(57)【要約】【課題】バルブタイミング制御装置に関し、保持制御値（保持デューティ値）の学習時の油温がバルブタイミング制御の制御性に与える影響を低減できるようににする。【解決手段】ＶＶＴ２０の保持デューティを学習するともに、油温センサ４４により学習時の油温を取得する。現在の油温と学習時の油温とを比べ、現在の油温が学習時油温に等しい若しくはその近傍であるときには学習した保持デューティを制御基準デューティとして設定する。現在の油温が学習時油温よりも低いときには、現在の油温が学習時油温よりも低いほど、制御基準デューティを学習した保持デューティよりも不感帯中心デューティのほうへ近づけて設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミングを変化させる油圧式のバルブタイミング可変機構と、前記バルブタイミング可変機構に対する作動油の給排を制御する制御弁とを備え、前記制御弁に出力する制御信号によってバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御装置において、
制御信号の変化に対してバルブタイミングの変位速度の変化が鈍い信号域（以下、不感帯）の中心値を記憶した不感帯中心値記憶手段と、
バルブタイミングを一定に保持することができる制御信号の値（以下、保持制御値）を学習する学習手段と、
前記学習手段によって保持制御値が学習されたときの油温を取得する油温取得手段と、
前記制御弁に出力すべき制御信号の基準値（以下、制御基準値）を設定する制御基準値設定手段とを備え、
前記制御基準値設定手段は、現在の油温が学習時油温に等しい若しくはその近傍であるときには前記学習手段による学習値を制御基準値として設定し、現在の油温が学習時油温よりも低いときには制御基準値を学習値よりも不感帯中心値のほうへ近づけて設定する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】
前記制御基準値設定手段は、現在の油温が学習時油温よりも低いほど制御基準値を不感帯中心値へ近づけて設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項３】
前記制御基準値設定手段は、現在の油温が所定温度よりも低いときには不感帯中心値を制御基準値として設定することを特徴とする請求項１又は２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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のバルブタイミング制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のバルブタイミング制御装置では、クランク軸に対するカム軸の位相角を変化させるための手段として油圧式のバルブタイミング可変機構が用いられている。このバルブタイミング可変機構には、２つの油室、すなわち、進角室と遅角室とが設けられている。進角室への作動油の供給及び遅角室からの作動油の排出によってバルブタイミングは進角され、遅角室への作動油の供給及び進角室からの作動油の排出によってバルブタイミングは遅角される。
【０００３】
バルブタイミング可変機構の両油室に対する作動油の給排は、制御弁（Oil Control Valve：OCV）によって制御されている。制御弁はスリーブ内のスプール弁の位置によって作動油の給排を制御することができる。スプール弁がスリーブ内の中立域にあるとき、両油室はともに油圧ポンプともオイルタンクとも連通を遮断されている。スプール弁が中立域から一方（進角方向）に移動することで、進角室が油圧ポンプに接続され遅角室がオイルタンクに接続される。スプール弁が中立域から進角方向と逆方向（遅角方向）に移動することで、遅角室が油圧ポンプに接続され進角室がオイルタンクに接続される。スプール弁はソレノイドによって駆動され、その位置はソレノイドに出力される制御信号のデューティによって制御されている。
【０００４】
作動油の給排の制御によって進角室内の油圧と遅角室内の油圧とが釣り合ったとき、バルブタイミング可変機構は停止状態となって現在のバルブタイミングが保持される。このときのデューティを保持デューティという。制御弁に出力するデューティを保持デューティから増大側に変化させることで、バルブタイミングを進角させることができる。逆に制御弁に出力するデューティを保持デューティから減少側に変化させることで、バルブタイミングを遅角させることができる。保持デューティの値はバルブタイミング可変機構の動作を制御する中で学習により取得することができる。
