JP4089594B2 - 可変動弁システムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁システムの制御装置に関する。

バルブ駆動状態を可変とする可変動弁機構を備えた自動車用のエンジンなどが提案されている。ここで、バルブ駆動状態を可変とするとは、吸気バルブや排気バルブのバルブ状態量を通常の状態から変えることをいう。具体的には、運転状態に応じてバルブ作用角やバルブリフト量の大小、バルブタイミングの進角・遅角等のバルブ駆動状態を変更することでエンジンの出力特性などの変更を可能にしていることをいう。このような可変動弁機構は、オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）により制御された油圧、直流サーボモータ、ステップモータ、ソレノイドにより作動する。また、このＯＣＶ自体は、直流サーボモータ等で制御される。さらに、カムによらずバルブを直接電磁駆動するようなものも提案されている。

いずれにしても、自動車の運転状態は刻々と変化するため、このような可変動弁機構の制御精度は内燃機関の運転性に大きく影響をし、精度が下がるとドライバビリティが悪化したり、空燃比制御性が悪化したりする。

そこで、この精度を上げるために、従来から、位置情報であるバルブ状態量を検出し、これをフィードバックして残差を修正するフィードバック（ＦＢ）制御が多用されている。

また、フィードフォワード（ＦＦ）制御によれば変化を予め見込んで制御をするため、制御の遅れなしで先回りをした制御をすることができる。例えば、特許文献１に記載されているような、一方の変位端から他方の変位端への変位過程に関する制御がある。
特開２００２−３６４４３４号公報

ところが、従来のフィードバック制御では、図１０の左上に示すグラフのように、目標値と実値の偏差に応答して制御出力をするが、制御出力のゲインが小さ過ぎれば実値が目標値に対して必ず遅れ、制御遅れが生じるという問題があった。一方、図１０の矢印１に示すグラフのように、ゲインを大きくすれば応答は早いものの、オーバーシュートを生じたり、さらに制御出力が振動を生じたりして制御が不安定になるという問題があった。また、特に、図１０の矢印２に示すグラフのように、例えば、速度が異なると応答性が変化するような、応答性が状態量に応じて変化する場合では、ゲインが同じでも不安定になるため、なおさら大きなゲインをとることができないという問題があった。このような場合に、制御パラメータに応じた可変ゲインとするゲインスケジューリングが有効であると考えられるが、その設計方法は明らかでなかった。

また、予めマップを作成して、フィードフォワード制御の併用の有効性が考えられるが、どのような方法で制御を行うか、その設計方法が明らかではない。特に、刻々と変化する運転状態に迅速かつ的確に対応するためには、実バルブ状態量と目標バルブ状態量との偏差のみに基づく制御では運転状態が十分には反映されないという問題もあった。特許文献１に記載の制御方法は、一方の変位端から他方の変位端への変位過程のみに関する制御であり、これらの問題は解決できない。

本発明の目的は、上記問題点を解決するため、安定かつ追従遅れが極めて小さい制御を簡易にすることができる可変動弁システムの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、請求項１に記載の可変動弁システムの制御装置では、アクチュエータにより吸気バルブ若しくは排気バルブの少なくとも一方のバルブのバルブ状態量を変更する内燃機関の可変動弁システムの制御装置であって、機関運転状態に応じて設定されるバルブの目標バルブ状態量と過去の目標バルブ状態量の設定の履歴との比較に基づいて目標バルブ状態量における時間当たりの変化量である目標変化速度を算出する算出手段と、バルブの目標バルブ状態量と実バルブ状態量との偏差にフィードバックゲインを乗じてバルブ状態量の仮想変化速度を算出する仮想変化速度演算手段と、前記目標変化速度と前記仮想変化速度との和に基づいてバルブ状態量の設定変化速度を算出する設定変化速度演算手段と、前記設定変化速度と運転状態を表す数値である運転状態値とに基づいて前記アクチュエータの見込み制御量を求める制御量演算手段とを備えたことを要旨とする。

請求項２に記載の可変動弁システムの制御装置では、請求項１に記載の可変動弁システムの制御装置において、前記運転状態値はバルブ状態量を含むことを要旨とする。
請求項３に記載の可変動弁システムの制御装置では、請求項１又は請求項２において、前記アクチュエータは、前記内燃機関により駆動される油圧供給源から供給される油圧を制御するオイルコントロールバルブを作動させることで前記バルブのバルブ状態量を変更するものであり、前記運転状態値は機関回転速度を含むことを要旨とする。

請求項４に記載の可変動弁システムの制御装置では、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の可変動弁システムの制御装置において、前記アクチュエータに出力する見込み制御量と、対応するバルブ状態量の設定変化速度、若しくはこれに加えて運転状態を表す数値である運転状態値との関係を予め求めて同関係を記憶した記憶手段を更に備え、前記制御量演算手段は前記記憶手段に記憶される前記関係に基づいて前記見込み制御量を求めることを要旨とする。

請求項５に記載の可変動弁システムの制御装置では、請求項４記載の可変動弁システムの制御装置において、前記記憶手段は前記関係を示す関数マップであることを要旨とする。

請求項１に記載の可変動弁システムの制御装置では、過去の目標バルブ状態量の設定の履歴を比較することで、目標バルブ状態量における時間当たりの変化量である目標変化速度を算出するため、時間当たりの変化の大きさに応じた見込み制御を行うことができるという効果がある。
また、フィードバック制御を構成する仮想変化速度と、フィードフォワード制御を構成する目標変化速度との和に基づいて見込み制御量を求めることで、フィードフォワード制御によりフィードバック制御に係る残差を小さくできるという効果がある。さらにフィードバック制御によりその残差もなくして、制御対象を不安定とすることなく、追従遅れが極めて小さく、状態量によって応答速度が異なる場合にも、制御性の変化が抑制されるという効果がある。
さらに直接運転状態値に基づいてアクチュエータの見込み制御量を求めるため、機関運転状態に適合した見込み制御を行うことができるという効果がある。

