二つの排気
ポート４ａ，４ｂが図１における右側方でやはりクラン
ク軸方向に並んで燃焼室凹部２に開口するよう形成され
ている。そして、これら吸気ポート３ａ，３ｂのそれぞ
れの開口部を開閉するようポペット式の二つの吸気弁５
ａ，５ｂが設けられ、また、排気ポート４ａ，４ｂのそ
れぞれの開口部を開閉するようやはりポペット式の二つ
の排気弁６ａ，６ｂが設けられている。これら吸気弁５
ａ，５ｂと排気弁６ａ，６ｂは、吸気弁５ａ，５ｂ同士
が平行で、排気弁６ａ，６ｂ同士が平行で、かつ、吸気
弁５ａ，５ｂと排気弁６ａ，６ｂとがＶ形をなす配置と
なっている。また、シリンダヘッド１の上部には、これ
ら吸気弁５ａ，５ｂおよび排気弁６ａ，６ｂを閉弁付勢
するようバルブスプリング７ａ，７ｂ；８ａ，８ｂが配
置され、吸気弁５ａ，５ｂおよび排気弁６ａ，６ｂのそ
れぞれの弁棒頭部に当接する位置にタペット９ａ，９
ｂ；１０ａ，１０ｂが配置されている。そして、吸気弁
５ａ，５ｂの上方にはクランク軸方向に吸気側カム軸１
１が配置され、排気弁６ａ，６ｂの上方にはやはりクラ
ンク軸方向に排気側カム軸１２が配置され、吸気側カム
軸１１には各気筒の二つの吸気弁５ａ，５ｂに対応する
駆動カム１３ａ，１３ｂが、また、排気側カム軸１２に
は各気筒の二つの排気弁６ａ，６ｂに対応する駆動カム
１４ａ，１４ｂが設けられている。このうち、吸気側カ
ム軸１１は、図示しない電磁クラッチ装置によって駆動
し軸方向に移動可能としたものであり、その駆動カム１
３ａ，１３ｂは軸方向の位置によってカムプロフィール
が変化するテーパカムとされている。このカムプロフィ
ールの変化は、吸気側カム軸１１が一方向（図１におい
て手前方向、図２において左方向）に移動したときに吸
気弁５ａ，５ｂのリフト特性を全体として高リフト側に
移行させ、反対方向に移動したときに低リフト側に移行
させるものである。また、各吸気弁５ａ，５ｂの頭部の
タペット９ａ，９ｂと吸気側の各駆動カム１３ａ，１３
ｂとの間には、スプリング１５ａ，１５ｂにより駆動カ
ム１３ａ，１３ｂ側に付勢された状態で揺動カム１６
ａ，１６ｂが介設されている。図２において、実線は高
リフト位置を示し、破線は低リフト位置を示す。

【００２４】吸気側動弁機構はこのようにカム軸１１を
軸方向に移動させることによりカム位置を変えてリフト
量を変更可能な可変動弁機構であり、カム軸１１を駆動
する電磁クラッチの出力を図示しないコントロールユニ
ットにより制御する。そのためコントロールユニットに
はエンジン回転数，油温等の情報が入力され、また、カ
ム位置を検出するポテンショメータの出力が入力され
る。そして、エンジン回転数等に応じてマップによりカ
ムの目標位置を設定し、電磁クラッチに流れる電流をデ
ューテイ制御してカム位置を制御する。

【００２５】そのデューティ制御はＰＩＤ制御をベース
とするもので、デューティ出力値（ｄｕｔｙ）の計算は
下記の計算式による。ｄｕｔｙ＝Ｐ・ｅ＋Ｉ・∫ｅｄｔ＋Ｄ・ｄｅ／ｄｔ＋Ａ
・ｄＲ／ｄｔ＋Ｂ・ｄＴ／ｄｔＰ：比例項ゲインＩ：積分項ゲインＤ：偏差微分項ゲインＡ：現位置微分項ゲインＢ：目標位置微分項ゲインｅ：偏差（ｅ＝Ｔ−Ｒ）Ｔ：目標位置Ｒ：現位置

