(57)【要約】【課題】機関冷間時のＶＶＴ応答速度大のときＶＶＴ制御性を向上させる。【解決手段】機関の吸気弁のバルブタイミングＶＴを変化させるＶＶＴの作動を制御するＯＣＲに設けられＶＴを変更するアクチュエータ、（Ａ）アクチュエータに所定のデューティ比の駆動信号を送りＶＴが目標値になるように制御する制御手段、ＯＣＶを作動する作動油の温度検出手段、ＶＴの目標値が進角方向に変化したときにＶＴの実際値が目標値を越えた偏差を検出する偏差検出手段、作動油の温度領域毎に偏差検出手段により検出された偏差の最大値を学習する学習手段、学習手段により学習された偏差の最大値で駆動信号の出力時間および休止時間の少なくとも一方を補正してデューティ比を変更（Ｂ→Ｃ）する補正手段を備える。【選択図】　　　図１２
2004092534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング、バルブリフト量、開弁期間のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記バルブ作動特性が目標値になるように制御する制御手段と、
前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁を作動する作動油の温度検出手段と、
前記バルブ作動特性の目標値が或る方向に変化したときに該バルブ作動特性の実際値が該目標値を越えた偏差を検出する偏差検出手段と、
前記温度検出手段により検出された前記作動油の温度が所定値より低く、かつ前記偏差検出手段により検出された偏差が所定値を越えたとき、前記制御手段の制御を禁止する手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング、バルブリフト量、開弁期間のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記バルブ作動特性が目標値になるように制御する制御手段と、
前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁を作動する作動油の温度検出手段と、
前記バルブ作動特性の目標値が或る方向に変化したときに該バルブ作動特性の実際値が該目標値を越えた偏差を検出する偏差検出手段と、
前記温度検出手段により検出された前記作動油の温度領域毎に、前記偏差検出手段により検出された偏差の最大値を学習する学習手段と、
前記学習手段により学習された偏差の最大値で、前記制御手段が制御する前記バルブ作動特性の目標値を補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【請求項３】
内燃機関の吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング、バルブリフト量、開弁期間のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁に設けられ、前記バルブ作動特性を変更するアクチュエータ手段と、
前記アクチュエータ手段に所定のデューティ比の駆動信号を送り、前記バルブ作動特性が目標値になるように制御する制御手段と、
前記油圧制御弁を作動する作動油の温度検出手段と、
前記バルブ作動特性の目標値が或る方向に変化したときに該バルブ作動特性の実際値が該目標値を越えた偏差を検出する偏差検出手段と、
前記温度検出手段により検出された前記作動油の温度領域毎に、前記偏差検出手段により検出された偏差の最大値を学習する学習手段と、
前記学習手段により学習された偏差の最大値で、前記駆動信号の出力時間および休止時間の少なくとも一方を補正してデューティ比を変更する補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【請求項４】
内燃機関の吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング、バルブリフト量、開弁期間のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁に設けられ、前記バルブ作動特性を変更するアクチュエータ手段と、
前記アクチュエータ手段に所定のデューティ比の駆動信号を送り、前記バルブ作動特性が目標値になるように制御する制御手段と、
前記油圧制御弁を作動する作動油の温度検出手段と、
前記バルブ作動特性の目標値が或る方向に変化したときに該バルブ作動特性の実際値が該目標値を越えた偏差を検出する偏差検出手段と、
前記温度検出手段により検出された前記作動油の温度領域毎に、前記偏差検出手段により検出された偏差の最大値を学習する学習手段と、
前記学習手段により学習された偏差の最大値で、前記駆動信号のデューティ比を決定するゲインを補正してデューティ比を変更する補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｖａｌｖｅ　Ｔｉｍｉｎｇ）の制御装置に関し、特に、ＶＶＴの応答速度が速くなるとき、ＶＶＴ制御の応答性を向上させる内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関（以下、エンジンと記す）の可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）は、吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング（開閉弁時期）、開弁期間、バルブリフト量のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる機構である。エンジンのシリンダブロックの下部に備えられたオイルパン内には潤滑油が貯留されている。この潤滑油は、エンジンの回転により駆動されるオイルポンプにより汲み出され、エンジンの各部位、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ：Ｏｉｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｖａｌｖｅ：油圧制御弁）、ＶＶＴ等に供給される。ＶＶＴのアクチュエータはオイルポンプにより発生する潤滑油（以下、作動油と記す）の油圧によって駆動される。以下、バルブ作動特性の内バルブタイミングを変化させるＶＶＴについて説明する。
【０００３】
ＶＶＴ制御装置は、一般に、実バルブタイミングがエンジンの運転状態に応じて設定された目標バルブタイミングに収束するように作動油の油圧を制御するＯＣＶに対する制御信号をフィードバック制御するものである。このＶＶＴ制御装置は、ＯＣＶの製造上のバラツキやドレイン量の相違等に起因して、実バルブタイミングが目標バルブタイミングに対しオーバーシュートしたりアンダーシュートしたりし、制御ハンチングが発生するという問題がある。
【０００４】
特開２００１−２６３１０１公報に記載されたエンジンのバルブタイミング制御装置は、上記オーバーシュートやアンダーシュートが発生した場合、直ちに、フィードバック制御の制御ゲインを最適化し、常に最適なＶＶＴの応答性を確保し制御性を向上させようとしたものである。このＶＶＴ制御装置は、オーバーシュートおよびアンダーシュートの少なくとも一方を検出し、検出したオーバーシュート量およびアンダーシュート量の少なくとも一方に基づいてフィードバックの制御ゲインを学習するよう構成されており、この構成により、制御ゲインを適正化して目標バルブタイミングに対する実バルブタイミングの収束性を高めている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開２００１−２６３１０１公報に開示のＶＶＴ制御装置は、作動油の状態としての油温には無関係に、上記オーバーシュート量およびアンダーシュート量の少なくとも一方を検出し、その検出量に基づいてフィードバックの制御ゲインを学習するものである。したがって、上記制御ゲインの学習値は、低温から高温まで変化する油温に対し一律になされている。
【０００６】