請求項２に記載の可変動弁システムの制御装置では、請求項１に記載の可変動弁システムの制御装置における運転状態値がバルブ状態量を含むとすることで、バルブ状態量を制御する上で最も密接な関係のあるバルブ状態量自体に基づいて、可変動弁システムを、さらにバルブ状態量に応じた適切な制御をすることができるという効果がある。

請求項３に記載の可変動弁システムの制御装置では、請求項１又は請求項２において、アクチュエータが作用するオイルコントロールバルブによるバルブ状態量を変化させる駆動力は油圧と相関し、さらにその油圧は、機関回転速度と相関する。そのため、前記運転状態値が機関回転速度を含むとすることで、内燃機関により駆動される油圧供給源から供給される油圧に基づいて作動するアクチュエータの見込み制御量設定をより適切に行うことができるという効果がある。

請求項４に記載の可変動弁システムの制御装置では、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の可変動弁システムの制御装置の効果に加え、予め見込み制御量とバルブ状態量、さらに運転状態値との関係を関数やマップとして記憶した記憶手段により、より正確に運転状態に適応した見込み制御を行うことができるという効果がある。

請求項５に記載の可変動弁システムの制御装置では、記憶手段が関数マップであるため、所定条件に正確に適合する見込み制御量を演算なしに即座にアクチュエータに出力することができるという効果がある。

（可変動弁システムの概略構成）
図１は、本発明の可変動弁システムの制御装置における制御対象である可変動弁システムの構成の一例を示すブロック図である。可変動弁システム１は、エンジン２と、ここに装着された可変動弁機構である可変作用角機構３と、可変作用角機構３を作動させるオイルコントロールバルブ（以下「ＯＣＶ」と略記する。）４と、ＯＣＶ４を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）５と、可変作用角機構３によるバルブ状態量である例えば作用角を検出するセンサ６とを備える。

エンジン２は、乗用自動車等の車両に搭載された内燃機関であり、例えば、詳細は図示しないが、カムシャフトの回転などにより駆動される排気バルブと吸気バルブを備えた４ストロークの多気筒のガソリンエンジンであり、バルブ駆動状態により出力などのエンジン特性などが変化する。

可変作用角機構３は、運転状態に応じてエンジン２の特性を変化させるためにバルブ駆動状態を可変とする可変動弁機構の一例である。「バルブ駆動状態」とは、吸気バルブや排気バルブのバルブ作用角やバルブリフト量の大小、バルブタイミングの進角・遅角のバルブ状態量のプロフィールをいう。また、「動弁」とは、これらのバルブを開閉駆動することをいい、「可変」とは、運転状態に応じて、これらのバルブ駆動状態の変更を可能にしていることをいう。

ＯＣＶ４は、オイルポンプからの作動油をバルブを開閉することでコントロールして可変作用角機構３を作動させバルブ状態量である作用角を変化させる。ＯＣＶ４のバルブの開閉は、例えば直流モータにより制御される。本実施形態の可変動弁システムの制御装置では、本実施形態のアクチュエータＯＣＶ４の駆動オイルのバルブ開閉が、直流モータによりに作動され、エンジン２の回転により駆動される油圧供給源であるオイルポンプから供給される油圧に基づいて可変作用角機構３を作動させる。したがって、ＯＣＶ４の駆動力は油圧と相関し、さらにその油圧は、エンジン回転数と相関する。そのため、同じ電圧を直流モータに印加してもエンジン回転が異なればバルブ状態量が異なる。そこで、エンジン回転数を運転状態値として参照して直流モータに印加する電圧を適正化すれば、ＯＣＶ４に対する見込み制御量設定をより適切に行うことができる。

センサ６は、作用角を可変とするものは作用角を検出するためのセンサである。他の態様として、バルブタイミングの進角・遅角を可変とするものであればカム角センサやクランク角センサであり、リフト量を可変とするものであればリフト量を検出するセンサである。実施例では詳細な図示は省略するが、可変作用角機構３に設けられた作用角センサにより、バルブ駆動状態である作用角の大きさを検出する。

ＥＣＵ５は、デジタルコンピュータを中心として構成されているエンジン制御回路である制御ユニットである。ＥＣＵ５は、各種の演算や処理、信号の入力・出力を行うＣＰＵと、各種本発明の制御を行う制御プログラムやマップを含むデータを記憶したＲＯＭ、処理の過程で一時的に記憶するＲＡＭ、ＣＰＵと外部の信号の入出力を行うインタフェイスを備えている。このＥＣＵ５のＲＯＭに格納されたプログラム・データによりＣＰＵがＲＡＭとともに処理することで、ＥＣＵ５が本発明の各種の演算手段やマップとして機能している。また、ＥＣＵ５から出力された制御信号は、ＯＣＶ４を作動させる直流モータのドライバに出力され、制御信号に応じた電圧を印加することで直流モータによりアクチュエータであるＯＣＶ４を制御する。

