(57)【要約】【課題】可変動弁機構の制御する際に、機構の状態量に伴う機構特性変化に着目して機構の制御性の悪化を防止、改善すること。【解決手段】内燃機関の吸排気バルブ作動特性を変化させる可変動弁機構の制御装置において、機構の状態量の取得と目標量の設定を行う状態量取得手段S1002と目標設定手段S1001と、取得状態量と目標状態量を元に機構が追従目標とする状態量軌道を設定する応答性変更手段S1003と、状態量軌道と取得状態量の差によって機構への指令操作量を算出する操作量算出手段S1004と、を備え、応答性変更手段S1003は、状態量（例、動作速度）に伴って変化する可変動弁機構の機構特性（例、摺動抵抗など）を所定範囲内に収めるように、状態量軌道を設定すること。【選択図】図１０
2009047128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの作動特性を変化させる可変動弁機構の制御装置において、
前記可変動弁機構の状態量を取得する状態量取得手段と、
前記可変動弁機構の目標状態量を設定する目標設定手段と、
前記取得した状態量と前記目標状態量に基づいて、前記可変動弁機構が追従目標とする状態量軌道を設定する応答性変更手段と、
前記状態量軌道と前記取得した状態量とを入力信号として２つの入力信号の差に応じたフィードバック制御により、前記可変動弁機構への指令値である操作量を算出する操作量算出手段と、を備え、
前記応答性変更手段は、状態量に伴って変化する可変動弁機構の機構特性を所定範囲内に収めるように、前記状態量軌道を設定する
ことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記状態量は可変動弁機構の動作速度を対象とし、前記機構特性は可変動弁機構の摺動抵抗を対象とし、前記機構特性の所定範囲は制御設計時の所定の摺動抵抗値を含めた所定の範囲である
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または２において、
前記応答性変更手段は、遅れモデルにより前記状態量軌道を設定し、前記目標状態量と前記所得した状態量に基づいて前記遅れモデルの時定数を変化させることによって前記状態量軌道の設定を変える
ことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項４】
内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの作動特性を変化させる可変動弁機構の制御装置において、
前記可変動弁機構の状態量を取得する状態量取得手段と、
前記可変動弁機構の目標状態量を設定する目標設定手段と、
前記取得した状態量と前記目標状態量に基づいて、前記可変動弁機構が追従目標とする状態量軌道を設定する応答性変更手段と、
前記状態量軌道と前記取得した状態量とを入力信号として２つの入力信号の差に応じたフィードバック制御により、前記可変動弁機構への指令値である操作量を算出する操作量算出手段と、を備え、
前記応答性変更手段は、前記目標状態量に徐々に近づく１つ以上の中間の目標状態量を決めるように、前記状態量軌道を設定する
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４において、
前記１つ以上の中間の目標状態量は階段状パターンからなり、同一の階段高さをもつパターンと階段高さの異なるパターンを形成する
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５において、
前記目標設定手段からの目標状態量と前記状態量取得手段から取得した状態量との差である動作量に基づいて前記中間の状態量軌道を決めるか否かを判定する動作量判定手段を設け、
前記動作量判定手段は、前記動作量が所定値に達しない場合には目標状態量を状態量軌道として設定する
ことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至６において、
前記可変動弁機構の動作方向の差異によって前記状態量軌道の設定を補正する動作方向補正手段を設けることを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項８】
内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの作動特性を変化させる可変動弁機構の制御装置において、
前記可変動弁機構の状態量を取得する状態量取得手段と、
前記可変動弁機構の目標状態量を設定する目標設定手段と、
前記取得した状態量と前記目標状態量に基づいて、前記可変動弁機構が追従目標とする状態量軌道を設定する応答性変更手段と、
前記状態量軌道と前記取得した状態量とを入力信号として２つの入力信号の差に応じたフィードバック制御により、前記可変動弁機構への指令値である操作量を算出する操作量算出手段と、を備え、
前記状態量取得手段で取得した状態量が許容範囲を超えたことを判定する状態量判定手段を設け、
前記状態量判定手段が前記許容範囲を超えたことを判定した時点で、前記応答性変更手段は、前記取得した状態量が許容範囲を超えないように前記状態量軌道を再設定する
ことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１つの請求項において、
前記状態量取得手段は、前記可変動弁機構の動作を表現するモデルを用いて計算機で計算した状態量推定値を状態量として取得する状態量推定手段を用いる
ことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１つの請求項に記載された前記可変動弁機構の制御装置と、可変動弁機構と、を備えた可変動弁システム。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれか１つの請求項に記載された前記可変動弁機構の制御装置と、可変動弁機構と、を備えた車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの作動特性（開閉タイミングやリフト量など）を変化させることで、開閉タイミング（バルブタイミング）制御とバルブリフト制御の少なくとも一方を行う可変動弁機構の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の可変動弁機構は機構の動作に伴って摺動抵抗などの機構特性が変化する。また、可変動弁機構の制御には、目標作動特性と現在の作動特性の偏差に基づくＰＩＤ制御によってアクチュエータの操作量を算出するフィードバック制御を行うのが一般的である。
【０００３】
しかし、ＰＩＤ制御により算出される操作量は、機構特性が変化しないことを前提としているため、機構特性変化時に狙い通りの出力を得ることができず、可変動弁機構の制御性が悪化するという課題が生じていた。
【０００４】
上述の課題を解決するための従来技術として、例えば、特許文献１には、クランクシャフトとカムシャフトの回転位相センサの検出周期を短くすることで、精確なフィードバック制御を高速に実行する制御装置を提案しており、制御性の悪化を軽減している。また、特許文献２には、制御対象の出力の目標値へのオーバーシュートおよび追従遅れを調整するために、制御対象に印加される制御入力を算出するコントローラが制御出力の変化の相対速度を変更するパラメータをもち、このパラメータを制御出力の目標値と現在値の差に応じて値を切換えて、制御入力を算出することが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２９９６４０号公報