【０００５】
このようなバルブタイミング制御装置に関しては、下記の特許文献１〜４に開示されたものがそうであるように、かねてより様々な新規技術の提案が行われている。その中でも特許文献１に開示されているものは保持デューティの学習に関する技術であり、油温が高温のときには保持デューティの学習を禁止することに特徴がある。油温が高温のときには、作動油の粘度の低下によってバルブタイミング可変機構の動作はカムシャフトのトルク変動の影響を受けやすくなる。その結果、高温状態で保持デューティを学習したときには、低温状態で学習したときに比較して学習値が遅角側にずれてしまう。特許文献１に開示された技術では、これを保持デューティの誤学習とみなし、このような誤学習を防止してバルブタイミング制御の制御性を高めるために高温状態での保持デューティの学習を禁止しているのである。
【特許文献１】特開２００７−２２４７４４号公報
【特許文献２】特開平９−２５６８７８号公報
【特許文献３】特開２００２−１６１７９７号公報
【特許文献４】特開２００７−１０７５３９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、高温状態での保持デューティの学習を禁止すると、今度は高温状態でのバルブタイミング制御の制御性が問題になる。高温状態と低温状態とでは保持デューティの値には差があるが、特許文献１に開示された技術によれば、常に低温状態（油温が所定温度よりも低い状態）で学習した保持デューティ値を基準にして制御弁に出力するデューティを設定することになるためである。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、保持制御値（保持デューティ値）の学習時の油温がバルブタイミング制御の制御性に与える影響を低減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供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブのバルブタイミングを変化させる油圧式のバルブタイミング可変機構と、前記バルブタイミング可変機構に対する作動油の給排を制御する制御弁とを備え、前記制御弁に出力する制御信号によってバルブタイミングを制御するバルブタイミング制御装置において、
制御信号の変化に対してバルブタイミングの変位速度の変化が鈍い信号域（以下、不感帯）の中心値を記憶した不感帯中心値記憶手段と、
バルブタイミングを一定に保持することができる制御信号の値（以下、保持制御値）を学習する学習手段と、
前記学習手段によって保持制御値が学習されたときの油温を取得する油温取得手段と、
前記制御弁に出力すべき制御信号の基準値（以下、制御基準値）を設定する制御基準値設定手段とを備え、
前記制御基準値設定手段は、現在の油温が学習時油温に等しい若しくはその近傍であるときには前記学習手段による学習値を制御基準値として設定し、現在の油温が学習時油温よりも低いときには制御基準値を学習値よりも不感帯中心値のほうへ近づけて設定することを特徴としている。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、
前記制御基準値設定手段は、現在の油温が学習時油温よりも低いほど制御基準値を不感帯中心値へ近づけて設定することを特徴としている。
【００１０】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記制御基準値設定手段は、現在の油温が所定温度よりも低いときには不感帯中心値を制御基準値として設定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、現在の油温と学習時の油温との差によって学習した保持制御値と実際の保持制御値とにずれが生じている場合であっても、制御基準値は実際の保持制御値に合わせることが可能となり、それによりバルブタイミング制御の制御性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。この実施の形態では、排気バルブ用のバルブタイミング制御装置に本発明を適用している。図１は、本発明が適用されるバルブタイミング制御装置の油圧制御系の概略構成を示す図である。
【００１３】
