JP5574159B2 - 弁開閉時期制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のクランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転体と、駆動側回転体に対して同軸上に配置され、内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに同期回転する従動側回転体と、駆動側回転体と従動側回転体とで形成され、駆動側回転体及び従動側回転体の少なくとも一方に設けられた仕切部によって遅角室と進角室とに仕切られた流体圧室と、作動流体の供給を行うポンプから流体圧室への作動流体の供給及び流体圧室からの作動流体の排出を制御する流体制御機構と、を備える弁開閉時期制御装置に関する。

上述のような弁開閉時期制御装置では、流体制御機構を制御することにより、遅角室と進角室との作動流体の量を変えることにより従動側回転体の相対角度を変更している。これにより、弁の開閉タイミングが変更され、内燃機関に対して運転状態に適した空気の供給／排気を行うことができる。

例えば、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを連続的に可変にするためにねじり駆動される可変バルブタイミング機構と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態検出手段の検出結果に基づいてバルブタイミング目標値を決定するバルブタイミング決定手段と、前記バルブタイミング目標値に基づき開閉タイミングを制御すべく前記可変バルブタイミング機構を駆動制御する駆動制御手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づき変速すべきか否かを判断する運転変速状況判断手段とを備え、前記駆動制御手段は、運転変速状況判断手段の判断結果に基づいて変速開始時点から終了までの間は、運転状態に応じた目標値への制御を中止し、変速終了時点の運転状態のうち可変バルブタイミング機構がカム回転トルクで移動する方向と反対方向の最大カム位相目標値を目標値として制御を行う内燃機関のバルブタイミング制御装置がある（特許文献１参照）。

この特許文献１の内燃機関のバルブタイミング制御装置では、変速開始から変速終了までの間は運転状況に応じた目標値に代えて、変速終了時の運転状況のうち可変バルブタイミング機構がカム回転トルクで移動する方向と反対方向の最大カム位相目標値を用いた制御を行う。これにより、変速中の応答性を向上させている。

また、機関バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構を備え、前記機関バルブの開弁特性の目標値に対応する前記可変動弁機構の目標値を算出する目標値算出手段と、前記可変動弁機構を、規定した応答特性で応答させたときの規範応答値を算出する規範応答値算出手段と、前記可変動弁機構を、規定した応答特性で応答させるためのフィードフォワード操作量を算出するフィードフォワード操作量算出手段と、前記可変動弁機構の前記規範応答値と実応答値との偏差を無くすためのフィードバック操作量を算出するフィードバック操作量算出手段と、前記フィードフォワード操作量と前記フィードバック操作量とに基づいて、前記可変動弁機構の駆動手段へ出力される操作量を算出する操作量算出手段と、を含んで構成した可変動弁機構の制御装置において、前記可変動弁機構の目標値と規範応答値との偏差を算出する偏差算出手段と、前記可変動弁機構の目標値と規範応答値との偏差が所定値以上であるときに、前記フィードバック操作量を演算する際の、積分要素による演算を停止する積分演算停止手段と、を含む可変動弁機構の制御装置がある（特許文献２参照）。

この特許文献２の可変動弁機構の制御装置では、可変動弁機構の目標値と規範応答値との偏差が所定以上となった際に、フィードバック操作量の演算における積分要素による演算が停止される。これにより、積分値が過大となることによるオーバーシュートを防止し、滑らかに目標値に収束させている。

特開平０７−１３９３８０号公報 特開２００９-８５１３９号公報

これらの特許文献の技術では、通常運転における弁の開閉タイミングは適切に制御することはできる。しかしながら、急加速操作された際の制御に関しては検討されていない。そのため、これらの技術を急加速操作された際に適用しても十分な加速性能を得ることが困難である。

本発明の目的は、このような課題に鑑み、加速操作された際に適切な制御を可能とする弁開閉時期制御装置を提供することである。

前記課題を解決するために、本発明の弁開閉時期制御装置は、内燃機関のクランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転体と、前記駆動側回転体に対して同軸上に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに同期回転する従動側回転体と、前記駆動側回転体と前記従動側回転体とで形成され、前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の少なくとも一方に設けられた仕切部によって遅角室と進角室とに仕切られた流体圧室と、前記駆動側回転体に対する従動回転体の相対位相である相対角度を検出する角度検出部と、作動流体の供給を行うポンプから前記流体圧室への前記作動流体の供給および前記流体圧室からの作動流体の排出を制御する流体制御機構と、アクセルに対する操作量であるアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出機構と、を備え、前記アクセル操作量に基づいて前記流体制御機構に対する制御モードを定常運転モードと加速運転モードとの一方に設定するとともに、前記相対角度が、当該制御モードにおいて前記アクセル操作量に応じて決定される前記相対角度の目標値である目標角度となるように前記流体制御機構を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記従動側回転体の現在の相対角度を算出する相対角度算出部と、前記相対角度算出部により算出された現在の相対角度と前記目標角度との偏差を算出する偏差算出部とを備え、前記制御部は、前記制御モードが前記加速運転モードであり、且つ、前記偏差が所定の範囲内にある状態が所定時間以上継続する場合に、前記加速運転モードを前記定常運転モードに切り換える。

