CN100513756C - 控制具有可变气门驱动系统和可变压缩比机构的内燃机的装置及方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种发动机的控制装置，其具有能够改变气门的升程量的可变升程机构和能够改变燃烧室内的压缩比的可变压缩比机构。该控制装置控制可变升程机构和可变压缩比机构，使得在所要求的发动机输出增加时、压缩比的减小速率比升程量的增加速率快；在所要求的发动机输出减小时、升程量的减小速率比压缩比的增加速率快。在发动机具有能够改变气门的相位的可变相位机构的情况下，控制装置控制可变压缩比机构和可变相位机构，使得在所要求的发动机输出增加时、压缩比的减小速率比相位向滞后侧的变化速率快；在所要求的发动机输出减小时、相位的向超前侧的变化速率比压缩比的增加速率快。这样，避免了气门和活塞之间的接触。

Description

控制具有可变气门驱动系统和可变压缩比机构的内燃机的装置及方法

技术领域

本发明涉及控制具有可变气门驱动系统和可变压缩比机构的内燃机的装置及方法。

背景技术

一些内燃机的可变气门驱动系统能够可变地控制进气排气门的升程量。通过这样控制进气排气门，能够生成所希望的发动机输出。另一方面，提出了可变地控制发动机的燃烧室内的压缩比的可变压缩比机构。

在日本特开2001-263099号公报中记载了解决在使用了通过改变活塞的上死点位置来改变压缩比的可变压缩比机构的情况下的、活塞和进气门之间的干涉的方法。根据该方法，在活塞的上死点位置变得较高的高压缩比状态下，使打开进气门的时刻滞后，或者减少进气门的升程量。

发明内容

通过气门的升程量来控制发动机输出，从而可以降低泵气损失(pumping loss)、实现燃油效率的提高。并且，通过基于运转状态改变压缩比，可在低负荷下提高燃烧稳定性、在高负荷下减少抑制爆震(Knocking)所需的点火正时滞后量。

压缩比越高，则活塞的上死点的位置越接近气缸盖。如图24(a)和(c)所示，压缩比低时，活塞的上死点的位置较低，所以无论气门的升程量如何，气门和活塞都不可能接触。如图24(b)所示，压缩比高时，如果气门的升程量较小，则气门和活塞不会接触。但是，如图24(d)所示，压缩比高时，例如在气门驱动系统和(或)压缩比机构的过渡状态中，可能产生气门的升程量较大的状态。在高压缩比的高升程的状态下，气门和活塞可能碰撞，这种碰撞会损坏发动机。

为了避免这种碰撞，考虑了在活塞上设置较大的“回避槽”(所谓的凹槽)。但是，如果在活塞上设置这样的“回避槽”，会使活塞上部的形状变得复杂，可能使燃烧状态恶化。

因此，在具有能够改变气门的升程量的气门驱动系统和能够改变压缩比的可变压缩比机构的发动机中，需要有能够避免气门和活塞之间的碰撞的控制装置。

而且，一些气门驱动系统能够可变地控制气门的相位。在具有这种气门驱动系统和可变压缩比机构的发动机中，产生如下的问题。参照图25(a)，标号101表示气门的升程量，标号102表示活塞的位置。活塞差不多到达上死点时，气门开始打开(时刻t1)。在这样的通常相位或者滞后相位处、气门打开的情况下，气门和活塞不会碰撞。但是，参照图25(b)，气门的相位超前，因而在活塞到达上死点之前、气门开始打开。在这种情况下，气门和活塞就可能碰撞(时刻t2)。

因此，在还具有能够改变气门的相位的气门驱动系统的发动机中，需要有能够避免气门和活塞之间的碰撞的控制装置。

根据本发明的一个方面，提供了用于具有能够改变气门的升程量的可变升程机构和能够改变燃烧室内的压缩比的可变压缩比机构的内燃机的控制装置。该控制装置控制可变压缩比机构和可变升程机构，使得在所要求的发动机输出增加时，压缩比的减小速率比升程量的增加速率快。并且，控制可变压缩比机构和可变升程机构，使得在所要求的发动机输出减小时，升程量的减小速率比压缩比的增加速率快。根据本发明，可以在实现与所要求的发动机输出相应的进气量的同时避免气门和活塞之间的接触。

在本发明的一种实施方式中，还具有能够改变气门的相位的可变相位机构。控制装置控制可变压缩比机构和可变相位机构，使得在所要求的发动机输出增加时，压缩比的减小速率比相位向滞后侧的变化速率快。控制可变压缩比机构和可变相位机构，使得在所要求的发动机输出减小时，相位向超前侧的变化速率比压缩比的增加速率快。根据本发明，可以在实现与所要求的发动机输出相应的进气量的同时避免气门和活塞之间的接触。

根据本发明的另一个方面，具有：压缩比控制器，其控制内燃机的燃烧室内的压缩比；以及升程控制器，其控制内燃机的气门的升程量。还具有主从切换部，其基于所要求的发动机输出，选择压缩比和升程量中的一个作为主参数，选择另一个作为从参数。主从切换部将压缩比控制器和升程控制器中、控制该主参数的控制器指定为主控制器，将控制该从参数的控制器指定为从控制器。主控制器基于所要求的发动机输出，计算关于该主参数的目标值，将主参数控制为收敛于该目标值。从控制器基于作为控制主参数的结果的该主参数的实测值，计算关于从参数的目标值，将从参数控制为收敛于该目标值。其中，在上述要求的发动机输出增加时，上述主从切换部选择上述压缩比作为上述主参数，选择上述升程量作为上述从参数；在上述要求的发动机输出减小时，上述主从切换部选择上述升程量作为上述主参数，选择上述压缩比作为上述从参数，使主参数的减小速率比从参数的增加速率快。根据本发明，根据所要求的发动机输出的增减，来切换主和从参数，所以可以在实现与所要求的发动机输出相应的进气量的同时避免气门和活塞之间的接触。

根据本发明，将主参数和从参数控制为从参数追随主参数，所以可以在实现与所要求的发动机输出相应的进气量的同时避免气门和活塞接触。

根据本发明的一种实施方式，还具有相位控制器，其控制内燃机的气门的相位。主从切换部还基于所要求的发动机输出，选择压缩比、升程量以及相位中的一个作为主参数，选择其它的作为从参数。主从切换部将压缩比控制器、升程控制器以及相位控制器中、控制该主参数的控制器指定为主控制器，将控制该从参数的控制器指定为从控制器。

在本发明的一种实施方式中，在内燃机处于极低负荷、所要求的发动机输出增加时，主从切换部选择压缩比作为主参数，选择升程量和相位作为从参数。并且，在内燃机机处于极低负荷、所要求的发动机输出减少时，主从切换部选择相位作为主参数，选择升程量和压缩比作为从参数。根据本发明，根据发动机处于极低负荷的情况，来切换主和从参数，所以可以在实现与所要求的发动机输出相应的进气量的同时避免气门和活塞之间的接触。

根据本发明的另一种实施方式，在内燃机处于极低负荷时，升程控制器基于作为通过相位控制器进行控制的结果的相位的实测值，来设定升程量的目标值。根据本发明，在发动机处于极低负荷时，可通过相位控制器控制微小的进气量。

根据本发明的另一种实施方式，主控制器构成为实施可指定主参数向目标值的响应速度的响应指定型控制，从控制器构成为实施可指定从参数向目标值的响应速度的响应指定型控制。关于主参数的响应速度设定为比关于从参数的响应速度快。根据本发明，可使主参数收敛得比从参数快，因此可以更可靠地避免从参数超越主参数。

根据本发明的另一个方面，还具有进气量控制器，其计算用于使内燃机的进气量收敛于实现所要求的发动机输出的目标进气量的进气量校正值。主控制器基于该进气量校正值，计算主参数的目标值。根据本发明，可提高实际进气量追随目标进气量的精度。

根据本发明的一种实施方式，进气量控制器实施可指定进气量向目标进气量的响应速度的响应指定型控制。该进气量控制器根据所要求的发动机输出的增减来设定该响应速度。根据本发明，所要求的驱动力增加时，可使进气量的响应性加快而提高操作性能。并且，在一种实施方式中，根据发动机负荷来设定该响应速度。根据本发明，可根据发动机负荷，尽早地达到必要的发动机输出。

根据本发明的一种实施方式，进气量控制器的进气量校正值的运算周期设定为，比主和从控制器的主参数和从参数的运算周期长。根据本发明，主和从参数的目标值设定为适合于具有比较慢的响应特性的进气量的变化的周期，所以能够将主参数和从参数控制为高精度地追随该进气量。并且，有时在可变压缩比机构、可变升程机构、以及可变相位机构的行为中出现由于摩擦等引起的非线性特性。通过按照较短的周期进行主和从参数的控制，能够抑制在主和从参数中出现这种非线性特性的影响。

根据本发明的一种实施方式，还具有故障保险单元，其在由上述压缩比控制器控制的可变压缩比机构、由上述升程控制器控制的可变升程机构、以及由上述相位控制器控制的可变相位机构中的任意一个中检测出某种故障时，停止由该压缩比控制器、升程控制器以及相位控制器进行的控制，通过响应指定型控制来操作点火正时，以使发动机转速维持预定值。根据本发明的一种实施方式的对具有能够改变气门的升程量的可变升程机构和能够改变燃烧室内的压缩比的可变压缩比机构的发动机进行控制的方法，包括如下步骤：控制上述可变压缩比机构和上述可变升程机构，使得在所要求的发动机输出增加时，上述压缩比的减小速率比上述升程量的增加速率快。

根据本发明的一种实施方式的对具有能够改变气门的升程量的可变升程机构和能够改变燃烧室内的压缩比的可变压缩比机构的发动机进行控制的方法，包括如下步骤：控制上述可变压缩比机构和上述可变升程机构，使得在所要求的发动机输出减小时，上述升程量的减小速率比上述压缩比的增加速率快。

根据本发明的一种实施方式的用于控制发动机的方法，包括如下步骤：(a)基于所要求的发动机输出，选择上述发动机的燃烧室中的压缩比和上述发动机的气门的升程量中的一个作为主参数，选择另一个作为从参数；(b)基于上述要求的发动机输出，计算关于上述主参数的目标值；(c)控制上述主参数，使其收敛于由上述步骤(b)计算出的目标值；(d)基于作为在上述步骤(c)中控制上述主参数的结果的该主参数的实测值，计算关于上述从参数的目标值；以及(e)控制上述从参数，使其收敛于由上述步骤(d)计算出的目标值，其中在上述步骤(a)中，在上述要求的发动机输出增加时，选择上述压缩比作为上述主参数，选择上述升程量作为上述从参数；在上述步骤(a)中，在上述要求的发动机输出减小时，选择上述升程量作为上述主参数，选择上述压缩比作为上述从参数；通过上述主参数的控制和上述从参数的控制，使上述主参数的减小速率比上述从参数的增加速率快。

