(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変動弁機構の状態量を検出し、検出された可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量検出値として出力する状態量検出手段と、可変動弁機構の力学モデルを用いて可変動弁機構の状態量を推定し、推定された可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量推定値として出力する状態量推定手段を備えた可変動弁機構の制御装置において、
前記状態量検出手段から出力される前記状態量検出値及び前記状態量推定手段から出力される前記状態量推定値に基づいて前記力学モデルのモデル係数を補正する係数補正手段を備え、当該係数補正手段により補正する前記力学モデルのモデル係数を、前記可変動弁機構の摺動部における動摩擦係数とし、前記状態量推定手段は、前記係数補正手段から出力される補正されたモデル係数に基づいて前記状態量推定値の補完を行うことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項２】
可変動弁機構の状態量を検出し、検出された可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量検出値として出力する状態量検出手段と、可変動弁機構の力学モデルを用いて可変動弁機構の状態量を推定し、推定された可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量推定値として出力する状態量推定手段を備えた可変動弁機構の制御装置において、
前記状態量検出手段から出力される前記状態量検出値及び前記状態量推定手段から出力される前記状態量推定値に基づいて前記力学モデルのモデル係数を補正する係数補正手段を備え、当該係数補正手段は、前記可変動弁機構の動作速度に応じて、動摩擦係数を大きな値と小さな値の２つの値を切換えてモデル係数を補正し、前記状態量推定手段は、前記係数補正手段から出力される補正されたモデル係数に基づいて前記状態量推定値の補完を行うことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項３】
請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置において、
前記状態量推定手段は、前記係数補正手段により補正された前記力学モデルのモデル係数により前記状態量検出手段の検出周期間の値を補完した状態量を推定し、前記可変動弁機構の制御に用いることを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項４】
請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置において、
前記可変動弁機構は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることによって吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング機構であり、
前記状態量検出手段は、前記クランクシャフトの基準回転位置を検出してから前記カムシャフトの基準回転位置を検出するまでの前記クランクシャフトの回転角から回転位相を検出するものであり、
前記状態量推定手段は、前記カムシャフトの回転周期が低下し、前記クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相の検出周期が可変動弁機構の制御周期より長くなった場合に、制御周期ごとに推定した状態量推定値を用いて状態量を補完し、前記可変動弁機構を制御することを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置において、
前記係数補正手段は、前記可変動弁機構の状態量検出値又は状態量推定値から計算した前記可変動弁機構の動作速度に基づいて前記力学モデルのモデル係数を補正することを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の可変動弁機構の制御装置において、
前記係数補正手段は、前記状態量検出手段により前記可変動弁機構の状態量が新たに検出されたときには、前記状態量検出値と前記状態量推定値との偏差に基づいて前記力学モデルのモデル係数を補正し、検出されないときには過去の前記力学モデルのモデル係数を維持することを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項７】
可変動弁機構の状態量を検出し、検出された可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量検出値として出力する状態量検出手段と、可変動弁機構の力学モデルを用いて可変動弁機構の状態量を推定し、推定された可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量推定値として出力する状態量推定手段と、前記状態量検出手段から出力される前記状態量検出値及び前記状態量推定手段から出力される前記状態量推定値に基づいて前記力学モデルのモデル係数を補正する係数補正手段とを備え、前記係数補正手段により補正する前記力学モデルのモデル係数を、前記可変動弁機構の摺動部における動摩擦係数とし、前記状態量推定手段が、前記係数補正手段から出力される補正されたモデル係数に基づいて前記状態量推定値の補完を行う制御装置により動作が制御されることを特徴とする可変動弁機構。
【請求項８】
