特許 5752960 電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5752960

(24)【登録日】2015年5月29日

(45)【発行日】2015年7月22日

(54)【発明の名称】電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 13/02 20060101AFI20150702BHJP

   F01L 1/34 20060101ALI20150702BHJP

【ＦＩ】

   F02D13/02 G

   F01L1/34 Z

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2011-53400(P2011-53400)

(22)【出願日】2011年3月10日

(65)【公開番号】特開2012-189006(P2012-189006A)

(43)【公開日】2012年10月4日

【審査請求日】2014年2月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000109093

【氏名又は名称】ダイヤモンド電機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】泉 光宏

(72)【発明者】

【氏名】中野 貴之

(72)【発明者】

【氏名】原 隆

(72)【発明者】

【氏名】若月 保宏

【審査官】 有賀 信

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２２２００９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２０６７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３３６５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１２０４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２２７３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０４６２５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ １３／００―２８／００

Ｆ０１Ｌ １／３４

Ｆ０１Ｌ ９／００─ ９／０４

Ｆ０１Ｌ １３／００─１３／０８

Ｆ０２Ｄ ４３／００―４５／００

Ｆ０２Ｄ ４１／００―４１／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の電磁式アクチュエータ及び第２の電磁式アクチュエータの動作に伴って発生する各々の制動力を切換えて行なう機構制御により、内燃機関のカムシャフトの位相角を制御する電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置であって、
当該制御装置は、
前記第１の電磁式アクチュエータ及び前記第２の電磁式アクチュエータの制御信号をスライディングモード制御により切換設定する第１の位相制御処理と、前記位相角の駆動感度に基づき前記制御信号を補正する出力補正処理と、前記第１の電磁式アクチュエータ及び前記第２の電磁式アクチュエータの制御信号を比例制御により設定する第２の位相制御処理と、スライディングモード制御及び比例制御の何れか一方の制御モードによって位相制御させる制御モード切替処理と、を機能させるものであって、
前記制御モード切替処理は、前記内燃機関の回転数に応じて前記スライディングモード制御又は前記比例制御の何れかの制御モードに切替える、ことを特徴とする電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置。

【請求項2】

前記出力補正処理は、前記駆動感度が所定閾値を下回った旨の情報を取得し、当該情報に応じて前記制御信号の補正を開始させることを特徴とする請求項１に記載の電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置。

【請求項3】

第１の電磁式アクチュエータ及び第２の電磁式アクチュエータの動作に伴って発生する各々の制動力を切換えて行なう機構制御により、内燃機関のカムシャフトの位相角を制御する電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置であって、
当該制御装置は、
前記第１の電磁式アクチュエータ及び前記第２の電磁式アクチュエータの制御信号をスライディングモード制御により切換設定する第１の位相制御処理と、前記内燃機関の回転数に基づき前記制御信号を補正して前記位相角の駆動感度を調整する出力補正処理と、前記第１の電磁式アクチュエータ及び前記第２の電磁式アクチュエータの制御信号を比例制御により設定する第２の位相制御処理と、スライディングモード制御及び比例制御の何れか一方の制御モードによって位相制御させる制御モード切替処理と、を機能させるものであって、
前記制御モード切替処理は、前記内燃機関の回転数に応じて前記スライディングモード制御又は前記比例制御の何れかの制御モードに切替える、ことを特徴とする電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置。

【請求項4】

電磁式アクチュエータを具備する機構制御により、内燃機関のカムシャフトの位相角を制御する電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置であって、
当該制御装置は、
前記電磁式アクチュエータの制御信号をスライディングモード制御により切換設定する第１の位相制御処理と、前記位相角の駆動感度に基づき前記制御信号を補正する出力補正処理と、前記電磁式アクチュエータの制御信号を比例制御により設定する第２の位相制御処理と、スライディングモード制御及び比例制御の何れか一方の制御モードによって位相制御させる制御モード切替処理と、を機能させるものであって、
前記制御モード切替処理は、前記内燃機関の回転数に応じて前記スライディングモード制御又は前記比例制御の何れかの制御モードに切替える、ことを特徴とする電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置。

【請求項5】

電磁式アクチュエータを具備する機構制御により、内燃機関のカムシャフトの位相角を制御する電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置であって、
当該制御装置は、
前記電磁式アクチュエータの制御信号をスライディングモード制御により切換設定する第１の位相制御処理と、前記内燃機関の回転数に基づき前記制御信号を補正して前記位相角の駆動感度を調整する出力補正処理と、前記電磁式アクチュエータの制御信号を比例制御により設定する第２の位相制御処理と、スライディングモード制御及び比例制御の何れか一方の制御モードによって位相制御させる制御モード切替処理と、を機能させるものであって、
前記制御モード切替処理は、前記内燃機関の回転数に応じて前記スライディングモード制御又は前記比例制御の何れかの制御モードに切替える、ことを特徴とする電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置に関し、特に、アクチュエータの制御特性を改善させる際に用いて好適のものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、内燃機関のポンピングロスを改善させる機構として、可変バルブタイミング装置（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）によるバルブタイミングの油圧制御が広く知られている。近年に至っては、バルブタイミングの位相を連続的に電子制御させる装置（ＶＶＴ−ｉ［登録商標］：Variable Valve Timing-intelligent system）が実用化され、当該可変バルブタイミング装置を用いた新システムの開発が進められている。

【0003】

特開２００２−１３８８６３号公報（特許文献１）では、このようなエンジンシステムで用いられることが可能な、電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置（以下、バルブ制御装置と呼ぶ）が紹介されている。同公報で用いられる電磁式可変バルブタイミング装置は、第１の電磁クラッチ（電磁式アクチュエータ）、第２の電磁クラッチ（電磁式アクチュエータ）、渦巻きバネからなるアクチュエータを備えている（以下、自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置と呼ぶ）。第１の電磁クラッチは、カムシャフト及びクランクシャフトの位相ロック状態を制御して、互いの位相差の変更を規制／許可させる機能を担う。第２の電磁クラッチは、通電状態に応じて制動力を発生させ、カムシャフトとクランクシャフトとの位相差を発生させる機能を担う。また、渦巻きバネは、付勢力を与えて、第２の電磁クラッチから制動力が生じていないとき、カムシャフトとクランクシャフトとの位相差をもとの状態に復帰させる。

【0004】

自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置では、第１の電磁クラッチによってロック状態が解除され、第２の電磁クラッチへの通電制御によって制動力が制御される。このとき、カムシャフトとクランクシャフトとの位相差は、渦巻きバネによる付勢力を伴った状態で進角方向または遅角方向へ制御される。このため、第２の電磁クラッチへ与えられる制御信号は、位相差が拡大するにつれて渦巻きバネからの付勢力も増加するので、図１３に示す如く、カムシャフトの位相との相関関係Ｅ（θ）に基づいてＤＵＴＹ比が設定される。

【0005】

かかるバルブ制御装置は、カムシャフトの位相角とクランクシャフトの位相角とを検出し、互いの位相差（相対位相）を算出する。そして、バルブ制御装置は、予定の制御量に対応する制御信号のＤＵＴＹ比を設定し、第２の電磁クラッチによる制動力を適宜に調整する。この制御信号は、先の如く、カムシャフトの位相とＤＵＴＹ比との相関関係Ｅ（θ）に基づいて設定されるものである。

