JP2001152887A

JP2001152887A - 内燃機関のバルブタイミング制御装置

Info

Publication number: JP2001152887A
Application number: JP33092199A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Machida; 憲一町田
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2001-06-05

Abstract

(57)【要約】【課題】スライディングモード制御によりバルブタイミ
ングを制御するベーン式バルブタイミング制御装置にお
いて、油圧室に対する空気の混入を推定し、空気抜きを
行わせる。【解決手段】偏差ＰＥＲＲ及び傾きγから、切換関数Ｓ
（Ｓ＝γ×（ＰＥＲＲ）＋ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔ）を算
出し、切換関数Ｓ，非線形項ゲインｋ及びチャタリング
防止係数δから非線形項操作量Ｕ_NL＝−ｋＳ／（｜Ｓ｜
＋δ）を算出する。そして、非線形項操作量Ｕ_NLの変動
周波数が基準周波数よりも高いときに、油圧室に対する
空気の混入を推定し（Ｓ２）、空気混入が推定されると
きには、低回転・低負荷域であれば最遅角に制御させ
（Ｓ６）、高回転・高負荷域であれば最進角に制御させ
て（Ｓ５）、空気抜きを図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のバルブ
タイミング制御装置に関し、詳しくは、クランクシャフ
トに対するカムシャフトの回転位相を油圧室の油圧を制
御することで連続的に可変制御する構成の内燃機関のバ
ルブタイミング制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記構成のバルブタイミング制御
装置として、特開平１０−１４１０２２号公報に開示さ
れるようなベーン式バルブタイミング制御装置がある。

【０００３】このものは、カムスプロケットに固定され
る筒状のハウジングの内周面に凹部を形成する一方、カ
ムシャフトに固定される羽車の羽部（ベーン）を前記凹
部に収容させ、前記凹部内で前記羽部が移動できる範囲
内でカムシャフトがカムスプロケットに対して相対的に
回転できるよう構成する。

【０００４】そして、前記羽部が前記凹部を回転方向の
前後に区画して形成される一対の油圧室に対して相対的
に油を給排することで、前記羽部を前記凹部の中間位置
に保持させ、回転位相の連続的な可変制御を行わせる構
成となっており、回転位相（制御対象量）が目標値に一
致するように、前記油の給排操作量をＰＩＤ制御などに
よりフィードバック制御するようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、カムシャフ
トには、吸排気バルブを閉方向に付勢するバルブスプリ
ングによって正及び負の回転トルク（以下、カムトルク
という）が交互に発生し、油圧通路をバルブで閉じて油
の給排を停止させているときに、正のカムトルクが加わ
った側の油圧室の油圧が上昇することになる。そして、
前記カムトルクによる油圧の上昇によって油漏れが発生
すると、前記カムトルクの正負が反転したときに、前記
油漏れが発生した場所から今度は空気を吸い込み、密閉
された油圧室内の油に空気が混じるようになり、空気が
混じった状態でカムトルクが加わると、空気の圧縮率は
油よりも大きいため、正のカムトルクが加わったときに
回転位相がより大きく変位するようになり、これによ
り、回転位相のハンチングを発生させる可能性があっ
た。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、空気の混入を判断して的確に空気抜きを行わせる
ことができ、以って、ハンチングの発生による運転性へ
の影響を最小限に抑制できる内燃機関のバルブタイミン
グ制御装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１に係る
発明は、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転
位相を油圧室の油圧を制御することで連続的に可変制御
する構成の内燃機関のバルブタイミング制御装置であっ
て、目標の回転位相にするための油圧の操作量を、スラ
イディングモード制御による線形項及び切換関数に応じ
て算出される非線形項に基づき設定する構成とすると共
に、前記非線形項による操作量の変動に基づいて油圧室
に対する空気の混入を推定し、所定以上の空気混入が推
定されたときに所定のフェイルセーフを実行させるよう
構成した。

【０００８】かかる構成によると、目標の回転位相にす
るために、油圧の操作量がスライディングモード制御に
より設定される構成であり、具体的には、線形項及び切
換関数に応じて算出される非線形項に基づき操作量が算
出される。そして、前記非線形項による操作量の変動か
ら油圧室に対する空気の混入を推定し、空気混入が所定
以上であると推定されたときにフェイルセーフに実行さ
せる。