また、ＥＣＵ５は、スロットル開度、エンジン回転数、冷却液温、油温、吸気温度、車速、トルク、吸気負圧、制御モード、排ガス中の酸素濃度、吸入空気量、燃料噴射量、シフト位置等、自動車の運転状態を検出するセンサ７などからの信号を入力する。これらは、本発明の運転状態値として用いることができる。それとともに、燃料噴射装置、点火プラグ等を制御信号により制御している。また、エコノミーモードとパワーモード（スポーツモード）のような制御モードも入力される。選択された制御モードにより目的にしたがったエンジン出力、シフトアップ・ダウンタイミング、ダンパーの減衰力等を変更するような制御に従ってエンジン制御を行う。

ＥＣＵ５は、ここでは本発明の制御装置として機能するもので、センサ６からバルブ状態量に係る信号を入力するとともに、ＯＣＶ４に制御信号を送出し、ＯＣＶ４の直流モータを制御することで油圧により可変作用角機構３も制御する。なお、センサ６から入力されるバルブ作動角、バルブリフト量、バルブ進角、バルブ遅角を示す信号も、本発明の運転状態値である。

なお、実施形態は本発明の可変動弁システムの制御装置における制御対象の構成の一例を示すもので、例えば、エンジン２の燃料はガソリンに限定されず、軽油、ＬＰＧ、ＬＮＧなどでもよく、気筒数は１気筒でも、２気筒以上でもよい。またバルブ数も１気筒当たり２バルブ、３バルブ、４バルブ或いはそれ以上でもよい。また、内燃機関としてのエンジン２も自動車用に限らず、その他の運送機器を始め、運転状況によりエンジンの特性を変更したい場合に広く適用できる。

また、可変動弁機構は、図に示す可変作用角機構に限らず、バルブ駆動状態を変更するものであればバルブリフト量の大小、バルブタイミングの進角・遅角等を可変にするものでもよい。また、バルブ駆動状態を可変とするのは、吸気バルブと排気バルブのいずれか一方でも、両方でもよい。

可変動弁機構は、図１に示す油圧の他、サーボモータ、ソレノイド等により作動される。また、油圧の場合は、図１に示すようにＯＣＶ４により制御油圧が制御されるが、ＯＣＶ４自体は、サーボモータ、ソレノイド等により作動される。

なお、本発明でいう可変動弁機構には、吸気バルブ、排気バルブをカムで駆動するようなもの、のみならず、その他のロッドやアーム等を介して駆動するものも含む。さらに、カムなどを使わずに、直接ソレノイドなどで完全に電磁駆動の電磁駆動式のバルブを制御するものでもよい。

以下、本発明の可変動弁システムの制御装置及び方法を具体化した１実施形態を、ＥＣＵ５によって電圧制御される直流モータを備えたＯＣＶ４のバルブの開閉により作用角を可変とした可変動弁システム１と、この制御装置であるＥＣＵ５により図を参照して詳細に説明する。

図２は、電圧Ｅと、作用角の単位時間当たりの変化量である変化速度ｖの関係と、マップＭ１を説明する図である。図２の右上に示すグラフは、縦軸にＥＣＵ５からＯＣＶ４への直流モータに印加される電圧を示し、横軸に経過時間を示す。また、右下に示すグラフは、縦軸に作用角の大きさを示し、横軸は右上のグラフと同じ経過時間を示す。ＥＣＵ５から電圧Ｅを印加すると、直流モータが作動し、作用角が変化する。このときの「作用角」は本発明の「バルブ状態量」であり、単位時間、例えば２ｍｓ当たりの作用角の変化をここでは作用角の「変化速度ｖ」という。この「作用角の変化速度ｖ」が本発明の「バルブ状態量の変化度合である目標変化速度」に相当している。

このように、所定の電圧をＯＣＶ４の直流モータに印加した場合に、作用角の単位時間当たりの変化を割合である変化速度ｖが１対１の関係で求められる。また、電圧Ｅを上昇させてゆくとこれに伴い、変化速度ｖは上昇していく。そこで、横軸に電圧Ｅを、縦軸にこれに対応する変化速度ｖをプロットしていくと、図２の左方に示すようなグラフとなる。この場合、印加した電圧Ｅに対して変化速度ｖはこの電圧Ｅと変化速度ｖとが対応したデータを、ここでは「マップＭ１」という。なお、図に示すグラフは、このマップＭ１を概念的に示したもので、このマップＭ１は、ＥＣＵ５のＲＯＭにテーブルデータとして格納される。

なお、ここではアクチュエータであるＯＣＶ４に出力する見込み制御量である電圧Ｅと、対応する変化速度ｖとの関係を予め求めて同関係を関数マップとしてマップＭ１を記憶した記憶手段であるＲＯＭを備える。ここでは、電圧Ｅと変化速度ｖとの関係をマップＭ１で求めているが、記憶手段であるＲＯＭに、電圧Ｅと変化速度ｖとの関係を演算で求めるように、その数式を記憶手段であるＲＯＭに記憶させておく方法もある。なお、このようにマップＭ１若しくは数式により得られた関係により変化速度ｖから電圧Ｅを求める。

図３は、実施例１の制御の手順を示すフローチャートである。また、図４は、実施例１の制御を示すブロック線図である。以下、図１、２、４を参照しつつ図３に沿って実施例１の制御の手順を説明する。