【0006】

このように、バルブ制御装置は、フィードバック制御により、位相差を目標値に漸近させつつバルブ制御信号のＤＵＴＹ比を逐次変更させる。また、当該バルブ制御装置は、電磁式可変バルブタイミング装置の駆動感度を算出し、其の動作感度に基づいて制御信号のＤＵＴＹ比を補正させている。この感度補正に係る技術は、経年劣化、各種外乱に対して制御性の悪化を防止させる為に設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００２−１３８８６３号公報

【特許文献2】特開２００９−２０９７４６号公報

【特許文献3】特開２００８−０３１９６３号公報

【特許文献4】特開平１０−１０３０２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、最近の技術動向としては、「渦巻きバネ等」の付勢部材を必要としない電磁式可変バルブタイミング装置（以下、非自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置と呼ぶ。）が検討されている。かかる電磁式可変バルブタイミング装置は、カムシャフトを進角制御させる電磁クラッチと遅角制御させる電磁クラッチとを具備し、各々の電磁クラッチによる制動力が切換えられることにより、進角方向または遅角方向への制御を実現させている（特開２００９−２０９７４６号公報／特許文献２）。特許文献２に係る電磁式可変バルブタイミング装置は、渦巻きバネ等の付勢力が伴わないので、位相差と制御信号のＤＵＴＹ比との相関が現われなくなるといった技術上の特徴が有る。また、非自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置は、消費電力の低減や、装置の小型化及び長寿命化に資する装置として注目されつつある。

【0009】

しかしながら、本発明者は、バルブタイミング制御について、非自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置の適用を試みたところ、図７（ａ）に示すような不具合を見出した。同図には、非自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置の駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）と内燃機関の回転数（ｒｐｍ）の関係が示されている。ここで、駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）とは、所定時間当たりに対するカムシャフトの位相角変化量を指すが、カムシャフトの周期毎に検出した位相角を用いて統計的（例えば、平均値等）に算出されたものを含む。図７（ａ）で説明する感度特性は、非自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置について、スライディングモード制御により得られた実験結果である。また、Ｋｔｈは、バルブタイミングの制御上好適な感度の下限値であって、制御上の都合と照らし合わせて適宜に設定されるものである。以下、Ｋｔｈを限界感度と呼ぶこととする。

【0010】

図７（ａ）の実験結果によると、位相角の駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）は、２０００（ｒｐｍ）以下にて増加傾向を示し、２０００（ｒｐｍ）〜３０００（ｒｐｍ）で極値を示し、３０００（ｒｐｍ）以上で減少傾向を示す。また、当該駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）は、４６００（ｒｐｍ）程度にて限界感度Ｋｔｈを下回る。このように、内燃機関の回転数が高くなると、所望の駆動感度Ｋｔｈが得られなくなり、制御上の安定性が損なわれてしまう現象が認められる。一方、自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置では、通常、低回転〜高回転を通じて、駆動感度に顕著な変動は見られない。

【0011】

かかる現象は、双方の電磁式可変バルブタイミング装置の挙動を比較すると、感度特性の相違する原因が明らかとなる。図１４（ａ）には、自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置の挙動が示され、吸気バルブ（排気バルブであっても良い）のストロークＳｔが時間に応じて変動する様子が示されている。また、同図は、吸気バルブがスプリングに抗して基準位置よりも押下げられる場合（バルブ開動時）、バルブストロークＳｔは縦軸の正側に表され、吸気バルブがスプリングによって基準位置よりも押上げられる場合（バルブ閉動時）、バルブストロークＳｔは縦軸の負側に表される。一般に、バルブストロークＳｔが正となる時間では、位相を変えようとしても、カムシャフトの位相角θｒはロック状態となる。一方、バルブストロークＳｔが負となる時間Ｔｎでは、図示の如く、カムシャフトはバルブからの反力が少ない状態で運動するので、位相を変えようとした場合に、其の時間Ｔｎの殆どの区間でクランクシャフトの位相角θｒが変更可能となる（斜線部）。以下、クランクシャフトの位相角θｒが変更可能なタイミングを位相変更タイミングｔｖと呼ぶ。

【0012】

この自己復帰型の場合に対し、非自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置では、図１４（ｂ）に示す如く、バルブストロークＳｔが負となる時間Ｔｎであっても位相角θｒを変更できない時間が長くなり、位相変更タイミングｔｖが非常に短くなる。このため、非自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置は、所定時間に対する位相角θｒの変更量が減少するので、駆動感度が低下することとなる。特に、内燃機関の高回転域では、位相変更タイミングｔｖが減少傾向を示すところ、非自己復帰型の場合における駆動感度の低下が顕著となる。このように、位相制御上の駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）は、電磁式可変バルブタイミング装置の機構上の違いにより、其の値に大きな違いが生じる。

【0013】

このような感度特性に係る問題を受けて、特許文献１の技術へ「非自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置」を適用させ、駆動感度の改善を行なうことも考えられる。しかしながら、この場合、比例制御（ＰＩＤ制御等）を用いて駆動感度の補正を行なおうとすると、回転数に応じて感度特性が急激に変動するので、感度補正に必要なマップ情報が其の回転数近傍で膨大となる。この場合、マップ情報の増加に伴ない、デバッグ作業の労力も増加させてしまう。

【0014】

加えて、このような駆動感度と回転数との相関に係る問題は、特許文献２の電磁式可変バルブタイミング装置に限らず、他の付勢力を伴わない種々の電磁式可変バルブタイミング装置でも認められている。例えば、近年の電磁型バルブタイミング装置では、サーボモータをアクチュエータとするものが登場するに至っているが、このような装置は、特開２００８−０３１９６３号公報（特許文献３），特開１０−１０３０２９号公報（特許文献４），等で紹介されている。このような装置にあっても、上述と同様、駆動感度に関する不具合が発明者より報告されている。

【0015】

このように、本発明者は、非自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置を用いた場合の不具合を見出し、かかる不具合について鋭意研究を行なった結果、本発明に創到するに至った。そして、本発明の目的にあっては、駆動感度が急激に変動する条件であっても、位相角の駆動感度を好適に調整することが可能な電磁式可変バルブタイミング装置の制御装置を提供するところにある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記課題を解決するため、本発明では次のような電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置の構成とする。即ち、第１の電磁式アクチュエータ及び第２の電磁式アクチュエータの動作に伴って発生する各々の制動力を切換えて行なう機構制御により、内燃機関のカムシャフトの位相角を制御する電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置であって、
当該制御装置は、前記第１の電磁式アクチュエータ及び前記第２の電磁式アクチュエータの制御信号をスライディングモード制御により切換設定する第１の位相制御処理と、前記位相角の駆動感度に基づき前記制御信号を補正する出力補正処理と、前記第１の電磁式アクチュエータ及び前記第２の電磁式アクチュエータの制御信号を比例制御により設定する第２の位相制御処理と、スライディングモード制御及び比例制御の何れか一方の制御モードによって位相制御させる制御モード切替処理と、を機能させるものであって、
前記制御モード切替処理は、前記内燃機関の回転数に応じて前記スライディングモード制御又は前記比例制御の何れかの制御モードに切替えることとする。

