JP6620779B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、より詳細には、燃焼室を開閉する吸気バルブまたは排気バルブを駆動するカムを切り替え可能なカム切替機構を備える内燃機関を制御する制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、燃焼室を開閉するバルブを駆動するカムを複数のカムの間で切り替え可能なカム切替機構を備える内燃機関システムが開示されている。このカム切替機構は、カム溝（螺旋溝）とアクチュエータとカムキャリアとを備えている。カムキャリアは、カムシャフトの軸方向にスライド自在となる態様で当該カムシャフトに設けられている。カム溝は、このカムキャリアの外周面に形成されている。また、上記複数のカムは、カムキャリアに固定されている。アクチュエータは、カム溝に係脱可能な係合ピンを有し、係合ピンをカム溝に向けて突き出し可能に構成されている。さらに、カム切替機構は、アクチュエータの動作によって係合ピンがカム溝に挿入されたときに、カムキャリアがカムシャフトの回転に伴ってカムシャフトの軸方向にスライドするように構成されている。カムキャリアがこのようにスライドすることで、バルブを駆動するカムが切り替えられる。

上記のアクチュエータは、電磁ソレノイド式である。アクチュエータの作動時期（より詳細には、係合ピンをカム溝に向けて突き出す動作を行う時期）は、アクチュエータの様々な作動条件（より詳細には、少なくともアクチュエータの温度および動作電圧の一方もしくは双方）に応じて調整される。

独国特許出願公開第１０２００４０２７９６６号明細書

特許文献１に記載のカム切替機構のように、カム溝に係合ピンを挿入するために電磁ソレノイド式のアクチュエータを備えるカム切替機構では、係合ピンの駆動のためにアクチュエータのコイルに流れる電流（コイル電流）は、電圧を一定にしたとしても、アクチュエータのコイルの温度変化などの各種の電流変化要因に応じて異なるものとなる。より詳細には、例えば、コイル温度が低くなると、その抵抗値が下げるので、同一の電圧の下でのコイル電流の値が大きくなる。このため、コイル温度が大きく低下すると、コイル電流が過度に大きくなってしまい、その結果として、アクチュエータの周辺の部品（例えば、電子制御ユニット（ＥＣＵ））が過熱してしまうことが懸念される。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、カムシャフトの外周面に設けられたカム溝と、カム溝に係脱可能な係合ピンをカムシャフトに向けて突き出し可能な電磁ソレノイド式のアクチュエータとを有するカム切替機構において、コイル温度変化などの各種の電流変化要因に応じてコイル電流が過度に大きくなることを抑制しつつ、カム切替動作を行えるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る内燃機関の制御装置は、回転駆動されるカムシャフトと、前記カムシャフトに設けられ、プロフィールの異なる複数のカムと、燃焼室を開閉するバルブを駆動するカムを、前記複数のカムの間で切り替えるカム切替動作を行うカム切替機構と、を備える内燃機関を制御する。前記カム切替機構は、前記カムシャフトの外周面に設けられたカム溝と、前記カム溝に係脱可能な係合ピンを有し、前記係合ピンを前記カムシャフトに向けて突き出し可能な電磁ソレノイド式のアクチュエータと、を含む。前記カム切替機構は、前記係合ピンが前記カム溝に係合しているときに、前記バルブを駆動するカムが前記カムシャフトの回転に伴って前記複数のカムの間で切り替わるように構成されている。前記カムシャフトの前記外周面は、前記カム溝における前記カムシャフトの回転方向の前方側の端よりも前記回転方向の前方側に位置する前方外周面を含む。前記制御装置は、前記カム切替機構に前記カム切替動作を行わせる場合に、前記係合ピンが前記前方外周面に着座するように前記アクチュエータへの通電を実行し、前記通電に伴って前記アクチュエータのコイルに流れるコイル電流の推定値である推定電流値を、前記コイルの温度に基づいて算出する電流推定処理を実行し、かつ、前記電流推定処理によって算出された前記推定電流値が大きいほど、前記前方外周面から前記カム溝に向けて前記係合ピンを突き出す際に前記アクチュエータに印加される単位時間当たりの平均電圧を低くする。そして、前記制御装置は、前記係合ピンを前記前方外周面に着座させるための前記通電を伴って前記カム切替機構に前記カム切替動作を行わせる際に、前記カム溝の内部に向けての前記係合ピンの突き出し動作の開始から完了までに要する時間が所定時間よりも長い場合には、前記係合ピンが前記前方外周面に着座した後に、前記係合ピンを前記前方外周面から後退させ、かつ、前記前方外周面への着座が行われた燃焼サイクルと同じ燃焼サイクル中に前記係合ピンが前記カム溝の内部に突き出されるように前記アクチュエータへの通電を実行する。
また、本発明の他の態様に係る内燃機関の制御装置は、回転駆動されるカムシャフトと、前記カムシャフトに設けられ、プロフィールの異なる複数のカムと、燃焼室を開閉するバルブを駆動するカムを、前記複数のカムの間で切り替えるカム切替動作を行うカム切替機構と、を備える内燃機関を制御する。前記カム切替機構は、前記カムシャフトの外周面に設けられたカム溝と、前記カム溝に係脱可能な係合ピンを有し、前記係合ピンを前記カムシャフトに向けて突き出し可能な電磁ソレノイド式のアクチュエータと、を含む。前記カム切替機構は、前記係合ピンが前記カム溝に係合しているときに、前記バルブを駆動するカムが前記カムシャフトの回転に伴って前記複数のカムの間で切り替わるように構成されている。前記カムシャフトの前記外周面は、前記カム溝における前記カムシャフトの回転方向の前方側の端よりも前記回転方向の前方側に位置する前方外周面を含む。前記制御装置は、前記カム切替機構に前記カム切替動作を行わせる場合に、前記係合ピンが前記前方外周面に着座するように前記アクチュエータへの通電を実行し、かつ、前記通電に伴って前記アクチュエータに流れる電流が大きいほど、前記前方外周面から前記カム溝に向けて前記係合ピンを突き出す際に前記アクチュエータに印加される単位時間当たりの平均電圧を低くする。そして、前記制御装置は、前記係合ピンを前記前方外周面に着座させるための前記通電を伴って前記カム切替機構に前記カム切替動作を行わせる際に、前記カム溝の内部に向けての前記係合ピンの突き出し動作の開始から完了までに要する時間が所定時間よりも長い場合には、前記係合ピンが前記前方外周面に着座した後に、前記係合ピンを前記前方外周面から後退させ、かつ、前記前方外周面への着座が行われた燃焼サイクルと同じ燃焼サイクル中に前記係合ピンが前記カム溝の内部に突き出されるように前記アクチュエータへの通電を実行する。

前記所定時間は、エンジン回転速度が高いほど短くてもよい。

本発明によれば、カム切替機構にカム切替動作を行わせる場合に、係合ピンが前方外周面に着座するようにアクチュエータへの通電が実行され、かつ、この通電に伴ってアクチュエータに流れる電流が大きいほど、その後に前方外周面からカム溝に向けて係合ピンが突き出される際にアクチュエータに印加される単位時間当たりの平均電圧が低くされる。通電時に電磁ソレノイド式のアクチュエータに流れる電流は、アクチュエータのコイルの温度変化などの各種の電流変化要因に応じて変化する。例えば、この電流は、アクチュエータのコイルの温度が低いほど大きくなる。したがって、上記電流が大きいほど上記平均電圧を低くすることにより、コイル温度変化などの各種の電流変化要因に応じてコイル電流が過度に大きくなることを抑制しつつ、カム切替動作を行えるようになる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の動弁系の要部の構成を概略的に示す図である。 図１に示すカム溝の具体的な構成を説明するための図である。 図１に示すアクチュエータの構成例を概略的に説明するための図である。 カム切替機構によるカム切替動作の一例を説明するための図である。 深溝着座モード、外周着座モードおよび２回通電モードの概要を説明するための図である。 コイル温度とコイル電流Ｉとの関係を表した図である。 内燃機関の油温／水温とコイル温度との関係を表した図である。 コイル電流Ｉの推定処理の実行対象となる電流推定可能区間を説明するための図である。 カムシャフトの回転速度（Ｎｅ／２）と時間との関係を表した図である。 推定電流値Ｉestの算出手法の一例を説明するための図である。 外周着座位置とフルストローク応答時間Ｔ_olandとの関係を説明するための図である。 外周着座に要する時間（Ｓ１のストロークに要する時間）、油温およびコイル電流Ｉの関係を表した図である。 要求応答時間とエンジン回転速度Ｎｅとの関係を表した図である。 本発明の実施の形態に係るアクチュエータの通電制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。

