内燃機関の制御装置
【課題】同軸上に配置された第１カム軸及び第２カム軸の回転位相を独立して変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関において、クランク軸に対する第１カム軸及び第２カム軸の回転位相を目標回転位相に近づける制御性を向上させる。
【解決手段】クランク軸に対する第１カム軸及び第２カム軸の回転位相を第１の目標回転位相に近づけるためのフィードバック制御で使用する第１の制御ゲインを、第１カム軸の回転位相θ1と第２カム軸の回転位相θ2との位相差に応じた第１の補正係数で補正する。また、クランク軸に対する第２カム軸の回転位相を第２の目標回転位相に近づけるためのフィードバック制御で使用する第２の制御ゲインを、クランク軸に対する第１カム及び第２カムの制御方向（進角側／遅角側）に応じた第２の補正係数で補正する。
【解決手段】クランク軸に対する第１カム軸及び第２カム軸の回転位相を第１の目標回転位相に近づけるためのフィードバック制御で使用する第１の制御ゲインを、第１カム軸の回転位相θ1と第２カム軸の回転位相θ2との位相差に応じた第１の補正係数で補正する。また、クランク軸に対する第２カム軸の回転位相を第２の目標回転位相に近づけるためのフィードバック制御で使用する第２の制御ゲインを、クランク軸に対する第１カム及び第２カムの制御方向（進角側／遅角側）に応じた第２の補正係数で補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の可変動弁機構を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
バルブタイミングを変更可能な可変動弁機構の制御装置では、特開２００４−４４６０２号公報（特許文献１）に記載されるように、クランク軸に対するカム軸の目標回転位相と現在の回転位相との位相差に基いて、可変動弁機構へのフィードバック制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４４６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、同軸上に配置された第１カム及び第２カムのバルブタイミングを独立して変更可能な可変動弁機構を用いた場合、各気筒における２つの吸気弁（排気弁）の間で回転位相差が生じる。２つの吸気弁の間で回転位相差が生じると、従来の可変動弁機構では生じ得なかった現象、即ち、吸気弁からカムへと作用する反力（カムトルク）が変化してしまう。このため、従来技術の制御装置をそのまま適用しただけでは、反力が小さくなる場合には、フィードバック制御に係る制御ゲインが大きくなってしまい、例えば、オーバーシュートやハンチングが起こり易くなってしまうおそれがあった。また、反力が大きくなる場合には、フィードバック制御に係る制御ゲインが小さくなってしまい、応答性が低下してしまうおそれがあった。要するに、クランク軸に対するカム軸の回転位相を目標回転位相に近づけるフィードバック制御の制御性が低下してしまうおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は従来技術の問題点に鑑み、制御性を向上させた、内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
同軸上に第１カム軸及び第２カム軸が配置され、クランク軸と第１カム軸及びクランク軸と第２カム軸の回転位相を変更可能な第１可変動弁機構と、クランク軸と第２カム軸との回転位相を、第１可変動弁機構によって制御される第１カム軸とクランク軸との回転位相と独立して変更可能な第２可変動弁機構と、を備えた内燃機関の制御装置が、第１カム軸の回転位相と第２カム軸の回転位相との偏差に応じて少なくとも第１可変動弁機構の操作量を設定する。
【発明の効果】
【０００７】
第１可変動弁機構及び第２可変動弁機構の制御性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】車両用エンジンのシステム構成図である。
【図２】可変動弁機構の一例を示す説明図である。
【図３】電子制御装置に実装される各機能の一例を説明するブロック図である。
【図４】制御プログラムの処理内容の一例を示すフローチャートである。
【図５】制御プログラムの処理内容の一例を示すフローチャートである。
【図６】第２の制御ゲインを設定するためのマップの説明図である。
【図７】第１の補正係数を設定するためのマップの説明図である。
【図８】第１カム軸と第２カム軸とに回転位相差がない場合の作用を示し、（Ａ）は吸気弁のリフト特性の説明図、（Ｂ）はカムトルクの説明図である。
【図９】第１カム軸と第２カム軸とに回転位相差がある場合の作用を示し、（Ａ）は吸気弁のリフト特性の説明図、（Ｂ）はカムトルクの説明図である。
【図１０】応用例における低回転時の作用を示し、（Ａ）は吸気弁のバルブタイミングの説明図、（Ｂ）は吸気弁のリフト特性の説明図
【図１１】応用例における高回転時の作用を示し、（Ａ）は吸気弁のバルブタイミングの説明図、（Ｂ）は吸気弁のリフト特性の説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用される、車両用エンジンのシステム構成を示す。
【００１０】
エンジン１０は、例えば、直列４気筒ガソリンエンジンであり、各気筒に吸気（吸入空気）を導入するための吸気管１２には、エンジン１０の負荷の一例としての吸気流量Ｑを検出する吸気流量センサ１４が取り付けられている。吸気流量センサ１４としては、例えば、エアフローメータなどの熱線式流量計を使用することができる。
【００１１】
各気筒の燃焼室１６の吸気口１８を開閉する吸気弁２０が設けられ、吸気弁２０の吸気上流側に位置する吸気管１２には、燃料噴射弁２２が取り付けられている。燃料噴射弁２２は、電磁コイルへの通電によって磁気吸引力が発生すると、スプリングによって閉弁方向に付勢されている弁体がリフトして開弁し、燃料を噴射する、電磁式の噴射弁である。燃料噴射弁２２には、その開弁時間に比例する燃料が噴射されるように、所定圧力に調圧された燃料が供給されている。
【００１２】
燃料噴射弁２２から噴射された燃料は、吸気弁２０を介して燃焼室１６内に吸気と共に吸引され、点火プラグ２４の火花点火によって着火燃焼し、その燃焼による圧力がピストン２６をクランク軸（図示省略）に向けて押し下げることで、クランク軸を回転駆動させる。
【００１３】
また、燃焼室１６の排気口２８を開閉する排気弁３０が設けられ、排気弁３０が開弁することで、排気が排気管３２に排出される。排気管３２には、触媒コンバータ３４が配設されており、排気中の有害物質は、触媒コンバータ３４によって無害成分に浄化された後、排気管３４の終端開口から大気中に放出される。ここで、触媒コンバータ３４としては、例えば、排気中のＣＯ，ＨＣ及びＮＯｘを同時に浄化する三元触媒を使用することができる。
【００１４】
吸気弁２０は、気筒ごとに２つ設けられ、同軸上に配置された第１カム３６及び第２カム３８のバルブタイミングを独立して変更可能な可変動弁機構４０により開閉駆動される。可変動弁機構４０は、図２に示すように、クランク軸に対する第１カム３６及び第２カム３８のバルブタイミングを変更する第１可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）４０Ａと、クランク軸に対する第２カム３８のバルブタイミングを変更する第２ＶＴＣ４０Ｂと、を有する。第１ＶＴＣ４０Ａは、第１カム３６が一体化されると共に第２カム３８が相対回転可能に取り付けられた第１カム軸４２を回転させることで、クランク軸に対する第１カム軸４２及び中空の第１カム軸４２に内挿された第２カム軸４３（制御軸）の回転位相を変更する。第２ＶＴＣ４０Ｂは、第２カム軸４３を回転させることで、クランク軸に対する第２カム軸４３の回転位相を変更する。
【００１５】
なお、可変動弁機構４０としては、図２に示す構成のものに限らず、第１カム３６及び第２カム３８のバルブタイミングを独立して変更可能であれば如何なる構成をなしていてもよい。また、可変動弁機構４０は、吸気弁２０に限らず、吸気弁２０及び排気弁３０の少なくとも一方に備え付けられていればよい。