図１に示すように、バルブタイミング制御装置は、油圧アクチュエータであるバルブタイミング可変機構（variable valve timing mechanism、以下、ＶＶＴという）２０を備えている。ＶＶＴ２０は、クランク軸にベルト或いはチェーンによって連結されたハウジング２２と、ハウジング２２内に配置されカム軸と一体に回転するベーン体２４とを備えている。
【００１４】
ハウジング２２の内部にはベーン体２４によって区画される２つの油室２６，２８が形成されている。ＶＶＴ２０によれば、これら２つの油室２６，２８間の容積比を変化させることでハウジング２２に対してベーン体２４を回転させ、クランク軸に対するカム軸の回転位相を変化させることができ、ひいては、バルブタイミングを変化させることができる。２つの油室２６，２８のうち、バルブタイミングの進角時に容積を拡大させる側の油室２６を進角室といい、容積を縮小させる側の油室２８を遅角室という。バルブタイミングの遅角時には、逆に遅角室２８の容積を拡大させ、進角室２６の容積を縮小させるようにする。
【００１５】
ＶＶＴ２０は、進角室２６と遅角室２８の何れ一方に選択的にオイル（作動油）を供給することで、それら油室２６，２８間の容積比を変化させることができる。進角室２６にオイルを供給する場合には、供給されたオイルの分だけ進角室２６が拡大するとともに、遅角室２８からは進角室２６の拡大に伴ってオイルが押し出される。逆に、遅角室２８にオイルを供給する場合には、供給されたオイルの分だけ遅角室２８が拡大し、進角室２６はオイルが押し出されることによって縮小する。
【００１６】
ＶＶＴ２０に供給されるオイルは、内燃機関により駆動されるオイルポンプ３０から圧送される。オイルポンプ３０とＶＶＴ２０との間にはオイルコントロールバルブ（oil control valve、以下、ＯＣＶという）１０が設けられている。ＯＣＶ１０は５ポート型のスプール弁であって、スリーブ１８内のスプール１２の位置によって、ＶＶＴ２０の両油室２６，２８に対するオイルの給排を制御することができる。ＯＣＶ１０のＡポートはＶＶＴ２０の進角室２６に接続され、Ｂポートは遅角室２８に接続されている。また、ＯＣＶ１０のＰポートはオイルポンプ３０に接続され、Ｒ１及びＲ２ポートはオイルタンク３２に接続されている。
【００１７】
スプール１２は、移動方向の一方の端部をスプリング１６によって支持され、他方の端部をソレノイド１４によって支持されている。スリーブ１８内でのスプール１２の位置は、ソレノイド１４に供給する駆動電流のデューティ（以下、ＯＣＶ駆動デューティという）によって制御することができる。図１に示すスプール１２の位置では、ＡポートがＰポートに連通し、ＢポートがＲ１ポートに連通している。この状態では、進角室２６へのオイルの供給と遅角室２８からのオイルの排出とが同時に行われる。
【００１８】
図１に示す状態においてＯＣＶ駆動デューティが増大されると、スプール１２はソレノイド１４に押されて移動し、やがてＡ，ＢポートとＰ，Ｒ１，Ｒ２ポートとの連通を遮断する位置にくる。Ａ，ＢポートとＰ，Ｒ１，Ｒ２ポートとの連通を遮断するスプール１２の動作域を中立域といい、スプール１２が中立域にあるときには両油室２６，２８に対するオイルの給排は実質的に行わない。スプール１２を中立域に位置させるＯＣＶ駆動デューティの信号域がＯＣＶ１０の制御特性における不感帯となる。そして、ＯＣＶ駆動デューティがさらに増大されると、スプール１２はＡポートをＲ１ポートに連通させ、ＢポートをＰポートに連通させる位置にくる。このような位置では、遅角室２８へのオイルの供給と進角室２６からのオイルの排出とが同時に行われるようになる。
【００１９】
ＯＣＶ１０の制御は、エンジン２の全体を統合制御している電子制御ユニット（electronic control unit、以下、ＥＣＵという）４０によって行われる。ＥＣＵ４０はＯＣＶ１０に対し、ソレノイド１４を駆動するためのＯＣＶ駆動デューティを制御信号として供給する。ソレノイド１４は供給されたＯＣＶ駆動デューティによって駆動され、その値によって決まる位置にスプール１２を移動させる。その結果、ＶＶＴ２０の２つの油室２６，２８のうち所望の側に所望量のオイルが供給されることとなって、目標とするバルブタイミングが実現されるようになる。以下、ＥＣＵ４０によるＯＣＶ１０の制御の概要について図２乃至図４を用いて説明する。
【００２０】
ＥＣＵ４０は、次の式（１）に従ってＯＣＶ駆動デューティを算出する。式（１）における制御基準デューティは、ＯＣＶ１０をデューティ制御する上での制御基準である。制御基準デューティの決定方法に関しては次に説明する。制御量は、バルブタイミングの目標値と実際値との偏差に基づいて計算される。バルブタイミングの目標値は内燃機関の運転状態をパラメータとするマップから決定され、バルブタイミングの実際値はクランク軸センサのパルス信号とカム軸センサのパルス信号との位相のずれから計算される。