以下、図１〜図１４を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１．実施の形態に係るシステムの構成
本実施形態のシステムが備える内燃機関１は、車両に搭載され、その動力源として使用される。本実施形態の内燃機関１は、一例として、直列４気筒型の４ストロークエンジンである。内燃機関１の点火順序は、一例として、１番気筒＃１、３番気筒＃３、４番気筒＃４および２番気筒＃２の順である。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関１の動弁系の要部の構成を概略的に示す図である。内燃機関１の各気筒には、一例として、２つの吸気バルブ（図示省略）が備えられている。そして、内燃機関１は、これら２つの吸気バルブを駆動するための可変動弁装置１０を備えている。なお、以下に説明する可変動弁装置１０は、燃焼室を開閉するバルブであれば、吸気バルブに代え、排気バルブを駆動するために用いることもできる。

１−１．カムシャフト
可変動弁装置１０は、各気筒の吸気バルブを駆動するためのカムシャフト１２を備えている。カムシャフト１２は、図示省略するタイミングプーリーおよびタイミングチェーン（もしくはベルト）を介してクランクシャフト（図示省略）と連結されており、クランクシャフトの１／２の速度で回転するようにクランクシャフトのトルクによって駆動される。

１−２．吸気カム
可変動弁装置１０は、各気筒の個々の吸気バルブに対し、プロフィールの異なる複数（一例として、２つ）の吸気カム１４、１６を備えている。吸気カム１４、１６は、後述の態様でカムシャフト１２に設けられている。一方の吸気カム１４のプロフィールは、吸気バルブのリフト量および作用角として相対的に小さなリフト量および作用角を得るための「小カム」として設定されている。もう一方の吸気カム１６のプロフィールは、吸気カム１４により得られるリフト量および作用角よりも大きなリフト量および作用角が得られる「大カム」として設定されている。なお、複数の吸気カムのプロフィールの１つは、カムシャフト１２の軸心からの距離が等しいベース円部のみであってもよい。すなわち、吸気カムの１つは、吸気バルブに押圧力を付与しないゼロリフトカムとして設定されてもよい。

吸気バルブのそれぞれには、吸気カム１４または１６からの押圧力をバルブに伝達するためのロッカーアーム１８が設けられている。図１は、吸気カム（小カム）１４が吸気バルブを駆動するときの動作状態を示している。このため、この動作状態では、吸気カム１４のそれぞれがロッカーアーム１８（より詳細には、ロッカーアーム１８のローラ）と接触している。

１−３．カム切替機構
可変動弁装置１０は、さらに、カム切替機構２０を備えている。カム切替機構２０は、吸気バルブを駆動するカム（換言すると、吸気バルブと機械的に連結される対象となるカム）を吸気カム１４、１６の間で切り替えるカム切替動作を行うものである。カム切替機構２０は、気筒毎に、カムキャリア２２とアクチュエータ２４とを備えている。

カムキャリア２２は、カムシャフト１２の軸方向にはスライド自在であって、その回転方向の移動が拘束された態様で、カムシャフト１２によって支持されている。図１に示すように、カムキャリア２２には、同一気筒の２つの吸気バルブを駆動するための２対の吸気カム１４、１６が形成されている。そして、吸気カム１４、１６の各対は、互いに隣接して設けられている。また、カムシャフト１２の外周面の一部に相当するカムキャリア２２の外周面には、カム溝２６が形成されている。

（カム溝）
図２は、図１に示すカム溝２６の具体的な構成を説明するための図である。より詳細には、図２（Ａ）は、カムキャリア２２の外周面に形成されたカム溝２６を平面上に展開して得られた図である。カム溝２６は、後に詳述される一対の係合ピン２８ａ、２８ｂに対応して、一対のカム溝２６ａ、２６ｂとして備えられている。なお、カム溝２６に対する係合ピン２８の進行は、カムシャフト１２の回転に基づくものであるため、その進行方向は、図２（Ａ）に示すように、カムシャフト１２の回転方向と逆方向になる。

一対のカム溝２６ａ、２６ｂは、カムシャフト１２の周方向に延びるように形成されており、図２（Ａ）に示すように、両者の経路は、その途中で１本に合流している。より詳細には、一対のカム溝２６ａ、２６ｂは、一対の係合ピン２８ａ、２８ｂに対応して、「挿入区間」と「切替区間」とをそれぞれ含んでいる。

挿入区間のそれぞれは、カムシャフト１２の軸方向と垂直な「垂直方向」に延び、かつ、係合ピン２８ａ、２８ｂの１つの挿入を受けるように形成されている。切替区間は、挿入区間に対してカムシャフト１２の回転方向の後方側の位置において挿入区間の一端と連続し、かつ、上記垂直方向に対して傾斜した方向に延びるように形成されている。切替区間は、カム溝２６が形成されたカムキャリア２２と同じカムキャリア２２に設けられた吸気カム１４、１６が吸気バルブをリフトさせていない区間（ベース円区間）内に収まるように設けられている。カム溝２６ａの切替区間とカム溝２６ｂの切替区間とは、カムシャフト１２の軸方向において互いに逆向きに傾斜している。また、一対のカム溝２６ａ、２６ｂにおいて両者の経路が合流している部位は、係合ピン２８がカム溝２６から退出する「退出区間」に相当する。

図２（Ａ）には、カムシャフト１２の回転に伴う係合ピン２８の移動経路Ｃが表されている。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）中のＡ−Ａ線で（すなわち、係合ピン２８の移動経路Ｃに沿って）カムキャリア２２を切断して得られるカム溝２６ａの縦断面図である。なお、カム溝２６ｂの縦断面図もこれと同様である。図２（Ｂ）に示すように、挿入区間と切替区間の溝深さは、一例として一定である。一方、退出区間の溝深さは、一定ではなく、カムシャフト１２の回転方向の後方側の端部に近づくにつれて徐々に浅くなっている。なお、各気筒のカム溝２６は、上述の点火順序に従う順で、カム角で９０°の位相差を伴って形成されている。

また、図２（Ｂ）に示すように、カム溝２６ａの挿入区間に対してカムシャフト１２の回転方向の前方側には、カムシャフト１２の外周面の一部に相当するカムキャリア２２の外周面が存在している。ここでは、この位置に存在する外周面のことを、説明の便宜上、「前方外周面」と称する。図２（Ａ）に示すように、カム溝２６ｂにも、同様の前方外周面が存在している。

なお、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示す例では、カム溝２６ａ、２６ｂの「前方外周面」と「挿入区間」との間に、溝深さが徐々に変化する「傾斜区間」が設けられている。しかしながら、本発明に係るカム溝には、このような傾斜区間は必ずしも設けられていなくてもよく、したがって、「前方外周面」と「挿入区間」との境は、段付き形状を伴って連続していてもよい。付け加えると、上記傾斜区間を有するカム溝２６では、傾斜区間におけるカムシャフト１２の回転方向の前方側の端が本発明における「カム溝におけるカムシャフトの回転方向の前方側の端」に相当し、傾斜区間を有しないカム溝では、挿入区間における上記回転方向の前方側の端がこれに相当する。

（アクチュエータ）
アクチュエータ２４は、カム溝２６と対向する位置において、シリンダヘッド等の静止部材２７に固定されている。アクチュエータ２４は、一対のカム溝２６ａ、２６ｂにそれぞれ係脱可能な一対の係合ピン２８ａ、２８ｂを有している。アクチュエータ２４は、一対の係合ピン２８ａ、２８ｂのうちの１つを選択的にカムシャフト１２に向けて（より詳細には、カム溝２６に向けて）突き出し可能に構成されている。

なお、カム切替動作の前提として、図１に示すように、一対の吸気カム１４、１６と一対のカム溝２６ａ、２６ｂと一対の係合ピン２８ａ、２８ｂとの間では、次のような位置関係が満たされている。すなわち、カム溝２６ａの挿入区間の溝中心線とカム溝２６ａ、２６ｂの（共通の）退出区間の溝中心線との距離と、カム溝２６ｂの挿入区間の溝中心線と退出区間の溝中心線との距離とは、ともに距離Ｄ１で等しくなっている。そして、この距離Ｄ１は、一対の吸気カム１４、１６の中心線間距離Ｄ２および一対の係合ピン２８ａ、２８ｂの中心線間距離Ｄ３と等しくなっている。

図３は、図１に示すアクチュエータ２４の構成例を概略的に説明するための図である。本実施形態のアクチュエータ２４は、一例として、電磁ソレノイド式である。アクチュエータ２４は、図３に示すように、一対の係合ピン２８ａ、２８ｂのそれぞれに対し、コイル３２とコア３４とを有する電磁石３０（一対の電磁石３０ａ、３０ｂ）を金属製のハウジング３６内に備えている。係合ピン２８は、アクチュエータ２４に内蔵されている。係合ピン２８は、ハウジング３６内において電磁石３０に対向する側の端部に、磁性材料により形成された板状の磁性部２９を有している。

電磁石３０のそれぞれには、バッテリ３８から電力が供給される。アクチュエータ２４（電磁石３０）への通電の制御は、後述の電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０からの指令に基づいて制御される。アクチュエータ２４は、電磁石３０への通電が実行されたときに、係合ピン２８が電磁石３０と反発してカムシャフト１２（カムキャリア２２）に向けて突き出されるように構成されている。このため、詳細は後述される適切なタイミングでアクチュエータ２４への通電を実行することで、係合ピン２８をカム溝２６に係合させることができる。より詳細には、図３に示すアクチュエータ２４の構成例では、アクチュエータ２４への通電により係合ピン２８がカムシャフト１２に向けて突き出されると、係合ピン２８の磁性部２９は、電磁石３０と反対側のハウジング３６の壁面によって吸引され、当該壁面に着座する。すなわち、係合ピン２８がフルストロークする。このため、係合ピン２８がフルストロークした後には、アクチュエータ２４への通電の継続を必要とせずにフルストローク状態を維持することができる。