【００１６】
燃料噴射弁２２、点火プラグ２４及び可変動弁機構４０は、マイクロコンピュータを内蔵した電子制御装置４４によって制御される。電子制御装置４４は、各種センサからの信号を入力し、予め記憶された制御プログラムに従って、燃料噴射弁２２、点火プラグ２４及び可変動弁機構４０の各操作量を決定し出力する。燃料噴射弁２２による燃料噴射制御においては、各気筒の吸気行程に合わせて個別の燃料噴射を行う、いわゆる「シーケンシャル噴射制御」が行われる。なお、可変動弁機構４０の制御は、電子制御装置４４とは異なる別体の電子制御装置で行うようにしてもよい。
【００１７】
電子制御装置４４には、吸気流量センサ１４に加え、エンジン１０の潤滑油温度（油温）Ｔを検出する油温センサ４６、エンジン１０の回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ４８、クランク軸に対する第１カム軸４２及び第２カム軸４３の回転位相θ1及びθ2を検出するカム角度センサ５０の各信号が入力される。
【００１８】
電子制御装置４４は、後述する可変動弁機構４０の制御に加え、次のように、燃料噴射弁２２及び点火プラグ２４を制御する。即ち、電子制御装置４４は、吸気流量センサ１４及び回転速度センサ４８から吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅを読み込み、これらに基いてエンジン運転状態に応じた基本燃料噴射量を演算する。また、電子制御装置４４は、基本燃料噴射量を水温などで補正した燃料噴射量を演算する。そして、電子制御装置４４は、エンジン運転状態に応じたタイミングで、燃料噴射弁２２から燃料噴射量に応じた燃料を噴射し、点火プラグ２４を適宜作動させて燃料と吸気との混合気を着火燃焼させる。このとき、電子制御装置４４は、図示省略の空燃比センサから空燃比を読み込み、排気中の空燃比が理論空燃比に近づくように、燃料噴射弁２２をフィードバック制御する。
【００１９】
電子制御装置４４は、ＲＯＭ（Read Only Memory）などに格納された制御プログラムを実行することで、図３に示すように、第１の目標回転位相設定部４４Ａ、第１の制御ゲイン設定部４４Ｂ、位相差算出部４４Ｃ、第１の補正係数設定部４４Ｄ、第１の制御ゲイン補正部４４Ｅ、第１のフィードフォワード操作量演算部４４Ｆ、第１のフィードバック操作量演算部４４Ｇ、第１ＶＴＣ制御部４４Ｈ、第２の目標回転位相設定部４４Ｉ、第２の制御ゲイン設定部４４Ｊ、第２の補正係数設定部４４Ｋ、第２の制御ゲイン補正部４４Ｌ、第２のフィードフォワード操作量演算部４４Ｍ、第２のフィードバック操作量演算部４４Ｎ及び第２ＶＴＣ制御部４４Ｏを夫々具現化する。
【００２０】
第１の目標回転位相設定部４４Ａは、吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅに応じた第１の目標回転位相、即ち、クランク軸に対する第１カム軸４２及び第２カム軸４３の目標回転位相を設定する。
【００２１】
第１の制御ゲイン設定部４４Ｂは、油温Ｔ及び回転速度Ｎｅに応じた第１の制御ゲイン、即ち、クランク軸に対する第１カム軸４２及び第２カム軸４３の回転位相を変更する第１ＶＴＣ４０Ａのフィードバック制御で使用する制御ゲインを設定する。
【００２２】
位相差算出部４４Ｃは、第１カム軸４２の回転位相θ1と第２カム軸４３の回転位相θ2との位相差を算出する。
第１の補正係数設定部４４Ｄは、位相差に応じた第１の補正係数、即ち、第１の制御ゲインを補正するための補正係数を設定する。
【００２３】
第１の制御ゲイン補正部４４Ｅは、第１の制御ゲインに対して第１の補正係数を乗算することで、第１の制御ゲインを補正する。
第１のフィードフォワード操作量演算部４４Ｆは、第１の目標回転位相に対してデジタルフィルタ、例えば、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを適用することで、高応答性を発揮する第１のフィードフォワード操作量を演算する。
【００２４】
第１のフィードバック操作量演算部４４Ｇは、第１の目標回転位相と第１カム軸４２の回転位相θ1との偏差に対して、第１の制御ゲイン補正部４４Ｅにより補正された第１の制御ゲインを使用したＰＩ制御を施すことで、この偏差がなくなるようにするための第１のフィードバック操作量を演算する。
【００２５】
第１ＶＴＣ制御部４４Ｈは、第１のフィードフォワード操作量と第１のフィードバック操作量との加算値に基いて、第１ＶＴＣ４０Ａを制御する。
第２の目標回転位相設定部４４Ｉは、吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅに応じた第２の目標回転位相、即ち、クランク軸に対する第２カム軸４３の目標回転位相を設定する。
【００２６】
第２の制御ゲイン設定部４４Ｊは、回転速度Ｎｅ及び油温Ｔに応じた第２の制御ゲイン、即ち、クランク軸に対する第２カム軸４３の回転位相を変更する第２ＶＴＣ４０Ｂのフィードバック制御で使用する制御ゲインを設定する。
【００２７】
第２の補正係数設定部４４Ｋは、第１カム軸４２の回転位相θ1に応じて第２の補正係数、即ち、第２の制御ゲインを補正するための補正係数を設定する。
第２の制御ゲイン補正部４４Ｌは、第２の制御ゲインに対して第２の補正係数を乗算することで、第２の制御ゲインを補正する。
【００２８】
第２のフィードフォワード操作量演算部４４Ｍは、第２の目標回転位相に対してデジタルフィルタを適用することで、高応答性を発揮する第２のフィードフォワード操作量を演算する。
【００２９】
第２のフィードバック操作量演算部４４Ｎは、第２の目標回転位相と第２カム軸４３の回転位相θ2との偏差に対して、第２の制御ゲイン補正部４４Ｌにより補正された第２の制御ゲインを使用したＰＩ制御を施すことで、この偏差がなくなるようにするための第２のフィードバック操作量を演算する。
【００３０】
第２ＶＴＣ制御部４４Ｏは、第２のフィードフォワード操作量と第２のフィードバック操作量との加算値に基いて、第２ＶＴＣ４０Ｂを制御する。
図４及び図５は、エンジン１０が始動されたことを契機として、電子制御装置４４が所定時間ごとに繰り返し実行する制御プログラムの処理内容の一例を示す。
【００３１】
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、第１の目標回転位相設定部４４Ａが、例えば、吸気流量及び回転速度に対応した目標回転位相が設定されたマップを参照し、吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅに応じた第１の目標回転位相、即ち、第１ＶＴＣ４０Ａの目標回転位相を設定する。
【００３２】
ステップ２では、第２の目標回転位相設定部４４Ｉが、例えば、吸気流量及び回転速度に対応した目標回転位相が設定されたマップを参照し、吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅに応じた第２の目標回転位相、即ち、第２ＶＴＣ４０Ｂの目標回転位相を設定する。
【００３３】
ステップ３では、位相差算出部４４Ｃが、第１カム軸４２の回転位相θ1と第２カム軸４３の回転位相θ2との位相差を算出する。
【００３４】
ステップ４では、第１の制御ゲイン設定部４４Ｂが、油温及び回転速度に対応した制御ゲインが設定されたマップを参照し、油温Ｔ及び回転速度Ｎｅに応じた第１の制御ゲインを設定する。
【００３５】
ステップ５では、第２の制御ゲイン設定部４４Ｊが、図６に示すように、油温ごとに回転速度の上昇に伴って正比例関係をもって大きくなる制御ゲインが設定されたマップを参照し、回転速度Ｎｅ及び油温Ｔに応じた第２の制御ゲインを設定する。なお、図６においては、回転速度に応じた制御ゲインが設定された１つのマップを示しているが、実際には、例えば、離散的な油温ごとに複数のマップが設定されている。
【００３６】
