WO2014196237A1 - 内燃機関の可変バルブタイミング制御装置及び制御方法 - Google Patents

内燃機関の可変バルブタイミング制御装置及び制御方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a variable valve timing control device and a control method for changing the valve timing of an internal combustion engine.
  • Patent Document 1 a sensor for measuring the position of a variable valve timing mechanism (VTC) is provided as in Patent Document 1, for example.
  • VTC variable valve timing mechanism
  • a technique for controlling the target position based on the measurement result is known.
  • a motor rotation speed sensor is provided in a motor for varying the turning speed of the planetary gear in the phase variable mechanism, and the VTC position is detected by the rotation signal of the motor shaft that is detected more frequently than the rotation signal of the cam shaft. is doing.
  • the motor rotation speed sensor it is possible to detect the VTC position even during a period in which the rotation signal of the camshaft cannot be detected, and to realize accurate valve timing control in the low rotation region of the engine. ing. Since the VTC position detection system by adding such a sensor does not depend on the engine speed, controllability can be ensured even when the engine is running at a low speed.
  • an additional sensor for detecting the VTC position may be omitted depending on a customer request or an inexpensive system request.
  • the valve timing is controlled using a crank angle sensor or the like. Then, the target valve timing is calculated according to the operating state of the engine, the actual valve timing is detected at the position measurement timing by the crank angle sensor, and the differential operation amount according to the deviation between the target valve timing and the actual valve timing is used. Feedback control is performed to converge to the target value (target valve timing).
  • crank angle sensor since the crank angle sensor has a low frequency of position measurement, control using a large differential operation amount is necessary to ensure controllability at the time of engine start (during cranking) or at a low engine speed. For this reason, it has been a challenge to deal with the effects of an increase in effective current and current variation.
  • the convergence control such as PID control requires a large differential operation amount (brake) in order to converge to the target value without overshoot.
  • This large differential operation amount increases the effective current, and there is no design margin for the motor heat resistance, or the power consumption increases and the fuel efficiency effect is lost. Further, if the amount of current change is large, there is a possibility that the demagnetization of the motor magnet may occur.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to increase the effective current and the amount of current change while maintaining the brake function without adding a sensor for detecting the VTC position. It is an object to provide a variable valve timing control device and control method for an internal combustion engine that can suppress the above-described problem.
  • variable valve timing control device and control method for an internal combustion engine calculates an operation amount for controlling the valve timing, and calculates the operation amount calculated at the position detection timing of the variable valve timing mechanism until the next position detection timing. Divide between and output.
  • the operation amount calculated at the position detection timing of the variable valve timing mechanism is not given all at once, but is divided and output until the next position detection timing.
  • the peak value of the operation amount can be lowered, the effective current can be reduced, and the current change amount can be reduced, and the countermeasure to the accompanying phenomenon can be reduced or eliminated. Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress an increase in effective current and current change amount while maintaining a brake function without adding a sensor for detecting a VTC position.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a system configuration of a vehicle engine to which a variable valve timing control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied. It is a flowchart which shows the procedure which calculates the brake operation amount in the variable valve timing control apparatus of the internal combustion engine which concerns on the 1st Embodiment of this invention.
  • 3 is a timing chart of each signal in the flowchart shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a waveform diagram of a cam phase angle, a control voltage, a motor current, and a differential operation amount in the present invention. It is a waveform diagram of the cam phase angle, control voltage, motor current, and differential operation amount of a comparative example.
  • FIG. 10 is a timing chart of each signal in the flowcharts shown in FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 10 is a timing chart of each signal in the flowcharts shown in FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 10 is a waveform diagram of a cam phase angle, a control voltage, a motor current, and a differential operation amount when the engine is rotating at a low speed in FIGS. 8 and 9. It is a flowchart which shows a part of procedure which calculates the brake operation amount in the variable valve timing control apparatus of the internal combustion engine which concerns on the 4th Embodiment of this invention. It is a flowchart which shows the procedure following FIG. 14 is a timing chart of each signal in the flowcharts shown in FIGS. 12 and 13. It is a flowchart which shows a part of procedure which calculates the brake operation amount in the variable valve timing control apparatus of the internal combustion engine which concerns on the 5th Embodiment of this invention. It is a flowchart which shows the procedure following FIG.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a system configuration of a vehicle engine to which a variable valve timing control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied, and relates to control of an electric actuator used in a variable valve timing mechanism. The part is extracted and shown.
  • crankshaft 2 of the engine (internal combustion engine) 1 Power from the crankshaft 2 of the engine (internal combustion engine) 1 is transmitted to the intake side camshaft 4 and the exhaust side camshaft 5 via a timing chain (or timing belt) 3.
  • the intake valve is driven to open as the intake side camshaft 4 rotates, and the exhaust valve is driven to open as the exhaust side camshaft 5 rotates.
  • the intake camshaft 4 is provided with a variable valve timing mechanism (VTC) 6 that changes the central phase of the intake valve operating angle by changing the rotational phase of the intake camshaft 4 with respect to the crankshaft 2. .
  • VTC 6 changes the central phase of the valve operating angle of the intake valve forward and backward without changing the valve operating angle and valve lift amount of the intake valve.
  • the VTC 6 is provided on the intake camshaft 4 side, but may be provided on the exhaust camshaft 5 side.
  • crankshaft 2 is supported by a signal plate 8 provided with a detected portion (for example, a protruding portion) 7 and a crank angle sensor 9 for detecting the detected portion 7.
  • the intake side camshaft 4 is pivotally supported by a signal plate 11 on which a detected portion (for example, a protruding portion) 10 is provided, and is provided with a cam angle sensor 12 for detecting the detected portion 10.
  • the detection signal Ne of the crank angle sensor 9 and the detection signal Nc of the cam angle sensor 12 are respectively input to an engine control unit (ECU) 13 that controls the engine 1.
  • the ECU 13 receives detection signals (intake air) from an air flow meter 14 that detects the amount of intake air of the engine 1, a temperature sensor 15 that measures environmental temperature, a voltmeter 16 that measures a power supply voltage for driving the motor of the electric VTC, and the like. Quantity Qa, environmental temperature T, and drive power supply voltage VMOT) are input.
  • the ECU 13 performs various controls on the engine 1 by executing a control program stored in a storage device such as a read only memory (ROM) or a flash memory based on detection signals from the various sensors. Then, the ECU 13 calculates the engine speed RPM based on the detection signal Ne from the crank angle sensor 9, and performs fuel injection based on the calculated engine speed RPM, the intake air amount Qa detected by the air flow meter 14, and the like. In addition to performing control and ignition control, the control signal CS is supplied to the VTC 6 to control the valve timing.
  • a control program stored in a storage device such as a read only memory (ROM) or a flash memory based on detection signals from the various sensors. Then, the ECU 13 calculates the engine speed RPM based on the detection signal Ne from the crank angle sensor 9, and performs fuel injection based on the calculated engine speed RPM, the intake air amount Qa detected by the air flow meter 14, and the like.
  • the control signal CS is supplied to the VTC 6 to control the valve timing.
  • convergence control such as PID control is used.
  • the target valve timing (target advance amount) is calculated based on the engine speed RPM, the intake air amount Qa, and the like, and the crank angle sensor 9 and the cam angle are also calculated.
  • the actual valve timing (actual advance angle amount) is detected, and according to the deviation between the target valve timing and the actual valve timing, the operation amount of the VTC 6, for example, the brake operation amount ( In the case of PID control, the differential operation amount) is calculated and feedback controlled.