まず、ＥＣＵ５は、センサ７から入力したスロットル開度や車速を参照し、ＲＯＭに記憶されたデータに基づいて目標作用角ｒを演算する（ステップ（以下「Ｓ」と略記する。）１）。続いて、ＲＡＭに記憶された目標作用角前回値ｒ’を読み出す（Ｓ２）。そして、次式から目標作用角ｒと目標作用角前回値ｒ’の値から差［ｒ−ｒ’］を求め、作用角のサンプリングサイクルである２ｍｓで除して１ｍｓ当たりの作用角を変化させるべき速度である変化速度ｖを目標変化速度として求める（Ｓ３）。
［ｖ＝（ｒ−ｒ’）／２ｍｓ］
但し、ｖ：変化速度、ｒ：目標作用角、ｒ’：目標作用角前回値
なお、目標変化速度は、一定の単位時間当たりの変化量であれば、その単位時間は問わず、例えば［ｖ＝ｒ−ｒ’］ …式（１’）として２ｍｓ当たりの変化速度をそのまま目標変化速度として用いてもよい。ここでは、１ｍｓ当たりの変化量である［ｖ＝（ｒ−ｒ’）／２ｍｓ］が本発明の変化度合の１態様である目標変化速度に相当する。そして、この手順を実行するＥＣＵ５が、本発明の算出手段に相当する。

また、目標作用角ｒと目標作用角前回値ｒ’のサンプリングが一定間隔でない制御も行いうるが、その場合は、２ｍｓで除す代わりに、実際の時間間隔で除して、例えば１ｍｓ当たりの変化量を求め、目標変化速度とする。

また、この手順は、図４のブロックＢ２において、目標作用角ｒを入力して加算するとともに、目標作用角前回値ｒ’を減算することで差を求める処理に相当する。
次に、ＲＯＭに格納された図２に示したマップＭ１に相当するテーブルデータを参照して、次式により変化速度ｖに対応する電圧Ｅの値を読み出す（Ｓ４）。

［Ｅ＝Ｍ（ｖ）］
但し、Ｅ：電圧、Ｍ（）：マップ、ｖ：変化速度
この電圧は、本実施例でのアクチュエータであるＯＣＶ４の直流モータへ出力される制御量となる。この、算出手段で算出した目標変化速度に対応する制御量をマップＭ１から求めるＳ４の手順を実行するＥＣＵ５が、本発明の制御量演算手段に相当する。

また、この手順は、図４のブロックＢ３において、変化速度ｖから電圧Ｅ（ＦＦ）を出力する処理に相当する。
続いて、［ｒ’←ｒ］とし、今回演算した目標作用角ｒを、次の処理のために目標作用角前回値ｒ’として書き換えてＲＡＭに記憶する（Ｓ５）。この手順は、図４でいうと、ブロックＢ１において目標作用角を入力し、ここで一旦記憶しておき、次の新たな目標作用角ｒが入力されると、それまで保持していた目標作用角ｒを目標作用角前回値ｒ’として先にブロックＢ２に出力してから、新たな目標作用角ｒに書き換えるという処理を行っている。

なお、このとき、目標作用角ｒと目標作用角前回値ｒ’のサンプリングの時間が一定間隔でない場合、目標作用角ｒと目標作用角前回値ｒ’のサンプリングの時間差を別途記憶手段に記憶しておき、Ｓ３の処理に「２ｍｓ」で除す演算に代えてその時間差で除す。

そして、ＥＣＵ５からＳ４で演算した電圧Ｅに相当する制御信号をＯＣＶ４の直流モータのドライバ（不図示）に送出する。そして、このドライバは、電圧Ｅの駆動信号を直流モータに印加し、ＯＣＶ４を作動させる（Ｓ６）。そして、このサイクルは１巡して次のサイクルに移り（ＲＥＴＵＲＮ）、再びｒを演算する（Ｓ１）。このＳ１の手順は、前のＳ１の手順から２ｍｓ後に行われる。従って、目標作用角ｒのサンプリングは２ｍｓ間隔で行われ、同様にＯＣＶ４の直流モータに対するＥＣＵ５の制御は２ｍｓ間隔で行われることになる。つまり、本実施形態では、目標作用角ｒと目標作用角前回値ｒ’とは、常に２ｍｓのズレがあるデータとなっている。

もちろん、前述のように必ずしも一定間隔でサンプリングを行う必要はなく、時間以外の演算タイミング、例えば、エンジンの回転に従ってサンプリングを行うようにしてもよい。

実施例１の可変動弁システムの制御装置は上記のような構成を備え、その制御の手順が実行されるため、以下のような効果がある。
（１） 図９は、本発明の可変動弁システムの制御装置により達成される制御を示す図である。図９の左のグラフに示すような従来のようなＦＢ制御と比較して、図９の矢印１のグラフに示すようにＦＦ制御により見込み制御をするため、本質的にＦＢ制御に由来する演算・追従遅れが生じたり、制御量が不安定になったりしないという効果がある。

（２） それに加え、実施例１では、ＦＦ制御を、目標作用角ｒの大きさ自体に基づいて制御するのではなく、目標作用角ｒと目標作用角前回値ｒ’の差［ｒ−ｒ’］に基づいて目標変化速度を求め、この目標変化速度に基づいて制御する。したがって、目標作用角ｒが大きく変化した場合には目標変化速度も大きくなり、より大きな制御量で速やかな制御が行われることになる。したがって、運転状況が急変したような場合は、迅速な制御が行われることになり、より運転状態に適合した円滑な制御が達成できドライバビリティや空燃比制御性が向上するという効果がある。