吸気バルブ及び排気バルブと、これら各バルブの開閉タイミング及びリフト量のいずれかを調整する可変動弁機構と、前記可変動弁機構の状態量を検出し、検出された前記可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量検出値として出力する状態量検出手段と、前記可変動弁機構の力学モデルを用いて前記可変動弁機構の状態量を推定し、推定された前記可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量推定値として出力する状態量推定手段と、前記状態量検出手段から出力される前記状態量検出値及び前記状態量推定手段から出力される前記状態量推定値に基づいて前記力学モデルのモデル係数を補正する係数補正手段とを備え、前記係数補正手段により補正する前記力学モデルのモデル係数を、前記可変動弁機構の摺動部における動摩擦係数とし、前記状態量推定手段が、前記係数補正手段から出力される補正されたモデル係数に基づいて前記状態量推定値の補完を行う前記可変動弁機構の制御装置を備えたことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（エンジン）の吸気バルブ及び排気バルブ等に備えられる可変動弁機構と、この可変動弁機構を介して吸気バルブ及び排気バルブ等の開閉特性（開閉タイミングやリフト量など）を制御する可変動弁機構の制御装置と、これら可変動弁機構及びその制御装置を備えた内燃機関とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の可変動弁機構の制御装置としては、クランクシャフトの基準回転位置でクランク角信号を出力するクランク角センサと、カムシャフトの基準回転位置でカム信号を出力するカムセンサとを備え、それらの各基準回転位置のずれ角に基づいて、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を検出するものが知られている。
【０００３】
この従来例に係る可変動弁機構の制御装置は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相をそれぞれの基準回転角ごとに検出した信号に基づいて算出し、算出された回転位相に基づいて可変動弁機構のバルブタイミングなどをフィードバック制御する。一般に、このフィードバック制御は微少時間ごとに実行されるが、回転位相の検出は基準回転角ごとに実行されるため、エンジン回転数が低いときには、フィードバック制御の制御周期よりも回転位相の検出周期の方が長くなってしまい、制御上十分な頻度で回転位相を検出できない場合を生じる。このような場合、制御系は、過去の回転位相の値を実際の回転位相の値と認識してフィードバック制御を実行することになるため、誤った値に基づくフィードバック制御が実行されやすく、可変動弁機構の制御性が悪化してしまうという問題がある。
【０００４】
本願出願人は、先に、かかる従来技術の問題点を解決するため、回転中心からの距離が周方向に徐々に変化する外周形状を有する回転体をカムシャフトに取り付けると共に、この回転体の外周と対向にギャップセンサを配置し、回転体の外周とギャップセンサとの間の距離に応じた信号をギャップセンサから出力することで、任意のタイミングでクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を検出できるようにした内燃機関のバルブタイミング制御装置を提案した（特許文献１参照。）。
【０００５】
このバルブタイミング制御装置によれば、エンジン回転数と無関係にクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を検出できるので、エンジン回転数が低いときにも、バルブタイミングの制御周期と回転位相の検出周期とを一致させることができ、高応答かつ高精度のバルブタイミング制御を実現できる。
【特許文献１】特開２００５−２９９６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、特殊な外周形状を有する回転体とギャップセンサとを必須の構成要素とするので、高コストになりやすいという問題がある。また、自動車においては、回転位相の検出を他のエンジン機器の制御ロジックと共用するのが普通であるが、特許文献１に記載の技術は、従来技術とは回転位相の検出に要するセンサが変更されているので、他のエンジン機器の制御ロジックの変更も必要となり、工数が増大するという問題もある。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、内燃機関の運転条件や可変動弁機構の動作速度などの動作条件が変化した場合にも可変動弁機構のフィードバック制御を高精度に行うことができ、かつ低コストに実施可能な可変動弁機構の制御装置を提供すること、この制御装置により制御される可変動弁機構を提供すること、及びこの制御装置を備えた内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するため、本発明は、可変動弁機構の制御装置に関して第１に、可変動弁機構の状態量を検出し、検出された可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量検出値として出力する状態量検出手段と、可変動弁機構の力学モデルを用いて可変動弁機構の状態量を推定し、推定された可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量推定値として出力する状態量推定手段を備えた可変動弁機構の制御装置において、前記状態量検出手段から出力される前記状態量検出値及び前記状態量推定手段から出力される前記状態量推定値に基づいて前記力学モデルのモデル係数を補正する係数補正手段を備え、当該係数補正手段により補正する前記力学モデルのモデル係数を、前記可変動弁機構の摺動部における動摩擦係数とし、前記状態量推定手段は、前記係数補正手段から出力される補正されたモデル係数に基づいて前記状態量推定値の補完を行うという構成にした。
【０００９】