根据本发明的一种实施方式的用于控制发动机的方法，包括如下步骤：(a)基于所要求的发动机输出，选择上述发动机的燃烧室中的压缩比、上述发动机的气门的升程量、以及该气门的相位中的一个作为主参数，选择其它的作为从参数；(b)基于上述要求的发动机输出，计算关于上述主参数的目标值；(c)控制上述主参数，使其收敛于由上述步骤(b)计算出的目标值；(d)基于作为在上述步骤(c)中控制上述主参数的结果的该主参数的实测值，计算关于上述从参数的目标值；以及(e)控制上述从参数，使其收敛于由上述步骤(d)计算出的目标值，其中，在上述步骤(a)中，在上述发动机处于极低负荷、上述要求的发动机输出增加时，选择上述压缩比作为上述主参数，选择上述升程量和上述相位作为上述从参数；在上述步骤(a)中，在上述发动机处于极低负荷、上述要求的发动机输出减小时，选择上述相位作为上述主参数，选择上述升程量和上述压缩比作为上述从参数；当所述发动机处于极低负荷、上述要求的发动机输出增加时，通过上述主参数的控制和上述从参数的控制，使上述压缩比的减小速率比上述升程量的增加速率和所述相位滞后的速率快；并且当所述发动机处于极低负荷、上述要求的发动机输出减小时，通过上述主参数的控制和上述从参数的控制，使上述相位超前的速率比上述升程量的减小速率和所述压缩比的增加速率快。

附图说明

图1是概略地表示基于本发明的一个实施例的、发动机及其控制装置的图。

图2(a)表示基于本发明的一个实施例的、进气量和压缩比之间的关系的图，(b)表示进气量和升程量之间的关系的图。

图3是表示基于本发明的一个实施例的、用于避免气门和活塞之间的碰撞的方法的原理的图。

图4是表示基于本发明的一个实施例的、各个模式中的压缩比、升程量、以及相位的控制的概要的图。

图5是表示基于本发明的一个实施例的、确定各个模式中的主参数和从参数的规则的表。

图6是表示根据主参数的目标值对从参数进行了控制的情况的图。

图7是表示基于本发明的一个实施例的、根据主参数的实测值对从参数进行了控制的情况的图。

图8是基于本发明的一个实施例的、控制装置的功能框图。

图9是表示基于本发明的一个实施例的、用于求出目标压缩比的映射图的一例的图。

图10是表示基于本发明的一个实施例的、用于求出目标升程量的映射图的一例的图。

图11是表示基于本发明的一个实施例的、用于求出目标相位的映射图的一例的图。

图12是基于本发明的一个实施例的、进气量控制器的功能框图。

图13是表示基于本发明的一个实施例的、响应指定型控制中的控制量的收敛形式的图。

图14是表示基于本发明的一个实施例的、响应指定型控制中的按照响应指定参数的收敛速度的图。

图15是基于本发明的一个实施例的、压缩比控制器的功能框图。

图16是表示基于本发明的一个实施例的、进气量控制的过程的流程图。

图17是表示基于本发明的一个实施例的、主从切换的过程的流程图。

图18是表示基于本发明的一个实施例的、计算进气量校正值的过程的流程图。

图19是表示基于本发明的一个实施例的、控制压缩比、升程量、以及相位的过程的流程图。

图20是表示基于本发明的一个实施例的、点火正时控制的过程的流程图。

图21是基于本发明的一个实施例的、用于求出目标进气量的映射图。

图22是基于本发明的一个实施例的、用于求出关于各个模式的参数基准值的映射图。

图23是基于本发明的一个实施例的、用于求出发动机达到暖机状态后的点火正时的映射图。

图24是表示活塞和气门的位置关系的图。

图25是表示活塞动作和气门相位之间的关系的图。

具体实施方式

内燃机和控制装置的结构

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是基于本发明的实施方式的、内燃机(以下，称为发动机)及其控制装置的整体结构图。

电子控制单元(以下，称为“ECU”)1具有：输入接口1a，其接收从车辆的各部发送来的数据；CPU 1b，其执行用于进行车辆的各部的控制的运算；存储器1c，其具有读取专用存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)；以及输出接口1d，其向车辆的各部发送控制信号。在存储器1c的ROM中存储有用于进行车辆的各部的控制的程序及各种数据。基于本发明的控制用的程序存储在该ROM中。ROM也可以是EPROM那样的可改写的ROM。在RAM中设有用于由CPU 1b进行运算的工作区。从车辆的各部发送来的数据和发送给车辆的各部的控制信号暂时存储在RAM中。

发动机2例如是4冲程发动机。发动机2通过进气门3与进气管4连接，通过排气门5与排气管6连接。根据来自ECU 1的控制信号喷射燃料的燃料喷射阀7设置在进气管4上。

发动机2将从进气管4吸入的空气与从燃料喷射阀7喷射的燃料的混合气体吸入到燃烧室8中。在燃料室8中设置有根据来自ECU1的点火正时信号迸发出火花的火花塞9。通过由火花塞9产生的火花，使混合气体燃烧。混合气体的体积由于燃烧而增大，从而将活塞10压向下方。活塞10的往复运动被转换成曲轴11的旋转运动。

在发动机2中设置有曲轴角传感器17。曲轴角传感器17随着曲轴的旋转向ECU 1输出作为脉冲信号的CRK信号和TDC信号。

CRK信号是每过预定的曲轴角(例如为30度)时输出的脉冲信号。ECU 1根据该CRK信号计算发动机2的转速NE。TDC信号是每过与活塞10的TDC位置相关的曲轴角度时输出的脉冲信号。

在进气管4的上游设有空气流量计(AFM)20。空气流量计20检测通过进气管4吸进燃烧室8中的空气量，将其发送给ECU 1。

凸轮角传感器21与ECU 1连接。凸轮角传感器21随着凸轮轴(未图示)的旋转，每过预定的凸轮角(例如为1度)、向ECU 1输出作为脉冲信号的CAM信号，其中凸轮轴通过进气凸轮与进气门3连接。ECU 1基于CRK信号和CAM信号计算进气凸轮相对于曲轴11的实际相位Cain。

油门踏板开度传感器22与ECU 1连接。油门踏板开度传感器22检测油门踏板的开度，将其发送给ECU 1。

车速传感器23和档位传感器24与ECU 1连接，分别检测车速和所选择的变速比，将其发送给ECU 1。

可变压缩比机构25是能够根据来自ECU 1的控制信号改变燃烧室内的压缩比的机构。可变压缩比机构25可以通过任意的已知方法来实现。例如，提出了利用油压改变活塞的位置，由此根据运转状态改变压缩比的方法(日本特开平08-284702号公报等)。

可变压缩比机构25具有用于检测燃烧室的容积变化的传感器。燃烧室的容积变化发送给ECU 1，ECU 1基于燃烧室的容积变化来运算实际压缩比Cr。作为代替，也可以用其它方法测量实际压缩比Cr。例如，也可以检测曲轴的旋转角，基于该旋转角求出压缩比。

可变升程机构26是能够根据来自ECU1的控制信号改变进气门3的升程量的机构。能够通过任意的已知的方法来实现可变升程机构26。例如，被称为所谓VTEC的机构设有多个不同形状的凸轮，根据运转状态来切换凸轮。根据所选择的凸轮，使进气排气门的升程量不同(例如，日本特开平7-197846号公报等)。当然，可以将可变升程机构26构成为还能改变排气门5的升程量。

可变升程机构26具有用于检测进气门的实际的升程量Lift的机构。例如，具有检测驱动进气门的致动器的变位的传感器，ECU 1能够基于该检测出的变位来求出实际升程量Lift。

可变相位机构(称为VTC)27是可以根据来自ECU 1的控制信号来改变进气门3的开闭定时的机构。可以通过任意的已知的方法来实现可变相位机构27。例如，提出了通过利用油压来将进气门的相位控制为超前或滞后的方法(日本特开2000-227033号公报等)。当然，可以将可变相位机构27构成为还能改变排气门5的相位。

作为代替，也可以将可变升程机构和可变相位机构构成为一体。

在以下的说明中，在将可变升程机构和可变相位机构合起来指出时，有时称为可变气门驱动系统。

向ECU 1发送的信号传递给输入接口1a，进行模拟-数字转换。CPU1b根据存储在存储器1c中的程序来处理转换得到的数字信号，作出用于发送给车辆的致动器的控制信号。输出接口1d将这些控制信号发送给燃料喷射阀7、火花塞9及其它机械元素的致动器。

本发明的原理

参照图2和图3对本发明的原理进行说明，以助于理解本发明。

图2(a)是要根据发动机的运转状态设定的压缩比的映射图。需要将压缩比控制为进气量越大、则越低。

图2(b)是要根据发动机的运转状态设定的进气门升程量的映射图。需要将升程量控制为进气量越大、则越大。

典型地，进气量根据驾驶员所要求的驱动力(也称为发动机输出，典型地，由油门踏板开度AP表示)而变化。由图2(a)和(b)可知，在以下的情况下发生进气门和活塞之间的接触。

1)在要求驱动力减小的情况下，压缩比的增加速度比升程量的减小速度快的情况。

2)在要求驱动力增加的情况下，升程量的增加速度比压缩比的减小速度快的情况。

图3(a)表示气门和活塞碰撞的情况。气门的升程量由标号31表示，活塞的位置由标号32表示。标号35表示上述1)的情况下的碰撞，标号36表示上述2)的情况下的碰撞。

图3(b)表示气门和活塞不碰撞的情况。在要求驱动力减小的区域37中，由于升程量的减小速度比压缩比的增加速度快，所以气门和活塞不会碰撞。在要求驱动力增加的区域38中，由于压缩比的减小速度比升程量的增加速度快，所以气门和活塞不会碰撞。

在本发明中，如图3(b)所示，控制气门的升程量和压缩比，来避免气门和活塞之间的碰撞。

在本发明的一种实施方式中，构建了主从机构，以实现该控制。基于发动机的运转状态，选择压缩比、升程量、以及相位中的一个作为主参数。其它的参数称为从参数。主参数被控制成使进气量收敛于目标进气量。基于作为进行了主参数的控制的结果的该主参数的实测值，来控制从参数。通过这样的主从式的控制，使主参数的变化速率比从参数的变化速率快。

为了实现图3(b)所示的控制，可以如以下的a)和b)那样确定主/从参数。

a)在所要求的驱动力增加的情况下，将压缩比作为主参数，将升程量作为从参数。

b)在所要求的驱动力减小的情况下，将升程量作为主参数，将压缩比作为从参数。

进气量相对于升程量变化的响应性比进气量相对于相位的变化的响应性好。因此，在发动机不处于极低负荷时，基于升程量的实测值来控制相位。通过主从控制，将升程量控制成避免活塞和气门之间的碰撞，所以由于这样的相位的控制，活塞和气门不会碰撞。

另一方面，发动机极低负荷时，需要控制微小的进气量。为了控制微小的进气量，需要高精度(例如，微米级)地改变升程量。有时很难通过可变升程机构来实现这样的高精度的升程量的控制。可变相位机构能够微小地(例如，1度等)改变相位，因而能够微小地改变进气量。因此，在发动机处于极低负荷的情况下，基于相位的实测值来控制升程量。