【0017】

好ましくは、前記出力補正処理は、前記駆動感度が所定閾値を下回った旨の情報を取得し、当該情報に応じて前記制御信号の補正を開始させることとする。

【0018】

また、本発明では次のような電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置の構成としても良い。即ち、第１の電磁式アクチュエータ及び第２の電磁式アクチュエータの動作に伴って発生する各々の制動力を切換えて行なう機構制御により、内燃機関のカムシャフトの位相角を制御する電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置であって、
当該制御装置は、前記第１の電磁式アクチュエータ及び前記第２の電磁式アクチュエータの制御信号をスライディングモード制御により切換設定する第１の位相制御処理と、前記内燃機関の回転数に基づき前記制御信号を補正して前記位相角の駆動感度を調整する出力補正処理と、前記第１の電磁式アクチュエータ及び前記第２の電磁式アクチュエータの制御信号を比例制御により設定する第２の位相制御処理と、スライディングモード制御及び比例制御の何れか一方の制御モードによって位相制御させる制御モード切替処理と、を機能させるものであって、
前記制御モード切替処理は、前記内燃機関の回転数に応じて前記スライディングモード制御又は前記比例制御の何れかの制御モードに切替えることとする。

【0019】

また、本発明では次のような電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置の構成としても良い。即ち、電磁式アクチュエータを具備する機構制御により、内燃機関のカムシャフトの位相角を制御する電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置であって、
当該制御装置は、前記電磁式アクチュエータの制御信号をスライディングモード制御により切換設定する第１の位相制御処理と、前記位相角の駆動感度に基づき前記制御信号を補正する出力補正処理と、前記電磁式アクチュエータの制御信号を比例制御により設定する第２の位相制御処理と、スライディングモード制御及び比例制御の何れか一方の制御モードによって位相制御させる制御モード切替処理と、を機能させるものであって、
前記制御モード切替処理は、前記内燃機関の回転数に応じて前記スライディングモード制御又は前記比例制御の何れかの制御モードに切替えることとする。

【0020】

また、本発明では次のような電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置の構成としても良い。即ち、電磁式アクチュエータを具備する機構制御により、内燃機関のカムシャフトの位相角を制御する電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置であって、
当該制御装置は、前記電磁式アクチュエータの制御信号をスライディングモード制御により切換設定する第１の位相制御処理と、前記内燃機関の回転数に基づき前記制御信号を補正して前記位相角の駆動感度を調整する出力補正処理と、前記電磁式アクチュエータの制御信号を比例制御により設定する第２の位相制御処理と、スライディングモード制御及び比例制御の何れか一方の制御モードによって位相制御させる制御モード切替処理と、を機能させるものであって、
前記制御モード切替処理は、前記内燃機関の回転数に応じて前記スライディングモード制御又は前記比例制御の何れかの制御モードに切替えることとする。

【発明の効果】

【0023】

本発明に係る電磁式可変バルブタイミング装置の制御装置によると、先ず、非自己復帰型の電磁式アクチュエータを採用することにより、自己復帰型の電磁式アクチュエータに纏わる種々のデメリットを解消させる。加えて、このような非自己復帰型の装置を用いる場合、感度特性が不安定となるが、駆動感度の補正制御を採用することにより、悪化した感度特性の改善が図られる。そして、この制御装置は、スライディングモード制御に基づいて電磁式アクチュエータをフィードバック制御させるので、外乱等の不確定な要素に影響されにくいロバスト性の高い制御が実現され、併せて、制御上のマップ情報の設定を最小限に抑えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】内燃機関の燃焼システムを説明する機能ブロック図。

【図2】内燃機関の内部構成を示す構造図。

【図3】実施の形態に係るＥＣＵでの信号処理を示す図。

【図4】電磁式可変バルブタイミング装置の進角／遅角動作を示す図。

【図5】実施の形態に係る第１の位相制御処理で設定される制御信号を示す図。

【図6】実施の形態に係る出力補正処理にて補正される制御信号を示す図。

【図7】実施の形態に係る駆動感度の状態を示す図。

【図8】実施例１に係るＥＣＵでの信号処理を示す図。

【図9】実施例１に係る駆動感度の状態を示す図（回転数を上昇させる場面）。

【図10】実施例２に係るＥＣＵでの信号処理を示す図。

【図11】実施例２に係る駆動感度の状態を示す図。

【図12】実施例２に係るＥＣＵでの信号処理を示す図（改変例）。

【図13】「自己復帰型の電磁式アクチュエータ」の位相角とＤＵＴＹの相関関係を示す図（従来例）。

【図14】クランクシャフトの位相変化が行なわれるタイミングを示す図。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図１に示す如く、内燃機関自動車に用いられる燃焼制御システムＥＧｓｙｓは、内燃機関Ｅｇと燃料供給系統Ｂと点火系統Ｃと制御装置ＥＣＵとから構成される。本実施の形態では、制御装置ＥＣＵに内蔵される信号処理部（後述）と適宜の制御プログラム（後述）とによって、電磁式可変バルブタイミング装置の制御装置が構築される。

【0026】

燃料供給系統Ｂは、燃料タンクＴＫと燃料ポンプＰＭとインジェクションＩＮＪとから構成され、制御装置ＥＣＵによって、燃料ポンプＰＭが制御され、インジェクションＩＮＪに内蔵されるバルブ直前の管内圧力が適宜に調節される。

【0027】

点火系統Ｃは、イグナイタＩｇと点火コイルＣＬとから構成され、制御装置ＥＣＵから受けた信号ＳＧに基づいて、バッテリ電圧ＶＢを点火コイルＣＬへ導入する。そして、点火コイルＣＬでは、バッテリ電圧ＶＢを昇圧させ、数百ＫＶに昇圧された電圧を点火プラグＰＧへ印加する。

【0028】

内燃機関Ｅｇには、吸気通路Ｐｉ，排気通路Ｐｏは接続されている。排気通路Ｐｏは、排気バルブＶｏが設けられ、図示されない消音器（マフラー）に接続される。また、吸気通路Ｐｉは、吸気弁Ｖｉが設けられると共に、エアクリーナ１０、エアフローメータＭａ、スロットルバルブＶｓｌが配備されている。

【0029】

吸気バルブＶｉ及び排気バルブＶｏは、バルブ駆動系統Ｄによってバルブタイミングが規定され、内燃機関Ｅｇへ取り込まれる空気量を調節する。エアクリーナ１０は、内部にフィルターエレメントが収容され、車体が取り込んだ空気をフィルターエレメントによって濾過させる。エアフローメータＭａは、吸気通路Ｐｉへ送り込まれた空気量を計測し、エアーの流量に関する情報を電気信号に変換して出力させる。スロットルバルブＶｓｌは、制御装置ＥＣＵから送られる信号に応じて弁開度を制御させ、吸気通路Ｐｉへ導引されるエアーの流量を調節する。

【0030】

次に、図１及び図２を参照し、内燃機関の構造について説明する。図示の如く、内燃機関Ｅｇは、クランクシャフトＳＨｃｒ，ピストンＰｔ，ピストンロッドＰｒ，シリンダＳｄ，点火プラグＰＧ，吸排気バルブＶｉ及びＶｏ，バルブ駆動系統Ｄとから構成される。本実施の形態では、４気筒−ＤＯＨＣの内燃機関として説明を行なう。

【0031】

クランクシャフトＳＨｃｒは、クランクピンＰｃｒを介して、偏心クランクとピストンロッドＰｒとを係合させている。内燃機関Ｅｇは、偏心クランクに対応して略円筒状のシリンダＳｄが形成されており、ピストンＰｔは、シリンダ内に摺動自在に嵌入され、ピストンロッドＰｔを介してクランクシャフトＳＨｃｒへ動力伝達を行なう。かかるリンク機構は、４気筒分配備されることとなる。また、クランクシャフトＳＨｃｒの端部には、タイミングプーリＰｌｌｙが設けられ、ジャーナルＳＨｊの回転に応じて、タイミングプーリＰｌｌｙも回転する。また、ジャーナルＳＨｊには、クランク角センサＤｔ１が設けられ、当該センサＤｔ１は、クランク角に関する信号を出力させる。

