JP5152681B2 - 内燃機関の可変バルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相（以下「ＶＣＴ位相」という）を中間ロック位相でロックする中間ロック機構を備えた内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に関する発明である。

従来より、油圧駆動式の可変バルブタイミング装置においては、特許文献１（特開平９−３２４６１３号公報）、特許文献２（特開２００１−１５９３３０号公報）に記載されているように、エンジン停止時のロック位相をＶＣＴ位相の調整可能範囲の略中間に設定して、バルブタイミング（ＶＣＴ位相）の調整可能範囲を拡大するようにしたものがある。このものは、エンジン停止時にロックする中間ロック位相を始動に適した位相に設定して、この中間ロック位相で始動し、始動完了後のエンジン回転上昇（オイルポンプ回転上昇）により油圧が適正な油圧に上昇してから、ロックを解除してＶＣＴ位相をエンジン運転状態に応じて設定した目標位相にフィードバック制御するようにしている。そして、エンジンを停止させる際やアイドル運転中にロック要求が発生した時点で、ＶＣＴ位相を中間ロック位相でロックするロック制御を実行するようにしている。

特開平９−３２４６１３号公報 特開２００１−１５９３３０号公報

中間ロック機構付きの可変バルブタイミング装置は、ＶＣＴ位相を駆動する油圧を制御する位相制御用の油圧制御弁と、ロックピンを駆動する油圧を制御するロック制御用の油圧制御弁とを別々に設けたものがあるが、本出願人は、部品点数削減・低コスト化のために、１つの油圧制御弁でＶＣＴ位相の駆動油圧とロックピンの駆動油圧の両方を制御する中間ロック機構付きの可変バルブタイミング装置を研究・開発している（特願２００８−３１２８４４）。この場合、油圧制御弁の制御量に応じて、ＶＣＴ位相を遅角方向に駆動する遅角モードの制御領域と、ＶＣＴ位相を一定に保持する保持モードの制御領域と、ＶＣＴ位相を進角方向に駆動する進角モードの制御領域と、ロックピンをロック方向である突出方向に付勢するロックモードの制御領域とに区分された構成となっている。

このように、１つの油圧制御弁で複数の制御領域を制御する構成では、次のような課題があることが判明した。例えば、ＶＣＴ位相を目標位相にフィードバック制御する位相フィードバック制御の制御領域（遅角モード〜進角モードの制御領域）では、位相制御精度・安定性を確保するために位相フィードバック制御の応答速度（時定数）をオーバーシュート・ハンチング防止可能な範囲内に設定することが望ましい。これに対し、ロックモードの制御領域では、制御精度・安定性よりもロックピンのロック動作／ロック解除動作を高応答化することが要求されるが、位相フィードバック制御に適した応答速度（時定数）でロックピンを駆動すると、ロック動作／ロック解除動作の高応答化の要求を満たすことができない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、１つの油圧制御弁で複数の制御領域を制御する構成でありながら、位相制御精度・安定性の確保と高応答化の要求とを両立させることができる内燃機関の可変バルブタイミング制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相（以下「ＶＣＴ位相」という）を変化させてバルブタイミングを調整する油圧駆動式の可変バルブタイミング装置と、ＶＣＴ位相をその調整可能範囲内に位置する中間ロック位相でロックするロックピンと、前記可変バルブタイミング装置及び前記ロックピンを駆動する油圧を制御する油圧制御弁と、前記油圧制御弁を駆動する電流（以下「ＯＣＶ駆動電流」という）を制御する制御手段とを備えた内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、前記制御手段は、ＶＣＴ位相と目標位相との偏差に基づいて要求ＯＣＶ制御量を算出する位相フィードバック制御系と、前記要求ＯＣＶ制御量に基づいて目標電流を算出してＯＣＶ駆動電流を前記目標電流に一致させるようにフィードバック制御する電流フィードバック制御系とを備え、前記油圧制御弁の制御領域を、前記ロックピンをロック方向／ロック解除方向に駆動するロックピン制御領域と、ＶＣＴ位相を運転条件に応じて設定した目標位相に制御する位相制御領域に区分すると共に、前記ロックピン制御領域におけるＯＣＶ駆動電流の電流フィードバック制御系の制御特性を前記位相制御領域におけるＯＣＶ駆動電流の電流フィードバック制御系の制御特性と異ならせるようにしたものである。このようにすれば、１つの油圧制御弁でロックピン制御領域と位相制御領域を制御する構成において、位相制御精度・安定性の確保が要求される位相制御領域では、ＯＣＶ駆動電流の電流フィードバック制御系の応答速度（時定数）をオーバーシュート・ハンチング防止可能な範囲内に設定し、一方、高応答化が要求されるロックピン制御領域では、ＯＣＶ駆動電流の電流フィードバック制御系の応答速度（時定数）を高応答化するという、各制御領域毎に当該制御領域の制御特性に適したＯＣＶ駆動電流の電流フィードバック制御系の応答速度（時定数）を設定することが可能となり、位相制御領域における位相制御精度・安定性の確保とロックピン制御領域におけるロックピンのロック動作／ロック解除動作の高応答化の要求とを両立させることができる。