【特許文献２】特開２００６−３０７７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に示されるような従来技術では、高精細な回転位相センサを設けることが前提となっており、コスト高につがるという不都合さが存在する。また、特許文献２に示す技術では、目標値と制御入力の変化の相対速度を変更するパラメータに基づいて制御入力の変化速度を調整して、制御出力の変化速度を変更している。しかし、低速動作時には摺動抵抗が大きく、高速動作時には摺動抵抗が小さいような機構特性の制御対象を制御出力のオーバーシュートおよび追従遅れなく十分な応答性を引き出して制御する場合には、制御出力変化速度を変更するパラメータを複数設定して、制御出力の変化速度を細かく制御する必要がある。このためエンジンコントロールユニットの計算負荷およびメモリ使用量が増大する問題がある。また、前記パラメータの同定に工数がかかるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、アクチュータの出力を制御して吸気バルブまたは排気バルブの作動特性を変化させる可変動弁機構を制御する際に、機構の状態量（例、動作速度）に伴う機構特性（例、摺動抵抗など）変化に着目して機構の制御性の悪化を防止、改善する可変動弁機構の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの作動特性を変化させる可変動弁機構の制御装置において、
前記可変動弁機構の状態量を取得する状態量取得手段と、
前記可変動弁機構の目標状態量を設定する目標設定手段と、
前記取得した状態量と前記目標状態量に基づいて、前記可変動弁機構が追従目標とする状態量軌道を設定する応答性変更手段と、
前記状態量軌道と前記取得した状態量とを入力信号として２つの入力信号の差に応じたフィードバック制御により、前記可変動弁機構への指令値である操作量を算出する操作量算出手段と、を備え、
前記応答性変更手段は、状態量に伴って変化する可変動弁機構の機構特性を所定範囲内に収めるように、前記状態量軌道を設定する構成とする。
【０００８】
また、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの作動特性を変化させる可変動弁機構の制御装置において、
前記可変動弁機構の状態量を取得する状態量取得手段と、
前記可変動弁機構の目標状態量を設定する目標設定手段と、
前記取得した状態量と前記目標状態量に基づいて、前記可変動弁機構が追従目標とする状態量軌道を設定する応答性変更手段と、
前記状態量軌道と前記取得した状態量とを入力信号として２つの入力信号の差に応じたフィードバック制御により、前記可変動弁機構への指令値である操作量を算出する操作量算出手段と、を備え、
前記応答性変更手段は、前記目標状態量に徐々に近づく１つ以上の中間の目標状態量を決めるように、前記状態量軌道を設定する構成とする。
【０００９】
また、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの作動特性を変化させる可変動弁機構の制御装置において、
前記可変動弁機構の状態量を取得する状態量取得手段と、
前記可変動弁機構の目標状態量を設定する目標設定手段と、
前記取得した状態量と前記目標状態量に基づいて、前記可変動弁機構が追従目標とする状態量軌道を設定する応答性変更手段と、
前記状態量軌道と前記取得した状態量とを入力信号として２つの入力信号の差に応じたフィードバック制御により、前記可変動弁機構への指令値である操作量を算出する操作量算出手段と、を備え、
前記状態量取得手段で取得した状態量が許容範囲を超えたことを判定する状態量判定手段を設け、
前記状態量判定手段が前記許容範囲を超えたことを判定した時点で、前記応答性変更手段は、前記取得した状態量が許容範囲を超えないように前記状態量軌道を再設定する構成とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、動作速度を一例とする状態量に伴って変化する可変動弁機構の機構特性（例、摺動抵抗）を、制御ロジック設計時の機構特性近傍の所定範囲内に収めるように、状態量軌道を設定することによって、実際の機構特性が制御装置の前提としている機構特性から大きく離れることを回避し、制御性の悪化を防止することができる。また、機構特性を所定範囲に収めるように制御ロジックを設計することにより、目標状態量の軌道を容易に、かつ、制御精度が高くなるように設定でき、制御ロジック設計を見通しよく実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
「第１の実施形態」
図１は、本発明の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置を搭載した車輌の内燃機関の基本的構成を示す図である。本実施形態に関する内燃機関の基本構成は、エンジン１０１とエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４と可変動弁機構（機構の一例である可変バルブタイミング機構１１３）と制御装置とからなる。なお、制御装置はＥＣＵ１１４に実装されることを想定しているが、同等の機能を有する電子回路として独立させても良い。
【００１２】
まず、図１を用いて内燃機関の構成を説明すると、エンジン１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。燃焼排気は、燃焼室１０６から排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。
【００１３】
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、可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）１１３が設けられている。この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１０５の開閉タイミングを変化させる機構であり、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（ＶＴＣ）を採用する。このＶＴＣの詳細な構造は後述する図４〜図７に示すが、上述した特許文献１に開示されように公知の機構である。図１に示す本実施形態では、吸気バルブ１０５側にのみＶＴＣ１１３を備える構成としたが、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を備える構成であっても良い。
【００１４】
また、各気筒の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられ、燃料噴射弁１３１は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動されると、所定圧力に調整された燃料を吸気バルブ１０５に向けて噴射する。ＥＣＵ１１４には、各種センサからの検出信号が入力され、検出信号に基づく演算処理によって、電子制御スロットル１０４、ＶＴＣ１１３及び燃料噴射弁１３１を制御する。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ＡＰＳ１１６、エンジン１０１の吸入空気量Ｑａ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１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、エンジン１０１の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、吸気側カムシャフト１３４からカム角９０°（クランク角１８０°）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が設けられている。