参照图4，对用于确定主和从参数的规则进行具体说明。在此，实线表示实测值，虚线表示目标值。

Mode1表示发动机是极低负荷、要求驱动力增加的模式。压缩比控制为降低，升程量控制为增加，相位向滞后侧进行控制。在要求驱动力增加的状态下，选择压缩比作为主参数，使压缩比的减小速率比升程量的增加速率快。将目标压缩比Cr_cmd设定为使进气量收敛于目标进气量。可变压缩比机构25工作为使实际压缩比Cr达到目标压缩比Cr_cmd。由于发动机处于极低负荷，所以如上所述，先于升程量控制相位。基于由可变压缩比机构25所实现的实际压缩比Cr设定目标相位Cain_cmd。可变相位机构27工作为使实际相位Cain达到目标相位Cain_cmd。接着，基于由可变相位机构27所实现的实际相位Cain设定目标升程量Lift_cmd。可变升程机构26工作为使升程量Lift达到目标升程量Lift_cmd。

Mode3表示发动机从低负荷向高负荷变化、要求驱动力增加的模式。压缩比控制为降低，升程量控制为增加，相位向滞后侧进行控制。在Mode3中，与Mode1同样地，选择压缩比作为主参数，使压缩比Cr的减小速率比升程量的增加速率快。将目标压缩比Cr_cmd设定为使进气量收敛于目标进气量。可变压缩比机构25工作为使实际压缩比Cr达到目标压缩比Cr_cmd。由于发动机不处于极低负荷，所以先于相位控制升程量。基于由可变压缩比机构25所实现的实际压缩比Cr设定目标升程量Lift_cmd。可变升程机构26工作为使实际升程量Lift达到目标升程量Lift_cmd。接着，基于由可变升程机构26所实现的实际升程量Lift设定目标相位Cain_cmd。可变相位机构27工作为使实际相位Cain达到目标相位Cain_cmd。

Mode4表示发动机从高负荷向低负荷变化、要求驱动力减少的模式。压缩比控制为升高，升程量控制为减少，相位向超前侧进行控制。在要求驱动力减少的状态下，选择升程量Lift作为主参数，使升程量的减小速率比压缩比Cr的增加速率快。将目标升程量Lift_cmd设定为使进气量收敛于目标进气量。可变升程机构26工作为使实际升程量Lift达到目标升程量Lift_cmd。基于由可变升程机构26所实现的实际升程量Lift设定目标相位Cain_cmd和目标压缩比Cr_cmd。可变相位机构27工作为使实际相位Cain达到目标相位Cain_cmd，可变压缩比机构25工作为使实际压缩比Cr达到目标压缩比Cr_cmd。

Mode2表示发动机是极低负荷、要求驱动力减少的模式。压缩比控制为升高，升程量控制为减少，相位向超前侧进行控制。由于发动机处于极低负荷，所以选择相位作为主参数。升程量被控制成追随相位，压缩比被控制成追随升程量。这样，使升程量的减小速率比压缩比的增加速率快。将目标相位Cain_cmd设定为使进气量收敛于目标进气量。可变相位机构27工作为使实际相位Cain达到目标相位Cain_cmd。基于由可变相位机构27实现的实际相位Cain设定目标升程量Lift_cmd。可变升程机构26工作为使实际升程量Lift达到目标升程量Lift_cmd。接着，基于由可变升程机构26所实现的实际升程量Lift设定目标压缩比Cr_cmd。可变压缩比机构25工作为使实际压缩比Cr达到目标压缩比Cr_cmd。

图5是对上述的mode1～mode4中的主和从参数的确定方法进行归纳而制成的表。

需要注意的是，从参数的目标值是基于主参数的实测值确定的，而不是基于主参数的目标值确定的。参照图6和图7说明其效果。在图中，实测值用实线表示，目标值用虚线表示。

图6表示基于主参数的目标值确定从参数的目标值的情况。在该例中，主参数是压缩比，升程量和相位是从参数。计算目标压缩比Cr_cmd，以达到所希望的要求驱动力。基于目标压缩比Cr_cmd计算目标升程量Lift_cmd。

在时间t1～t2期间，被施加了干扰。由于干扰的施加，产生了实际压缩比Cr不能追随目标值Cr_cmd的状态(区域41)。实际压缩比Cr达到高于目标值Cr_cmd的状态。

基于目标压缩比Cr_cmd确定目标升程量Lift_cmd。将实际升程量Lift控制为收敛于目标升程量Lift_cmd。其结果是，如区域42所示，在高压缩比下达到高升程的状态，气门和活塞碰撞。这样，基于主参数的目标值确定从参数的目标值时，在施加了干扰等的情况下，活塞和气门可能碰撞。

图7表示基于主参数的实际值确定从参数的目标值的情况。在时间t1～t2期间，施加了干扰。计算目标压缩比Cr_cmd，以达到所希望的要求驱动力。基于实际检测出的压缩比Cr计算目标升程量Lift_cmd。

由于干扰的施加，产生了实际压缩比Cr比目标值Cr_cmd高的状态(区域45)。由于基于检测出的实际压缩比Cr确定目标升程量Lift_cmd，所以在高压缩比下达到低升程的状态，因而气门和活塞不会碰撞(区域46)。

这样，通过基于主参数的实测值计算从参数的目标值，即使主参数的实测值和目标值之间产生偏差，也能够避免气门和活塞之间的碰撞。

主从控制装置

图8是基于本发明的一种实施方式的、主从控制装置的功能框图。典型地，通过存储在存储器1c中的程序来实施各功能模块。作为代替，也可以通过硬件来实现这些功能。

目标进气量计算部51基于发动机当前的运转状态，计算目标进气量Gcyl_cmd。例如，可基于车速VP、油门踏板的开度AP、以及变速比SFT等，确定目标进气量Gcyl_cmd。

主从切换部52基于要求驱动力的增减和发动机负荷的大小，根据图5所示的规则，选择Mode1～4中的一个。主从切换部52输出表示所选择的模式的模式信号Mode_state。

在该实施例中，主从切换部52根据目标进气量Gcyl_cmd的变化，判断要求驱动力是增大还是减小。并且，在该实施例中，使用实际的相位和实际的升程量来判断发动机负荷的大小。作为代替，也可以用其它的运转状态参数来判断要求驱动力的增减和发动机负荷的大小。

根据所选择的模式，确定主参数和从参数。在以下的说明中，将压缩比控制器54、升程控制器55、以及相位控制器56中、控制主参数的控制器称为主控制器，控制从参数的控制器称为从控制器。

进气量控制器53计算校正值Gcyl_cmd_cp，该校正值Gcyl_cmd_cp用于使实际吸入到发动机中的空气量Gcyl收敛于目标进气量Gcyl_cmd。该校正值为主控制器的控制输入。

如图所示，模式信号Mode_state优选为传递给进气量控制器53。进气量控制器53可根据选择了何种模式而改变实际进气量Gcyl向目标进气量Gcyl_cmd的收敛速度。

模式信号Mode_state还被发送给各控制器54～56。对从主从切换部52发布了具有值1的信号Mode_state的情况进行说明。Mode1中的主参数是压缩比。压缩比控制器54基于校正值Gcyl_cmd_cp、参照Gcyl-Gr主表，求出目标压缩比Cr_cmd。在图9(a)中示出了Gcyl-Cr主表的一个例子。压缩比控制器54计算用于驱动可变压缩比机构25的指令值U_Cr，以使实际压缩比Cr收敛于目标压缩比Cr_cmd。

相位控制器56接收作为根据指令值U_Cr来驱动可变压缩比机构25时的结果的压缩比Cr。相位控制器56基于实际压缩比Cr、参照Cr-Cain表，求出目标相位Cain_cmd。在图11(b)中示出了Cr-Cain表的一个例子。相位控制器56计算用于驱动可变相位机构27的指令值U_Cain，以使实际相位Cain收敛于目标相位Cain_cmd。

升程控制器55接收作为根据指令值U_Cain来驱动可变相位机构27时的结果的相位Cain。升程控制器55基于实际相位Cain、参照Cain-Lift表，求出目标升程量Lift_cmd。在图10(c)中示出了Cain-Lift表的一个例子。升程控制器55计算用于驱动可变升程机构26的指令值U_Lift，以使实际升程量Lift收敛于目标升程量Lift_cmd。

这样，完成了图4和图5中的Mode1所示的控制。

下面，对从主从切换部52发布了具有值2的Mode_state信号的情况进行说明。Mode2中的主参数是相位。相位控制器56基于校正值Gcyl_cmd_cp、参照Gcyl-Cain主表，求出目标相位Cain_cmd。在图11(a)中示出了Gcyl-Cain主表的一个例子。相位控制器56计算用于驱动可变相位机构27的指令值U_Cain，以使实际相位Cain收敛于目标相位Cain_cmd。

升程控制器55接收作为根据指令值U_Cain来驱动可变相位机构27时的结果的相位Cain。升程控制器55基于实际相位Cain、参照Cain-Lift表，求出目标升程量Lift_cmd。在图10(c)中示出了Cain-Lift表的一个例子。升程控制器55计算用于驱动可变升程机构26的指令值U_Lift，以使实际升程量Lift收敛于目标升程量Lift_cmd。

压缩比控制器54接收作为根据指令值U_Lift来驱动可变升程机构26时的结果的升程量Lift。压缩比控制器54基于实际升程量Lift、参照Lift-Cr表，求出目标压缩比Cr_cmd。在图9(b)中示出了Lift-Cr表的一个例子。压缩比控制器54计算用于驱动可变压缩比机构25的指令值U_Cr，以使实际压缩比Cr收敛于目标压缩比Cr_cmd。

这样，实现了图4和图5的Mode2所示的控制。

下面，对从主从切换部52发布了具有值3的Mode_state信号的情况进行说明。Mode3中的主参数是压缩比。压缩比控制器54基于校正值Gcyl_cmd_cp、参照Gcyl-cr主表，求出目标压缩比Cr_cmd。在图9(a)中示出了Gcyl-Cr主表的一个例子。压缩比控制器54计算用于驱动可变压缩比机构25的指令值U_Cr，以使实际压缩比Cr收敛于目标压缩比Cr_cmd。

升程控制器55接收作为根据指令值U_Cr来驱动可变压缩比机构25时的结果的压缩比Cr。升程控制器55基于实际压缩比Cr、参照Cr-Lift表，求出目标升程量Lift_cmd。在图10(b)中示出了Cr-Lift表的一个例子。升程控制器55计算用于驱动可变升程机构26的指令值U_Lift，以使实际升程量Lift收敛于目标升程量Lift_cmd。

相位控制器56接收作为根据指令值U_Lift来驱动可变升程机构26时的结果的升程量Lift。相位控制器56基于实际升程量Lift、参照Lift-Cain表，求出目标相位Cain_cmd。在图11(c)中示出了Lift-Cain表的一个例子。相位控制器56计算用于驱动可变相位机构27的指令值U_Cain，以使实际相位Cain收敛于目标相位Cain_cmd。