ところが、作動油には、機関冷間時などの油温が低いときに、作動油の粘度が高くなり、ＶＶＴの応答が速くなる温度領域がある。しかしながら、上記ＶＶＴ制御装置は、作動油の油温に対し一律に上記制御ゲインの学習値を設定しているので、フィードバック制御が不適正となり、油温が低いとき、実バルブタイミングが目標バルブタイミングに対しオーバーシュートし、その結果、エンジンの排気エミッションを悪化させるという問題を残している。
【０００７】
それゆえ、本発明は、機関冷間時に、作動油の粘度が高くなりＶＶＴの応答速度が速くなる作動油の温度領域において、実バルブタイミングが目標バルブタイミングに対しオーバーシュートすることを防止し、ＶＶＴ制御の応答性を向上させる内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する第一発明による内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置は、内燃機関の吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング、バルブリフト量、開弁期間のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記バルブ作動特性が目標値になるように制御する制御手段と、
前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁を作動する作動油の温度検出手段と、
前記バルブ作動特性の目標値（目標バルブタイミング）が或る方向に（進角方向に）変化したときに該バルブ作動特性の実際値（実バルブタイミング）が該目標値を越えた偏差を検出する偏差検出手段と、
前記温度検出手段により検出された前記作動油の温度が所定値より低く、かつ前記偏差検出手段により検出された偏差が所定値を越えたとき、前記制御手段の制御を禁止する手段と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成する第二発明による内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置は、内燃機関の吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング、バルブリフト量、開弁期間のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記バルブ作動特性が目標値になるように制御する制御手段と、
前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁を作動する作動油の温度検出手段と、
前記バルブ作動特性の目標値が或る方向に変化したときに該バルブ作動特性の実際値が該目標値を越えた偏差を検出する偏差検出手段と、
前記温度検出手段により検出された前記作動油の温度領域毎に、前記偏差検出手段により検出された偏差の最大値を学習する学習手段と、
前記学習手段により学習された偏差の最大値で、前記制御手段が制御する前記バルブ作動特性の目標値を補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成する第三発明による内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置は、内燃機関の吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング、バルブリフト量、開弁期間のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁（ＯＣＶ）に設けられ、前記バルブ作動特性を変更するアクチュエータ手段（リニアソレノイド）と、
前記アクチュエータ手段に所定のデューティ比の駆動信号（制御パルス信号）を送り、前記バルブ作動特性が目標値になるように制御する制御手段と、
前記油圧制御弁を作動する作動油の温度検出手段と、
前記バルブ作動特性の目標値が或る方向に変化したときに該バルブ作動特性の実際値が該目標値を越えた偏差を検出する偏差検出手段と、
前記温度検出手段により検出された前記作動油の温度領域毎に、前記偏差検出手段により検出された偏差の最大値を学習する学習手段と、
前記学習手段により学習された偏差の最大値で、前記駆動信号の出力時間（ｔｃ）および休止時間（ｔｒ）の少なくとも一方を補正してデューティ比（ＤＲ）を変更する補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成する第四発明による内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置は、内燃機関の吸気弁と排気弁の一方または両方のバルブタイミング、バルブリフト量、開弁期間のうち少なくとも１つを含むバルブ作動特性を変化させる可変バルブタイミング機構の制御装置において、
前記可変バルブタイミング機構の作動を制御する油圧制御弁に設けられ、前記バルブ作動特性を変更するアクチュエータ手段と、
前記アクチュエータ手段に所定のデューティ比の駆動信号を送り、前記バルブ作動特性が目標値になるように制御する制御手段と、
前記油圧制御弁を作動する作動油の温度検出手段と、
前記バルブ作動特性の目標値が或る方向に変化したときに該バルブ作動特性の実際値が該目標値を越えた偏差を検出する偏差検出手段と、
前記温度検出手段により検出された前記作動油の温度領域毎に、前記偏差検出手段により検出された偏差の最大値を学習する学習手段と、
前記学習手段により学習された偏差の最大値で、前記駆動信号のデューティ比を決定するゲイン（ＰＩＤゲイン：α、β、γ）を補正してデューティ比（ＤＲ）を変更する補正手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の詳細を説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置の概略構成図である。図１に示すエンジン（機関）１１は、ＤＯＨＣ（ダブルオーバヘッドカムシャフト）型４気筒エンジンであり、クランク軸１２の回転動力をタイミングチェーン（図示せず）を介して互いに独立した吸気カム軸１３と排気カム軸１４に伝達し、吸気カム軸１３によって吸気弁１５を排気カム軸１４によって排気弁１６をそれぞれ開閉駆動する構造になっている。吸気カム軸１３にはクランク軸１２に対する吸気カム軸１３の進角量を調整する油圧駆動式の可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）１７が設けられている。本実施形態では吸気カム軸１３にＶＶＴ１７を設ける例を示したが、これに代えてあるいは加えて排気カム軸１４に同様なＶＶＴを設けたけ形態でも本発明は適用できる。
【００１４】
このＶＶＴ１７は、作動油としてエンジン１１の潤滑油を利用している。エンジン１１に連動してオイルポンプ１８が駆動され、エンジン１１のシリンダブロック１１ａ下部に接続され潤滑油を貯留するオイルパン１９から潤滑油がオイルポンプ１８で汲み上げられ、作動油として油路２０を介してＶＶＴ１７に供給され、油路２０の途中に設けられたオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ：油圧制御弁）２１によって油圧をデューティ制御することでその油圧に応じて吸気カム軸１３の進角量が制御される。オイルパン１９には潤滑油（以下、作動油と記す）の温度を検出する油温センサ２２が配設されている。なお、油温センサ２２は、油路２０やＶＶＴ１７内に配設してもよい。また、オイルパン１９は外気に熱を放散して潤滑油を冷却する役目も果たしている。
【００１５】
また、吸気カム軸１３の近傍にはカム軸センサ２３が設置され、クランク軸１２の近傍にはクランク軸センサ２４が設置されている。クランク軸センサ２４は、クランク軸１２の１回転当たりＮ個のクランク軸位相検出パルス信号を発生するのに対し、カム軸センサ２３は、吸気カム軸１３の１回転当たり２Ｎ個のカム軸位相検出パルス信号を発生する。また、吸気カム軸１３の最大進角量をθｍａｘ°ＣＡとした場合、Ｎ＜３６０／θｍａｘとなるようにクランク軸位相検出パルス信号数Ｎが設定されている。これにより、クランク軸センサ２４からのクランク軸位相検出パルス信号と、これに続いて発生する吸気カム軸１３のカム軸センサ２３からのカム軸位相検出パルス信号との間の相対回転角により吸気弁１５の実バルブタイミング（吸気カム軸１３の実進角量）が算出される。