【0032】

カムシャフトＳＨｃｍは、クランクシャフトＳＨｃｒと略平行に対峙する状態で配置される。カムシャフトＳＨｃｍは、吸気バルブ用及び排気バルブ用の２本が設けられる。吸気側のカムシャフトＳＨｃｍは、カムＣｍｉを４箇所に配備させ、シャフトの回転に応じて吸気バルブＶｉを開閉動作させる。このカムＣｍｉは、気筒ごとに位相差が設けられている。また、排気側のカムシャフトＳＨｃｍにも、同様のカムＣｍｏが設けられ、この排気側のカムＣｍｏは、吸気側のカムに対して所定の位相差が与えられている。従って、吸気側及び排気側の双方のバルブは、燃焼サイクルに応じて開閉動作が行なわれることとなる。尚、カムシャフトＳＨｃｍには、カムポジションセンサＤｔ２が設けられており、当該センサＤ２からは、各々のカムシャフトの位相情報を示す信号Ｓｃｍｉ，Ｓｃｍｏが出力される。

【0033】

吸気側のカムシャフトＳＨｃｍの端部には、電磁式可変バルブタイミング装置Ａｅｉが設けられると共に、排気側のカムシャフトＳＨｃｍの端部には、電磁式可変バルブタイミング装置Ａｅｏが設けられている。これらの電磁式可変バルブタイミング装置Ａｅｉ／Ａｅｏは、スプロケットＳｐｒを具備するものであり、当該スプロケットＳｐｒとカムシャフトＳＨｃｍとの位相差（相対位相）を変更させる。また、これらのスプロケットＳｐｒ及びタイミングプーリＰｌｌｙは、デルタ状にレイアウトされ、タイミングチェーンＴＢＬを介して三者が連動して駆動される。内燃機関Ｅｇは、これらのシャフトが連動して伝達駆動されることで、吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを規定し、吸気工程→圧縮工程→燃焼工程→排気工程，といった燃焼サイクルを実現させる。このとき、クランクシャフトＳＨｃｒは、各気筒の熱エネルギーを回転エネルギーへ変換させることで、同シャフトＳＨｃｒにトルクを発生させる。

【0034】

本実施の形態では、非自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置が採用される。その一例を紹介すると、非自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置Ａｅは、図３に示す如く、伝達部材Ｐｔｒ，スプロケットＳｐｒ，リンク機構ＬＫｍ，外輪制動部Ｒｏｕｔ，外輪用電磁クラッチＡｏｕｔ（特許請求の範囲における第１の電磁式アクチュエータ），内輪制動部Ｒｉｎ，内輪用電磁クラッチＡｉｎ（特許請求の範囲における第２の電磁式アクチュエータ），等によって構成される。伝達部材Ｐｔｒは、一端がカムシャフトＳＨｃｍに固定され他端が内輪制動部Ｒｉｎに固定される。即ち、カムシャフトＳＨｃｍ及び伝達部Ｐｔｒ及び内輪制動部Ｒｉｎは、一体的に回転することとなる。一方、スプロケットＳｐｒは、内周部がリンク機構ＬＫｍに固定され、外周部が外輪制動部Ｒｏｕｔに固定されている。外輪制動部Ｒｏｕｔ及び内輪制動部Ｒｉｎは、リンク機構ＬＫｍと共に位相角θｒの変換機構を構成する。外輪制動部Ｒｏｕｔは、ロック状態で制動力が与えられると、其のロック状態を解き、カムシャフトが所定角度遅角方向へ位相変化することを許容する。そして、外輪制動部Ｒｏｕｔは、カムシャフトが所定角度遅角した時点でロック状態を形成する。一方、内輪制動部Ｒｉｎは、ロック状態で制動力が与えられると、其のロック状態を解き、カムシャフトが所定角度進角方向へ位相変化することを許容する。そして、内輪制動部Ｒｉｎは、カムシャフトが所定角度進角した時点でロック状態を形成する。かかる機構は、例えば、特開２００９−２０９７４６号公報等で紹介されている。

【0035】

外輪用電磁クラッチＡｏｕｔは、ソレノイドを内蔵させており、当該ソレノイドは、ＰＷＭ信号による制御信号により、其の励磁状態が変化する。このため、外輪用電磁クラッチＡｏｕｔは、制御信号（ＰＷＭ信号）に応じてシャフトの軸方向に摺動し、外輪制動部Ｒｏｕｔへ制動力を与える。また、内輪用電磁クラッチＡｉｎにあっても、外輪用電磁クラッチと同様の構成とされており、入力される制御信号に応じて内輪制動部Ｒｉｎへ制動力を与える。

【0036】

本実施の形態にあっては、外輪用電磁クラッチＡｏｕｔ＝非通電，内輪用電磁クラッチＡｉｎ＝通電，のとき、図４（ａ）に示す如く、カムシャフトＳＨｃｍの位相角θｒがスプロケットＳｐｒの基準角θｏに対して進角する。一方、外輪用電磁クラッチＡｏｕｔ＝通電，内輪用電磁クラッチＡｉｎ＝非通電，のとき、図４（ｂ）に示す如く、カムシャフトＳＨｃｍの位相角θｒがスプロケットＳｐｒの基準角θｏに対して遅角する。このように、電磁式可変バルブタイミング装置は、電磁クラッチへのＰＷＭ信号が切換えられることで、カムシャフトＳＨｃｍの位相角θｒを制御させる。このとき、電磁式可変バルブタイミング装置では、ロック解除→位相変更→再ロック，という動作を位相角の変換機構により実現させる。

【0037】

従来例にあっては、自己復帰型の電磁式アクチュエータが用いられるので、其の位相角を維持させる方法に不具合が生じていた。例えば、巻きバネの付勢力と制御信号（ＤＵＴＹ）とを釣り合わせて位相角を維持させようとすると、位相の変更が不要な場面でも制御信号を出力し続けることとなり、消費電力が大きくなるとの問題が生じる。これに対し、本実施の形態にあっては、非自己復帰型の電磁式アクチュエータが用いられるので、位相角が目標角へ到達した場面では、其の位相角θｒを維持するようロックさせ、消費電力を抑えることが可能となる。

【0038】

また、自己復帰型の電磁式アクチュエータ（従来例）に対して、位相角をロックさせる為の機構を設けることも考えられるが、この場合、装置の大型化を招くとの問題が生じる。かかる問題についても、本実施の形態では、非自己復帰型の電磁式アクチュエータがコンパクトな構造とされるため、装置の大型化といった不具合を招くこともない。

【0039】

更に、非自己復帰型の電磁式アクチュエータは、自己復帰型の其れと比較して、制動力を発生させる為の必要トルクが少なくて済むので、装置の小型化を図ることが可能となる。また、巻きバネ等の消耗率の高い機械的要素が不要となるので、装置の長寿命化に繋がる。