この構成では、アクセル操作量に基づいてドライバが通常運転を望んでいるか加速運転を望んでいるかを判定し、その判定結果に応じた制御モードが決定される。また、制御部はその制御モードに応じて流体制御機構の制御を行う。これにより、従動側回転体をドライバが望む運転モードに適した相対角度に変位させることができる。例えば、通常運転時には燃費を向上させる相対角度を目標角度として設定し、加速運転時には素早い加速を実現する相対角度を目標角度として設定しておけば、通常は燃費が向上する運転が可能となる一方、加速を望む場合には、迅速な加速を実現することができる。
また、相対角度算出部により算出された現在の相対角度と、目標角度との偏差が、所定の範囲内にある状態が所定時間以上継続する場合には、加速運転モードを定常運転モードに切り換える。

本発明の弁開閉時期制御装置では、前記制御部は、前記定常運転モードと前記加速運転モードとに対応する前記スロットル操作量と前記目標角度との関係を設定したマップである定常モードマップと加速モードマップとを備え、前記設定した制御モードに応じて使用する前記マップを決定し、当該決定されたマップを用いて前記目標角度を決定する。

この構成では、目標角度は制御モードに応じて設定されたマップに基づいて決定されるため、ドライバのアクセル操作に対応して従動側回転体を迅速に位相制御することができる。これにより、エンジンの燃費向上と、運転感覚の向上とをより確実に得ることができる。

アクセルはドライバの操作が最も直接的に表れる部材である。したがって、アクセル操作量の時間微分値は、ドライバの操作意図そのものと言うことができる。そのため、本発明の弁開閉時期制御装置では、前記制御部は、前記アクセル操作量の時間微分値を演算し、当該微分値が所定の値を超えた場合に前記制御モードを前記加速運転モードに設定する。これにより、ドライバの運転意図を的確に反映した制御モードを決定することができ、ドライバに良質な運転感覚を与えることができる。

本発明の弁開閉時期制御装置では、前記作動流体を昇圧し、前記流体圧室に供給可能な昇圧機構を、前記ポンプから前記流体圧室へ連通する流路に対して並列に配置してある。

この構成では、ポンプから流体圧室への作動流体の供給に加えて、昇圧機構からも作動流体を供給することができる。これにより、ドライバが必要とするタイミングで作動流体の圧力を高めることができ、エンジンの円滑な加速操作を行なうことができる。

本発明の弁開閉時期制御装置では、前記制御部は、前記目標角度と実際の前記相対角度との差に応じて前記昇圧機構の動作量をＰＩＤ制御する。

この構成では、昇圧機構の動作量に対してＰＩＤ制御を行なうことで、流体圧室に供給する作動流体の圧力増減をドライバのアクセル操作に追随して連続的に変化させることができる。これより、エンジンの加速が極めて円滑に行なわれ、上質な運転感覚を現出することができる。

本発明の弁開閉時期制御装置では、前記制御部は、前記目標角度と実際の前記相対角度との偏差を求め、当該偏差が所定の範囲内の状態が所定時間以上継続した際に、前記昇圧機構を停止するよう制御する。

この構成では、昇圧機構の停止条件が設定されているため、流体圧室への作動流体の供給を漸減させることができる。すなわち、従動側回転体の相対位相の変位終了時の動作が円滑となり、位相制御がオーバーシュートすることを防止することができる。これにより、弁開閉時期制御装置を装着したエンジンは、加速走行から定常走行への移行が非常にスムーズとなる。

本発明による弁開閉時期制御装置の全体構成を示す破断断面図である。 弁開閉時期制御装置の一つの作動状態における図１のII−II断面図である。 最遅角位相における弁開閉時期制御装置の模式図である。 最進角位相における弁開閉時期制御装置の模式図である。 制御部の各機能部を表す機能ブロック図である。 弁開閉時期制御装置の処理の流れを表すフローチャートである。 制御モード決定処理の流れを表すフローチャートである。 目標角度決定処理の流れを表すフローチャートである。 デューティ出力決定処理の流れを表すフローチャートである。 昇圧機構の制御処理の流れを表すフローチャートである。 制御モードに応じたマップ変更の有無による相対角度の変位を表す図である。 昇圧機構の有無による相対角度の変位を表す図である。 本発明の弁開閉時期制御装置と従来の弁開閉時期制御装置とにおける相対角度の変位を表す図である。

以下、図面を用いて本発明の弁開閉時期制御装置の実施形態を説明する。図１は、本発明の弁開閉時期制御装置の構成を模式的に示す断面図である。図２は、図１のII−II断面図であり、１つの作動状態における位相変換機構１の状態を模式的に示す平面図である。位相変換機構１は、エンジン（内燃機関）のクランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転体１２と、駆動側回転体１２に対して同軸上に配置され、内燃機関の弁開閉用のカムシャフト１０に同期回転する従動側回転体１１とを備えている。本実施形態では、駆動側回転体１２の内側に従動側回転体１１が配置されている。また、駆動側回転体１２は、本実施形態ではスプロケットを用いているが、プーリ等他の構成としても構わない。駆動側回転体１２には、図示しないベルトやチェーン等の伝達機構を介してエンジンのクランクシャフトからの回転力が伝達される。従動側回転体１１はボルト１４でカムシャフト１０に固定されており、従動側回転体１１が駆動側回転体１２と連動回転することにより、カムシャフト１０が回動され、エンジンの吸気弁や排気弁が開閉作動する。