【００１６】
エンジン１１のシリンダブロック１１ａには、ウォータジャケット１１ｂ内を流れる冷却水の温度（以下、水温と記す）を検出する水温センサ２５が取付けられ、シリンダヘッド１１ｃには、点火プラグ２６が気筒毎に取付けられている。
【００１７】
一方、吸気管２７の最上流部には、エアークリーナ２８が設けられ、その下流には、吸気温を検出する吸気温センサ２９が設けられている。吸気温センサ２９の下流には、スロットルバルブ３０が設けられ、スロットルバルブ３０の開度がスロットルセンサ３１によって検出される。スロットルバルブ３０の下流には、吸気管内の圧力を検出する吸気圧センサ３２が設けられている。また、各気筒の吸気ポート３３の近傍には、燃料噴射弁３４が取付けられている。また、エンジン１１を搭載した車両には車速センサ３５が配設されている。また、油路２０のＶＶＴ１７近傍には、ＶＶＴ１７へ流入する作動油の油圧を検出する油圧センサ３６が配設されている。上述した各種センサおよび後述する位置センサ（図２の２０６）等は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４０の入力ポートに接続されており、一方、ＯＣＶ２１、点火プラグ２６、燃料噴射弁３４等は、ＥＣＵ４０の出力ポートに接続されている。
【００１８】
次に、図１に示す実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置に装備されたエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４０について説明する。ＥＣＵ４０は、一般的なディジタルコンピュータからなり、図示しない双方向性バスを介して相互に接続されたＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入力ポートおよび出力ポート、ならびに入力ポートに接続されたＡＤ変換器および出力ポートに接続された駆動回路を具備する。入力ポートには、ＥＣＵ４０を搭載する車両の各部に設置された上述した各種センサ等からのアナログ電圧出力がＡＤ変換器を介して入力されるか、あるいは各種センサ等からのディジタル信号が直接入力される。出力ポートからは駆動回路へＥＣＵ４０による制御信号が送られ、図示しないバッテリまたはオルタネータからＯＣＶ２１、点火プラグ２６、燃料噴射弁３４、等の電気的負荷に電力が供給される。
【００１９】
図２は図１に示す可変バルブタイミング機構の動弁機構の動作説明図である。図２の上部に示す動弁機構２００は、下部に示すオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）２１により、ＶＶＴ１７の吸気弁１５のバルブタイミングを変化させるためのＶＶＴ１７の機構であり、次のように動作する。
【００２０】
動弁機構２００は一つの気筒用に設けられた吸気弁１５を開閉弁するためのカム２０１を有する。カム２０１の外形は、カム２０１の回転軸線方向における吸気弁１５に対するカム２０１の相対位置（以下、カム２０１の相対位置と称す）が変わると吸気弁１５の作動特性、すなわち開閉弁特性（例えば、開弁時期、開弁期間、リフト量等）が変更されるような形状となっている。カム２０１はカム２０１の回転軸線がカムシャフト２０２の回転軸線と同軸になるように一つのカムシャフト２０２に固定される。
【００２１】
このようにカム２０１はカムシャフト２０２に固定さているため、カムシャフト２０２がその軸線方向に移動するとカム２０１もその回転軸線方向に移動し、これによりカム２０１の相対位置が変わり、吸気弁１５の開閉弁特性が変更される。したがって、カムシャフト２０１をその軸線方向に移動させることによって吸気弁１５の開閉弁特性を変更することができる。カム２０１の相対位置が目標相対位置となるようにカムシャフト２０２をその軸線方向に移動させることによって吸気弁１５の開閉弁特性をその目標開閉弁特性に制御できる。
【００２２】
また、カムシャフト２０２の一方の端部にはカムシャフト２０２をその軸線方向に移動させるための油圧式カムシャフト駆動装置２０３が設けられ、この油圧式カムシャフト駆動装置２０３は吸気弁１５の開閉弁特性を変更するための変更手段として機能する。油圧式カムシャフト駆動装置２０３は油圧シリンダ２０４とＯＣＶ２１とを具備する。油圧シリンダ２０４は図２に示すように、カムシャフト２０２の一方の端部に取付けられたピストン２０５を収容し、このピストン２０５を油圧シリンダ２０４内で摺動させることによってカムシャフト２０２をその軸線方向に移動させる。
【００２３】
この油圧シリンダ２０４内でのピストン２０５の位置は位置センサ２０６によって検出され、この位置センサ２０６の出力はＥＣＵ４０内の対応するＡ／Ｄ変換器を介して入力ポートに入力される。この位置センサ２０６の出力に基づいてカムシャフト２０２の位置、すなわちカム２０１相対位置が検出される。一方、油圧シリンダ２０４内でのピストン２０５の作動、すなわちカムシャフト２０２の軸線方向の移動は、ＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する制御パルス信号のオン／オフデューティ比（信号がオンになっている時間とオフになっている時間との合計に占める信号オン時間の割合）を変化させることにより制御される。
【００２４】
すなわち、ＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する制御パルス信号のデューティ比を基準デューティ比よりも大きくすると、カムシャフト２０２がその軸線方向において一方の方向に移動してカム２０１の相対位置が一方の方向に移動する。これにより吸気弁１５の開閉弁特性が或る方向に変化する。なお、吸気弁１５の開閉弁特性が或る方向に変化するとは、例えば開弁時期が早くなったり、開弁期間が長くなったり、リフト量が大きくなったりすることを意味する。
【００２５】
逆に、ＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する制御パルス信号のデューティ比を基準デューティ比よりも小さくすると、カムシャフト２０２がその軸線方向おいて上記一方の方向とは反対方向に移動してカム２０１の相対位置が上記一方の方向とは反対方向に移動する。これにより吸気弁１５の開閉弁特性が上記或る方向とは反対方向に変化する。なお、吸気弁１５の開閉弁特性が上記或る方向とは反対方向に変化するとは、例えば開弁時期が遅くなったり、開弁期間が短くなったり、リフト量が小さくなったりすることを意味する。
【００２６】
また、デューティ比を基準デューティ比との偏差が大きくなるようにすればするほど、単位時間当たりにカム２０１の相対位置が移動する距離が大きくなり、よって単位時間当たりに吸気弁１５の開閉弁特性が変化する程度も大きくなる。ここで、基準デューティ比とは、油圧シリンダ２０４のピストン２０５を作動させることのないデューティ比であり、すなわちカム２０１の相対位置が変化せずに吸気弁１５の開閉弁特性が変化しないデューティ比である。この基準デューティ比は作動油の油圧や油温に応じて油圧式カムシャフト駆動装置２０３毎に定まるデューティ比である。
【００２７】
次に、オイルパン１９からＯＣＶ２１を介してＶＶＴ１７の動弁機構２００へ供給されＯＣＶ２１を介してオイルパン１９に戻る作動油の流れについて以下に説明する。吸気弁１５の開閉弁特性を或る方向に変化させたいとき、例えばバルブタイミングを早くしたいときは、ＯＣＶ２１により動弁機構２００のピストン２０５を第１方向２１１に動作させ、油路２０から圧送された作動油をＯＣＶ２１および油路２１２を経由して動弁機構２００に設けられた油圧シリンダ２０４の２つの油圧室の内の第１油圧室（押出戻油圧室）２１３に送り、油圧シリンダ２０４の第２油圧室（押出油圧室）２１４の作動油を油路２１５、ＯＣＶ２１および油路２１６を経由してオイルパン１９に戻す。
【００２８】