【００１５】
なお、エンジン回転速度Ｎｅは、前記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。
【００１６】
ここで、本実施形態に係る可変動弁機構の一構成例であるＶＴＣ１１３の回転位相の検出方法を説明する。回転位相は、クランク角センサ１１７の基準クランク角信号ＲＥＦと単位角度信号ＰＯＳとカムセンサ１３２の基準カム角信号ＣＡＭとを用いて、ＥＣＵ１１４により計算される。図２は、本実施形態に係る可変動弁機構の制御装置に用いられるクランク角センサ１１７（図２（ａ）を参照）とカムセンサ１３２（図２（ｂ）を参照）の検出構成を示す図である。図２（ａ）において、クランク角センサ１１７は、クランク用近接センサ１１７ａとクランクシャフト１２０の端部に同軸に取り付けられたクランク用円盤１１７ｂとを備える。クランク用円盤１１７ｂにはクランクシャフト１２０の回転を検出するために略等間隔で配置されたターゲット１１７ｃが配されている。このターゲット１１７ｃをクランク用近接センサ１１７ａで検出することで、クランクシャフト１２０の回転角ＰＯＳを取得する。なお、クランク角１８０゜毎の基準回転角においてＲＥＦを検出する。
【００１７】
図２（ｂ）に示すカムセンサ１３２は、カム用近接センサ１３２ａとカムシャフト１３４の端部に同軸に取り付けられたカム用円盤１３２ｂとを備える。カム用円盤１３２ｂにはカムシャフト１３４の回転を検出するために略等間隔で配置されたターゲット１３２ｃが配されている。ターゲット１３２ｃの配置間隔は、３６０゜をカム軸一本あたりの気筒数で割った値である。すなわち、直列４気筒では９０゜間隔であり、Ｖ型６気筒では１２０゜間隔である。このターゲット１３２ｃをカム用近接センサ１３２ａで検出することでカムシャフト１３４の基準カム角信号ＣＡＭを取得する。
【００１８】
図３は、基準カム角信号ＣＡＭ、基準クランク角信号ＲＥＦ、及び単位クランク角度毎の単位角度信号ＰＯＳのタイミングチャートを示す図である。位相θｄｅｔ（クランクシャフトとカムシャフトとの間の位相差）は、カム用近接センサ１３２ａがターゲット１３２ｃを検出し基準カム角信号ＣＡＭを更新したタイミングから、クランク角センサ１１７が基準クランク角信号ＲＥＦを検出したタイミング間の、単位角度信号ＰＯＳをカウントすることで、ＥＣＵ１１４により検出される。
【００１９】
従来、クランク角センサ１１７はエンジンの回転数を取得するのに用いられていたセンサであり、多くの自動車に装備されているカムセンサ１３２は気筒判別に用いられていたセンサであり、多くの自動車に装備されている。従って、回転位相を検出するのにクランク角センサ１１７とカムセンサ１３２を用いることで、新規のセンサを導入しなくて済み、コストの増大を抑えることができるという利点がある。しかし、前述のように、カムシャフト１３４の回転角は検出に時間がかかる仕様である。従って、回転位相の検出周期が、制御周期と比べて、長い傾向がある。このため、新しく回転位相が検出されるまでは、回転位相は過去の値を用いて制御することになる。よって、単位時間当たりの制御回数が十分ではなく、ＶＴＣ１１３の制御性が悪化し易いという課題が存在していた。
【００２０】
次に、本実施形態に係る可変動弁機構の一構成例であるＶＴＣ１１３の構成を、図４〜図７に基づいて説明する。図４は本実施形態に係る可変動弁機構の一構成例である可変バルブタイミング機構の断面構成を示す図である。図５は図４のＡ−Ａ断面であって最遅角状態を示す図である。図６は図４のＢ−Ｂ断面示す図である。図７は図４のＡ−Ａ断面であって最進角状態を示す図である。
【００２１】
ＶＴＣ１１３は、前記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（駆動回転体）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。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に連係される。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４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組付角操作機構３０４と操作力付与手段３０５の前面と周域を覆う。図５は図４のＡ−Ａ断面に相当し、図６は図４のＢ−Ｂ断面に相当する。
【００２２】
タイミングスプロケット３０２は、段差状の挿通孔３０６を備えた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、挿通孔３０６部分が、カムシャフト１３４の前端部に結合された従動軸部材３０７（従動回転体）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５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（径方向ガイド）がタイミングスプロケット３０２のほぼ半径方向に沿うように形成されている。
【００２３】
従動軸部材３０７は、図４に示すように、軸芯部を貫通するボルト３１０によってカムシャフト１３４に結合されている。また、カムシャフト１３４の前端部に突き合される基部側外周に拡径部３０７ａが形成されると共に、その拡径部よりも前方側の外周面に放射状に突出する３つのレバー（突起部）３０９が一体に形成されている。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る。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円柱状の突出部３１３が一体に形成されている。各リンク３１１は、各突出部３１３が対応する径方向溝３０８に係合した状態において、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回動する。
【００２４】
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（渦巻き状ガイド）に係合する球面突起３１６ａを有する係合ピン３１６（転動部材）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、フランジ部３１８ａを有する円板状の中間回転体３１８が、軸受３３１を介して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。
【００２５】
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。
【００２６】
組付角操作機構３０４は、前記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ている。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（従って、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。