具体的には、請求項２のように、位相制御領域ではＯＣＶ駆動電流の制御をフィードバック制御で実行し、ロックピン制御領域ではＯＣＶ駆動電流の制御を前記位相制御領域のフィードバック制御と比べて時定数を小さくしたフィードバック制御で実行するようにすると良い。ロックピン制御領域において、ＯＣＶ駆動電流の制御を位相制御領域のフィードバック制御と比べて時定数を小さくしたフィードバック制御で実行すれば、ロックピン制御領域におけるロックピンのロック動作／ロック解除動作の応答速度を位相制御領域よりも高速化することが可能となり、位相制御領域における位相制御精度・安定性を確保しながら、ロックピン制御領域におけるロックピンのロック動作／ロック解除動作を高応答化することができる。

或は、請求項３のように、位相制御領域ではＯＣＶ駆動電流の制御をフィードバック制御で実行し、前記ロックピン制御領域ではＯＣＶ駆動電流の制御をオープンループ制御で実行するようにしても良い。このようにしても、ロックピン制御領域における応答速度を位相制御領域よりも高速化することが可能となる。尚、オープンループ制御では、フィードバック制御と比べて制御精度が低下することは避けられないが、ロックピンのロック動作／ロック解除動作は、位相制御のような制御精度・安定性を要求されないため、オープンループ制御により高応答化しても問題ない。

また、請求項４のように、制御手段は、前記電流フィードバック制御系の制御周期を前記位相フィードバック制御系の制御周期よりも短く設定すると良い。要するに、ＶＣＴ位相は、カム角センサの信号とクランク角センサの信号の出力タイミングに基づいて算出するため、位相フィードバック制御系の制御周期は、ＶＣＴ位相を検出可能な比較的長い周期に設定されるのに対して、電流フィードバック制御系では、ＯＣＶ駆動電流をＶＣＴ位相の検出周期よりも短い周期で検出できるため、電流フィードバック制御系の制御周期を前記位相フィードバック制御系の制御周期よりも短く設定することで、ＯＣＶ駆動電流を応答良く制御することができる。

図１は本発明の実施例１，２で用いるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 図２は可変バルブタイミング装置と油圧制御回路の構成を説明する縦断側面図である。 図３は可変バルブタイミング装置の縦断正面図である。 図４（ａ）は、油圧制御弁の進角ポート、遅角ポート、ロックピン制御ポートの切り替えパターンを説明する図、同図（ｂ）は、ロックモード、進角モード、保持モード、遅角モードの４つの制御領域と位相変化速度との関係を説明する油圧制御弁の制御特性図である。 図５は制御系の機能を示すブロック図である。 図６は電流Ｆ／Ｂ制御を高ゲイン（時定数小）で実行したときの実ＯＣＶ駆動電流の応答特性を示すタイムチャートである。 図７は電流Ｆ／Ｂ制御を低ゲイン（時定数大）で実行したときの実ＯＣＶ駆動電流の応答特性を示すタイムチャートである。 図８は実施例１のＶＣＴ制御メインルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図９は実施例１の位相Ｆ／Ｂ制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図１０は実施例１のロックピン制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図１１は実施例２のロックピン制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を吸気バルブの可変バルブタイミング装置に適用して具体化した２つの実施例１，２を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図１０に基づいて説明する。
図１に示すように、内燃機関であるエンジン１１は、クランク軸１２からの動力がタイミングチェーン１３により各スプロケット１４，１５を介して吸気側カム軸１６と排気側カム軸１７とに伝達されるようになっている。但し、吸気側カム軸１６には、クランク軸１２に対する吸気側カム軸１６の進角量（ＶＣＴ位相）を調整する可変バルブタイミング装置１８（ＶＣＴ）が設けられている。