ＯＣＶ駆動デューティ＝制御基準デューティ＋制御量  ・・・（１）
【００２１】
ＥＣＵ４０は、ＯＣＶ１０の保持デューティを制御基準デューティとして設定する。保持デューティは、ＶＶＴ２０を動作させないためのＯＣＶ駆動デューティであるが、その値は内燃機関の運転条件によって変動する。しかし、保持デューティをリアルタイムで計測することはできない。また、バルブタイミングを制御する中で保持デューティを学習するにしても、内燃機関の全ての運転条件について細かく学習することは難しい。
【００２２】
そこで、本実施の形態では、ある時点の運転条件における保持デューティを学習し、その学習値を基準にして現時点の運転条件における保持デューティの値を推定する。なお、本発明を実施するにあたっては保持デューティの学習方法には限定はなく、従来提案されている方法の何れを用いてもよい。一例としては、目標バルブタイミングが一定時間を超えて変化していない状態で、実際のバルブタイミングにも一定時間を超えて変化がないとき、その時点でのＯＣＶ駆動デューティを保持デューティとして学習することができる。
【００２３】
保持デューティに与える影響が最も大きい内燃機関の運転条件は、ＶＶＴ２０に供給されるオイルの温度である。ＶＶＴ２０は、油室２６，２８内のオイルを介してクランク軸の回転をカム軸に伝達しているが、カム軸からはカムフリクションによる反力が作用している。この反力はＶＶＴ２０の進角室２６に作用し、進角室２６内からのオイルの漏れを促している。このとき単位力当たりで発生するオイルの漏れ量はオイルの粘度が低いほど大きくなるが、その粘度を左右するのが油温である。オイルの粘度には温度依存性があり、油温が高くなるほど粘度は低下する。したがって、油温が高くなるほどＶＶＴ２０からのオイルの漏れ量は多くなる。
【００２４】
ＶＶＴ２０の進角室２６からオイルが漏れると、進角室２６の縮小に伴ってＶＶＴ２０は遅角側に変位することになる。そのときの変位速度は単位時間当たりのオイルの漏れ量が多いほど大きくなり、その漏れ量は油温によって決まる。図２は、カムフリクションによって発生するＶＶＴ２０の変位速度と油温との関係を示すグラフである。この図に示すように、粘度が高い低油温状態（内燃機関の冷間始動時に相当）ではカムフリクションによる変位速度の発生は無視できるが、油温が高くなると遅角側への変位速度が発生し、その大きさは油温の上昇に伴って急激に増大していく。
【００２５】
カムフリクションによって発生するＶＶＴ２０の変位速度は、ＶＶＴ２０の制御特性に影響する。図３は、ＶＶＴ２０の制御特性をＶＶＴ２０の変位速度とＯＣＶ駆動デューティとの関係で示す特性線図である。図３中には低油温状態での制御特性と高油温状態での制御特性とを併せて示している。いずれの制御特性においても、ＯＣＶ駆動デューティの変化に対して変位速度の変化が小さいデューティ域、すなわち、不感帯が存在している。低油温状態では不感帯のほぼ中心に保持デューティが位置するが、高低油温状態では保持デューティは不感帯の中心デューティよりも低デューティ側に移動する。これは、前述のように、油温が高くなるとカムフリクションによる遅角側（図３のグラフでは負側）への変位速度が発生し、ＶＶＴ２０の制御特性を示す線図が全体として遅角側へずれるからである。
【００２６】
ＶＶＴ２０の制御特性を示す線図は、油温によらず略一定の形状であって縦軸上における位置が油温によって異なるだけである。したがって、図３に示す低温状態での制御特性を基準にしたとき、保持デューティの不感帯中心デューティからの変位量はカムフリクションによる遅角側への変位速度に比例する。そして、その比例係数は、ある油温における保持デューティの値とそのときのＶＶＴ２０の変位速度とが分かれば計算で求めることができる。前述のように、ある油温における保持デューティの値は学習により求めることができる。また、図２に示すＶＶＴ２０の変位速度と油温との関係は、予め実験によって求めることができる。
【００２７】
そこで、本実施の形態では、現時点の油温における保持デューティを次の式（２）に従って計算で求めることにした。なお、式（２）における不感帯中心デューティは予め実験によって求めておいた値でもよいし、バルブタイミング制御を行う中で学習した値でもよい。本発明を実施するにあたっては不感帯中心デューティの学習方法には限定はなく、従来提案されている方法の何れを用いてもよい。