本発明は、可変動弁機構の制御装置に関して第２に、可変動弁機構の状態量を検出し、検出された可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量検出値として出力する状態量検出手段と、可変動弁機構の力学モデルを用いて可変動弁機構の状態量を推定し、推定された可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量推定値として出力する状態量推定手段を備えた可変動弁機構の制御装置において、前記状態量検出手段から出力される前記状態量検出値及び前記状態量推定手段から出力される前記状態量推定値に基づいて前記力学モデルのモデル係数を補正する係数補正手段を備え、当該係数補正手段は、前記可変動弁機構の動作速度に応じて、動摩擦係数を大きな値と小さな値の２つの値を切換えてモデル係数を補正し、前記状態量推定手段は、前記係数補正手段から出力される補正されたモデル係数に基づいて前記状態量推定値の補完を行うという構成にした。
【００１０】
本発明は、可変動弁機構の制御装置に関して第３に、前記第１及び第２の可変動弁機構の制御装置において、前記状態量推定手段は、前記係数補正手段により補正された前記力学モデルのモデル係数により前記状態量検出手段の検出周期間の値を補完した状態量を推定し、前記可変動弁機構の制御に用いるという構成にした。
【００１１】
本発明は、可変動弁機構の制御装置に関して第４に、前記第１及び第２の可変動弁機構の制御装置において、前記可変動弁機構は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることによって吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング機構であり、前記状態量検出手段は、前記クランクシャフトの基準回転位置を検出してから前記カムシャフトの基準回転位置を検出するまでの前記クランクシャフトの回転角から回転位相を検出するものであり、前記状態量推定手段は、前記カムシャフトの回転周期が低下し、前記クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相の検出周期が可変動弁機構の制御周期より長くなった場合に、制御周期ごとに推定した状態量推定値を用いて状態量を補完し、前記可変動弁機構を制御するという構成にした。
【００１２】
本発明は、可変動弁機構の制御装置に関して第５に、前記第１乃至第４の可変動弁機構の制御装置において、前記係数補正手段は、前記可変動弁機構の状態量検出値又は状態量推定値から計算した前記可変動弁機構の動作速度に基づいて前記力学モデルのモデル係数を補正するという構成にした。
【００１３】
本発明は、可変動弁機構の制御装置に関して第６に、前記第１乃至第５の可変動弁機構の制御装置において、前記係数補正手段は、前記状態量検出手段により前記可変動弁機構の状態量が新たに検出されたときには、前記状態量検出値と前記状態量推定値との偏差に基づいて前記力学モデルのモデル係数を補正し、検出されないときには過去の前記力学モデルのモデル係数を維持するという構成にした。
【００１４】
本発明は、可変動弁機構に関して、可変動弁機構の状態量を検出し、検出された可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量検出値として出力する状態量検出手段と、可変動弁機構の力学モデルを用いて可変動弁機構の状態量を推定し、推定された可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量推定値として出力する状態量推定手段と、前記状態量検出手段から出力される前記状態量検出値及び前記状態量推定手段から出力される前記状態量推定値に基づいて前記力学モデルのモデル係数を補正する係数補正手段とを備え、前記係数補正手段により補正する前記力学モデルのモデル係数を、前記可変動弁機構の摺動部における動摩擦係数とし、前記状態量推定手段が、前記係数補正手段から出力される補正されたモデル係数に基づいて前記状態量推定値の補完を行う制御装置により動作が制御されるという構成にした。
【００１５】
本発明は、内燃機関に関して、吸気バルブ及び排気バルブと、これら各バルブの開閉タイミング及びリフト量のいずれかを調整する可変動弁機構と、前記可変動弁機構の状態量を検出し、検出された前記可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量検出値として出力する状態量検出手段と、前記可変動弁機構の力学モデルを用いて前記可変動弁機構の状態量を推定し、推定された前記可変動弁機構の状態量に応じた信号を状態量推定値として出力する状態量推定手段と、前記状態量検出手段から出力される前記状態量検出値及び前記状態量推定手段から出力される前記状態量推定値に基づいて前記力学モデルのモデル係数を補正する係数補正手段とを備え、前記係数補正手段により補正する前記力学モデルのモデル係数を、前記可変動弁機構の摺動部における動摩擦係数とし、前記状態量推定手段が、前記係数補正手段から出力される補正されたモデル係数に基づいて前記状態量推定値の補完を行う前記可変動弁機構の制御装置を備えるという構成にした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、可変動弁機構の制御装置に、可変動弁機構の力学モデルを用いて可変動弁機構の状態量を推定する状態量推定手段と、前記力学モデルのモデル係数を、状態量検出手段から出力される状態量検出値及び状態量推定手段から出力される状態量推定値に基づいて補正する係数補正手段とを備えるので、可変動弁機構の動作条件が動作中に大きく変動するような場合においても状態量の推定を高精度に行うことが可能となり、この状態量の推定を高速で実行することにより、状態量検出手段による検出周期間の状態量を補完することができて、高精度な可変動弁機構のフィードバック制御を実現できる。また、従来技術と同様のセンサ構造を採用できるので、装置の低コスト化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、実施形態に係る可変動弁機構の制御装置と、この制御装置により制御される可変動弁機構と、これら制御装置及び可変動弁機構を備えた内燃機関とについて説明する。