  • ECU13 works as a control unit which has a function as a control device of VTC6. Further, in the control of the VTC 6, the crank angle sensor 9 and the cam angle sensor 12 function as a measurement unit that periodically measures the valve timing.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a procedure for calculating a brake operation amount in the variable valve timing control apparatus for an internal combustion engine according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a timing chart of each signal in the flowchart shown in FIG.
  • step S101 the target angle ⁇ trg calculated by the ECU 13 based on the engine speed RPM, the intake air amount Qa, and the like is read.
  • the target angle ⁇ trg is a predetermined value as shown in FIG.
  • step S102 the detection angle ⁇ det based on the detection signal Nc from the cam angle sensor 12 is read.
  • the detected angle ⁇ det is a constant value from each VTC position detection timing t0, t1, t2,... To the next timing, and rises stepwise toward the target angle ⁇ trg.
  • This deviation amount ⁇ err decreases stepwise as the difference between the detected angle ⁇ det and the target angle ⁇ trg gradually decreases.
  • step S104 it is determined whether or not the valve timing control period ⁇ T1 is smaller than the VTC angle detection period. This is because the load on the ECU 13 due to the calculation is reduced by applying the present invention only when the engine 1 is running at a low speed. If the valve timing control period ⁇ T1 is smaller than the VTC angle detection period, the process proceeds to step S105 to determine whether or not the VTC detection angle ⁇ det has been updated.
  • a brake operation amount VD for example, a differential operation amount is calculated.
  • the brake operation amount VD is expressed by the following equation (1).
  • VD ( ⁇ err (current value) ⁇ err (previous value)) / control cycle ⁇ gain (1)
  • the brake operation amount VD gradually decreases as the difference between the detected angle ⁇ det and the target angle ⁇ trg gradually decreases.
  • This division counter Cs is for setting how many times the brake operation amount VD is to be output, and FIG. 3 shows an example of dividing into three.
  • step S108 it is determined whether or not the count value of the division counter Cs is smaller than the predetermined division number Ct.
  • the count value of the division counter Cs is set to the predetermined division. It is determined whether it is smaller than the number Ct.
  • step S110 the divided brake operation amount VDS calculated according to the above equation (2) is output.
  • This divided brake operation amount VDS is 1/3 of the brake operation amount VD as shown in FIG.
  • step S104 If it is determined in step S104 that the valve timing control period ⁇ T1 is greater than the VTC angle detection period, the process proceeds to step S112, where a brake operation amount VD, for example, a differential operation amount is calculated.
  • This brake operation amount VD is expressed by the following equation (3).
  • VD ( ⁇ err (current value) ⁇ err (previous value)) / control cycle ⁇ gain (3)
  • step S113 the brake operation amount VD is output, and the current valve timing control period ⁇ T1 ends.
  • the above-described steps S101 to S111 are repeated every valve timing control period ⁇ T1, thereby dividing the brake operation amount VD into a plurality of divisions (in this example, three divisions) as shown in FIG.
  • the brake operation amount VDS is output in a plurality of times according to the VTC position detection intervals t0-t1, t1-t2, t2-t3,... Within each VTC angle detection period.
  • FIG. 3 shows an example in which the output is divided into three times between t1-t2 and t2-t3.
  • the brake operation amount VD is not divided and is output at the VTC position detection timing.
  • FIGS. 4A to 4D are waveform diagrams of the cam phase angle, the control voltage, the motor current, and the differential operation amount in the present invention, respectively.
  • FIGS. 5A to 5D are comparative examples, and show waveform diagrams of conventional cam phase angles, control voltages, motor currents, and differential manipulated variables (when the manipulated variables are applied collectively).
  • the cam phase angle [deg. CA] indicates that the actual value (actual valve timing) rises gradually with respect to the target value (target valve timing) when the engine 1 is running at a low speed.
  • a stepped detection value that approaches the target value is obtained for each period.
  • the control voltage [V] at this time divides the brake operation amount VD into a plurality of times according to the VTC angle detection cycle as shown in FIG. 4B, and the valve timing control cycle ⁇ T1. Output every time.
  • the time during which the brake operation amount VD remains at the peak is shortened.
  • the motor current [A] decreases as the effective current decreases, and the current change amount ⁇ I1 becomes smaller than the conventional current change amount ⁇ I2.
  • the differential operation amount (brake operation amount) [V] at this time becomes smaller by dividing into a plurality of outputs as shown in FIG. 4 (d) and FIG. 5 (d).
  • differential operation amount calculation timing By gradually outputting, it is possible to reduce the effective current and the amount of current change while maintaining the brake function by the differential operation amount. As a result, it is possible to achieve both ensuring of VTC response performance by differential braking and effective current reduction. Further, the calculation load on the ECU 13 can be reduced by dividing the brake operation amount only when the engine is running at a low speed.
  • the brake operation amount (differential operation amount) may be divided at a constant rate, the number of divisions may be two or more and less than the number of calculations in the angle detection cycle. At this time, the cycle of the divided output is set to be equal to or longer than the calculation cycle.
  • the divided output of the brake operation amount (differential operation amount) can be realized by, for example, a low-pass filter, and the division ratio can be set by a filter coefficient.
  • the filter coefficient includes a cut-off frequency and a gain coefficient, and a divided output can be obtained by setting the cut-off frequency and the gain coefficient.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for calculating a brake operation amount in the variable valve timing control apparatus for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a timing chart of each signal in the flowchart shown in FIG.
  • Steps S201 to S206, S212, and S213 are the same as steps S101 to S106, S112, and S113, respectively, and thus description thereof is omitted.
  • step S208 it is determined whether or not the integrated value VDSI of the divided brake operation amount VDS is smaller than the brake operation amount VD. If it is smaller, the brake operation amount VD necessary for convergence has not yet been reached, so the process proceeds to step S209.
  • step S209 the divided brake operation amount VDS is calculated. This divided brake operation amount VDS is expressed by the following equation (4).
  • VDS (VD ⁇ VDSI) ⁇ predetermined division coefficient Ck (4)
  • the split brake operation amount VDS is initially large as shown in FIG. 7, and thereafter gradually decreased.
  • the integrated value VDSI of the divided brake operation amount VDS is made substantially equal to the brake operation amount VD when the number of divisions is reached, for example.
  • step S210 the split brake operation amount VDS is output.
  • step S211 the integrated value VDSI of the divided brake operation amount is calculated.
  • the integrated value VDSI of the divided brake operation amount is expressed by the following equation (5).
  • VDSI (current value) VDSI (previous value) + VDS (current value) (5)
  • steps S201 to S213 are repeated every valve timing control period ⁇ T1.
  • the brake operation amount VD calculated in step S206 is largely output in the initial stage (first or early timing) within a range in which the operation amount is not saturated, thereby comparing with the first embodiment.
  • the brake can be applied quickly and converged to the target value in a short time.
  • FIGS. 8 and 9 are flowcharts showing a procedure for calculating the brake operation amount in the variable valve timing control apparatus for an internal combustion engine according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a timing chart of each signal in the flowcharts shown in FIGS.
  • the number of divisions of the brake operation amount VD is switched according to the engine speed RPM.
  • Steps S301 to S305 and S308 to S315 in FIG. 8 and FIG. 9 are the same as steps S101 to S113 in the first embodiment, and thus description thereof will be omitted, and only different parts will be described.