【0040】

図１に戻り、エンジン制御装置Ｅ−ＥＣＵは、各センサとの接続端子、信号出力端子、電源入出力端子、各種回路を備えるものであって、内燃機関の制御に特化した「Engine Control Unit（上位ＥＣＵ）」と呼ばれる装置である。図示の如く、エンジン制御装置Ｅ−ＥＣＵは、吸気流量に関する信号、スロットルバルブＶｓｌの開度信号、クランクシャフトＳＨｃｒの位相角に関する信号Ｓｃｒ、カムシャフトＳＨｃｍの位相角に関する信号Ｓｃｍ、この他、アクセルペダルモジュール８０の踏込み操作に関する信号が入力される。エンジン制御装置Ｅ−ＥＣＵは、演算処理を行う信号制御回路を具備し、この信号制御回路と各制御プログラムとが協働して、点火信号ＳＧ，その他各種信号を生成出力し、点火コイルＣＬ，インジェクションＩＮＪ，スロットルバルブＶｓｌを制御する。

【0041】

一般に、内燃機関は、吸気バルブ及び排気バルブについて、バルブタイミング制御が行なわれる。その一例について説明すると、内燃機関の回転速度が低回転域の場合、バルブオーバーラップ量を低くし、シリンダ内の空気充填量を高くして、燃料の気化状態を好適にする。一方、高回転域の場合、バルブオーバーラップ量を高くし、空気の流通量を向上させ、空気の充填効率を向上させる。かかるバルブタイミング制御を実現させるため、エンジン制御装置Ｅ−ＥＣＵは、内燃機関の運転状態に応じて、カムシャフトの目標位相角θｔｈを設定している。この目標位相角θｔｈは、ＣＡＮ（Control Area Network）を介してバルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵに与えられ、バルブオーバーラップ量を調整するパラメータとして用いられる。

【0042】

バルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵは、図２に示す如く、電磁式可変バルブタイミング装置用として設けられた制御装置であって、エンジン制御装置Ｅ−ＥＣＵと同様、ＣＰＵ，メモリ回路，Ａ／Ｄ変換回路，クロック回路等から成る信号制御回路を格納させている。このうち、メモリ回路には、電磁式可変バルブタイミング装置Ｄを制御する為の各種制御プログラム及び制御用のマップ情報等が記録されている。バルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵは、この制御プログラム及びマップ情報（ソフトウェア）と信号処理回路（ハードウェア資源）とによって、以下機能を実現する装置が構築される。

【0043】

バルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵは、目標位相角θｔｈとカムシャフトＳＨｃｍの位相角θｒとの位相差Δθに基づいて、電磁式可変バルブタイミング装置Ａｅのフィードバック制御を実施する。具体的に説明すると、図３に示す如く、バルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵは、偏差演算処理部１１０，第１の位相制御処理部１２０，出力補正処理部１３０とを構築させている。このうち、偏差演算処理部１１０は、目標位相角θｔｈと現在の位相角θｒとの差分値Δθを算出し、当該差分値Δθを第１の位相制御処理部１２０へ提供する。

【0044】

ここで、第１の位相制御処理部１２０を説明する前に、電磁式アクチュエータの型式に起因する制御上の相違点を説明する。先ず、自己復帰型の電磁式可変バルタイミング装置は、従来より広く用いられる装置であって、「渦巻きバネ」の付勢力を用いて位相制御するものである。かかる装置の力学的モデルは、凡そ、以下の式「数１」で表すことができる。

【数1】

θｒ（ｔ）：位相角（位相角θｒに相当） ［rad］
Ｊ：カムシャフト及びこれに付帯する構造のイナーシャ ［Nms^2/rad］
Ｄ：クランクシャフトに対する回転抵抗の抵抗係数 ［Nms/rad］
Ｇ：巻きバネのバネ定数 ［Nm］
ｉ（ｔ）：電流値（ＤＵＴＹの平均値） ［A］
Ｋｍ：電磁式アクチュエータの出力係数 ［Nm/A］
ｔ：時間を示すパラメータ ［s］
（以下、Ｆ（ｔ）と示す場合、関数Ｆは、時間ｔの関数であることを表す。）

【0045】

「数１」を参照すると、この装置に係る力学的モデルは、アクチュエータによる制動力（右辺）と、慣性力（左辺第１項）と、クランクシャフトに対する回転抵抗（左辺第２項）と、渦巻きバネによる付勢力（左辺第３項）とから成る。この力学的モデルでは、図１４（ａ）に示す如く、バルブストロークＳｔが負となるタイミングＴｎに略対応して位相変化が行なわれる。

【0046】

一方、本実施の形態に係る電磁式可変バルブタイミング装置では、電磁式アクチュエータが非自己復帰型とされるので、この場合の力学的モデルは、凡そ、以下の式「数２」で表すことができる。

【数2】

θｒ（ｔ）：位相角（位相角θｒに相当） ［rad］
Ｊ：カムシャフト及びこれに付帯するイナーシャ ［Nms^2/rad］
Ｄ：クランクシャフトに対する回転抵抗の抵抗係数 ［Nms/rad］
ｉ（ｔ）：電流値（ＤＵＴＹの平均値） ［A］
Ｋｍ：アクチュエータの出力係数 ［Nm/A］

【0047】

「数２」を参照すると、本実施の形態に係る力学的モデルは、機構上の理由から、「数１」と比較して付勢力に係る項が省略されることとなる。これに関係して、本力学的モデルにあっては、図１４（ｂ）に示す如く、バルブストロークＳｔが負となる場面であっても位相変更タイミングｔｖが減少し、駆動感度の低下を生じさせる。特に、内燃機関が高回転で運転されると、位相変化の始動遅れも影響し、駆動感度の低下が顕著となる。可変バルブタイミング装置に係る技術では、其の性質上、制御速度を俊敏にさせることが望まれるところ、このような駆動感度の低下は致命的となる。

【0048】

かかる不具合の対策として、比例制御（ＰＩＤ制御等）を用いてＤＵＴＹのゲイン補正を行い、駆動感度を改善させることも考えられる。しかし、そのようにすると、ＤＵＴＹを演算する処理では、回転数の変化毎に感度補正用のマップ情報が必要となり、其の必要なマップ情報が膨大となってしまう。また、これらのマップ情報の増加に伴い、デバッグ作業の労力が膨大となることも問題となる。

【0049】

そこで、本実施の形態にあっては、比例制御による不具合を是正させるべく、ＤＵＴＹの演算処理においてスライディングモード制御を採用し、このロバスト性の高い制御により、感度補正に係るマップ情報量の低減を企図するものである。即ち、本実施の形態に係るバルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵでは、スライディングモード制御の採用により、非自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置を採用する際に付随する不具合を改善させようとするものである。そして更に、非自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置を利用可能とすることで、消費電力に関するメリット、この他、装置の体格及び耐久性等の様々なメリットを享受しようとするものである。以下、スライディングモード制御を採用したＤＵＴＹの演算処理について説明する。

【0050】

ＤＵＴＹの演算処理は、図３に示す如く、第１の位相制御処理部１２０で実施される。当該処理部１２０では、パラメータ演算部１２１とＤＵＴＹ設定部１２２とが機能し、スライディングモード制御に基づいた制御信号ＤＴＹｓ１，ＳＴＹｓ２が設定される。一般に、スライディングモード制御は、ｘ軸と「ｄｘ／ｄｔ」軸との２軸から成る位相平面に基づいて、対象となる力学的モデルでの出力値（制御信号、即ち、ＤＵＴＹ）を決定する。位相平面上の座標は、制御対象の挙動を示すものであり、以下、この座標（ｘ，ｄｘ／ｄｔ）を状態変数と呼ぶこととする。この位相平面上の状態変数（ｘ，ｄｘ／ｄｔ）は、スライディングモード制御が好適に機能すると、制御の進行に応じて、切換線と呼ばれる位相平面に設定された直線上に移動し（到達モード）、その後、切換線に沿って位相平面の原点側（平衡状態）へ推移するよう制御される（スライディングモード）。