【００２７】
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ブレーキ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。
【００２８】
ゼンマイばね３１９は、タイミングスプロケット３０２に一体に取り付けられた円筒部材３２１にその外周端部が結合される一方で、内周端部が中間回転体３１８の円筒状の基部に結合され、全体が中間回転体３１８のフランジ壁３１８ａの前方側スペースに配置されている。ヒステリシスブレーキ３２０は、中間回転体３１８の前端部にリテーナプレート３２２を介して取り付けられた有底円筒状のヒステリシスリング３２３と、非回転部材である図外のＶＴＣカバーに回転を規制した状態で取り付けられた磁界制御手段としての電磁コイル３２４と、電磁コイル３２４の磁気を誘導する磁気誘導部材であるコイルヨーク３２５と、を備える。そして、ＥＣＵ１１４が、内燃機関１０１の運転状態に応じて前記電磁コイル３２４への印加電圧Ｖｉを制御することで回転位相を制御する。
【００２９】
本実施形態に係るＶＴＣ１１３は上述したような構成となっており、機関回転中（例えば、停止中のアイドル運転中）にヒステリシスブレーキ３２０の電磁コイル３２４への印加電圧Ｖｉがオフされると、ゼンマイばね３１９の力によって中間回転体３１８がタイミングスプロケット３０２に対して機関回転方向に最大に回転される（図４を参照）。これにより、クランクシャフト１２０に対するカムシャフト１３４の回転位相はバルブタイミングが最も遅れる最遅角側（吸気バルブ１０５のバルブタイミングは最遅角タイミング）に維持される（図示の例で球面突起３１６ａが最外側）。
【００３０】
最遅角状態から回転位相を最進角側に変更すべき指令がＥＣＵ１１４から発されると、ヒステリシスブレーキ３２０の電磁コイル３２４への印加電圧Ｖｉが増大して、ゼンマイばね３１９の力に抗する制動力が中間回転体３１８に付与される。これにより、中間回転体３１８がタイミングスプロケット３０２に対して回転移動し、それによってリンク３１１の先端の係合ピン３１６が渦巻き溝３１５に誘導されてリンク３１１の先端部が径方向溝３０８に沿って変位し、図７に示すように、リンク３１１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の組付角が最進角側に変更される。
【００３１】
この結果、回転位相はバルブタイミングが最も進む最進角側（吸気バルブ１０５のバルブタイミングは最進角タイミング）に変更される。また、このＶＴＣ１１３によって変更される（クランクシャフトに対するカムシャフト１３４の）回転位相は、以上説明した最遅角と最進角の二種の位相ばかりでなく、ヒステリシスブレーキ３２０への印加電圧Ｖｉの制御によって任意の位相に変更することができ、ゼンマイばね３１９の力とヒステリシスブレーキ３２０の制動力のバランスによってその位相を保持することもできる。
【００３２】
なお、前述のように、本実施形態に係る可変動弁機構ＶＴＣ１１３は渦巻き溝３１５と係合ピン３１６の接触位置を変えることで、回転位相を変化させる。したがって、渦巻き溝３１５と係合ピン３１６の相対速度、つまり、ＶＴＣ１１３の動作速度に応じて渦巻き溝３１５と係合ピン３１６間の摺動抵抗が変化する。このため、ＶＴＣ１１３の機構特性は、ＶＴＣ１１３の動作速度に依存して変化する。この他にも、ＶＴＣ１１３の機構特性を変化させるものとして、例えば、電磁コイル３２４がある。電磁コイル３２４は、その温度により抵抗値などが変化し、ヒステリシスブレーキ３２０の制動力が変化する。温度は電磁コイル３２４自身の発熱で変化する。従って、電磁コイルへの印加電圧Ｖｉの持続時間に依存して、ヒステリシスブレーキ３２０の制動力が変化する。
【００３３】
次に、本発明の実施形態に係る可変動弁機構（以下、単に機構と称することもある）の制御装置について説明する。本実施形態の目的は、可変動弁機構動作時の制御性の悪化を抑えることである。本実施形態は、状態量に伴って変化する機構特性の影響で、可変動弁機構の制御性が悪化しやすいという特性に着目したものである。変化する機構特性の例としては、渦巻き溝３１５と係合ピン３１６間の摺動抵抗やヒステリシスブレーキ３２０の制動力などがある。また、状態量の例としては動作速度や加速度、アクチュエータ（操作力付与手段）の温度、アクチュエータへの指令などがある。制御性悪化の主な原因に、制御ロジック設計時に前提とした機構特性と実際の動作時の機構特性とのずれがある。
【００３４】
本実施形態においては、変化する機構特性は摺動抵抗とし、変化を伴う状態量は可変動弁機構の動作速度とする。図８に、可変動弁機構の動作速度と、摺動抵抗との関係を示す。図８に示すように、低速動作では摺動抵抗が大きく、それ以外では小さい特性である。一方、ＥＣＵ１１４では、通常、機構特性が一定である前提の下に設計された制御ロジックで操作量を計算する。つまり、可変動弁機構の機構特性が変化している場合であっても、目標とする操作力を発揮するために、所定の機構特性（例えば図８の破線）であるとの認識の下、操作量を計算し、アクチュエータに出力する。しかし、実際には機構特性にずれがあるので、最適な操作力を発揮できない。このような場合であっても、フィードバック制御により、最終的には目標とする操作力を発揮するようになる。しかし、その過程でオーバーシュートが出たり、応答が振動的になったりするなど、制御性が悪化することになる。
【００３５】
制御性が、良好な例として目標位相と現状の位相の差が小さい動作を図９（ａ）に示し、悪化する例として目標位相と現状の位相の差が大きい動作を図９（ｂ）に示す。図９（ａ）は制御系を設計した機構特性と実際の特性が近いため、オーバーシュートなく良好な制御性を示している。図９（ｂ）では、動作範囲が広がったことで、動作速度の変化の幅が広がっている。このため、機構特性も大きく変化してしまっている。この機構特性変化に起因して、オーバーシュートするなど、制御性が悪化する。
【００３６】
本実施形態が達成しようとする狙いは、実際の機構特性を、ＥＣＵ１１４が認識している機構特性と近い特性に収めるようにＶＴＣ１１３を制御することである。具体的には、機構特性変化をもたらす状態量を所定範囲に収めるように制御するというものである。本実施形態を適用することにより、各種条件での制御ゲイン変更など複雑な計算をせずに、ＶＴＣ１１３の制御性の悪化を防止することができる利点がある。
【００３７】
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における構成例を示すブロック図である。なお、本実施形態における構成例では、説明を簡略化するため、目標設定手段Ｓ１００１で設定される目標状態量および状態量取得手段Ｓ１００２で取得される状態量（例、動作速度）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（動作速度を求めるために回転位相を検出し利用する）とする。しかし、本実施形態の目標状態量及び状態量は位相に限定されるものではなく、例えばＶＴＣ１１３の動作速度・加速度、アクチュエータの温度、アクチュエータへの指令Ｖｉなどの機構特性変化を伴う状態量を用いても良いし、複数でも良い。
【００３８】