  • step S306 the engine speed RPM is read.
  • step S307 the division number Ct2 of the brake operation amount VD corresponding to the engine speed RPM is calculated. This division number Ct2 is decreased as the engine speed RPM is increased.
  • FIG. 10 shows an example in which the division number Ct2 is set to 3 during the VTC position detection timing t1-t2 where the engine speed RPM is low, and the division number Ct2 is set to 2 between t2 and t3.
  • the division of the brake operation amount VD can be realized by dividing the brake operation amount VD into a plurality of parts by, for example, a low-pass filter and switching the filter coefficient according to the engine speed RPM.
  • the reason why the division number Ct2 is switched according to the VTC angle detection cycle determined from the engine speed RPM is that the optimum division number is different for the following reason.
  • the first reason is that, as the engine speed RPM is lower, the VTC angle detection cycle becomes longer, so that the amount of change in the deviation amount is large and the brake operation amount VD calculated at a time is large. Therefore, the division number Ct2 is preferably set to be larger as the engine speed RPM is lower so that the operation amount after the division is not saturated.
  • the second reason is that, as the engine speed RPM is lower, the VTC angle detection cycle is longer, so that a period during which the brake operation amount VD can be divided can be made longer and the division number Ct2 can be increased.
  • the braking force can be secured, the effective current can be reduced, and the current variation can be reduced.
  • FIGS. 4 (a) to 11 (d) show waveform diagrams of the cam phase angle, control voltage, motor current, and differential manipulated variable when the engine speed is lower than those in FIGS. 4 (a) to 4 (d).
  • the position detection timing interval differs depending on the engine speed RPM, and is short when the engine speed is high and long when the engine speed is low.
  • the position detection timing interval is related to the filter characteristics, and the optimum filter coefficient varies depending on the position detection interval.
  • the braking force is secured by the optimal differential operation amount and the effective current is reduced.
  • the parameter for switching the number of divisions is not limited to the engine rotation speed RPM, and the rotation speed of the rotating portion in the engine 1, for example, a crank rotation cycle or a VTC angle detection cycle may be used.
  • [Fourth Embodiment] 12 and 13 are flowcharts showing the procedure for calculating the brake operation amount in the variable valve timing control apparatus for an internal combustion engine according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a timing chart of each signal in the flowcharts shown in FIGS.
  • the fourth embodiment switches the division coefficient of the brake operation amount VD according to the engine speed RPM in the control of the second embodiment described above.
  • Steps S401 to S405 and S408 to S415 in FIG. 12 and FIG. 13 are the same as steps S201 to S211 in the second embodiment, and thus description thereof will be omitted, and only different parts will be described.
  • step S406 the engine speed RPM is read.
  • step S407 a division coefficient Ck2 of the brake operation amount VD corresponding to the engine speed RPM is calculated. This division coefficient Ck2 is increased as the engine speed RPM is increased. Specifically, this can be realized by dividing the brake operation amount VD into a plurality by a low-pass filter and switching the filter coefficient in accordance with the engine speed RPM.
  • the reason why the division coefficient Ck2 is switched according to the VTC angle detection cycle determined from the engine speed RPM is that the optimum division coefficient differs for the following reason.
  • the first reason is that, as the engine speed RPM is lower, the VTC angle detection cycle is longer, so that the amount of change in the deviation amount is larger and the brake operation amount VD calculated at a time is larger. Therefore, the division coefficient Ck2 is preferably set to be smaller as the engine speed RPM is lower so that the operation amount after the division is not saturated.
  • the second reason is that, as the engine speed RPM is lower, the VTC angle detection cycle is longer, so that the period during which the brake operation amount VD can be divided can be made longer and the division coefficient Ck2 can be reduced.
  • the division parameter switching parameter is not limited to the engine rotational speed RPM, but the rotational speed of the rotating portion of the engine 1, for example, the crank rotational period or the VTC angle detection period. May be used.
  • [Fifth Embodiment] 15 and 16 are flowcharts showing the procedure for calculating the brake operation amount in the variable valve timing control apparatus for an internal combustion engine according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the division method in addition to the control of the first embodiment described above, the division method is switched according to the environmental temperature T of the electric VTC. The higher the environmental temperature T, the lower the heat resistance limit of the motor. Therefore, the division method is switched to a direction in which the effective current does not increase. For example, the division number is increased as the environmental temperature T is higher. Alternatively, the peak value of the brake operation amount is suppressed.
  • Steps S501 to S505 and S508 to S515 are the same as steps S101 to S11 in the first embodiment, and thus description thereof will be omitted and only different parts will be described.
  • step S506 the environmental temperature T measured by the temperature sensor 15 is read.
  • the environmental temperature T is a temperature that can be correlated with the electric VTC main body, such as the oil temperature, the water temperature, the outside air temperature, the intake air temperature, and the electric VTC main body temperature.
  • the division number Ct2 of the brake operation amount VD corresponding to the read environment temperature T is calculated.
  • This division number Ct2 is increased as the environmental temperature T increases.
  • the division method can be switched in a direction in which the effective current does not increase so as not to exceed the motor heat resistance limit. Specifically, when the environmental temperature T becomes high, by increasing the number of divisions Ct2 of the brake operation amount VD, the effective current to the motor is reduced and the peak value of the brake operation amount is lowered to reduce the motor. Can suppress heat generation.
  • FIGS. 17 and 18 are flowcharts showing a procedure for calculating the brake operation amount in the variable valve timing control device for the internal combustion engine according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the division method in addition to the control of the second embodiment described above, the division method is switched according to the environmental temperature T of the electric VTC. As described above, the higher the environmental temperature T, the lower the motor heat resistance limit. Therefore, the division method is switched to a direction in which the effective current does not increase. For example, the higher the environmental temperature T, the smaller the division factor. Alternatively, the peak value of the brake operation amount is suppressed.
  • Steps S601 to S605 and S608 to S615 are the same as steps S201 to S211 in the second embodiment, and thus description thereof will be omitted and only different parts will be described.
  • the environmental temperature T measured by the temperature sensor 15 is read.
  • the environmental temperature T is a temperature that can be correlated with the electric VTC main body such as the oil temperature, the water temperature, the outside air temperature, the intake air temperature, and the electric VTC main body temperature.
  • a division coefficient Ck2 of the brake operation amount VD corresponding to the read environment temperature T is calculated.
  • the division coefficient Ck2 is decreased as the environmental temperature T is increased.
  • FIG. 19 and 20 are flowcharts showing a procedure for calculating a brake operation amount in the variable valve timing control device for an internal combustion engine according to the seventh embodiment of the present invention.
  • the division method is switched according to the power supply voltage VMOT for driving the motor of the electric VTC. If the drive power supply voltage VMOT for driving the motor of the electric VTC is low, the brake operation amount VD is likely to be saturated. Therefore, the division number Ck2 is increased as the drive power supply voltage VMOT is low. Alternatively, the peak value of the brake operation amount VD is suppressed.
  • Steps S701 to S705 and S708 to S715 are the same as steps S101 to S111 in the first embodiment, and thus description thereof will be omitted and only different parts will be described.
  • step S706 the drive power supply voltage VMOT of the electric VTC measured by the voltmeter 16 is read.
  • step S707 the division number Ct2 of the brake operation amount VD corresponding to the read drive power supply voltage VMOT is calculated.