这样，实现了图4和图5中的Mode3所示的控制。

下面，对从主从切换部52发布了具有值4的Mode_state信号的情况进行说明。Mode4中的主参数是升程量。

升程控制器55基于校正值Gcyl_cmd_cp、参照Gcyl-Lift主表，求出目标升程量Lift_cmd。在图10(a)中示出了Gcyl-Lift主表的一个例子。升程控制器55计算用于驱动可变升程机构26的指令值U_Lift，以使实际升程量Lift收敛于目标升程量Lift_cmd。

相位控制器56接收作为根据指令值U_Lift来驱动可变升程机构26时的结果的升程量Lift。相位控制器56基于实际升程量Lift、参照Lift-Cain表，求出目标相位Cain_cmd。在图11(c)中示出了Lift-Cain表的一个例子。相位控制器56计算用于驱动可变相位机构27的指令值U_Cain，以使实际相位Cain收敛于目标相位Cain_cmd。

压缩比控制器54接收作为根据指令值U_Lift来驱动可变升程机构26时的结果的升程量Lift。压缩比控制器54基于实际升程量Lift、参照Lift-Cr表，求出目标压缩比Cr_cmd。在图9(b)中示出了Lift-Cr表的一个例子。压缩比控制器54计算用于驱动可变压缩比机构25的指令值U_Cr，以使实际压缩比Cr收敛于目标压缩比Cr_cmd。

这样，实现了图4和图5中的Mode4所示的控制。

下面，对图8所示的各功能模块进行说明。

进气量控制器

进气量控制器53计算对于主从切换部52所选择出的主控制器的控制输入、即上述的校正值Gcyl_cmd_cp，以使实际的进气量收敛于目标进气量。对该控制输入的计算方法进行说明。

如果考虑到有关发动机的进气量的动态特性，本次的循环中的进气量Gcyl(n)的确定取决于进气量的过去值Gcyl(n-1)和Gcyl(n-2)，可以通过式(1)表示。n是识别由进气量控制器53实施的运算循环的识别符。

Gcyl(n)＝Ag1i·Gcyl(n-1)+Ag2i·Gcyl(n-2)+Bg1i·Gcyl_cmd_cp(n-dgi)(1)

Gcyl表示由空气流量计20(图1)检测出的进气量。dgi表示从校正值Gcyl_cmd_cp输入到主控制器起到反映出该校正值的进气量实际被吸入到发动机为止的死区时间。Ag1i、Ag2i、以及Bg1i是模型参数。

根据选择了哪个控制器作为主控制器，关于进气量控制器53的控制对象的传递函数可能不同。因此，优选为根据选择出的模式来确定死区时间和模型参数的值。在该实施例中，dgi、Ag1i、Ag2i、以及Bg1i的表达式中的“i”表示选择出的模式的序号。例如，dg1、Ag11、Ag21、以及Bg11表示关于Mode1的死区时间和模型参数。

在图12中示出进气量控制器53的详细的功能框图。状态预测器71基于检测出的进气量Gcyl，计算进气量的预测值Pre_Gcyl，以补偿上述的死区时间dgi。2自由度滑模控制器72实施响应指定型控制，计算控制输入Gcyl_cmd_cp，以使预测值Pre_Gcyl收敛于目标值Gcyl_cmd(如后所述，确切讲是Gcyl_cmd_f)。辨识器73递推地辨识式(1)所示的模型参数Ag1i、Ag2i、以及Bg1i(如后所述，确切讲是基于模型参数Ag1i、Ag2i、以及Bg1i的参数αg1i、αg2i、βg1i、…γg1i)。使用基准值来辨识模型参数Ag1i、Ag2i、以及Bg1i。按照每种模式、将该基准值预先存储在存储器1c中。程序器74基于模式信号Mode_state所示的值，提取有关选择出的模式的基准值，将其发送给辨识器73。

以下，对各个功能模块进行详细说明。首先，对状态预测器71进行说明。

对式(1)中的死区时间dgi进行补偿所需的值是Gcyl(n+dgi-1)。因此，表示进气动态特性的模型式(1)向前移动(dgi-1)步。

Gcyl(n+dgi-1)＝Ag1i·Gcyl(n+dgi-2)+Ag2i·Gcyl(n+dgi-3)

               +Bg1i·Gcyl_cmd_cp(n-1)              (2)

式(2)包含有观测不到的未来值Gcyl(n+dgi-2)和Gcyl(n+dgi-3)，因此消除这些未来值。可以通过如下的递归计算来实现消除。式(3)表示进气量Gcyl的预测式。

Gcyl(n+1)＝Ag1i·Gcyl(n)+Ag2i·Gcyl(n-1)+Bg1i·Gcyl_cmd_cp(n-dgi+1)(a)

                                            

Gcyl(n+2)＝Ag1i·Gcyl(n+1)+Ag2i·Gcyl(n)+Bg1i·Gcyl_cmd_cp(n-dgi+2)

                                

将上述(a)式代入Gcyl(n+1)

Gcyl(n+2)＝Ag1i·(Ag1i·Gcyl(n)+Ag2i·Gcyl(n-1)+Bg1i·Gcyl_cmd_cp(n-dgi+1

                 ))+Ag2i·Gcyl(n)+Bg1i·Gcyl_cmd_cp(n-dgi+2)

         ＝(Ag1i²+Ag2i)·Gcyl(n)+Ag1i·Ag2i·Gcyl(n-1)

         +Bg1i·Gcyl_cmd_cp(n-dgi+2)+Ag1i·Bg1i·Gcyl_cmd_cp(n-dgi+1)

.....

                                           

Gcyl(n+dgi-1)＝α_g1i·Gcyl(n)+α_g2i·Gcyl(n-1)+

      +β_g1i·Gcyl_cmd_cp(n-1)+β_g2i·Gcyl_cmd_cp(n-2)

      +，...，+β_gdgi-1i·Gcyl_cmd_cp(n-dgi+1)                   (3)

在此，表示为

$\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\α}}_{g1i}& {\mathrm{\α}}_{g2i}\\ *& *\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cc}\mathrm{Ag}1i& \mathrm{Ag}2i\\ 1& 0\end{array}\right]}^{\mathrm{dgi}-1}.$

设

$\left[\begin{array}{cc}\mathrm{Ag}1i& \mathrm{Ag}2i\\ 1& 0\end{array}\right]=A,\left[\begin{array}{c}\mathrm{Bg}1i\\ 0\end{array}\right]=B$ 时，

[β_g1i β_g2i...β_gdgi-2i β_gdgi-1i]为 $\left[\begin{array}{ccccc}B& \mathrm{AB}& ...& A^{\mathrm{dgi}-3}B& A^{\mathrm{dgi}-2}B\end{array}\right]$ 的第一行部分。

在预测式(3)中，包含用于补偿模型化误差和预测误差的干扰估计值γg1i。式(4)是通过状态预测器71执行的、用于求出预测值pre_Gcyl的式。需要注意的是，模型参数αg1i、αg2i、βg1i、…γg1i的表达式中的“i”也表示模式序号。

Pre_Gcyl(n)＝Gcyl(n+dgi-1)

           ＝α_g1i(n)·Gcyl(n)+α_g2i(n)·Gcyl(n-1)

           +β_g1i(n)·Gcyl_cmd_cp(n-1)+β_g2i(n)·Gcyl_cmd_cp(n-2)+，...，

           +β_gdgi-1i(n)·Gcyl_cmd_cp(n-dgi+1)+γ_g1i(n)

                                                   (4)

下面，对2自由度滑模控制器72进行说明。

2自由度滑模控制器72使用2自由度滑模控制，计算控制输入Gcyl_cmd_cp。滑模控制是能够指定控制量的收敛速度的响应指定型控制。2自由度滑模控制具有对滑模控制进行发展后的形式，能够分别指定控制量相对于目标值的追随速度和被施加了干扰时的控制量的收敛速度。将前者称为目标值响应指定参数POLEgc_fi，将后者称为用于抑制干扰的响应指定参数POLEgci。

根据式(5)，使用目标值响应指定参数POLEgc_fi，将一阶延迟滤波器(低通滤波器)应用于目标值Gcyl_cmd。目标值响应指定参数POLEgc_fi设定为满足-1<POLEgc_fi<0。

Gcyl_cmd_f(n)＝-POLEgc_fi·Gcyl_cmd_f(n-1)+(1+POLEgc_fi)·Gcyl_cmd(n)

                                        (5)

如式(5)所示，通过目标值响应指定参数POLEgc_fi的值，来校正目标值Gcyl_cmd的轨迹，设定新的目标值Gcyl_cmd_f。计算控制输入Gcyl_cmd_cp，以使预测值pre_Gcyl收敛于该新的目标值Gcyl_cmd_f。可根据如何由响应指定参数POLEgc_fi来校正目标值Gcyl_cmd的轨迹，来控制预测值pre_Gcyl向目标值Gcyl_cmd的追随速度。

定义切换函数σgc以实施2自由度滑模控制。通过切换函数σgc，来规定预测值pre_Gcyl相对于目标值Gcyl_cmd_f的偏差的收敛行为。E_gc是预测值pre_Gcyl和目标值Gcyl_cmd_f之间的偏差。使用目标值的前次值Gcyl_cmd_f(n-1)来计算偏差E_gc，用于后述的等价控制输入的运算。用于抑制干扰的响应指定参数POLEgci设定为满足-1<POLEgci<0。

∑gc(n)＝E_gc(n)+POLEgci·E_gc(n-1)      (6)

在此，E_gc(n)＝pre_Gcyl(n)-Gcyl_cmd_f(n-1)

如式7所示，2自由度滑模控制器72将控制输入Gcyl_cmd_cp确定为使切换函数σgc成为零。

σgc(n)＝0

                 

E_gc(n)＝-POLEgci·E_gc(n-1)         (7)

式(7)表示无输入的一阶延迟系统。即，2自由度滑模控制器72将控制量E_gc控制为限制在式(7)所示的一阶延迟系统中。

图13表示在纵轴上有E_gc(n)且在横轴上有E_gc(n-1)的相位平面。在相位平面上示出了由式(7)表现出的切换线81。如果将点82假设为状态量(E_gc(n-1)，E_gc(n))的初始值，则2自由度滑模控制器72将该状态量置于切换线81上，约束在切换线81上。由于将状态量约束在没有输入的一阶延迟系统中，所以状态量随着时间的推移自动收敛于相位平面的原点(即，E_gc(n)，E_gc(n-1)＝0)。可通过将状态量约束在切换线81上，在不受干扰的影响的情况下、使状态量收敛于原点。

图14的标号83、84以及85表示用于抑制干扰的响应指定参数POLEgci分别为-1、-0.8、-0.5的情况下的偏差E_gc的收敛速度。随着响应指定参数POLEgci的绝对值变小，偏差E_gc的收敛速度变快。

2自由度滑模控制器72根据式(8)计算控制输入Gcyl_cmd_cp。Ueq_gc是等价控制输入，是用于将状态量约束在切换线上的输入。Urch_gc是趋近律输入，是用于将状态量置于切换线上的输入。

