(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸・排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構と、
機関の運転条件に応じて前記バルブタイミングの目標値を設定する目標値設定手段と、
前記実際のバルブタイミングを検出するバルブタイミング検出手段と、
前記目標値設定手段により設定されたバルブタイミングの目標値と、前記バルブタイミング検出手段により検出されたバルブタイミングの検出値と、に基づいて、前記可変バルブタイミング機構のフィードバック制御信号を、比例分と積分分とを用いて作成するフィードバック制御信号作成手段と、
所定量の制御値を周期的に発生するディザー信号を出力するディザー信号出力手段と、
バルブタイミングの目標値の変更時、変更後に該バルブタイミングの目標値と検出値との偏差に基づいて、バルブタイミングの目標値への収束状態を判定する収束状態判定手段と、
前記収束状態判定手段により判定された、バルブタイミングが目標値に収束しにくい時、前記フィードバック制御信号作成手段で算出されたフィードバック制御信号に、前記ディザー信号出力手段から出力されるディザー信号を、バルブタイミングを目標値に近づける方向に加算して前記可変バルブタイミング機構の制御信号を作成する制御信号作成手段と、
前記制御信号作成手段で作成された制御信号を前記可変バルブタイミング機構に出力する制御信号出力手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項２】
吸・排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構と、
機関の運転条件に応じて前記バルブタイミングの目標値を設定する目標値設定手段と、
前記実際のバルブタイミングを検出するバルブタイミング検出手段と、
前記目標値設定手段により設定されたバルブタイミングの目標値と、前記バルブタイミング検出手段により検出されたバルブタイミングの検出値と、に基づいて、前記可変バルブタイミング機構のフィードバック制御信号を、比例分と積分分とを用いて作成するフィードバック制御信号作成手段と、
所定量の制御値を周期的に発生するディザー信号を出力するディザー信号出力手段と、
バルブタイミングの目標値の変更時、変更後に所定時間を経過しても該バルブタイミングの目標値と検出値との偏差が所定値以内にならないときに、前記フィードバック制御信号に前記ディザー信号出力手段から出力されるディザー信号を、バルブタイミングを目標値に近づける方向に加算して前記可変バルブタイミング機構の制御信号を作成する制御信号作成手段と、
前記制御信号作成手段で作成された制御信号を前記可変バルブタイミング機構に出力する制御信号出力手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項３】
前記ディザー信号出力手段は、前記バルブタイミングの目標値と実際値の大小関係に基づいて前記ディザー信号の制御値を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項４】
前記ディザー信号出力手段は、バルブタイミングの実際値が目標値より小さい時は、正の制御値を作成し、また、前記実際値が目標値より大きいときは負の制御値を作成することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【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バルブタイミング制御装置に関し、詳しくは、吸・排気弁（吸気弁又は排気弁の少なくとも一方) のバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構において、バルブタイミングを目標値にフィードバック制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、カム軸の回転位相を変化させることで、吸・排気バルブの開閉タイミングを早めたり遅らせたりする可変バルブタイミング機構が知られている（特開平７−２３３７１３号公報，特開平８−２４６８２０号公報等参照）。
また、前記可変バルブタイミング機構においては、機関の運転条件に応じてバルブタイミングの目標値に実際のバルブタイミングが一致するように、前記可変バルブタイミング機構に対する制御出力を例えば比例積分（ＰＩ）動作によりフィードバック補正する場合があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記可変バルブタイミング機構を比例積分動作によって制御する方式では、部品バラツキ等により応答性が悪化し、目標値のステップ的な変化に対して実際の回転位相との偏差がなかなか定常偏差（定常時に生じる最大偏差) 内に入らず、大きな制御の遅れを伴い、良好なバルブタイミング制御を応答性良く行うことができないという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、制御方式の改良により、迅速に回転位相を目標値に近づけることができるようにしたバルブタイミング制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明は、図１に示すように、