  • the division number Ct2 is decreased as the drive power supply voltage VMOT is increased.
  • the saturation of the brake operation amount VD can be suppressed by switching the division number Ct2 in accordance with the drive power supply voltage VMOT.
  • FIGS. 21 and 22 are flowcharts showing the procedure for calculating the brake operation amount in the variable valve timing control apparatus for an internal combustion engine according to the eighth embodiment of the present invention.
  • the division method is switched according to the drive power supply voltage VMOT of the electric VTC. If the drive power supply voltage VMOT of the electric VTC is low, the brake operation amount VD is likely to be saturated. Therefore, the lower the drive power supply voltage VMOT, the smaller the division coefficient Ck2. Alternatively, the peak value of the brake operation amount VD is suppressed.
  • Steps S801 to S805 and S808 to S815 are the same as steps S201 to S211 in the second embodiment, and thus description thereof will be omitted and only different parts will be described.
  • step S806 the drive power supply voltage VMOT of the electric VTC measured by the voltmeter 16 is read.
  • step S807 a division coefficient Ck2 of the brake operation amount VD corresponding to the read drive power supply voltage VMOT is calculated.
  • the division coefficient Ck2 is decreased as the drive power supply voltage VMOT is increased.
  • the saturation of the brake operation amount VD can be suppressed by switching the division coefficient Ck2 in accordance with the drive power supply voltage VMOT.
  • valve timing control by electric VTC depending on the engine temperature such as the starting water temperature or the oil temperature or the environmental condition such as the battery temperature or the battery voltage from the VTC default position at the start (during cranking) or at the time of low engine speed.
  • the optimum valve timing can be controlled. Therefore, it is possible to achieve both the fuel efficiency effect due to the slow closing of the intake valve and the starting quality.
  • SYMBOLS 1 Engine (internal combustion engine), 6 ... Variable valve timing mechanism (VTC), 9 ... Crank angle sensor, 12 ... Cam angle sensor, 13 ... ECU (calculation means), 14 ... Aero flow meter, 15 ... Temperature sensor, 16 ... Voltmeter, VD ... Brake operation amount, VDS ... Division brake operation amount, Ct, Ct2 ... Number of divisions, Ck, Ck2 ... Division coefficient

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Abstract

　本発明は、内燃機関のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング制御装置及び制御方法に関する。バルブタイミングを制御する操作量を演算し、可変バルブタイミング機構の位置検出タイミングで演算された操作量を、次回の位置検出タイミングまでの間に分割して出力する。

Description

内燃機関の可変バルブタイミング制御装置及び制御方法
　本発明は、内燃機関のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング制御装置及び制御方法に関する。
　従来、内燃機関（エンジン）の可変動弁装置等で用いられる電動アクチュエータを制御する装置として、例えば特許文献１のように可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）の位置を計測するセンサを設け、このセンサの計測結果に基づき目標位置に制御する手法が知られている。この特許文献１では、位相可変機構における遊星ギヤの旋回速度を可変するためのモータに、モータ回転速度センサを設け、カム軸の回転信号より検出頻度が高いモータ軸の回転信号によりＶＴＣ位置を検出している。
　このように、モータ回転速度センサを設けることで、カム軸の回転信号が検出できない期間にもＶＴＣ位置の検出を行うことができ、エンジンの低回転領域での精度の良いバルブタイミング制御を実現している。このようなセンサの追加によるＶＴＣ位置検出システムは、エンジンの回転数に依存しないことから、エンジンが低回転時にも制御性を確保できる。
特開２００４－１６２７０６号公報
　ところで、顧客要求や廉価なシステム要求により、ＶＴＣ位置の検出を行う追加センサを省略することがある。この場合には、クランク角センサ等を用いてバルブタイミングを制御することとなる。そして、エンジンの運転状況に応じて目標バルブタイミングを演算すると共に、クランク角センサによる位置計測タイミングで実バルブタイミングを検出し、上記目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの偏差に応じた微分操作量でフィードバック制御して目標値（目標バルブタイミング）に収束させる。
　しかしながら、クランク角センサは位置計測頻度が少ないため、エンジン始動時（クランキング時）やエンジン低回転時の制御性を確保するためには、大きな微分操作量を用いた制御が必要となる。このため、実効電流や電流変化量の増大による影響への対処が課題となっていた。