【０００９】請求項２記載の発明では、前記非線形項に
よる操作量の変動を、前記非線形項による操作量の変動
周波数に基づいて判別する構成とした。かかる構成によ
ると、非線形項による操作量の変動周波数を求め、この
変動周波数の大きさから空気混入が所定以上であるか否
かを判別する。

【００１０】請求項３記載の発明では、前記所定のフェ
イルセーフが、前記回転位相を強制的に最遅角又は最進
角に制御する構成とした。かかる構成によると、油圧室
に対する空気混入が所定以上であると判別されると、そ
のときの目標回転位相に関わらずに最遅角又は最進角に
強制的に制御し、油の循環により空気抜きを図る。

【００１１】請求項４記載の発明では、機関の運転条件
に基づいて最遅角又は最進角のいずれか一方を選択する
構成とした。かかる構成によると、空気混入が所定以上
であると推定された時の機関の運転条件に応じて、最遅
角と最進角とのいずれに制御することが最適であるかが
判断される。

【００１２】請求項５記載の発明では、前記カムシャフ
トをカムスプロケットに対して相対的に回転させてクラ
ンクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を連続的
に可変制御する構成であって、前記カムシャフトとカム
スプロケットとの一方側の所定円周上に設けた凹部と、
前記カムシャフトとカムスプロケットとの他方側に設け
られ前記凹部内に収容されると共に前記凹部を回転方向
の前後に区画して一対の油圧室を形成するベーンとを備
え、前記一対の油圧室に相対的に油を給排することで、
前記回転位相を連続的に可変制御する構成とした。

【００１３】かかる構成によると、前記凹部とベーンと
で構成される一対の油圧室に対して相対的に油を給排す
ることで回転位相を連続的に可変制御する所謂ベーン式
バルブタイミング制御装置において、非線形項による操
作量の変動から前記一対の油圧室に対する空気の混入が
推定されると、強制的な最遅角制御又は最進角制御等で
あるフェイルセーフが実行される。

【００１４】請求項６記載の発明では、実際の回転位相
と目標の回転位相との偏差をＰＥＲＲ、傾きをγとした
ときに、切換関数Ｓが、Ｓ＝γ×ＰＥＲＲ＋ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔとして算出され、非線形項操作量Ｕ_NLが、非線形項ゲイ
ンｋ及びチャタリング防止係数δに基づき、Ｕ_NL＝−ｋＳ／（｜Ｓ｜＋δ）として算出される構成とした。

【００１５】かかる構成によると、切換関数Ｓとして、
偏差ＰＥＲＲに加えて、該偏差の微分値ｄ（ＰＥＲＲ）
／ｄｔを与えることにより、切換線上に沿ったスライデ
ィングモードがより滑らかなものとなる一方、非線形項
操作量Ｕ_NLは、状態を切換線（Ｓ＝０）に向かわせ、切
換線（Ｓ＝０）上に拘束させる働きをする。

【００１６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、スライデ
ィングモード制御による非線形項に基づき油圧室に対す
る空気の混入を推定でき、以って、的確にフェイルセー
フを実行させて、空気の混入による回転位相のハンチン
グの発生を最小限に抑制できるという効果がある。

【００１７】請求項２記載の発明によると、空気が混入
したときの非線形項の変動を高精度に捉えることができ
るという効果がある。請求項３記載の発明によると、空
気が混入したときに油の循環を強制的に行わせて空気抜
きを行うことができるという効果がある。

【００１８】請求項４記載の発明によると、フェイルセ
ーフによる機関運転性の変化を極力回避しつつ、空気抜
きを行わせることができるという効果がある。請求項５
記載の発明によると、ベーン式バルブタイミング制御装
置において油圧室に対する空気の混入を速やかに解消し
て、回転位相のハンチング発生を抑制できるという効果
がある。

【００１９】請求項６記載の発明によると、切換線上に
沿ったスライディングモードを滑らかなものとすること
ができ、また、偏差に応じた非線形項操作量を与えるこ
とができ、これにより、油圧制御弁の不感帯のバラツキ
等の影響を受け難い制御を可能にできるという効果があ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図１〜図６は、本実施形態においてスライディン
グモード制御に基づく操作量によりフィードバック制御
される内燃機関のバルブタイミング制御装置の機構部分
を示すものであり、吸気バルブ側に適用したものを示
す。