【００１９】
図１は実施形態に係る内燃機関の制御系統図であり、内燃機関１０１と、内燃機関１０１に備えられた可変動弁機構１１３と、可変動弁機構１１３の制御装置を兼ねたエンジンコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」と略称する。）１１４とから主に構成されている。なお、本実施形態では、ＥＣＵ１１４が可変動弁機構１１３の制御装置を兼ねる構成になっているが、可変動弁機構１１３の制御装置をＥＣＵ１１４とは独立の電子回路として備えることもできる。
【００２０】
内燃機関１０１の燃焼室１０６には、吸気管１０２及び吸気バルブ１０５を通して空気が吸入される。また、燃焼室１０６の燃焼排気は、排気バルブ１０７を通して大気中に放出される。
【００２１】
吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７は、それぞれ吸気側カムシャフト１３４、排気側カムシャフト１１０に設けられたカムによって開閉駆動されるが、吸気側カムシャフト１３４には、可変動弁機構である可変バルブタイミング機構（以下、「ＶＴＣ」と略称する。）１１３が設けられている。吸気側カムシャフト１３４は、ＶＴＣ１１３並びに図示しないスプロケット及びタイミングチェーンを介してクランクシャフト１２０に連結され、排気側カムシャフト１１０は、図示しないスプロケット及びタイミングチェーンを介してクランクシャフト１２０に連結される。なお、本実施形態では、吸気バルブ１０５側にのみＶＴＣ１１３を備えたが、吸気バルブ１０５側に代えて、又は、吸気バルブ１０５側と共に、排気バルブ１０７側にＶＴＣ１１３を備える構成とすることもできる。
【００２２】
ＶＴＣ１１３は、クランクシャフト１２０に対する吸気側カムシャフト１３４の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０３の開閉タイミングを変更する機構であり、本実施形態では、後述するようなスパイラルラジアルリンク式の可変バルブタイミング機構を採用する。
【００２３】
ＥＣＵ１１４には、後述する各種センサからの検出信号が入力され、該検出信号に基づく演算処理により、電子制御スロットル１０４、ＶＴＣ１１３及び燃料噴射弁１３１が制御される。
【００２４】
前記各種センサとしては、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ（ＡＰＳ）１１６、内燃機関１０１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１１５、クランクシャフト１２０からクランク角１８０°毎の基準回転位置で基準クランク角信号ＲＥＦを取り出すと共に単位クランク角度毎の単位角度信号ＰＯＳを取り出すクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ａの開度を検出するスロットルセンサ１１８、内燃機関１０１の冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ１１９、吸気側カムシャフト１３４から単位カム角毎の基準回転位置でカム信号ＣＡＭを取り出すカムセンサ１３２等が設けられる。なお、カムセンサ１３２は、吸気側カムシャフト１３４の基準回転位置は、３６０°を気筒数で割った値、すなわち直列４気筒なら９０°ごと、Ｖ型６気筒なら１２０°ごとに配置される。
【００２５】
ＶＴＣ１１３は、図３〜図５に示すように、吸気側カムシャフト（以下、単に「カムシャフト」という）１３４と、タイミングスプロケット３０２と、組付角操作機構３０４と、操作力付与手段３０５と、ＶＴＣカバーとを含んで構成される。なお、図３はＶＴＣ１１３の断面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図、図５は図３のＢ−Ｂ断面図である。
【００２６】
タイミングスプロケット３０２は、カムシャフト１３４の前端部に相対回動できるように組み付けられ、タイミングチェーン（図示せず）を介してクランクシャフト１２０に連結される。組付角操作機構３０４は、タイミングスプロケット３０２とカムシャフト１３４の前方側（図３において左側）に配置されて、カムシャフト１３４とタイミングスプロケット３０２との組付角を操作する。操作力付与手段３０５は、組付角操作機構３０４のさらに前方側に配置されて、同機構３０４を駆動する。ＶＴＣカバーは、内燃機関１０１の図外のシリンダヘッドとヘッドカバーの前面に跨って取り付けられており、組付角操作機構３０４と操作力付与手段３０５の前面及びその周域を覆う。
【００２７】
タイミングスプロケット３０２は、短軸円筒状に形成され、外周にはタイミングチェーンと噛み合う歯車部３０３を有している。そして、カムシャフト１３４の前端部に結合された従動軸部材３０７に回転可能に組み付けられている。また、タイミングスプロケット３０２の前面（カムシャフト１３４と逆側の面）には、図４に示すように、対面する平行な側壁を有する３個の径方向溝３０８がタイミングスプロケット３０２の半径方向に沿うように形成されている。従動軸部材３０７は、カムシャフト１３４と一体で回転するように結合されている。カムシャフト１３４の前方側の外周面には、放射状に突出する３つの突起部３０９が一体に形成されており、これら各突起部３０９には、３つのリンク３１１の基端がピン３１２によって回転可能に連結されている。また、各リンク３１１の先端には、各径方向溝３０８に摺動自由に係合する突出部３１３が一体に形成されている。このように、各リンク３１１は、各突出部３１３が対応する径方向溝３０８に係合した状態で、ピン３１２を介して従動軸部材３０７に連結されているため、リンク３１１の先端側が外力を受けて径方向溝３０８に沿って変位すると、タイミングスプロケット３０２と従動軸部材３０７とは、リンク３１１の作用によって相対的に回動する。