Gcyl_cmd_cp(n)＝Ueq_gc(n)+Urch_gc(n)       (8)

对求出等价控制输入Ueq_gc的方法进行说明。等价控制输入Ueq_gc具有使状态量保持在相位平面上的任意位置处的功能。因此需要满足式(9)。

σgc(n+1)＝σgc(n)                           (9)

根据式9和上述的预测式(4)，如式(10)那样求出等价控制输入Ueq_gc。

$\mathrm{Ueq}\_\mathrm{gc}\left(n\right)=\mathrm{Gcyl}\_\mathrm{cmd}\_\mathrm{cp}\left(n\right)$

       $=\frac{1}{{\mathrm{\&beta;}}_{g1i}\left(n\right)}\{\mathrm{POLEgci}\&CenterDot;\mathrm{Pre}\_\mathrm{Gcyl}(n-1)+(1-\mathrm{POLEgci})\&CenterDot;\mathrm{Pre}\_\mathrm{Gcyl}\left(n\right)$

       ${-\mathrm{\&alpha;}}_{g1i}\left(n\right)\mathrm{Pre}\_\mathrm{Gcyl}(n-\mathrm{dgi}+2)-{\mathrm{\&alpha;}}_{g2i}\left(n\right)\mathrm{Pre}\_\mathrm{Gcyl}(n-\mathrm{dgi}+1)$

      

       $+\mathrm{Gcyl}\_\mathrm{cmd}\_f\left(n\right)+(\mathrm{POLEgci}-1)\mathrm{Gcyl}\_\mathrm{cmd}\_f(n-1)$

       $-\mathrm{POLEgci}\&CenterDot;\mathrm{Gcyl}\_\mathrm{cmd}\_f(n-2)\}---\left(10\right)$

下面，根据式(11)算出趋近律输入Urch_gc。Krchgci表示反馈增益。考虑到控制量的稳定性和快速响应性等，通过仿真等预先辨识反馈增益Krchgci的值。

$\mathrm{Urch}\_\mathrm{gc}\left(n\right)=\frac{-\mathrm{Krchgci}}{{\mathrm{\&beta;}}_{g1i}\left(n\right)}\mathrm{\&sigma;gc}\left(n\right)---\left(11\right)$

这样，从进气量控制器53输出作为等价控制输入Ueq_gc和趋近律输入Urch_gc之和的控制输入Gcyl_cmd_cp。

目标值响应指定参数POLEgc_fi、用于抑制干扰的响应指定参数POLEgci、以及反馈增益Krchgci的表达式中的“i”表示模式序号。优选为根据选择出的模式设定各模式中的这些参数值。

在该实施例中，目标值响应指定参数POLEgc_fi、用于抑制干扰的响应指定参数POLEgci、以及反馈增益Krchgci的各模式中的值具有如下的关系。

-1<POLEgc_f2<POLEgc_f1<POLEgc_f4<POLEgc_f3<0

-1<POLEgc2<POLEgc1<POLEgc4<POLEgc3<0

0<Krchgc2<Krchgc1<Krchgc4<Krchgc3

由上述的关系可知，控制量的收敛速度设定成按照Mode3、4、1以及2的顺序变快。即、与要求驱动力减少时相比，要求驱动力增加时加快收敛速度。这样，在要求驱动力增加时，能加快进气量的响应性，提高驾驶性能。并且，当发动机处于从低负荷到高负荷之间时，与处于极低负荷时相比，加快收敛速度。从而，在发动机处于正常的运转状态时，能尽快地生成所希望的发动机输出，提高驾驶性能。

根据主控制器的类型将死区时间dgi的大小确定为适当的值。在该实施例中，各模式的死区时间设定为满足如下的关系。

dg4<dg2<dg3<dg1

下面，对辨识器73进行说明。辨识器73辨识式(4)的参数αg1i、αg2i、βg1i、βg2i、…βgdgi-1i、γg1i。从式(3)可知，这些参数基于模型式(1)的模型参数Ag1i、Ag2i以及Bg1i，从而通过辨识这些参数，来辨识式(1)的模型参数。

可以使用最小二乘法和最大似然法等的已知的方法来进行辨识。在本发明的一种实施方式中，使用作为更有效的方法的δ校正法。关于δ校正法，在本申请的申请人的日本专利第3304845号公报中有详细的记载。在此，对使用δ校正法辨识这些参数的方法进行简单的说明。

如式(12)那样表示基于δ校正法的递推型辨识算法。针对每种模式预先设定要辨识的参数的向量θgc(n)的基准值θgc_base(基准值的各元素的“i”表示模式序号)，存储在存储器1c中。程序器74根据模式信号Mode_state的值从存储器1c中提取对应的基准值θgc_base(n)，将其传递给辨识器73。辨识器73通过将基准值θgc_base(n)和其更新成分dθgc(n)相加，来计算参数向量θgc(n)。

θgc(n)＝θgc_base(n)+dθgc(n)                  (12)

dθgc(n)＝δ·dθgc(n-1)+KPgc(n)·ide_gc(n)     (13)

在此，

θgc^T(n)＝[α_g1i(n)，α_g2i(n)，β_g1i(n)，β_g2i(n)，...，β_gdgi-1i(n)，γ_g1i(n)]         (14)

dθgc^T(n)＝[dα_g1i(n)，dα_g2i(n)，dβ_g1i(n)，dβ_g2i(n)，...，dβ_gdgi-1i(n)，dγ_g1i(n)]  (15)

θgc_base^T(n)[α_g1i_base(n)，α_g2i_base(n)，β_g1i(n)_base(n)，

    β_g2i_base(n)，...β_gdgi-1i_base(n)，γ_g1i_base(n)]         (16)

$\mathrm{\&delta;}=\left[\begin{array}{ccccc}{\mathrm{\&delta;}}_1& 0& 0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& 0\\ 0& {\mathrm{\&delta;}}_2& 0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& 0\\ 0& 0& {\mathrm{\&delta;}}_3& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& 0\\ 0& 0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& 0& {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{dgi}+2}\end{array}\right](0<{\mathrm{\&delta;}}_1,{\mathrm{\&delta;}}_2,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;{\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{dgi}+2}<1)---\left(17\right)$

δ是式(17)所示的忘却系数向量。忘却系数向量δ的各元素δ₁、δ₂、…设定为大于零且小于1的值。但是，为了使控制量相对于目标值的稳态偏差为零，优选为将δ₁、δ₂、…中的任意一个设定为值1。

在δ校正法中，由式(18)表示式(13)中包含的辨识误差ide_gc(n)。基于预测式(4)和参数向量的前次值θgc(n-1)计算Gcyl_hat。辨识器73确定参数向量θgc，以使基于预测式计算出的进气量Gcyl_hat和实际进气量Gcyl之差、即辨识误差ide_gc为零。

ide_gc(n)＝Gcyl_hat(n)-Gcyl(n)          (18)

在此，Gcyl_hat(n)＝θgc^T(n-1)·ζgc(n)

ζgc^T(n)＝[Gcyl(n-dgi+1)，Gcyl(n-dgi)，Gcyl_cmd_cp(n-dgi)，

Gcyl_cmd_cp(n-dgi-1)，…，Gcyl_cmd_cp(n-2dgi+2)，1]        (19)

由式(20)表示式(13)中包含的增益KPgc(n)。

$\mathrm{KPgc}\left(n\right)=\frac{P(n-1)\&CenterDot;\mathrm{\&zeta;}\left(n\right)}{1+{\mathrm{\&zeta;}}^T\left(n\right)\&CenterDot;P(n-1)\&CenterDot;\mathrm{\&zeta;}\left(n\right)}---\left(20\right)$

$P\left(n\right)=\frac{1}{\mathrm{\&lambda;}1}(I-\frac{\mathrm{\&lambda;}2\&CenterDot;P(n-1)\&CenterDot;\mathrm{\&zeta;}\left(n\right)\&CenterDot;{\mathrm{\&zeta;}}^T\left(n\right)}{\mathrm{\&lambda;}1+\mathrm{\&lambda;}2\&CenterDot;{\mathrm{\&zeta;}}^T\left(n\right)\&CenterDot;P(n-1)\&CenterDot;\mathrm{\&zeta;}\left(n\right)})P(n-1)---\left(21\right)$

在此，I是(3×3)的单位矩阵。

在δ校正法中，如上述的式(12)所示，由基准值θgc_base(n)和其更新成分dθgc(n)之和表示参数向量θgc(n)。控制对象的稳定状态持续时，模型参数向量θgc收敛于基准值θgc_base，所以能够避免参数向量的漂移。

通过式(20)的系数λ1和λ2的设定，如下地确定辨识算法的类型。

λ1＝1、λ2＝0：固定增益算法

λ1＝1、λ2＝1：最小2乘法算法

λ1＝1、λ2＝λ：递减增益算法(λ是0和1以外的预定值)

λ1＝λ、λ2＝1：加权最小2乘法算法(λ是0和1以外的预定值)

各控制器的结构

由于压缩比控制器54、升程控制器55、以及相位控制器56与进气量控制器53的结构非常相似，所以简单地进行说明。

压缩比控制器54计算用于驱动可变压缩比机构25的指令值U_Cr，以使压缩比Cr收敛于目标压缩比Cr_cmd。如上所述，在将压缩比选择为主参数的Mode1和Mode3的情况下，压缩比控制器54基于从进气量控制器53接收到的校正值Gcyl_cmd_cp计算目标压缩比Cr_cmd。在Mode2和Mode4的情况下，压缩比控制器54基于实际升程量Lift计算目标压缩比Cr_cmd。

可以如式(22)那样对关于压缩比Cr的动态特性进行模型化。k是识别通过压缩比控制器54实施的运算循环的识别符。

Cr(k)＝Alcr·Cr(k-1)+A2cr·Cr(k-2)+B1cr·U_Cr(k-dcr)    (22)

dcr表示从把来自压缩比控制器54的指令值U_Cr输入到可变压缩比机构25到实际输出基于该指令值的压缩比为止的死区时间。A1cr、A2cr以及B1cr是模型参数。

在图15中示出压缩比控制器54的详细的功能框图。状态预测器91基于检测出的压缩比Cr，计算压缩比的预测值pre_Cr，以补偿上述的死区时间dcr。

在存储器1c中，针对每种模式、存储有目标值响应指定参数POLEcr_fi、用于抑制干扰的响应指定参数POLEcri以及反馈增益krchcri。这些参数的表达式中的“i”表示模式序号。控制器参数程序器95接收表示选择出的模式的信号Mode_state，根据该模式信号的值，从存储器1c中提取对应的参数，传递给2自由度滑模控制器92。

如参照图8说明的那样，2自由度滑模控制器92根据所接收到的模式信号Mode_state、参照预定的映射图(图9中的(a)或(b))，由此来确定目标值Cr_cmd。2自由度滑模控制器92使用从控制器参数程序器95接收到的目标值响应指定参数POLEcr_fi、用于抑制干扰的响应指定参数POLEcri以及反馈增益krchcri，来实施前述的响应指定型控制。2自由度滑模控制器92计算控制输入U_Cr，以使预测值pre_Cr收敛于目标值Cr_cmd(如后所述，准确地讲，是Cr_cmd_f)。