【００２１】図に示すバルブタイミング制御装置は、機
関のクランクシャフト（図示省略）によりタイミングチ
ェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット１（タ
イミングスプロケット）と、該カムスプロケット１に対
して相対回転可能に設けられたカムシャフト２と、該カ
ムシャフト２の端部に固定されてカムスプロケット１内
に回転自在に収容された回転部材３と、該回転部材３を
カムスプロケット１に対して相対的に回転させる油圧回
路４と、カムスプロケット１と回転部材３との相対回転
位置を所定位置で選択的にロックするロック機構１０と
を備えている。

【００２２】前記カムスプロケット１は、外周にタイミ
ングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部
５ａを有する回転部５と、該回転部５の前方に配置され
て回転部材３を回転自在に収容したハウジング６と、該
ハウジング６の前端開口を閉塞する蓋体たる円板状のフ
ロントカバー７と、ハウジング６と回転部５との間に配
置されてハウジング６の後端部を閉塞する略円板状のリ
アカバー８とから構成され、これら回転部５とハウジン
グ６及びフロントカバー７，リアカバー８は、４本の小
径ボルト９によって軸方向から一体的に結合されてい
る。

【００２３】前記回転部５は、略円環状を呈し、周方向
の約９０°の等間隔位置に各小径ボルト９が螺着する４
つの雌ねじ孔５ｂが前後方向へ貫通形成されていると共
に、内部中央位置に後述する通路構成用のスリーブ２５
が嵌合する段差径状の嵌合孔１１が貫通形成されてい
る。更に、前端面には、前記リアカバー８が嵌合する円
板状の嵌合溝１２が形成されている。

【００２４】また、前記ハウジング６は、前後両端が開
口形成された円筒状を呈し、内周面の周方向の９０°位
置には、４つの隔壁部１３が突設されている。この隔壁
部１３は、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング６
の軸方向に沿って設けられて、各両端縁がハウジング６
の両端縁と同一面になっていると共に、基端側には、小
径ボルト９が挿通する４つのボルト挿通孔１４が軸方向
へ貫通形成されている。更に、各隔壁部１３の内端面中
央位置に軸方向に沿って切欠形成された保持溝１３ａ内
に、コ字形のシール部材１５と該シール部材１５を内方
へ押圧する板ばね１６が嵌合保持されている。

【００２５】更に、前記フロントカバー７は、中央の比
較的大径なボルト挿通孔１７が穿設されていると共に、
前記ハウジング６の各ボルト挿通孔１４と対応する位置
に４つのボルト孔１８が穿設されている。

【００２６】また、リアカバー８は、後端面に前記回転
部材５の嵌合溝１２内に嵌合保持される円板部８ａを有
していると共に、中央にスリーブ２５の小径な円環部２
５ａが嵌入する嵌入孔８ｃが穿設され、更に、前記ボル
ト挿通孔１４に対応する位置に４つのボルト孔１９が同
じく形成されている。

【００２７】前記カムシャフト２は、シリンダヘッド２
２の上端部にカム軸受２３を介して回転自在に支持さ
れ、外周面の所定位置に、バルブリフターを介して吸気
バルブを開動作させるカム（図示省略）が一体に設けら
れていると共に、前端部にはフランジ部２４が一体に設
けられている。

【００２８】前記回転部材３は、フランジ部２４と嵌合
穴１１にそれぞれ前後部が嵌合した前記スリーブ２５を
介して軸方向から挿通した固定ボルト２６によってカム
シャフト２の前端部に固定されており、中央に前記固定
ボルト２６が挿通するボルト挿通孔２７ａを有する円環
状の基部２７と、該基部２７の外周面周方向の９０°位
置に一体に設けられた４つのベーン２８ａ，２８ｂ，２
８ｃ，２８ｄとを備えている。