吸・排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構と、
機関の運転条件に応じて前記バルブタイミングの目標値を設定する目標値設定手段と、
前記実際のバルブタイミングを検出するバルブタイミング検出手段と、
前記目標値設定手段により設定されたバルブタイミングの目標値と、前記バルブタイミング検出手段により検出されたバルブタイミングの検出値と、に基づいて、前記可変バルブタイミング機構のフィードバック制御信号を、比例分と積分分とを用いて作成するフィードバック制御信号作成手段と、
所定量の制御値を周期的に発生するディザー信号を出力するディザー信号出力手段と、
バルブタイミングの目標値の変更時、変更後に該バルブタイミングの目標値と検出値との偏差に基づいて、バルブタイミングの目標値への収束状態を判定する収束状態判定手段と、
前記収束状態判定手段により判定された、バルブタイミングが目標値に収束しにくい時、前記フィードバック制御信号作成手段で算出されたフィードバック制御信号に、前記ディザー信号出力手段から出力されるディザー信号を、バルブタイミングを目標値に近づける方向に加算して前記可変バルブタイミング機構の制御信号を作成する制御信号作成手段と、
前記制御信号作成手段で作成された制御信号を前記可変バルブタイミング機構に出力する制御信号出力手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に係る発明は、
吸・排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング機構と、
機関の運転条件に応じて前記バルブタイミングの目標値を設定する目標値設定手段と、
前記実際のバルブタイミングを検出するバルブタイミング検出手段と、
前記目標値設定手段により設定されたバルブタイミングの目標値と、前記バルブタイミング検出手段により検出されたバルブタイミングの検出値と、に基づいて、前記可変バルブタイミング機構のフィードバック制御信号を、比例分と積分分とを用いて作成するフィードバック制御信号作成手段と、
所定量の制御値を周期的に発生するディザー信号を出力するディザー信号出力手段と、
バルブタイミングの目標値の変更時、変更後に所定時間を経過しても該バルブタイミングの目標値と検出値との偏差が所定値以内にならないときに、前記フィードバック制御信号に前記ディザー信号出力手段から出力されるディザー信号を、バルブタイミングを目標値に近づける方向に加算して前記可変バルブタイミング機構の制御信号を作成する制御信号作成手段と、
前記制御信号作成手段で作成された制御信号を前記可変バルブタイミング機構に出力する制御信号出力手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする。
請求項１または請求項２に係る発明によると、
バルブタイミングの目標値と検出値とに基づいて作成されたフィードバック制御信号に、ディザー信号を加算して作成された制御信号が可変バルブタイミング機構に出力される。
このように、該ディザー信号を加算して制御値を目標値に近づく方向に断続的に増大させることにより、バルブタイミングを迅速に目標値に近づけることができる。
【０００８】
また、フィードバック制御信号のみでは、なかなかバルブタイミングが目標値に収束しないときに限って、ディザー信号を加算した制御信号を出力することにより、バルブタイミングを目標値に速やかに収束させることができる。
また、前記フィードバック制御信号作成手段は、比例分と積分分とを用いてフィードバック制御信号を作成する。
【０００９】
このようにすれば、いわゆる比例積分制御により、目標値と検出値との偏差の状態に応じたフィードバック制御が行われる。
また、請求項３に係る発明は、
前記ディザー信号出力手段は、前記バルブタイミングの目標値と実際値の大小関係に基づいて前記ディザー信号の制御値を設定することを特徴とする。
また、請求項４に係る発明は、
前記ディザー信号出力手段は、バルブタイミングの実際値が目標値より小さい時は、正の制御値を作成し、また、前記実際値が目標値より大きいときは負の制御値を作成することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図２は、実施の形態における内燃機関のシステム構成を示す図である。
この図２において、内燃機関１には、スロットルバルブ２で計量された空気が吸気バルブ３を介してシリンダ内に供給され、燃焼排気は、排気バルブ４を介して排出される。前記吸気バルブ３，排気バルブ４は、吸気側カム軸，排気側カム軸にそれぞれ設けられたカムによって開閉駆動される。
【００１１】
吸気側カム軸５には、カム軸の回転位相を変化させることで、吸気バルブ３の開閉タイミングを連続的に早めたり遅くしたりする可変バルブタイミング機構６が備えられている。前記可変バルブタイミング機構６は、油圧によって前記回転位相を連続的に変化させる構成であり、油圧を調整するソレノイドバルブ（図示省略）に対してコントロールユニット７から制御信号を出力して回転位相が制御される。
【００１２】