辨识器93用与进气量控制器53的辨识器73相同的方法，来递推地辨识如式22所示的模型参数A1cr、A2cr以及B1cr(确切地讲，如后所述，基于模型参数A1cr、A2cr以及B1cr的参数α1cr、α2cr、β1cr，，，γ1cr)。使用基准值来辨识参数A1cr、A2cr以及B1cr。该基准值预先作为映射图而存储在存储器1c中。模型参数程序器94提取这些基准值而传递给辨识器93。

下面，通过各功能模块来说明所实施的运算。状态预测器91用与进气量控制器53的状态预测器71相同的方法，来计算预测值Pre_Cr。式(23)表示计算式。

Pre_Cr(k)＝Cr(k+dcr-1)

         ＝α_1cr(k)·Cr(k)+α_2cr(k)·Cr(k-1)

         +β_1cr(k)·U_Cr(k-1)+β_2cr(k)·U_Cr(k-2)+，...，

         +β_dcr-1cr(k)·U_Cr(k-dcr+1)+γ_1cr(k)

                                      (23)

2自由度滑模控制器92根据式(24)、使用从控制器参数程序器95接收到的目标值响应指定参数POLEcr_fi，将一阶延迟滤波器(低通滤波器)应用于目标值Cr_cmd。目标值响应指定参数POLEcr_fi设定为满足-1<POLEgc_fi<0。

Cr_cmd_f(k)＝-POLBcr_fi·Cr_cmd_f(k-1)+(1+POLEcr_fi)·Cr_cmd(k)

                                      (24)

2自由度滑模控制器92如式(25)那样定义切换函数σcr。E_cr是预测值Pre_Cr和目标值Cr_cmd之间的偏差。用于抑制干扰的响应指定参数POLEcri设定为满足-1<POLEcri<0。

σcr(k)＝E_cr(k)+POLEcri·E_cr(k-1)          (25)

在此，E_cr(k)＝Pre_Cr(k)-Cr_cmd_f(k-1)

2自由度滑模控制器92确定控制输入U_Cr，以使切换函数σcr为零。根据式(26)计算控制输入U_Cr。Ueq_cr是等价控制输入，是用于将状态量约束在切换线上的输入。Urch_cr(k)是趋近律输入，是用于将状态量置于切换线上的输入。

U_Cr(k)＝Ueq_cr(k)+Urch_cr(k)              (26)

如式(27)那样求出等价控制输入Ueq_cr。

$\mathrm{Ueq}\_\mathrm{cr}\left(k\right)=\frac{1}{\mathrm{\&beta;}1\mathrm{cr}\left(k\right)}\{\mathrm{POLEcri}\&CenterDot;\mathrm{Pre}\_\mathrm{Cr}(k-1)+(1-\mathrm{POLEcri})\&CenterDot;\mathrm{Pre}\_\mathrm{Cr}\left(k\right)$

       $-{\mathrm{\&alpha;}}_{1\mathrm{cr}}\left(k\right)\mathrm{Pre}\_\mathrm{Cr}(k-\mathrm{dcr}+2)-{\mathrm{\&alpha;}}_{2\mathrm{cr}}\left(n\right)\mathrm{Pre}\_\mathrm{Cr}(k-\mathrm{dcr}+1)$

       $-{\mathrm{\&beta;}}_{2\mathrm{cr}}\left(k\right)U\_\mathrm{Cr}(k-1)-\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;-{\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{dcr}-\mathrm{icr}}\left(k\right)U\_\mathrm{Cr}(k-\mathrm{dcr}+2)-{\mathrm{\&gamma;}}_{1\mathrm{cr}}\left(k\right)$

       $+\mathrm{Cr}\_\mathrm{cmd}\_f\left(k\right)+(\mathrm{POLEcri}-1)\mathrm{Cr}\_\mathrm{cmd}\_f(k-1)$

       $-\mathrm{POLEcri}\&CenterDot;\mathrm{Cr}\_\mathrm{cmd}\_f(k-2)\}---\left(27\right)$

下面，根据式(28)计算趋近律输入Urch_cr。Krchcri表示反馈增益。考虑到控制量的稳定性和快速响应性等，通过仿真等预先辨识反馈增益Krchcri的值。

$\mathrm{Urch}\_\mathrm{cr}\left(k\right)=\frac{-\mathrm{Krchcri}}{{\mathrm{\&beta;}}_{1\mathrm{cr}}\left(k\right)}\mathrm{\&sigma;cr}\left(k\right)---\left(28\right)$

这样，从压缩比控制器54中输出作为等价控制输入Ueq_cr和趋近律输入Urch_cr之和的控制输入U_Cr，发送给可变压缩比机构25。

优选的是，目标值响应指定参数POLEcr_fi、用于抑制干扰的响应指定参数POLEcri、以及反馈增益Krchcri的每种模式的值具有如下的关系。

-1<POLEcr_f2、POLEcr_f4<POLEcr_f1、POLEcr_f3<0

-1<POLEcr2、POLEcr4<POLEcr1、POLEcr3<0

0<krchcr2、krchcr4<krchcr1、krchcr3

如这些关系所示，在选择压缩比作为主参数的Mode1和Mode3中，将这些参数值规定为，与选择压缩比作为从参数的Mode2和Mode4相比，控制量E_cr的收敛速度变快。通过这样规定参数值，能够使主参数比从参数更快地收敛。

如前所述，通过使从参数追随主参数的实测值，能够使主参数的变化速率比从参数的变化速率快。除了这样的主从控制之外，通过目标值响应指定参数、用于抑制干扰的响应指定参数、以及反馈增益，使主参数的收敛速度比从参数的收敛速度快，更可靠地避免从参数超越主参数。

下面，对辨识进行说明。模型参数程序器94从存储器1c中提取要辨识的参数向量θcr(k)的基准值θcr_base(k)，传递给辨识器93。辨识器93用与进气量控制器53的辨识器73相同的方法，辨识参数向量θcr。以下示出用于辨识的式(29)～(38)。

θcr(k)＝θcr_base(k)+dθcr(k).               (29)

dθcr(k)＝δ·dθcr(k-1)+KPcr(k)·ide_cr(k)   (30)

dθcr^T(k)＝[dα_1cr(k)，dα_2cr(k)，dβ_1cr(k)，dβ_2cr(k)，…dβ_dcr-1cr(k)，dγ_1cr(k)]              (32)

θcr_base^T(k)＝[α_1cr_base(k)，α_2cr_base(k)，β_1cr_base(k)，

    β_2cr_base(k)，…β_dcr-1cr_base(k)，γ_1cr_base(k)]         (33)

$\mathrm{\&delta;}=\left[\begin{array}{ccccc}{\mathrm{\&delta;}}_1& 0& 0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& 0\\ 0& {\mathrm{\&delta;}}_2& 0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& 0\\ 0& 0& {\mathrm{\&delta;}}_3& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& 0\\ 0& 0& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;& 0& {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{dcr}+2}\end{array}\right](0<{\mathrm{\&delta;}}_1,{\mathrm{\&delta;}}_2,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;{\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{dcr}+2}<1)---\left(34\right)$

忘却系数向量δ的各元素δ₁、δ₂、…设定为大于0且小于1的值。但是，优选为如上所述，将δ₁、δ₂、…中的任意一个设定为值1。

由式(35)表示式(30)中包含的辨识误差ide_cr(k)。基于预测式(23)和参数向量的前次值θcr(k-1)计算Cr_hat。辨识器93确定参数向量θcr，以使基于预测式计算出的压缩比Cr_hat和实际压缩比Cr之差、即辨识误差ide_cr为零。

ide_cr(k)＝Cr_hat(k)-Cr(k)                 (35)

在此，Cr_hat(k)＝θcr^T(k-1)·ζcr(k)

ζcr^T(k)＝[Cr(k-dcr+1)，Cr(k-dcr)，U_Cr(k-dcr)，

U_Cr(k-dcr-1)，…，U_Cr(k-2dcr+2)，1]      (36)

由式(37)表示式(30)中包含的增益KPcr(k)。

$\mathrm{KPgc}\left(k\right)=\frac{P(k-1)\&CenterDot;\mathrm{\&zeta;}\left(k\right)}{1+{\mathrm{\&zeta;}}^T\left(k\right)\&CenterDot;P(k-1)\&CenterDot;\mathrm{\&zeta;}\left(k\right)}---\left(37\right)$

$P\left(k\right)=\frac{1}{\mathrm{\&lambda;}1}(I-\frac{\mathrm{\&lambda;}2\&CenterDot;P(k-1)\&CenterDot;\mathrm{\&zeta;}\left(n\right)\&CenterDot;{\mathrm{\&zeta;}}^T\left(k\right)}{\mathrm{\&lambda;}1+\mathrm{\&lambda;}2\&CenterDot;{\mathrm{\&zeta;}}^T\left(k\right)\&CenterDot;P(k-1)\&CenterDot;\mathrm{\&zeta;}\left(k\right)})P(k-1)---\left(38\right)$

在此，I是(3×3)的单位矩阵。

可与关于压缩比的式(22)同样地对关于升程量Lift的动态特性进行模型化。升程控制器55具有与图15所示的可变压缩比控制器相同的结构，用同样的方法计算要输入到可变升程机构26中的指令值U_Lift。

关于升程量的目标值响应指定参数、用于抑制干扰的响应指定参数、以及反馈增益具有如下的关系。

-1<POLElift_f1、POLElift_f2、POLElift_f3<POLElift_f4<0

-1<POLElift1、POLElift2、POLElift3<POLElift4<0

0<krchlift1、krchlift2、krchlift3<krchliff4

如这些关系所示，在选择升程量作为主参数的Mode4中，将这些参数值规定为，与选择升程量作为从参数的Mode1、2以及3相比，控制量E_lift(＝预测值Pre_Lift(k)-目标值Lift_cmd_f(k))的收敛速度变快。这样，在Mode4中，使作为主参数的升程量比从参数更快地收敛。

能够与关于压缩比的式(22)同样地对关于相位Cain的动态特性进相模型化。相位控制器56具有与图15所示的可变压缩比控制器相同的结构，用同样的方法计算要输入到可变相位机构27中的指令值U_Cain。

关于相位的目标值响应指定参数、用于抑制干扰的响应指定参数、以及反馈增益具有如下的关系。

-1<POLEcain_f1、POLEcain_f3、POLEcain_f4<POLEcain_f2<0

-1<POLEcain1、POLEcain3、POLEcain4<POLEcain2<0

0<krchcain1、krchcain3、krchcain4<krchcain2

如这些关系所示，在选择相位作为主参数的Mode2中，将这些参数值规定为，与选择相位作为从参数的Mode1、3以及4相比，控制量E_cain(＝预测值Pre_Cain(k)-目标值Cain_cmd_f(k))的收敛速度变快。这样，在Mode2中，使作为主参数的相位比从参数更快地收敛。