【００２９】前記第１〜第４ベーン２８ａ〜２８ｄは、
それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部１３間の凹
部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベ
ーン２８ａ〜２８ｄの両側と各隔壁部１３の両側面との
間に、進角側油圧室３２と遅角側油圧室３３を構成す
る。また、各ベーン２８ａ〜２８ｄの外周面の中央に軸
方向に切欠された保持溝２９にハウジング６の内周面６
ａに摺接するコ字形のシール部材３０と該シール部材３
０を外方に押圧する板ばね３１がそれぞれ嵌着保持され
ている。

【００３０】前記ロック機構１０は、前記回転部５の嵌
合溝１２の外周側所定位置に形成された係合溝２０と、
前記係合溝２０に対応した前記リアカバー８の所定位置
に貫通形成されて、内周面がテーパ状の係合孔２１と、
該係合孔２１に対応した前記１つのベーン２８の略中央
位置に内部軸方向に沿って貫通形成された摺動用孔３５
と、該１つのベーン２８の前記摺動用孔３５内に摺動自
在に設けられたロックピン３４と、該ロックピン３４の
後端側に弾装されたばね部材であるコイルスプリング３
９と、ロックピン３４と摺動用孔３５との間に形成され
た受圧室４０とから構成されている。

【００３１】前記ロックピン３４は、中央側の中径状の
本体３４ａと、該本体３４ａの先端側に略先細り円錐状
に形成された係合部３４ｂと、本体３４ａの後端側に形
成された段差大径状のストッパ部３４ｃとから構成され
ており、ストッパ部３４ｃの内部凹溝３４ｄの底面とフ
ロントカバー７の内端面との間に弾装された前記コイル
スプリング３９のばね力によって係合孔２１方向へ付勢
されるようになっていると共に、前記本体３４ａとスト
ッパ部３４ｃとの間の外周面及び摺動用孔３５の内周面
との間に形成された受圧室４０内の油圧によって、係合
孔２１から抜け出る方向に摺動するようになっている。
また、この受圧室４０は、前記ベーン２８の側部に形成
された通孔３６によって前記遅角側油圧室３３に連通し
ている。また、ロックピン３４の係合部３４ｂは、回転
部材３の最大遅角側の回動位置において係合部３４ｂが
係合孔２１内に係入するようになっている。

【００３２】前記油圧回路４は、進角側油圧室３２に対
して油圧を給排する第１油圧通路４１と、遅角側油圧室
３３に対して油圧を給排する第２油圧通路４２との２系
統の油圧通路を有し、この両油圧通路４１，４２には、
供給通路４３とドレン通路４４とがそれぞれ通路切り換
え用の電磁切換弁４５を介して接続されている。前記供
給通路４３には、オイルパン４６内の油を圧送するオイ
ルポンプ４７が設けられている一方、ドレン通路４４の
下流端がオイルパン４６に連通している。

【００３３】前記第１油圧通路４１は、シリンダヘッド
２２内からカムシャフト２の軸心内部に形成された第１
通路部４１ａと、固定ボルト２６内部の軸線方向を通っ
て頭部２６ａ内で分岐形成されて第１通路部４１ａと連
通する第１油路４１ｂと、頭部２６ａの小径な外周面と
回転部材３の基部２７内に有するボルト挿通孔２７ａの
内周面との間に形成されて第１油路４１ｂに連通する油
室４１ｃと、回転部材３の基部２７内に略放射状に形成
されて油室４１ｃと各進角側油圧室３２に連通する４本
の分岐路４１ｄとから構成されている。

【００３４】一方、第２油圧通路４２は、シリンダヘッ
ド２２内及びカムシャフト２の内部一側に形成された第
２通路部４２ａと、前記スリーブ２５の内部に略Ｌ字形
状に折曲形成されて第２通路部４２ａと連通する第２油
路４２ｂと、回転部材５の嵌合孔１１の外周側孔縁に形
成されて第２油路４２ｂと連通する4つの油通路溝４２
ｃと、リアカバー８の周方向の約９０°の位置に形成さ
れて、各油通路溝４２ｃと遅角側油圧室３３とを連通す
る４つの油孔４２ｄとから構成されている。

【００３５】前記電磁切換弁４５は、内部のスプール弁
体が各油圧通路４１，４２と供給通路４３及びドレン通
路４４ａ，４４ｂとを相対的に切り換え制御するように
なっていると共に、コントローラ４８からの制御信号に
よって切り換え作動されるようになっている。