ステップ６では、第１の補正係数設定部４４Ｄが、図７に示すように、第１カム軸４２及び第２カム軸４３の回転位相差が大きくなるにつれて正比例関係をもって小さくなる補正係数が設定されたマップを参照し、位相差算出部４４Ｃにより算出された位相差に応じた第１の補正係数を設定する。
【００３７】
ステップ７では、第２の補正係数設定部４４Ｋが、第１ＶＴＣ４０Ａによる第１カム軸４２及び第２カム軸４３の制御方向が進角側又は遅角側のいずれであるかを判定する。ここで、制御方向が進角側又は遅角側のいずれかであるかは、例えば、第１カム軸４２の回転位相の前回値と今回値との比較、要するに、進角量変化又は差から判定することができる。そして、第２の補正係数設定部４４Ｋは、第１ＶＴＣ４０Ａの制御方向が進角側であると判定すれば処理をステップ８へと進める一方（Ｙｅｓ）、第１ＶＴＣ４０Ａの制御方向が遅角側であると判定すれば処理をステップ９へと進める（Ｎｏ）。
【００３８】
ステップ８では、第２の補正係数設定部４４Ｋが、１より大きい値を有する第２の補正係数を設定する。
ステップ９では、第２の補正係数設定部４４Ｋが、１未満の値を有する第２の補正係数を設定する。
【００３９】
ステップ１０では、第１の制御ゲイン補正部４４Ｅが、第１の制御ゲイン設定部４４Ｂにより設定された第１の制御ゲインに対して、第１の補正係数設定部４４Ｄにより設定された第１の補正係数を乗算することで、第１の制御ゲインを補正する。
【００４０】
ステップ１１では、第１のフィードフォワード操作量演算部４４Ｆが、第１の目標回転位相設定部４４Ａにより設定された第１の目標回転位相に対してデジタルフィルタを適用することで、第１のフィードフォワード操作量を演算する。
【００４１】
ステップ１２では、第１のフィードバック操作量演算部４４Ｇが、第１の目標回転位相設定部４４Ａにより設定された第１の目標回転位相と第１カム軸４２の回転位相θ1との偏差に対して、第１の制御ゲイン補正部４４Ｅにより補正された第１の制御ゲインを使用したＰＩ制御を施すことで、この偏差がなくなるようにするための第１のフィードバック操作量を演算する。
【００４２】
ステップ１３では、第１ＶＴＣ制御部４４Ｈが、第１のフィードフォワード操作量演算部４４Ｆにより演算された第１のフィードフォワード操作量と第１のフィードバック操作量演算部４４Ｇにより演算された第１のフィードバック操作量とを加算した加算値に基いて、第１ＶＴＣ４０Ａを制御する。
【００４３】
ステップ１４では、第２の制御ゲイン補正部４４Ｌが、第２の制御ゲイン設定部４４Ｊにより設定された第２の制御ゲインに対して、第２の補正係数設定部４４Ｋにより設定された第２の補正係数を乗算することで、第２の制御ゲインを補正する。
【００４４】
ステップ１５では、第２のフィードフォワード操作量演算部４４Ｍが、第２の目標回転位相設定部４４Ｉにより設定された第２の目標回転位相に対してデジタルフィルタを適用することで、第２のフィードフォワード操作量を演算する。
【００４５】
ステップ１６では、第２のフィードバック操作量演算部４４Ｎが、第２の目標回転位相設定部４４Ｉにより設定された第２の目標回転位相と第２カム軸４３の回転位相θ2との偏差に対して、第２の制御ゲイン補正部４４Ｌにより補正された第２の制御ゲインを使用したＰＩ制御を施すことで、この偏差がなくなるようにするための第２のフィードバック操作量を演算する。
【００４６】
ステップ１７では、第２ＶＴＣ制御部４４Ｏが、第２のフィードフォワード操作量演算部４４Ｍにより演算された第２のフィードフォワード操作量と第２のフィードバック操作量演算部４４Ｎにより演算された第２のフィードバック操作量とを加算した加算値に基いて、第２ＶＴＣ４０Ｂを制御する。
【００４７】
かかる内燃機関の制御装置によれば、クランク軸に対する第１カム軸４２及び第２カム軸４３の回転位相を変更する第１ＶＴＣ４０Ａは、吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅに応じた第１の目標回転位相に近づくように、第１カム軸４２を回転させる。このとき、フィードバック制御において、油温Ｔ及び回転速度Ｎｅに応じた第１の制御ゲインは、第１カム軸４２と第２カム軸４３との回転位相差に応じて補正される。即ち、第１カム軸４２と第２カム軸４３との回転位相差が０のときには、図８（Ａ）に示すように、第１カム３６及び第２カム３８による吸気弁２０のリフトタイミングが同時となるため、同図（Ｂ）に示すように、カムトルクのピークが大きくなる。しかし、第１カム軸４２と第２カム軸４３との回転位相差が発生すると、図９（Ａ）に示すように、第１カム３６及び第２カム３８による吸気弁２０のリフトタイミングが異なるため、同図（Ｂ）に示すように、カムトルクのピークが小さくなる。カムトルクのピークが小さくなると、クランク軸に対する第１カム軸４２及び第２カム軸４３の回転位相を遅角方向へと変更するカムトルクが小さくなってしまう。このため、第１カム軸４２と第２カム軸４３との回転位相差に応じて第１の制御ゲインを補正することで、特定の回転位相において応答遅れが発生することが抑制され、高応答性を発揮させることができる。よって、第１ＶＴＣ４０Ａにおけるフィードバック制御の制御性を向上させることができる。
【００４８】
また、第１カム軸４２の回転位相と第２カム軸４３の回転位相とに差が生じている状態で第１ＶＴＣ４０Ａを遅角側に向けて制御するときは、前述したように、カムトルク発生タイミングがずれることからカムトルクのピークが小さくなり、遅角方向に作用するカムトルクが小さくなる。第１ＶＴＣ４０Ａを遅角側に向けて制御するときは、カムトルクが遅角制御をアシストするように作用するため、カムトルクのピークが小さくなると、第１ＶＴＣ４０Ａの作動応答が低下する傾向となる。また、第１ＶＴＣ４０Ａは第１カム軸４２と第２カム軸４３とからカムトルクを受けるため、第２ＶＴＣ４０Ｂと比較して第１ＶＴＣ４０Ａが受けるカムトルクが大きくなり、第１カム軸４２の回転位相と第２カム軸４３の回転位相との違いによるカムトルクの差が第２ＶＴＣ４０Ｂに比べて第１ＶＴＣ４０Ａの方が大きくなり易い。
【００４９】
そこで、第１カム軸４２の回転位相と第２カム軸４３の回転位相とに差が生じていないときと比較して、第１ＶＴＣ４０Ａの操作量を大きくするべく、第１の制御ゲインを大きくすることで、カムトルクのピークが小さくなることによる応答性の低下を抑制することができる。
【００５０】
なお、第１カム軸４２の回転位相と第２カム軸４３の回転位相とに差が生じている状態で、第１ＶＴＣ４０Ａを進角側に向けて制御するときは、遅角方向へのカムトルクが反力となるものの、そのピークが第１カム軸４２の回転位相と第２カム軸４３の回転位相とに差が生じていない（又は差がより小さい）時よりも小さくなるから、第１ＶＴＣ４０Ａの進角制御時の制御応答が速くなる。
【００５１】
そこで、応答速度を安定させるために、第１ＶＴＣ４０Ａの操作量を第１カム軸４２の回転位相と第２カム軸４３の回転位相に差が生じていないときと比較して小さくしてよい。即ち、第１ＶＴＣ４０Ａの操作量を小さくすべく、第１の制御ゲインを小さく設定する。これにより、制御応答が速くなるのを抑制し、第１カム軸４２の回転位相と第２カム軸４３の回転位相とに差が生じても、第１ＶＴＣ４０Ａの応答性を安定させることができる。
【００５２】
また、クランク軸に対する第２カム軸４３の回転位相を変更する第２ＶＴＣ４０Ｂは、吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅに応じた第２の目標回転位相に近づくように、第１カム軸４２に内挿された第２カム軸４３を回転させる。このとき、フィードバック制御において、回転速度Ｎｅ及び油温Ｔに応じた第２の制御ゲインは、第１ＶＴＣ４０Ａの制御方向に応じて補正される。カムトルクは進角方向に作用するので、第１ＶＴＣ４０Ａが遅角側に向けて制御されるときには、カムトルクの作用と第１ＶＴＣ４０Ａの作動とによって、第２カム軸４３の作動力が大きくなり易い。
【００５３】