【００２６】また、上記デューティ出力値には上限と下
限にクリップ値（制限値）が設定される。図３は、この
実施例においてカムの目標位置がリフト量最大のフル進
角位置へと急変する立ち上がり時の特性を示す図１３と
同様のタイムチャートである。図において（ａ）はリフ
ト量（ｍｍ）で表したカムの目標位置（細線）と実際位
置（太線）の経時変化を示し、（ｂ）はデューティ値
（％）の経時変化を示す。図３の（ｂ）においてａがデ
ューティ値の上限クリップ値であり、ｂが下限クリップ
値である。目標位置がステップ応答で急変した時のデュ
ーティ値は図３の（ｂ）に破線で示す部分がクリップさ
れ実線のようになる。その結果、カム位置（リフト量）
は図３の（ａ）に実線で示すような特性になり、破線で
示すようなオーバーシュートおよびアンダーシュートが
防止される。

【００２７】上記クリップ値は、カムの目標位置，目標
位置と現位置（実際位置）との偏差，エンジン回転数，
エンジン油温，電源電圧といった、制御性に関連する各
種パラメータによって変化するようテーブル化されてい
る。図４はこれらパラメータによる上限クリップ値設定
のテーブルである。目標位置と現位置との偏差に対して
は、偏差が大きい時に要求デューティ値の急激な変化に
対応するよう図４の（ａ）に示すようにクリップ値を大
きくする。また、目標位置が上限若しくは下限に近いと
きは、ブレーキングを効かせるため絶対的な位置変化に
対応させて図４の（ｂ）に示すようなクリップ値の設定
とする。また、エンジン回転数に対しては、エンジン回
転数が上昇すると系が敏感になってオーバーシュート，
アンダーシュートが出やすいため、図４の（ｃ）に示す
ようにエンジン回転数が高い程クリップ値を小さくす
る。また、油温に対しては、油温が上昇するとやはり系
が敏感になってオーバーシュート，アンダーシュートが
出やすいため、図４の（ｄ）に示すようにエンジン回転
数が高い程クリップ値を小さくする（水温についても同
様）。また、クラッチ電源電圧に対しては、電源電圧の
低下に伴ってクラッチの吸引トルクが減少するため、図
４の（ｅ）に示すように電源電圧が低い程クリップ値を
上げる。また、目標位置微分値（ｄＴ／ｄｔ）に対して
は、目標位置微分値が大（ステップ巾が大）である程オ
ーバーシュート，アンダーシュートが出やすいため、図
４の（ｆ）に示すように目標位置微分値が大きい程クリ
ップ値を小さくする。

【００２８】図５は上記クリップ値によるデューティ値
クリップの制御フローを示すフローチャートである。こ
の処理は例えば５ｍｓ毎に実行し、ステップＳ１１で上
記計算式によるデューティ出力値（ｄｕｔｙ）が上限ク
リップ値（ａ）より大きい（ｄｕｔｙ＞ａ）かどうかを
判定し、ｄｕｔｙ≦ａであれば、次いでステップＳ１２
でｄｕｔｙが下限値（ｂ）より小さい（ｄｕｔｙ＜ｂ）
かどうかを判定して、ｂ≦ｄｕｔｙ≦ａであればステッ
プＳ１３へ進む。そしてステップＳ１３で計算値（ｄｕ
ｔｙ）をそのままデューティ出力値（ｄｕｔｙ）とす
る。また、ステップＳ１２の判定がｄｕｔｙ＜ｂという
時は、ステップＳ１４でデューティ出力値（ｄｕｔｙ）
をに下限値（ｂ）にクリップする（ｄｕｔｙ＝ｂ）。
また、ステップＳ１１でｄｕｔｙ＞ａの時は、ステップ
Ｓ１５でデューティ出力値（ｄｕｔｙ）をに上限値
（ａ）にクリップする（ｄｕｔｙ＝ａ）。

【００２９】また、上記デューティ制御は、カム位置を
急激にフル進角させるようなステップ応答が目標位置に
与えられた場合の無駄時間を小さくするよう上限クリッ
プ値に無効時間を設定するようにしてもよい。その場
合、デューティ出力値は図６に示すようにその無効時間
（ｔ₁）の間は上限クリップ値（ａ）を無視したものと
なり、それにより、フル進角以降時等において良好な制
御性が得られる。