一方、吸気弁１５の開閉弁特性を或る方向に変化させたいとき、例えばバルブタイミングを遅くしたいときは、ＯＣＶ２１により動弁機構２００のピストン２０５を第１方向２１１とは逆の第２方向２１７に動作させ、油路２０から圧送される作動油をＯＣＶ２１および油路２１５を経由してＶＶＴ１７の油圧シリンダ２０４の第２油圧室２１４に送り、油圧シリンダ２０４の第１油圧室２１３の作動油を油路２１２、ＯＣＶ２１および油路２１８を経由してオイルパン１９に戻す。吸気弁１５のバルブタイミングを現在の位置に固定したいときは、ＯＣＶ２１により動弁機構２００を作動してＯＣＶ２１のシリンダ２２０内のスプール２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃがシリンダ２２０内を中立の位置になるように移動し、ＯＣＶ２１と動弁機構２００との間の油路２１５、２１２のシリンダ２２０のポート２２２ａ、２２２ｂをスプール２２１ａ、２２１ｂで閉じる。なお、排気カム軸１４に同様なＶＶＴが設けられた他の実施形態の場合も同様な動弁機構が設けられる。
【００２９】
本発明によるＶＶＴの制御装置は、エンジン制御ユニットＥＣＵ４０とＶＶＴ１７のバルブ作動特性を変更するアクチュエータ、すなわち図２に示す動弁機構２００と、ＥＣＵ４０により油圧をデューティ制御することでその油圧に応じて動弁機構２００を作動しバルブ作動特性を調節するＯＣＶ２１とを備える。本実施形態では、バルブ作動特性の内、バルブタイミングを変更する例を示すが、本発明はこれに限定されるものでなく、バルブ開弁期間またはバルブリフト量を変更するＶＶＴにも適用できる。これより、本発明によるＥＣＵ４０のＶＶＴ制御について詳細に説明する。
【００３０】
本実施形態のＥＣＵ４０は、機関運転条件に最適な吸気弁のバルブタイミングを設定するため、機関運転条件に応じてＯＣＶ２１のアクチュエータ（リニアソレノイド）２０７への制御パルス信号のデューティ比ＤＲを変えるフィードバック制御を用いて、あるいはデューティ比ＤＲを固定して制御パルス信号（ＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７の駆動信号）のオン（保持）時間を可変するインチング制御を用いて、ＶＶＴ制御、すなわち吸気弁１５のバルブタイミングの調節を行なう。インチング制御については、後で概略説明するが、詳しくは本願と同一出願人、同一発明者により平成１４年２月２７日に出願された「内燃機関のバルブ制御装置」と題する特許出願番号２００２−０５１４３９の明細書および図面に記載されている。
【００３１】
まず、フィードバック制御について説明する。フィードバック制御ではＥＣＵ４０は一定時間毎に機関の運転状態で定まる目標バルブタイミングと実際の実バルブタイミングとの偏差ＤＶＴを算出するとともに、下式（１）を用いてＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に供給する駆動信号（制御パルス信号）のデューティ比ＤＲを算出する。
【００３２】
ＤＲ＝ＳＤＲ＋α×ＤＶＴ＋β×（ＤＶＴ−ＤＶＴｉ−１）＋γ×ΣＤＶＴ…（１）
ここで、上式（１）において、ＳＤＲは基準デューティ比で油圧シリンダ２０４のピストン２０５を作動させることのないデューティ比であり、すなわちカム２０１の相対位置が変化せずに吸気弁１５のバルブタイミングが変化しないデューティ比である。また、この基準デューティ比は作動油の油圧や油温に応じて油圧式カムシャフト駆動装置２０３毎に定まるデューティ比である。ＤＶＴは今回算出した目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの偏差、ＤＶＴｉ−１は前回のＤＲ算出時における偏差である。また、ΣＤＶＴは偏差ＤＶＴの積算値である。上式（１）において、α×ＤＶＴはＰＩＤ制御におけるＰ（比例）項、γ×ΣＤＶＴはＩ（積分）項、β×（ＤＶＴ−ＤＶＴｉ−１）はＤ（微分）項に相当し、α、γ、βはそれぞれＰ、Ｉ、Ｄ項のゲインに相当する係数である。
【００３３】
上記のように、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基づくフィードバック制御を行う場合には、ゲイン係数を適宜に選定することにより応答性を犠牲にすることなく安定したバルブタイミング制御を行うことが可能となる。
【００３４】
次に、インチング制御について説明する。フィードバック制御では、機関低温始動時などで作動油の油温が低く粘度が高くなっている状態や作動油が劣化している状態では、制御に不安定を生じたり応答性が大幅に低下したりする問題がある。これは、デューティ比ＤＲに対する応答性に差が生じること、すなわちＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に供給する駆動信号のデューティ比ＤＲの値が同一であっても作動油の粘度に応じてバルブ作動特性変化の応答速度が異なってくることに起因している。
【００３５】
インチング制御では、上記問題を解決するため、以下に説明するように、偏差に応じてデューティ比ＤＲの大きさを変化させるのではなく、デューティ比ＤＲの値は比較的大きな値（必ずバルブ作動特性が変化する充分に大きな値、例えば０パーセントまたは１００パーセント）に固定し、この大きさの信号の持続時間を制御している。
【００３６】
図３はバルブ作動特性のインチング制御の基本原理を説明する図であり、図３（Ａ）は目標バルブタイミングＶＶＴ０がステップ状に変化（進角）したときの実バルブタイミングＶＶＴの変化を、図３（Ｂ）はその場合のＯＣＶ２１の駆動デューティ比ＤＲの変化を、それぞれ示す図である。
【００３７】
インチング制御では、バルブ作動特性の目標値と実際値との差が予め定めた判定値より大きい場合には、偏差の大きさにかかわりなく駆動信号のデューティ比ＤＲを図３（Ｂ）に示すように強制駆動用信号値ＤＲＣに所定の保持時間ｔｃの間だけ保持する操作を所定の休止時間ｔｒの間隔で繰返す強制駆動操作を行う。
【００３８】
ここで、ＤＲＣ（強制駆動用信号値）の大きさは、図３（Ｂ）の例では一定値とされているが、ＤＲＣの大きさは必ずしも一定値である必要はなく、作動油粘度が最も高い場合（最も温度が低い場合）でも必ずバルブ作動特性が変化する値であればよい。保持時間ｔｃおよび休止時間ｔｒも一定値に設定されるが、作動油の粘度が高い場合、後述するように変更してもよい。
【００３９】
このように、デューティ比ＤＲＣで比較的短い一定時間ｔｃずつ繰返しアクチュエータを駆動することにより、１回の保持時間ｔｃ中のバルブ作動特性の変化量は同一になる。すなわち、デューティ比ＤＲＣで一回につき保持時間ｔｃだけアクチュエータを駆動することにより、毎回同じ量だけバルブ作動特性を変化させることができる。このように、この保持時間ｔｃの駆動操作（以下「インチング」と呼ぶ）を繰返すことにより一定幅の作動特性変化量が得られるため、インチングの繰返し回数でバルブ作動特性の合計の変化幅が決定されるようになる。このため、インチング制御では、図３（Ａ）に示すように、オーバーシュートやアンダーシュートを生じることなく作動油粘度にかかわらず正確に実際のバルブ作動特性を目標値に収束させることが可能となる。
【００４０】
また、１回のインチングによるバルブ作動特性の変化量は保持時間ｔｃにより定まる。従って、制御開始時の偏差の大きさに応じて保持時間ｔｃを調節すれば目標作動特性に到達するまでのインチングの回数を制御することができるため、例えば偏差が大きい場合には一回の保持時間ｔｃを長く設定することにより短時間で実際の作動特性を目標作動特性に到達させることができる。すなわち、保持時間ｔｃを調節することにより制御応答性を調整することができる。
【００４１】
なお、インチングの間の休止時間ｔｒ内は作動特性が変化しないことが好ましい。したがって、毎回のインチング実行後の休止時間ｔｒ中、デューティ比ＤＲは、基準デューティ比（ＳＤＲ）に設定することが好ましい。なお、インチング実行後の休止時間開始時に駆動信号のデューティ比が例えば基準デューティ比にセットされると、ＯＣＶ２１のスプール２２１ａ〜２２１ｃは中立位置に向けて移動を開始し、ある程度の時間経過後に中立位置に到達する。従って、休止時間ｔｒをある程度短く設定するとスプール２２１ａ〜２２１ｃが中立位置に戻る前に次のインチングが開始されるようになる。従って、休止時間ｔｒを制御することにより、各回のインチング開始時のスプール位置をも制御することができ、制御の自由度が増大する。
【００４２】