本実施形態に係る可変動弁機構の制御装置は、内燃機関の運転状態からＶＴＣ１１３の目標状態量（θｔｇ１）を設定する目標設定手段Ｓ１００１と、例えばクランク角センサ１１７がクランクシャフト１２０の基準クランク角信号ＲＥＦを取得してからカムセンサ１３２がカムシャフト１３４の基準カム角信号ＣＡＭを取得するまでのクランクシャフト単位角度信号ＰＯＳをカウントして回転位相を取得するようにＶＴＣ１１３の状態量（θｏｂｓ）を取得する状態量取得手段Ｓ１００２と、θｔｇ１とθｏｂｓに基づいてＶＴＣ１１３が追従する状態量軌道θｋｈを設定する応答性変更手段Ｓ１００３と、ある瞬間でのθｋｈとθｏｂｓの差に基づいて操作量Ｕを算出する操作量算出手段Ｓ１００４と、Ｓ１００４により算出された操作量Ｕに基づいて印加される電圧Ｖｉにより回転位相（以下、単に位相）を変化させる可変動弁機構Ｓ１００５（ＶＴＣ１１３）とからなる。
【００３９】
なお、ＶＴＣ１１３の構成によっては、この構成に図１０に点線で示すような、動作方向補正手段Ｓ１００６（詳細は後述）を備えることで、制御性を向上することができる。ここで、図１０に示される位相（バルブタイミング）制御は、エンジンのキーがＯＮにされると開始され、所定時間（例えば１０ｍｓ）毎に実行される。
【００４０】
本実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における処理の流れを、図１１のフローチャートを用いて説明する。この制御ルーチンでは、まず、Ｓ１１０１とＳ１１０２で、目標設定手段Ｓ１００１により、内燃機関１０１の運転状態に基づいて吸気バルブ１０５の目標状態量θｔｇ１を設定する。θｔｇ１は、例えば、エンジン回転数Ｎｅと冷却水温度Ｔｗと機関負荷を示す指標である吸入空気量Ｑａに基づいて、あらかじめ同定した目標状態量のマップを参照して設定される。
【００４１】
Ｓ１１０３では状態量取得手段Ｓ１００２がＶＴＣ１１３の状態量θｏｂｓを現在値θｏｂｓｎとして取得する。なお、状態量取得手段Ｓ１２０２は、センサでも良いし、ＶＴＣ１１３の状態量を推定する状態推定器でも良い。この状態推定器の構成は後述する。
【００４２】
Ｓ１１０３にて現在状態量を取得した後、応答性変更手段Ｓ１００３により実行されるＳ１１０４〜Ｓ１１１１に進む。なお、点線で示すＳ１１０７〜Ｓ１１０８は動作方向補正手段Ｓ１００６により実行される。応答性変更手段Ｓ１００３は、ＶＴＣ１１３の動作速度が、制御ロジック設計時の機構特性付近に実際の機構特性を収められる範囲となるように、状態量軌道を設定する。状態量軌道を設定するタイミング（図１０に示すｔ０）は、目標状態量θｔｇ１が変化するタイミングとする。また、本実施形態に関する状態量軌道を設定するモデル（以下、規範モデル）は、数式１に示すようなＶＴＣ１１３の応答を近似した２次遅れモデルを想定する。しかし、本実施形態はこれに限定されない。
【００４３】
Ｌ［θｋｈｂ］＝Ｌ［θｔｇ１−θｏｂｓｓ］×ωｎ２／（ｓ２＋２×ζ×ωｎ×ｓ＋ωｎ２）  （数式１）
ただし、Ｌはラプラス演算子であり、θｏｂｓｓは目標状態量変化時のＶＴＣ１１３の状態量（初期状態量）とする。なお、オーバーシュートを回避するためにζは１とする。応答性の設定はωｎ（応答性を規定する周知のパラメータの一つである）で行う。
【００４４】
まず、Ｓ１１０４では、応答性変更手段Ｓ１００３により、目標状態量が変化したかを次式で判定する。
【００４５】
｜θｔｇ１−θｔｇ１ｚ｜＞０  （数式２）
ただし、θｔｇ１ｚはθｔｇ１の前回値を示す。なお、以下での時間のカウントは、通常目標位相θｔｇ１が変更されたタイミングをＴ＝０とする。Ｓ１１０４で数式１を満たすとＳ１１０５に進む。Ｓ１１０５では、目標変化時のθｏｂｓｎを初期状態量θｏｂｓｓとして取得する。Ｓ１１０６ではＶＴＣ１１３が動作すべき動作量θｍを数式３により計算する。
【００４６】
θｍ＝θｔｇ１−θｏｂｓｓ  （数式３）
Ｓ１１０９〜Ｓ１１１０では規範モデルの応答時定数を設定する。図１２に、ωｎをパラメータとしたときの応答性と位相θ、動作速度θ’、摺動抵抗Ｒとの関係を示す。図１２（ａ）の実線１２０１と１点鎖線１２０２は制御系設計時の機構特性を基にして決めた時定数の規範モデルにより計算した状態量軌道である。実線は目標位相と現状の位相の差が小さい動作量のときであり、１点鎖線は目標位相と現状の位相の差が大きい動作量のときである。破線は、動作中の機構特性が、制御系設計時の機構特性に収まるように、時定数（動作速度）を調整した規範モデルである。すなわち、実線１２０１と一点鎖線１２０２はωｎが同一、破線１２０３は他とωｎが異なる。ωｎを変更すると時定数が調整されることとなる。
【００４７】
また、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のように動作したときの動作速度を示している。図１２（ｃ）は、このときの摺動抵抗である。１２０２のように１２０１と同じ時定数で規範モデルを設定すると、動作速度が出すぎる。この動作速度に起因して、１２０２の摺動抵抗が１２０１の摺動抵抗の範囲から逸脱する。この摺動抵抗の逸脱により、ＶＴＣ１１３の制御性が悪化する。
【００４８】
応答性変更手段は１２０３のように規範モデルの応答性を変更して、動作速度と摺動抵抗が１２０１の範囲に収まるようにする（図１２（ｃ）に示す摺動抵抗における点線で示す縦軸範囲に収める）。これにより機構特性の変化を所定範囲に収めることができ、制御性の悪化を防止できる。動作速度の範囲は、下限がＶＴＣ１１３の動作停止時の０であり、上限を設定すればよい。動作速度の上限は動作量θｍと規範モデルの最大応答速度Ｖの積で決まる。
【００４９】
図１３（ａ）にωｎを変えたときの規範モデルの応答波形の例を示す。１点鎖線、破線、実線の順にωｎが大きくなる。このように、ωｎを大きくすると応答速度も大きくなり、ωｎを小さくすると応答速度が小さくなる。すなわち、図１０に示す応答性変更手段に描かれた応答曲線の傾きがωｎを変えることで変更されるのである。図１３（ｂ）にωｎと規範モデルの最大応答速度Ｖの関係を示す。ＶＴＣ１１３の最大動作速度θ‘は、最大応答速度Ｖと動作量θｍの積となる（θ’＝θｍ×Ｖ）。従って、ＶＴＣ１１３の動作速度を許容最大動作速度θ’ｍａｘａ以下にするには、Ｖが数式４を満たすようにωｎを決めればよい。
【００５０】
θ’ｍａｘａ≧Ｖ×｜θｍ｜  （数式４）
なお、θ’ｍａｘａはあらかじめ摺動抵抗と動作速度、所望の制御性の関係から実験などで決めておく。本実施形態では、数式５を満たすようにωｎを設定する。
【００５１】
θ’ｍａｘａ＝Ｖ×｜θｍ｜  （数式５）
Ｓ１１０９ではＶを算出する。Ｓ１１１０では、図１３（ｂ）に示すようなマップをあらかじめ算出しておき、このマップとＳ１１０９のＶに基づいてωｎを決定する。なお、このマップは規範モデルの運動方程式を解くことで容易に計算できる。Ｓ１１１１では数式１から計算されるθｋｈｂと初期状態量θｏｂｓｓとを足して状態量軌道θｋｈを計算する。
【００５２】
Ｓ１１１２〜１１１４は、操作量算出手段により実行され、ＶＴＣ１１３へ入力する操作量Ｕを計算する。本実施形態での操作量の計算はＰＩＤ制御を採用するが、本実施形態はこれに限定されるものではない。まず、Ｓ１１１２では、操作量算出手段への入力信号として、状態量軌道θｋｈと現在状態量θｏｂｓｎの差Ｅｒを計算する。
【００５３】
Ｅｒ＝θｋｈ−θｏｂｓｎ  （数式６）
Ｓ１１１３では、Ｅｒに基づいて次式のように状態量を計算する。
【００５４】
Ｕ＝Ｕｐ＋Ｕｉ＋Ｕｄ  （数式７）
ここで、Ｕｐ，Ｕｉ，Ｕｄは以下のように計算する。
【００５５】
Ｕｐ＝Ｋｐ×Ｅｒ  （数式８）
Ｕｉ＝Ｋｉ×Ｅｒ＋Ｕｉｚ  （数式９）
Ｕｄ＝Ｋｄ×（Ｅｒ−Ｅｒｚ）  （数式１０）
なお、ＵｉｚはＵｉの前回値であり、ＥｒｚはＥｒの前回値である。また、Ｓ１１１４では、ＥＣＵ１１３が、ＵをＶＴＣ１１３への印加電圧Ｖｉとして出力する。