図２に示すように、駆動側回転体１２と従動側回転体１１との間には、空間２（本発明の流体圧室の例）が形成されている。この空間２は、可動する仕切りであるベーン１３（本発明における仕切部の例）によって２種類の圧力室２Ａおよび２Ｂに分割されている。空間２の容積は不変であるため、空間２の中でベーン１３の位置が変化することによって、圧力室２Ａおよび２Ｂの容積は相補的に変更されることとなる。圧力室２Ａおよび２Ｂの容積が変化すると、駆動側回転体１２に対する従動側回転体１１の相対的な位相（以下、相対角度と称する）が変更される。この相対角度が変更されることにより、ピストン運動するエンジンに対する吸気弁や排気弁の開閉タイミングが変更される。なお、圧力室２Ａおよび２Ｂとの仕切りは図２に示すようなブロック状のベーン１３に限らず、板状のものでもよい。また、本実施形態では、空間２は駆動側回転体１２の凹部により形成され、ベーン１３は従動側回転体１１に設けられているが、空間２を従動側回転体１１の凹部により形成し、ベーン１３を駆動側回転体１２に設けても構わない。

本実施形態では、位相変換機構１全体は時計回りに回転する。図２は、内燃機関の始動に適した相対角度として設定されている中間ロック位相を示している。この中間ロック位相は、駆動側回転体１２に対して従動側回転体１１の相対角度が最も遅れた最遅角位相状態と、駆動側回転体１２に対して従動側回転体１１の相対角度が最も進んだ最進角位相状態との間の中間領域に設定されており、ロック機構６によって固定保持されている。

図２の状態から、ロック機構６を解除し、圧力室２Ａにエンジンオイル（本発明の作動流体の例）が供給され、圧力室２Ｂからエンジンオイルが排出されると、圧力室２Ｂに対する圧力室２Ａの相対的な容積が増加する。これにより、従動側回転体１１の相対角度が遅角側に変化する。逆に、圧力室２Ｂにエンジンオイルが供給され、圧力室２Ａからエンジンオイルが排出されると、従動側回転体１１の位相が進角側に変化する。このような理由から、以降の説明では、圧力室２Ａを遅角室、圧力室２Ｂを進角室と称する。また、図１に示す、遅角室２Ａに通じる流路と進角室２Ｂに通じる流路をそれぞれ遅角流路２１、進角流路２２と称する。なお、遅角室２Ａおよび進角室２Ｂは完全密閉されていない。そのため、それぞれの容量を超えるエンジンオイルが供給されると、エンジンオイルは位相変換機構１の外側へ漏れ出す。漏れ出したエンジンオイルはエンジンの各部へ供給されるエンジンオイルと共に回収される。

図２に示すように、ロック機構６は、駆動側回転体１２に設けられた遅角用ロック部６Ａおよび進角用ロック部６Ｂと、従動側回転体１１の最外周面の一部に形成されたロック凹部６２とを備えている。遅角用ロック部６Ａおよび進角用ロック部６Ｂは、それぞれ、遅角側への相対角度の変位および進角側への相対角度の変位を規制するよう機能している。遅角用ロック部６Ａおよび進角用ロック部６Ｂは、それぞれ、駆動側回転体１２上に径方向に摺動変位可能に支持されたロック片６０Ａおよび６０Ｂ、ロック片６０Ａおよび６０Ｂを径方向内向きに突出付勢するバネ６１を有している。ロック凹部６２は従動側回転体１１の周方向に沿って設けられており、ロック片６０Ａと６０Ｂとが係入されることにより本来のロック機能を果たすための係止溝６２Ｍと、係止溝６２Ｍよりもロック片６０Ａによる係止深度が浅くなっている規制補助係止溝６２ａを備えた二段状の溝となっている。図２に示すように、規制補助係止溝６２ａは、係止溝６２Ｍの最進角側の端部から進角側に向かって延設されている。なお、ロック片６０Ａと６０Ｂの形状としては、プレート形状、ピン形状などを適宜採用することができる。

遅角用ロック部６Ａは、遅角用ロック片６０Ａを係止溝６２Ｍに係入させることで従動側回転体１１が中間ロック位相から遅角側へ変位することを阻止している。一方、進角用ロック部６Ｂは、進角用ロック片６０Ｂをロック凹部６２内に係入させることで、従動側回転体１１が中間ロック位相から進角側へ変位することを阻止している。

規制補助係止溝６２ａよりも深い係止溝６２Ｍの幅は、遅角用ロック片６０Ａと進角用ロック片６０Ｂとの、互いに従動側回転体１１の周方向に離間した側面どうしの距離と略一致させてある。したがって、図２に示すように、遅角用ロック片６０Ａおよび進角用ロック片６０Ｂの両方を同時に係止溝６２Ｍに係入させることで、従動側回転体１１の相角度を、実質的に許容幅を持たない中間ロック位相に拘束する、いわゆるロック状態とすることができる。

なお、ロック凹部６２は従動側回転体１１に形成されたロック流路６３に連通しており、ロック流路６３は後述する油圧回路７の第２制御弁７５に接続されている。第２制御弁７５からロック流路６３を介してロック凹部６２にエンジンオイルが供給されると、ロック凹部６２に係入していた一対のロック片６０Ａと６０Ｂとは、その先端が従動側回転体１１の最外周面よりも僅かに径方向外側に位置するまで駆動側回転体１２側に退避する。これにより、駆動側回転体１２と従動側回転体１１との間のロック状態が解除され、相対位相の変位が可能な状態になる。

図１に示すように、油圧回路７はエンジンにより駆動されてエンジンオイルの供給を行う第１ポンプ７１と、第１ポンプ７１の下流側に設けられた第２ポンプ７２と、第１ポンプ７１と第２ポンプ７２との間に設けられてエンジンオイルが貯留可能な貯留部７３とを有している。