カム溝２６に係合している係合ピン２８がカムシャフト１２の回転に伴って退出区間に入ると、溝深さが徐々に浅くなる退出区間の底面の作用で、係合ピン２８は、電磁石３０側に押し戻されるように変位する。この底面の作用によって係合ピン２８の磁性部２９が当該磁性部２９のストロークの中央位置よりも電磁石３０側にまで押し戻されると、係合ピン２８が電磁石３０に吸引され、係合ピン２８のカム溝２６からの退出が完了する。また、係合ピン２８がこのように押し戻されると、電磁石３０ｂには誘導起電力が発生する。このため、ＥＣＵ４０は、この誘導起電力の検出の有無を利用して、カム切替動作の完了の有無を判定することができる。

１−４．制御系
本実施形態のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ４０を備えている。ＥＣＵ４０には、内燃機関１およびこれを搭載する車両に搭載された各種センサと、内燃機関１の運転を制御するための各種アクチュエータとが電気的に接続されている。

上記の各種センサは、クランク角センサ４２、油温センサ４４、水温センサ４６およびエアフローセンサ４８を含む。クランク角センサ４２は、クランク角に応じた信号を出力する。ＥＣＵ４０は、クランク角センサ４２を用いてエンジン回転速度を取得できる。油温センサ４４は、内燃機関１の各部（カムシャフト１２等の可変動弁装置１０の各部を含む）を潤滑するオイルの温度に応じた信号を出力する。水温センサ４６は、内燃機関１を冷却する冷却水の温度に応じた信号を出力する。エアフローセンサ４８は、内燃機関１に吸入される空気の流量に応じた信号を出力する。また、上記の各種アクチュエータは、アクチュエータ２４とともに、燃料噴射弁５０および点火装置５２を含む。

ＥＣＵ４０は、プロセッサ、メモリおよび入出力インターフェースを備えている。入出力インターフェースは、上述の各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、上述の各種アクチュエータに対して操作信号を出力する。メモリには、各種アクチュエータを制御するための各種の制御プログラムおよびマップが記憶されている。プロセッサは、制御プログラムをメモリから読み出して実行する。これにより、本実施形態に係る「制御装置」の機能が実現される。

２．カム切替動作
次に、図４を参照して、カム切替機構２０を用いたカム切替動作について説明する。吸気バルブを駆動するカムとして吸気カム（小カム）１４と吸気カム（大カム）１６のどちらを用いるかは、例えば、エンジン運転条件（主に、エンジン負荷とエンジン回転速度Ｎｅ）および運転者からの要求トルクの変化率の大きさに応じて決定される。

２−１．小カムから大カムへのカム切替動作
図４は、カム切替機構２０によるカム切替動作の一例を説明するための図である。より詳細には、図４に示す例は、バルブを駆動するカムを吸気カム（小カム）１４から吸気カム（大カム）１６に切り替える際のカム切替動作に相当する。図４には、カム角Ａ〜Ｄのそれぞれにおけるカムキャリア２２およびアクチュエータ２４が表されている。なお、図４では、カムシャフト１２の回転に伴ってカム溝２６が紙面の上方から下方に向けて移動している。

図４中のカム角Ａでは、カムキャリア２２は、カム溝２６ｂの挿入区間が係合ピン２８ｂと対向するようにカムシャフト１２上で位置している。このカム角Ａでは、アクチュエータ２４の電磁石３０ａ、３０ｂへの通電はなされていない。また、カム角Ａでは、ロッカーアーム１８のそれぞれは、吸気カム１４と接触している。

図４中のカム角Ｂは、カム角Ａからカムシャフト１２が９０°回転したときのカム角に相当する。アクチュエータ（電磁石３０ｂ）への通電実行に伴って係合ピン２８ｂがカムシャフト１２（カムキャリア２２）に向けて突き出された結果として、係合ピン２８ｂが挿入区間においてカム溝２６ｂと係合する。図４に示すように、カム角Ｂでは、係合ピン２８ｂが挿入区間においてカム溝２６ｂと係合している。

図４中のカム角Ｃは、カム角Ｂからカムシャフト１２がさらに９０°回転したときのカム角に相当する。係合ピン２８ｂは、カムシャフト１２の回転に伴って、係合ピン２８が挿入区間を経て切替区間に入る。図４に示すように、カム角Ｃでは、係合ピン２８ｂが切替区間においてカム溝２６ｂと係合している。このように係合ピン２８が切替区間に位置しているため、カムキャリア２２は、図４中のカム角Ｂとカム角Ｃとを比較すると分かるように、カムシャフト１２の回転に伴ってカム角Ｂでの位置から図４の左方向にスライドしている。

図４中のカム角Ｄは、カム角Ｃからカムシャフト１２がさらに９０°回転したときのカム角に相当する。係合ピン２８ｂは、切替区間を通過し終えると退出区間に入る。係合ピン２８ｂが退出区間に入ると、上述のように、退出区間の底面の作用で係合ピン２８ｂが電磁石３０ｂ側に押し戻される。係合ピン２８ｂが押し戻されると、ＥＣＵ４０が電磁石３０ｂの誘導起電力を検出して電磁石３０ｂへの通電を停止する。その結果、係合ピン２８ｂが電磁石３０ｂに吸引され、係合ピン２８ｂのカム溝２６ｂからの退出が完了する。図４には、係合ピン２８ｂのカム溝２６ｂからの退出が完了したカム角Ｄでのカムキャリア２２およびアクチュエータ２４が表されている。

また、図４中のカム角Ｄでは、図４中の左方向へのカムキャリア２２のスライド動作も完了している。このため、ロッカーアーム１８に押圧力を与えるカムを吸気カム（小カム）１４から吸気カム（大カム）１６に切り替えるカム切替動作が完了している。このようなカム切替動作によれば、カムシャフト１２が１回転する間にカムの切り替えを行うことができる。

さらに付け加えると、吸気カム（小カム）１４から吸気カム（大カム）１６へのカム切替動作が完了すると、図４中のカム角Ｄに関する図示から分かるように、もう一方の係合ピン２８ａがもう一方のカム溝２６ａの挿入区間と対向するようになる。

２−２．大カムから小カムへのカム切替動作
吸気カム（大カム）１６から吸気カム（小カム）１４へのカム切替動作は、上述の吸気カム（小カム）１４から吸気カム（大カム）１６へのカム切替動作と同様であるため、ここでは、以下のように概略的な説明を行う。

すなわち、吸気カム（大カム）１６から吸気カム（小カム）１４へのカム切替動作は、図４中のカム角Ｄに関する図示と同様の位置にカムキャリア２２があるときに実行される。まず、係合ピン２８ａがカム溝２６ａの挿入区間に挿入されるようにアクチュエータ２４（電磁石３０ａ）への通電が実行される。その後、係合ピン２８ａが切替区間を通過している間に、カムキャリア２２がカムシャフト１２の回転に伴って図４中の右方向にスライドする。その後、係合ピン２８ａが切替区間を通過し終えると、カムキャリア２２のスライド動作が完了し、ロッカーアーム１８に押圧力を与えるカムが吸気カム（大カム）１６から吸気カム（小カム）１４に切り替えられる。また、係合ピン２８ａのカム溝２６ａからの退出が行われる。なお、このようにしてカム切替動作が完了すると、図４中のカム角Ａに関する図示と同様に、カムキャリア２２の位置は、係合ピン２８ｂがカム溝２６ｂの挿入区間と対向する位置に戻ることになる。

２−３．カム溝へのピン挿入のためのアクチュエータの制御モード
上述したカム切替機構２０では、係合ピン２８をカム溝２６に挿入させるためのアクチュエータ２４の制御モードとして、「深溝着座モード」と「外周着座モード」と「２回通電モード」とを選択可能となっている。より詳細には、「深溝着座モード」と「外周着座モード」と「２回通電モード」との切り替えは、ＥＣＵ４０によるアクチュエータ２４への通電タイミングおよび通電期間の制御によって実現可能である。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、深溝着座モード、外周着座モードおよび２回通電モードの概要を説明するための図である。

２−３−１．深溝着座モード
図５（Ａ）に示すように、深溝着座モードは、係合ピン２８が前方外周面に着座することなくカム溝２６の挿入区間の底面に直接的に着座するようにアクチュエータ２４への通電タイミングが制御されるモードである。なお、このように、本実施形態では、カム溝２６の内部に係合ピン２８を直接的に挿入させた際に、係合ピン２８の先端がカム溝２６の挿入区間の底面に直接的に着座する例を挙げている。しかしながら、本発明の対象となるカム切替機構において挿入区間のカム溝２６の内部に係合ピン２８を直接的に挿入させる場合には、上記の例のように必ずしも係合ピンの先端が底面に着座（接触）するように構成されていなくてもよい。すなわち、係合ピンがカム溝に挿入されるようになっていればよく、例えば、図３に示すアクチュエータ２４の例では、係合ピン２８がカム溝２６の底面に着座せずに磁性部２９が電磁石３０と反対側の壁面に着座するように構成されていてもよい。