以上説明したように、インチング制御では基本的にインチング操作を繰返すことによりバルブ作動特性を目標値に収束させる。すなわち、フィードバック制御では駆動信号のデューティ比ＤＲの大きさを変えることにより作動特性変化の応答性を制御していたのに対して、インチング制御ではデューティ比ＤＲの値はＤＲＣに設定してその大きさを偏差に応じて制御することはせず、その代りに保持時間ｔｃと休止時間ｔｒとにより作動特性の変化応答性を制御する点がフィードバック制御と大きく相違している。
【００４３】
図４は本発明の一実施形態によるバルブタイミング制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ４０により一定時間毎に実行される。
【００４４】
まずステップ４０１では、本ルーチンの実行を禁止するか否かを示すＶＶＴ制御禁止フラグＦＰＶＶＴの値が０にリセットされているか否かを判定し、ＦＰＶＶＴ＝０であればステップ４０２に進み、ＦＰＶＶＴ＝１であればステップ４２８に進み、ステップ４２８で、デューティ比ＤＲを基準デューティ比（ＳＤＲ）に設定する。この禁止フラグは、機関冷間時のように作動油の粘度が高いときで可変バルブタイミング機構の応答が速くなる作動油の温度領域においてＶＶＴ制御を実行すると実バルブタイミングが目標バルブタイミングに対しオーバーシュートする恐れがあるのでこれを防止するために設定したフラグである。
【００４５】
ステップ４０２は、以下に説明するインチングによる制御を実行すべき条件が成立しているか否かを判定し、条件が成立していない場合にはステップ４２７に進み、通常の制御（例えば目標値と実際値との偏差に基づくＰＩＤフィードバック制御）を実行する。すなわち、ステップ４０２で所定の条件が成立しない場合（すなわち、逆の言い方をすれば所定の禁止条件が成立した場合）には、ステップ４０３以下のインチングによる可変バルブタイミング制御は実行しない。ここで、ステップ４０２で判定される実行条件について説明する。
【００４６】
インチング制御の実行条件として判定すべきものの例としては、例えば、
（ａ）目標値と実際値とのバルブタイミング偏差ＤＶＴの大きさ
（ｂ）油温
（ｃ）保持デューティ比（休止値）の学習終了の有無
等がある。
【００４７】
上記条件（ａ）で偏差ＤＶＴの大きさを判定するのは、インチングはバルブタイミングが確実に変化するように比較大きなデューティ比ＤＲでの駆動を行うものであるため、偏差ＤＶＴがあまり小さい状態でインチングを行うと、逆にオーバーシュートが生じる可能性があるためである。そこで、偏差ＤＶＴの大きさがある程度小さくなったら、許容偏差ＤＶＴ０以下になっていなくてもインチングを禁止し、通常のフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００４８】
また上記条件（ｂ）は、油温が高く作動油粘度が充分に低い場合には通常のフィードバック制御を実行しても何ら問題は生じないため設けた条件である。インチングではＯＣＶ２１は短い間隔で全開状態（ＤＲが０または１００パーセント）と全閉状態（ＤＲが５０パーセント）との間で切換えられる。このため、長時間インチングを行うとＯＣＶ２１の部材の摩耗などが増大する可能性がある。そこで、油温（または機関冷却水温度でもよい）が所定値以上になった場合にはインチングを禁止してＯＣＶ２１の信頼性が低下することを防止するようにしてもよい。
【００４９】
更に、上記条件（ｃ）は誤制御を防止するために設けた条件である。インチングでは、デューティ比ＤＲを強制駆動用信号値に保持した後、所定の休止時間ｔｒの間ＤＲを休止値に保持することが必要となる。一方、ＯＣＶ２１の特性は長期間の使用により徐々に変化する場合がある。通常、ＥＣＵ４０は運転中にデューティ比ＤＲが変化してもバルブタイミングが変化しない不感帯域を検出し、不感帯域の変化に応じて中立位置の補正を行う保持デューティ値の学習を行っている。しかし、バッテリの交換などによりこの保持デューティ値の学習結果が失われた状態でインチングを行うと、休止時間ｔｒ中にもバルブタイミングが変化することとなり、インチングを行ったために逆にオーバーシュートが生じる可能性がある。そこで、例えばステップ４０２で現在までに少なくとも休止値の学習が１度は行われているか否かを判断し、学習が１度も行われていない場合には、インチングによるバルブタイミング制御を禁止するようにしてもよい。
【００５０】
ステップ４０２では、上記（ａ）から（ｃ）の条件の少なくとも１つを判断し、何れかに当てはまる場合にはインチング制御を禁止するようにしている。
【００５１】
ステップ４０２で条件が成立した場合には、次にステップ４０３では現在の目標バルブタイミングと実際のバルブタイミングとの偏差ＤＶＴ（ＤＶＴ＝目標バルブタイミング−実バルブタイミング）の絶対値が所定の許容値ＤＶＴ０を越えているか否かが判定される。なお、目標バルブタイミングは別途ＥＣＵ４０により実行されるバルブタイミング設定操作により機関運転状態（例えば吸気管圧力ＰＭと機関回転数ＮＥ）とに応じて設定され、偏差ＤＶＴは目標バルブタイミングと別途カム位相から算出される実バルブタイミングとの差として算出される。また、本実施形態では、許容値ＤＶＴ０は機関運転上許容できる目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの誤差の大きさに設定される。すなわち、ステップ４０３で実際の偏差ＤＶＴの絶対値が許容偏差ＤＶＴ０より小さい場合には実際上バルブタイミングが目標バルブタイミングに収束していると考えられる。このため、ステップ４０３でＤＶＴ≦ＤＶＴ０であった場合には、ステップ４２３に進み、ＯＣＶ２１の駆動信号のデューティ比ＤＲを保持デューティ（休止値）ＤＲ３に設定する。保持デューティーＤＲ３は、現在のバルブタイミングを保持するための中立状態デューティ比であり、本実施形態ではデューティ比５０パーセントに設定されている。これにより、バルブタイミングが目標値に収束した場合には、バルブタイミングは目標値に保持されるようになる。
【００５２】
ステップ４０３で偏差ＤＶＴの絶対値が許容偏差ＤＶＴ０より大きかった場合には、次にステップ４０５でインチング操作実行フラグＦＩＮＣの値が１（実行）にセットされているか否かを判定する。フラグＦＩＮＣは現在インチングを実行中であるか否かを示すフラグである。現在インチング実行中でない場合（ＦＩＮＣ≠１）、すなわち今まで一度もインチング操作が実行されていないか、或は現在前回のインチングサイクルが終了した直後である場合には、次にステップ４０７に進み、インチング時間カウンタＣＴの値を０にリセットするとともに、現在の偏差ＤＶＴの絶対値の大きさに応じて保持時間ｔｃと休止時間ｔｒを設定する。本実施形態では、予め実際の機関を用いて油温、機関回転数などを変えて実験を行い各条件下で最適な応答を得ることのできる偏差ＤＶＴとｔｃ、ｔｒの関係を求めてあり、ＥＣＵ４０のＲＯＭに格納してある。
【００５３】
ステップ４０７では偏差ＤＶＴに基づいてこのデータから保持時間ｔｃと休止時間ｔｒとを決定する。保持時間ｔｃと休止時間ｔｒとを決定後、ステップ４０９でインチング操作実行フラグＦＩＮＣの値を１（実行）にセットした後今回の操作は終了する。
【００５４】
本操作が次に実行されると、ＦＩＮＣの値は１にセットされているためステップ４０５の次にステップ４１１が実行され、カウンタＣＴの値が本操作の実行間隔に等しい値ΔＴだけ増大される。これにより、ＣＴの値はステップ４０５でＦＩＮＣ＝１になってからの時間、すなわちインチングが開始されてからの経過時間を表すようになる。
【００５５】
次いで、ステップ４１３では、インチングを開始してからの経過時間ＣＴがステップ４０７で設定した保持時間ｔｃに到達したか否かを判定し、保持時間ｔｃに到達していない場合には、偏差ＤＶＴの正負に応じて（ステップ４１５）デューティ比ＤＲを予め定めた強制駆動用信号値ＤＲ１またはＤＲ２にセットする。強制駆動用信号値ＤＲ１、ＤＲ２は、それぞれバルブタイミングがプラス方向に必ず変化する値（ＤＲ１）と、マイナス方向に必ず変化する値（ＤＲ２）である。ＤＲ１とＤＲ２とは、できるだけ１００パーセントと０パーセントに近い値とされ、例えば本実施形態ではＤＲ１＝１００パーセント、ＤＲ２＝０パーセントに設定されている。