また、吸気側カム軸１６の外周側には、気筒判別のために特定のカム角でカム角信号パルスを出力するカム角センサ１９が設置され、一方、クランク軸１２の外周側には、所定クランク角毎にクランク角信号パルスを出力するクランク角センサ２０が設置されている。これらカム角センサ１９及びクランク角センサ２０の出力信号は、エンジン制御回路２１に入力され、このエンジン制御回路２１によって吸気バルブの実バルブタイミング（実ＶＣＴ位相）が算出されると共に、クランク角センサ２０の出力パルスの周波数（パルス間隔）に基づいてエンジン回転速度が算出される。また、エンジン運転状態を検出する各種センサ（吸気圧センサ２２、冷却水温センサ２３、スロットルセンサ２４等）の出力信号がエンジン制御回路２１に入力される。

このエンジン制御回路２１は、上記各種センサで検出したエンジン運転状態に応じて燃料噴射制御や点火制御を行うと共に、可変バルブタイミング制御（ＶＣＴ位相フィードバック制御）を行い、吸気バルブの実バルブタイミング（実ＶＣＴ位相）を、エンジン運転状態に応じて設定した目標バルブタイミング（目標ＶＣＴ位相）に一致させるように可変バルブタイミング装置１８を駆動する油圧をフィードバック制御する。

次に、図２及び図３に基づいて可変バルブタイミング装置１８の構成を説明する。
可変バルブタイミング装置１８のハウジング３１は、吸気側カム軸１６の外周に回動自在に支持されたスプロケット１４にボルト３２で締め付け固定されている。これにより、クランク軸１２の回転がタイミングチェーン１３を介してスプロケット１４とハウジング３１に伝達され、スプロケット１４とハウジング３１がクランク軸１２と同期して回転する。

一方、吸気側カム軸１６の一端部には、ロータ３５がボルト３７で締め付け固定されている。このロータ３５は、ハウジング３１内に相対回動自在に収納されている。
図３に示すように、ハウジング３１の内部には、複数のベーン収容室４０が形成され、各ベーン収容室４０が、ロータ３５の外周部に形成されたベーン４１によって進角室４２と遅角室４３とに区画されている。少なくとも１つのベーン４１の両側部には、ハウジング３１に対するロータ３５（ベーン４１）の相対回動範囲を規制するストッパ部５６が形成され、このストッパ部５６によって実ＶＣＴ位相（カム軸位相）の調整可能範囲の最遅角位相と最進角位相が規制されている。

可変バルブタイミング装置１８には、ＶＣＴ位相をその調整可能範囲の最遅角位相と最進角位相との間（例えば略中間）に位置する中間ロック位相でロックする中間ロック機構５０が設けられている。この中間ロック機構５０の構成を説明すると、いずれか１つ又は複数のベーン４１にロックピン収容孔５７が設けられ、このロックピン収容孔５７に、ハウジング３１とロータ３５（ベーン４１）との相対回動をロックするためのロックピン５８が突出可能に収容され、このロックピン５８がスプロケット１４側に突出してスプロケット１４のロック穴５９に嵌り込むことで、ＶＣＴ位相がその調整可能範囲の略中間に位置する中間ロック位相でロックされる。この中間ロック位相は、エンジン１１の始動に適した位相に設定されている。尚、ロック穴５９をハウジング３１に設けた構成としても良い。

ロックピン５８は、スプリング６２（付勢手段）によってロック方向（突出方向）に付勢されている。また、ロックピン５８の外周部とロックピン収容孔５７との間には、ロックピン５８をロック解除方向に駆動する油圧を制御するためのロック解除用の油圧室が形成されている。

また、ハウジング３１には、進角制御時にロータ３５を進角方向に相対回動させる油圧をばね力で補助する付勢手段としてねじりコイルばね等のばね５５（図２参照）が設けられている。吸気バルブの可変バルブタイミング装置１８では、吸気側カム軸１６のトルクがＶＣＴ位相を遅角させる方向に作用することから、上記ばね５５は、ＶＣＴ位相を吸気側カム軸１６のトルク方向と反対方向である進角方向に付勢することになる。