保持デューティ＝（学習した保持デューティ−不感帯中心デューティ）
／学習時油温の補正係数×現在油温の補正係数＋不感帯中心デューティ
・・・（２）
【００２８】
上記式（２）において、補正係数は図４に示すマップから求められる。このマップは、油温と補正係数との関係を規定したものであって、図２に示す実験結果に基づいて作成されている。このマップでは、低油温状態（内燃機関の冷間始動時に相当）では補正係数はゼロに設定され、油温の上昇に応じて補正係数も大きな値に設定されるようになっている。ただし、油温が所定値以上のときには補正係数は最大値１に固定される。
【００２９】
ＥＣＵ４０は、内燃機関の始動後、ある時点において保持デューティを学習する。その学習時点は油温が十分に上昇している内燃機関の暖気後でよい。そして、学習したときの油温に応じた補正係数を図４に示すマップから求め、補正係数と保持デューティの学習値とをＥＣＵ４０のメモリ４２に記憶する。メモリ４２には、不感帯中心デューティの値も記憶されている。油温はオイルポンプ３０とＯＣＶ１０とを繋ぐ油路に設けられた油温センサ４４によって計測することができる。
【００３０】
制御基準デューティの設定時には、ＥＣＵ４０は、保持デューティの学習値と学習時油温の補正係数と不感帯中心デューティとをメモリ４２から読み出して上記式（２）に代入する。また、現在の油温に応じた補正係数を図４に示すマップから求め、これも上記式（２）に代入する。そして、上記式（２）により計算される保持デューティを制御基準デューティとして設定し、上記式（１）に従ってＯＣＶ駆動デューティを算出する。
【００３１】
上記式（２）により計算される保持デューティを制御基準デューティとして設定することで、現在の油温が学習時の油温に等しいときには、保持デューティの学習値が制御基準デューティとして設定される。また、現在の油温が学習時の油温よりも低いときには、現在の油温が学習時の油温よりも低いほど、保持デューティの学習値よりも不感帯中心デューティのほうへ近づけて制御基準デューティが設定されることになる。そして、現在の油温がある温度よりも低いときには、図４に示すマップから求まる補正係数はゼロになることから、不感帯中心デューティが制御基準デューティとして設定される。
【００３２】
現在の油温と学習時の油温とが異なる場合には、学習した保持デューティと実際の保持デューティとにはずれが生じる。しかし、本実施の形態のバルブタイミング制御装置によれば、油温に応じて発生するＶＶＴ２０の変位速度を考慮することによって、学習値と油温とから実際の保持デューティを正確に推定計算することができる。本実施の形態のバルブタイミング制御装置では、こうして得られた実際の保持デューティに合わせて制御基準デューティが設定されるので、学習時の油温がバルブタイミング制御の制御性に与える影響を低減することができる。
【００３３】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、本発明は吸気バルブ用のバルブタイミング制御装置にも適用することができる。その場合は、ＯＣＶ１０のＢポートをＶＶＴ２０の進角室２６に接続し、Ａポートを遅角室２８に接続した構成とすればよい。
【００３４】
また、上述の実施の形態では油温センサ４４によって油温を直接取得しているが、水温センサによって計測した内燃機関の冷却水温から油温を推定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明が適用されるバルブタイミング制御装置の油圧制御系の概略構成を示す図である。
【図２】カムフリクションによって発生するＶＶＴの変位速度と油温との関係を示すグラフである。
【図３】ＶＶＴの制御特性をＶＶＴの変位速度とＯＣＶ駆動デューティとの関係で示す特性線図である。
【図４】保持デューティの計算に使用する補正係数を油温から求めるためのマップを示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ＯＣＶ
１２  スプール
１４  ソレノイド
１６  スプリング
１８  スリーブ
２０  ＶＶＴ
２２  ハウジング
２４  ベーン体
２６  進角室
２８  遅角室
３０  オイルポンプ
３２  オイルタンク
４０  ＥＣＵ
４２  メモリ
４４  油温センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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