JP2005023866A - Intake air amount control system for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an intake air amount control system for an internal combustion engine capable of ensuring high robustness and improving controllability in intake air amount control to improve operation property and exhaust gas characteristic. <P>SOLUTION: This intake air amount control system 1 for the internal combustion engine 3 for freely changing and controlling amount of intake air sucked into cylinders #1 to #4 through a variable suction valve driving device 40 is provided with an ECU 2. The ECU 2 calculates cylinder suction air amount Gcyl and target suction air amount Gcyl_cmd (step 16) and identifies vector θs of all model parameters of model to be controlled by identification algorithm [expression (8) to (13)] based on the model to be controlled [expression (2)]. It calculates target auxiliary suction cam phase θmsi_cmd (step 80) by sliding mode control algorithm [expression (15) to (21)] in accordance with the vector θs to control the variable suction valve driving device 40 in accordance with the target auxiliary suction cam phase θmsi_cmd. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁のバルブタイミングを自在に変更することにより、気筒内に吸入される吸入空気量を自在に可変制御する内燃機関の吸入空気量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の内燃機関の吸入空気量制御装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関には、電磁式動弁機構およびバルブリフトセンサが気筒毎に設けられており、この電磁式動弁機構により、各気筒の吸気弁の閉弁タイミングが開弁タイミングに対して自在に変更される。また、バルブリフトセンサは、各吸気弁のバルブリフト量を検出する。この吸入空気量制御装置では、以下のように、アイドル回転数を制御するために、電磁式動弁機構を介して吸気弁の閉弁タイミングが制御され、それにより、吸入空気量が制御される。
【０００３】
具体的には、目標回転数に応じて、フィードフォワード制御用の目標吸入空気量が算出され、さらに、バルブリフトセンサにより検出された各吸気弁の閉弁時間に基づいて、全気筒の吸気弁の閉弁時間の平均値が算出され、この平均値と各気筒の閉弁時間との偏差の絶対値のうちの最大値が算出される。さらに、この偏差の絶対値の最大値に応じて、フィードバック制御用のゲインが算出され、このゲインに応じて、フィードバック制御用の目標吸入空気量が算出されるとともに、これらのフィードバック制御用およびフィードフォワード制御用の２つの目標吸入空気量などに応じて、吸気弁の閉弁タイミングが算出され、それに応じて吸気弁の閉弁タイミングが制御される。以上のように、吸気弁の閉弁タイミングが制御されることにより、アイドル回転数が目標回転数に収束するように制御される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１４０６６１号公報（第５〜６頁、図６〜１８）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の吸入空気量制御装置によれば、バルブリフトセンサにより検出された吸気弁の閉弁時間に基づいて、フィードバック制御用のゲインが算出され、これに基づいて、フィードバック制御用の目標吸入空気量が算出され、さらに、このフィードバック制御用の目標吸入空気量に応じて、吸気弁の閉弁タイミングが制御されるものに過ぎないため、電磁式動弁機構の作動遅れなどの制御系のむだ時間を補償することができないことで、アイドル回転数の目標回転数への収束性が低く、制御性が低いという問題がある。