【００３０】図７はこのような無効時間（ｔ₁）を設定
したデューティ値上限クリップの制御フローを示すフロ
ーチャートである。この処理は例えば１ｍｓ毎に実行
し、ステップＳ２１でデューティ出力の計算値（ｄｕｔ
ｙ）が上限クリップ値（ａ）より大きい（ｄｕｔｙ＞
ａ）かどうかを判定し、ｄｕｔｙ＞ａであればステップ
Ｓ２２ででカウンタ値を１だけカウントアップし、ステ
ップＳ２３でカウンタ値がｔ₁に達していないかどうか
を見て、カウンタ値がをｔ₁に達していなければステッ
プＳ２４に進み、計算値（ｄｕｔｙ）をそのままデュー
ティ出力値（ｄｕｔｙ）とする。また、ステップＳ２３
の判定でカウンタ値がｔ₁に達したら、ステップＳ２５
に進み、デューティ出力値（ｄｕｔｙ）をに上限値
（ａ）にクリップする（ｄｕｔｙ＝ａ）。そして、ステ
ップＳ２６でカウンタ値を初期値（０）にリセットす
る。また、ステップＳ２１の判定でｄｕｔｙ≦ａのとき
は、ステップＳ２７でへ進み、計算値（ｄｕｔｙ）をそ
のままデューティ出力値（ｄｕｔｙ）とし、ステップＳ
２８でカウンタ値を初期値（０）にリセットする。

【００３１】また、デューティ制御は、上記のようにデ
ューティ出力値（ｄｕｔｙ）にクリップ値を設定するの
ではなく、上記計算式における比例項（Ｐ項），積分項
（Ｉ項），偏差微分項（Ｄ項），目標位置微分項（Ｂ
項）といった各算出項に対し各々クリップ値を設けると
ともに、各クリップ値を、目標位置，偏差，エンジン回
転数，エンジン油温，電源電圧といったパラメータによ
って変化するようテーブル化し、そのうち、目標位置微
分項（Ｂ項）に対してクリップ無効時間（Ｂ項有効時
間）を設定し、目標位置変更時に目標位置微分項（Ｂ
項）だけは所定時間クリップ無しで有効応答するように
してもよく、それによって、偏差の大きいステップ応答
が目標位置に与えられた時の無駄時間を抑制し制御性を
向上させることができる。

【００３２】このステップ応答時にＢ項有効時間を設定
する制御では、図８に示すように、目標位置がステップ
応答で変化し、その変化量ΔＴがしきい値ＫＴＤより大
きい場合に、Ｂ項有効時間（ＫＣＳ）の間は、ΔＴをｄ
Ｔ／ｄｔの暫定値ΔＴ_bufとして、Ｂ項（Ｂ・ｄＴ／ｄ
ｔ）を算出する。

【００３３】図９はこのようにＢ項有効時間を設定する
制御のフローチャートである。この処理は例えば５ｍｓ
毎に実行し、ステップＳ３１で目標位置Ｔの今回の値Ｔ
_nと５回前の値Ｔ_n-5との差を求め、その値を目標位置の
変化量ΔＴに格納する。そして、ステップＳ３２で目標
位置の変化量ΔＴがしきい値ＫＴＤより大きいかどうか
を見て、変化量ΔＴがしきい値ＫＴＤより大きいとき
は、ステップＳ３３でそのΔＴの値をΔＴ_bufに格納す
る。そして、ステップＳ３４でフラグｘｃｂに１を立
て、ステップＳ３７へ進む。また、ステップＳ３２の判
定で、目標位置の変化量ΔＴがしきい値ＫＴＤ以下とい
うときは、ステップＳ３５へ進み、カウンタ値が時間Ｋ
ＣＳより小さいかどうかを見て、カウンタ値が時間ＫＣ
Ｓより小さいときはステップＳ３４でやはりフラグｘｃ
ｂに１を立て、ステップＳ３７へ進む。また、ステップ
Ｓ３５の判定でカウンタ値がＫＣＳを越えたときは、ス
テップＳ３６へ進んでフラグｘｃｂを０にし、ステップ
Ｓ３７へ進む。そして、ステップＳ３７ではフラグｘｃ
ｂが１かどうかの判定を行い、フラグｘｃｂが１のとき
はステップＳ３８へ進む。そして、ステップＳ３８でカ
ウンタ値を１だけカアウトアップし、次いで、ステップ
Ｓ３９でカウンタ値が時間ＫＣＳより小さいかどうかを
見て、カウンタ値がＫＣＳより小さいときはステップＳ
４０でΔＴ_bufの値をΔＴ’に格納する。そして、ステ
ップＳ４１でＢ・ΔＴ’を計算し、これをＢ項の値とす
る。そしてステップＳ４５へ進む。