　すなわち、追加センサ不採用の場合、ＰＩＤ制御などの収束制御では、オーバーシュートなく目標値へ収束させるために、大きな微分操作量（ブレーキ）が必要となる。この大きな微分操作量により実効電流が増大し、モータ熱耐力への設計余裕がなくなったり、消費電力が増大して燃費効果が失われたりする。また、電流変化量が大きいとモータマグネットの減磁が発生する虞もある。
　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、ＶＴＣ位置検出用のセンサを追加することなく、ブレーキ機能を維持しつつ、実効電流や電流変化量の増大を抑制できる内燃機関の可変バルブタイミング制御装置及び制御方法を提供することにある。
　本発明の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置及び制御方法は、バルブタイミングを制御する操作量を演算し、可変バルブタイミング機構の位置検出タイミングで演算された操作量を、次回の位置検出タイミングまでの間に分割して出力する。
　本発明では、可変バルブタイミング機構の位置検出タイミングで演算された操作量を一括で付与するのではなく、次回の位置検出タイミングまでの間に分割して出力することとした。これにより、操作量のピーク値を下げ、実効電流を低減させると共に電流変化量を小さくすることができ、付随して発生していた現象への対処を軽減または廃止できる。
　従って、本発明によれば、ＶＴＣ位置検出用のセンサを追加することなく、ブレーキ機能を維持しつつ、実効電流や電流変化量の増大を抑制できる。
本発明の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置が適用される車両用エンジンのシステム構成を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順を示すフローチャートである。 図２に示したフローチャートにおける各信号のタイミングチャートである。 本発明におけるカム位相角、制御電圧、モータ電流、及び微分操作量の波形図である。 比較例のカム位相角、制御電圧、モータ電流、及び微分操作量の波形図である。 本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順を示すフローチャートである。 図６に示したフローチャートにおける各信号のタイミングチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順の一部を示すフローチャートである。 図８に続く手順を示すフローチャートである。 図８及び図９に示したフローチャートにおける各信号のタイミングチャートである。 図８及び図９における、エンジンが低回転時のカム位相角、制御電圧、モータ電流、及び微分操作量の波形図である。 本発明の第４の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順の一部を示すフローチャートである。 図１２に続く手順を示すフローチャートである。 図１２及び図１３に示したフローチャートにおける各信号のタイミングチャートである。 本発明の第５の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順の一部を示すフローチャートである。 図１５に続く手順を示すフローチャートである。 本発明の第６の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順の一部を示すフローチャートである。 図１７に続く手順を示すフローチャートである。 本発明の第７の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順の一部を示すフローチャートである。 図１９に続く手順を示すフローチャートである。 本発明の第８の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順の一部を示すフローチャートである。 図２１に続く手順を示すフローチャートである。
　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。
　［第１の実施形態］
　図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置が適用される車両用エンジンのシステム構成を示す概略図であり、可変バルブタイミング機構で用いられる電動アクチュエータの制御に関係する部分を抽出して示している。
　エンジン（内燃機関）１のクランクシャフト２からの動力は、タイミングチェーン（またはタイミングベルト）３を介して吸気側カムシャフト４及び排気側カムシャフト５に伝達される。そして、吸気側カムシャフト４の回転に伴って吸気バルブが開駆動され、排気側カムシャフト５の回転に伴って排気バルブが開駆動されるようになっている。
　吸気側カムシャフト４には、クランクシャフト２に対する吸気側カムシャフト４の回転位相を変更することで、吸気バルブの作動角の中心位相を変化させる可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）６が設けられている。このＶＴＣ６は、吸気バルブのバルブ作動角及びバルブリフト量を変えずに、吸気バルブのバルブ作動角の中心位相を進・遅角変化させるものである。ここでは、ＶＴＣ６を吸気側カムシャフト４側に設けているが、排気側カムシャフト５側にも設けても良い。
　また、クランクシャフト２には、被検出部（例えば突起部）７が設けられるシグナルプレート８が軸支されると共に、この被検出部７を検出するクランク角センサ９が設けられている。
　更に、吸気側カムシャフト４には、被検出部（例えば突起部）１０が設けられるシグナルプレート１１が軸支されると共に、この被検出部１０を検出するカム角センサ１２が設けられている。
　クランク角センサ９の検出信号Ｎｅ及びカム角センサ１２の検出信号Ｎｃはそれぞれ、エンジン１の制御を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１３に入力される。このＥＣＵ１３には、エンジン１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１４、環境温度を測定する温度センサ１５、及び電動ＶＴＣのモータを駆動する電源電圧を計測する電圧計１６などから検出信号（吸入空気量Ｑａ、環境温度Ｔ、及び駆動電源電圧ＶＭＯＴ）がそれぞれ入力される。
　ＥＣＵ１３は、上記各種センサからの検出信号に基づき、Read Only Memory（ＲＯＭ）やフラッシュメモリなどの記憶装置に記憶された制御プログラムを実行することで、エンジン１に対する種々の制御を行う。
　そして、ＥＣＵ１３は、クランク角センサ９からの検出信号Ｎｅに基づいてエンジン回転数ＲＰＭを算出し、この算出したエンジン回転数ＲＰＭやエアフローメータ１４で検出される吸入空気量Ｑａなどに基づいて燃料噴射制御や点火制御を行うと共に、ＶＴＣ６に制御信号ＣＳを供給してバルブタイミングの制御を行う。
　ＶＴＣ６の制御においては、ＰＩＤ制御などの収束制御が用いられ、エンジン回転数ＲＰＭや吸入空気量Ｑａなどに基づいて目標バルブタイミング（目標進角量）を演算すると共に、クランク角センサ９及びカム角センサ１２からの検出信号Ｎｅ，Ｎｃに基づいて実バルブタイミング（実進角量）を検出し、上記目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの偏差に応じて、ＶＴＣ６の操作量、例えばブレーキ操作量（ＰＩＤ制御の場合には微分操作量）を算出してフィードバック制御する。
　この際、例えば制御信号ＣＳ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、吸気バルブのバルブ作動角の中心位相（バルブタイミング）を変化させる。
　このように、ＥＣＵ１３は、ＶＴＣ６の制御装置としての機能を有する制御ユニットとして働く。また、ＶＴＣ６の制御では、クランク角センサ９とカム角センサ１２が、バルブタイミングを周期的に計測する計測手段として機能する。
　次に、ＥＣＵ１３で実行されるＶＴＣ６の制御について、バルブタイミングを制御する操作量が、ブレーキ操作量の場合を例に取って詳しく説明する。
　図２は、本発明の第１の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順を示すフローチャートである。また、図３は、図２に示したフローチャートにおける各信号のタイミングチャートである。