本実施例１では、図５に示すように、ばね５５が作用する範囲は、最遅角位相から中間ロック位相直前までの範囲に設定され、エンジンストール等の異常停止後の再始動時のフェールセーフを想定して、ロックピン５８がロックピン収容孔５７から外れた状態で中間ロック位相より遅角側の実ＶＣＴ位相で始動した場合に、スタータ（図示せず）によるクランキング中に、ばね５５のばね力により実ＶＣＴ位相を遅角側から中間ロック位相へ進角させる進角動作を補助してロックピン５８をロックピン収容孔５７に嵌まり込ませてロックできるように構成されている。

一方、中間ロック位相より進角側の実ＶＣＴ位相で始動した場合は、クランキング中に吸気側カム軸１６のトルクが遅角方向に作用するため、吸気側カム軸１６のトルクにより実ＶＣＴ位相を進角側から中間ロック位相へ遅角させてロックピン５８をロックピン収容孔５７に嵌まり込ませてロックさせることができる。

また、本実施例１では、可変バルブタイミング装置１８のＶＣＴ位相及びロックピン５８を駆動する油圧を制御する油圧制御弁（以下「ＯＣＶ」と表記する）２５は、ＶＣＴ位相を駆動する油圧を制御する位相制御用の油圧制御弁機能とロックピン５８を駆動する油圧を制御するロック制御用の油圧制御弁機能とを一体化した１つのＯＣＶにより構成され、エンジン１１の動力によって駆動されるオイルポンプ２８により、オイルパン２７内のオイル（作動油）が汲み上げられてＯＣＶ２５に供給される。このＯＣＶ２５は、例えば８ポート・４ポジション型のスプール弁により構成され、図４に示すように、ＯＣＶ２５の制御デューティ（ＶＣＴ制御量）に応じて、ロックモード（弱進角モード）、進角モード、保持モード、遅角モードの４つの制御領域に区分されている。

ロックモード（弱進角モード）の制御領域では、ＯＣＶ２５のロックピン制御ポートをドレンポートに連通させてロックピン収容孔５７内のロック解除用油圧室の油圧を抜いて、スプリング６２によってロックピン５８をロック方向（突出方向）に付勢すると共に、遅角ポートをドレンポートに連通させて遅角室４３の油圧を抜いた状態で、ＯＣＶ２５の制御デューティに応じて、ＯＣＶ２５の進角ポートの油路の絞りを少しずつ変化させて、進角ポートから進角室４２にオイルを少しずつ供給して実ＶＣＴ位相を緩やかに進角方向に駆動する。

進角モードの制御領域では、ＯＣＶ２５の遅角ポートをドレンポートに連通させて遅角室４３の油圧を抜いた状態で、ＯＣＶ２５の制御デューティに応じて、ＯＣＶ２５の進角ポートから進角室４２に供給する油圧を変化させて実ＶＣＴ位相を進角させる。

保持モードの制御領域では、進角室４２と遅角室４３の両方の油圧を保持して、実ＶＣＴ位相が動かないように保持する。

遅角モードの制御領域では、ＯＣＶ２５の進角ポートをドレンポートに連通させて進角室４２の油圧を抜いた状態で、ＯＣＶ２５の制御デューティに応じて、ＯＣＶ２５の遅角ポートから遅角室４３に供給する油圧を変化させて実ＶＣＴ位相を遅角させる。

ロックモード以外の制御領域（遅角モード、保持モード、進角モード）では、ロックピン収容孔５７内のロック解除用油圧室にオイルを充填してロック解除用油圧室の油圧を上昇させ、その油圧によりロックピン５８をロック穴５９から抜き出してロックピン５８のロックを解除する。

尚、本実施例１では、ＯＣＶ２５の制御デューティが大きくなるに従って、ロックモード（弱進角モード）、進角モード、保持モード、遅角モードの順に制御モードが切り替わるように構成されているが、例えば、ＯＣＶ２５の制御デューティが大きくなるに従って、遅角モード、保持モード、進角モード、ロックモード（弱進角モード）の順に制御モードが切り替わるように構成したり、或は、遅角モードと進角モードの順序を入れ替えて、ロックモード（弱進角モード）、遅角モード、保持モード、進角モードの順に制御モードが切り替わるように構成しても良い。また、ロックモード（弱進角モード）の制御領域と遅角モードの制御領域とが連続する場合は、ロックモード（弱進角モード）の制御領域では、ロックピン収容孔５７内のロック解除用油圧室の油圧を抜いて、スプリング６２によってロックピン５８をロック方向（突出方向）に付勢すると共に、進角ポートをドレンポートに連通させて進角室４２の油圧を抜いた状態で、ＯＣＶ２５の制御デューティに応じて、遅角ポートの油路の絞りを少しずつ変化させて、遅角ポートから遅角室４３にオイルを少しずつ供給して実ＶＣＴ位相を緩やかに遅角方向に駆動するようにすれば良い。