これに加えて、電磁式動弁機構の動特性のばらつきおよび経年変化、または経年変化によるバルブリフトセンサの出力のドリフトなどの、制御系の動特性のばらつきおよび経年変化も補償できず、ロバスト性も低くなってしまう。このため、上記吸入空気量制御装置では、以上のような制御性およびロバスト性の低さに起因して、吸入空気量制御が不安定になり、回転変動が発生することで、アイドル回転数制御中、エンジンストールが発生するとともに、燃焼状態が悪化することで、排気ガス特性が悪化してしまうおそれがある。また、上記の吸入空気量制御の手法を、通常の運転負荷域の吸入空気量制御に適用した場合、トルク変動および回転変動が大きくなるとともに、燃焼状態の悪化度合いも大きくなり、その結果、運転性および排気ガス特性がさらに悪化してしまう。この問題は、特に高負荷域やリーン運転時（ＥＧＲ導入時）に顕著となる。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、吸入空気量制御において、高いロバスト性を確保でき、制御性を向上させることができ、それにより、運転性および排気ガス特性を向上させることができる内燃機関の吸入空気量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】
この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、吸気弁６のバルブタイミングを自在に変更する吸気バルブタイミング可変装置（可変式吸気弁駆動装置４０）を介して、気筒＃１〜＃４内に吸入される吸入空気量を自在に可変制御する内燃機関３の吸入空気量制御装置１であって、気筒内に吸入される吸入空気量の推定値である推定吸入空気量（気筒吸入空気量Ｇｃｙｌ）を算出する推定吸入空気量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１６，３０）と、吸入空気量制御の目標となる目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを設定する目標吸入空気量設定手段（ＥＣＵ２、ステップ１６，３１〜３３）と、吸気バルブタイミング可変装置を制御するための制御指令値（目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄ）を入力とし、推定吸入空気量を出力とする制御対象モデル［式（２）］に基づき、所定の同定アルゴリズム［式（８）〜（１３）］により、制御対象モデルのすべてのモデルパラメータａ１，ａ２，ｂ１（モデルパラメータのベクトルθｓ）を同定する同定手段（ＥＣＵ２、オンボード同定器２２３）と、同定されたすべてのモデルパラメータに応じて、推定吸入空気量が目標吸入空気量に収束するように、制御指令値（目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄ）を算出する制御指令値算出手段（ＥＣＵ２、スライディングモードコントローラ２２４、ステップ８０）と、算出された制御指令値に応じて、吸気バルブタイミング可変装置を制御する制御手段（ＥＣＵ２、第２ＳＰＡＳコントローラ２２５、ステップ７５）と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関の吸入空気量制御装置によれば、吸気バルブタイミング可変装置を制御するための制御指令値を入力とし、推定吸入空気量を出力とする制御対象モデルに基づき、この制御対象モデルのすべてのモデルパラメータが、所定の同定アルゴリズムにより同定され、制御指令値が、同定されたすべてのモデルパラメータに応じて、推定吸入空気量が目標吸入空気量に収束するように算出される。すなわち、制御指令値が適応制御アルゴリズムにより算出されるので、例えば同定手段としてオンボード同定器を用いることにより、制御対象の動特性がばらついたり、経年変化したりしている場合でも、それらの影響を回避しながら、制御対象モデルの動特性を、その実際の動特性に適合させることができ、それにより、推定吸入空気量を、迅速かつ安定した状態で目標吸入空気量に収束させることができる。このように、吸入空気量制御において、高いロバスト性を確保できるとともに、制御性を向上させることができ、それにより、トルク変動および回転変動の発生を回避でき、燃焼状態を向上させることができる。その結果、運転性および排気ガス特性を向上させることができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の吸入空気量制御装置１において、制御指令値算出手段は、所定の予測アルゴリズム［式（７）］に基づいて、推定吸入空気量の予測値（予測吸入空気量Ｐｒｅ＿Ｇｃｙｌ）を算出するとともに、推定吸入空気量の予測値にさらに応じて、制御指令値を算出することを特徴とする。
【００１０】