２−３−２．外周着座モード
図５（Ｂ）に示すように、外周着座モードは、係合ピン２８が前方外周面に一旦着座した後に前方外周面からカム溝２６内に挿入されるようにアクチュエータ２４が制御されるモードである。より詳細には、外周着座モードでは、係合ピン２８を前方外周面に一旦着座させるために深溝着座モード時よりも早いタイミングでアクチュエータ２４への通電が開始される。アクチュエータ２４への通電は、係合ピン２８が前方外周面に着座した後に前方外周面からカム溝２６の挿入区間に挿入し終えるタイミングまで継続される。

２−３−３．２回通電モード
図５（Ｃ）に示すように、２回通電モードは、外周着座モードの開始後に深溝着座モードへの制御モードの変更が実行されるモードに相当する。より詳細には、２回通電モードでは、外周着座モード時と同様に、係合ピン２８が前方外周面に一旦着座するように深溝着座モード時よりも早いタイミングでアクチュエータ２４への通電が開始される。そして、２回通電モードでは、係合ピン２８が前方外周面に着座した後であって深溝着座モードの通電タイミングよりも早いタイミングでアクチュエータ２４への通電が一旦停止される。係合ピン２８が前方外周面に着座している小ストローク状態においてアクチュエータ２４への通電が停止されると、係合ピン２８（の磁性部２９）が電磁石３０に吸引されることで、係合ピン２８が後退する。２回通電モードでは、その後に、深溝着座モード時と同様のタイミングで、係合ピン２８がカム溝２６の挿入区間の底面に着座するようにアクチュエータ２４への通電が再度実行される。

３．実施の形態に係るアクチュエータの通電制御
３−１．アクチュエータの通電制御に関する課題
本実施形態のカム切替機構２０のように、カム溝に係合ピンを挿入するために電磁ソレノイド式のアクチュエータを備えるカム切替機構では、係合ピンの駆動のためにアクチュエータのコイル３２に流れる電流（以下、単に「コイル電流Ｉ」と称する）は、電圧を一定にしたとしても、コイル３２の温度変化もしくはコイル抵抗値Ｒのばらつきなどの各種の電流変化要因に応じて異なるものとなる。より詳細には、例えば、コイル温度が低くなると、その抵抗値が下がるので、同一の電圧の下でのコイル電流Ｉの値が大きくなる。このため、コイル温度が大きく低下すると、コイル電流Ｉが過度に大きくなってしまい、アクチュエータの周辺の部品が過熱してしまうことが懸念される。例えば、アクチュエータを駆動するための回路がＥＣＵに内蔵されていると、ＥＣＵが過熱することが懸念される。

３−２．実施の形態に係るアクチュエータの通電制御の概要
上記の課題に鑑み、本実施形態では、コイル温度の変化などの各種の電流変化要因に応じてコイル電流Ｉが過度に大きくなることを抑制しつつカム切替動作を行えるようにするために、次のような通電制御が実行される。

３−２−１．コイル温度とコイル電流Ｉとの関係
図６は、コイル温度とコイル電流Ｉとの関係を表した図である。図６中に直線Ｌ１として表されているように、コイル電流Ｉは、コイル温度が高くなるにつれて徐々に小さくなる。図６中の「アクチュエータ動作保証温度範囲」とは、カム切替動作のためにアクチュエータ２４が所望の動作を行えることが保証された設計上の温度範囲である。また、図６中の動作保証最低電流値は、アクチュエータ２４が上記所望の動作をするために必要なコイル電流Ｉの最低値であり、上限電流値は、アクチュエータ２４への通電に起因する過熱を抑制する対象となるアクチュエータ２４の周辺の部品の温度管理の観点から要求されるコイル電流Ｉの上限値である。本実施形態では、一例として、アクチュエータ２４を駆動するための回路はＥＣＵ４０に内蔵されており、本実施形態において想定される上記部品は、一例として、ＥＣＵ４０であるものとする。したがって、上限電流値は、ＥＣＵ４０の温度管理の制約に基づいて定まる値となる。

また、コイル電流Ｉの目標値（基準値）である目標電流Ｉrefは、図６に示すように、上限電流値と動作保証最低電流値との間に位置する値（より詳細には、両者のほぼ中間値）となるように事前に決定された値である。

図６中のコイル温度の閾値ＴＨ１は、コイル電流Ｉが上限電流値と等しくなるときのコイル温度値に相当する。コイル温度が閾値ＴＨ１よりも高い場合には、コイル電流Ｉは上限電流値未満となる。この場合には、コイル電流Ｉを特別に制御しなくても、コイル電流Ｉが上限電流値を超えることはない。このため、閾値ＴＨ１よりも高温側のコイル温度範囲は、コイル電流Ｉを制限する電流制御が不要となる「電流制御不要範囲」に相当する。

一方、コイル温度が閾値ＴＨ１以下となる場合には、特別な制御が行われないと、コイル電流Ｉが上限電流値を超えてしまう。このため、閾値ＴＨ１以下となる低温側のコイル温度範囲は、コイル電流Ｉを上限電流値未満に制限する電流制御が必要とされる「電流制御必要範囲」に相当する。

付け加えると、図６に直線Ｌ１によって示されたコイル電流Ｉとコイル温度との関係は、バッテリ電圧Ｖ＋Ｂが標準的な値であるときのものである。例えば、バッテリ電圧Ｖ＋Ｂがこの標準値よりも低いと、コイル電流Ｉの値はコイル温度の全範囲において小さくなる。したがって、閾値ＴＨ１は、バッテリ電圧Ｖ＋Ｂに応じて変化する。さらに付け加えると、図６中の「アクチュエータ動作保証温度範囲」は、想定されるバッテリ電圧Ｖ＋Ｂの変動を考慮しつつ、アクチュエータ２４の所望の動作が保証された温度範囲である。

３−２−２．油温／水温に基づくコイル温度の推定
図７は、内燃機関１の油温／水温とコイル温度との関係を表した図である。油温とコイル温度との関係と、水温とコイル温度との関係は、類似したものであり、このため、図７では、横軸を油温／水温として示し、これら２つの関係が包括的に表現されている。

コイル温度は、あるバラツキを伴って油温および水温のそれぞれと相関を有している。より詳細には、油温／水温の各値に対応するコイル温度は、図７に示すようなバラツキ幅を伴いつつ、油温が高いほど高くなり、同様に、水温が高いほど高くなる。図６を参照して説明したように、コイル温度が低くなると、コイル電流Ｉを制限する要求が高くなる。このため、本実施形態では、コイル電流Ｉの制御のために、図７中の油温／水温の各値に対応するコイル温度のバラツキ幅の下限値が以下のように利用される。

図７中に示す直線Ｌ２は、油温／水温の各値に対応するコイル温度のバラツキ幅の下限値を繋いで得られる直線である。そのうえで、図７中の油温／水温の判定閾値ＴＨ２は、上述したコイル温度が閾値ＴＨ１と等しくなるときの油温／水温の値である。したがって、図７中の直線Ｌ２を事前に求めて把握し、かつ、判定閾値ＴＨ２を求めておくことで、コイル電流Ｉを上限電流値未満とするための電流制御の要否を、油温／水温の値に基づいて判定することができる。より詳細には、油温／水温の値が判定閾値ＴＨ２よりも高い場合には、電流制御が不要と判定でき、油温／水温の値が判定閾値ＴＨ２以下となる場合には、電流制御が必要と判定できる。

また、本実施形態では、直線Ｌ２によって表されるコイル温度のバラツキ幅の下限値と油温／水温との関係が事前に実験等により取得され、ＥＣＵ４０にマップとして記憶されている。そして、このマップを利用して、油温／水温に応じたコイル温度（下限値）が推定される。推定されたコイル温度は、次のコイル電流Ｉの推定処理において用いられる。なお、上記の例とは異なり、コイル温度（下限値）は、油温および水温の何れか一方に応じた値として推定されてもよい。

３−２−３．コイル電流Ｉの推定処理（Ｉestの算出処理）
図８は、コイル電流Ｉの推定処理の実行対象となる電流推定可能区間を説明するための図である。この電流推定処理は、カム切替動作を実行するカム切替要求が出された際に、外周着座モードを利用して実行される。

（電流推定処理の可否判定Ｅ１）
図８中の通電開始カム角度（電流推定用）θcrnk0とは、この電流推定処理のためにアクチュエータ２４への通電が開始されるタイミングに対応するカム角度の値に相当する。この通電開始カム角度θcrnk0は、前方外周面の進角側の端、すなわち、ある燃焼サイクル中に外周着座モードを利用してカム切替動作を実行する際に最も進角された位置に相当する。一方、図８中の通電開始カム角度θcrnkとは、深溝着座モードを利用した際に、係合ピン２８がピン突き出し完了目標位置（換言すると、挿入区間内の目標着座位置）で着座できるようにするために必要とされる通電開始タイミングに対応するカム角度の値である。