（３） さらに、この目標変化速度に対応する制御量である電圧ＥはマップＭ１によって決定するため、予め実験などで求められた適正な制御量とすることができるため、さらに運転状態に適合した円滑な制御が達成できドライバビリティや空燃比制御性が向上するという効果がある。

図５は、実施例２の制御を示すブロック線図である。以下、本発明を具体化した他の実施形態である実施例２を図５にしたがって説明する。なお、実施例２の構成は、概ね実施例１の構成と同様で、実施例２のマップＭ２が、実施例１のマップＭ１を変更した構成である点で異なるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

なお、実施例２の制御装置では電圧Ｅと、変化速度ｖと、エンジン回転数Ｒの関係を予め求めて同関係を関数マップとしたマップＭ２を記憶した記憶手段であるＲＯＭを備える。ここでは、アクチュエータであるＯＣＶ４に出力する見込み制御量である電圧Ｅと変化速度ｖに加え、さらに運転状態値であるエンジン回転数Ｒ（機関回転速度）との関係を参照している。そのため、予め見込み制御量とバルブ状態量、さらに運転状態値との関係を関数やマップとして記憶した記憶手段により、より正確に運転状態に適応した見込み制御を行うことができる。

なお、本実施例では、記憶手段であるＲＯＭに、電圧Ｅと変化速度ｖとエンジン回転数Ｒの関係を演算で求めるように、マップＭ２を記憶手段であるＲＯＭに記憶させてあるが、マップＭ２に代えて、これらの関係を演算する数式を記憶しておいて見込み制御量である電圧Ｅを求める方法もある。

実施例２に記載のマップＭ２は、前述したマップＭ１と同様に、電圧Ｅに対する変化速度ｖの関係を実験で求めている。そして、この関係をエンジン回転数Ｒ毎に求め、図５のブロックＢ１３に示すマップＭ２のように、横軸に変化速度ｖ、縦軸に電圧Ｅ、さらにこれらと直交する方向の軸にエンジン回転数Ｒを取った３次元マップとなっている。なお、図５に示すマップＭ２も概念的な図示であり、実際は、テーブルデータとしてＥＣＵ５のＲＯＭに格納されている。

この場合の制御の手順は、実施例１と同様にブロックＢ１１で目標作用角ｒを入力して目標作用角前回値ｒ’を記憶し、ブロックＢ１２では、目標バルブ状態量である目標作用角ｒと前回目標バルブ状態量である目標作用角前回値ｒ’から目標変化速度である変化速度ｖを求める。実施例１では、マップＭ１により電圧Ｅを変化速度ｖのみから求めたが、実施例２では、図５に示すようにブロックＢ１３でセンサ７から運転状態値であるエンジン回転数Ｒを検出して入力し（図１参照）、変化速度ｖとエンジン回転数ＲとからマップＭ２から電圧Ｅを求めている。この場合、マップＭ２においては変化速度ｖとエンジン回転数Ｒとから電圧Ｅは一義的に求められるものである。

上記実施例２では、このような構成・作用を備えるため実施例１に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（１）実施例２では、変化速度ｖに加え、エンジン回転数Ｒを参照して電圧Ｅを求めるため、より運転状態に適合した円滑な制御が達成できドライバビリティや空燃比制御性が向上するという効果がある。

（２）特に、実施例２では、変化速度ｖに加え、エンジン回転数Ｒを参照して電圧Ｅを求めるときに、予め実験で求めた３次元マップであるマップＭ２を用いている。つまり、アクチュエータであるＯＣＶ４によりバルブ状態量を変化させる駆動力は油圧と相関し、さらにその油圧は、エンジン回転数Ｒと相関する。そのため、エンジン回転数Ｒを運転状態値として参照することで、同じ電圧Ｅを印加したＯＣＶ４の直流モータによる作動によってもそのバルブ状態量の変化は油圧によって異なる。したがって、エンジン２により駆動されるオイルポンプから供給される油圧の変化に基づいてアクチュエータの見込み制御量設定をより変化させることでより制御を適切に行うことができる。そのため、さらに運転状態に適合した円滑な制御が達成できドライバビリティや空燃比制御性が向上するという効果がある。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施例２では、運転状態値の例として、エンジン回転数Ｒを挙げているが、本願で運転状態値とは、運転の状態を何らかの形で数値化でき、運転の状態の指標となりうるものをいう。他にも例えば、負荷、軸トルク、車速、加速度、スロットル開度若しくはアクセル踏み込み量、冷却液温、油温、吸入空気量、吸気負圧、吸気温度、燃料噴射量、排ガス中の酸素濃度、シフト位置のいずれか１つ若しくは組合せが挙げられる。また運転のエコノミーモードとスポーツモードのような制御モードにより２つの制御パターンに分けるような場合の選択された制御モードも含まれる。

○ さらに、バルブの作用角、バルブリフト量、バルブ進角・遅角等のバルブ自体の値自体も運転状態の指標となるため、運転状態値として捉えることができる。この場合は、そのエンジンがいずれのタイプの可変動弁機構を備えるかにより選択される。

○ また、実施例２では、運転状態値としてエンジン回転数Ｒの１つのみを挙げ、マップＭ２を３次元マップとしているが、運転状態値は複数参照することが可能であり、マップＭ２も４次元以上のマップとすることができる。

次に、本発明を具体化した他の実施形態である実施例３を図６〜図７にしたがって説明する。なお、実施例３は、実施例１のＦＦ制御を基礎に、さらにＦＢ制御の要素を加えたもので、基本的にＦＦ制御の部分は共通であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