第１ポンプ７１は、エンジンのクランクシャフトの駆動力により駆動される機械式の油圧ポンプである。第１ポンプ７１は、オイルパン７６に貯留されたエンジンオイルを吸入ポートから吸入し、吐出ポートから下流側に吐出する。第１ポンプ７１の吐出ポートは、フィルタ７７を介して、エンジン潤滑系７８および貯留部７３に連通している。なお、エンジン潤滑系７８には、エンジンおよびその周囲のエンジンオイルの供給を必要とする全ての部位を含む概念である。

第２ポンプ７２は、エンジンとは異なる動力、例えば電動モータにより駆動される電動ポンプである。したがって、第２ポンプ７２は、エンジンの動作状態に関係なく制御部８からの動作信号に従って動作可能となっている。第２ポンプ７２は、貯留部７３に貯留されたエンジンオイルを吸入ポートから吸入し、吐出ポートから下流側に吐出する。第２ポンプ７２の吐出ポートは、第１制御弁７４および第２制御弁７５に連通している。また、油圧回路７は、第２ポンプ７２に対して並行するように、第２ポンプ７２の上流側の流路と下流側の流路とを連通させるバイパス流路７９を有している。このバイパス流路７９には、チェックバルブ７９ａが設けられている。

貯留部７３は、第１ポンプ７１と第２ポンプ７２との間に設けられ、一定量のエンジンオイルを貯留可能な貯留室７３ａを有している。また、貯留部７３は、貯留室７３ａを第１ポンプ７１の下流側の流路に連通させる第１連通口７３ｂ、第１連通口７３ｂより低い位置に設けられ、貯留室７３ａを第２ポンプ７２の上流側の流路に連通させる第２連通口７３ｃ、および第１連通口７３ｂより高い位置に設けられ、貯留室７３ａをエンジン潤滑系７８に連通させる潤滑系連通口７３ｄを有している。

エンジンの停止状態、すなわち第１ポンプ７１の停止状態では、第２ポンプ７２は空間２およびロック機構６に対してエンジンオイルを供給する動作を行う。したがって、第１連通口７３ｂより低く第２連通口７３ｃより高い領域の容量が、空間２およびロック機構６のロック凹部６２の容量と、これらから第２ポンプ７２までの間の流路等の容量とを合わせた容量以上となるように、貯留部７３の貯留室７３ａの容量は設定されている。これにより、第１ポンプ７１が停止状態でも、第２ポンプ７２により、従動側回転体１１の相対角度を目標の相対角度に変位させることが可能となる。

また、油圧回路７は、空間２へのエンジンオイルの供給を制御する第１制御弁７４（本発明の流体制御機構の例）と、ロック機構６へのエンジンオイルの供給を制御する第２制御弁７５とを有している。さらに、油圧回路７は、第２ポンプ７２、第１制御弁７４および第２制御弁７５の動作制御を行う制御部８を有している。本実施形態では、制御部８はＥＵＣ（Electronic Control Unit）を中核として構成されている。

第１制御弁７４としては、例えば、制御部８からのソレノイドへの通電によってスリーブ内に摺動可能に配置されたスプールをスプリングに抗して変位させる可変式電磁スプールバルブを用いることができる。この第１制御弁７４は、進角流路２２に連通する進角ポートと、遅角流路２１に連通する遅角ポートと、第２ポンプ７２の下流側の流路に連通する供給ポートと、オイルパン７６に連通するドレインポートとを有している。第１制御弁７４は、進角ポートと供給ポートとを連通し、遅角ポートとドレインポートとを連通する進角制御位置、遅角ポートと供給ポートとを連通し、進角ポートとドレインポートとを連通する遅角制御位置、および進角ポートと遅角ポートとを閉塞するホールド制御位置の３つの状態制御を行うことが可能な３位置制御弁となっている。この第１制御弁７４は、制御部８からの制御信号（デューティ出力）によりソレノイドが摺動することにより、空間２内のエンジンオイルを制御するとともに、従動側回転体１１の相対角度を制御する。具体的には、デューティ出力が０％の時には第１制御弁７４は遅角制御位置にあり、デューティ出力が上がるに伴い、閉塞制御位置を経由し、進角制御位置へと変位する。

第２制御弁７５は、第１制御弁７４と同様に可変式電磁スプールバルブにより構成することができる。この第２制御弁７５は、ロック機構６の作動油流路であるロック流路６３に連通するロックポートと、第２ポンプ７２の下流側の流路に連通する供給ポートと、オイルパン７６に連通するドレインポートとを有している。第２制御弁７５は、ロックポートと供給ポートとを連通するロック解除制御位置、およびロックポートとドレインポートとを連通するロック制御位置の２つの状態制御を行うことが可能な２位置制御弁となっている。この第２制御弁７５は、制御部８からの制御信号により制御されて動作し、ロック機構の制御を行う。なお、第２制御弁７５とロック機構６とを接続するロック流路６３は、位相変換機構１内の進角流路２２や遅角流路２１と第１制御弁７５とを接続する流路とは独立しており、ロック機構６に対する作動油の給排制御は、遅角室２Ａや進角室２Ｂへの作動油の給排制御とは独立した制御が可能となっている。

また、本実施形態では第２ポンプ７２から流体制御機構７４までの流路に並列する流路に昇圧機構１００を備えている。この昇圧機構１００は、制御部８からの制御信号（デューティ出力）によりエンジンオイルに対する液圧を制御する。なお、昇圧機構１００としては、電動ポンプやアキュムレータ等を用いることができる。