【００３４】また、ステップＳ３９でカウンタ値がＫＣ
Ｓを越えたと判定したときは、ステップＳ４２へ進み、
クリップ値βをΔＴ’に格納する。そして、ステップＳ
４１でＢ項を計算し、ステップＳ４５へ進む。

【００３５】ステップＳ３７の判定でフラグｘｃｂが０
のときは、ステップＳ４３でカウンタ値を初期値０にリ
セットし、ステップＳ４４でΔＴの値をΔＴ’に格納す
る。そして、ステップＳ４１でＢ項を計算し、ステップ
Ｓ４５へ進む。

【００３６】そして、ステップＳ４５ではカウンタ値が
０かどうかを見て、カウンタ値が０であればそのまま終
了する。また、ステップＳ４５でカウンタ値が０でない
ときは、ステップＳ３７〜Ｓ４５の処理を繰り返す。

【００３７】また、デューティ制御は、計算式における
比例項（Ｐ項），積分項（Ｉ項），偏差微分項（Ｄ
項），目標位置微分項（Ｂ項）といった算出項に対し補
正ゲイン（利得）ＶＧを設定し、その補正ゲインＶＧを
目標位置，偏差，エンジン回転数，エンジン油温，電源
電圧といったパラメータによって変化するようテーブル
化することによってそれらパラメータを出力値に反映さ
せるようにしてもよく、それにより、可変動弁機構制御
系の制御性能を向上させて高進角位置での位置ずれを防
止し、また、低進角位置での整定性を改善することが可
能となる。図１０は、ステップ応答を目標位置に与えた
ときのカム位置の変化をポテンショメータの出力電圧
（Ｖ）で示すタイムチャートであって、補正ゲインＶＧ
を設定しない場合が（ａ）であり、補正ゲインＶＧを設
定した場合が（ｂ）である。

【００３８】この場合の計算式は次のとおりである。ｄｕｔｙ＝ＶＧ（Ｐ・ｅ＋Ｉ・Σｅ＋Ｄ・ｄｅ／ｄｔ＋
Ａ・ｄＲ／ｄｔ＋Ｂ・ｄＴ／ｄｔ）

【００３９】上記補正ゲイン（ＶＧ）は、図１１に示す
ように進角位置の中間点Ｖ_midに対する値を１として、
低進角側下限位置Ｖ_minに対する値と高進角側上限位置
Ｖ_maxに対する値を設定する。そして、次式により任意
の目標位置Ｖ_targetに対する補正ゲインＶＧを算出す
る。ＶＧ＝１＋｛（Ｖ_target−Ｖ_mid）／（Ｖ_max−
Ｖ_mid）｝（但し、Ｖ_mid〈Ｖ_target〈Ｖ_max）ＶＧ＝１＋｛（Ｖ_mid−Ｖ_target）／（Ｖ_mid−
Ｖ_min）｝（但し、Ｖ_min〈Ｖ_target〈Ｖ_mid）

【００４０】また、上記パラメータに応じて各算出項を
重み付けすることによって特定の算出項を強めるような
セッティングとしてもよく、それにより制御性能の一層
の向上が可能となる。その場合、計算式は次のとおりで
ある。ｄｕｔｙ＝ＶＧ・Ｐ・ｅ＋ＶＧ・Ｉ・Σｅ＋ＶＧ・Ｄ・
ｄｅ／ｄｔ＋ＶＧ・Ａ・ｄＲ／ｄｔ＋ＶＧ・Ｂ・ｄＴ／
ｄｔ

【００４１】また、例えばこのように補正ゲインを設定
する場合に、油温，クラッチ印加電圧，エンジン回転数
等のパラメータによる特性変化を補正するよう、これら
パラメータに応じたオフセット項（ｐｗｍｏｆｆｓｅ
ｔ）を計算式に設定することができ、それにより、制御
ゲインは固定したままで良好な制御性を維持するように
できる。その場合の計算式は次のとおりである。ｄｕｔｙ＝ｐｗｍｏｆｆｓｅｔ＋ＶＧ（Ｐ・ｅ＋Ｉ・Σ
ｅ＋Ｄ・ｄｅ／ｄｔ＋Ａ・ｄＲ／ｄｔ＋Ｂ・ｄＴ／ｄ
ｔ）

【００４２】なお、上記実施例では、吸気弁に可変動弁
機構が採用されたものを説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、吸気弁および排気弁の少なくと
も一方に可変動弁機構が採用されたエンジンに広く適用
できる。