そこで、第２ＶＴＣ４０Ｂを遅角制御するときは操作量を小さくするために第２の制御ゲインを小さくすることで、第２ＶＴＣ４０Ｂの作動応答性を得ることができる。また、応答性のバラツキを抑制することができ、安定した作動応答を得ることができる。さらに、第１ＶＴＣ４０Ａが遅角側に向けて制御されるときに第２ＶＴＣ４０Ｂを進角制御するときは、第１ＶＴＣ４０Ａによる作動方向と逆方向となるため、第２カム軸４３の作動力が低下する分、第２ＶＴＣ４０Ｂを遅角制御するときよりも大きい操作量とすべく、第２の制御ゲインを大きく設定することで、応答性のバラツキを抑制することができる。
【００５４】
一方、第１ＶＴＣ４０Ａが進角側に向けて制御され、かつ、第２ＶＴＣ４０Ｂを遅角制御するときは、カムトルクが第１ＶＴＣ４０Ａに反力として作用し、また、第２カム軸４３は、第１ＶＴＣ４０Ａで進角変化しつつ、第２ＶＴＣ４０Ｂで遅角制御することになるため、第１ＶＴＣ４０Ａと第２ＶＴＣ４０Ｂとの作動方向が逆となり、第２カム軸４３の作動応答性が低下する傾向となる。
【００５５】
従って、第１ＶＴＣ４０Ａが遅角側に制御されるときよりも比較的大きい操作量となるように、第２ＶＴＣ４０Ｂの操作量を設定して第２ＶＴＣ４０Ｂを遅角制御することが好ましい。即ち、第２の制御ゲインを、第１ＶＴＣ４０Ａが遅角制御されているときの制御ゲインより大きい制御ゲインに設定する。
【００５６】
このようにすることで、第２カム軸４３の回転位相の作動応答を得ることができると共に、応答性のバラツキを抑制することができ、安定した作動応答を得ることができる。
また、第１ＶＴＣ４０Ａを進角側に向けて制御しつつ、第２ＶＴＣ４０Ｂを進角制御するときは、第１ＶＴＣ４０Ａ及び第２ＶＴＣ４０Ｂにはカムトルクが反力として作用するため、第１ＶＴＣ４０Ａを進角制御しつつ第２ＶＴＣ４０Ｂを遅角制御するときと比較して、第２ＶＴＣ４０Ｂにもカムトルクが反力として作用することによる第２ＶＴＣ４０Ｂの作動応答性が低下する傾向となる。
【００５７】
従って、第２ＶＴＣ４０Ｂの操作量を大きくするため、より大きな第２の制御ゲインを設定することで、第１ＶＴＣ４０Ａ及び第２ＶＴＣ４０Ｂに作用するカムトルクの反力を考慮した操作量を設定することができ、第２カム軸４３の回転位相の作動応答を得ることができると共に、応答性のバラツキを抑制することができ、安定した作動応答を得ることができる。
【００５８】
なお、第１ＶＴＣ４０Ａは進角制御されることにより第２カム軸４３が進角側に駆動されるので、第１ＶＴＣ４０Ａの作動力を考慮して第２ＶＴＣ４０Ｂの進角時の制御量を設定してもよい。
【００５９】
これにより、第２ＶＴＣ４０Ｂの制御性を向上させることができる。
このように、第１ＶＴＣ４０Ａによる第２カム軸４３の駆動方向によって、第２操作量を設定することで、第２ＶＴＣ４０Ｂの作動応答を安定させることが可能となり、更に、カムトルクが作用する状態を考慮して第２操作量を設定することで、より第２ＶＴＣ４０Ｂの制御精度を向上させることができる。
【００６０】
ここで、第１の制御ゲイン及び第２の制御ゲインは、夫々、油温Ｔ及び回転速度Ｎｅに基いて設定されるため、潤滑油の粘性と関連性がある油温、及び、潤滑油の圧力と関連性がある回転速度によって応答性が低下することを回避しつつ、特定の回転位相及びその変化方向によって応答遅れが発生することを抑制することができる。
【００６１】
なお、油温Ｔは、エンジン１０の機関温度と密接に関連し、回転速度Ｎは、エンジン１０により回転駆動される潤滑用のオイルポンプの吐出能力と密接に関連する。このため、油温Ｔは機関温度を、回転速度Ｎｅは潤滑用のオイルポンプの吐出能力を夫々示す。
【００６２】
以上説明した内燃機関の制御装置は、例えば、次のようなことに応用できる。
エンジン１０の回転速度Ｎｅが所定値未満の低回転時には、図１０に示すように、第１カム軸４２と第２カム軸４３との回転位相差を０とすることで、吸気弁２０の開期間を短くし、その開時期を下死点前にする。そして、一度吸入した混合気の吹き戻しを抑制することで、トルクを向上させる。
【００６３】
一方、エンジン１０の回転速度Ｎｅが所定値以上の高回転時には、図１１に示すように、クランク軸に対する第１カム軸４２及び第２カム軸４３の回転位相を進角させつつ、第１カム軸４２と第２カム軸４３との回転位相差を大きくする。そして、吸気弁２０の開期間を長くすることで、吸気量を増大させてトルクを向上させる。また、慣性過給効果による充填効率の向上を通して、トルクを更に向上させる。
【００６４】
他の応用例として、吸気行程において、吸気弁２０の閉弁時期を遅らせて熱効率を向上させた、ミラーサイクルを実現することも考えられる。
なお、以上説明した実施形態では、エンジン１０の負荷として吸気流量Ｑを使用したが、吸気圧力、燃料噴射量、アクセル開度、過給圧力、スロットル開度など、エンジントルクと密接に関連する状態量を使用することもできる。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
【００６５】
（イ）同軸上に配置された第１カム及び第２カムのバルブタイミングを独立して変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置において、
クランク軸に対する前記第１カム軸及び前記第２カム軸の回転位相を第１の目標回転位相に近づけるためのフィードバック制御で使用する第１の制御ゲインを、前記第１カム軸と前記第２カム軸との回転位相差に応じて補正する、内燃機関の制御装置。
上記構成によれば、クランク軸に対する第１カム軸及び第２カム軸の回転位相を第１の目標回転位相に近づける第１の制御ゲインは、第１カム軸と第２カム軸との回転位相差に応じて補正されるので、フィードバック制御の制御性を向上させることができる。
【００６６】
（ロ）前記第１カム軸と前記第２カム軸との回転位相を第２の目標回転位相に近づけるためのフィードバック制御で使用する第２の制御ゲインを、前記クランク軸に対する前記第１カム軸及び前記第２カム軸の回転方向に応じて補正する、（イ）に記載の内燃機関の制御装置。
上記構成によれば、第１カム軸と第２カム軸との回転位相を第２の目標回転位相に近づける第２の制御ゲインは、クランク軸に対する第１カム軸及び第２カム軸の回転方向に応じて補正されるので、カムトルクに応じた反力を考慮した制御を行うことができる。
【００６７】
（ハ）前記第１の制御ゲイン又は前記第２の制御ゲインは、内燃機関の温度及び潤滑用オイルポンプの吐出能力に基づいて設定される、（イ）又は（ロ）に記載の内燃機関の制御装置。
上記構成によれば、第１の制御ゲイン又は第２の制御ゲインを、内燃機関温度及び潤滑油オイルポンプの吐出能力に応じて設定することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０ エンジン
２０ 吸気弁
３０ 排気弁
３６ 第１カム
３８ 第２カム
４０ 可変動弁機構
４０Ａ 第１ＶＴＣ
４０Ｂ 第２ＶＴＣ
４２ 第１カム軸
４３ 第２カム軸
４４ 電子制御装置
４４Ａ 第１の目標回転位相設定部
４４Ｂ 第１の制御ゲイン設定部
４４Ｃ 位相差算出部
４４Ｄ 第１の補正係数設定部
４４Ｅ 第１の制御ゲイン補正部
４４Ｆ 第１のフィードフォワード操作量演算部
４４Ｇ 第１のフィードバック操作量演算部
４４Ｈ 第１ＶＴＣ制御部
４４Ｉ 第２の目標回転位相設定部
４４Ｊ 第２の制御ゲイン設定部
４４Ｋ 第２の補正係数設定部
４４Ｌ 第２の制御ゲイン補正部
４４Ｍ 第２のフィードフォワード操作量演算部
４４Ｎ 第２のフィードバック操作量演算部
４４Ｏ 第２ＶＴＣ制御部
４６ 油温センサ
４８ 回転速度センサ
５０ カム角度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の可変動弁機構を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