控制流程

图16表示实施进气量控制的过程的流程图。该过程按照预定的时间间隔(例如10毫秒)实施。

在步骤S1中，判断是否检测到可变压缩比机构、可变升程机构以及可变相位机构中的任意一个中出现某种故障。如果检测到故障，则不能通过这些机构控制发动机输出。在步骤S2中，对这些机构的控制输入设定失效保护用的预先设定的值，结束该过程。对可变压缩比机构的控制输入U_Cr设定的值U_Cr_fs是用于实现最小压缩比的值。对可变升程机构的控制输入U_Lift设定的值U_Lift_fs是能够进行非常低速的行驶的、例如用于实现约0.5毫米的升程的值。对可变相位机构的控制输入U_Cain设定的值U_Cain_fs是用于向滞后侧控制相位的值。

如果步骤S1的判断是“否”，则在步骤S3中，判断发动机是否处于起动中。如果发动机处于起动中，则将对应于检测出的发动机水温TW的值Gcyl_cmd_crk设定给目标进气量Gcyl_cmd(S4)。在图21(a)中示出根据发动机水温TW设定的进气量Gcyl_cmd_crk。其映射图可存储在存储器1c(图1)中。

如果步骤S3的判断是“否”，则在步骤S5中，判断油门踏板是否全闭。如果油门踏板是全闭，则表示发动机处于怠速运转状态。进入步骤S6，判断是否经过了为实施催化剂升温控制设定的预定时间。如果没有经过该预定时间，则表示催化剂升温控制处于执行中。催化剂升温控制是一时增大进气量来使催化剂活化的控制。在步骤S7中，将与从发动机起动后的经过时间对应的值Gcyl_cmd_ast设定给目标进气量Gcyl_cmd。在图21(b)中示出根据该经过时间设定的进气量Gcyl_cmd_ast。其映射图可存储在存储器1c(图1)中。

在步骤6中，结束了催化剂升温控制时，表示发动机达到暖机状态。在步骤S8中，将与检测出的发动机转速NE和油门踏板开度AP对应的值Gcyl_cmd_drv设定给目标进气量Gcyl_cmd。在图21(c)中示出根据发动机转速NE和油门踏板开度AP设定的进气量Gcyl_cmd_drv。其映射图可存储在存储器1c(图1)中。

在步骤S9中，实施主从切换的子程序(图17)，从压缩比、升程以及相位中选择主参数。在步骤S10中，执行由进气量控制器53进行的运算，计算用于使实际进气量收敛于目标进气量的校正值Gcyl_cmd_cp(图18)。在步骤11中，执行压缩比控制器、升程控制器以及相位控制器的运算，使压缩比、升程以及相位分别收敛于目标压缩比、目标升程以及目标相位(图19)。

图17表示在图16的步骤S9中实施的主从切换的子程序。

在步骤S21中，根据式(39)计算目标进气量的变化ΔGcyl_cmd。

ΔGcyl_cmd＝Gcyl_cmd(n)-Gcyl_cmd(n-1)         (39)

在步骤S22中，目标进气量的变化ΔGcyl_cmd大于零时，表示所要求的驱动力增加。目标进气量的变化ΔGcyl_cmd小于等于零时，表示所要求的驱动力减小。

如果所要求的驱动力增加，则比较实际检测出的相位Cain和预定值Cain_ssw(S23)。在图4中示出了预定值Cain_ssw的一个例子。如果Cain≤Cain_ssw，则表示是发动机负荷处于极低负荷的Mode1。对模式信号Mode_state设定表示Mode1的值1(S24)。

如果Cain>Cain_ssw，则表示如图4所示，发动机负荷处于低负荷和高负荷之间的Mode3。对模式信号Mode_state设定表示Mode3的值3(S25)。

在步骤S22中，如果要求驱动力减小，则比较实际检测出的升程Lift和预定值Lift_ssw(S26)。在图4中示出了预定值Lift_ssw的一个例子。如果Lift≥Lift_ssw，则表示是发动机处于低负荷和高负荷之间的Mode4。对模式信号Mode_state设定表示Mode4的值4(S27)。

如果Lift<Lift_ssw，则表示如图4所示，发动机负荷处于极低负荷的Mode2。对模式信号Mode_state设定表示Mode2的值2(S28)。

图18是在图16的步骤S10中实施的、计算进气量校正值Gcyl_cmd_cp的过程的流程图。

在步骤S31中，调查模式信号Mode_state的值是不是1。如果Mode_state＝1，则对目标值响应指定参数POLEgc_fi设定模式1用的值POLEgc_f1，以实现Mode1(S32)，使用该值根据式(5)计算目标进气量Gcyl_cmd_f(S33)。

在步骤S34中，对死区时间dgi设定Mode1用的死区时间dg1。在步骤S35中，基于目标进气量Gcyl_cmd_f、参照图22(a)所示的映射图，求出Mode1用的模型参数的基准值。在步骤S36中，在用于抑制干扰的响应指定参数POLEgci中设定Mode1用的值POLEgc1，对反馈增益Krchgci设定Mode1用的值Krchgc1。

在步骤S37中，对上述的式(8)进行运算，计算校正值Gcyl_cmd_cp。

在步骤S38中，模式信号Mode_state的值是2时，在步骤S39～S43中，与Mode1的处理(S32～S36)同样地进行Mode2用的处理。

在步骤S44中，模式信号Mode_state的值是4时，在步骤S50～S54中，与Mode1的处理(S32～S36)同样地进行Mode4用的处理。

在步骤S44中，模式信号Mode_state的值不是4时，表示模式信号Mode_state的值是3。在步骤S45～S49中，与Mode1的处理(S32～S36)同样地进行Mode3用的处理。

图19是在图16的步骤S11中实施的、控制压缩比、升程以及相位的过程的流程图。

在步骤S61中，根据模式信号Mode_state的值检索预定的表，求出目标压缩比Cr_cmd。在图9中示出了该预定的表。如参照图8说明的那样，例如如果Mode_state＝1，则参照图9(a)所示的表。

同样地，在步骤S62中，根据模式信号Mode_state的值检索预定的表，求出目标升程量Lift_cmd。在图10中示出了该预定的表。同样地，在步骤S63中，根据模式信号Mode_state的值检索预定的表，求出目标相位Cain_cmd。在图11中示出了该预定的表。

在步骤S64中，根据式(26)计算对于可变压缩比机构25的指令值U_Cr。在步骤S65中，用与计算关于压缩比的指令值U_Cr相同的方法，计算对于可变升程机构26的指令值U_Lift。在步骤S66中，用与计算关于压缩比的指令值U_Cr相同的方法，计算对于可变相位机构27的指令值U_Cain。这样，根据所选择出的模式，将压缩比、升程量以及相位分别控制为收敛于目标值。

优选为，步骤S64～S66的运算循环设定为比关于进气量校正值的计算和基于该进气量校正值的目标值的计算的运算循环短。即，如上式所示，与进气量控制器53的运算循环n的周期(例如10毫秒)相比，压缩比、升程以及相位控制器54～56的运算循环k的周期(例如2毫秒)较短。

进气量和燃烧状态具有较慢的响应特性。由于将压缩比、升程量以及相位的目标值设定为适合于这样的响应较慢的特性，所以能够将压缩比、升程以及相位控制为高精度地追随进气量和燃烧状态的过渡变化。

此外，有时在可变压缩比机构、可变升程机构以及可变相位机构的行为中，出现由摩擦等引起的非线性特性。通过缩短各控制器的运算循环的周期，能够抑制在压缩比、升程量以及相位中出现这样的非线性特性的影响。

图20表示点火正时控制的主程序。该程序与TDC信号的检测同步地实施。

在步骤S71中，判断是否检测到可变压缩比机构、可变升程机构以及可变相位机构中的任意一个中出现某种故障。如果检测到故障，则不能通过这些机构控制发动机输出。因此，实施计算点火正时的失效保护控制，以使发动机转速保持恒定。

例如可通过简易型的响应指定型控制来实现失效保护控制。计算点火正时Ig_fs，以使发动机转速收敛于预定的目标值(例如为2000rpm)。下面示出实现简易型的响应指定型控制的计算式。

$\mathrm{Ig}\_\mathrm{fs}=\mathrm{Ig}\_\mathrm{fs}\_\mathrm{base}-\mathrm{Krch}\&prime;\&CenterDot;\mathrm{\&sigma;}\&prime;\left(k\right)-\mathrm{Kadp}\&prime;\&CenterDot;\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&sigma;}\&prime;\left(i\right)---\left(40\right)$

σ′(k)＝Enfs(k)+POLE′·Enfs(k--1)       (41)

Enfs(k)＝NE(k)-NE_fs                     (42)

Krch′，Kadp′：反馈增益

POLE′：响应指定参数(-1<POLE′<0)

NE_fs：发动机转速的目标值(例如为2000rpm)

Ig_fs_base：失效保护用的基准值(例如为0deg)

简易型的响应指定型控制是简化前述的2自由度滑模控制而得到的。在简易型的响应指定型控制中，如式(40)所示，控制输入包含由切换函数的比例项所示的趋近律输入和由切换函数的乘法项所示的自适应律输入。由于没有规定模型式，所以不包含等价控制输入。自适应律输入是用于抑制稳态偏差而将状态量置于切换线上的输入。通过仿真等预先设定Krch′，Kadp′。通过将状态量置于切换线上而使状态量收敛、以及通过响应指定参数POLE′规定控制量Enfs向目标值的收敛速度，这些方面与上述的2自由度滑模控制相同。

在步骤S73中，将计算出的Ig_fs设定给点火正时IGLOG。

失效保护时，不能够适当地控制压缩比、升程量以及相位。但是，如果通过响应指定型控制来控制点火正时，则可通过该响应指定型控制的鲁棒性，来确保发动机的稳定性，同时维持最小限度的车辆行驶能力。

在步骤S71中，没有检测出故障时，判断发动机是否处于起动中(S74)。如果处于起动中，则把点火正时IGLOG设定为预定值(例如为+10度)(S75)。

如果发动机不处于起动中，则在步骤S76中，判断油门踏板是否全闭。如果油门踏板全闭，则表示发动机处于怠速运转状态。进入步骤S77，判断是否经过了为实施催化剂升温控制设定的预定时间。如果没有经过该预定时间，则表示催化剂升温控制处于执行中。在催化剂升温控制中，使点火正时延迟，以发动机转速收敛于目标值。可与步骤S72相同地，用响应指定型控制来实现该控制。下面，示出用于实现催化剂升温控制的计算式。

$\mathrm{Ig}\_\mathrm{ast}=\mathrm{Ig}\_\mathrm{ast}\_\mathrm{base}-\mathrm{Krch}\&prime;\&prime;\&CenterDot;\mathrm{\&sigma;}\&prime;\&prime;\left(k\right)-\mathrm{Kadp}\&prime;\&prime;\&CenterDot;\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&sigma;}\&prime;\&prime;\left(i\right)---\left(43\right)$