【0051】

本実施の形態では、上述した「数２」に係る力学的モデルを好適に制御させる為、以下の思想に基づいてスライディングモード制御を具現化させている。先ず、本機構の電磁的な関係について検討すると、電磁式アクチュエータは、ソレノイドにより駆動されるので、凡そ、次のような電気的関係「数３」が成立する。

【数3】

Ｒ：ソレノイド及び配線抵抗 ［Ω］
ｉ（ｔ）：電流値（ＤＵＴＹの平均値） ［A］
Ｌ：ソレノイドのインダクタンス ［H］
Ｖ（ｔ）：ソレノイドを含む回路へ印加される電圧値 ［V］

【0052】

そして、「数２」と「数３」について各々ラプラス変換し、両式を用いて、電流値ｉ（ｔ）の項を除去させると、次式「数４」が得られる。

【数4】

ここで、「ｓ」はラプラス演算子を指し、Ｖ（ｓ）及びΘｒ（ｓ）は、ｖ（ｔ）及びｉ（ｔ）に関するラプラス変換後の関数を指す。

【0053】

そして、「数４」について逆ラプラス変換を行なうと、次のように、位相角θｒ（ｔ）に関する微分方程式「数５」が得られる。

【数5】

但し、ａ＝ＪＬ，ｂ＝ＤＬ＋ＪＲ，ｃ＝ＲＤ，の関係をそれぞれ有する。

【0054】

ここで、状態変数ｘを次のように置くこととする（「数６」）。

【数6】

【0055】

ここで、「数５」と「数６」を用いると、次の式「数７」が得られる。

【数7】

「数７」における行列Ａ及び行列Ｂは、各々の成分が以下の通りとなる（「数８」）。

【数8】

【0056】

ここで、位相平面に設定される切換線を「Ｓｘ＝０」と仮定すると、切換関数σ（ｘ，ｄｘ／ｄｔ）が次式「数９」ように表される。

【数9】

【0057】

そして、スライディングモードが成立中には、以下の式「数１０」を成立させつつ、状態変数（ｘ，ｄｘ／ｄｔ）が平衡状態（運動の収束状態）へと推移することとなる。

【数10】

【0058】

即ち、スライディングモードで状態変数が制御されている場合、以下の式「数１１」が成立することとなる。尚、ｕを飽和出力値と呼ぶこととする。

【数11】

【0059】

本実施の形態に係るパラメータ演算部１２１では、「数１１」を充足するように、行列Ｓの成分が適宜設定される。行列Ｓの各成分は、「外乱の発生」又は「抵抗の変動」を予め想定して、好適な値に設定すると良い。これにより、本実施の形態に係る制御では、位相制御を実施するに際し、高いロバスト性を具備させることが可能となる。

【0060】

但し、実際には、次式「数１２」のように飽和出力値ｕを決めると良い。

【数12】

上式「数１２」のうち右辺第１項は「数１１」と同様の線形項であり、右辺第２項は「最終スライディングモード制御」に係る項である。このうち、ｋ（ｘ，ｔ）は、スカラー量であって、スライディングモードの発生条件を満たすように適宜設定される。

【0061】

上述の如く、パラメータ演算部１２１では、切換線「Ｓｘ＝０」を決定させる行列Ｓ，状態変数（ｘ，ｄｘ／ｄｔ），飽和出力値ｕ，出力値関数ＤＵＴＹ（σ）等を設定または算出する。

【0062】

行列Ｓは、位相平面に設定される切換線「Ｓｘ＝０」を決定させる。この成分は、上述の如く、外乱等に対してロバスト性の高い制御が実現されるよう、適宜設定される。

【0063】

状態変数（ｘ，ｄｘ／ｄｔ）は、位相角θｒの情報に基づいて各々算出される。パラメータ演算部１２１では、かかる状態変数に基づいて、位相平面の切換線「Ｓｘ＝０」に対するオフセット量σが算出される。

【0064】

飽和出力値ｕは、「数１１」又は「数１２」等によって算出され、具体的には、ＤＴＹｓ[Ｈ]とＤＴＹｓ[Ｌ]とが算出される。このうち、ＤＴＹｓ[Ｈ]はＭＡＸ値であって、ＤＴＹｓ[Ｌ]はＭＩＮ値とされる。本実施の形態にあっては、アクチュエータの内輪側と外輪側との制動力の特性が異なるため、σ＞０，の場合にＤＴＹｓ（Ｈ）が設定され、σ＜０，の場合にＤＴＹｓ（Ｌ）が設定される。

【0065】

図５に示す如く、出力値関数ＤＵＴＹ（σ）は、電磁クラッチの制御信号と、オフセット値σとの相関関係を規定する。尚、出力値関数ＤＵＴＹ（σ）は、オフセット量σが正の領域では内輪用電磁クラッチＡｉｎが通電され、オフセット量σが負の領域では外輪用電磁クラッチＡｏｕｔが通電されることを示す。従って、オフセット量σを示す横軸は、正の領域では進角方向に制御されることを意味し、負の領域では遅角方向に制御されることを意味する。

【0066】

図示の如く、出力値関数ＤＵＴＹ（σ）は、「σ≧σ１」の領域にて、内輪用電磁クラッチＡｉｎの制御信号ＤＴＹ（Ｈ）が設定され、「σ≦σ２」の領域にて、外輪用電磁クラッチＡｏｕｔの制御信号ＤＴＹ（Ｌ）が設定される。また、「σ２＞σ＞σ１」の領域では、切換時のチャタリングを防止する為、飽和関数が設けられている。尚、本実施の形態では、飽和関数を設定しているが、平滑関数を用いてチャタリングを抑制させても良い。かかる如く規定された出力値関数ＤＵＴＹ（σ）は、オフセット量σが定まると、制御信号（ＤＵＴＹ比）を一義的に決定させる。

【0067】

このように、パラメータ演算部１２１で各種のパラメータが算出されると、ＤＵＴＹ設定部１２２に移行する。ＤＵＴＹ設定部１２２では、現在の位相平面でのオフセット量σを認識し、出力値関数ＤＵＴＹ（σ）に基づいて制御信号ＤＵＴＹを設定する。例えば、オフセット量σが「σ＞０」の場合、制御信号ＤＵＴＹｓ１は、オフセット量σと出力値関数ＤＵＴＹ（σ）とによって算出され、内輪用電磁クラッチＡｉｎの制御信号として出力される（但し、ＤＴＹｓ２＝０％）。このとき、電磁式可変バルブタイミング装置は進角制御される。また、オフセット量σが「σ＜０」の場合、制御信号ＤＵＴＹｓ２は、上述同様な演算が行なわれ、外輪用電磁クラッチＡｏｕｔの制御信号として出力される（但し、ＤＴＹｓ１＝０％）。このとき、電磁式可変バルブタイミング装置は遅角制御される。

【0068】

このように、スライディングモード制御は、オフセット量σの正負によって制御信号（ＤＴＹｓ１，ＤＴＹｓ２）の切換制御が実施される。そして、「到達モード」の場面では、制御信号が適宜に選択されることで、オフセット量σが「σ→０」となるように、位相制御が行われる。また、「スライディングモード」の場面では、制御信号（ＤＴＹｓ１，ＤＴＹｓ２）が連続的に切換えられることで、切換線「Ｓｘ＝０」に沿って平衡状態へ到達するよう位相制御が行われる。但し、本実施の形態では、以下の感度補正を伴った状態で、スライディングモード制御が行われる。以下、かかる感度補正について説明する。