【００５６】
このように制御装置の構成と、規範モデルの最大・最小動作速度を規定することで、動作速度を一定範囲に限定する制御ロジックを簡単な計算により設計できる。従って、制御性の悪化を回避する制御装置を、見通しよく設計できる利点がある。
【００５７】
次に、図１０に記載された動作方向補正手段Ｓ１００６の説明をする。本実施形態に示すＶＴＣ１１３は進角方向へはヒステリシスブレーキ３２０で駆動し、遅角方向へはゼンマイばね３１９で駆動する。従って動作方向によって、駆動トルクの応答性が異なる。このように、動作方向によってＶＴＣ１１３の応答性が異なる場合には、動作方向に応じて応答性変更手段Ｓ１００３による応答性変更方法を変えると、より制御性が向上する利点がある。本実施形態では、動作方向補正手段Ｓ１００６によるＳ１１０７とＳ１１０８の実行で、動作方向ごとの応答性変更方法を変える構成例を示す。Ｓ１１０７で動作方向による切換えを行う。次式が成立する場合は進角動作であり、他は遅角動作である。遅角動作時にはＳ１１０８に進む。
【００５８】
θｍ＞０  （数式１１）
Ｓ１１０８では、Ｓ１１０９のＶを計算するステップと同様に、遅角方向の最大動作速度θ’ｍａｘｒによってＶを計算する。進角方向の最大動作速度θ’ｍａｘａとθ’ｍａｘｒは同じ値でも良いし、違っても良い。
【００５９】
次に、前述したＳ１００２の状態量取得手段として、状態推定器の説明をする。図１４に本実施形態の状態推定器の構成を示す。図１４の点線で囲んだ部分が状態推定器に該当し、ＥＣＵ１１４に実装され、例えば１０ｍｓごとに実行される。状態推定器は、ＶＴＣ１１３の状態量を計算により算出し、算出した値をセンサの検出値で補正する。センサはＶＴＣ１１３の状態を取得するＳ１４０３やＥＣＵ１１４に接続された車輌情報を取得する前述の各種センサを用いる。センサの検出値としては、たとえば、位相、動作速度、ＶＴＣ１１３の内部温度、ヒステリシスブレーキ３２０の温度、電磁コイル３２４の抵抗と電流値、機関回転数Ｎｅなどがある。状態推定器を用いて状態量を取得することで、センサによる取得時に問題となる検出周期が制御周期より長いことによる制御性悪化回避や、センサによる検出が難しい状態量の取得実現などの利点がある。
【００６０】
また、可変動弁機構を搭載した車両において、上述のような制御装置を備えることで、可変動弁機構を安定して制御することができる。可変動弁機構の安定した制御により、燃焼室１０６への安定した吸気や燃焼室１０６からの安定した排気を実現できる利点がある。
【００６１】
「第２の実施形態」
本発明の第２の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における構成例を図１５に示す。第２の実施形態では、制御装置の計算負荷を軽減する構成例を示している。本実施形態では、制御装置の構成以外は第１の実施形態と共通のため、重複部分の説明は省略する。
【００６２】
本発明の第２の実施形態に係る制御装置は、内燃機関１０１の運転状態からＶＴＣ１１３の目標状態量（θｔｇ１）を設定する目標設定手段Ｓ１５０１と、ＶＴＣ１１３の状態量（θｏｂｓ）を取得する状態量取得手段Ｓ１５０２と、θｔｇ１とθｏｂｓに基づいてＶＴＣ１１３が追従する状態量軌道θｔｇを設定する応答性変更手段Ｓ１５０３と、ある瞬間でのθｔｇとθｏｂｓの差に基づいて操作量Ｕを算出する操作量算出手段Ｓ１５０４と、Ｓ１５０４により算出された操作量Ｕに基づいて印加される電圧Ｖｉにより位相を変化させる可変動弁機構Ｓ１５０５（ＶＴＣ１１３）と、からなる。図１５に示される第２の実施形態に係る制御装置における位相制御は、エンジンのキーがＯＮにされると開始され、所定時間（例えば１０ｍｓ）毎に実行される。
【００６３】
図１６に、本発明の第２の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における処理の流れを示すフローチャートを示す。この制御ルーチンでは、第１の実施形態における図１１の制御ルーチンと同様に、まずＳ１６０１とＳ１６０２で、目標設定手段Ｓ１５０１により、内燃機関の運転状態に基づいて吸気バルブの目標状態量θｔｇ１を設定する。Ｓ１６０３では状態量取得手段Ｓ１５０２がＶＴＣ１１３の状態量θｏｂｓを現在値θｏｂｓｎとして取得する。なお、状態取得手段Ｓ１５０２は、センサでも良いし、ＶＴＣ１１３の状態量を推定する状態検出器でも良い。本実施形態では、第１の実施形態と同様に状態取得手段Ｓ１５０２は状態推定器とし、状態推定器の構成は第１の実施形態（図１４に示す構成を参照）と同様である。Ｓ１６０３にて現在状態量を取得した後、応答性変更手段Ｓ１５０３により実行されるＳ１６０４〜Ｓ１６１４に進む。なお、点線で示すＳ１６０７とＳ１６０８は、必要に応じて、動作量判定手段Ｓ１５０６により実行される（詳細は後述）。
【００６４】
応答性変更手段Ｓ１５０３は、状態量軌道θｔｇ２を目標として設定する。θｔｇ２は、初期位相θｏｂｓｓとθｔｇ１との間に設定される目標状態量のパターンであり、例えば図１７のようになる。図１７に示すように中間的な目標状態量を設定することで、ＶＴＣ１１３の動作を目標位相と現状の位相の差が小さい動作に限定できる（状態量軌道θｔｇ２を常にθｔｇ１とするのではなくて、θｔｇ１に至るステップ毎の値をその都度目標状態量として制御する）。この限定により、動作速度の変動幅を限定することができ、機構特性変動による制御性悪化を防止できるという利点がある。
【００６５】
本実施形態では、Ｓ１６０９〜Ｓ１６１４にて、数式１２に示すように、ある一定期間Ｔｏｐごとに、動作量θｍをθｏｐを基準に分割する例を示す。しかし、本実施形態はこれに限定されるものではない。中間的な目標状態量の維持時間は、例えば制御周期毎に変更しても良いし、同一の一定期間でなくても良い。また、中間的な目標状態量は、１つの状態量差を基準に分割する必要はなく、各中間目標ごとの状態量差は任意の大きさでも良い。
【数１】
2009047128.tif 000003
【００６６】
Ｎ，θｒについては後述する。ここでθｏｐ及びＴｏｐは、あらかじめ実験や解析によって設定しておく値である。
【００６７】
図１８は本発明の第２の実施形態に係る制御装置における最適応答の定義を説明する図である。ＶＴＣ１１３の構成によっては、ＶＴＣ１１３が特に精度良く応答する、特定の目標変化ステップ幅がある。このステップ幅を用いて、図１８に示すようにオーバーシュートなく最速で目標状態量に収束できるように設定する。これによりＶＴＣ１１３の位相は、θｏｂｓｓからθｔｇ１に動く間に、確実に、一定方向に動くことができるという利点がある。なお、ＶＴＣ１１３のθｏｂｓｓからθｔｇ１への速応性を重視し、制御ゲインを大きく設定して、オーバーシュートは出るものの全体として良好な応答を示すようにＴｏｐをＴｏｐ２のように短く設定しても良い。
【００６８】
ここで、数式１２に示す、Ｎ、θｒについて説明する。ＮはＳ１６０９〜Ｓ１６１２で計算される値で、次式を満たす負でない最大の整数である。
【００６９】
θｍ＞Ｎ×θｏｐ  （数式１３）
また、θｒはＳ１６１３で次式により算出される。
【００７０】
θｒ＝θｍ−Ｎ×θｏｐ  （数式１４）