バルブタイミングを変更可能な可変動弁機構の制御装置では、特開２００４−４４６０２号公報（特許文献１）に記載されるように、クランク軸に対するカム軸の目標回転位相と現在の回転位相との位相差に基いて、可変動弁機構へのフィードバック制御を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−４４６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、同軸上に配置された第１カム及び第２カムのバルブタイミングを独立して変更可能な可変動弁機構を用いた場合、各気筒における２つの吸気弁（排気弁）の間で回転位相差が生じる。２つの吸気弁の間で回転位相差が生じると、従来の可変動弁機構では生じ得なかった現象、即ち、吸気弁からカムへと作用する反力（カムトルク）が変化してしまう。このため、従来技術の制御装置をそのまま適用しただけでは、反力が小さくなる場合には、フィードバック制御に係る制御ゲインが大きくなってしまい、例えば、オーバーシュートやハンチングが起こり易くなってしまうおそれがあった。また、反力が大きくなる場合には、フィードバック制御に係る制御ゲインが小さくなってしまい、応答性が低下してしまうおそれがあった。要するに、クランク軸に対するカム軸の回転位相を目標回転位相に近づけるフィードバック制御の制御性が低下してしまうおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は従来技術の問題点に鑑み、制御性を向上させた、内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
同軸上に第１カム軸及び第２カム軸が配置され、クランク軸と第１カム軸及びクランク軸と第２カム軸の回転位相を変更可能な第１可変動弁機構と、クランク軸と第２カム軸との回転位相を、第１可変動弁機構によって制御される第１カム軸とクランク軸との回転位相と独立して変更可能な第２可変動弁機構と、を備えた内燃機関の制御装置が、第１カム軸の回転位相と第２カム軸の回転位相との偏差に応じて少なくとも第１可変動弁機構の操作量を設定する。
【発明の効果】
【０００７】
第１可変動弁機構及び第２可変動弁機構の制御性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】車両用エンジンのシステム構成図である。
【図２】可変動弁機構の一例を示す説明図である。
【図３】電子制御装置に実装される各機能の一例を説明するブロック図である。
【図４】制御プログラムの処理内容の一例を示すフローチャートである。
【図５】制御プログラムの処理内容の一例を示すフローチャートである。
【図６】第２の制御ゲインを設定するためのマップの説明図である。
【図７】第１の補正係数を設定するためのマップの説明図である。
【図８】第１カム軸と第２カム軸とに回転位相差がない場合の作用を示し、（Ａ）は吸気弁のリフト特性の説明図、（Ｂ）はカムトルクの説明図である。
【図９】第１カム軸と第２カム軸とに回転位相差がある場合の作用を示し、（Ａ）は吸気弁のリフト特性の説明図、（Ｂ）はカムトルクの説明図である。
【図１０】応用例における低回転時の作用を示し、（Ａ）は吸気弁のバルブタイミングの説明図、（Ｂ）は吸気弁のリフト特性の説明図
【図１１】応用例における高回転時の作用を示し、（Ａ）は吸気弁のバルブタイミングの説明図、（Ｂ）は吸気弁のリフト特性の説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用される、車両用エンジンのシステム構成を示す。
【００１０】
エンジン１０は、例えば、直列４気筒ガソリンエンジンであり、各気筒に吸気（吸入空気）を導入するための吸気管１２には、エンジン１０の負荷の一例としての吸気流量Ｑを検出する吸気流量センサ１４が取り付けられている。吸気流量センサ１４としては、例えば、エアフローメータなどの熱線式流量計を使用することができる。
【００１１】
各気筒の燃焼室１６の吸気口１８を開閉する吸気弁２０が設けられ、吸気弁２０の吸気上流側に位置する吸気管１２には、燃料噴射弁２２が取り付けられている。燃料噴射弁２２は、電磁コイルへの通電によって磁気吸引力が発生すると、スプリングによって閉弁方向に付勢されている弁体がリフトして開弁し、燃料を噴射する、電磁式の噴射弁である。燃料噴射弁２２には、その開弁時間に比例する燃料が噴射されるように、所定圧力に調圧された燃料が供給されている。
【００１２】
燃料噴射弁２２から噴射された燃料は、吸気弁２０を介して燃焼室１６内に吸気と共に吸引され、点火プラグ２４の火花点火によって着火燃焼し、その燃焼による圧力がピストン２６をクランク軸（図示省略）に向けて押し下げることで、クランク軸を回転駆動させる。
【００１３】
また、燃焼室１６の排気口２８を開閉する排気弁３０が設けられ、排気弁３０が開弁することで、排気が排気管３２に排出される。排気管３２には、触媒コンバータ３４が配設されており、排気中の有害物質は、触媒コンバータ３４によって無害成分に浄化された後、排気管３４の終端開口から大気中に放出される。ここで、触媒コンバータ３４としては、例えば、排気中のＣＯ，ＨＣ及びＮＯｘを同時に浄化する三元触媒を使用することができる。
【００１４】
吸気弁２０は、気筒ごとに２つ設けられ、同軸上に配置された第１カム３６及び第２カム３８のバルブタイミングを独立して変更可能な可変動弁機構４０により開閉駆動される。可変動弁機構４０は、図２に示すように、クランク軸に対する第１カム３６及び第２カム３８のバルブタイミングを変更する第１可変バルブタイミング機構（ＶＴＣ）４０Ａと、クランク軸に対する第２カム３８のバルブタイミングを変更する第２ＶＴＣ４０Ｂと、を有する。第１ＶＴＣ４０Ａは、第１カム３６が一体化されると共に第２カム３８が相対回転可能に取り付けられた第１カム軸４２を回転させることで、クランク軸に対する第１カム軸４２及び中空の第１カム軸４２に内挿された第２カム軸４３（制御軸）の回転位相を変更する。第２ＶＴＣ４０Ｂは、第２カム軸４３を回転させることで、クランク軸に対する第２カム軸４３の回転位相を変更する。
【００１５】
なお、可変動弁機構４０としては、図２に示す構成のものに限らず、第１カム３６及び第２カム３８のバルブタイミングを独立して変更可能であれば如何なる構成をなしていてもよい。また、可変動弁機構４０は、吸気弁２０に限らず、吸気弁２０及び排気弁３０の少なくとも一方に備え付けられていればよい。
【００１６】
燃料噴射弁２２、点火プラグ２４及び可変動弁機構４０は、マイクロコンピュータを内蔵した電子制御装置４４によって制御される。電子制御装置４４は、各種センサからの信号を入力し、予め記憶された制御プログラムに従って、燃料噴射弁２２、点火プラグ２４及び可変動弁機構４０の各操作量を決定し出力する。燃料噴射弁２２による燃料噴射制御においては、各気筒の吸気行程に合わせて個別の燃料噴射を行う、いわゆる「シーケンシャル噴射制御」が行われる。なお、可変動弁機構４０の制御は、電子制御装置４４とは異なる別体の電子制御装置で行うようにしてもよい。
【００１７】
電子制御装置４４には、吸気流量センサ１４に加え、エンジン１０の潤滑油温度（油温）Ｔを検出する油温センサ４６、エンジン１０の回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ４８、クランク軸に対する第１カム軸４２及び第２カム軸４３の回転位相θ1及びθ2を検出するカム角度センサ５０の各信号が入力される。
【００１８】
電子制御装置４４は、後述する可変動弁機構４０の制御に加え、次のように、燃料噴射弁２２及び点火プラグ２４を制御する。即ち、電子制御装置４４は、吸気流量センサ１４及び回転速度センサ４８から吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅを読み込み、これらに基いてエンジン運転状態に応じた基本燃料噴射量を演算する。また、電子制御装置４４は、基本燃料噴射量を水温などで補正した燃料噴射量を演算する。そして、電子制御装置４４は、エンジン運転状態に応じたタイミングで、燃料噴射弁２２から燃料噴射量に応じた燃料を噴射し、点火プラグ２４を適宜作動させて燃料と吸気との混合気を着火燃焼させる。このとき、電子制御装置４４は、図示省略の空燃比センサから空燃比を読み込み、排気中の空燃比が理論空燃比に近づくように、燃料噴射弁２２をフィードバック制御する。