エンジン制御回路２１は、特許請求の範囲でいう制御手段として機能し、位相Ｆ／Ｂ制御中に、エンジン運転条件に応じた目標位相（目標バルブタイミング）を設定して、吸気側カム軸１６の実ＶＣＴ位相（吸気バルブの実バルブタイミング）を目標位相（目標バルブタイミング）に一致させるようにＯＣＶ２５の制御デューティ（ＯＣＶ制御量）を例えばＰＩＤ制御、ＰＩ制御等によりＦ／Ｂ制御して可変バルブタイミング装置１８の進角室４２と遅角室４３に供給する油圧をＦ／Ｂ制御する。ここで、「Ｆ／Ｂ」は「フィードバック」を意味する（以下、同じ）。この位相Ｆ／Ｂ制御の制御領域は、遅角モード、保持モード及び進角モードの制御領域に跨がっている。

更に、エンジン制御回路２１は、エンジン１１の回転を停止させる際やアイドル運転中に、ロック要求が発生した時点で、ＶＣＴ位相を一旦中間ロック位相を所定量だけ通り越した位相まで移動させてから中間ロック位相へ向けて戻しながら、ロックピン収容孔５７内のロック解除用油圧室の油圧を抜いて、スプリング６２によってロックピン５８をロック方向である突出方向に付勢するロックピン突出制御を行う。これにより、実ＶＣＴ位相が中間ロック位相に到達した時点でロックピン５８がロック穴５９内に嵌まり込んで実ＶＣＴ位相が中間ロック位相でロックされる。

また、エンジン制御回路２１は、エンジン始動時には、中間ロック位相で始動し、始動完了後のエンジン回転上昇（オイルポンプ回転上昇）により油圧が適正な油圧に上昇した時点で、ロック解除要求が発生して、ロックピン収容孔５７内のロック解除用油圧室に油圧を供給してスプリング６２に抗してロックピン５８をロック解除方向である引っ込み方向に駆動することで、ロックピン５８がロック穴５９から抜き出されてロック解除される。ロック解除後は、位相Ｆ／Ｂ制御に移行し、実ＶＣＴ位相をエンジン運転条件に応じて設定した目標位相に一致させるようにＯＣＶ２５の制御デューティ（ＯＣＶ制御量）を例えばＰＩＤ制御、ＰＩ制御等によりＦ／Ｂ制御する。

図５に示すように、エンジン制御回路２１は、実ＶＣＴ位相と目標位相との偏差に基づいて要求ＯＣＶ制御量を算出する位相Ｆ／Ｂ制御系の機能と、前記要求ＯＣＶ制御量に基づいて目標電流を算出してＯＣＶ駆動電流（エンジン制御回路２１の出力電流）を前記目標電流に一致させるようにＦ／Ｂ制御する電流Ｆ／Ｂ制御系の機能とを備え、電流Ｆ／Ｂ制御系の制御周期が位相Ｆ／Ｂ制御系の制御周期よりも短く設定されている。実ＶＣＴ位相は、カム角センサ１９の信号とクランク角センサ２０の信号の出力タイミングに基づいて算出するため、位相Ｆ／Ｂ制御系の制御周期は、ＶＣＴ位相を算出可能な比較的長い周期に設定されるのに対して、電流Ｆ／Ｂ制御系では、ＯＣＶ駆動電流をＶＣＴ位相の検出周期よりも短い周期で検出できるため、電流Ｆ／Ｂ制御系の制御周期は位相Ｆ／Ｂ制御系の制御周期よりも短く設定されている。

図６に示すように、電流Ｆ／Ｂ制御系のＦ／Ｂゲイン（例えば積分項ゲイン）を大きくして電流Ｆ／Ｂ制御系の応答速度を速く（時定数を小さく）するほど、目標電流の変化に追従して実ＯＣＶ駆動電流が素早く変化するが、オーバーシュートやハンチングが発生して目標電流への収束性が悪くなる。