【００４３】また、上記実施例は駆動カムを軸方向に移
動させるタイプの可変動弁機構について説明したが、本
発明は揺動カムを移動させるタイプの可変動弁機構の場
合にも適用できる。

【００４４】また、本発明は、バルブタイミングおよび
リフト量のいずれか一方を変更可能な他の様々な可変動
弁機構制御装置に広く適用できるものである。

【００４５】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、可変動弁機構制御装置の制御量の計算に目標位置，
目標位置と現位置との偏差，エンジン回転数，エンジン
油温，エンジン水温，電源電圧といった制御性に関連す
る所定条件若しくは反力の増減に起因するパラメータに
応じてクリップ値等の利得を設定し、それにより、目標
位置変更時のカム位置のオーバーシュート若しくはアン
ダーシュートを抑制して、可変動弁機構制御系のカム位
置−スラスト力特性が非線形であることに起因する目標
位置急変時のオーバーシュート若しくはアンダーシュー
トによって機械的上限および下限のストッパを破損する
のを防止することができる。また、このようにクリップ
値を設けた場合に、クリップ無効時間を設定して目標位
置変更時にクリップ値を所定時間無効とすることによ
り、目標位置急変時の無駄時間を小さくして良好な制御
性を得るようにできる。また、要求制御量計算の計算式
の比例項，積分項，偏差微分項，目標位置微分項といっ
た各算出項に対し各々クリップ値を設け、各クリップ値
を所定条件に応じて変化するセッティングとするととも
に、目標位置微分項に対してクリップ無効時間を設定す
ることにより、目標位置の変更時に目標位置微分項だけ
は所定時間クリップ無しで有効応答させ、それにより、
偏差の大きいステップ応答が目標位置に与えられた場合
の無駄時間を抑制して制御性を向上させることができ
る。

【００４６】また、要求制御量計算の計算式の各算出項
に対する補正利得を設け、その補正利得を前記所定条件
に応じて可変とすることにより、可変動弁機構制御系の
制御性能を向上させ、制御領域巾の狭さに起因して発生
する高進角位置での位置ずれと低進角位置での整定性を
改善することができる。また、それら所定条件若しくは
パラメータに応じて各算出項を重み付けすることにより
制御性能の一層の向上を図ることができる。

【００４７】また、駆動出力制御手段の出力値を前記所
定条件に応じてオフセットさせるオフセット項を計算式
に設定することにより、各種パラメータによる可変動弁
機構制御系の特性変化に対し、特に制御領域の変化に対
し、制御ゲイン固定のままで補正を加えることができ、
データ数を増大させることなしに制御性を改善するよう
にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るエンジンの上部断面図
である。

【図２】本発明の一実施例における可変動弁機構の構造
および動作説明図である。

【図３】本発明の一実施例における立ち上がり特性のタ
イムチャートである。

【図４】本発明の一実施例における上限クリップ値のテ
ーブル特性図である。

【図５】本発明の一実施例におけるデューティ値クリッ
プの制御フローを示すフローチャートである。

【図６】本発明の他の実施例における立ち上がり特性の
タイムチャートである。

【図７】図６に係る実施例のデューティ値上限クリップ
の制御フローを示すフローチャートである。

【図８】本発明の更に他の実施例におけるＢ項有効時間
設定の制御を示すタイムチャートである。

【図９】図８に係る実施例のＢ項有効時間を設定する制
御のフローチャートである。

【図１０】本発明の更に他の実施例におけるステップ応
答時の制御特性を示すタイムチャートである。

【図１１】図１０に係る実施例の補正ゲイン設定の説明
図である。

【図１２】可変動弁機構一般のカム位置−スラスト力特
性図である。

【図１３】従来の可変動弁機構制御装置における立ち上
がり特性を示すタイムチャートである。

【図１４】可変動弁機構制御一般のデューティ値−カム
位置特性図である。

【図１５】可変動弁機構制御一般の油温をパラメータと
した特性図である。

【図１６】可変動弁機構制御一般のクラッチ印加電圧を
パラメータとした特性図である。

【図１７】可変動弁機構制御一般のエンジン回転数をパ
ラメータとした特性図である。

【図１８】可変動弁機構制御一般のエンジン回転数によ
る制御性の変化を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