【００１９】
電子制御装置４４は、ＲＯＭ（Read Only Memory）などに格納された制御プログラムを実行することで、図３に示すように、第１の目標回転位相設定部４４Ａ、第１の制御ゲイン設定部４４Ｂ、位相差算出部４４Ｃ、第１の補正係数設定部４４Ｄ、第１の制御ゲイン補正部４４Ｅ、第１のフィードフォワード操作量演算部４４Ｆ、第１のフィードバック操作量演算部４４Ｇ、第１ＶＴＣ制御部４４Ｈ、第２の目標回転位相設定部４４Ｉ、第２の制御ゲイン設定部４４Ｊ、第２の補正係数設定部４４Ｋ、第２の制御ゲイン補正部４４Ｌ、第２のフィードフォワード操作量演算部４４Ｍ、第２のフィードバック操作量演算部４４Ｎ及び第２ＶＴＣ制御部４４Ｏを夫々具現化する。
【００２０】
第１の目標回転位相設定部４４Ａは、吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅに応じた第１の目標回転位相、即ち、クランク軸に対する第１カム軸４２及び第２カム軸４３の目標回転位相を設定する。
【００２１】
第１の制御ゲイン設定部４４Ｂは、油温Ｔ及び回転速度Ｎｅに応じた第１の制御ゲイン、即ち、クランク軸に対する第１カム軸４２及び第２カム軸４３の回転位相を変更する第１ＶＴＣ４０Ａのフィードバック制御で使用する制御ゲインを設定する。
【００２２】
位相差算出部４４Ｃは、第１カム軸４２の回転位相θ1と第２カム軸４３の回転位相θ2との位相差を算出する。
第１の補正係数設定部４４Ｄは、位相差に応じた第１の補正係数、即ち、第１の制御ゲインを補正するための補正係数を設定する。
【００２３】
第１の制御ゲイン補正部４４Ｅは、第１の制御ゲインに対して第１の補正係数を乗算することで、第１の制御ゲインを補正する。
第１のフィードフォワード操作量演算部４４Ｆは、第１の目標回転位相に対してデジタルフィルタ、例えば、ＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタを適用することで、高応答性を発揮する第１のフィードフォワード操作量を演算する。
【００２４】
第１のフィードバック操作量演算部４４Ｇは、第１の目標回転位相と第１カム軸４２の回転位相θ1との偏差に対して、第１の制御ゲイン補正部４４Ｅにより補正された第１の制御ゲインを使用したＰＩ制御を施すことで、この偏差がなくなるようにするための第１のフィードバック操作量を演算する。
【００２５】
第１ＶＴＣ制御部４４Ｈは、第１のフィードフォワード操作量と第１のフィードバック操作量との加算値に基いて、第１ＶＴＣ４０Ａを制御する。
第２の目標回転位相設定部４４Ｉは、吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅに応じた第２の目標回転位相、即ち、クランク軸に対する第２カム軸４３の目標回転位相を設定する。
【００２６】
第２の制御ゲイン設定部４４Ｊは、回転速度Ｎｅ及び油温Ｔに応じた第２の制御ゲイン、即ち、クランク軸に対する第２カム軸４３の回転位相を変更する第２ＶＴＣ４０Ｂのフィードバック制御で使用する制御ゲインを設定する。
【００２７】
第２の補正係数設定部４４Ｋは、第１カム軸４２の回転位相θ1に応じて第２の補正係数、即ち、第２の制御ゲインを補正するための補正係数を設定する。
第２の制御ゲイン補正部４４Ｌは、第２の制御ゲインに対して第２の補正係数を乗算することで、第２の制御ゲインを補正する。
【００２８】
第２のフィードフォワード操作量演算部４４Ｍは、第２の目標回転位相に対してデジタルフィルタを適用することで、高応答性を発揮する第２のフィードフォワード操作量を演算する。
【００２９】
第２のフィードバック操作量演算部４４Ｎは、第２の目標回転位相と第２カム軸４３の回転位相θ2との偏差に対して、第２の制御ゲイン補正部４４Ｌにより補正された第２の制御ゲインを使用したＰＩ制御を施すことで、この偏差がなくなるようにするための第２のフィードバック操作量を演算する。
【００３０】
第２ＶＴＣ制御部４４Ｏは、第２のフィードフォワード操作量と第２のフィードバック操作量との加算値に基いて、第２ＶＴＣ４０Ｂを制御する。
図４及び図５は、エンジン１０が始動されたことを契機として、電子制御装置４４が所定時間ごとに繰り返し実行する制御プログラムの処理内容の一例を示す。
【００３１】
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、第１の目標回転位相設定部４４Ａが、例えば、吸気流量及び回転速度に対応した目標回転位相が設定されたマップを参照し、吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅに応じた第１の目標回転位相、即ち、第１ＶＴＣ４０Ａの目標回転位相を設定する。
【００３２】
ステップ２では、第２の目標回転位相設定部４４Ｉが、例えば、吸気流量及び回転速度に対応した目標回転位相が設定されたマップを参照し、吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅに応じた第２の目標回転位相、即ち、第２ＶＴＣ４０Ｂの目標回転位相を設定する。
【００３３】
ステップ３では、位相差算出部４４Ｃが、第１カム軸４２の回転位相θ1と第２カム軸４３の回転位相θ2との位相差を算出する。
【００３４】
ステップ４では、第１の制御ゲイン設定部４４Ｂが、油温及び回転速度に対応した制御ゲインが設定されたマップを参照し、油温Ｔ及び回転速度Ｎｅに応じた第１の制御ゲインを設定する。
【００３５】
ステップ５では、第２の制御ゲイン設定部４４Ｊが、図６に示すように、油温ごとに回転速度の上昇に伴って正比例関係をもって大きくなる制御ゲインが設定されたマップを参照し、回転速度Ｎｅ及び油温Ｔに応じた第２の制御ゲインを設定する。なお、図６においては、回転速度に応じた制御ゲインが設定された１つのマップを示しているが、実際には、例えば、離散的な油温ごとに複数のマップが設定されている。
【００３６】
ステップ６では、第１の補正係数設定部４４Ｄが、図７に示すように、第１カム軸４２及び第２カム軸４３の回転位相差が大きくなるにつれて正比例関係をもって小さくなる補正係数が設定されたマップを参照し、位相差算出部４４Ｃにより算出された位相差に応じた第１の補正係数を設定する。
【００３７】
ステップ７では、第２の補正係数設定部４４Ｋが、第１ＶＴＣ４０Ａによる第１カム軸４２及び第２カム軸４３の制御方向が進角側又は遅角側のいずれであるかを判定する。ここで、制御方向が進角側又は遅角側のいずれかであるかは、例えば、第１カム軸４２の回転位相の前回値と今回値との比較、要するに、進角量変化又は差から判定することができる。そして、第２の補正係数設定部４４Ｋは、第１ＶＴＣ４０Ａの制御方向が進角側であると判定すれば処理をステップ８へと進める一方（Ｙｅｓ）、第１ＶＴＣ４０Ａの制御方向が遅角側であると判定すれば処理をステップ９へと進める（Ｎｏ）。
【００３８】
ステップ８では、第２の補正係数設定部４４Ｋが、１より大きい値を有する第２の補正係数を設定する。
ステップ９では、第２の補正係数設定部４４Ｋが、１未満の値を有する第２の補正係数を設定する。
【００３９】
ステップ１０では、第１の制御ゲイン補正部４４Ｅが、第１の制御ゲイン設定部４４Ｂにより設定された第１の制御ゲインに対して、第１の補正係数設定部４４Ｄにより設定された第１の補正係数を乗算することで、第１の制御ゲインを補正する。
【００４０】
ステップ１１では、第１のフィードフォワード操作量演算部４４Ｆが、第１の目標回転位相設定部４４Ａにより設定された第１の目標回転位相に対してデジタルフィルタを適用することで、第１のフィードフォワード操作量を演算する。
【００４１】
ステップ１２では、第１のフィードバック操作量演算部４４Ｇが、第１の目標回転位相設定部４４Ａにより設定された第１の目標回転位相と第１カム軸４２の回転位相θ1との偏差に対して、第１の制御ゲイン補正部４４Ｅにより補正された第１の制御ゲインを使用したＰＩ制御を施すことで、この偏差がなくなるようにするための第１のフィードバック操作量を演算する。