また、数式１２ではθｒを目標状態量変化パターンに最後に加えている。この加える順番で、ＶＴＣ１１３の応答特性に差が出る。簡単のためＮが２でθｒが０でない場合の状態量軌道θｔｇ２の例を図１９（ａ）と図１９（ｂ）、図１９（ｃ）に示す。図１９（ａ）は最後にθｒを足すパターンを示している。このパターンでは、最後が小さい動作量のためＶＴＣ１１３が短時間でθｒだけ動くことにより、θｏｂｓｓからθｔｇ１への到達時間を短くできる利点がある。また、ＴｏｐをＴｏｐ２のようにオーバーシュートを許容して速応性を持たせる設定にした場合、目標位相がθｒに切り替わった瞬間にＶＴＣ１１３はある速度を持っているため、さらに速応性を向上できる。図１９（ｂ）、（ｃ）はθｒを最後以外に足すパターンを示している。このときには、θｏｐの設定時に応答が任意に設定できるため、θｔｇ１付近でのオーバーシュートや定常偏差への収束時間を設定できるという利点がある。
【００７１】
次に、操作量算出手段Ｓ１５０４の説明をする。Ｓ１５０４は、ＥＣＵ１１４により、θｔｇとθｏｂｓｓとの差に基づいた操作量Ｕを算出する。本実施形態ではＰＩＤ制御を行うが、本実施形態の制御形態はＰＩＤに限定されない。Ｓ１６１５では目標状態量θｔｇと現在位相θｏｂｓｎの差Ｅｒを数式１５で計算する。
【００７２】
Ｅｒ＝θｋｈ−θｏｂｓｎ  （数式１５）
Ｓ１８１６ではＥｒを用いて、次式のように操作量を計算する。
【００７３】
Ｕ＝Ｕｐ＋Ｕｉ＋Ｕｄ  （数式１６）
ここで、Ｕｐ，Ｕｉ，Ｕｄは以下のように計算する。
【００７４】
Ｕｐ＝Ｋｐ×Ｅｒ  （数式１７）
Ｕｉ＝Ｋｉ×Ｅｒ＋Ｕｉｚ  （数式１８）
Ｕｄ＝Ｋｄ×（Ｅｒ−Ｅｒｚ）  （数式１９）
なお、ＵｉｚはＵｉの前回値であり、ＥｒｚはＥｒの前回値である。Ｓ１６１７では、ＥＣＵ１１４が、ＵをＶＴＣ１１３への入力電圧として出力する。このように制御装置を構成することで、簡便な計算でも機構特性の変化を一定範囲内に収めることができ、制御性の悪化を防止することができる利点がある。
【００７５】
本発明の第２の実施形態では、進角動作を想定してθｔｇがθｏｂｓｓより大きいものとなっている。しかし、本実施形態は進角動作に限定されるものではなく、遅角動作であっても良い。なお、計算負荷をさらに軽減させる場合には、上述した構成に対して、図１５に点線で示すように、θｔｇ１とθｏｂｓの差θｍに基づいてθｔｇを再設定するか否かを判定する動作量判定手段Ｓ１５０６を備えるように構成する。Ｓ１６０７で動作量判定閾値θｔｈとθｍの大小を比較する。
【００７６】
θｍ＞θｔｈ  （数式２０）
ただし、θｔｈは実験などによりあらかじめ設定しておく値である。本実施形態では、例えば、制御性の悪化が問題にならない最大の動作量に設定する。数式２０が不成立の場合には、目標状態量の再設定は行わず、Ｓ１６０８にてθｔｇ１を目標状態量θｔｇに設定する。数式２０が成立する場合には、θｔｇ２を目標状態量θｔｇに設定する。このように構成することで、制御性が悪化しにくい小幅な動作量の場合には目標状態量の再設定を省略し、計算負荷をさらに軽減できる利点がある。
【００７７】
「第３の実施形態」
本発明の第３の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における構成例を図２０に示す。第３の実施形態では、状態量取得手段により取得した状態量が許容範囲を逸脱したタイミングで、応答性を再設定するように構成した制御装置の構成例を示す。
【００７８】
本発明の第３の実施形態が第１、第２の実施形態と異なる主な相違点は、ＶＴＣ１１３の状態量が許容範囲を外れたことを状態量判定手段Ｓ２００６が判定したときに、応答性変更手段により応答性の規定を行うように構成した点である。本実施形態では、制御装置の構成以外は第１、第２の実施形態と共通のため、重複部分の説明は省略する。
【００７９】
第３の実施形態は、内燃機関１０１の運転状態からＶＴＣ１１３の目標状態量θｔｇ１を設定する目標設定手段Ｓ２００１と、ＶＴＣ１１３の状態量を取得する状態量取得手段Ｓ２００２と、Ｓ２００２で取得した状態量が、制御できる上限値を超えたことを判定する状態量判定手段Ｓ２００６と、目標状態量と取得状態量とＳ２００６の判定に基づいてＶＴＣ１１３が追従する状態量軌道θｋｈを設定する応答性変更手段Ｓ２００３と、ある瞬間でのθｋｈと取得状態量との差に基づいて操作量Ｕを計算する操作量算出手段Ｓ２００４と、Ｓ２００４により算出された操作量Ｕに基づいて印加される電圧Ｖｉにより位相を変化させる可変動弁機構Ｓ２００５（ＶＴＣ１１３）と、を含んで構成される。
【００８０】
図２０に示す第３の実施形態に係る制御装置における位相制御は、エンジンのキーがＯＮにされると開始され、所定時間（例えば１０ｍｓ）毎に実行される。なお、状態量取得手段Ｓ２００２は、状態量を直接取得するセンサでも良いし、前述の第１、第２の実施形態のように状態推定器でも良い。センサを用いた場合には、直接状態量を取得できるため、信頼性の高い制御装置が構成できるという利点がある。状態推定器を用いた場合には、直接的に検出が難しい状態量も取得できることや、センサを追加する必要がないためコスト増加を抑えることができるなどの利点がある。また、状態推定器を用いた場合、状態量の取得タイミングを、センサと比べて短く設定することが可能であり、きめ細かな制御が実施可能であるなどの利点もある。
【００８１】
第３の実施形態に係る制御装置における処理の流れを、図２１のフローチャートを用いて説明する。図２１に示す制御ルーチンでは、第１の実施形態と同様に、まずＳ２１０１とＳ２１０２で、目標設定手段により、内燃機関の運転状態に基づいて吸気バルブ１０５の通常目標状態量θｔｇ１を設定する。θｔｇ１は第１の実施形態と同様に、エンジン回転数Ｎｅや冷却水温度Ｔｗ、吸入空気量Ｑａに基づいて、マップを参照して設定される。Ｓ２１０３にて現在状態量を取得した後、応答性変更手段Ｓ２００３により実行されるＳ２１０４〜Ｓ２１０９に進む。応答性変更手段Ｓ２００３の処理内容は第１の実施形態と同様である。
【００８２】
Ｓ２１１０は、状態量判定手段Ｓ２００６により実行される。Ｓ２１１０では、ＶＴＣ１１３の動作速度θ’が第１の実施形態に記載の速度閾値θ’ｍａｘａを超えたか否かを判定する。θ’がθ’ｍａｘａを超えた場合には、応答性変更手段Ｓ２００３により実行されるＳ２１１１〜Ｓ２１１５で、規範モデルの応答性を変更するように処理する。
【００８３】
図２２に、第３の実施形態の制御ルーチンで制御されたときのＶＴＣ１１３の応答の例を示す。まず、時刻０にて、目標設定手段Ｓ２００１により目標θｔｇ１が設定される。このタイミングで、応答性変更手段Ｓ２００３により状態量軌道θｋｈ（２２０１）が設定される。ＶＴＣ１１３の応答が２２０１に沿うように、操作量算出手段Ｓ２００４にて操作量Ｕが計算される。そして、操作量Ｕに応じた指令電圧ＶｉがＶＴＣ１１３に入力されＶＴＣ１１３が動作する。
【００８４】
状態量軌道２２０１に沿って動作を続けた場合、時刻Ｔ１にて、ＶＴＣ１１３の動作速度が許容最大速度θ’ｍａｘａに達する。このときに、外乱などの影響により、ＶＴＣ１１３の応答が２２０１よりも速度が出すぎた場合を仮定する。このときは、そのまま状態量軌道２２０１に沿うように動作すると、一点鎖線２２０３に示すように許容最大速度を超えてしまい、制御性が悪化しオーバーシュートするなどの課題が発生する。
【００８５】
時刻Ｔ１にて、状態量判定手段Ｓ２００６により動作速度が許容範囲を逸脱したことを判定し、応答性変更手段Ｓ２００３により実線２２０４のように状態量軌道を再設定する。なお、動作速度θ’は例えば（θｔ１−θｔ２）／Δｔで求めることができる。(ただし、θｔ２を取得する時刻ｔ２は、θｔ１を取得する時刻ｔ１よりも時間的に後とする。)再設定された状態量軌道２２０４に沿うように動作することで、動作速度を２２０６のように限定することができる。すなわち、応答性変更手段の規範モデルを当初は図示するような曲線状特性（又は階段状特性でもよい）とするが、状態量判定手段Ｓ２００６の許容機構特性逸脱判定の時点で規範モデルを図２２に示す２２０４のように描き直すように構成することにより、ＶＴＣ１１３の機構特性が一定範囲に収まり、２２０５のように制御性良く目標θｔｇ１に制御することができる。