図６は、実施例３の制御の手順を示すフローチャートあり、また、図７は、実施例３の制御を示すブロック線図である。以下、図１，７を参照しつつ図６に沿って実施例３の制御の手順を説明する。

まず、ＥＣＵ５は、センサ７から入力したスロットル開度や車速を参照し、ＲＯＭに記憶されたデータに基づいて目標作用角ｒを演算する（Ｓ１１）。続いて、ＲＡＭに記憶された目標作用角前回値ｒ’を読み出す（Ｓ１２）。そして、次式により変化速度ｖを求める（Ｓ１３）。
［ｖ＝ｒ−ｒ’］
但し、ｖ：変化速度、ｒ：目標作用角、ｒ’：目標作用角前回値
変化速度ｖは、目標作用角ｒと目標作用角前回値ｒ’との差［ｒ−ｒ’］を求め、作用角を変化させるべき速度である変化速度ｖを目標変化速度として求める。ここでも、制御サイクルは、２ｍｓであり、目標作用角ｒは、２ｍｓ毎にサンプリングされる。また、目標作用角前回値ｒ’も２ｍｓ毎に書き換えられる。目標変化速度は、中間的な数値であり、一定の単位時間当たりの変化量であれば、その単位時間は問わず、ここでは、２ｍｓ当たりの変化量を変化速度ｖとして用いている。なお、この手順を実行するＥＣＵ５が、本発明の算出手段に相当する。

また、この手順は、図７のブロックＢ２２において、目標作用角ｒを入力して加算するとともに、目標作用角前回値ｒ’を減算することで差を求める処理に相当する。
ここで、図７のブロックＢ２３に示すように、ＥＣＵ５は、目標作用角ｒに対して、センサ６である作用角センサから実際の作用角をセンサ値ｙとして入力する。また、目標作用角ｒも入力する。そして、入力した目標作用角ｒとセンサ値ｙから、次式によりその差を求めて中間変数ｅを求める（Ｓ１４）。

［ｅ＝ｒ−ｙ］
但し、ｅ：中間変数、ｒ：目標作用角、ｙ：センサ値
中間変数ｅは、目標作用角ｒとそのときの作用角の実値であるセンサ値ｙとの差であるため、この中間変数ｅが本来的にＥＣＵ５がフィードバック制御により修正すべき偏差である。

次に、ＥＣＵ５は、次式により、この偏差である中間変数ｅに対して、フィードバックゲインＫｐを乗じて仮想作用角速度ｕを求める（Ｓ１５）。
［ｕ＝Ｋｐ×ｅ］
但し、ｕ：仮想作用角速度、Ｋｐ：フィードバックゲイン、ｅ：中間変数
ここで、フィードバックゲインＫｐは、比例制御のための係数で、本来は制御量を求めるための係数であるが、実施例３においては、先に求めた変化速度ｖと同じ次元で処理するために、仮想作用角速度ｕとするのに必要な処理となっている。またこのフィードバックゲインＫｐは、一定の値にチューニングされており、制御の度にゲインスケジューリングにより変更されたりするものではない。したがって、フィードバックゲインＫｐを決定することが制御遅れの原因とはならず、この処理は極めて短時間に行うことができる。この仮想変化速度である仮想作用角速度ｕを求める手順を実行するＥＣＵ５が、本発明の仮想変化速度演算手段に相当する。

次に、ＥＣＵ５は、次式で電圧Ｅを求める（Ｓ１６）。
［Ｅ＝Ｍ（ｖ＋ｕ）］
但し、Ｅ：電圧、Ｍ（）：マップ、ｖ：変化速度、ｕ：仮想作用角速度
まず、図７のブロック２２の処理で出力された変化速度ｖとブロックＢ２３で出力された仮想作用角速度ｕを足し合わせ、［ｖ＋ｕ］の値をブロックＢ２４の処理で出力する。この［ｖ＋ｕ］の値が本発明の設定変化速度に相当する。そして仮想変化速度である仮想作用角速度ｕと、目標変化速度である変化速度ｖを加算する手順を実行するＥＣＵ５が、本発明の設定変化速度演算手段に相当する。

そして、ブロックＢ２５の処理では、入力された［ｖ＋ｕ］の値をＲＯＭに格納された図２に示したマップＭ１に相当するテーブルデータを参照して、［ｖ＋ｕ］に対応する電圧Ｅの値を読み出す。この電圧Ｅは、本実施例でのアクチュエータであるＯＣＶ４の直流モータへ出力される制御量となる。この、算出手段で算出した目標変化速度に対応する制御量をマップＭ１から求めるＳ４の手順を実行するＥＣＵ５が、本発明の制御量演算手段に相当する。

また、この手順は、図７のブロックＢ２５において、変化速度［ｖ＋ｕ］から電圧Ｅ（ＦＦ）を出力する処理に相当する。
続いて、［ｒ’←ｒ］とし、今回演算した目標作用角ｒを、次の処理のために目標作用角前回値ｒ’として書き換えてＲＡＭに記憶する（Ｓ１７）。この手順は、図７でいうと、ブロックＢ２１において目標作用角ｒを入力し、ここで一旦記憶しておき、次の新たな目標作用角ｒが入力されると、それまで保持していた目標作用角ｒを目標作用角前回値ｒ’として先にブロックＢ２２に出力してから、新たな目標作用角ｒに書き換えるという処理をおこなう。そして、ＥＣＵ５からＳ１６で演算した電圧Ｅに相当する制御信号をＯＣＶ４の直流モータのドライバ（不図示）に送出する。そして、このドライバは、電圧Ｅの駆動信号を直流モータに印加し、ＯＣＶ４を作動させる（Ｓ１８）。そして、このサイクルは１巡して次のサイクルに移り（ＲＥＴＵＲＮ）、再びｒを演算する（Ｓ１１）。このＳ１１の手順は、前のＳ１１の手順から２ｍｓ後に行われる。従って、目標作用角ｒのサンプリングは２ｍｓ間隔で行われ、同様にＯＣＶ４の直流モータに対するＥＣＵ５の制御は２ｍｓ間隔で行われることになる。