上記の通電開始カム角度θcrnkよりも遅角側のカム角度で通電が開始されると、カム切替動作の成功が保証されなくなる。つまり、通電開始カム角度（電流推定用）θcrnk0から通電開始カム角度（深溝着座モード用）θcrnkまでのカム角度範囲が、電流推定処理を実行可能な「電流推定可能区間」に相当する。なお、通電開始カム角度（深溝着座モード用）θcrnkからピン突き出し完了目標位置までのカム角度範囲は、深溝着座モード時に係合ピン２８がカム溝２６に向けて突き出される「突き出し区間」に相当する。

さらに付け加えると、エンジン回転速度Ｎｅ（∝カムシャフト回転速度）が高くなると、単位時間当たりのクランク角の変化量およびこれに伴うカム角の変化量が大きくなる。このため、通電開始カム角度θcrnkは、エンジン回転速度Ｎｅに応じて変更され、より詳細には、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど進角される。また、油温（すなわち、内燃機関１の各部（カムシャフト１２等の可変動弁装置１０の各部を含む）を潤滑するオイルの温度）が低いためにオイルの粘度が高いと、係合ピン２８の突き出し動作がオイルによって妨げられ易くなる。このため、通電開始カム角度θcrnkは、油温に応じて変更され、より詳細には、油温が低いほど進角される。したがって、電流推定可能区間および突き出し区間は、エンジン回転速度Ｎｅおよび油温に応じて変化する。

上記の電流推定処理では、詳細は後述するが、現在のコイル温度（図７に示す関係に基づく推定値）に応じたコイル電流Ｉの推定電流値Ｉestを取得するために、通電開始カム角度（電流推定用）θcrnk0に対応する時点（通電開始タイミング）から所定時間ｘ（単位はｍｓ（ミリ秒））経過したタイミングでのコイル電流Ｉの値を必要とする。ここで、外周着座モードの利用時には、深溝着座モードの利用時と比べて、係合ピン２８をカム溝２６の底面まで突き出すために要する時間が長くなる。その理由は、外周着座モードの利用時には、係合ピン２８が前方外周面に着座した際に係合ピン２８の突き出し速度が一旦ゼロになり、前方外周面を通過し終えた時に、図５に示すように初速度ゼロの状態から再び加速することになるためである。このため、電流推定処理のために外周着座モードを実行した際に、所定時間ｘの経過中に通電開始カム角度（深溝着座モード用）θcrnkに到達してしまう場合には、カム切替動作が実行される燃焼サイクルを遅らせないようにしつつ係合ピン２８を挿入区間内に突き出すことができなくなる可能性がある。

そこで、本実施形態では、電流推定処理を開始する前に、電流推定処理の可否判定Ｅ１が実行される。この可否判定Ｅ１は、通電開始タイミングから始まる所定時間ｘが経過する時のカム角度である電流推定完了カム角度θestc（予測値）が、通電開始カム角度（深溝着座モード用）θcrnkと同じもしくは進角しているか否かに基づいて実行される。

図９は、カムシャフト１２の回転速度（Ｎｅ／２）と時間との関係を表した図である。通電開始カム角度（電流推定用）θcrnk0に対応する時点（通電開始タイミング）におけるエンジン回転速度Ｎｅ０（ｄｅｇ／ｍｓ）とエンジン回転速度の変化率ΔＮｅ（ｄｅｇ／ｍｓ^２）は、クランク角センサ４２の出力に基づいて算出可能である。その結果、図９に示すように、通電開始タイミングにおけるカムシャフト回転速度（Ｎｅ０／２）とカムシャフト回転速度の変化率（ΔＮｅ／２）とが分かるので、所定時間ｘの経過中のカムシャフト回転速度の推移を把握することができる。

以下の（１）式（不等式）の左辺は、電流推定完了カム角度θestcに相当する。すなわち、本実施形態では、一例として、この左辺に表わされる関係に従って、通電開始タイミングにおけるカムシャフト回転速度（Ｎｅ０／２）とカムシャフト回転速度の変化率（ΔＮｅ／２）とに基づいて電流推定完了カム角度θestcが算出される。そして、（１）式に示されるように、算出された電流推定完了カム角度θestcが、通電開始カム角度（深溝着座モード用）θcrnk以下であるか否か（すなわち、θcrnkと同じもしくは進角しているか否か）が判定される。

ｔ：時間（ｍｓ）

本実施形態では、図８中に示す例１のように、電流推定完了カム角度θestcが通電開始カム角度θcrnkと同じもしくは進角している場合には、上述の電流推定処理が実行される。一方、例２のように、電流推定完了カム角度θestcが通電開始カム角度θcrnkよりも遅角している場合には、上述の電流推定処理は実行されずに（すなわち、コイル温度に応じたコイル電流Ｉの正確な推定は行われずに）、通電開始カム角度θcrnkにて通電が実行されることによって深溝着座モードが実行される。

（推定電流値Ｉestの算出）
図１０は、推定電流値Ｉestの算出手法の一例を説明するための図である。前提として、本実施形態の電流推定処理では、通電開始カム角度（電流推定用）θcrnk0での通電は、一例として、１００％のデューティ比でコイル３２に電圧を印加することによって行われる。すなわち、コイル３２には、バッテリ電圧Ｖ＋Ｂが印加されているので、この通電は、Ｄｕｔｙ制御による単位時間当たりの平均電圧としても電圧値Ｖ＋Ｂが印加される。

バッテリ電圧Ｖ＋Ｂがコイル３２に印加されると、図１０に示すように、コイル電流Ｉは時間の経過に伴って増加していき、やがて収束する。この収束値が推定電流値Ｉestに相当する。図１０に示すようなコイル電流Ｉの立ち上がりの特性には、通電開始からある時間を経過した時点での電流値が分かると、収束値が分かるという知見がある。上述の所定時間ｘは、ここでいうある時間に相当する。したがって、所定時間ｘを経過した時点での電流値Ｉxと収束値との関係を事前に定めてマップを作成しておくことで、運転中に計測される電流値Ｉxに応じた収束値（すなわち、推定電流値Ｉest）を取得できるようになる。より詳細には、電流値Ｉxと収束値との関係は、コイル温度と印加電圧（バッテリ電圧Ｖ＋Ｂ）に応じて変化する。このため、上記のマップは、コイル温度と印加電圧に応じてマップ値が異なるように決定される。なお、所定時間ｘは、想定されるコイル温度および印加電圧の範囲内のどのような値であっても、コイル電流Ｉが収束値に到達するまでに要する時間よりも短くなるように決定される。また、コイル電流Ｉは、例えば、ＥＣＵ４０に内蔵される電流センサを利用して計測することができる。

このように電流値Ｉxを利用する手法とは異なり、収束値が得られるまでコイル電流Ｉの計測を継続することによって、収束値自体を検出しようとすることも考えられる。しかしながら、そうすると、コイル温度もしくは印加電圧の値によっては、図１０中に示された波形Ｗ１のように、コイル電流Ｉが上限電流値（図６参照）を超えてしまう可能性がある。これに対し、電流値Ｉxを利用する手法によれば、コイル電流Ｉの計測中にコイル電流Ｉが上限電流値を超えてしまうことを回避しつつ、推定電流値Ｉestを算出できるようになる。

３−２−４．目標デューティ比Duty_refの算出
目標デューティ比Duty_refは、アクチュエータ２４に印加される電圧のデューティ比（所定の周期中に占める印加電圧の付与時間の割合）の目標値である。目標デューティ比Duty_refは、上限電流値を超えるコイル電流Ｉが流れることを抑制するために、以下に説明するように、推定電流値Ｉestに応じて変化する値として算出される。ここでは、目標デューティ比Duty_refの算出のために、まず、コイル抵抗値Ｒestが算出される。コイル抵抗値Ｒestは、デューティ比１００％の下で（すなわち、単位時間当たりの平均の印加電圧がバッテリ電圧Ｖ＋Ｂとなる条件の下で）行われた電流推定処理により得られる推定電流値Ｉestとバッテリ電圧Ｖ＋Ｂとに基づいて、次の（２）式に示されるように算出することができる。

また、目標デューティ比Duty_refは、バッテリ電圧Ｖ＋Ｂが印加される条件の下で単位時間当たりの平均の印加電圧を定めるパラメータであるといえる。目標デューティ比Duty_refは、次の（３）式に示されるように、目標電流Ｉref（図６参照）とコイル抵抗値Ｒestとの積をバッテリ電圧Ｖ＋Ｂで除して得られる値として特定される。さらに、上記（２）式の関係を考慮して（３）式を変形することで、目標デューティ比Duty_refは、最終的には、目標電流Irefを推定電流値Ｉestで除して得られる値として特定される。