　まず、ステップＳ１０１では、エンジン回転数ＲＰＭや吸入空気量Ｑａなどに基づいてＥＣＵ１３で算出した目標角度θｔｒｇを読み込む。この目標角度θｔｒｇは、図３に示すように所定値である。
　ステップＳ１０２では、カム角センサ１２からの検出信号Ｎｃに基づく検出角度θｄｅｔを読み込む。検出角度θｄｅｔは、図３に示すように各ＶＴＣ位置検出タイミングｔ０，ｔ１，ｔ２，…から次のタイミングまでの間は一定値であり、目標角度θｔｒｇに向かって階段状に上昇する。
　ステップＳ１０３では、これらの目標角度θｔｒｇと検出角度θｄｅｔとの偏差量θｅｒｒ（θｅｒｒ＝θｔｒｇ－θｄｅｔ）をＥＣＵ１３で演算する。この偏差量θｅｒｒは、検出角度θｄｅｔと目標角度θｔｒｇとの差が徐々に小さくなることにより階段状に低下する。
　次のステップＳ１０４では、バルブタイミング制御周期ΔＴ１がＶＴＣ角度検出周期よりも小さいか否かを判定する。これは、エンジン１が低回転時のみ本発明を適用することで、演算によるＥＣＵ１３への負荷を軽減するためである。
　バルブタイミング制御周期ΔＴ１がＶＴＣ角度検出周期よりも小さい場合には、ステップＳ１０５に進み、ＶＴＣの検出角度θｄｅｔが更新されたか否かを判定する。
　そして、ＶＴＣ６の検出角度θｄｅｔが更新されたと判定されたときには、ステップＳ１０６に進み、ブレーキ操作量ＶＤ、例えば微分操作量を演算する。このブレーキ操作量ＶＤは、次式（１）で表される。
　ＶＤ＝（θｅｒｒ（今回値）－θｅｒｒ（前回値））／制御周期×ゲイン…（１）
　図３に示すように、ブレーキ操作量ＶＤは、検出角度θｄｅｔと目標角度θｔｒｇとの差が徐々に小さくなるのに対応して徐々に小さくなる。
　次のステップＳ１０７では、分割カウンタＣｓをクリアする（Ｃｓ＝０）。この分割カウンタＣｓは、ブレーキ操作量ＶＤを何回に分けて出力するかを設定するためのものであり、図３では３分割する例を示している。
　ステップＳ１０８では、分割カウンタＣｓのカウント値が所定分割数Ｃｔより小さいか否かを判定する。また、ステップＳ１０５でＶＴＣ６の検出角度θｄｅｔが更新されていないと判定されたとき、換言すれば今回のＶＴＣ角度検出周期内であると判定されたときにも、分割カウンタＣｓのカウント値が所定分割数Ｃｔより小さいか否かを判定する。
　分割カウンタＣｓのカウント値が所定分割数Ｃｔより小さい場合には、ステップＳ１０９に進み、分割ブレーキ操作量ＶＤＳを演算する。この演算は次式（２）にしたがって実行する。一方、分割カウンタＣｓのカウント値が所定分割数Ｃｔより大きい場合には、分割数を超えたので処理を終了する。
　ＶＤＳ＝ＶＤ×１／Ｃｔ…（２）
　ステップＳ１１０では、上式（２）にしたがって算出した分割ブレーキ操作量ＶＤＳを出力する。この分割ブレーキ操作量ＶＤＳは、図３に示すようにブレーキ操作量ＶＤの１／３である。
　ステップＳ１１１では、分割カウンタＣｓをカウントアップ（Ｃｓ（今回値）＝Ｃｓ（前回値）＋１）して今回のバルブタイミング制御周期ΔＴ１の処理を終了する。
　上記ステップＳ１０４において、バルブタイミング制御周期ΔＴ１がＶＴＣ角度検出周期よりも大きいと判定されたときには、ステップＳ１１２に進み、ブレーキ操作量ＶＤ、例えば微分操作量を演算する。このブレーキ操作量ＶＤは、次式（３）で表される。
　ＶＤ＝（θｅｒｒ（今回値）－θｅｒｒ（前回値））／制御周期×ゲイン…（３）
　そして、ステップＳ１１３でブレーキ操作量ＶＤを出力して今回のバルブタイミング制御周期ΔＴ１を終了する。
　エンジン１が低回転時には、上述したステップＳ１０１～Ｓ１１１の処理をバルブタイミング制御周期ΔＴ１毎に繰り返すことで、図３に示したようにブレーキ操作量ＶＤを複数分割（本例では３分割）した分割ブレーキ操作量ＶＤＳを、各ＶＴＣ角度検出周期内にＶＴＣの位置検出間隔ｔ０－ｔ１，ｔ１－ｔ２，ｔ２－ｔ３，…に応じて、複数回に分けて出力する。図３では、ｔ１－ｔ２間、ｔ２－ｔ３間にそれぞれ３回に分けて出力する例を示している。
　一方、エンジン１が高回転時には、ステップＳ１１２，Ｓ１１３に示すように、ブレーキ操作量ＶＤを分割せずに、ＶＴＣの位置検出タイミングで出力する。
　図４（ａ）～（ｄ）はそれぞれ、本発明におけるカム位相角、制御電圧、モータ電流、及び微分操作量の波形図である。図５（ａ）～（ｄ）は比較例であり、従来（操作量を一括で付与する場合）のカム位相角、制御電圧、モータ電流、及び微分操作量の波形図を示している。
　図４（ａ）及び図５（ａ）に示すように、カム位相角［ｄｅｇ．ＣＡ］は、エンジン１が低回転のときには、目標値（目標バルブタイミング）に対して実値（実バルブタイミング）は緩やかに立ち上がり、クランク角センサ９による低頻度のＶＴＣ位置検出では、ＶＴＣ角度検出周期毎に目標値に近づく階段状の検出値が得られる。
　この時の制御電圧［Ｖ］は、本第１の実施形態では、図４（ｂ）に示すようにブレーキ操作量ＶＤを、ＶＴＣ角度検出周期に応じて複数回に分け、バルブタイミング制御周期ΔＴ１毎に出力する。これによって、図５（ｂ）と比較すれば明らかなように、ブレーキ操作量ＶＤがピークに留まる時間が短くなる。
　また、モータ電流［Ａ］は、図４（ｃ）と図５（ｃ）に対比して示すように、実効電流が減少すると共に、電流変化量ΔＩ１も従来の電流変化量ΔＩ２より小さくなる。
　この時の微分操作量（ブレーキ操作量）［Ｖ］は、図４（ｄ）と図５（ｄ）に対比して示すように、複数に分割して出力することによって小さくなる。
　従って、上述した第１の実施形態によれば、ＶＴＣ位置検出タイミングで演算される大きな微分操作量（ブレーキ操作量）を、次回のＶＴＣ位置検出タイミング（＝微分操作量演算タイミング）までの区間で徐々に出力することで、微分操作量によるブレーキ機能を維持しつつ、実効電流と電流変化量を減らすことができる。これによって、微分ブレーキによるＶＴＣ応答性能の確保と実効電流低減を両立させることができる。また、エンジンが低回転時のみブレーキ操作量を分割することでＥＣＵ１３の演算負荷を軽減できる。
　なお、ブレーキ操作量（微分操作量）は、一定の割合で分割すればよいので、分割数は２分割以上で、角度検出周期中の演算数以下にすれば良い。この際、分割出力の周期は、演算周期以上とする。
　上記ブレーキ操作量（微分操作量）の分割出力は、例えばローパスフィルタで実現でき、分割する割合はフィルタ係数により設定できる。フィルタ係数には、カットオフ周波数とゲイン係数等が該当し、カットオフ周波数とゲイン係数の設定により分割出力を得ることができる。
　［第２の実施形態］
　図６は、本発明の第２の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順を示すフローチャートである。また、図７は、図６に示したフローチャートにおける各信号のタイミングチャートである。
　前述した第１の実施形態ではブレーキ操作量ＶＤを一定の割合で分割したのに対し、本第２の実施形態では初期に大きくし、徐々に小さくなるように分割している。
　ステップＳ２０１～Ｓ２０６及びＳ２１２，Ｓ２１３は、それぞれステップＳ１０１～Ｓ１０６及びＳ１１２，Ｓ１１３と同様であるので説明を省略する。
　ステップＳ２０７では、分割ブレーキ操作量の積算値ＶＤＳＩをクリアする（ＶＤＳＩ＝０）。
　そして、ステップＳ２０８で、分割ブレーキ操作量ＶＤＳの積算値ＶＤＳＩがブレーキ操作量ＶＤより小さいか否か判定する。小さければまだ収束に必要なブレーキ操作量ＶＤに達していないのでステップＳ２０９に進み、大きければ収束に必要なブレーキ操作量ＶＤを超えたので今回のバルブタイミング制御周期ΔＴ１を終了する。
　ステップＳ２０９では、分割ブレーキ操作量ＶＤＳを演算する。この分割ブレーキ操作量ＶＤＳは、下式（４）で表される。
　ＶＤＳ＝（ＶＤ－ＶＤＳＩ）×所定分割係数Ｃｋ…（４）
　本第２の実施形態では、分割ブレーキ操作量ＶＤＳは、図７に示すように最初は大きく、その後は徐々に小さくする。この分割ブレーキ操作量ＶＤＳの積算値ＶＤＳＩは、例えば分割数に達した時点でブレーキ操作量ＶＤと実質的に等しくする。
　次のステップＳ２１０では、分割ブレーキ操作量ＶＤＳを出力する。
　ステップＳ２１１では、分割ブレーキ操作量の積算値ＶＤＳＩを演算する。この分割ブレーキ操作量の積算値ＶＤＳＩは、次式（５）で表される。
　ＶＤＳＩ（今回値）＝ＶＤＳＩ（前回値）＋ＶＤＳ（今回値）…（５）
　そして、上記ステップＳ２０１～Ｓ２１３の動作をバルブタイミング制御周期ΔＴ１毎に繰り返す。