【００４２】
ステップ１３では、第１ＶＴＣ制御部４４Ｈが、第１のフィードフォワード操作量演算部４４Ｆにより演算された第１のフィードフォワード操作量と第１のフィードバック操作量演算部４４Ｇにより演算された第１のフィードバック操作量とを加算した加算値に基いて、第１ＶＴＣ４０Ａを制御する。
【００４３】
ステップ１４では、第２の制御ゲイン補正部４４Ｌが、第２の制御ゲイン設定部４４Ｊにより設定された第２の制御ゲインに対して、第２の補正係数設定部４４Ｋにより設定された第２の補正係数を乗算することで、第２の制御ゲインを補正する。
【００４４】
ステップ１５では、第２のフィードフォワード操作量演算部４４Ｍが、第２の目標回転位相設定部４４Ｉにより設定された第２の目標回転位相に対してデジタルフィルタを適用することで、第２のフィードフォワード操作量を演算する。
【００４５】
ステップ１６では、第２のフィードバック操作量演算部４４Ｎが、第２の目標回転位相設定部４４Ｉにより設定された第２の目標回転位相と第２カム軸４３の回転位相θ2との偏差に対して、第２の制御ゲイン補正部４４Ｌにより補正された第２の制御ゲインを使用したＰＩ制御を施すことで、この偏差がなくなるようにするための第２のフィードバック操作量を演算する。
【００４６】
ステップ１７では、第２ＶＴＣ制御部４４Ｏが、第２のフィードフォワード操作量演算部４４Ｍにより演算された第２のフィードフォワード操作量と第２のフィードバック操作量演算部４４Ｎにより演算された第２のフィードバック操作量とを加算した加算値に基いて、第２ＶＴＣ４０Ｂを制御する。
【００４７】
かかる内燃機関の制御装置によれば、クランク軸に対する第１カム軸４２及び第２カム軸４３の回転位相を変更する第１ＶＴＣ４０Ａは、吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅに応じた第１の目標回転位相に近づくように、第１カム軸４２を回転させる。このとき、フィードバック制御において、油温Ｔ及び回転速度Ｎｅに応じた第１の制御ゲインは、第１カム軸４２と第２カム軸４３との回転位相差に応じて補正される。即ち、第１カム軸４２と第２カム軸４３との回転位相差が０のときには、図８（Ａ）に示すように、第１カム３６及び第２カム３８による吸気弁２０のリフトタイミングが同時となるため、同図（Ｂ）に示すように、カムトルクのピークが大きくなる。しかし、第１カム軸４２と第２カム軸４３との回転位相差が発生すると、図９（Ａ）に示すように、第１カム３６及び第２カム３８による吸気弁２０のリフトタイミングが異なるため、同図（Ｂ）に示すように、カムトルクのピークが小さくなる。カムトルクのピークが小さくなると、クランク軸に対する第１カム軸４２及び第２カム軸４３の回転位相を遅角方向へと変更するカムトルクが小さくなってしまう。このため、第１カム軸４２と第２カム軸４３との回転位相差に応じて第１の制御ゲインを補正することで、特定の回転位相において応答遅れが発生することが抑制され、高応答性を発揮させることができる。よって、第１ＶＴＣ４０Ａにおけるフィードバック制御の制御性を向上させることができる。
【００４８】
また、第１カム軸４２の回転位相と第２カム軸４３の回転位相とに差が生じている状態で第１ＶＴＣ４０Ａを遅角側に向けて制御するときは、前述したように、カムトルク発生タイミングがずれることからカムトルクのピークが小さくなり、遅角方向に作用するカムトルクが小さくなる。第１ＶＴＣ４０Ａを遅角側に向けて制御するときは、カムトルクが遅角制御をアシストするように作用するため、カムトルクのピークが小さくなると、第１ＶＴＣ４０Ａの作動応答が低下する傾向となる。また、第１ＶＴＣ４０Ａは第１カム軸４２と第２カム軸４３とからカムトルクを受けるため、第２ＶＴＣ４０Ｂと比較して第１ＶＴＣ４０Ａが受けるカムトルクが大きくなり、第１カム軸４２の回転位相と第２カム軸４３の回転位相との違いによるカムトルクの差が第２ＶＴＣ４０Ｂに比べて第１ＶＴＣ４０Ａの方が大きくなり易い。
【００４９】
そこで、第１カム軸４２の回転位相と第２カム軸４３の回転位相とに差が生じていないときと比較して、第１ＶＴＣ４０Ａの操作量を大きくするべく、第１の制御ゲインを大きくすることで、カムトルクのピークが小さくなることによる応答性の低下を抑制することができる。
【００５０】
なお、第１カム軸４２の回転位相と第２カム軸４３の回転位相とに差が生じている状態で、第１ＶＴＣ４０Ａを進角側に向けて制御するときは、遅角方向へのカムトルクが反力となるものの、そのピークが第１カム軸４２の回転位相と第２カム軸４３の回転位相とに差が生じていない（又は差がより小さい）時よりも小さくなるから、第１ＶＴＣ４０Ａの進角制御時の制御応答が速くなる。
【００５１】
そこで、応答速度を安定させるために、第１ＶＴＣ４０Ａの操作量を第１カム軸４２の回転位相と第２カム軸４３の回転位相に差が生じていないときと比較して小さくしてよい。即ち、第１ＶＴＣ４０Ａの操作量を小さくすべく、第１の制御ゲインを小さく設定する。これにより、制御応答が速くなるのを抑制し、第１カム軸４２の回転位相と第２カム軸４３の回転位相とに差が生じても、第１ＶＴＣ４０Ａの応答性を安定させることができる。
【００５２】
また、クランク軸に対する第２カム軸４３の回転位相を変更する第２ＶＴＣ４０Ｂは、吸気流量Ｑ及び回転速度Ｎｅに応じた第２の目標回転位相に近づくように、第１カム軸４２に内挿された第２カム軸４３を回転させる。このとき、フィードバック制御において、回転速度Ｎｅ及び油温Ｔに応じた第２の制御ゲインは、第１ＶＴＣ４０Ａの制御方向に応じて補正される。カムトルクは進角方向に作用するので、第１ＶＴＣ４０Ａが遅角側に向けて制御されるときには、カムトルクの作用と第１ＶＴＣ４０Ａの作動とによって、第２カム軸４３の作動力が大きくなり易い。
【００５３】
そこで、第２ＶＴＣ４０Ｂを遅角制御するときは操作量を小さくするために第２の制御ゲインを小さくすることで、第２ＶＴＣ４０Ｂの作動応答性を得ることができる。また、応答性のバラツキを抑制することができ、安定した作動応答を得ることができる。さらに、第１ＶＴＣ４０Ａが遅角側に向けて制御されるときに第２ＶＴＣ４０Ｂを進角制御するときは、第１ＶＴＣ４０Ａによる作動方向と逆方向となるため、第２カム軸４３の作動力が低下する分、第２ＶＴＣ４０Ｂを遅角制御するときよりも大きい操作量とすべく、第２の制御ゲインを大きく設定することで、応答性のバラツキを抑制することができる。
【００５４】
一方、第１ＶＴＣ４０Ａが進角側に向けて制御され、かつ、第２ＶＴＣ４０Ｂを遅角制御するときは、カムトルクが第１ＶＴＣ４０Ａに反力として作用し、また、第２カム軸４３は、第１ＶＴＣ４０Ａで進角変化しつつ、第２ＶＴＣ４０Ｂで遅角制御することになるため、第１ＶＴＣ４０Ａと第２ＶＴＣ４０Ｂとの作動方向が逆となり、第２カム軸４３の作動応答性が低下する傾向となる。
【００５５】
従って、第１ＶＴＣ４０Ａが遅角側に制御されるときよりも比較的大きい操作量となるように、第２ＶＴＣ４０Ｂの操作量を設定して第２ＶＴＣ４０Ｂを遅角制御することが好ましい。即ち、第２の制御ゲインを、第１ＶＴＣ４０Ａが遅角制御されているときの制御ゲインより大きい制御ゲインに設定する。
【００５６】
このようにすることで、第２カム軸４３の回転位相の作動応答を得ることができると共に、応答性のバラツキを抑制することができ、安定した作動応答を得ることができる。
また、第１ＶＴＣ４０Ａを進角側に向けて制御しつつ、第２ＶＴＣ４０Ｂを進角制御するときは、第１ＶＴＣ４０Ａ及び第２ＶＴＣ４０Ｂにはカムトルクが反力として作用するため、第１ＶＴＣ４０Ａを進角制御しつつ第２ＶＴＣ４０Ｂを遅角制御するときと比較して、第２ＶＴＣ４０Ｂにもカムトルクが反力として作用することによる第２ＶＴＣ４０Ｂの作動応答性が低下する傾向となる。
【００５７】
従って、第２ＶＴＣ４０Ｂの操作量を大きくするため、より大きな第２の制御ゲインを設定することで、第１ＶＴＣ４０Ａ及び第２ＶＴＣ４０Ｂに作用するカムトルクの反力を考慮した操作量を設定することができ、第２カム軸４３の回転位相の作動応答を得ることができると共に、応答性のバラツキを抑制することができ、安定した作動応答を得ることができる。