尚、本実施の形態では、可変バルブタイミング機構６が、吸気バルブ３の開閉タイミングを変化させる構成としたが、吸気バルブ３に代えて排気バルブ４の開閉タイミングを変化させる構成であっても良いし、吸気バルブ３と排気バルブ４との両方の開閉タイミングを変化させる構成であっても良い。
マイクロコンピュータを内蔵するコントロールユニット７には、クランク軸の回転信号を出力するクランク角センサ８、吸気側カム軸５の回転信号を出力するカム角センサ９、機関１の吸入空気量を検出するエアフローメータ10等からの検出信号が入力される。
【００１３】
そして、コントロールユニット７は、図３のフローチャートに示すようにして、前記可変バルブタイミング機構６によって調整される吸気バルブの開閉タイミングを制御する。尚、本実施の形態において、目標値設定手段，フィードバック制御信号作成手段、ディザー信号出力手段、制御信号作成手段、制御信号出力手段としての機能は、前記図３のフローチャートに示すように、コントロールユニット７がソフトウェア的に備えている。また、バルブタイミング検出手段は、クランク角センサ８，カム角センサ９と前記コントロールユニット７による演算処理機能とによって構成される。
【００１４】
図３のフローチャートにおいて、ステップ１（図中にはＳ１と記してある。以下同様）では、予め機関負荷と機関回転速度Ｎｅとによって区分される運転領域毎に前記吸気側カム軸５の回転位相の目標値（目標角度）ＴＡを記憶したマップを参照し、現在の機関負荷，機関回転速度Ｎｅに対応する目標値（目標角度）ＴＡを検索する。なお、吸気側カム軸５の回転位相の目標値は、吸気バルブ３のバルブタイミングの目標値に相当する。
【００１５】
ステップ２では、クランク角センサ８及びカム角センサ９からの検出信号に基づいて吸気側カム５の実際の回転位相ＤＡを検出する。なお、吸気側カム５の実際の回転位相ＤＡが、吸気バルブ３の実際のバルブタイミングに相当する。
ステップ３では、前記吸気側カム５の目標値ＴＡと実際値ＤＡとに基づいて、比例分と積分分とを用いてフィードバック補正値を算出し、前記目標値ＴＡから求めた基本値に前記フィードバック補正値を加算するなどしてソレノイドバルブのフィードバック制御信号を作成する。なお、制御信号は、前記油圧制御用のソレノイドバルブの開弁デューティ比を制御する信号として作成される。
【００１６】
ステップ４では、回転位相の目標値ＴＡを変更してから所定時間Δｔが経過したか否かを判定する。
そして、所定時間Δｔが経過していないと判定されたときは、ステップ５へ進み、前記制御値に応じた制御信号を、可変バルブタイミング機構６における油圧を制御するソレノイドバルブに出力する。これにより、可変バルブタイミング機構６の制御を介して吸気弁３の開閉時期が制御される。
【００１７】
また、ステップ４で所定時間が経過したと判定されたときは、ステップ６へ進み、前記吸気側カム５の目標値ＴＡと実際値ＤＡとの偏差｜ΔＡ｜（＝｜ＴＡ−ＤＡ｜) が所定値ΔＡ０以内であるか否かを判定する。
そして、偏差｜ΔＡ｜が所定値ΔＡ０以内と判定されたときは、ステップ５へ進んで、前記制御値に応じた制御信号をソレノイドバルブに出力する。
【００１８】
一方、偏差｜ΔＡ｜が所定値ΔＡ０より大きいと判定されたときは、ステップ７へ進んで、ステップ４で算出されたフィードバック制御信号に、ディザー信号出力手段としてのディザー信号発生器から出力されるディザー信号を回転位相を目標値に近づける方向に加算する。ここで、該ディザー信号は、所定量の制御値を周期的に発生する信号である。例えば、目標値ＴＡが実際値ＤＡより大きく、回転位相を目標値に近づけるのに正の制御量を与える必要がある場合には、周期的に正の制御値を発生するディザー信号を加算し、また、目標値ＴＡが実際値ＤＡより小さい場合は、周期的に正の制御値を発生するディザー信号をマイナスの値に反転して加算する。
【００１９】
次いで、ステップ５へ進んで、前記ディザー信号を加算した制御信号を、前記ソレノイドバルブに出力する。
このようにすれば、図４に示すように、比例分，積分分を用いたフィードバック制御信号だけでは、目標値に収束しにくい状況のときに、ディザー信号を加算した制御信号を出力することにより、制御値が目標値に近づく方向に断続的に増大して、バルブタイミングを迅速に目標値に近づけることができる。なお、制御値の増大が断続的であるので、目標値からオーバーシュートするようなことも回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明に係るバルブタイミング制御装置の基本構成を示すブロック図。
【図２】実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図３】前記実施の形態におけるバルブタイミング制御の様子を示すフローチャート。
【図４】前記実施の形態における制御特性を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１    内燃機関
２    スロットルバルブ
３    吸気バルブ
４    排気バルブ
５    吸気側カム軸
６    可変バルブタイミング機構
７    コントロールユニット
８    クランク角センサ
９    カム角センサ
10    エアフローメータ
【図１】
0003877858.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003877858.tif 000005