【0069】

第１の位相制御処理１２０が終了すると、次に、出力補正処理１３０が機能する（図３参照）。当該処理１３０は、駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）が所定の閾値（限界感度Ｋｔｈ）を下回った場合、第１の位相制御処理１２０で算出された制御信号の補正を行うように機能する。出力補正処理１３０のうち演算処理１３１では、位相角θｒの駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）を算出し、この他、補正値ｃ・ｕ（ＤＴＹｃ[Ｈ]，ＤＴＹｃ[Ｌ]），補正出力関数ＤＵＴＹｃ（σ），を設定する。また、オフセット量σは、本処理にあっても認識可能な状態とされている。

【0070】

駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）は、カムシャフトＳＨｃｍの位相信号Ｓｃｍに基づいて算出される。駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）は、単位時間当たりに対する位相角又は位相差（相対位相）の変化量を指す。但し、この駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）は、其の算出方法が特段限定されているものでない。例えば、駆動感度に対してＤＵＴＹ比に関係する係数を組み込み、駆動感度に対する電流値の実効状態を現すようにしても良い。尚、本件の技術分野において、駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）と呼ばれるものは、回転周期毎に検出したカムシャフトの位相信号を用い、当該信号に基づいて統計的（例えば、平均値等）に算出させるのが一般的である。

【0071】

飽和出力値の補正値ｃ・ｕは、駆動感度に基づいて係数ｃが設定され、先に設定された飽和出力値ｕ（ＤＴＹｓ[Ｈ]，ＤＴＹｓ[Ｌ]）に補正係数ｃが乗算される。これにより、外輪電磁クラッチＡｏｕｔの制御信号ＤＴＹｓ[Ｌ]は、ＤＴＹｃ（Ｌ）に修正され、内輪電磁クラッチＡｉｎの制御信号ＤＴＹｓ[Ｈ]は、ＤＴＹｃ（Ｈ）に修正される（図６参照）。

【0072】

補正出力関数ＤＵＴＹｃ（σ）は、図６に示す如く、飽和出力値ｕ（ＤＴＹｓ[Ｈ]，ＤＴＹｓ[Ｌ]）の補正処理に応じて、飽和関数の補正も行われる（σ２≦σ≦σ１）。これにより、制御信号ＤＵＴＹは、オフセット量σの全範囲において、制御信号ＤＵＴＹが補正されることとなる。

【0073】

尚、補正係数ｃは、駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）と限界感度Ｋｔｈとの比を用いて算出するようにしても良く、この他、補正係数ｃを算出する為の特性方程式を用いて算出するようにしても良い。このように、補正係数ｃは、種々の方法によって算出され得るものであり、特段限定されるものではない。

【0074】

処理１３１が終了すると、最終ＤＵＴＹ設定処理１３２では、現時点でのオフセット量σを認識し、補正出力関数ＤＵＴＹｃ（σ）に基づいて制御信号ＤＴＹｃ１，ＤＴＹｃ２を決定し、各電磁クラッチへ制御信号ＤＴＹｃ１，ＤＴＹｃ２を出力させる。先にも述べたように、「到達モード」の場面では、制御信号が適宜に選択されることで、オフセット量σが「σ→０」となるように、位相制御が行われる。また、「スライディングモード」の場面では、制御信号（ＤＴＹｃ１，ＤＴＹｃ２）が連続的に切換えられることで、切換線「Ｓｘ＝０」に沿って平衡状態へ到達するよう位相制御が行われる。

【0075】

図７（ａ）は、感度補正を実施しなかった場合の駆動特性が示されている。尚、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示される感度特性は、スライディングモード制御による実験結果であって、進角制御時の場面が示されている。

【0076】

先に指摘したように、内燃機関の回転数が変動すると、所望の駆動感度Ｋｔｈが得られなくなり、制御上の安定性が損なわれる。かかる現象は、非自己復帰型の電磁式可変バルブタイミング装置を採用した為に、位相変更タイミングＶｔが減少し、当該装置の駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）が低下してしまう。特に、運転状態が高回転となる状況下では、駆動感度の低下が顕著となる。実験結果（図７ａ）を参照すると、４０００（ｒｐｍ）〜５０００（ｒｐｍ）の付近で感度の低下が顕著に認められ、４６００（ｒｐｍ）以後、限界感度Ｋｔｈを下回っている。

【0077】

図７（ｂ）は、本実施の形態に係るバルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵを用いた場合の、感度特性が示されている。図示の如く、バルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵは、駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）が限界感度Ｋｔｈを下回った場合に、出力補正処理１３０が機能する。同図の実験では、４６００（ｒｐｍ）の付近Ｘで、出力補正処理１３０が機能し始めているのが解る。このように、本実施の形態に係るバルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵは、駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）が限界感度Ｋｔｈを上回っている条件において、第１の位相制御処理１２０で算出された制御信号（ＤＴＹｓ１，ＤＴＹｓ２）を其のまま電磁クラッチへ与える。一方、駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）が限界感度Ｋｔｈを下回ると、補正させた制御信号（ＤＴＹｃ１，ＤＴＹｃ２）を電位クラッチへ与える。尚、実際には、図７（ｃ）に示す如く、内輪／外輪の双方の電磁クラッチで感度補正が行なわれる。

【0078】

上述の如く、本実施の形態に係るバルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵによると、先ず、非自己復帰型の電磁式アクチュエータを採用することにより、自己復帰型の電磁式アクチュエータに纏わる種々のデメリットを解消させる。加えて、このような非自己復帰型の装置を用いる場合、感度特性が不安定となるが、駆動感度の補正制御を採用することにより、悪化した感度特性の改善が図られる。そして、この制御装置は、スライディングモード制御に基づいて電磁式アクチュエータをフィードバック制御させるので、外乱等の不確定な要素に影響されにくいロバスト性の高い制御が実現され、併せて、制御上のマップ情報の設定を最小限に抑えることが可能となる。

【実施例1】

【0079】

図８は、実施の形態で説明したバルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵの変更例が示されている。図示の如く、本実施例に係るバルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵは、先の実施の形態と同様、偏差演算処理１１０及び第１の位相制御処理１２０を実施させた後、出力補正処理１３０を実施させる。この出力補正処理１３０は、処理１３１によって、内燃機関の回転数ωｃｒ，オフセット量σを認識し、飽和出力値の補正値ｃ・ｕ，補正出力関数ＤＵＴＹｃ（σ）を設定する（処理１３１）。そして、オフセット量σに基づいて、補正出力関数ＤＵＴＹｃ（σ）から制御信号ＤＴＹｃ１，ＤＴＹｃ２を設定し、電磁クラッチＡｉｎ／Ａｏｕｔを制御する。尚、内燃機関Ｅｇの回転数ωｒｃは、クランクシャフトＳＨｃｒの回転数とされるのが好ましい。但し、位相変化が無視できる場面では、カムシャフトＳＨｃｍの回転数を用いても良い。

【0080】

また、本実施例に係る出力補正処理部１３０は、回転数に関する閾値（限界回転数ωｔｈ）が定められており、内燃機関の回転数が限界回転数以下であれば同処理１３０を無効とさせ、内燃機関の回転数が限界回転数以上であれば同処理１３０を有効とさせる。