【００８６】
上述したように、図２０に示す制御装置を構成し、図２１と図２２に示す動作をさせることで、ＶＴＣ１１３の挙動を各瞬間の情報に基づいて制御することができる。これにより、ＶＴＣ１１３の状態量が突発的に変化したり、製造ばらつきにより機構特性がずれていたりした場合でも、制御性の悪化を回避できるという利点がある。また、センサを用いることで信頼性の高い制御ロジックが構築でき、状態推定器を用いることで高精度な制御ロジックを構築でき、それぞれに利点がある。
【００８７】
このように、本発明の実施形態は、具体的構成として、図１０、図１５、図２０に示したとおりであって、動作方向補正手段Ｓ１００６と動作量判定手段Ｓ１５０６と状態量判定手段Ｓ２００６は、それぞれ第１の実施形態と第２の実施形態と第３の実施形態に設けられているとして説明したが、これに限ることはなく、それぞれの手段を各実施形態に付設してそれぞれの応答性変更手段の応答特性を変更設定するようにできる。
【００８８】
第１と第２の実施形態では、目標状態量が変更されたタイミングにおいて、応答性変更手段の状態量軌道（曲線状特性グラフ又は階段状特性グラフ）を設定しており、また、第３の実施形態では、取得した状態量が許容範囲を超えたタイミングにおいて、応答性変更手段の状態量軌道（曲線状特性グラフ又は階段状特性グラフ）を設定している。
【００８９】
以上説明したように、本発明の実施形態は、次のような構成を備え、機能乃至作用を奏することを特徴とするものである。すなわち、可変動弁機構が追従すべき目標を、可変動弁機構の動作速度に応じて変化させることで、動作速度をある一定範囲に限定することができる。これにより、可変動弁機構の動作速度に依存して変化する機構特性を一定範囲に限定することができる。可変動弁機構特性を制御ロジック設計時の機構特性近傍に限定することで、実際の機構特性が制御装置の前提としている機構特性から大きく離れることを回避し、制御性の悪化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置を搭載した車輌の内燃機関の基本的構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る可変動弁機構の制御装置に用いられるクランク角センサとカムセンサの検出構成を示す図である。
【図３】基準カム角信号ＣＡＭ、基準クランク角信号ＲＥＦ、及び単位クランク角度毎の単位角度信号ＰＯＳのタイミングチャートを示す図である。
【図４】本実施形態に係る可変動弁機構の一構成例である可変バルブタイミング機構の断面構成を示す図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面であって最遅角状態を示す図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ断面示す図である。
【図７】図４のＡ−Ａ断面であって最進角状態を示す図である。
【図８】本実施形態に係る可変動弁機構の動作速度と摺動抵抗との関係を示す図である。
【図９】本実施形態に係る可変動弁機構における制御性が良好な場合と悪い場合の応答例を示す説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における構成例を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】本実施形態に係る可変動弁機構の制御装置において、ωｎをパラメータとしたときの応答性と位相θ、動作速度θ’、摺動抵抗Ｒとの関係を示す図である。
【図１３】規範モデルの応答速度とωｎの関係を示す図である。
【図１４】本実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における状態量取得手段として、状態推定器を採用する場合の構成を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における構成例を示すブロック図である。
【図１６】第２の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における処理の流れを示すフローチャートである。
【図１７】第２の実施形態に係る制御装置における目標状態量の変化パターンを示す図である。
【図１８】第２の実施形態に係る制御装置における最適応答の定義を説明する図である。
【図１９】第２の実施形態に係る制御装置における目標状態量の設定方法の選び方を説明する図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における構成例を示すブロック図である。
【図２１】第３の実施形態に係る可変動弁機構の制御装置における処理の流れを示すフローチャートである。
【図２２】第３の実施形態に係る制御装置を用いたＶＴＣの応答特性を説明する図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０１  エンジン
１０２  吸気管
１０５  吸気バルブ
１０６  燃焼室
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
１１７  クランク角センサ
１２０  クランクシャフト
１３１  燃料噴射弁
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
３１５  渦巻き溝
３１６  係合ピン
３１８  中間回転体
３１９  ゼンマイばね
３２０  ヒステリシスブレーキ
Ｓ１００１，Ｓ１５０１，Ｓ２００１  目標設定手段
Ｓ１００２，Ｓ１５０２，Ｓ２００２  状態量取得手段
Ｓ１００３，Ｓ１５０３，Ｓ２００３  応答性変更手段
Ｓ１００４，Ｓ１５０４，Ｓ２００４  操作量算出手段
Ｓ１００５，Ｓ１５０５，Ｓ２００５  可変動弁機構
Ｓ１００６  動作方向補正手段
Ｓ１５０６  動作量判定手段
Ｓ２００６  状態量判定手段
【図１】
2009047128.tif 000004
【図２】
2009047128.tif 000005
【図３】
2009047128.tif 000006
【図４】
2009047128.tif 000007
【図５】
2009047128.tif 000008
【図６】
2009047128.tif 000009
【図７】
2009047128.tif 000010
【図８】
2009047128.tif 000011
【図９】
2009047128.tif 000012
【図１０】
2009047128.tif 000013
【図１１】
2009047128.tif 000014
【図１２】
2009047128.tif 000015
【図１３】
2009047128.tif 000016
【図１４】
2009047128.tif 000017
【図１５】
2009047128.tif 000018
【図１６】
2009047128.tif 000019
【図１７】
2009047128.tif 000020
【図１８】
2009047128.tif 000021
【図１９】
2009047128.tif 000022
【図２０】
2009047128.tif 000023
【図２１】
2009047128.tif 000024
【図２２】
2009047128.tif 000025