　上記のような制御によれば、ステップＳ２０６で演算したブレーキ操作量ＶＤを操作量が飽和しない範囲内で初期（最初、または早いタイミング）に大きく出力することで、第１の実施形態と比較して早くブレーキをかけることができ、短時間で目標値に収束させることができる。
　［第３の実施形態］
　図８及び図９は、本発明の第３の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順を示すフローチャートである。また、図１０は、図８及び図９に示したフローチャートにおける各信号のタイミングチャートである。
　本第３の実施形態は、前述した第１の実施形態の制御に加えて、エンジン回転数ＲＰＭに応じてブレーキ操作量ＶＤの分割数を切り換えるものである。
　図８及び図９におけるステップＳ３０１～Ｓ３０５及びＳ３０８～Ｓ３１５は、第１の実施形態におけるステップＳ１０１～Ｓ１１３と同様であるので説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
　ステップＳ３０６では、エンジン回転数ＲＰＭを読み込む。
　次のステップＳ３０７では、エンジン回転数ＲＰＭに応じたブレーキ操作量ＶＤの分割数Ｃｔ２を算出する。この分割数Ｃｔ２は、エンジン回転数ＲＰＭの高速化に伴って減少させる。図１０では、エンジン回転数ＲＰＭが低いＶＴＣの位置検出タイミングｔ１－ｔ２間に分割数Ｃｔ２を３にし、ｔ２－ｔ３間に分割数Ｃｔ２を２にした例を示している。
　ブレーキ操作量ＶＤの分割は、例えばローパスフィルタにより複数に分割し、エンジン回転数ＲＰＭに応じてフィルタ係数を切り換えることで実現できる。
　このように、エンジン回転数ＲＰＭから決まるＶＴＣ角度検出周期に応じて、分割数Ｃｔ２を切り換えるのは、以下の理由で最適な分割数が異なるためである。
　第１の理由は、エンジン回転数ＲＰＭが低い程、ＶＴＣ角度検出周期が長くなるため、偏差量の変化量が大きく、一度に演算されるブレーキ操作量ＶＤが大きいからである。従って、分割後の操作量が飽和しないように、分割数Ｃｔ２はエンジン回転数ＲＰＭが低い程、大きく設定すると良い。
　第２の理由は、エンジン回転数ＲＰＭが低い程、ＶＴＣ角度検出周期が長いため、ブレーキ操作量ＶＤを分割できる期間を長く取れ、分割数Ｃｔ２を大きくできるからである。
　上記のようにエンジン回転数ＲＰＭに応じて、ブレーキ操作量ＶＤの分割数を切り換えることで、エンジン回転数ＲＰＭから決まるＶＴＣ角度検出周期に応じて最適な分割数に設定でき、最適な微分操作量によるブレーキ力確保と実効電流の低減及び電流変化量の減少が実現できる。
　図１１（ａ）～（ｄ）は、エンジン回転が図４（ａ）～（ｄ）より更に低い場合のカム位相角、制御電圧、モータ電流、及び微分操作量の波形図を示している。図４（ｄ）と図１１（ｄ）を比較すれば明らかなように、エンジン回転数ＲＰＭによって位置検出タイミングの間隔が異なり、エンジン回転が高い場合は短く、低い場合には長くなる。この位置検出タイミングの間隔はフィルタの特性に関係しており、位置検出間隔により最適なフィルタ係数が異なる。
　エンジン回転数ＲＰＭに応じて、図１１（ｄ）に示す微分操作量と、図４（ｄ）に示す微分操作量とを切り換えることで、最適な微分操作量によるブレーキ力確保と実効電流の低減を図れる。
　なお、分割数の切換えパラメータは、エンジン回転数ＲＰＭに限られるものではなく、エンジン１における回転部の回転数、例えばクランク回転周期、あるいはＶＴＣ角度検出周期などを利用しても良い。
　［第４の実施形態］
　図１２及び図１３は、本発明の第４の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順を示すフローチャートである。また、図１４は、図１２及び図１３に示したフローチャートにおける各信号のタイミングチャートである。
　本第４の実施形態は、前述した第２の実施形態の制御において、エンジン回転数ＲＰＭに応じてブレーキ操作量ＶＤの分割係数を切り換えるものである。
　図１２及び図１３におけるステップＳ４０１～Ｓ４０５及びＳ４０８～Ｓ４１５は、第２の実施形態におけるステップＳ２０１～Ｓ２１１と同様であるので説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。
　ステップＳ４０６では、エンジン回転数ＲＰＭを読み込む。
　次のステップＳ４０７では、エンジン回転数ＲＰＭに応じたブレーキ操作量ＶＤの分割係数Ｃｋ２を算出する。この分割係数Ｃｋ２は、エンジン回転数ＲＰＭの高速化に伴って増大させる。
　具体的には、ローパスフィルタによりブレーキ操作量ＶＤを複数に分割し、エンジン回転数ＲＰＭに応じてフィルタ係数を切り換えることで実現できる。
　このように、エンジン回転数ＲＰＭから決まるＶＴＣ角度検出周期に応じて、分割係数Ｃｋ２を切り換えるのは、以下の理由で最適な分割係数が異なるためである。
　第１の理由は、エンジン回転数ＲＰＭが低い程、ＶＴＣ角度検出周期が長いため、偏差量の変化量が大きく、一度に演算されるブレーキ操作量ＶＤが大きいからである。従って、分割後の操作量が飽和しないように、分割係数Ｃｋ２はエンジン回転数ＲＰＭが低い程、小さく設定すると良い。
　第２の理由は、エンジン回転数ＲＰＭが低い程、ＶＴＣ角度検出周期が長いため、ブレーキ操作量ＶＤを分割できる期間を長く取れ、分割係数Ｃｋ２を小さくできるからである。
　上記のようにエンジン回転数ＲＰＭに応じて、分割係数Ｃｋ２を切り換えることで、エンジン回転数ＲＰＭから決まるＶＴＣ角度検出周期に応じて最適な分割係数に設定できる。
　なお、分割係数の切換えパラメータは、第３の実施形態と同様に、エンジン回転数ＲＰＭに限られるものではなく、エンジン１における回転部の回転数、例えばクランク回転周期、あるいはＶＴＣ角度検出周期などを利用しても良い。
　［第５の実施形態］
　図１５及び図１６は、本発明の第５の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順を示すフローチャートである。本第５の実施形態は、前述した第１の実施形態の制御に加えて電動ＶＴＣの環境温度Ｔに応じて分割方法を切り換えるものである。
　環境温度Ｔが高い程、モータ耐熱限界が低くなるため、分割方法を実効電流が増大しない方向に切り換える。例えば、環境温度Ｔが高い程、分割数を増やす。または、ブレーキ操作量のピーク値を抑えるようにする。
　ステップＳ５０１～Ｓ５０５及びＳ５０８～Ｓ５１５は、第１の実施形態におけるステップＳ１０１～Ｓ１１と同様であるので説明を省略し、異なる部分について述べる。
　ステップＳ５０６では、温度センサ１５で計測した環境温度Ｔを読み込む。ここで、環境温度Ｔは、油温、水温、外気温、吸気温度、及び電動ＶＴＣ本体温度等、電動ＶＴＣ本体と相関が取れる温度とする。
　次のステップＳ５０７では、読み込んだ環境温度Ｔに応じたブレーキ操作量ＶＤの分割数Ｃｔ２を算出する。この分割数Ｃｔ２は、環境温度Ｔの上昇に伴って増大させる。
　上記のように環境温度Ｔに応じて、分割数Ｃｔ２を切り換えることで、モータ耐熱限界を超えないように、分割方法を実効電流が増大しない方向に切り換えることができる。
　具体的には、環境温度Ｔが高温になったときに、ブレーキ操作量ＶＤの分割数Ｃｔ２を増大させることで、モータへの実効電流を低減すると共に、ブレーキ操作量のピーク値を下げてモータの発熱を抑えることができる。
　［第６の実施形態］
　図１７及び図１８は、本発明の第６の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順を示すフローチャートである。本第６の実施形態は、前述した第２の実施形態の制御に加えて電動ＶＴＣの環境温度Ｔに応じて分割方法を切り換えるものである。
　上述したように、環境温度Ｔが高い程、モータ耐熱限界が低くなるため、分割方法を実効電流が増大しない方向に切り換える。例えば、環境温度Ｔが高い程、分割係数を小さくする。または、ブレーキ操作量のピーク値を抑えるようにする。
　ステップＳ６０１～Ｓ６０５及びＳ６０８～Ｓ６１５は、第２の実施形態におけるステップＳ２０１～Ｓ２１１と同様であるので説明を省略し、異なる部分について述べる。
　ステップＳ６０６では、温度センサ１５で計測した環境温度Ｔを読み込む。ここで、環境温度Ｔは、油温、水温、外気温、吸気温度、及び電動ＶＴＣ本体温度等、電動ＶＴＣ本体と相関が取れる温度とする。
　次のステップＳ６０７では、読み込んだ環境温度Ｔに応じたブレーキ操作量ＶＤの分割係数Ｃｋ２を算出する。この分割係数Ｃｋ２は、環境温度Ｔの上昇に伴って低下させる。