駆動側回転体１２と従動側回転体１１との間には、従動側回転体１１を進角側に付勢する付勢力（アシストトルク）を与える付勢機構としてのトーションスプリング３が設けられている。従動側回転体１１は、吸気弁や排気弁のバルブスプリングや位相変換機構１から受ける抵抗により、駆動側回転体１２に対して遅れがちになる。そのため、トーションスプリング３は、この従動側回転体１１の遅れ、すなわち遅角側へ位相を抑制するよう機能している。

トーションスプリング３は、図１および図３に示されているように、一方の端部３ａが駆動側回転体１２に固定されており、他方の端部３ｂが従動側回転体１１に設けられた径方向係止部１５に係止されている。

図３および図４に、駆動側回転体１２と従動側回転体１１との間の相対位相の変遷を示している。図３および図４はそれぞれ、最遅角位相、最進角位相を示している。すなわち、駆動側回転体１２に対して従動側回転体１１が時計方向に回転するに従って、最遅角位相から、中間ロック位相（図２参照）を経て、最進角位相に達する。

図５に示すように、制御部８には、制御モード決定部８１、目標角度決定部８２、相対角度算出部８３、偏差算出部８４、デューティ出力決定部８５、昇圧機構制御部８６がソフトウェアにより構成されている。

制御モード決定部８１は、アクセルセンサ９１（本発明のアクセル操作量検出機構の例）から得られるアクセル操作量に基づいて制御モードを通常運転モードと加速運転モードとのいずれかに設定する。アクセルセンサ９１はドライバによるアクセルペダルへの操作量を計測するセンサである。アクセルペダルはドライバが直接操作する部材であるため、このアクセルペダルに対する操作量に基づいて制御モードを決定すれば、ドライバが加速を欲しているか否かを迅速に判断することができる。決定された制御モードは目標角度決定部８２、デューティ出力決定部８５および昇圧機構制御部８６に送られる。

目標角度決定部８２は、従動側回転体１１の相対角度の目標値である目標角度を決定する。本発明では、目標角度は制御モードに応じて決定されるものであり、本実施形態では、マップ制御により目標角度が決定される。そのため、本実施形態における目標角度決定部８２には通常運転モード時に使用される通常モードマップと加速運転モード時に使用される加速モードマップとが記憶されている。なお、本発明における通常運転モードとは燃費の向上を重視する状態を意味し、加速運転モードとはトルクの向上を重視する状態を意味している。したがって、通常モードマップは燃費を向上させるための目標角度が設定されており、一方、加速モードマップにはトルクを向上させるための目標角度が設定されている。

また、本実施形態におけるマップは、エンジン回転数および吸入（排出）空気量と目標角度の関係が定められている。すなわち、エンジンの回転数と吸入（排気）空気量とが決まれば目標角度を決定することができる。そのため、目標角度決定部８２にはエンジンの回転数を計測するエンジン回転数センサ９２およびインテークマニホールドの空気圧を測定するインテークマニホールド圧センサ９３からの信号が入力されている。なお、本実施形態では吸入（排出）空気量の目安としてインテークマニホールドの空気圧を用いたためにインテークマニホールド圧センサ９３を用いたが、インテークマニホールド内を流れる空気の流量を計測するセンサを用いても構わない。目標角度決定部８２により決定された目標角度は偏差算出部８４に送られる。

相対角度算出部８３は、従動側回転体１１の相対角度を算出する。本実施形態では、相対角度算出部８３には、クランク角を計測するクランク角センサ９４とカムシャフト１０の角度を計測するカムシャフト角センサ９５からの信号が入力されている。相対角度算出部は、これらのセンサにより計測された角度に基づいて従動側回転体１１の現在の相対角度を算出する。相対角度算出部８３により算出された相対角度は偏差算出部８４に送られる。なお、本実施形態ではクランク角センサ９４およびカムシャフト角センサ９５により角度検出部が構成されている。

偏差算出部８４は、目標角度と従動側回転体１１の実際の相対角度との偏差を算出する。具体的には、目標角度決定部８２から取得した目標角度から相対角度算出部８３から取得した相対角度を減じる。偏差算出部８４により算出された偏差は、制御モード決定部８１、デューティ出力決定部８５および昇圧機構制御部８６に送られる。

デューティ出力決定部８５は、目標角度と相対角度との偏差に基づいて流体制御機構７４に対するデューティ出力を決定する。本実施形態では、デューティ出力決定部８５はＰＩＤ制御によりデューティ出力を決定している。ＰＩＤ制御では（デューティ出力）=（制御定数）×（偏差）＋（制御定数）×（偏差の積分値）＋（制御定数）×（偏差の微分値）によりデューティ出力を決定することができる。上述したように、本発明では制御モードとして通常運転モードと加速運転モードとのいずれかが設定され、その設定された制御モードに応じて各種制御が行われる。その際、デューティ出力決定部８５におけるＰＩＤ制御の制御定数を共通としても構わないが、制御モードに応じた制御定数を用いれば、より最適な制御を実現できるため好ましい。そのため、本実施形態におけるデューティ出力決定部８５には、通常運転モード時に使用される通常モード制御定数と加速運転モード時に使用される加速モード制御定数とが記憶されており、制御モード決定部８１により決定された制御モードに応じてそのいずれかの制御定数が用いられる構成となっている。デューティ出力決定部８５は、決定したデューティ出力を流体制御機構７４に印加し、従動側回転体１１の相対角度を変位させる。