σ″(k)＝Enast(k)+POLE＂·Enast(k-1)        (44)

Enast(k)＝NE(k)-NE_ast                     (45)

Krch＂，Kadp＂：反馈增益

POLE＂：响应指定参数(-1<POLE＂<0)

NE_ast：发动机转速的目标值(例如为1800rpm)

Ig_ast_base：催化剂升温控制用的基准值(例如为+5deg)

在步骤S79中，将计算出的Ig_ast设定给点火正时IGLOG。

在步骤S77中，结束了催化剂升温控制时，基于发动机转速NE和发动机负荷(例如由空气流量计所检出的进气量Gcy1表示)、参照预定的映射图，求出点火正时Ig_drv(S80)。在图23中示出该映射图的一个例子。发动机负荷越低、越将点火正时向超前侧进行设定。在步骤S81中，把所求出的Ig_drv设定给点火正时IGLOG。

本发明可以应用于通用的(例如舷外机等的)内燃机。

Claims (24)

1.一种控制装置，用于具有能够改变气门的升程量的可变升程机构和能够改变燃烧室内的压缩比的可变压缩比机构的发动机，

该控制装置控制上述可变压缩比机构和上述可变升程机构，使得在所要求的发动机输出增加、并且上述发动机不处于极低负荷时，上述压缩比的减小速率比上述升程量的增加速率快。

2.如权利要求1所述的控制装置，其中，

上述发动机还具有能够改变上述气门的相位的可变相位机构，

该控制装置控制上述可变压缩比机构和上述可变相位机构，使得在上述要求的发动机输出增加、并且上述发动机处于极低负荷时，上述压缩比的减小速率比上述相位向滞后侧的变化速率快。

3.一种控制装置，用于具有能够改变气门的升程量的可变升程机构和能够改变燃烧室内的压缩比的可变压缩比机构的发动机，

该控制装置控制上述可变压缩比机构和上述可变升程机构，使得在所要求的发动机输出减小、并且上述发动机不处于极低负荷时，上述升程量的减小速率比上述压缩比的增加速率快。

4.如权利要求3所述的控制装置，其中，

上述发动机还具有能够改变上述气门的相位的可变相位机构，

该控制装置控制上述可变压缩比机构和上述可变相位机构，使得在上述要求的发动机输出减小、并且上述发动机处于极低负荷时，上述相位向超前侧的变化速率比上述压缩比的增加速率快。

5.一种发动机的控制装置，

具有：

压缩比控制器，其将发动机的燃烧室内的压缩比控制为收敛于目标压缩比；

升程控制器，其将上述发动机的气门的升程量控制为收敛于目标升程量；以及

主从切换部，其基于所要求的发动机输出，选择上述压缩比和上述升程量中的一个作为主参数，选择另一个作为从参数，并且，将上述压缩比控制器和升程控制器中、控制该主参数的控制器指定为主控制器，将控制该从参数的控制器指定为从控制器，其中

上述主控制器基于上述要求的发动机输出，计算关于该主参数的目标值，将该主参数控制为收敛于该目标值，

上述从控制器基于作为控制上述主参数的结果的该主参数的实测值，计算关于该从参数的目标值，将该从参数控制为收敛于该目标值，

其中，在上述要求的发动机输出增加、并且上述发动机不处于极低负荷时，上述主从切换部选择上述压缩比作为上述主参数，选择上述升程量作为上述从参数；

在上述要求的发动机输出减小、并且上述发动机不处于极低负荷时，上述主从切换部选择上述升程量作为上述主参数，选择上述压缩比作为上述从参数；

其中，通过上述主参数的控制和上述从参数的控制，使上述主参数的减小速率比上述从参数的增加速率快。

6.如权利要求5所述的控制装置，其中，

还具有相位控制器，其将上述发动机的气门的相位控制为收敛于目标相位，

在上述发动机处于极低负荷时，上述主从切换部还基于上述要求的发动机输出，选择上述压缩比、升程量以及相位中的一个作为主参数，选择其它的作为从参数，

将上述压缩比控制器、升程控制器以及相位控制器中、控制该主参数的控制器指定为主控制器，将控制该从参数的控制器指定为从控制器。

7.如权利要求6所述的控制装置，其中，

在上述发动机处于极低负荷、上述要求的发动机输出增加时，上述主从切换部选择上述压缩比作为上述主参数，选择上述升程量和相位作为上述从参数。

8.如权利要求6所述的控制装置，其中，

在上述发动机处于极低负荷、上述要求的发动机输出减少时，上述主从切换部选择上述相位作为上述主参数，选择上述升程量和压缩比作为上述从参数。

9.如权利要求6所述的控制装置，其中，

在上述发动机处于极低负荷时，上述升程控制器基于作为通过上述相位控制器进行控制的结果的上述相位的实测值，来设定上述升程量的目标值。

10.如权利要求5所述的控制装置，其中，

上述主控制器构成为实施可指定上述主参数向目标值的响应速度的响应指定型控制，

上述从控制器构成为实施可指定上述从参数向目标值的响应速度的响应指定型控制，

上述主控制器设定该主参数的响应速度，使得关于上述主参数的响应速度比关于上述从参数的响应速度快。

11.如权利要求6所述的控制装置，其中，

上述主控制器构成为实施可指定上述主参数向目标值的响应速度的响应指定型控制，

上述从控制器构成为实施可指定上述从参数向目标值的响应速度的响应指定型控制，

上述主控制器设定该主参数的响应速度，使得关于上述主参数的响应速度比关于上述从参数的响应速度快。

12.如权利要求5所述的控制装置，其中，

还具有进气量控制器，其计算用于使上述发动机的进气量收敛于实现上述要求的发动机输出的目标进气量的进气量校正值；

上述主控制器基于上述进气量校正值，计算上述主参数的目标值。

13.如权利要求6所述的控制装置，其中，

还具有进气量控制器，其计算用于使上述发动机的进气量收敛于实现上述要求的发动机输出的目标进气量的进气量校正值；

上述主控制器基于上述进气量校正值，计算上述主参数的目标值。

14.如权利要求12所述的控制装置，其中，

上述进气量控制器构成为实施可指定上述进气量向上述目标进气量的响应速度的响应指定型控制，

该进气量控制器根据上述要求的发动机输出的增减来设定上述响应速度。

15.如权利要求12所述的控制装置，其中，

上述进气量控制器根据上述发动机的负荷来设定上述响应速度。

16.如权利要求12所述的控制装置，其中，

上述进气量控制器的进气量校正值的运算周期设定为，比上述主控制器和从控制器的主参数和从参数的运算周期长。

17.如权利要求6所述的控制装置，其中，

还具有故障保险单元，其在由上述压缩比控制器控制的可变压缩比机构、由上述升程控制器控制的可变升程机构、以及由上述相位控制器控制的可变相位机构中的任意一个中检测出某种故障时，停止由该压缩比控制器、升程控制器以及相位控制器进行的控制，通过响应指定型控制来操作点火正时，以使发动机转速维持预定值。

18.一种对具有能够改变气门的升程量的可变升程机构和能够改变燃烧室内的压缩比的可变压缩比机构的发动机进行控制的方法，

包括如下步骤：控制上述可变压缩比机构和上述可变升程机构，使得在所要求的发动机输出增加、并且上述发动机不处于极低负荷时，上述压缩比的减小速率比上述升程量的增加速率快。

19.如权利要求18所述的方法，其中，

上述发动机具有能够改变上述气门的相位的可变相位机构，

该方法还包括如下步骤：控制上述可变压缩比机构和上述可变相位机构，使得在上述要求的发动机输出增加、并且上述发动机处于极低负荷时，上述压缩比的减小速率比上述相位向滞后侧的变化速率快。

20.一种对具有能够改变气门的升程量的可变升程机构和能够改变燃烧室内的压缩比的可变压缩比机构的发动机进行控制的方法，

包括如下步骤：控制上述可变压缩比机构和上述可变升程机构，使得在所要求的发动机输出减小、并且上述发动机不处于极低负荷时，上述升程量的减小速率比上述压缩比的增加速率快。

21.如权利要求20所述的方法，其中，

上述发动机还具有能够改变上述气门的相位的可变相位机构，

该方法还包括如下步骤：控制上述可变压缩比机构和上述可变相位机构，使得在上述要求的发动机输出减小、并且上述发动机处于极低负荷时，上述相位向超前侧的变化速率比上述压缩比的增加速率快。

22.一种用于控制发动机的方法，

包括如下步骤：

(a)基于所要求的发动机输出，选择上述发动机的燃烧室中的压缩比和上述发动机的气门的升程量中的一个作为主参数，选择另一个作为从参数；

(b)基于上述要求的发动机输出，计算关于上述主参数的目标值；

(c)控制上述主参数，使其收敛于由上述步骤(b)计算出的目标值；

(d)基于作为在上述步骤(c)中控制上述主参数的结果的该主参数的实测值，计算关于上述从参数的目标值；以及

(e)控制上述从参数，使其收敛于由上述步骤(d)计算出的目标值，其中

在上述步骤(a)中，在上述要求的发动机输出增加、并且上述发动机不处于极低负荷时，选择上述压缩比作为上述主参数，选择上述升程量作为上述从参数；

在上述步骤(a)中，在上述要求的发动机输出减小、并且上述发动机不处于极低负荷时，选择上述升程量作为上述主参数，选择上述压缩比作为上述从参数；

通过上述主参数的控制和上述从参数的控制，使上述主参数的减小速率比上述从参数的增加速率快。

23.一种用于控制发动机的方法，

包括如下步骤：

(a)基于所要求的发动机输出，选择上述发动机的燃烧室中的压缩比、上述发动机的气门的升程量、以及该气门的相位中的一个作为主参数，选择其它的作为从参数；

(b)基于上述要求的发动机输出，计算关于上述主参数的目标值；

(c)控制上述主参数，使其收敛于由上述步骤(b)计算出的目标值；

(d)基于作为在上述步骤(c)中控制上述主参数的结果的该主参数的实测值，计算关于上述从参数的目标值；以及

(e)控制上述从参数，使其收敛于由上述步骤(d)计算出的目标值，

其中，在上述步骤(a)中，在上述发动机处于极低负荷、上述要求的发动机输出增加时，选择上述压缩比作为上述主参数，选择上述升程量和上述相位作为上述从参数；

在上述步骤(a)中，在上述发动机处于极低负荷、上述要求的发动机输出减小时，选择上述相位作为上述主参数，选择上述升程量和上述压缩比作为上述从参数；

当所述发动机处于极低负荷、上述要求的发动机输出增加时，通过上述主参数的控制和上述从参数的控制，使上述压缩比的减小速率比上述升程量的增加速率和所述相位滞后的速率快；并且

当所述发动机处于极低负荷、上述要求的发动机输出减小时，通过上述主参数的控制和上述从参数的控制，使上述相位超前的速率比上述升程量的减小速率和所述压缩比的增加速率快。

24.如权利要求23所述的方法，其中，

在上述发动机处于极低负荷时，基于作为控制上述相位的结果而取得的该相位的实测值，设定上述升程量的目标值。

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