【００３６】具体的には、図４〜図６に示すように、シ
リンダブロック４９の保持孔５０内に挿通固定された筒
状のバルブボディ５１と、該バルブボディ５１内の弁孔
５２に摺動自在に設けられて流路を切り換えるスプール
弁体５３と、該スプール弁体５３を作動させる比例ソレ
ノイド型の電磁アクチュエータ５４とから構成されてい
る。

【００３７】前記バルブボディ５１は、周壁の略中央位
置に前記供給通路４３の下流側端と弁孔５２とを連通す
る供給ポート５５が貫通形成されていると共に、該供給
ポート５５の両側に前記第１，第２油圧通路４１，４２
の他端部と弁孔５２とを連通する第１ポート５６及び第
２ポート５７がそれぞれ貫通形成されている。また、周
壁の両端部には、両ドレン通路４４ａ，４４ｂと弁孔５
２とを連通する第３，第４ポート５８，５９が貫通形成
されている。

【００３８】前記スプール弁体５３は、小径軸部の中央
に供給ポート５５を開閉する略円柱状の第１弁部６０を
有していると共に、両端部に第３，第４ポート５８，５
９を開閉する略円柱状の第２，第３弁部６１，６２を有
している。また、スプール弁体５３は、前端側の支軸５
３ａの一端縁に有する傘部５３ｂと弁孔５２の前端側内
周壁に有するスプリングシート５１ａとの間に弾装され
た円錐状の弁ばね６３によって、図中右方向、つまり第
１弁部６０で供給ポート５５と第２油圧通路４２とを連
通する方向に付勢されている。

【００３９】前記電磁アクチュエータ５４は、コア６
４，移動プランジャ６５，コイル６６，コネクタ６７な
どを備え、移動プランジャ６５の先端に前記スプール弁
体５３の傘部５３ｂを押圧する駆動ロッド６５ａが固定
されている。

【００４０】前記コントローラ４８は、機関回転速度を
検出する回転センサ１０１や吸入空気量を検出するエア
フローメータ１０２からの信号によって現在の運転状態
（負荷、回転）を検出すると共に、クランク角センサ１
０３及びカムセンサ１０４からの信号によってカムスプ
ロケット１とカムシャフト２との相対回動位置、即ち、
クランクシャフトに対するカムシャフト２の回転位相を
検出する。

【００４１】前記コントローラ４８は、前記電磁アクチ
ュエータ５４に対する通電量をデューティ制御信号に基
づいて制御する。例えば、コントローラ４８から電磁ア
クチュエータ５４にデューティ比０％の制御信号（ＯＦ
Ｆ信号）を出力すると、スプール弁体５３が弁ばね６３
のばね力で図４に示す位置、つまり、最大右方向に移動
する。これによって、第１弁部６０が供給ポート５５の
開口端５５ａを開成して第２ポート５７と連通させると
同時に、第２弁部６１が第３ポート５８の開口端を開成
すると共に、第４弁部６２が第４ポート５９を閉止す
る。このため、オイルポンプ４７から圧送された作動油
は、供給ポート５５，弁孔５２，第２ポート５７，第２
油圧通路４２を通って遅角側油圧室３３に供給されると
共に、進角側油圧室３２内の作動油が、第１油圧通路４
１，第１ポート５６，弁孔５２，第３ポート５８を通っ
て第１ドレン通路４４ａからオイルパン４６内に排出さ
れる。

【００４２】従って、遅角側油圧室３３の内圧が高、進
角側油圧室３２の内圧が低となって、回転部材３は、ベ
ーン２８ａ〜２８ｂを介して最大一方向に回転する。こ
れによって、カムスプロケット１とカムシャフト２とは
一方側へ相対回動して位相が変化し、この結果、吸気バ
ルブの開時期が遅くなり、排気バルブとのオーバーラッ
プが小さくなる。

【００４３】一方、コントローラ４８から電磁アクチュ
エータ５４にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信
号）を出力すると、スプール弁体５３が弁ばね６３のば
ね力に抗して図６に示すように左方向へ最大に摺動し
て、第３弁部６１が第３ポート５８を閉止すると同時
に、第４弁部６２が第４ポート５９を開成すると共に、
第１弁部６０が、供給ポート５５と第１ポート５６とを
連通させる。このため、作動油は、供給ポート５５、第
１ポート５６、第１油圧通路４１を通って進角側油圧室
３２内に供給されると共に、遅角側油圧室３３内の作動
油が第２油圧通路４２、第２ポート５７、第４ポート５
９、第２ドレン通路４４ｂを通ってオイルパン４６に排
出され、遅角側油圧室３３が低圧になる。