上記（３）式によれば、目標デューティ比Duty_refは、あるバッテリ電圧Ｖ＋Ｂおよび目標電流Ｉrefの下では、コイル抵抗値Ｒestが小さいほど（すなわち、コイル温度が低いほど）低くなるように算出される。また、（３）式によれば、目標電流Ｉrefとコイル抵抗値Ｒestとの積がバッテリ電圧Ｖ＋Ｂの値よりも大きくなる場合（換言すると、推定電流値Ｉestが目標電流Ｉref以下となる場合）には、目標デューティ比Duty_refは、上限値である１００％で固定されることになる。そして、推定電流値Ｉestが目標電流Ｉrefよりも大きい場合には、目標デューティ比Duty_refは、推定電流値Ｉestが大きいほど（すなわち、コイル温度が低いほど）低くなるように制限される。

上記のように決定される目標デューティ比Duty_refによれば、推定電流値Ｉestが大きいほど、アクチュエータ２４に印加される単位時間当たりの平均電圧が小さくされることになる。なお、目標デューティ比Duty_refを低くする処理は、平均電圧を小さくすることによってコイル電流Ｉが制限されても、コイル電流Ｉが動作保証最低電流値（図６参照）を下回ることがないように実行される。

３−２−５．外周着座モード継続の可否判定Ｅ２
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、外周着座位置とフルストローク応答時間Ｔ_olandとの関係を説明するための図である。外周着座モードを用いて係合ピン２８が前方外周面に着座した時のカム角度のことを、説明の便宜上、「外周着座位置」とも称する。また、係合ピン２８が前方外周面に着座することを、単に「外周着座」とも称する。

フルストローク応答時間Ｔ_olandは、係合ピン２８がフルストロークするのに要する時間である。より詳細には、外周着座モードを利用して係合ピン２８が前方外周面に一旦着座する場合には、フルストローク応答時間Ｔ_olandは、外周着座に要する時間と、その後に前方外周面からカム溝２６の底面に向けて係合ピン２８がストロークするのに要する時間との和となる。なお、換言すると、外周着座に要する時間は、通電ＯＦＦ時の係合ピン２８の先端から前方外周面までの距離に相当するストロークＳ１だけ係合ピン２８がストロークするのに要する時間である。なお、フルストローク応答時間Ｔ_olandは、本発明に係る「カム溝の内部に向けての係合ピンの突き出し動作の開始から完了までに要する時間」に相当している。

前方外周面に着座する場合のフルストローク応答時間Ｔ_olandは、以下に説明するように、外周着座位置に応じて変化する。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）の横軸はカム角度であり、そのうえで、図１１（Ｂ）は、フルストローク応答時間Ｔ_olandと外周着座位置との関係を表している。図１１（Ｂ）に示す関係によれば、外周着座位置が通電開始カム角度θcrnk0に近い場合には、フルストローク応答時間Ｔ_olandは、深溝着座モードの利用時と同様の短い値となる。これに対し、例えばバッテリ電圧Ｖ＋Ｂが低いといった理由により外周着座位置が図１１中のカム角度θzよりも遅角側になると、フルストローク応答時間Ｔ_olandは急激に長くなっていく。その理由は、外周着座位置がこのように遅角する原因はコイル電流Ｉが小さいことであり、したがって、外周着座位置が遅角する場合には、フルストローク応答時間Ｔ_olandも長くなるためである。

上述のようにフルストローク応答時間Ｔ_olandが長くなり過ぎる場合に外周着座モードの利用が継続されると、カム溝２６内の所定のピン突き出し完了目標位置（図８参照）で係合ピン２８を着座させることが難しくなる。その結果、カム切替動作に失敗する可能性がある。そこで、上述の電流推定処理に基づく目標デューティ比Duty_refの設定を伴う外周着座モードを利用する場合には、目標デューティ比Duty_refの制限が行われてもカム切替動作が失敗しないことを保証するために、外周着座モード継続の可否判定Ｅ２が以下のような手法で実行される。

（外周着座モード継続の可否判定Ｅ２の具体的な内容）
図１２は、外周着座に要する時間（Ｓ１のストロークに要する時間）、油温およびコイル電流Ｉの関係を表した図である。図１２に示すように、外周着座に要する時間は、油温が低いほど長くなる。その理由は、油温が低いためにオイルの粘度が高いと、係合ピン２８の突き出し動作がオイルによって妨げられ易くなるためである。また、図１２に示すように、同一の油温の下で外周着座に要する時間は、コイル電流Ｉが低いほど長くなる。

ＥＣＵ４０には、図１２に示すような関係が事前に実験等により取得され、マップとして記憶されている。可否判定Ｅ２では、まず、図１２に示すような関係を定めたマップを参照して、油温センサ４４を用いて取得される現在の油温の下で動作保証最低電流値（図６参照）がコイル３２に流れたときに外周着座に要する時間（つまり、現在の油温の下で外周着座に要する時間の最悪値ｙ（ｍｓ））が取得される。

図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）には、上記の最悪値ｙを要して係合ピン２８が前方外周面に着座した例が表されている。図１１（Ｂ）中に示すθyは、通電開始カム角度θcrnk0から最悪値ｙを経過した時のカム角度の値の一例である。可否判定Ｅ２では、このカム角度θyの値を上記（１）式を利用して算出することにより、外周着座のために最悪値ｙを要する場合の外周着座位置が推定される。

ＥＣＵ４０には、図１１（Ｂ）に示されるようなフルストローク応答時間Ｔ_olandと外周着座位置との関係が事前に実験等により取得され、マップとして記憶されている。より詳細には、フルストローク応答時間Ｔ_olandのピーク値は、バッテリ電圧Ｖ＋Ｂと油温に応じて変化する。このため、このマップは、バッテリ電圧Ｖ＋Ｂと油温に応じてマップ値が変化するように決定されている。可否判定Ｅ２では、このようなマップを参照して、上記のように算出されたカム角度θyに応じたフルストローク応答時間Ｔ_olandの値が取得される。

図１３は、要求応答時間とエンジン回転速度Ｎｅとの関係を表した図である。この要求応答時間は、カム切替動作の成功を保証するために係合ピン２８のフルストロークに要する時間（応答時間）に要求される値のことである。エンジン回転速度Ｎｅが高いほど、単位時間当たりのカム角度の変化量が大きくなるため、図１３に示すように、要求応答時間は、エンジン回転速度Ｎｅ（∝カムシャフト回転速度）が高いほど短くなる。なお、要求応答時間は、本発明に係る「所定時間」に相当している。

可否判定Ｅ２では、上記の最悪値ｙを想定して取得（推定）されたフルストローク応答時間Ｔ_olandと、エンジン回転速度Ｎｅに応じた要求応答時間とが比較される。そして、このフルストローク応答時間Ｔ_olandが要求応答時間以下となる場合には、外周着座モードを利用するカム切替動作が実行可能であると判定される。この場合には、目標デューティ比Duty_refが通電開始時に設定された１００％から、上記（３）式に従う推定電流値Ｉestに応じた値（より詳細には、コイル電流Ｉが上限電流値（図６参照）を超えないように制限された電流値）に変更される。その結果、外周着座モードの利用が継続された状態で、係合ピン２８がカム溝２６内に突き出される。

可否判定Ｅ２では、上記の場合とは逆に、上記の最悪値ｙに対応するフルストローク応答時間Ｔ_olandが要求応答時間よりも長くなる場合には、外周着座モードを利用するカム切替動作が実行不可能であると判定される。この場合には、アクチュエータ２４への通電が一旦ＯＦＦとされる。その結果、前方外周面に着座している係合ピン２８が後退する。その後、通電開始カム角度θcrnkが到来するタイミングにおいて、アクチュエータ２４への通電が再度実行される。すなわち、この場合には、上述の２回通電モードが実行され、最終的には、深溝着座モードを用いて係合ピン２８がカム溝２６内に挿入される。また、この場合にも、目標デューティ比Duty_ref（推定電流値Ｉestに応じた値）が利用される。

以上のように、上述の電流推定処理に基づくコイル電流Ｉの制限を伴う外周着座モードを利用するカム切替動作は、可否判定Ｅ２の結果が肯定的である場合に限って実行されることになる。

３−３．実施の形態に係るアクチュエータの通電制御に関するＥＣＵの処理
図１４は、本発明の実施の形態に係るアクチュエータ２４の通電制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、カム切替要求が出された場合に実行される。カム切替要求は、例えば、要求される吸気カム（小カム１４または大カム１６）がエンジン運転条件（主に、エンジン負荷とエンジン回転速度Ｎｅ）の変化に伴って変化したときに出される。

図１４に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、まず、油温／水温が判定閾値ＴＨ２（図７参照）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。より詳細には、油温センサ４４を用いて取得される油温が判定閾値ＴＨ２に相当する油温閾値以下であるか否かが判定されるとともに、水温センサ４６を用いて取得される水温が判定閾値ＴＨ２に相当する水温閾値以下であるか否かが判定される。その結果、油温および水温に関する判定の少なくとも一方が成立する場合に、ステップＳ１００の判定が成立する。なお、ステップＳ１００では、このような例とは異なり、油温および水温の何れか一方の判定のみが実行されてもよい。