昇圧機構制御部８６は、昇圧機構１００を制御するためのデューティ出力を決定し、昇圧機構１００を制御する。本実施形態では、制御モードが加速運転モードに設定された際に昇圧機構１００を動作させる。また、昇圧機構１００が動作した後は、目標角度に対する実際の従動側回転体１１の相対角度の偏差に応じたＰＩＤ制御により昇圧機構１００に対するデューティ制御が行われる。さらに、所定の条件が充足されると昇圧機構１００を停止する制御が行われる。

図６は本発明の弁開閉時期制御装置の処理の流れを表すフローチャートである。なお、制御装置８には、アクセルセンサ９１、エンジン回転数センサ９２、インテークマニホールド圧センサ９３、クランク角センサ９４およびカムシャフト角センサ９５からの信号が常に入力されているものとする。

制御モード決定部８１は、アクセルセンサ９１によるアクセル操作量に基づいて制御モードを通常運転モードと加速運転モードとのいずれかに設定する（＃０１）。本実施形態では、アクセル操作量の変化度合に基づいて制御モードを決定する。アクセルペダルの操作量はドライバが直接操作する部材であるため、アクセル操作量はドライバの意図を的確に反映している。ただし、坂道を走向する際のように大きいトルクが必要なためにアクセル操作量が大きくなっている場合があるため、このような場合にアクセル操作量から制御モードを決定すると好ましい制御モードにならないおそれがある。そのため、本実施形態ではアクセル操作量の単位時間当たりの変位量、すなわちアクセル操作量の時間微分値に基づいて制御モードを決定している。ドライバが加速を欲する際には急激にアクセルペダルが踏み込まれると考えられるため、アクセル操作量の時間微分値が所定の閾値を超えた際に制御モードを加速モードに設定する。

また、本実施形態では制御モードが加速運転モードに設定されている際に、所定の条件を充足すると制御モードを通常運転モードに設定し、昇圧機構１００を停止させている。昇圧機構を動作させると燃費が低下するため、必要最低限の時間だけ昇圧機構を駆動することにより加速性能を向上させ、可能な限り迅速に昇圧機構を停止することにより燃費の低下を抑制している。

図７は、本実施形態における制御モードの決定処理の流れを表すフローチャートである。なお、制御モード決定部８１は、直前に取得したアクセル操作量Ａ（ｔ−１）を記憶しているとする。まず、制御モード決定部８１は現在の制御モードが通常運転モードであるか否かを判定する（＃１１）。通常運転モードの場合（＃１１のＹｅｓ分岐）には、制御モード決定部８１はアクセルセンサ９１からアクセル操作量Ａ（ｔ）を取得し（＃１２）、アクセル操作量の時間微分値Ａ’を算出する（＃１３）。具体的には、Ａ’＝Ａ（ｔ）−Ａ（ｔ−１）を求める。ここで算出されたアクセル操作量の時間微分Ａ’が所定の閾値ＴＨ以上であれば（＃１４のＹｅｓ分岐）、制御モードとして加速運転モードが設定される（＃１５）。

一方、アクセル操作量の時間微分Ａ’が所定の閾値よりも小さければ（＃１４のＮｏ分岐）、制御モードは通常運転モードに維持される。なお、ここで取得されたアクセル操作量Ａ（ｔ）は直前のアクセル操作量Ａ（ｔ−１）に代えて記憶される。

一方、制御モードが加速運転モードである場合（＃１１のＮｏ分岐）には、目標角度と実際の従動側回転体１１の相対角度との偏差が所定の範囲内にある状態が所定時間以上継続しているか否かが判定される。具体的には、偏差算出部８４から取得した偏差が所定の範囲にあるか否かが判定される（＃１６）。所定の範囲とは、例えば、[−５°，＋５°]を用いることができる。変位が所定範囲内であれば（＃１６のＹｅｓ分岐）、偏差定常状態移行時刻が設定されているか否かが判定され（＃１７）、偏差定常状態移行時刻が設定されている場合には（＃１７のＹｅｓ分岐）、このときの時刻と偏差定常状態移行時刻との差（以下、偏差定常状態継続時間と称する）を求める（＃１８）。ここで、偏差定常状態移行時刻とは、偏差が所定の範囲内に入った時刻であり、初期値は未設定となっている。一方、偏差定常状態移行時刻が設定されていない場合には（＃１７のＮｏ分岐）、その時刻を偏差定常状態移行時刻に設定する（＃２１）。

上述の処理で求めた偏差定常状態継続時間が所定時間Ｔ（例えば５００ｍｓｅｃ）以上であれば（＃１９のＹｅｓ分岐）、制御モードを通常運転モードに設定する（＃２０）。すなわち、この処理では偏差が所定範囲内にある状態が所定時間以上継続すれば、以降は燃費向上を重視すべく、制御モードを加速運転モードから通常運転モードに切り換えている。

一方、変位が所定の範囲にない場合（＃１６のＮｏ分岐）には、偏差定常状態移行時刻を未設定に変更する（＃２２）。

制御モード決定部８１は所定時間毎にこの処理を行うことによって、その時々の制御モードを決定する。制御モード決定部８１により決定された制御モードは、目標角度決定部８２、デューティ出力決定部８５および昇圧機構制御部８６に送られる。