また、各リンク３１１の先端部には、軸方向前方側に開口する収容穴３１４が形成されている。この収容穴３１４には、後述する渦巻き溝３１５に係合する球面突起３１６aを有する係合ピン３１６と、この係合ピン３１６を前方側（渦巻き溝３１５側）に付勢するコイルばね３１７とが収容されている。一方、従動軸部材３０７の突起部３０９よりも前方側には、円板状の中間回転体３１８が、回転自在に支持されている。この中間回転体３１８の後方側（カムシャフト１３４側）には、断面半円状の前述の渦巻き溝３１５が形成され、この渦巻き溝３１５に、各リンク３１１の先端の係合ピン３１６が転動自在に係合されている。渦巻き溝３１５は、タイミングスプロケット３０２の回転方向に沿って次第に縮径するように形成されている。従って、各リンク３１１の先端の係合ピン３１６が渦巻き溝３１５に係合した状態において、中間回転体３１８がタイミングスプロケット３０２に対して遅れ方向に相対回転すると、各リンク３１１の先端部は、径方向溝３０８に案内されつつ、渦巻き溝３１５の渦巻き形状に誘導されて半径方向内側に移動する。逆に、中間回転体３１８が進み方向に相対変位すると、半径方向外側に移動する。
【００２８】
前記組付角操作機構３０４は、タイミングスプロケット３０２の径方向溝３０８、リンク３１１、突出部３１３、係合ピン３１６、突起部３０９、中間回転体３１８、渦巻き溝３１５等によって構成される。そして、操作力付与手段３０５から中間回転体３１８に対して回動操作力が入力されると、渦巻き溝３１５と係合ピン３１６との係合部を通してリンク３１１の先端を径方向に変位させ、リンク３１１と突起部３０９との作用によってタイミングスプロケット３０２と従動軸部材３０７との組付角、従ってタイミングスプロケット３０２とカムシャフト１３４との組付角を変化させる回動力として伝達する。
【００２９】
操作力付与手段３０５は、中間回転体３１８をタイミングスプロケット３０２の回転方向に付勢するゼンマイばね３１９と、中間回転体３１８をタイミングスプロケット３０２の回転方向とは逆方向に回動させる制動力を発生するヒステリシスプレーキ３２０とを備えている。そして、ＥＣＵ１１４が内燃機関１０１の運転状態に応じてヒステリシスブレーキ３２０の制動力を制御することにより、中間回転体３１８をタイミングスプロケット３０２に対して相対回転させ、その回転位置を維持できるようになっている。
【００３０】
ＶＴＣ１１３の回転位相（以下、単に「位相」という。）θｄｅｔは、図２に示すように、カムセンサ１３２の基準カム角信号ＣＡＭを検出してから、クランク角センサ１１７の基準クランク角信号ＲＥＦを検出するまでの単位角度信号ＰＯＳの検出回数に基づいて、ＥＣＵ１１４により計算される。
【００３１】
上述のように、本実施形態のＶＴＣ１１３は、中間回転体３１８の回転に伴って渦巻き溝３１５内を係合ピン３１６が接触状態を保ったまま移動する構成になっているが、渦巻き溝３１５と係合ピン３１６との接触部の潤滑状態は、渦巻き溝３１５と係合ピン３１６の相対速度（ＶＴＣ１１３の動作速度）や潤滑油の温度・粘性、エンジン回転数Ｎｅによって流体潤滑の状態から境界潤滑の状態まで変化するので、該接触部の動摩擦係数も、図９に符号９０１，９０２，９０３で示すように、大きく変化する。従って、実施形態に係るＶＴＣ１１３を高精度に制御するためには、接触部の動摩擦係数がＶＴＣ１１３の動作条件に応じて大きく変化した場合にも対応可能な構成の制御装置が必要となる。なお、エンジン回転数Ｎｅは、基準クランク角信号ＲＥＦの周期又は単位時間当たりの単位角度信号ＰＯＳの発生数に基づいて、ＥＣＵ１１４により算出される。
【００３２】
次に、ＥＣＵ１１４のうちのＶＴＣ１１３の制御に係る部分を、図６乃至図１２に基づいて説明する。
【００３３】
図６に示すように、ＥＣＵ１１４には、ＶＴＣ１１３の制御に係る部分として、目標位相設定手段６００と、制御器６０１と、状態量検出手段６０２と、状態量推定手段６０３とが備えられており、図７に示す手順によりＶＣＴ１１３をフィードバック制御する。
【００３４】
即ち、まず目標位相設定手段６００により、車輌の運転状態に応じて、目標位相θｔｇを設定する（ステップ７０１）。車輌の運転状態を表す量としてはエンジン回転数Ｎｅや吸気管圧力などがある。また、目標位相θｔｇは予め計算や実験により求めておく。次に、状態量検出手段６０２により、状態量検出値θｄｅｔを検出する（ステップ７０２）。次に、状態量推定手段６０３により、推定状態量θｏｂｓを計算する（ステップ７０３）。この状態量推定手段６０３の実行内容については、後に説明する。次に、制御器６０１により、指令電圧Ｖｉを計算する（ステップ７０４）。この指令電圧Ｖｉの計算方法についても、後に説明する。そして、算出された指令電圧ＶｉをＶＴＣ１１３に印加して、制御フローを閉じる。以上の制御は、微少時間（例えば１０ｍｓ）毎に繰り返される。
【００３５】
制御器６０１は、ＰＩＤ制御のフイードバック制御器であり、図８のように、目標位置設定手段６００により設定された目標位相θｔｇと状態量推定手段６０３により推定された推定状態量θｏｂｓの偏差より、指令電圧Ｖｉを次の（１）式〜（４）式に基づいて計算する。なお、θｏｂｓは後述する状態量推定手段にて制御周期毎に計算した位相の推定値である。
【数１】
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【数２】
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【数３】
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【数４】
0005033612.tif 000005
【００３６】