【００５６】
すなわち、ステップ４１３から４１７の操作により、インチング開始時から保持時間ｔｃが経過するまで駆動信号のデューティ比ＤＲは強制駆動用信号値（ＤＲ１またはＤＲ２）に保持される。
【００５７】
一方、ステップ４１３でインチング開始後保持時間ｔｃが経過した場合には、次にステップ４２１に進み、保持時間ｔｃが経過した後さらに休止時間ｔｒが経過しているか否かが判断される。ステップ４２１で保持時間ｔｃ経過後、まだ休止時間ｔｒが経過していない場合にはステップ４２３に進み、デューティ比ＤＲは保持デューティ比（休止値）ＤＲ３（本実施形態では５０パーセント）にセットされる。これにより、インチング操作ではまずデューティ比ＤＲはまず保持時間ｔｃの間強制駆動用信号値（ＤＲ１またはＤＲ２）に保持され、その後保持時間ｔｃ経過後は休止時間ｔｒの間保持デューティ比（休止値）ＤＲ３に保持されるようになる。
【００５８】
また、ステップ４２１で、休止時間ｔｒが経過するとステップ４２５でフラグＦＩＮＣの値は０にセットされる。これにより、次回本操作が実行されるとステップ４０５の次にステップ４０７、４０８が実行され、ステップ４０３でバルブタイミングが目標値に収束するまでインチング操作が繰返されるようになる。
【００５９】
ステップ４２９ではステップ４１７、４１９、４２３または４２７で算出されたデューティ比ＤＲをＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する。
【００６０】
上述のように、本実施形態ではインチング操作を繰返すことにより、油温が低く油粘度が高い場合にもバルブタイミング制御の安定性を損うことなく制御の応答性を良好に維持することが可能となる。
【００６１】
図５は機関冷間始動時に図４に示すバルブタイミング制御ルーチンを実行するか否かを決定する処理のフローチャートであり、図６は作動油の油温とＶＶＴの応答速度との関係を示す図であり、図７は図５に示すフローチャートの補足説明図である。このＶＶＴ制御ルーチンは所定の周期、例えば０．１秒毎に実行される。
【００６２】
まず、ステップ５０１では、クランク軸センサ２４で検出した信号を読取りエンジン回転数ＮＥを算出する。
【００６３】
ステップ５０２では、吸気圧センサ３２により検出された吸気管圧力ＰＭ、油温センサ２２により検出された油温ＯＴおよび油圧センサ３６により検出された油圧ＯＰを読取る。なお、油温ＯＴは、油温センサ２２により検出する代わりに、水温センサ２５により検出した水温、エンジン回転数ＮＥ、吸気温センサ２９により検出された吸気温、エアーフローメータ（図示せず）により検出されたエンジン気筒への吸入空気量、あるいはＥＣＵ４０による燃料噴射制御で算出された燃料噴射量に基づき推定した油温推定値を用いてもよい。
【００６４】
ステップ５０３では、ステップ５０１で算出したエンジン回転数ＮＥとステップ５０２で検出した吸気管圧力（負荷）ＰＭに基づき予めＲＯＭに格納したマップ（図示せず）を参照して現在のエンジンの運転状態に応じた吸気弁１５の目標バルブタイミング（吸気カムシャフト２０２の目標進角量）を算出する。
【００６５】
ステップ５０４では、クランク軸センサ２４からのクランク軸位相検出パルス信号と吸気カム軸１３のカム軸センサ２３からのカム軸位相検出パルス信号とを読取る。
【００６６】
ステップ５０５では、ステップ５０４で読取ったクランク軸位相検出パルス信号とカム軸位相検出パルス信号との間の相対回転角により吸気弁１５の実バルブタイミング（吸気カム軸１３の実進角量）を算出する。
【００６７】
ステップ５０６では、ステップ５０５で算出した吸気弁１５の実バルブタイミングがステップ５０３で算出した目標バルブタイミングとなるようにＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７のデューティ制御を行ない、吸気弁１５のバルブタイミングを調整する。
【００６８】
ここで、作動油の油温とＶＶＴの応答速度との関係を説明する。図６に示すように、機関冷間始動時には、油温が低く、また油温がＴ１からＴ２の温度領域ではＶＶＴの応答速度が油温の増加に反比例し、油温の増加とともにＶＶＴの応答速度が減少する。このような温度領域では、ＶＶＴの応答速度が速くなってなっており、実バルブタイミングが目標バルブタイミングに対しオーバ−シュートする恐れがある。そこで、本発明では、以下のステップ５０７〜５１６によりこのような場合に、ＶＶＴ制御を禁止するようにする。
【００６９】
ステップ５０７では、油温と冷間温度を判定する所定値とを比較し、油温＜所定値のときはステップ５０８に進み、油温≧所定値のときはステップ５０９に進み、ＶＶＴ制御実行可能と判定して、図４に示すバルブタイミング制御ルーチンの実行の禁止を示すフラグＦＰＶＶＴを０にリセットする。
【００７０】
ステップ５０８では、今回の目標バルブタイミングＴＶＶＴが前回の目標バルブタイミングＴＶＶＴｉ−１より所定°ＣＡだけ大きいか否かを判定し、その判定結果がＹＥＳのときは、すなわち目標バルブタイミングが大きく増大したときは、ステップ５１０に進み、その判定結果がＮＯのときはステップ５０９に進む。
【００７１】
ステップ５１０では、下式（２）を算出する。
【００７２】
ＶＶＴ偏差＝ＶＶＴ目標バルブタイミング−ＶＶＴ実バルブタイミング…（２）
ステップ５１１〜５１６では、図７（ａ）に示すようにＶＶＴ実変位がＶＶＴ目標変位に対しオーバーシュートするような場合、図（ｂ）に示すようにＶＶＴ偏差を偏差判定値と比較し（ステップ５１１）、図（ｃ）に示すようにＶＶＴ偏差＞偏差判定値なるＶＶＴ偏差がｔ秒間継続したとき、オーバーシュートによるＶＶＴ異常と判定し（ステップ５１２）、図（ｄ）に示すようにその判定回数をカウントするカウンタＣＯＳのカウント値が冷間時ＶＶＴ制御禁止判定値より大となったとき（ステップ５１５）、図（ｅ）に示すように冷間時にＶＶＴ制御を禁止するため、ＶＶＴ制御実行禁止フラグＦＰＶＶＴを１にセットする（ステップ５１６）。以下に、ステップ５１１〜５１６を詳しく記す。
【００７３】
ステップ５１１では、ステップ５１０で算出したＶＶＴ偏差と偏差判定値（固定値）と比較し、ＶＶＴ偏差＞偏差判定値のときは、オーバーシュートによるＶＶＴ異常と判定しステップ５１２に進み、ＶＶＴ偏差≦偏差判定値のときは、ＶＶＴ正常と判定しステップ５１３に進む。
【００７４】
ステップ５１２では、ステップ５１１のＶＶＴ異常判定がｔ秒間継続したか否かを判定し、その判定結果がＹＥＳのときは、すなわちＶＶＴのオーバーシュートによるＶＶＴ異常と判定された後所定時間ｔ秒以上経過したときは、ステップ５１４に進み、その判定結果がＮＯのときはステップ５０９に進む。
【００７５】
ステップ５１３では、オーバーシュートによるＶＶＴ異常判定の回数をカウントするカウンタＣＯＳを０にリセットし、５０９に進む。
【００７６】
ステップ５１４では、カウンタＣＯＳに１を加算する。
【００７７】
ステップ５１５では、カウンタＣＯＳのカウント値がオーバーシュート判定値、例えば１回（図７（ｄ）の例）を越えたか否かを判定し、その判定結果がＹＥＳのときはステップ５１６に進み、その判定結果がＮＯのときはステップ５０９に進む。
【００７８】
ステップ５１６では、ＶＶＴ制御実行不可能と判定してＶＶＴ制御禁止フラグＦＰＶＶＴを１にセットする。
【００７９】
以上の処理により、図４のステップ４０１でＶＶＴ制御禁止フラグＦＰＶＶＴが１のとき、すなわち機関冷間時のように作動油の粘度が高いとき、可変バルブタイミング機構の応答が速くなる作動油の温度領域において、図４のＶＶＴ制御を禁止するので、実バルブタイミングが目標バルブタイミングに対しオーバーシュートすることを防止できる。
【００８０】
図８はＶＶＴ偏差に基づくオーバーシュート学習ルーチンのフローチャートである。この学習ルーチンは所定の周期で、例えば０．１秒毎に実行される。
【００８１】
ステップ８０１〜８０５は、それぞれ図５に示すステップ５０１〜５０５と同じであるので、説明を省略する。
【００８２】
この学習ルーチンでは、機関冷間始動時には、油温が低く、ＶＶＴの応答速度が速くなってなっている温度領域があり、実バルブタイミングが目標バルブタイミングに対しオーバ−シュートする恐れがある。そこで、本発明では、以下のステップ８０７〜８１３によりこのような場合に、目標バルブタイミングをオーバーシュート学習値で補正する。