上記実施例３の可変動弁システムの制御装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）実施例３によれば、図９の矢印１に示すグラフのように実施例１のＦＦ制御によって見込み制御で制御遅れなしに大きな補正を行い、さらに、バルブの目標状態量と実状態量の小さな残留エラーのみをＦＢ制御で補正する。そのため、矢印２で示すグラフのように、追従遅れが小さく、且つ安定した制御を行うことができるという効果がある。

（２）特に実施例３では、実施例１のＦＦ制御で用いたマップを用いることで、ＦＢ制御においても困難なフィードバックゲインＫｐは、ゲインチューニング（ゲインスケジューリング）などすることなくても、残差が小さいため一定のフィードバックゲインで精度の高い制御を容易に行うことができるという効果がある。

（３）さらに、従来のＦＦ制御とＦＢ制御を組み合わせた、いわゆるフィードフォワードループにおいては、図７に点線で示したように、ＦＦ制御が終わった後で、ブロックＢ２６で、ＦＦ制御とは無関係に残差を修正するようなかたちでＦＢ制御が行われていた。これに比べ、実施例３では、ＦＢ制御をする対象である残留エラー（ｒ−ｙ）を、ＦＦ制御の見込み量と加算して（ブロックＢ２４）、１つの数値に対してマップＭ１により制御量を求めている。一方、電圧Ｅと変化速度［ｖ＋ｕ］とは、１次直線的な関係ではなく、機械的な状況、あるいは個体差に起因して、例えば、図７に示すマップＭ１のような不規則な相関関係である。そのため、変化速度［ｖ＋ｕ］として数値を１つとすることで、簡易な手順とすることができるばかりでなく、この不規則な関係において別々のマップにより制御量を求めて足しあわせて制御するよりもより精度の高い制御を行うことができるという効果がある。

図８は、実施例４の制御を示すブロック線図である。次に、本発明を具体化した他の実施形態である実施例４を図８にしたがって説明する。なお、実施例４の構成は、概ね実施例３の構成と同様で、実施例４のマップＭ３が、実施例３のマップＭ１の構成が異なる点で相違するものであるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

実施例４に記載のマップＭ３も、実施例３で前述したマップＭ１のように、変化速度［ｖ＋ｕ］に対する電圧Ｅの関係を実験で求めている。そして、さらにこの関係を作用角毎に求め、図８のブロックＢ３４に示すマップＭ３のように、横軸に変化速度［ｖ＋ｕ］、縦軸に電圧Ｅ、さらにこれらと直交する方向の軸に作用角を取った３次元マップとなっている。

この場合の制御の手順は、実施例３と同様にブロックＢ３１で目標作用角ｒを入力して目標作用角前回値ｒ’として記憶し、ブロックＢ３２では、目標バルブ状態量である目標作用角ｒと前回目標バルブ状態量である目標作用角前回値ｒ’から目標変化速度である変化速度ｖを求める。そして、実施例３と同様に、変化速度ｖと仮想作用角速度ｕを足し合わせ、［ｖ＋ｕ］の値をブロックＢ３３の処理で出力する。さらに入力した目標作用角ｒはブロックＢ３４に入力される。

実施例４では、ブロックＢ１３でセンサ６から運転状態値としての目標作用角ｒを検出して入力し（図１参照）、変化速度［ｖ＋ｕ］と目標作用角ｒとからマップＭ３から電圧Ｅを求めている。この場合、マップＭ３においては変化速度［ｖ＋ｕ］と目標作用角ｒとから電圧Ｅは一義的に求められるものである。

上記実施例４では、このような構成・作用を備えるため実施例３に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、変化速度［ｖ＋ｕ］のみならず、運転状態を示す運転状態値としてバルブ状態量である目標作用角ｒを用いて、マップにより制御量である電圧Ｅを求めている。そのため、バルブ状態量を制御する上で最も密接な関係のあるバルブ状態量自体を参照することでより運転状態に適合した円滑な制御が達成できドライバビリティや空燃比制御性が向上するという効果がある。

（２）また、実施例４では、変化速度［ｖ＋ｕ］に加え、目標作用角ｒを参照して電圧Ｅを求めるが、このとき、予め実験で求めた３次元マップであるマップＭ２を用いているため、さらに運転状態に適合した円滑な制御が達成できドライバビリティや空燃比制御性が向上するという効果がある。