状態量推定手段６０３は、図１０に示すように、まず、ＶＴＣ１１３の力学モデル（ＶＴＣモデル）１００１を用い、下記の（５）式に基づいて、指令電圧Ｖｉから推定状態量θｏｂｓを計算する。次に、推定誤差補償部１００２にて、検出状態量θｄｅｔと推定状態量θｏｂｓとの偏差θＦＢに基づいた補償信号を計算する。補償信号は、ＶＴＣモデル１００１と係数補正手段１００３に入力され、それぞれで後述の誤差の補償に用いられる。さらに、速度取得手段１００４により、検出状態量θｄｅｔに基づいてＶＴＣ１１３の動作速度が算出される。算出された動作速度は、係数補正手段１００３に入力される。係数補正手段１００３は、動作速度と補償信号に基づいて動摩擦係数を補正し、ＶＴＣモデル１００１の動摩擦係数を補正する。これにより、状態量推定手段６０３は、変動する動摩擦係数に対し、ＶＴＣ１１３の動作速度と位相検出値θｄｅｔと位相推定値θｏｂｓの偏差θＦＢとに基づいて、時々刻々変化する状態量推定手段内部の動摩擦係数を補正しつつ、センサ検出周期間の値を補完したθｏｂｓを求める。
【００３７】
図１１に、実施形態に係る状態量推定手段６０３のブロック線図を示す。本例の状態量推定手段６０３は、次式で表されるＶＴＣ１１３の力学モデルに基づいて構成される。
【数５】
0005033612.tif 000006
【００３８】
以下、（５）式を踏まえて、図１１に示した状態量推定手段６０３の各要素について説明する。
【００３９】
ＶＴＣ１１３に備えられたヒステリシスブレーキ３２０及び図１１の状態量推定手段のヒステリシスブレーキモデル１１０１の出力トルクτと入力電圧Ｖの関係は簡単のため下記の（６）式で表されるとする。
【数６】
0005033612.tif 000007
【００４０】
（５）式のモデル係数Ｋｔ，Ｊ，Ｄ，Ｋのうち、Ｋｔ，Ｊ，Ｋは状態によらない定数であり、Ｄは動作条件により変動する変数である。従って、係数補正手段１１０２は、動摩擦係数Ｄを時々刻々補正するように構成される。動摩擦係数は、図９に符号９０１，９０２，９０３で示すように、動摩擦係数が大きい低速動作域と、動摩擦係数が小さい高速動作域とがある。そこで、まず、動作速度に応じて、ベースとなる速度補正削摩擦係数Ｄｍを設定する。次に、実際の動摩擦係数と速度補正動摩擦係数Ｄｍとの誤差を、位相検出値θｄｅｔと位相推定値θｏｂｓの推定誤差θＦＢから求めた偏差補正動摩擦係数ＤＦＢに基づいて補正し、動摩擦係数Ｄを算出する。
【００４１】
図１２に、係数補正手段１１０２の処理手順を示す。なお、状態量推定手段６０３による推定位相θｏｂｓの計算及びこの係数補正手段１１０２による動摩擦係数の補正は、制御周期毎に繰り返し実行される。まず、ステップ１２０１で、状態量検出手段が位相を更新したか否かを判定する。更新した場合（Ｙｅｓ）には、ステップ１２０２とステップ１２０５に進む。ステップ１２０２，１２０４，１２０８は、下記の（８），（９），（１０）式を実行するルーチンであり、動摩擦係数を検出位相θｄｅｔtと推定位相θｏｂｓに基づいて補正するルーチンである。また、ステップ１２０５〜１２０８は下記の（７）及び（１０）式を実行するルーチンであり、ＶＴＣ１１３の動作速度に基づいて動摩擦係数を補正するルーチンである。ステップ１２０１で、状態量検出手段が位相を更新していないと判定した場合（Ｎｏ）には、θＦＢ＝０と置いて、ステップ１２０４に移行する。
【数７】
0005033612.tif 000008
【数８】
0005033612.tif 000009
【数９】
0005033612.tif 000010
【数１０】
0005033612.tif 000011
【００４２】
但し、ＤｍＬはＤｍｓよりも大きい値とする。また、ＤｍＬ，Ｄｍｓ，ＫＤは実験などにより予め求めておく。なお、ステップ１２０５にて（７）式の値の切換えが実行されたときには、ステップ１２０４にて（８）式のΣθＦＢを０にリセットするように設定しても良い。また、図１１のＫ１〜Ｋ３はあらかじめ計算や実験により求めておく。
【００４３】
図１３に、実施形態に係る制御装置によりＶＴＣ１１３を制御したときのＶＴＣ１１３の動作例を示す。図１３（ａ）は位相、図１３（ｂ）は位相偏差θＦＢ、図１３（ｃ）は状態量推定手段の動摩擦係数を示す。図１３の符号１３０１はＶＴＣの目標位相θｔｇ、符号１３０２は状態量推定手段の推定位相θｏｂｓ、符号１３０３はＶＴＣの実際の位相、符号１３０４は検出位相θｄｅｔを示している。時刻ｔ０で目標位相θｔｇが変化する。θｔｇの変化により、前掲の（１）〜（４）式によりヒステリシスプレーキ３２０への指令電圧Ｖｉが出力され、ＶＴＣ１１３の位相が変化する。時刻ｔ０以前の状態量推定手段６０３の動摩擦係数は、図１３（ｃ）に示すようにＤｍＬ近傍の値である。そして、時刻ｔ１にて、前記状態量検出手段により、検出位相θｄｅｔが検出される。ここでに、図１２のステップ１２０１でＹｅｓが選択される。次いで、ステップ１２０２にて位相偏差θＦＢが計算される。ステップ１２０５では、下記の（１１）式により、（１）式のＤｍの切換えが判定される。
【数１１】
0005033612.tif 000012
【００４４】
なお、Δｔは状態量検出手段６０２の検出周期であり、θｄｅｔｚはθｄｅｔの前回値である。ただし、（１１）式は検出位相θｄｅｔに代えて、推定位相θｏｂｓで同様の処理をしても良い。また判定閾値Ｖｓｈは実験などであらかじめ求めておく。時刻ｔ１ではＶＴＣ１１３の動作が小さく、（１１）式を満たさないので、ステップ１２０５でＮｏが選択され、ステップ１２０７にてＤｍはＤｍＬがセットされる。そして、ステップ１２０８にて、動摩擦係数Ｄが１０式のように計算される。また、位相推定及び動摩擦係数補正は制御周期毎に繰り返される。このため、状態量検出手段による位相検出が実行されない場合にも実行されている。ここでは位相が検出されないときの例として、ｔ１の次の制御周期ｔ１Ｉの例を示す。位相が検出されない場合には、図１２のステップ１２０１にてＮｏが選択される。そしてステップ１２０３にてθＦＢが０にセットされる。これにより、ＤＦＢが前回の位相検出から次回の位相検出まで同じ値に維持される。Ｄｍも前回値が維持され、動摩擦係数Ｄが維持される。
【００４５】