ステップＳ１００の判定が不成立となる場合、つまり、上限電流値（図６参照）を超えないように制限するためのコイル電流Ｉの制御が不要であると判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、通電開始カム角度θcrnkが到来するタイミングでアクチュエータ２４への通電を開始する（ステップＳ１０２）。すなわち、深溝着座モードが実行される。ＥＣＵ４０には、油温／水温と目標デューティ比Duty_refとの関係を事前に定めたマップ（図示省略）が記憶されている。本ステップＳ１０２では、ＥＣＵ４０は、そのようなマップを参照して現在の油温／水温に応じた目標デューティ比Duty_refを取得し、取得した目標デューティ比Duty_refを用いてアクチュエータ２４の通電を制御する。なお、上記の例とは異なり、目標デューティ比Duty_refは、油温および水温の何れか一方に応じた値として取得されてもよい。

一方、ステップＳ１００の判定が成立する場合、つまり、上限電流値（図６参照）を超えないように制限するためのコイル電流Ｉの制御が必要であると判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４の処理は、上述の電流推定処理の可否判定に関する処理に相当する。すなわち、ステップＳ１０４では、ＥＣＵ４０は、上述のような手順で算出される電流推定完了カム角度θestcが通電開始カム角度（深溝着座モード用）θcrnkと同じもしくは進角しているか否かを判定する。

ステップＳ１０４の判定が不成立となる場合、つまり、外周着座モードを利用する電流推定処理が実行されると係合ピン２８を現在の燃焼サイクルのカム溝２６の挿入区間内に突き出すことができない可能性があると判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０２に進み、深溝着座モードを実行する。一方、ステップＳ１０４の判定が成立する場合、つまり、外周着座モードを利用する電流推定処理を実行しても係合ピン２８を現在の燃焼サイクルのカム溝２６の挿入区間内に突き出せると判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、通電開始カム角度θcrnk0が到来するタイミングで、１００％のデューティ比を用いてアクチュエータ２４への通電を開始する（ステップＳ１０６）。

次に、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０８の処理を実行する。ＥＣＵ４０は、バッテリ電圧Ｖ＋Ｂを検出可能に構成されている。ステップＳ１０８では、ＥＣＵ４０は、まず、現在のバッテリ電圧Ｖ＋Ｂを取得するとともに、上述の電流推定処理によって、コイル温度が考慮された推定電流値Ｉestを算出する。付け加えると、ステップＳ１０８における推定電流値Ｉestの算出は、上記所定時間ｘが経過したタイミングで実行される。そして、ステップＳ１０８では、ＥＣＵ４０は、上記（２）式に従って、バッテリ電圧Ｖ＋Ｂを推定電流値Ｉestで除することによりコイル抵抗値Ｒestを算出したうえで、上記（３）式に従って、目標デューティ比Duty_refを算出する（ステップＳ１０８）。（３）式から分かるように、目標デューティ比Duty_refには、推定電流値Ｉestが反映されている。

次に、ＥＣＵ４０は、係合ピン２８のフルストローク応答時間Ｔ_olandを算出する（ステップ１１０）。このステップＳ１１０および次のステップＳ１１２の処理は、上述の外周着座モード継続の可否判定Ｅ２に関する処理に相当する。ステップＳ１１０に続くステップＳ１１２では、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１１０において算出されたフルストローク応答時間Ｔ_olandが要求応答時間以下であるか否かを判定する。

ステップＳ１１２の判定が成立する場合、つまり、ＥＣＵ４０の温度制約の観点で要求される上限電流値を超えないようにコイル電流Ｉを制限しつつ外周着座モードを継続させても要求応答時間以内に係合ピン２８をカム溝２６に突き出せると判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１１４に進む。ステップＳ１１４では、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０６の処理により１００％になっているデューティ比から、ステップＳ１０８の処理により算出された目標デューティ比Duty_ref（推定電流値Ｉestに応じた値）に変更する。その結果、この場合には、外周着座モードの実施が継続され、目標デューティ比Duty_refに従う電圧がアクチュエータ２４に印加されている状態で前方外周面からカム溝２６の内部に向けて係合ピン２８が挿入されることになる。

一方、ステップＳ１１２の判定が不成立となる場合、つまり、上限電流値を超えないようにコイル電流Ｉを制限しつつ外周着座モードを継続させると要求応答時間以内に係合ピン２８をカム溝２６に突き出せない可能性があると判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、アクチュエータ２４への通電を一旦ＯＦＦにする（ステップＳ１１６）。次いで、ＥＣＵ４０は、通電開始カム角度θcrnkにおいて、ステップＳ１０８の処理により算出された目標デューティ比Duty_ref（推定電流値Ｉestに応じた値）を用いてアクチュエータ２４への通電を開始する（ステップＳ１１８）。このように、この場合には、外周着座モードから深溝着座モードに切り替えられる。すなわち、上述の２回通電モードが実行される。

４．実施の形態に係るアクチュエータの通電制御の効果
以上説明した図１４に示すルーチンの処理によれば、ステップＳ１００、１０４および１１２の各判定に基づく所定の除外条件が成立しない場合（すなわち、これらのステップの判定がすべて成立する場合）には、次のような通電制御が実行される。すなわち、推定電流値Ｉest（つまり、通電開始カム角度θcrnk0での通電に伴ってアクチュエータ２４（コイル３２）に流れる電流の推定値）を取得するために、通電開始カム角度θcrnkが到来するタイミングで外周着座モードが実行される。そして、取得された推定電流値Ｉestが大きいほど、目標デューティ比Duty_refが低くされる。そして、このように決定された目標デューティ比Duty_refに従って電圧が制御された状態で外周着座モードが実行される。その結果、前方外周面からカム溝２６に向けて係合ピン２８を突き出す際にアクチュエータ２４に印加される単位時間当たりの平均電圧が、推定電流値Ｉestが大きいほど低くされることになる。

既述したように、コイル温度が低いほどコイル電流Ｉが大きくなる。また、コイル電流Ｉは、コイル抵抗値Ｒのばらつきなどの他の要因によっても変化する。上記ルーチンの処理によれば、カム切替要求が出された場合には、係合ピン２８を前方外周面に着座させるための通電の実行が試みられる。そして、外周着座を実行可能な条件では、外周着座のための通電動作を利用して、コイル温度変化などの各種の電流変化要因の影響が表れる推定電流値Ｉest（コイル抵抗の推定値Ｒest）を把握することができる。そのうえで、最終的に前方外周面からカム溝２６に向けて係合ピン２８を突き出す際にアクチュエータ２４に印加される単位時間当たりの平均電圧を推定電流値Ｉestが大きいほど低くすることにより、このように係合ピン２８を突き出す際のコイル電流Ｉを、上記各種の電流変化要因の影響を加味しながら上限電流値を超えないように制限できるようになる。

以上のように、本実施形態のアクチュエータ２４の通電制御によれば、コイル温度の変化などの各種の電流変化要因に応じてコイル電流Ｉが過度に大きくなることを抑制しつつ、カム切替動作を行えるようになる。また、このような通電制御による対策によれば、追加の温度センサを必要とせずに（すなわち、コストを上昇させることなく）コイル温度変化の影響を把握しつつ、コイル電流Ｉの過上昇を抑制することができる。

（外周着座モード継続の可否判定Ｅ２を行う効果）
また、上記ルーチンの処理は、外周着座モード継続の可否判定Ｅ２を含んでいる。この
可否判定Ｅ２は、推定電流値Ｉestに応じてコイル電流Ｉを制限するための上述の処理と組み合わせることが好適な処理である。すなわち、可否判定Ｅ２によれば、外周着座モードを利用してカム切替機構２０にカム切替動作を行わせるときに、係合ピン２８のフルストローク応答時間Ｔ_olandが要求応答時間（図１３参照）よりも長い場合には、係合ピン２８が前方外周面に着座した後に、通電が一旦ＯＦＦとされる。これにより、係合ピン２８を前方外周面から後退させられる。そのうえで、上記の外周着座が実行された燃焼サイクルと同じ燃焼サイクルにおいて係合ピン２８がカム溝２６の内部（挿入区間）に突き出されるようにアクチュエータ２４への通電が再度実行される。すなわち、着座モードが外周着座モードから、より短いフルストローク応答時間Ｔ_olandが得られる深溝着座モードに切り替えられる。このような処理によれば、バッテリ電圧Ｖ＋Ｂが低い等の要因によって係合ピン２８の突き出し速度が低い場合であっても、推定電流値Ｉestの大きさに基づくコイル電流Ｉの制限を伴う外周着座モードの継続によって所望の燃焼サイクル中にカム切替動作が失敗しないようにすることができる。換言すると、このような場合であっても、アクチュエータ２４の応答速度を保証できるようになる。さらに付け加えると、上述した外周着座モード継続の可否判定Ｅ２によれば、外周着座に要する時間として、動作保証最低電流値（図６参照）に対応する最悪値ｙに着目されている。すなわち、アクチュエータ２４が係合ピン２８の突き出し動作を行ううえで最も厳しい条件を考慮して、可否判定Ｅ２を実施できる。このため、アクチュエータ２４の応答速度をより確実に保証できるようになる。