【００５８】
なお、第１ＶＴＣ４０Ａは進角制御されることにより第２カム軸４３が進角側に駆動されるので、第１ＶＴＣ４０Ａの作動力を考慮して第２ＶＴＣ４０Ｂの進角時の制御量を設定してもよい。
【００５９】
これにより、第２ＶＴＣ４０Ｂの制御性を向上させることができる。
このように、第１ＶＴＣ４０Ａによる第２カム軸４３の駆動方向によって、第２操作量を設定することで、第２ＶＴＣ４０Ｂの作動応答を安定させることが可能となり、更に、カムトルクが作用する状態を考慮して第２操作量を設定することで、より第２ＶＴＣ４０Ｂの制御精度を向上させることができる。
【００６０】
ここで、第１の制御ゲイン及び第２の制御ゲインは、夫々、油温Ｔ及び回転速度Ｎｅに基いて設定されるため、潤滑油の粘性と関連性がある油温、及び、潤滑油の圧力と関連性がある回転速度によって応答性が低下することを回避しつつ、特定の回転位相及びその変化方向によって応答遅れが発生することを抑制することができる。
【００６１】
なお、油温Ｔは、エンジン１０の機関温度と密接に関連し、回転速度Ｎは、エンジン１０により回転駆動される潤滑用のオイルポンプの吐出能力と密接に関連する。このため、油温Ｔは機関温度を、回転速度Ｎｅは潤滑用のオイルポンプの吐出能力を夫々示す。
【００６２】
以上説明した内燃機関の制御装置は、例えば、次のようなことに応用できる。
エンジン１０の回転速度Ｎｅが所定値未満の低回転時には、図１０に示すように、第１カム軸４２と第２カム軸４３との回転位相差を０とすることで、吸気弁２０の開期間を短くし、その開時期を下死点前にする。そして、一度吸入した混合気の吹き戻しを抑制することで、トルクを向上させる。
【００６３】
一方、エンジン１０の回転速度Ｎｅが所定値以上の高回転時には、図１１に示すように、クランク軸に対する第１カム軸４２及び第２カム軸４３の回転位相を進角させつつ、第１カム軸４２と第２カム軸４３との回転位相差を大きくする。そして、吸気弁２０の開期間を長くすることで、吸気量を増大させてトルクを向上させる。また、慣性過給効果による充填効率の向上を通して、トルクを更に向上させる。
【００６４】
他の応用例として、吸気行程において、吸気弁２０の閉弁時期を遅らせて熱効率を向上させた、ミラーサイクルを実現することも考えられる。
なお、以上説明した実施形態では、エンジン１０の負荷として吸気流量Ｑを使用したが、吸気圧力、燃料噴射量、アクセル開度、過給圧力、スロットル開度など、エンジントルクと密接に関連する状態量を使用することもできる。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
【００６５】
（イ）同軸上に配置された第１カム及び第２カムのバルブタイミングを独立して変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置において、
クランク軸に対する前記第１カム軸及び前記第２カム軸の回転位相を第１の目標回転位相に近づけるためのフィードバック制御で使用する第１の制御ゲインを、前記第１カム軸と前記第２カム軸との回転位相差に応じて補正する、内燃機関の制御装置。
上記構成によれば、クランク軸に対する第１カム軸及び第２カム軸の回転位相を第１の目標回転位相に近づける第１の制御ゲインは、第１カム軸と第２カム軸との回転位相差に応じて補正されるので、フィードバック制御の制御性を向上させることができる。
【００６６】
（ロ）前記第１カム軸と前記第２カム軸との回転位相を第２の目標回転位相に近づけるためのフィードバック制御で使用する第２の制御ゲインを、前記クランク軸に対する前記第１カム軸及び前記第２カム軸の回転方向に応じて補正する、（イ）に記載の内燃機関の制御装置。
上記構成によれば、第１カム軸と第２カム軸との回転位相を第２の目標回転位相に近づける第２の制御ゲインは、クランク軸に対する第１カム軸及び第２カム軸の回転方向に応じて補正されるので、カムトルクに応じた反力を考慮した制御を行うことができる。
【００６７】
（ハ）前記第１の制御ゲイン又は前記第２の制御ゲインは、内燃機関の温度及び潤滑用オイルポンプの吐出能力に基づいて設定される、（イ）又は（ロ）に記載の内燃機関の制御装置。
上記構成によれば、第１の制御ゲイン又は第２の制御ゲインを、内燃機関温度及び潤滑油オイルポンプの吐出能力に応じて設定することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０ エンジン
２０ 吸気弁
３０ 排気弁
３６ 第１カム
３８ 第２カム
４０ 可変動弁機構
４０Ａ 第１ＶＴＣ
４０Ｂ 第２ＶＴＣ
４２ 第１カム軸
４３ 第２カム軸
４４ 電子制御装置
４４Ａ 第１の目標回転位相設定部
４４Ｂ 第１の制御ゲイン設定部
４４Ｃ 位相差算出部
４４Ｄ 第１の補正係数設定部
４４Ｅ 第１の制御ゲイン補正部
４４Ｆ 第１のフィードフォワード操作量演算部
４４Ｇ 第１のフィードバック操作量演算部
４４Ｈ 第１ＶＴＣ制御部
４４Ｉ 第２の目標回転位相設定部
４４Ｊ 第２の制御ゲイン設定部
４４Ｋ 第２の補正係数設定部
４４Ｌ 第２の制御ゲイン補正部
４４Ｍ 第２のフィードフォワード操作量演算部
４４Ｎ 第２のフィードバック操作量演算部
４４Ｏ 第２ＶＴＣ制御部
４６ 油温センサ
４８ 回転速度センサ
５０ カム角度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸上に第１カム軸及び第２カム軸が配置され、クランク軸と前記第１カム軸及び前記クランク軸と前記第２カム軸の回転位相を変更可能な第１可変動弁機構と、
前記クランク軸と前記第２カム軸との回転位相を、前記第１可変動弁機構によって制御される前記第１カム軸と前記クランク軸との回転位相と独立して変更可能な第２可変動弁機構と、
を備えた内燃機関に適用される制御装置において、
前記第１カム軸の前記回転位相と前記第２カム軸の前記回転位相との偏差に応じて少なくとも前記第１可変動弁機構の操作量を設定する、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第１可変動弁機構によって制御される前記第１カム軸及び前記第２カム軸の前記クランク軸に対する回転位相の制御方向に応じて、前記第２可変動弁機構の操作量を設定する、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
同軸上に第１カム軸及び第２カム軸が配置され、クランク軸と前記第１カム軸及び前記クランク軸と前記第２カム軸の回転位相を変更可能な第１可変動弁機構と、
前記クランク軸と前記第２カム軸との回転位相を、前記第１可変動弁機構によって制御される前記第１カム軸と前記クランク軸との回転位相と独立して変更可能な第２可変動弁機構と、
を備えた内燃機関に適用される制御装置において、
前記第１カム軸の前記回転位相と前記第２カム軸の前記回転位相との偏差に応じて少なくとも前記第１可変動弁機構の操作量を設定する、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第１可変動弁機構によって制御される前記第１カム軸及び前記第２カム軸の前記クランク軸に対する回転位相の制御方向に応じて、前記第２可変動弁機構の操作量を設定する、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−６８１３５（Ｐ２０１３−６８１３５Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６５１９（Ｐ２０１１−２０６５１９）
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２１日（２０１１．９．２１）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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