【００４４】このため、回転部材３は、ベーン２８ａ〜
２８ｄを介して他方向へ最大に回転し、これによって、
カムスプロケット１とカムシャフト２とは他方側へ相対
回動して位相が変化し、この結果、吸気バルブの開時期
が早くなり（進角され）、排気バルブとのオーバーラッ
プが大きくなる。

【００４５】前記コントローラ４８は、第１弁部６０が
供給ポート５５を閉止し、かつ、第３弁部６１が第３ポ
ート５８を閉止し、かつ、第４弁部６２が第４ポート５
９を閉止する位置となるデューティ比をベースデューテ
ィ比ＢＡＳＥＤＴＹとする一方、クランク角センサ１０
３及びカムセンサ１０４からの信号に基づいて検出され
るカムスプロケット１とカムシャフト２との相対回動位
置（回転位相：制御対象量）と、運転状態に応じて設定
した前記相対回動位置（回転位相）の目標値（目標進角
値）とを一致させるためのフィードバック補正分ＵＤＴ
Ｙを後述するようにスライディングモード制御によって
設定し、前記ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴＹとフィ
ードバック補正分ＵＤＴＹとの加算結果を最終的なデュ
ーティ比ＶＴＣＤＴＹとし、該デューティ比ＶＴＣＤＴ
Ｙの制御信号を電磁アクチュエータ５４に出力するよう
にしてある。

【００４６】尚、前記ベースデューティ比ＢＡＳＥＤＴ
Ｙは、供給ポート５５，第３ポート５８，第４ポート５
９が共に閉止され、いずれの油圧室３２，３３でも油の
給排が行われないデューティ比範囲の略中央値（例えば
５０％）に設定されている。

【００４７】つまり、前記相対回動位置（回転位相）を
遅角方向へ変化させる必要がある場合には、前記フィー
ドバック補正分ＵＤＴＹによりデューティ比が減少さ
れ、オイルポンプ４７から圧送された作動油が遅角側油
圧室３３に供給されると共に、進角側油圧室３２内の作
動油がオイルパン４６内に排出されるようになり、逆
に、前記相対回動位置（回転位相）を進角方向へ変化さ
せる必要がある場合には、前記フィードバック補正分Ｕ
ＤＴＹによりデューティ比が増大され、作動油が進角側
油圧室３２内に供給されると共に、遅角側油圧室３３内
の作動油がオイルパン４６に排出されるようになる。そ
して、前記相対回動位置（回転位相）を現状の状態に保
持する場合には、前記フィードバック補正分ＵＤＴＹの
絶対値が減ることで、ベースデューティ比付近のデュー
ティ比に戻るよう制御され、供給ポート５５，第３ポー
ト５８，第４ポート５９の閉止（油圧の給排の停止）に
より各油圧室３２，３３の内圧を保持するように制御さ
れる。

【００４８】ここで、前記フィードバック補正分ＵＤＴ
Ｙ（油圧操作量）が、スライディングモード制御によ
り、以下のように算出される。なお、以下では、前記検
出されるカムスプロケット１とカムシャフト２との相対
回動位置（回転位相）をバルブタイミング制御装置（Ｖ
ＴＣ）の実角度、その目標値をＶＴＣの目標角度として
説明する。

【００４９】図７は、スライディングモード制御を適用
した前記コントローラ４８による電磁アクチュエータ５
４のデューティ制御の様子を示すブロック図である。目
標角度ＶＴＣＴＲＧと実角度ＶＴＣＮＯＷとの偏差であ
るエラー量ＰＥＲＲ（制御偏差）を算出し、該エラー量
ＰＥＲＲにＰ分ゲインｃを乗じた比例操作量Ｕ_P（Ｕ_P＝
ｃ×（ＰＥＲＲ））と、実角度ＶＴＣＮＯＷの微分値
（ｄ（ＶＴＣＮＯＷ）／ｄｔ）に速度ゲインｄを乗じた
速度操作量Ｕ_N（Ｕ_N＝ｄ×（ｄ（ＶＴＣＮＯＷ）／ｄ
ｔ）を加算して線形項操作量Ｕ_L（Ｕ_L＝Ｕ_P＋Ｕ_N）を算
出する。