以上はステップ１２０５〜１２０７でＤｍにＤｍＬがセットされる場合の例である。ＤｍにＤｍＳがセットされる場合の例として、時刻ｔＭを例に挙げる。図１３の時刻ｔＭでは、検出した位相θｄｅｔが大きく動いており、（１１）式を満たす。従って、図１２のフローチャートのステップ１２０５でＹｅｓが選択され、ステップ１２０６に進む。ステップ１２０６では、動摩擦係数が軽くなったときの値に近い動摩擦係数であるＤｍＳがＤｍにセットされる。
【００４６】
なお、ＶＴＣ１１３が目標位相θｔｇ付近まで動くと、制御器６０１の作用により減速して目標値に近づく。このときには、動摩擦係数が小さい領域から大きい領域に遷移する（図１３のｔＮ）。このときには上述のＤｍのセットと同様にして、ＤｍにＤｍＬがセットされ、動摩擦係数の変化に対応でき、推定精度を向上できる。
【００４７】
以下、本実施形態に係る制御装置の効果を記述する。
【００４８】
（７）〜（１０）式のように状態量推定手段の動摩擦係数Ｄを設定することで、動作条件に応じて変動する動摩擦係数を補正することができ、位相を精度良く推定することができる。また、推定誤差θＦＢを補正に用いることで、時々刻々と変化する動摩擦係数を推定に反映でき、状態の変化に対してロバストな制御装置を構成できる。
【００４９】
本実施形態では、（９）式のように状態量を検出したタイミングで動摩擦係数を補正するように係数補正手段を構成する。補正を任意のタイミングで行おうとすると、過去の検出値と現在の推定値とを比較して補正することになる。例えば、ある時刻Ｔｅ１で位相θｄｅｔｅを検出したとする。このタイミングの位相の推定値θｏｂｓｅ１がθｄｅｔｅと一致し、状態量推定手段は精度良く推定しているとする。この次のタイミングＴｅ２では、ＶＴＣ１１３の動作に伴い、位相の推定値θｏｂｓ２は変動する。しかし検出θｄｅｔｅは次回の検出まで更新されず、推定精度が高い場合であっても、検出値θｄｅｔｅと推定値θｏｂｓ２には差ができる。この差に基づいてモデル係数の補正を実行すると、位相の推定精度の悪化を招く。そこで、本実施形態に係る制御装置のように、状態量を検出したタイミングでモデル係数を補正し、その他のタイミングではモデル係数を維持する係数補正手段を含むように状態量推定手段を構成することにより、上述のような過去の検出状態量に基づく誤ったモデル係数の補正を回避でき、推定精度の悪化を回避できる。
【００５０】
なお、ＶＴＣ１１３の構成によっては、ＫＤを０としても十分な推定精度が得られる場合がある。このときには、係数補正手段を（７）式の補正のように、動摩擦係数を２点で切換えるような補正を行うように構成しても良い。このような係数補正手段の構成にすると、（８）〜（９）式に示すような誤差のフイードバックを実行する必要がないため、計算負荷やＥＣＵ１１４のメモリの使用量を軽減できる。
【００５１】
また、上述のように、変動が大きい動摩擦係数を補正したＶＴＣ１１３の力学モデルを用いて可変動弁機構の位相を推定することで、状態量検出手段の検出周期間の状態量を補完して推定できる。この推定値を用いて制御することで、実際に検出することができない検出周期間の状態量を制御に反映することができる。これにより位相の制御精度を向上できる。従って、状態量検出手段は低コストで導入できる検出周期が長いものでも良く、可変動弁システム全体のコストを下げることができる。
【００５２】
本実施形態に係る制御装置は、検出周期が制御周期よりも長い状態量検出手段でも、状態量推定手段により制御周期と同じ計算周期で状態量を取得することができると共に、状態量推定手段の推定状態量を用いて制御することで、各制御タイミングでの状態量を制御に反映することができ、可変動弁機構の位相を精度良く制御できる。従って、従来より自動車に搭載されているカムセンサ１３２とクランク角センサ１１７とで構成した状態量検出手段の検出状態量を用いて可変動弁機構を制御しても、可変動弁機構の位相を精度良く制御できる。これにより、位相の検出には新たにセンサを追加する必要がなく、制御装置の制御ロジックを変更する必要もないので、可変動弁機構全体のコストを下げることができる。
【００５３】
（５）式に示すＶＣＴ１１３の力学モデルは、動作速度と動摩擦係数の積を含んでいる。従って、本実施形態に係るＶＣＴ１１３のように動摩擦係数が大きく動く場合には、動摩擦係数の変動が推定精度に大きな影響を与える。そこで、動摩擦係数を係数補正手段で補正するよう状態量推定手段を構成することで、動摩擦係数の補正を（７）式により時間遅れが少なく実施でき、（８）〜（９）式により精度良く実施できる。これにより、位相の推定も時間遅れが少なく、精度良く行える。
【００５４】
図１４に検出位相βｄｅｔと推定位相βｏｂｓの偏差のみで補正計算をする状態量推定手段を用いた場合の推定位相１４０２と、（７）式に示す動作条件による動摩擦係数の補正を実施する本実施形態に係る状態量推定手段を用いた場合の推定位相１３０２とを比較して示す。
【００５５】
検出位相βｄｅｔと推定位相βｏｂｓの偏差のみで補正計算をする状態量推定手段を用いた場合、ＶＴＣ１１３の動作速度の増加に伴って動摩擦係数が減少（図９参照）し、時刻Ｔ１で目標位相θｔｇが変化するとしたとき、時刻Ｔ１以前では、検出位相βｄｅｔと推定位相βｏｂｓとの差が小さいため、偏差に基づいた動摩擦係数の補正が十分行われない。この例では、状態量推定手段の動摩擦係数は、実際の動摩擦係数より小さくセットされている。このため、ＶＴＣ１１３が動作を開始する時刻Ｔ１付近では、状態量推定手段の動摩擦係数は小さ過ぎ、位相が動き過ぎている。この位相の動き過ぎは、ＶＴＣ１１３と状態量推定手段の動摩擦係数の誤差に起因している。動作開始直後では、状態量検出値と状態量推定値との偏差が小さく、偏差補正が十分行われない。
【００５６】