なお、上記本実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施例３、実施例４においてのＦＢ制御は、Ｐ制御（比例制御）のみを示している。具体的には、図６のＳ１４で残差を求め、Ｓ１５で、フィードバックゲインＫｐから仮想作用角速度ｕをもとめている。これは、説明の単純化のためであり、このＦＢ制御は、周知のＰＩＤ制御として、Ｉ制御（積分制御）や、Ｄ制御（微分制御）を組合せて制御できることはいうまでもない。Ｉ制御では過去の制御の履歴である中間変数ｅを一定時間積算していき、この総和にフィードバックゲインＫｉを乗じて制御するため、定常状態エラーを排除することができるという効果がある。また、Ｄ制御では、追従エラー信号の変化量にユーザーが指定したゲインＫｄを乗じて制御するため、得られた値により制御量を安定させるという効果がある。なお、この場合変化速度ｖにより、Ｄ制御と近似した作用があるため、ＰＩＤ制御ではなく、ＰＩ制御としてもよい。

○ 実施例３，４では、マップＭ１、マップＭ３は、予め実験により変化速度［ｖ＋ｕ］と電圧Ｅとエンジン回転数Ｒ若しくは目標作用角ｒとの関係が求められて記憶されているが、フィードバックの結果を利用してマップの関係を学習するように構成することも好ましい。

○ なお、説明で示したフローチャートは本発明の手順の一例を示すもので、処理の順序を限定するものではなく、また、他の処理を含むようなものでもよい。
○ 上記実施例では、ＯＣＶ４を直流サーボモータで制御しているが、直流サーボモータに限らず、ソレノイド、ステッピングモータ等のいずれかの駆動手段により作動されようにしてもよい。この場合、制御量は、実施例のように電圧Ｅに限らず、その駆動手段を制御する電流、デューティー比、パルス数などにすることができる。

○ 可変動弁システム１のアクチュエータは、実施例のようなＯＣＶ４に限らず、直接直流サーボモータ、ソレノイド、ステッピングモータ等をアクチュエータとして作動させるようにしてもよい。この場合、制御量は、電圧に限らずそのアクチュエータを制御する電流、デューティー比、パルス数等にすることができる。

○ なお、吸気バルブ若しくは排気バルブがカム駆動ではなく、バルブ駆動装置の電磁石の電磁力に基づいてバルブが直接駆動され制御される電磁駆動式のバルブがある。この場合は、バルブ状態量を変更する前の状態を平常とすると、平常は、このバルブ駆動装置により駆動されている。ここで、バルブ状態量を変更することで作動特性を変更させるとは、バルブ駆動装置自体で平常の駆動状態を変更させることになる。このときは、バルブ駆動装置自体が本発明のアクチュエータの機能も果たすものと把握できる。

○ また、バルブをカム駆動以外で駆動する場合、上述の電磁駆動に変えて他の駆動源、例えばリニアモータ、油圧制御等でも本発明は実施できる。

本発明の可変動弁システムの制御装置における制御対象である可変動弁システムの構成の一例を示すブロック図。 電圧Ｅと、作用角の単位時間当たりの変化量である変化速度ｖの関係と、マップＭ１を説明する図。 実施例１の制御の手順を示すフローチャート。 実施例１の制御を示すブロック線図。 実施例２の制御を示すブロック線図。 実施例３の制御の手順を示すフローチャート。 実施例３の制御を示すブロック線図。 実施例４の制御を示すブロック線図。 本発明の可変動弁システムの制御装置により達成される制御を示す図。 従来の可変動弁システムの制御装置におけるフィードバック制御を示す図。

符号の説明

１…可変動弁システム１、２…内燃機関としてのエンジン、３…可変動弁機構としての可変作用角機構、４…アクチュエータとしてのオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）、５…可変動弁システムの制御装置としてのＥＣＵ（電子制御ユニット）、６…バルブ状態量を検出するセンサ、７…その他運転状態値を検出するセンサ

Claims (5)

1. アクチュエータにより吸気バルブ若しくは排気バルブの少なくとも一方のバルブのバルブ状態量を変更する内燃機関の可変動弁システムの制御装置であって、
   機関運転状態に応じて設定されるバルブの目標バルブ状態量と過去の目標バルブ状態量の設定の履歴との比較に基づいて目標バルブ状態量における時間当たりの変化量である目標変化速度を算出する算出手段と、
   バルブの目標バルブ状態量と実バルブ状態量との偏差にフィードバックゲインを乗じてバルブ状態量の仮想変化速度を算出する仮想変化速度演算手段と、
   前記目標変化速度と前記仮想変化速度との和に基づいてバルブ状態量の設定変化速度を算出する設定変化速度演算手段と、
   前記設定変化速度と運転状態を表す数値である運転状態値とに基づいて前記アクチュエータの見込み制御量を求める制御量演算手段と
   を備えたことを特徴とする可変動弁システムの制御装置。
2. 請求項１に記載の可変動弁システムの制御装置において、
   前記運転状態値はバルブ状態量を含む
   ことを特徴とする可変動弁システムの制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の可変動弁システムの制御装置において、
   前記アクチュエータは、前記内燃機関により駆動される油圧供給源から供給される油圧を制御するオイルコントロールバルブを作動させることで前記バルブのバルブ状態量を変更するものであり、
   前記運転状態値は機関回転速度を含む
   ことを特徴とする可変動弁システムの制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の可変動弁システムの制御装置において、
   前記アクチュエータに出力する見込み制御量と、対応するバルブ状態量の設定変化速度、若しくはこれに加えて運転状態を表す数値である運転状態値との関係を予め求めて同関係を記憶した記憶手段を更に備え、
   前記制御量演算手段は前記記憶手段に記憶される前記関係に基づいて前記見込み制御量を求める
   ことを特徴とする可変動弁システムの制御装置。
5. 請求項４において、
   前記記憶手段は前記関係を示す関数マップである
   ことを特徴とする可変動弁システムの制御装置。

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