【００５０】また、前記エラー量ＰＥＲＲに傾きγを乗
じた値と、エラー量ＰＥＲＲの微分値ｄ（ＰＥＲＲ）／
ｄｔとを加算して、切換関数Ｓ（Ｓ＝γ×（ＰＥＲＲ）
＋ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔ）を算出し、該切換関数Ｓを用
いて非線形項操作量Ｕ_NL（Ｕ _NL＝−ｋＳ／（｜Ｓ｜＋
δ））を算出する。

【００５１】なお、ｋは非線形項ゲイン、δはチャタリ
ング防止係数である。前記線形項操作量Ｕ_Lは、切換線
（Ｓ＝０）上に沿ってシステム状態を目標値へ向けて動
かし、非線形項操作量Ｕ_NLは、状態を切換線（Ｓ＝０）
に向かわせ、切換線（Ｓ＝０）上に拘束させる働きをす
る。これにより、初期状態から位相平面上の切換線（Ｓ
＝０）上にシステム状態を向かわせ、切換線（Ｓ＝０）
上にシステム状態が乗ったら、切換線（Ｓ＝０）上に拘
束され滑りながら原点（目標値）に到達する（図８参
照）。

【００５２】そして、前記線形項操作量Ｕ_Lと、非線形
項操作量Ｕ_NLとを加算して、フィードバック補正分ＵＤ
ＴＹを算出し、該フィードバック補正分ＵＤＴＹを、前
記不感帯中立位置相当のベースデューティ比ＢＡＳＥＤ
ＴＹに加算して、該加算結果を最終的なデューティ比Ｖ
ＴＣＤＴＹとして出力する。

【００５３】このように、スライディングモード制御に
よってフィードバック補正量を算出して、予め設定され
た切換線Ｓ＝０上にシステムの状態を導くようにフィー
ドバックゲインの切換が行なわれるので、前記切換弁の
不感帯のバラツキ、油温や油圧などの外乱による影響を
受けにくく、ロバスト性の高い制御を行うことができ、
部品の加工精度を下げられ、加工コストを低減できる。

【００５４】また、特に、切換関数Ｓをエラー量の関数
とすることで、エラー量に応じた操作量（非線形項操作
量）を与えることができ、これにより、前記切換弁（ス
プール弁）の不感帯を乗り越えるための複雑なディザー
制御が不要となり、ＲＯＭやＲＡＭの容量も節約でき
る。また、従来、ＰＩＤ制御とディザー制御との双方に
ついてマッチングを行なう必要があったのを、スライデ
ィングモード制御についてのみ行なえばよいので、適合
工数も少なくて済む。

【００５５】次に、上記バルブタイミング制御装置にお
ける油圧室への空気混入に対応するフェイルセーフを、
図９のフローチャートに従って説明する。図９のフロー
チャートにおいて、ステップＳ１では、前記非線形項操
作量Ｕ_NLの変動周波数を求める。尚、周波数の変わり
に、周波数を示す所定時間内における反転回数を用いる
構成としても良い。

【００５６】ステップＳ２では、前記非線形項操作量Ｕ
_NLの変動周波数ｆが、予め記憶された基準周波数ｆsよ
りも高いか否かを判別する。油圧室に対して空気が混入
すると、回転位相が変化し易くなり、前記変動周波数ｆ
が空気の混入がないときに比べて高くなるので、変動周
波数ｆが基準周波数ｆsよりも高い場合には、油圧室に
対し所定以上の空気が混入しているものと推定する。

【００５７】所定以上の空気の混入が推定されるときに
は、回転位相を強制的に最遅角又は最進角させることで
油を循環させ、空気抜きを図るフェイルセーフを行わせ
るが、本実施形態では、機関の運転条件に応じて最遅角
させるか最進角させるかを選択するようになっている。