このようにして制御モード決定部８１により制御モードが決定されると、目標角度決定部８２によりその制御モードにしたがった目標角度が決定される（＃０２）。具体的には、上述したように、本実施形態の目標角度設定部８２には通常モードマップと加速モードマップとが記憶されている。換言すると、目標角度はエンジン回転数とインテークマニホールド圧の関数となっている。そのため、目標角度設定部８２は、まず、制御モード決定部８１により決定された制御モードに応じたマップを選択する（＃３１）。具体的には、制御モードが通常運転モードであれば通常モードマップ、加速運転モードであれば加速モードマップが選択される。

また、各マップにはエンジン回転数およびインテークマニホールド圧と目標角度とが関連付けられている。そのため、目標角度決定部８２は、エンジン回転数センサ９２およびインテークマニホールド圧センサ９３からそれぞれエンジン回転数およびインテークマニホールド圧を取得し（＃３２）、選択したマップから取得したエンジン回転数およびインテークマニホールド圧に応じた目標角度を取得する（＃３３）。取得された目標角度は、偏差算出部８４に送られる。

図１１は、通常運転モードから加速運転モードに切り換えた際の従動側回転体１１の相対角度の変位を表した図である。実線は、制御モードに応じてマップを変更した場合、点線は共通のマップを用いた場合である。図から明らかなように、制御モードに応じてマップを変更した方が、目標角度への変位速度および収束速度も速くなっている。すなわち、制御モードに応じてマップを切り換えることにより、加速性能が向上し、また、加速後の燃費も向上させることができる。

一方、相対角度算出部８３は、クランク角センサ９４およびカムシャフト角センサ９５からそれぞれクランク角およびカムシャフト角を取得し、従動側回転体１１の相対角度を算出している（＃０３）。算出された相対角度は、偏差算出部８４に送られる。

偏差算出部８４は、目標角度と相対角度とを取得すると目標角度に対する実際の従動側回転体１１の相対角度のずれ、すなわち、偏差を算出する（＃０４）。具体的には、（偏差）＝（目標角度）−（相対角度）の演算が行われる。算出された偏差は制御モード決定部８１、デューティ出力決定部８５および昇圧機構制御部８６に送られる。制御モード決定部８１では、上述したように、この偏差を用いて、加速運転モードから通常運転モードへの切り換えを判断している。

デューティ出力決定部８５は、制御モードと偏差とを取得すると、これらに基づいて第１制御弁に対するデューティ出力を決定する（＃０５）。具体的には、以下の処理が行われる。

本実施形態では、デューティ出力決定部８５はＰＩＤ制御によりデューティ出力を決定している。一般的に、ＰＩＤ制御は（デューティ出力）=（制御定数）×（偏差）＋（制御定数）×（偏差の積分値）＋（制御定数）×（偏差の微分値）により出力を求めている。本発明では、２つの制御モードを有しており、制御モードに応じて目標角度を求めるためのマップが切り換えられる。また、後述するように、本実施形態では、制御モードに応じて昇圧機構が作動する。そのため、本発明では制御モードに応じて系全体の動作が大きく異なる。このような系においてＰＩＤ制御を行う際に、制御モードに関わらず単一の制御定数を用いることはできるが、出力の収束性の観点から見ると好ましくない。そのため、本実施形態では、デューティ出力決定部８５には制御モードに応じた制御定数が記憶されており、デューティ出力決定部８５はその時点の制御モードに応じた制御定数を選択して、ＰＩＤ制御に用いている（＃４１）。

上述したように、デューティ出力決定部８５にはその時々の偏差が入力されているため、デューティ出力決定部８５は、その偏差を用いてその時々のデューティ出力を決定する（＃４２）。

一方、昇圧機構制御部８６は、取得した制御モードと偏差とに応じて昇圧機構１００を制御する（＃０６）。具体的には、図１０に示すフローチャートの処理が行われる。

昇圧機構制御部８６は、現在の制御モードが通常運転モードであるか否かを判定し（＃５１）、通常運転モードであれば（＃５１のＹｅｓ分岐）昇圧機構１００を停止させる（＃５２）。これにより、通常運転モード時の不要な燃料消費を防止している。

一方、制御モードが通常運転モードでない、すなわち、加速運転モードであれば（＃５１のＮｏ分岐）、昇圧機構制御部８６は偏差に基づいてＰＩＤ制御により昇圧機構１００に対するデューティ出力を決定する（＃５３）。

これに対して、昇圧機構１００は、昇圧機構制御部８６の制御信号に応じて動作する。すなわち、昇圧機構制御部８６から停止信号（例えば、デューティ出力０％）が送られると、昇圧機構１００はエンジンオイルに対する昇圧を停止する。したがって、第１制御弁７４には第２ポンプ７２により生じた油圧が伝達される。一方、昇圧機構制御部８６から停止信号以外の制御信号（例えば、０％よりも大きいデューティ出力）が送られると、昇圧機構１００は制御信号に応じた油圧を生じさせ、その油圧は第１制御弁７４に伝達される。

図１２は、従動側回転体１１の相対角度を目標角度に変位させた際の時間と相対角度を示した図である。実線は昇圧機構１００を動作させた際の変位であり、点線は昇圧機構１００を停止させた際の変位である。図から明らかなように、昇圧機構１００を用いることにより従動側回転体１１の応答性が高まり、迅速に目標角度に変位することができている。