【0081】

図９は、図７で説明した感度特性のうち、４０００（ｒｐｍ）〜５０００（ｒｐｍ）の拡大図である。図９（ａ）は、感度補正を機能させなかった場面が示されている。現在の制御状態がＰとされる場合、回転数を上昇させていくと、其の回転数は、Ｐ→Ｑ→Ｘ→Ｒ，へと推移する。駆動感度Ｗｓ２の特性は、予め実験データを取得することにより把握することが可能である。従って、駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）が限界感度Ｋｔｈを下回るか否かは、回転数に基づいて予測することが可能である。

【0082】

図９（ｂ）は、回転数に基づく感度補正の実施結果が示されている。本実施例に係るバルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵは、回転数が限界回転数ωｔｈを上回ると、出力補正処理１３０を機能させる。このように、本実施例では、回転数の閾値判定により駆動感度の低下を予測し、駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）の補正処理を開始させることが可能となる。

【0083】

尚、本件の場合、回転数が急激に低下する場面で更なる効果が期待される。同図に従えば、回転数が低下する際、感度補正が有効とされる状態から、感度補正を失効させる状態へと切換えられる。このとき、回転数の低下が急激であると、感度補正における有効状態／失効状態の切換が遅れ、不要に駆動感度を上昇させることが懸念される。このような現象が顕著となると、機構上の安全性を欠き、装置の破壊に繋がりかねない。

【0084】

ところが、本実施例に係るバルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵは、回転数に基づいて、駆動感度が正常値に復帰する時期を予測することが可能となる。このため、回転数が急激に低下するような場面であっても、感度補正を失効させるタイミングを正しく設定できるので、上述したような不要な感度の上昇を回避させることが可能となる。

【実施例2】

【0085】

本実施例は、上述した実施の形態又は実施例に改変が加えられている。図１０に示す如く、本実施例に係るバルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵは、偏差演算処理部１１０と、第１の位相制御処理部１２０と、出力補正処理部１３０と、第２の位相制御処理部１４０と、制御モード切替処理１６０とを構築させている。このうち、偏差演算処理部１１０，第１の位相制御処理部１２０，出力補正処理部１３０等、既に説明されている部分については、同一符号を付し、其の説明を省略することとする。

【0086】

新たに構成された処理部のうち、第２の位相演算処理部１４０は、比例制御により、電磁クラッチＡｉｎ／Ａｏｕｔの制御信号（ＤＴＹ１，ＤＴＹ２）を設定する。本実施例に係る比例制御は、ＰＩＤ制御が実施される。第２の位相演算処理部１４０は、目標位相角θｔｈと現在の位相角θｒとの差分値Δθが入力されると共に、比例値Ｋｐ，積分値Ｔｉ，微分値Ｔｄが適宜に設定されている。当該処理部１４０は、「ｓ」をラプラス演算子とすると、ｕ＝Ｋｐ〔１＋（１／Ｔｉ・ｓ）＋（Ｔｄ・ｓ）〕・Δθ，によって出力値ｕを算出させ、この出力値ｕは、制御信号（ＤＴＹ１，ＤＴＹ２）として与えられる。

【0087】

第２の位相演算処理部１４０は、ＰＩＤ制御に限定することなく、ＰＩ制御といった他の比例制御を採用しても良い。図示の如く、バルブ制御装置Ｖ−ＥＣＵは、処理１４０を機能させる場合、比例制御に基づくフィードバック制御を実現させる（制御モード：ＰＩＤｍｏｄｅ）。一方、処理１２０〜処理１３０を機能させる場合、スライディングモード制御に基づくフィードバック制御を実現させる（制御モード：ＳＬＤｍｏｄｅ）。

【0088】

制御モード切替処理１６０は、内燃機関の回転数に応じて制御モードを切換える。本実施例にあっては、２０００（ｒｐｍ）以下の範囲でＰＩＤｍｏｄｅが設定され、２０００（ｒｐｍ）以上の範囲でＳＬＤｍｏｄｅが設定される。そして、制御モード切替処理１６０は、切換処理によって機能させた制御モードの制御信号（ＤＴＹ１，ＤＴＹ２）を、電磁式可変バルブタイミング装置Ａｅへ出力させる。

【0089】

図１１（ａ）はＳＬＤｍｏｄｅが選択された場合の感度特性であって、図１１（ｂ）はＰＩＤｍｏｄｅが選択された場合の感度特性である。このように、中〜高回転域にあっては、ＳＬＤｍｏｄｅを選択したほうが良好な駆動感度が得られ、低回転域にあっては、ＰＩＤｍｏｄｅを選択したほうが良好な駆動感度が得られる場合がある。本実施例は、この双方の利点を採用しようとするものである。

【0090】

本実施例では、２０００（ｒｐｍ）以下の場面ではＰＩＤｍｏｄｅが選択され、２０００（ｒｐｍ）以上の場面ではＳＬＤｍｏｄｅが選択される。このため、図１１（ｃ）に示す如く、回転数が２０００（ｒｐｍ）の前後で制御特性が切り替えられる。また、ＳＬＤｍｏｄｅでは、上述の如く駆動感度が補正されることとなる。従って、全ての回転域に亘って、駆動感度（ｄθｒ／ｄｔ）が良好な状態とされる。

【0091】

尚、ＰＩＤｍｏｄｅとＳＬＤｍｏｄｅとの切換点では、駆動感度が急激に変動しないように、ＰＩＤｍｏｄｅにおける比例値Ｋｐを調整させて、駆動感度の変動を抑制するようにパラメータを設定するのが好ましい。

【0092】

また、図１２に示す如く、特許文献１で紹介されるように、ＰＩＤｍｏｄｅにゲイン補正処理１５０を追加させても良い。但し、比例制御では、回転数に応じて駆動感度が変動するため、感度補正用のマップ情報を所定量準備しなければならない。このため、かかる技術では、制御モードを切換える回転数を適宜に設定し、感度補正用のマップ情報を幾分でも少なくできるようにする工夫が必要となる。また、目標位相角θｔｈが設定変更されると、位相差Δθが大きくなる場合にはリセットワインドアップが生じてしまう。従って、目標位相角θｔｈが設定変更される場面では、比例制御において、積分項（１／Ｔｉ・ｓ）＝０，に設定し、オーバーシュートの発生を回避させるようにすると良い。

【0093】

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記された技術的思想の範囲内において、種々の変更が可能である。例えば、上述の記載によれば、吸気側及び排気側の双方に電磁式可変バルブタイミング装置を設けているが、本発明は、吸気側のみ，又は，排気側のみに電磁式可変バルブタイミング装置を設けたエンジンにも適用可能である。また、本発明は、特開２００８−０３１９６３号公報，特開平１０−１０３０２９号公報等のように、サーボモータによって成る電磁アクチュエータへ適用させても良い。

【符号の説明】

【0094】

ＥＧｓｙｓ 内燃機関の燃焼制御システム， Ｅｇ 内燃機関， Ｓｄ 燃焼室， Ｐｉ 吸気通路， Ｖｉ 吸気バルブ， Ｐｏ 排気通路， Ｖｏ 排気バルブ， ＥＣＵ 電磁式可変バルブタイミング装置用の制御装置， Ａｅ 電磁式可変バルブタイミング装置， Ａｏｕｔ アウター側アクチュエータ（第１のアクチュエータ），Ａｉｎ インナー側アクチュエータ（第２のアクチュエータ），ＳＨｃｒ クランクシャフト，Ｓｐｒ スプロケット，ＳＨｃｍ カムシャフト，θｒ 位相角，ｄθｒ／ｄｔ 駆動感度，

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】