【００５８】ステップＳ２で変動周波数ｆが基準周波数
ｆsよりも高いと判別されると、ステップＳ３へ進み、
機関の回転速度が所定速度以上であるか否かを判別し、
所定速度以上であれば、ステップＳ５へ進んで回転位相
を強制的に最進角側に制御する。

【００５９】一方、機関の回転速度が所定速度未満であ
れば、ステップＳ４へ進んで、機関トルクが所定値以上
であるか否かを判別し、機関トルクが所定値以上であれ
ば、ステップＳ５へ進んで回転位相を強制的に最進角側
に制御する。

【００６０】また、機関トルクが所定値未満であると
き、即ち、機関の低回転・低負荷領域では、ステップＳ
６へ進んで、回転位相を強制的に最遅角側に制御する。
尚、空気混入の推定に基づいて回転位相の目標を強制的
に最遅角又は最進角に切り換えた後、実際に回転位相が
最遅角又は最進角になったら、通常の目標回転位相に戻
すようにすると良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態におけるバルブタイミング制御装置
を示す断面図。

【図２】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図３】上記バルブタイミング制御装置の分解斜視図。

【図４】上記バルブタイミング制御装置における電磁切
換弁を示す縦断面図。

【図５】上記バルブタイミング制御装置における電磁切
換弁を示す縦断面図。

【図６】上記バルブタイミング制御装置における電磁切
換弁を示す縦断面図。

【図７】上記バルブタイミング制御装置の制御ブロック
図。

【図８】上記バルブタイミング制御装置のスライディン
グモード制御時の目標角度への収束の様子を示す図。

【図９】上記バルブタイミング制御装置における空気混
入に対応するフェイルセーフを示すフローチャート。

【符号の説明】

２…カムシャフト４…油圧回路３２…進角側油圧室３３…遅角側油圧室４５…電磁切換弁４７…オイルポンプ４８…コントローラ５３…スプール弁体１０１…回転センサ１０２…エアフローメータ１０３…クランク角センサ１０４…カムセンサ

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クランクシャフトに対するカムシャフトの
回転位相を油圧室の油圧を制御することで連続的に可変
制御する構成の内燃機関のバルブタイミング制御装置で
あって、目標の回転位相にするための油圧の操作量を、スライデ
ィングモード制御による線形項及び切換関数に応じて算
出される非線形項に基づき設定する構成とすると共に、
前記非線形項による操作量の変動に基づいて油圧室に対
する空気の混入を推定し、所定以上の空気混入が推定さ
れたときに所定のフェイルセーフを実行させるよう構成
したことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御
装置。
【請求項２】前記非線形項による操作量の変動を、前記
非線形項による操作量の変動周波数に基づいて判別する
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のバルブタイ
ミング制御装置。
【請求項３】前記所定のフェイルセーフが、前記回転位
相を強制的に最遅角又は最進角に制御することであるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関のバルブ
タイミング制御装置。
【請求項４】機関の運転条件に基づいて最遅角又は最進
角のいずれか一方を選択することを特徴とする請求項３
記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置。
【請求項５】前記カムシャフトをカムスプロケットに対
して相対的に回転させてクランクシャフトに対するカム
シャフトの回転位相を連続的に可変制御する構成であっ
て、前記カムシャフトとカムスプロケットとの一方側の
所定円周上に設けた凹部と、前記カムシャフトとカムス
プロケットとの他方側に設けられ前記凹部内に収容され
ると共に前記凹部を回転方向の前後に区画して一対の油
圧室を形成するベーンとを備え、前記一対の油圧室に相
対的に油を給排することで、前記回転位相を連続的に可
変制御する構成であることを特徴とする請求項１〜４の
いずれか１つに記載の内燃機関のバルブタイミング制御
装置。
【請求項６】実際の回転位相と目標の回転位相との偏差
をＰＥＲＲ、傾きをγとしたときに、切換関数Ｓが、Ｓ＝γ×ＰＥＲＲ＋ｄ（ＰＥＲＲ）／ｄｔとして算出され、非線形項操作量Ｕ_NLが、非線形項ゲイ
ンｋ及びチャタリング防止係数δに基づき、Ｕ_NL＝−ｋＳ／（｜Ｓ｜＋δ）として算出されることを特徴とする請求項１〜５のいず
れか１つに記載の内燃機関のバルブタイミング制御装
置。