一方、図７に示すように、電流Ｆ／Ｂ制御系のＦ／Ｂゲイン（例えば積分項ゲイン）を小さくして電流Ｆ／Ｂ制御系の応答速度を遅く（時定数を大きく）するほど、目標電流の変化に対する実ＯＣＶ駆動電流の変化の遅れが大きくなるが、オーバーシュートやハンチングが発生せずに目標電流への収束性が良くなり、制御精度・安定性が向上する。

ＶＣＴ位相を目標位相にＦ／Ｂ制御する位相Ｆ／Ｂ制御の制御領域（遅角モード〜進角モードの制御領域、以下「位相制御領域」という）では、位相制御精度・安定性を確保するために、電流Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂゲイン（時定数）を、図７に示すようにオーバーシュートやハンチングを防止できる範囲内に設定することが望ましい。これに対し、ロックモードの制御領域では、制御精度・安定性よりもロックピン５８のロック動作／ロック解除動作の高応答化が要求されるが、位相Ｆ／Ｂ制御に適した電流Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂゲイン（時定数）でロックピン５８を駆動すると、ロック動作／ロック解除動作の高応答化の要求を満たすことができない。

そこで、エンジン制御回路２１は、位相制御領域では、位相制御精度・安定性を確保するために、電流Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂゲイン（時定数）を図７に示すようにオーバーシュートやハンチングを防止できる範囲内に設定し、ロックピン制御領域では、図６に示すように位相制御領域と比べて電流Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂゲインを小さく（時定数を大きく）して電流Ｆ／Ｂ制御を実行するようにようにしている。これにより、位相制御領域における位相制御精度・安定性の確保とロックピン制御領域におけるロックピン５８のロック動作／ロック解除動作の高応答化の要求とを両立させるＶＣＴ制御を実現している。
以上説明した本実施例１のＶＣＴ制御は、エンジン制御回路２１によって図８乃至図１０のルーチンに従って実行される。以下、これら各ルーチンの処理内容を説明する。

［ＶＣＴ制御メインルーチン］
図８のＶＣＴ制御メインルーチンは、エンジン運転中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、位相Ｆ／Ｂ制御実行中であるか否かを判定し、位相Ｆ／Ｂ制御実行中と判定されれば、ステップ１０２に進み、後述する図９の位相Ｆ／Ｂ制御ルーチンを実行し、ロックピン制御実行中と判定されれば、ステップ１０３に進み、後述する図１０のロックピン制御ルーチンを実行する。

［位相Ｆ／Ｂ制御ルーチン］
図９の位相Ｆ／Ｂ制御ルーチンは、図８のＶＣＴ制御メインルーチンのステップ１０２で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、カム角センサ１９の信号とクランク角センサ２０の信号の出力タイミングに基づいて実ＶＣＴ位相を算出すると共に、エンジン運転状態に応じて目標位相をマップ等により算出する。

この後、ステップ２０２に進み、実ＶＣＴ位相と目標位相との偏差に応じて要求ＶＣＴ速度をマップ等により算出し、次のステップ２０３で、要求ＶＣＴ速度に応じて要求ＯＣＶ制御量をマップ等により算出する。この後、ステップ２０４に進み、要求ＯＣＶ制御量に応じて目標電流をマップ等により算出し、次のステップ２０５で、電流Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂゲイン（例えば積分項ゲイン）を低ゲイン側の設定値に設定する（時定数を大きくする）。ここで、低ゲイン側の設定値は、電流Ｆ／Ｂ制御の制御精度・安定性を重視して、オーバーシュートやハンチングを防止できる範囲内の上限値付近に設定されている。

この後、ステップ２０６に進み、ＯＣＶ駆動電流（エンジン制御回路２１の出力電流）を目標電流に一致させるように電流Ｆ／Ｂ制御を実行する。この電流Ｆ／Ｂ制御の実行周期は、位相Ｆ／Ｂ制御の実行周期よりも短く設定され、図８のＶＣＴ制御メインルーチンの次の実行タイミングが到来するまで、ＯＣＶ駆動電流を目標電流に一致させるように電流Ｆ／Ｂ制御が繰り返し実行される（ステップ２０７）。そして、図８のＶＣＴ制御メインルーチンの次の実行タイミングが到来した時点で、本ルーチンを終了する。