また、図１３は通常運転から加速運転を行った際の本発明の弁開閉時期制御装置と従来の弁開閉時期制御装置とにおける従動側回転体１１の相対角度の変位を表した図である。実線が本発明の弁開閉時期制御装置、点線が従来の弁開閉時期制御装置を用いた場合の相対角度を表している。図から明らかなように、本発明の弁開閉時期制御装置を用いた場合には、従来の弁開閉時期制御装置を用いた場合に比べて、従動側回転体１１の応答性が高まり、迅速に目標角度に変位している。また、相対角度が進角側に迅速に変位するためトルクが増大し、高い加速性能を得ることもできる。

〔別実施形態〕
（１）上述の実施形態では、目標角度と従動側回転体１１の相対角度との変位が所定の閾値以下となる状態が所定時間以上継続した際に、制御モードを通常運転モードに移行させることにより昇圧機構１００を停止させたが、この条件判断を昇圧機構制御部８６に行わせ、昇圧機構制御部８６が昇圧機構１００を停止させる構成としても構わない。この場合には、制御モード決定部８１には偏差算出部８４からの出力を入力する必要はない。

（２）上述の実施形態では、昇圧機構制御部８６は加速運転モード時にＰＩＤ制御により昇圧機構１００を制御する構成としたが、加速運転モード時に単位昇圧機構１００を動作させる制御を行っても構わない。すなわち、加速運転モード時に昇圧機構１００を動作させ、通常運転モード時に昇圧機構１００を停止させる。このような制御は、昇圧機構１００としてデューティ制御ができない構成を採用した際に適している。

（３）上述の実施形態では、偏差定常状態継続時間が所定時間以上であれば制御モードを通常運転モードに設定することにより、昇圧機構１００を停止させたが、偏差定常状態継続時間が所定時間以上となった際に制御モードを変更せずに、昇圧機構１００を停止させる制御を行っても構わない。

本発明は、内燃機関のクランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転体と、駆動側回転体に対して同軸上に配置され、内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに同期回転する従動側回転体と、駆動側回転体と従動側回転体とで形成され、駆動側回転体及び従動側回転体の少なくとも一方に設けられた仕切部によって遅角室と進角室とに仕切られた流体圧室と、作動流体の供給を行うポンプから流体圧室への作動流体の供給及び流体圧室からの作動流体の排出を制御する流体制御機構に利用することができる。

２：空間（流体圧室）
２Ａ：圧力室（遅角室）
２Ｂ：圧力室（進角室）
８：制御部
１０：カムシャフト
１１：従動側回転体
１２：駆動側回転体
１３：ベーン（仕切部）
７１：第１ポンプ（ポンプ）
７４：第１制御弁（流体制御機構）
９１：アクセルセンサ（アクセル操作量検出機構）
９４：クランク角センサ（角度検出部）
９５：カムシャフト角センサ（角度検出部）
１００：昇圧機構

Claims (6)

1. 内燃機関のクランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転体と、
   前記駆動側回転体に対して同軸上に配置され、前記内燃機関の弁開閉用のカムシャフトに同期回転する従動側回転体と、
   前記駆動側回転体と前記従動側回転体とで形成され、前記駆動側回転体及び前記従動側回転体の少なくとも一方に設けられた仕切部によって遅角室と進角室とに仕切られた流体圧室と、
   前記駆動側回転体に対する従動側回転体の相対位相である相対角度を検出する角度検出部と、
   作動流体の供給を行うポンプから前記流体圧室への前記作動流体の供給および前記流体圧室からの作動流体の排出を制御する流体制御機構と、
   アクセルに対する操作量であるアクセル操作量を検出するアクセル操作量検出機構と、を備え、
   前記アクセル操作量に基づいて前記流体制御機構に対する制御モードを定常運転モードと加速運転モードとの一方に設定するとともに、前記相対角度が、当該制御モードにおいて前記アクセル操作量に応じて決定される前記相対角度の目標値である目標角度となるように前記流体制御機構を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記従動側回転体の現在の相対角度を算出する相対角度算出部と、前記相対角度算出部により算出された現在の相対角度と前記目標角度との偏差を算出する偏差算出部とを備え、前記制御部は、前記制御モードが前記加速運転モードであり、且つ、前記偏差が所定の範囲内にある状態が所定時間以上継続する場合に、前記加速運転モードを前記定常運転モードに切り換える弁開閉時期制御装置。
2. 前記制御部は、前記定常運転モードと前記加速運転モードとに対応する前記アクセル操作量と前記目標角度との関係を設定したマップである定常モードマップと加速モードマップとを備え、前記設定した制御モードに応じて使用する前記マップを決定し、当該決定されたマップを用いて前記目標角度を決定する請求項１記載の弁開閉時期制御装置。
3. 前記制御部は、前記アクセル操作量の時間微分値を演算し、当該微分値が所定の値を超えた場合に前記制御モードを前記加速運転モードに設定する請求項１または２に記載の弁開閉時期制御装置。
4. 前記作動流体を昇圧し、前記流体圧室に供給可能な昇圧機構を、前記ポンプから前記流体圧室へ連通する流路に対して並列に配置してある請求項１から３の何れか一項に記載の弁開閉時期制御装置。
5. 前記制御部は、前記目標角度と実際の前記相対角度との差に応じて前記昇圧機構の動作量をＰＩＤ制御する請求項４に記載の弁開閉時期制御装置。
6. 前記制御部は、前記目標角度と実際の前記相対角度との偏差を求め、当該偏差が所定の範囲内の状態が所定時間以上継続した際に、前記昇圧機構を停止するよう制御する請求項４又は５に記載の弁開閉時期制御装置。

Images