５ａ，５ｂ吸気弁１１カム軸（吸気側）１３ａ，１３ｂ駆動カム１６ａ，１６ｂ揺動カム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者愛野浩史神奈川県秦野市曽屋518番地日鍛バルブ株式会社内 (72)発明者田中憲一郎広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者原田司広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バルブスプリングにより閉弁付勢され駆
動カムにより開弁駆動されるポペット式バルブのバルブ
タイミングおよびリフト量のいずれか一方を変更可能で
あり、そのバルブタイミングおよびバルブリフト量のい
ずれか一方の変更が前記駆動カム若しくは前記駆動カム
と前記バルブとの間に介在する揺動カムの軸方向位置の
変更により行われ、該変更に伴って前記バルブスプリン
グによるバルブ反力を含む反力が前記駆動カムを駆動す
るカム軸にスラスト力として作用する可変動弁機構と、
該可変動弁機構を直接若しくは間接駆動する電気的駆動
手段と、前記可変動弁機構の前記駆動カム若しくは前記
揺動カムの軸方向位置により規定される作動位置を目標
位置に整定するための要求制御量を計算し前記電気的駆
動手段の駆動出力を制御する駆動出力制御手段とを備え
たエンジンの可変動弁機構制御装置において、前記駆動
出力制御手段による制御量の計算に所定条件に応じて変
化する利得を設定したことを特徴とする可変動弁機構制
御装置。
【請求項２】前記所定条件は、前記目標位置，前記目
標位置と現位置との偏差，エンジン回転数，エンジン油
温，エンジン水温および電源電圧のうちの少なくとも一
つである請求項１記載の可変動弁機構制御装置。
【請求項３】前記利得は、前記駆動出力制御手段の出
力値を所定範囲に制限するクリップ値である請求項１ま
たは２記載の可変動弁機構制御装置。
【請求項４】前記目標位置の変更時に前記クリップ値
を無効とする所定のクリップ無効時間が設定された請求
項３記載の可変動弁機構制御装置。
【請求項５】前記利得は、前記駆動出力制御手段によ
る要求制御量計算の計算式の各算出項を所定範囲に制限
するクリップ値であり、それら各算出項のクリップ値の
うち、目標位置微分項のクリップ値を前記目標位置の変
更時に無効とする目標位置微分項クリップ値無効時間が
設定された請求項１または２記載の可変動弁機構制御装
置。
【請求項６】前記算出項は、比例項，積分項，偏差微
分項および目標位置微分項を含む請求項５記載の可変動
弁機構制御装置。
【請求項７】前記利得は、前記駆動出力制御手段によ
る要求制御量計算の計算式の各算出項に対する補正利得
である請求項１または２記載の可変動弁機構制御装置。
【請求項８】前記補正利得は、前記所定条件に応じて
前記各算出項に重み付けをするものである請求項７記載
の可変動弁機構制御装置。
【請求項９】前記算出項は、比例項，積分項，偏差微
分項および目標位置微分項を含む請求項７または８記載
の可変動弁機構制御装置。
【請求項１０】前記利得は、前記駆動出力制御手段の
出力値を前記所定条件に応じてオフセットさせるよう前
記要求制御量計算の計算式に設定したオフセット項であ
る請求項１または２記載の可変動弁機構制御装置。
【請求項１１】バルブスプリングにより閉弁付勢され
駆動カムにより開弁駆動されるポペット式バルブのバル
ブタイミングおよびリフト量のいずれか一方を変更可能
であり、そのバルブタイミングおよびバルブリフト量の
いずれか一方の変更が前記駆動カム若しくは前記駆動カ
ムと前記バルブとの間に介在する揺動カムの軸方向位置
の変更により行われ、該変更に伴って前記バルブスプリ
ングによるバルブ反力を含む反力が前記駆動カムを駆動
するカム軸にスラスト力として作用する可変動弁機構
と、該可変動弁機構を直接若しくは間接駆動する電気的
駆動手段と、前記可変動弁機構の前記駆動カム若しくは
前記揺動カムの軸方向位置により規定される前記可変動
弁機構の作動位置を目標位置に整定するための要求制御
量を計算し前記電気的駆動手段の駆動出力を制御する駆
動出力制御手段とを備えたエンジンの可変動弁機構制御
装置において、前記駆動出力制御手段による制御量の計
算に前記反力の増減に起因するパラメータに応じた利得
を設定したことを特徴とする可変動弁機構制御装置。
【請求項１２】前記パラメータは、前記目標位置，前
記目標位置と現位置との偏差，エンジン回転数，エンジ
ン油温，エンジン水温および電源電圧のうちの少なくと
も一つである請求項１１記載の可変動弁機構制御装置。