［ロックピン制御ルーチン］
図１０のロックピン制御ルーチンは、図８のＶＣＴ制御メインルーチンのステップ１０３で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、ロック要求であるか否か（ロック解除要求でないか否か）を判定し、ロック要求と判定されれば、ステップ３０２に進み、ロック用の要求ＯＣＶ制御量をマップ等により算出する。この後、ステップ３０３に進み、ロック用の要求ＯＣＶ制御量に応じて目標電流をマップ等により算出し、次のステップ３０４で、電流Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂゲイン（例えば積分項ゲイン）を高ゲイン側の設定値に設定する（時定数を小さくする）。ここで、高ゲイン側の設定値は、電流Ｆ／Ｂ制御の応答性を重視して、位相Ｆ／Ｂ制御時の電流Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂゲインよりも大きいゲインに設定されている。

この後、ステップ３０８に進み、ＯＣＶ駆動電流（エンジン制御回路２１の出力電流）を目標電流に一致させるように電流Ｆ／Ｂ制御を実行する処理を図８のＶＣＴ制御メインルーチンの次の実行タイミングが到来するまで繰り返し実行し（ステップ３０９）、図８のＶＣＴ制御メインルーチンの次の実行タイミングが到来した時点で、本ルーチンを終了する。

一方、前述したステップ３０１で、ロック要求でない（ロック解除要求である）と判定されれば、ステップ３０５に進み、ロック解除用の要求ＯＣＶ制御量（例えば保持デューティ）を算出する。この後、ステップ３０６に進み、ロック解除用の要求ＯＣＶ制御量に応じて目標電流をマップ等により算出し、次のステップ３０７で、電流Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂゲイン（例えば積分項ゲイン）を高ゲイン側の設定値に設定する（時定数を小さくする）。ここで、高ゲイン側の設定値は、電流Ｆ／Ｂ制御の応答性を重視して、位相Ｆ／Ｂ制御時の電流Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂゲインよりも大きい値に設定されている。

この後、ステップ３０８に進み、ＯＣＶ駆動電流（エンジン制御回路２１の出力電流）を目標電流に一致させるように電流Ｆ／Ｂ制御を実行する処理を図８のＶＣＴ制御メインルーチンの次の実行タイミングが到来するまで繰り返し実行し（ステップ３０９）、図８のＶＣＴ制御メインルーチンの次の実行タイミングが到来した時点で、本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施例１によれば、位相制御領域では、位相制御精度・安定性を確保するために、電流Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂゲイン（時定数）を、オーバーシュート・ハンチング防止可能な範囲内に設定し、ロックピン制御領域では、位相制御領域と比べて電流Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂゲインを小さく（時定数を大きく）して電流Ｆ／Ｂ制御を実行するようにようにしたので、位相制御領域における位相制御精度・安定性の確保とロックピン制御領域におけるロックピン５８のロック動作／ロック解除動作の高応答化の要求とを両立させることができる。

次に、図１１を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、上記実施例１と実質的に同じ部分は説明を省略又は簡略化し、主として異なる部分についてのみ説明する。

上記実施例１では、ロックピン制御領域で、位相制御領域と比べて電流Ｆ／Ｂ制御のＦ／Ｂゲインを小さく（時定数を大きく）して電流Ｆ／Ｂ制御を実行することで、ロックピン５８のロック動作／ロック解除動作を高応答化するようにしたが、本発明の実施例２では、ロックピン制御実行中に図１１のロックピン制御ルーチンを実行することで、ロックピン制御領域で、ＯＣＶ駆動電流の制御をオープンループ制御で実行して、ロックピン５８のロック動作／ロック解除動作を高応答化するようにしている。

尚、オープンループ制御では、Ｆ／Ｂ制御と比べて制御精度が低下することは避けられないが、ロックピン５８のロック動作／ロック解除動作は、位相Ｆ／Ｂ制御のような制御精度・安定性を要求されないため、オープンループ制御により高応答化しても問題ない。

本実施例２でも、エンジン制御回路２１によって図８のＶＣＴ制御メインルーチンを所定周期で実行し、ステップ１０１で位相Ｆ／Ｂ制御実行中と判定されれば、前記実施例１と同様に、図９の位相Ｆ／Ｂ制御ルーチンを実行し、ロックピン制御実行中と判定されれば、図１１のロックピン制御ルーチンを実行する。

図１１のロックピン制御ルーチンが起動されると、まずステップ４０１で、ロック要求であるか否か（ロック解除要求でないか否か）を判定し、ロック要求と判定されれば、ステップ４０２に進み、ロック用の要求ＯＣＶ制御量をマップ等により算出する。この後、ステップ４０３に進み、ロック用の要求ＯＣＶ制御量に応じて目標電流をマップ等により算出し、次のステップ４０４で、電流Ｆ／Ｂ制御をオープンループ制御に切り替えて、エンジン制御回路２１から目標電流に応じたＯＣＶ駆動電流をＯＣＶ２５に出力して、本ルーチンを終了する。