さらに、可否判定Ｅ２に用いられる要求応答時間は、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど短くなるように決定される。このように、カム切替動作が実行される際のエンジン回転速度Ｎｅの高低を要求応答時間の決定に関して考慮することで、可否判定Ｅ２をより正確に行えるようになる。

他の実施の形態．
（デューティ制御以外のアクチュエータの駆動電圧の制御例）
上述した実施の形態においては、前方外周面からカム溝２６に向けて係合ピン２８を突き出す際にアクチュエータ２４に印加される単位時間当たりの平均電圧を推定電流値Ｉestが大きいほど低くするために、推定電流値Ｉestが大きいほど目標デューティ比Duty_refが低くされる。このような例とは異なり、アクチュエータへの印加電圧の値自体が変更可能となるように構成された制御装置であれば、推定電流値Ｉestが大きいほどアクチュエータへの印加電圧の値自体を下げることにより、上記平均電圧が低くされてもよい。

（気筒群単位でのカム切替動作）
上述した実施の形態においては、複数の吸気カム１４、１６とカム溝２６が形成されたカムキャリア２２と、これに対応するアクチュエータ２４とを気筒毎に備える例を挙げた。つまり、カム切替動作が気筒毎に行われる構成を例に挙げた。しかしながら、このようなカムキャリアおよびアクチュエータは、２つ以上の気筒からなる気筒群毎に備えられてもよい。より詳細には、切替対象の気筒群に含まれる複数の気筒のカムの共通のベース円区間を係合ピンが通過しているときにカムキャリアがスライドするように、カム切替機構を構成すればよい。

（カムのスライド動作を伴わずにカム溝を用いたカム切替動作を行うカム切替機構の例）
上述実施の形態に係るカム切替機構２０は、カムシャフト１２の外周面（より詳細には、カムキャリア２２の外周面）に設けられたカム溝２６と、カム溝２６に係脱可能な係合ピン２８を有し、かつ、係合ピン２８をカムシャフト１２に向けて突き出し可能なアクチュエータ２４とを含み、係合ピン２８がカム溝２６に係合しているときに、カムキャリア２２に固定された吸気カム１４、１６がカムシャフト１２の回転に伴ってスライドし、その結果として、吸気バルブを駆動するカムが切り替わるように構成されている。しかしながら、本発明の対象となるカム切替機構は、係合ピンが着座可能な上述の前方外周面を有し、アクチュエータの動作に伴って係合ピンがカム溝に挿入され、その結果としてバルブを駆動するカムが切り替わるようになっていれば、カム自体がスライドすることは必ずしも必要とされない。したがって、カム切替機構は、例えば、国際公開第２０１１／０６４８５２号に記載されているように、カムシャフトの外周面に設けられたカム溝は利用するけれども、カムのスライド動作を伴わないものであってもよい。より詳細には、本発明の対象となるカム溝は、可変動弁装置１０のカム溝２６のようにカムシャフトと別体のカムキャリアの外周面（カムシャフトの外周面の一部として機能）に形成されたものに限られず、上記文献に記載のカム切替機構のカム溝のように、カムシャフトの一部に形成（固定）された円筒部の外周面（カムシャフトの外周面の一部として機能）に形成されていてもよい。また、本発明の対象となる係合ピンは、カム切替機構２０の係合ピン２８のようにアクチュエータに内蔵されたものに限られない。すなわち、係合ピンは、例えば、上記文献に記載のカム切替機構において電磁ソレノイド式のアクチュエータに内蔵されたロックピン（カム溝に係合する「係合ピン」ではない）とカム溝との間に配置されたスライド部材（スライドピン）が備える突起部であってもよい。また、気筒毎または気筒群毎に設けられる係合ピンの数は、可変動弁装置１０が備える係合ピン２８のように複数に限られず、上記文献に記載のカム切替機構のように１つであってもよい。

また、以上説明した各実施の形態に記載の例および他の各変形例は、明示した組み合わせ以外にも可能な範囲内で適宜組み合わせてもよいし、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形してもよい。

１ 内燃機関
１０ 可変動弁装置
１２ カムシャフト
１４ 吸気カム（小カム）
１６ 吸気カム（大カム）
１８ ロッカーアーム
２０ カム切替機構
２２ カムキャリア
２４ 電磁ソレノイド式のアクチュエータ
２６（２６ａ、２６ｂ） カム溝
２８（２８ａ、２８ｂ） 係合ピン
３０（３０ａ、３０ｂ） 電磁石
３２ アクチュエータのコイル
３８ バッテリ
４０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４２ クランク角センサ
４４ 油温センサ
４６ 水温センサ

Claims (3)

1. 回転駆動されるカムシャフトと、
   前記カムシャフトに設けられ、プロフィールの異なる複数のカムと、
   燃焼室を開閉するバルブを駆動するカムを、前記複数のカムの間で切り替えるカム切替動作を行うカム切替機構と、
   を備える内燃機関を制御する制御装置であって、
   前記カム切替機構は、
   前記カムシャフトの外周面に設けられたカム溝と、
   前記カム溝に係脱可能な係合ピンを有し、前記係合ピンを前記カムシャフトに向けて突き出し可能な電磁ソレノイド式のアクチュエータと、
   を含み、
   前記カム切替機構は、前記係合ピンが前記カム溝に係合しているときに、前記バルブを駆動するカムが前記カムシャフトの回転に伴って前記複数のカムの間で切り替わるように構成されており、
   前記カムシャフトの前記外周面は、前記カム溝における前記カムシャフトの回転方向の前方側の端よりも前記回転方向の前方側に位置する前方外周面を含み、
   前記カム切替機構に前記カム切替動作を行わせる場合に、前記係合ピンが前記前方外周面に着座するように前記アクチュエータへの通電を実行し、
   前記通電に伴って前記アクチュエータのコイルに流れるコイル電流の推定値である推定電流値を、前記コイルの温度に基づいて算出する電流推定処理を実行し、かつ、
   前記電流推定処理によって算出された前記推定電流値が大きいほど、前記前方外周面から前記カム溝に向けて前記係合ピンを突き出す際に前記アクチュエータに印加される単位時間当たりの平均電圧を低くし、
   前記制御装置は、前記係合ピンを前記前方外周面に着座させるための前記通電を伴って前記カム切替機構に前記カム切替動作を行わせる際に、前記カム溝の内部に向けての前記係合ピンの突き出し動作の開始から完了までに要する時間が所定時間よりも長い場合には、前記係合ピンが前記前方外周面に着座した後に、前記係合ピンを前記前方外周面から後退させ、かつ、前記前方外周面への着座が行われた燃焼サイクルと同じ燃焼サイクル中に前記係合ピンが前記カム溝の内部に突き出されるように前記アクチュエータへの通電を実行する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 回転駆動されるカムシャフトと、
   前記カムシャフトに設けられ、プロフィールの異なる複数のカムと、
   燃焼室を開閉するバルブを駆動するカムを、前記複数のカムの間で切り替えるカム切替動作を行うカム切替機構と、
   を備える内燃機関を制御する制御装置であって、
   前記カム切替機構は、
   前記カムシャフトの外周面に設けられたカム溝と、
   前記カム溝に係脱可能な係合ピンを有し、前記係合ピンを前記カムシャフトに向けて突き出し可能な電磁ソレノイド式のアクチュエータと、
   を含み、
   前記カム切替機構は、前記係合ピンが前記カム溝に係合しているときに、前記バルブを駆動するカムが前記カムシャフトの回転に伴って前記複数のカムの間で切り替わるように構成されており、
   前記カムシャフトの前記外周面は、前記カム溝における前記カムシャフトの回転方向の前方側の端よりも前記回転方向の前方側に位置する前方外周面を含み、
   前記カム切替機構に前記カム切替動作を行わせる場合に、前記係合ピンが前記前方外周面に着座するように前記アクチュエータへの通電を実行し、かつ、前記通電に伴って前記アクチュエータに流れる電流が大きいほど、前記前方外周面から前記カム溝に向けて前記係合ピンを突き出す際に前記アクチュエータに印加される単位時間当たりの平均電圧を低くし、
   前記制御装置は、前記係合ピンを前記前方外周面に着座させるための前記通電を伴って前記カム切替機構に前記カム切替動作を行わせる際に、前記カム溝の内部に向けての前記係合ピンの突き出し動作の開始から完了までに要する時間が所定時間よりも長い場合には、前記係合ピンが前記前方外周面に着座した後に、前記係合ピンを前記前方外周面から後退させ、かつ、前記前方外周面への着座が行われた燃焼サイクルと同じ燃焼サイクル中に前記係合ピンが前記カム溝の内部に突き出されるように前記アクチュエータへの通電を実行する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記所定時間は、エンジン回転速度が高いほど短い
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。

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