　上記のように環境温度Ｔに応じて、分割係数Ｃｋ２を切り換えることで、モータ耐熱限界を超えないように、分割方法を実効電流が増大しない方向に切り換えることができる。
　［第７の実施形態］
　図１９及び図２０は、本発明の第７の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順を示すフローチャートである。本第７の実施形態は、前述した第１の実施形態の制御に加えて電動ＶＴＣのモータを駆動する電源電圧ＶＭＯＴに応じて分割方法を切り換えるものである。
　電動ＶＴＣのモータを駆動する駆動電源電圧ＶＭＯＴが低いとブレーキ操作量ＶＤの飽和が発生しやすくなるため、駆動電源電圧ＶＭＯＴが低い程、分割数Ｃｋ２を増やすようにしている。または、ブレーキ操作量ＶＤのピーク値を抑えるようにする。
　ステップＳ７０１～Ｓ７０５及びＳ７０８～Ｓ７１５は、第１の実施形態におけるステップＳ１０１～Ｓ１１１と同様であるので説明を省略し、異なる部分について述べる。
　ステップＳ７０６では、電圧計１６で測定した電動ＶＴＣの駆動電源電圧ＶＭＯＴを読み込む。
　次のステップＳ７０７では、読み込んだ駆動電源電圧ＶＭＯＴに応じたブレーキ操作量ＶＤの分割数Ｃｔ２を算出する。この分割数Ｃｔ２は、駆動電源電圧ＶＭＯＴの上昇に伴って低下させる。
　上記のように駆動電源電圧ＶＭＯＴに応じて、分割数Ｃｔ２を切り換えることで、ブレーキ操作量ＶＤの飽和を抑制することができる。
　［第８の実施形態］
　図２１及び図２２は、本発明の第８の実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置におけるブレーキ操作量を算出する手順を示すフローチャートである。本第８の実施形態は、前述した第２の実施形態の制御に加えて電動ＶＴＣの駆動電源電圧ＶＭＯＴに応じて分割方法を切り換えるものである。
　電動ＶＴＣの駆動電源電圧ＶＭＯＴが低いとブレーキ操作量ＶＤの飽和が発生しやすくなるため、駆動電源電圧ＶＭＯＴが低い程、分割係数Ｃｋ２を小さくするようにしている。または、ブレーキ操作量ＶＤのピーク値を抑えるようにする。
　ステップＳ８０１～Ｓ８０５及びＳ８０８～Ｓ８１５は、第２の実施形態におけるステップＳ２０１～Ｓ２１１と同様であるので説明を省略し、異なる部分について述べる。
　ステップＳ８０６では、電圧計１６で計測した電動ＶＴＣの駆動電源電圧ＶＭＯＴを読み込む。
　次のステップＳ８０７では、読み込んだ駆動電源電圧ＶＭＯＴに応じたブレーキ操作量ＶＤの分割係数Ｃｋ２を算出する。この分割係数Ｃｋ２は、駆動電源電圧ＶＭＯＴの上昇に伴って低下させる。
　上記のように駆動電源電圧ＶＭＯＴに応じて、分割係数Ｃｋ２を切り換えることで、ブレーキ操作量ＶＤの飽和を抑制することができる。
　以上のように、電動ＶＴＣによるバルブタイミング制御において、始動時（クランキング時）やエンジン低回転時に、ＶＴＣデフォルト位置から、始動水温や油温などの環境温度あるいはバッテリー電圧などのエンジンの状況に応じた最適なバルブタイミングに制御できる。従って、吸気バルブの遅閉じによる燃費効果と始動品質を両立できる。
　１…エンジン（内燃機関）、６…可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）、９…クランク角センサ、１２…カム角センサ、１３…ＥＣＵ（演算手段）、１４…エアロフローメータ、１５…温度センサ、１６…電圧計、ＶＤ…ブレーキ操作量、ＶＤＳ…分割ブレーキ操作量、Ｃｔ，Ｃｔ２…分割数、Ｃｋ，Ｃｋ２…分割係数

Claims (16)

  1. 　内燃機関のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構を制御する制御装置において、
    　バルブタイミングを制御する操作量を演算する演算手段を備え、該演算手段により可変バルブタイミング機構の位置検出タイミングで演算された操作量を、次回の位置検出タイミングまでの間に分割して出力する、内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
  2. 　前記操作量の分割の割合を、前記可変バルブタイミング機構の角度検出周期に応じて切り換える、請求項１記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
  3. 　前記操作量の分割の切り換えを、前記可変バルブタイミング機構の位置検出タイミングで行う、請求項２記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
  4. 　前記操作量の分割の割合を、前記内燃機関の回転数に応じて切り換える、請求項１記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
  5. 　前記操作量の分割の切り換えを、前記可変バルブタイミング機構の位置検出タイミングで行う、請求項４記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
  6. 　前記操作量の分割は、初期に大きくし、徐々に小さくする、請求項１記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
  7. 　前記操作量の分割は、環境温度に応じて切り換える、請求項１記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
  8. 　前記環境温度が高温になったときに、前記操作量の分割方法を実効電流が増大しない方向に切り換える、請求項７記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
  9. 　前記操作量は、収束制御のブレーキ操作量である、請求項１記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
  10. 　前記操作量の分割は、前記可変バルブタイミング機構を駆動するモータの駆動電源電圧に応じて切り換える、請求項１記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
  11. 　前記可変バルブタイミング機構を駆動するモータの駆動電源電圧が低いときに分割数を増やす、請求項１０記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
  12. 　内燃機関のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構を制御する制御方法において、
    　バルブタイミングを制御する操作量を演算し、
    　可変バルブタイミング機構の位置検出タイミングで演算された操作量を分割し、
    　前記分割した操作量を、次回の位置検出タイミングまでの間に出力する、内燃機関の可変バルブタイミング制御方法。
  13. 　前記バルブタイミングを制御する操作量を演算するステップが、以下のステップを含む請求項１２記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御方法、
    　目標バルブタイミングを演算すると共に、実バルブタイミングを検出し、
    　前記目標バルブタイミングと前記実バルブタイミングとの偏差に応じて、前記操作量を算出する。
  14. 　前記可変バルブタイミング機構の位置検出タイミングで演算された操作量を分割するステップが、以下のステップを含む請求項１２記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御方法、
    　前記操作量をフィルタにより複数に分割し、
    　分割する割合をフィルタ係数により設定する。
  15. 　前記フィルタにより操作量を複数に分割するステップが、以下のステップを含む請求項１４記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御方法、
    　環境温度に応じて分割方法を切り換える。
  16. 　前記分割する割合をフィルタ係数により設定するステップの後に、以下のステップを更に含む請求項１４記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御方法、
    　前記内燃機関の回転数に応じてフィルタ係数を切り換える。
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