一方、前述したステップ４０１で、ロック要求でない（ロック解除要求である）と判定されれば、ステップ４０５に進み、ロック解除用の要求ＯＣＶ制御量（例えば保持デューティ）を算出する。この後、ステップ４０６に進み、ロック解除用の要求ＯＣＶ制御量に応じて目標電流をマップ等により算出し、次のステップ４０７で、電流Ｆ／Ｂ制御をオープンループ制御に切り替えて、エンジン制御回路２１から目標電流に応じたＯＣＶ駆動電流をＯＣＶ２５に出力して、本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施例２によれば、ロックピン制御領域で、ＯＣＶ駆動電流の制御をオープンループ制御で実行するようにしたので、前記実施例１と同様に、位相制御領域における位相制御精度・安定性の確保とロックピン制御領域におけるロックピン５８のロック動作／ロック解除動作の高応答化の要求とを両立させることができる。

尚、上記実施例１，２は、本発明を吸気バルブの可変バルブタイミング装置に適用して具体化した実施例であるが、排気バルブの可変バルブタイミング制御装置に適用して実施しても良い。本発明を排気バルブの可変バルブタイミング制御装置に適用する場合は、排気バルブのＶＣＴ位相の制御方向（「進角」と「遅角」の関係）を吸気バルブのＶＣＴ位相の制御方向とは反対にすれば良い。

その他、本発明は、可変バルブタイミング装置の構成や油圧制御弁の構成等を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…エンジン（内燃機関）、１２…クランク軸、１３…タイミングチェーン、１４，１５…スプロケット、１６…吸気カム軸、１７…排気カム軸、１８…可変バルブタイミング装置（ＶＣＴ）、１９…カム角センサ、２０…クランク角センサ、２１…エンジン制御回路（制御手段）、２５…油圧制御弁（ＯＣＶ）、２８…オイルポンプ、３１…ハウジング、３５…ロータ、４０…ベーン収容室、４１…ベーン、４２…進角室、４３…遅角室、５０…中間ロック機構、５５…ばね、５８…ロックピン、６２…スプリング

Claims (4)

1. 内燃機関のクランク軸に対するカム軸の回転位相（以下「ＶＣＴ位相」という）を変化させてバルブタイミングを調整する油圧駆動式の可変バルブタイミング装置と、ＶＣＴ位相をその調整可能範囲内に位置する中間ロック位相でロックするロックピンと、前記可変バルブタイミング装置及び前記ロックピンを駆動する油圧を制御する油圧制御弁と、前記油圧制御弁を駆動する電流（以下「ＯＣＶ駆動電流」という）を制御する制御手段とを備えた内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
   前記制御手段は、ＶＣＴ位相と目標位相との偏差に基づいて要求ＯＣＶ制御量を算出する位相フィードバック制御系と、前記要求ＯＣＶ制御量に基づいて目標電流を算出してＯＣＶ駆動電流を前記目標電流に一致させるようにフィードバック制御する電流フィードバック制御系とを備え、前記油圧制御弁の制御領域を、前記ロックピンをロック方向／ロック解除方向に駆動するロックピン制御領域と、ＶＣＴ位相を運転条件に応じて設定した目標位相に制御する位相制御領域に区分すると共に、前記ロックピン制御領域におけるＯＣＶ駆動電流の電流フィードバック制御系の制御特性を前記位相制御領域におけるＯＣＶ駆動電流の電流フィードバック制御系の制御特性と異ならせることを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
2. 前記制御手段は、前記位相制御領域ではＯＣＶ駆動電流の制御をフィードバック制御で実行し、前記ロックピン制御領域ではＯＣＶ駆動電流の制御を前記位相制御領域のフィードバック制御と比べて時定数を小さくしたフィードバック制御で実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
3. 前記制御手段は、前記位相制御領域ではＯＣＶ駆動電流の制御をフィードバック制御で実行し、前記ロックピン制御領域ではＯＣＶ駆動電流の制御をオープンループ制御で実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
4. 前記制御手段は、前記電流フィードバック制御系の制御周期が前記位相フィードバック制御系の制御周期よりも短く設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。

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