【００８３】
ステップ８０７では、油温と冷間温度を判定する所定値とを比較し、油温＜所定値のときはステップ８０８に進み、油温≧所定値のときは本ルーチンを終了する。
【００８４】
ステップ８０８では、今回の目標バルブタイミングＴＶＶＴが前回の目標バルブタイミングＴＶＶＴｉ−１より所定°ＣＡだけ大きいか否かを判定し、その判定結果がＹＥＳのときは、すなわち目標バルブタイミングが大きく増大したときは、ステップ８０９に進み、その判定結果がＮＯのときは本ルーチンを終了する。
【００８５】
図９は図８に示すフローチャートの補足説明図であり、図１０は作動油の油温とオーバーシュート学習値との関係を示す図である。図９において、（ａ）はＶＶＴ実変位がＶＶＴ目標変位に対しオーバーシュートする様子を示す図であり、（ｂ）はＶＶＴ偏差と偏差許容値との比較を示す図であり、（ｃ）はＶＶＴ偏差＞許容判定値なるＶＶＴ偏差のオーバーシュート学習値を示す図であり、（ｄ）はオーバーシュート学習値による補正後のＶＶＴ目標変位を示す図である。
【００８６】
ステップ８０９では、図９（ａ）に示すように、ＶＶＴ実変位がＶＶＴ目標変位より大となりオーバーシュートするか否かを判定するため、下式（２）を算出する。
【００８７】
ＶＶＴ偏差＝ＶＶＴ目標バルブタイミング−ＶＶＴ実バルブタイミング…（２）
ステップ８１０では、図９（ｂ）に示すように、ステップ８０９で算出したＶＶＴ偏差が許容値より大か否かを判定し、その判定結果がＹＥＳのときはステップ８１１に進み、その判定結果がＮＯのときは本ルーチンを終了する。
【００８８】
ステップ８１１では、図９（ｃ）に示すように、ＶＶＴ偏差の最大値をオーバーシュート学習値として算出する。図１０に示すように、この学習値を所定の油温領域Ｔ０〜Ｔ１、Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ２〜Ｔ３、Ｔ３〜Ｔ４毎に学習する。
【００８９】
ステップ８１２では、ステップ８１２で算出した所定の油温領域Ｔ０〜Ｔ１、Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ２〜Ｔ３、Ｔ３〜Ｔ４毎のオーバーシュート学習値をＲＡＭに記憶する。
【００９０】
ステップ８１３では、ステップ８０３で算出した目標バルブタイミングからステップ８１２でＲＡＭに記憶したオーバーシュート学習値を減算して、目標バルブタイミングを補正する。
【００９１】
ステップ８１４では、図９（ｄ）に示すように、ステップ８０５で算出した吸気弁１５の実バルブタイミングがステップ８１３で補正した目標バルブタイミングとなるようにＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７のデューティ制御を行ない、吸気弁１５のバルブタイミングを調整する。これにより、機関冷間始動時のＶＶＴのオーバーシュートが回避可能となる。
【００９２】
次に、オーバーシュート量を学習し、学習値を上述したＶＶＴ制御に反映させる制御についてついて説明する。
【００９３】
図１１は本発明によるオーバーシュート量を学習するインチング制御ルーチンのフローチャートである。本ルーチンは所定の周期で、例えば０．１秒毎に実行される。まずステップ１１０１では、本ルーチンの実行を禁止するか否かを示すＶＶＴ制御禁止フラグＦＰＶＶＴの値が０にリセットされているか否かを判定し、ＦＰＶＶＴ＝０であればステップ１１０３に進み、ＦＰＶＶＴ＝１であればステップ１１０２に進み、ステップ１１０２でデューティ比ＤＲを基準デューティ比（ＳＤＲ）に設定する。
【００９４】
ステップ１１０３では、上述したインチングによる制御を実行すべき条件が成立しているか否かを判定し、条件が成立している場合にはステップ１１０５に進み、上述したインチングによる可変バルブタイミング制御を実行し、条件が成立していない場合にはステップ１１０７に進み、通常の制御（例えば目標値と実際値との偏差に基づくＰＩＤフィードバック制御）を実行する。
【００９５】
ステップ１１０９では、ＯＣＶを駆動するデューティ制御信号のデューティ比ＤＲを以下に説明する学習値で補正する。
【００９６】
ステップ１１１１では、ステップ１１０９で補正されたデューティ比ＤＲをＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する。
【００９７】
次に、ステップ１１０９におけるデューティ制御信号のデューティ比ＤＲを補正するインチング制御における学習値について以下に説明する。
【００９８】
図１２はオーバーシュート量を学習するインチング制御の効果の説明図であり、（Ａ）は学習無しのインチング制御結果を示す図であり、（Ｂ）は学習無しのＯＣＶ駆動デューティ制御信号を示す図であり、（Ｃ）は学習有りのＯＣＶ駆動デューティ制御信号を示す図であり、（Ｄ）は学習有りのインチング制御結果を示す図である。図１２の（Ａ）〜（Ｄ）において横軸は時間を示し、（Ａ）および（Ｄ）において縦軸はバルブタイミングを示し、（Ｂ）および（Ｃ）において縦軸はデューティ比を示す。図１２の（Ａ）に示すように、ＶＶＴの目標バルブタイミングがステップ状にバルブタイミングを進角方向に変化させる方向に変化したとき、学習無しのインチング制御では、実バルブタイミングはオーバーシュートすることが判る。本発明では、このオーバーシュート量を次のように学習する。
【００９９】
図１３はインチング制御の学習値の説明図であり、（Ａ）はオーバーシュート量に対する制御パルス出力時間（ｔｃ）の補正値との関係を示す図であり、（Ｂ）は制御パルス出力時間の補正演算式を示す図であり、（Ｃ）はＯＣＶの駆動デューティ制御信号の補正前（実線）と補正後（破線）との相違を示す図である。図１３の（Ａ）に示すように、オーバーシュート発生時にはＶＶＴの応答速度を遅くするため、オーバーシュート量に応じて、ＯＣＶ駆動デューティ制御信号のオン時間、すなわち制御パルス出力時間（ｔｃ）を減少するように補正するように、例えばオーバーシュート量の最大値を補正値に設定する。図１３の（Ｂ）に示すように、補正後のパルス出力時間は、補正前のパルス出力時間からオーバーシュート量に応じた補正値を減じた値となる。ＯＣＶの駆動デューティ制御信号は学習補正前後で図１３の（Ｃ）に示すようになり、補正後の制御パルス出力時間（ｔｃ）は補正前より減少しているが、パルス間隔時間（ｔｒ）は補正前後で不変である。この結果の駆動デューティ制御信号が図１２の（Ｂ）および（Ｃ）に示されている。図１２の（Ｄ）に示すように、ＶＶＴの目標バルブタイミングがステップ状にバルブタイミングを進角方向に変化させる方向に変化したとき、学習有りのインチング制御では、実バルブタイミングはオーバーシュートしていないことが判る。
【０１００】
以上図１１〜図１３を用いて説明したオーバーシュート量を学習するインチング制御において、学習値を作動油の温度領域毎に学習することにより、油温に対するＶＶＴ応答速度の変化により対応する学習が可能となり、ＶＶＴの制御性を向上できる。
【０１０１】
また、上述の学習値として、制御パルス出力時間（ｔｃ）を用いたが、これに代えてパルス間隔時間（ｔｒ）を用いても、同様な効果が得られる。
【０１０２】
図１４は本発明によるオーバーシュート量を学習するフィードバック制御ルーチンのフローチャートである。本ルーチンは所定の周期で、例えば０．１秒毎に実行される。まずステップ１４０１では、本ルーチンの実行を禁止するか否かを示すＶＶＴ制御禁止フラグＦＰＶＶＴの値が０にリセットされているか否かを判定し、ＦＰＶＶＴ＝０であればステップ１４０３に進み、ＦＰＶＶＴ＝１であればステップ１４０２に進み、ステップ１４０２でデューティ比ＤＲを基準デューティ比（ＳＤＲ）に設定する。
【０１０３】
ステップ１４０３では、上述したインチングによる制御を実行すべき条件が成立しているか否かを判定し、条件が成立している場合にはステップ１４０５に進み、上述したインチングによる可変バルブタイミング制御を実行し、条件が成立していない場合にはステップ１４０７に進み、通常の制御（例えば目標値と実際値との偏差に基づくＰＩＤフィードバック制御）を実行する。
【０１０４】