これに対して、本実施形態に係る制御装置では、（７）式のように動作速度が小さいときと大きいときとで動摩擦係数の値を切換えるように係数補正手段を構成するので、動作開始直後の動作速度が小さい時には、前述のようにＶＴＣ１１３と状態量推定手段の動摩擦係数を近い値に設定することで、ＶＴＣ１１３の動作開始直後でも位相の推定精度を高くできる。また、（８）〜（９）式の偏差補正のみだと、状態量推定手段の動摩擦係数が実際の動摩擦係数に到達するまでに多くの時間が必要となる。動摩擦係数の補正に多くの時間を費やすということは、状態量推定手段の力学モデルがＶＴＣ１１３の実際の力学特性と離れた状態で位相推定を実行する時間が長くなるという事態を引き起こす。従って、状態量推定手段の動摩擦係数が実際の動摩擦係数に到達するまでの間に位相の推定精度は大きく悪化する。そこで（７）式に示すように、動摩擦係数の減少に合わせて、状態量推定手段の動摩擦係数も大きく減少させると、補正の時間的な遅れを軽減することができる。このように、ＶＴＣ１１３の動作速度により動摩擦係数を補正することで、推定精度を高くでき、制御精度を向上することができる。
【００５７】
また、本実施形態に係る可変動弁機構の制御装置は、機構特性が動作条件に依存して変動する可変動弁機構を、検出周期が長い状態量検出手段と組み合わせても、精度の良い位相制御を実現できる。これにより、可変動弁機構の機構特性変動の許容範囲を広げることができ、可変動弁機構の機構特性に影響が大きい部分の部品形状の自由度や公差を広げることができると共に、可変動弁機構の位相の制御性を向上できる。これにより、アクチュェータの破損を招く恐れがある位相のオーバーシュートを回避できる。位相のオーバーシュートを回避することで、可変動弁機構の強度をオーバーシュートによる破損に耐えるように設計する必要がなく、可変動弁機構の小型化や軽量化が実現できる。
【００５８】
本発明のように構成した制御装置を用いて構成した可変動弁システムを車輌に搭載することで、機構特性が変動するような可変動弁機構であっても吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングやリフト量を精度良く制御でき、燃焼室の吸気量及び排気量を精度良く制御できる。従って、運転条件に合わせた最適な吸気量及び排気量に正確に制御でき、排気中の有害物質濃度の減少や燃費向上を実現できる。また可変動弁機構の位相挙動に起因する吸気量及び排気量のオーバーシュートを回避することで、吸気量及び排気量の変動による、運転者の予期せぬエンジン出力の変動を回避することができる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、係数補正手段による係数補正を、ＶＴＣ１１３の動作速度に基づいて行うようにしている。しかし、動摩擦係数に影響を与える動作条件には、エンジン回転数Ｎｅや潤滑油の温度・粘度などがあることが分かっている。そこで、（７）式を拡張して、エンジン回転数や潤滑油の温度・粘度を反映する量（例えば水温センサ出力Ｔｗ）でＤｍの切換えを行ったり、切換える値を設定したりしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施形態に係る内燃機関の制御系統図である。
【図２】回転位相の計算方法を示す図である。
【図３】実施形態に係る可変動弁機構の断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図（最遅角状態）である。
【図５】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】実施形態に係る制御装置の制御ブロックである。
【図７】実施形態に係る制御装置で実行される制御手順を示すフローチャートである。
【図８】制御器６０１のブロック線図である。
【図９】実施形態に係る可変動弁機構の動摩擦係数の変化を示す図である。
【図１０】実施形態に係る状態量推定手段の構成図である。
【図１１】実施形態に係る状態量推定手段のブロック線図である。
【図１２】実施形態に係る制御装置で実行される力学モデルの係数補正の手順を示すフローチャートである。
【図１３】実施形態に係る制御装置を用いて制御した可変動弁機構の挙動を示すグラフ図である。
【図１４】実施形態に係る制御装置を用いて制御した場合と、推定誤差に基づく力学モデルの係数補正のみの制御装置を用いて制御した場合の可変動弁機構の挙動の比較を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０１    内燃機関
１０５    吸気バルブ
１０７    排気バルブ
１１３    可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）
１１４    エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１１７    クランク角センサ
１２０    クランクシャフト
１３２    カムセンサ
１３４    吸気側カムシャフト
３０２    タイミングスプロケット
３０４    組付角操作機構
３０５    操作力付与手段
６００    目標位相設定手段
６０１    制御器
６０２    状態量検出手段
６０３    状態量推定手段
１００１    ＶＴＣモデル
１００２    推定誤差補償部
１００３    係数補正手段
１００４    速度取得手段
【図１】
0005033612.tif 000013
【図２】
0005033612.tif 000014
【図３】
0005033612.tif 000015
【図４】
0005033612.tif 000016
【図５】
0005033612.tif 000017
【図６】
0005033612.tif 000018
【図７】
0005033612.tif 000019
【図８】
0005033612.tif 000020
【図９】
0005033612.tif 000021
【図１０】
0005033612.tif 000022
【図１１】
0005033612.tif 000023
【図１２】
0005033612.tif 000024
【図１３】
0005033612.tif 000025
【図１４】
0005033612.tif 000026