ステップ１４０９では、ＯＣＶを駆動するデューティ制御信号のデューティ比ＤＲを以下に説明する学習値で補正する。
【０１０５】
ステップ１４１１では、ステップ１４０９で補正されたデューティ比ＤＲをＯＣＶ２１のアクチュエータ２０７に送信する。
【０１０６】
次に、ステップ１４０９におけるデューティ制御信号のデューティ比ＤＲを補正するフィードバック制御における学習値について以下に説明する。
【０１０７】
図１５はオーバーシュート量を学習するフィードバック制御の効果の説明図であり、（Ａ）は学習無しのフィードバック制御結果を示す図であり、（Ｂ）はＯＣＶの駆動デューティ比の補正前と補正後との相違を示す図であり、（Ｃ）は学習有りのフィードバック制御結果を示す図である。図１５の（Ａ）〜（Ｃ）において横軸は時間を示し、（Ａ）および（Ｃ）において縦軸はバルブタイミングを示し、（Ｂ）において縦軸はデューティ比を示す。図１５の（Ａ）に示すように、ＶＶＴの目標バルブタイミングがステップ状にバルブタイミングを進角方向に変化させる方向に変化したとき、学習無しのフィードバック制御では、実バルブタイミングはオーバーシュートすることが判る。本発明では、このオーバーシュート量を次のように学習する。
【０１０８】
図１６はインチング制御の学習値の説明図であり、（Ａ）はオーバーシュート量に対するＶＶＴのフィードバック（ＰＩＤ）ゲインの補正値との関係を示す図であり、（Ｂ）はＯＣＶの駆動デューティ比の補正演算式を示す図であり、（Ｃ）は偏差に対するフィードバック（ＰＩＤ）ゲインの補正前（実線）と補正後（破線）との相違を示す図である。
【０１０９】
図１６の（Ａ）に示すように、オーバーシュート発生時にはＶＶＴの応答速度を遅くするため、オーバーシュート量に応じて、ＶＶＴのフィードバック制御における（ＰＩＤ）ゲインの補正値（≦１．０）を設定する。この補正値はオーバーシュート量の最大値に基づき、最大値が大きくなる程ゲインが小さくなるように設定する。これにより、オーバーシュート量の増加に伴いゲインが下がり、ＶＶＴの応答速度が遅くなる。
【０１１０】
図１６の（Ｂ）に示すように、補正後のＯＣＶ駆動デューティ比は、補正前のＯＣＶ駆動デューティ比にオーバーシュート量に応じたフィードバック（ＰＩＤ）ゲインの補正値を乗算した値となる。ＯＣＶの駆動デューティ制御信号のデューティ比を算出するためのフィードバックゲインは学習補正前後で図１６の（Ｃ）に示すようになり、補正後のフィードバックゲインは補正前より減少している。この結果の駆動デューティ比が、図１５の（Ｂ）に補正前を細い実線で補正後を太い実線で示されている。図１５の（Ｂ）に示すように、補正後の方が補正前よりゲインが下がっており、ＶＶＴの応答速度を遅くしていることが判る。また、図１５の（Ｃ）に示すように、ＶＶＴの目標バルブタイミングがステップ状にバルブタイミングを進角方向に変化させる方向に変化したとき、学習有りのフィードバック制御では、実バルブタイミングはオーバーシュートしていないことが判る。
【０１１１】
以上図１４〜図１６を用いて説明したオーバーシュート量を学習するフィードバック制御において、学習値を作動油の温度領域毎に学習することにより、油温に対するＶＶＴ応答速度の変化により対応する学習が可能となり、ＶＶＴの制御性を向上できる。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、機関冷間時に、作動油の粘度が高くなりＶＶＴの応答速度が速くなる作動油の温度領域において、実バルブタイミングが目標バルブタイミングに対しオーバーシュートすることを防止し、ＶＶＴ制御の応答性を向上させる内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変バルブタイミング機構の制御装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す可変バルブタイミング機構の動弁機構の動作説明図である。
【図３】バルブ作動特性のインチング制御の基本原理を説明する図であり、（Ａ）は目標バルブタイミングＶＶＴ０がステップ状に変化（進角）したときの実バルブタイミングＶＶＴの変化を示す図であり、（Ｂ）はその場合のＯＣＶ２１の駆動デューティ比ＤＲの変化を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によるバルブタイミング制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】機関冷間始動時に図４に示すバルブタイミング制御ルーチンを実行するか否かを決定する処理のフローチャートである。
【図６】作動油の油温とＶＶＴの応答速度との関係を示す図である。
【図７】図５に示すフローチャートの補足説明図であり、（ａ）はＶＶＴ実変位がＶＶＴ目標変位に対しオーバーシュートする様子を示す図であり、（ｂ）はＶＶＴ偏差と偏差判定値との比較を示す図であり、（ｃ）はＶＶＴ偏差＞偏差判定値なるＶＶＴ偏差の継続時間のカウント値の時間変化を示す図であり、（ｄ）は冷間時のＶＶＴ制御禁止判定値の説明図であり、（ｅ）は冷間時のＶＶＴ制御禁止フラグのオン／オフ状態を示す図である。
【図８】ＶＶＴ偏差に基づくオーバーシュート学習ルーチンのフローチャートである。
【図９】図８に示すフローチャートの補足説明図であり、（ａ）はＶＶＴ実変位がＶＶＴ目標変位に対しオーバーシュートする様子を示す図であり、（ｂ）はＶＶＴ偏差と偏差許容値との比較を示す図であり、（ｃ）はＶＶＴ偏差＞許容判定値なるＶＶＴ偏差のオーバーシュート学習値を示す図であり、（ｄ）はオーバーシュート学習値による補正後のＶＶＴ目標変位を示す図である。
【図１０】作動油の油温とオーバーシュート学習値との関係を示す図である。
【図１１】本発明によるオーバーシュート量を学習するインチング制御ルーチンのフローチャートである。
【図１２】オーバーシュート量を学習するインチング制御の効果の説明図であり、（Ａ）は学習無しのインチング制御結果を示す図であり、（Ｂ）は学習無しのＯＣＶ駆動デューティ制御信号を示す図であり、（Ｃ）は学習有りのＯＣＶ駆動デューティ制御信号を示す図であり、（Ｄ）は学習有りのインチング制御結果を示す図である。
【図１３】インチング制御の学習値の説明図であり、（Ａ）はオーバーシュート量に対する制御パルス出力時間の補正値との関係を示す図であり、（Ｂ）は制御パルス出力時間の補正演算式を示す図であり、（Ｃ）はＯＣＶの駆動デューティ制御信号の補正前と補正後との相違を示す図である。
【図１４】本発明によるオーバーシュート量を学習するフィードバック制御ルーチンのフローチャートである。
【図１５】オーバーシュート量を学習するフィードバック制御の効果の説明図であり、（Ａ）は学習無しのフィードバック制御結果を示す図であり、（Ｂ）はＯＣＶの駆動デューティ比の補正前と補正後との相違を示す図であり、（Ｃ）は学習有りのフィードバック制御結果を示す図である。
【図１６】インチング制御の学習値の説明図であり、（Ａ）はオーバーシュート量に対するＶＶＴのフィードバック（ＰＩＤ）ゲインの補正値との関係を示す図であり、（Ｂ）はＯＣＶの駆動デューティ比の補正演算式を示す図であり、（Ｃ）は偏差に対するフィードバック（ＰＩＤ）ゲインの補正前と補正後との相違を示す図である。
【符号の説明】
１１…エンジン
１２…クランク軸
１３…吸気カム軸
１４…排気カム軸
１５…吸気弁
１６…排気弁
１７…可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）
１８…オイルポンプ
１９…オイルパン
２１…オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）
２２…油温センサ
２３…カム軸センサ
２４…クランク軸センサ
２５…水温センサ
２９…吸気温センサ
３２…吸気圧センサ
３６…油圧センサ
４０…エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
２０７…アクチュエータ（リニアソレノイド）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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