この吸入空気量制御装置のように、吸気バルブタイミング可変装置を介して吸入空気量を制御した場合、吸気バルブタイミング可変装置の実際の動作と、気筒内に吸入される吸入空気量との間には、吸気バルブタイミング可変装置の応答遅れなどに起因して、むだ時間が存在するのが一般的である。したがって、この吸入空気量制御装置によれば、推定吸入空気量の予測値が、所定の予測アルゴリズムに基づいて算出されるとともに、この推定吸入空気量の予測値にさらに応じて、制御指令値が算出されるので、上記のようなむだ時間を補償しながら、制御指令値を算出することができ、それにより、推定吸入空気量の目標吸入空気量への収束性を向上させることができる。その結果、運転性および排気ガス特性をさらに向上させることができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、吸気弁６のバルブタイミングを自在に変更する吸気バルブタイミング可変装置（可変式吸気弁駆動装置４０）を介して、気筒＃１〜＃４内に吸入される吸入空気量を自在に可変制御する内燃機関３の吸入空気量制御装置１であって、気筒内に吸入される吸入空気量の推定値である推定吸入空気量（気筒吸入空気量Ｇｃｙｌ）を算出する推定吸入空気量算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１６，３０）と、吸入空気量制御の目標となる目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを設定する目標吸入空気量設定手段（ＥＣＵ２、ステップ１６，３１〜３３）と、所定の予測アルゴリズム［式（７）］に基づいて、推定吸入空気量の予測値（予測吸入空気量Ｐｒｅ＿Ｇｃｙｌ）を算出する予測値算出手段（ＥＣＵ２、状態予測器２２２、ステップ８０）と、推定吸入空気量の予測値に応じて、推定吸入空気量が目標吸入空気量に収束するように、制御指令値（目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄ）を算出する制御指令値算出手段（ＥＣＵ２、スライディングモードコントローラ２２４、ステップ８０）と、算出された制御指令値に応じて、吸気バルブタイミング可変装置を制御する制御手段（ＥＣＵ２、第２ＳＰＡＳコントローラ２２５、ステップ７５）と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
この内燃機関の吸入空気量制御装置によれば、推定吸入空気量の予測値が、所定の予測アルゴリズムに基づいて算出され、この推定吸入空気量の予測値に応じて、推定吸入空気量が目標吸入空気量に収束するように、制御指令値が算出されるので、前述したようなむだ時間を補償しながら、制御指令値を算出することができ、それにより、推定吸入空気量の目標吸入空気量への収束性を向上させることができる。その結果、運転性および排気ガス特性を向上させることができる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関３の吸入空気量制御装置１において、制御指令値算出手段は、応答指定型制御アルゴリズム［式（１５）〜（２１）］にさらに応じて、制御指令値を算出することを特徴とする。
【００１４】
この内燃機関の吸入空気量制御装置によれば、制御指令値が、応答指定型制御アルゴリズムにさらに応じて算出されるので、推定吸入空気量を、振動的およびオーバーシュート的な挙動を回避しながら迅速かつ安定した状態で、目標吸入空気量に収束させることができ、それにより、運転性および排気ガス特性をより一層、向上させることができる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関３の吸入空気量制御装置１において、吸気バルブタイミング可変装置は、回動支点（ピン５１ｃ）に回動自在に支持され、回動により吸気弁６を開閉駆動する吸気ロッカアーム５１と、互いに同じ回転数で回転する第１および第２吸気カムシャフト（主・副吸気カムシャフト４１，４２）と、第１および第２吸気カムシャフト間の相対的な位相（副吸気カム位相θｍｓｉ）を変更する吸気カム位相可変機構（副吸気カム位相可変機構７０）と、第１吸気カムシャフト（主吸気カムシャフト４１）に設けられ、第１吸気カムシャフトの回転に伴って回転することにより、吸気ロッカアーム５１を回動支点の回りに回動させる第１吸気カム（主吸気カム４３）と、第２吸気カムシャフト（副吸気カムシャフト４２）に設けられ、第２吸気カムシャフトの回転に伴って回転することにより、吸気ロッカアーム５１の回動支点を移動させる第２吸気カム（副吸気カム４４）と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
この内燃機関の吸入空気量制御装置によれば、吸気バルブタイミング可変装置において、第１吸気カムが第１吸気カムシャフトの回転に伴って回転することにより、吸気ロッカアームを回動支点の回りに回動させることで、吸気弁が開閉駆動される。その際、第２吸気カムが第２吸気カムシャフトの回転に伴って回転することにより、吸気ロッカアームの回動支点を移動させるので、吸気弁のバルブリフト量を自在に変化させることが可能になり、さらに、吸気カム位相可変機構により、第１および第２吸気カムシャフト間の相対的な位相が変更されるので、吸気弁の閉弁タイミングおよびバルブリフト量をいずれも自在に変更できる。すなわち、２つの吸気カム、２つの吸気カムシャフトおよび吸気カム位相可変機構を用いることにより、吸気弁の閉弁タイミングおよびバルブリフト量を自在に変更できる吸気バルブタイミング可変装置を実現することができる。
【００１７】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の内燃機関３の吸入空気量制御装置１において、吸気カム位相可変機構は、油圧の供給により駆動される油圧駆動式の吸気カム位相可変機構で構成されており、制御手段は、油圧駆動式の吸気カム位相可変機構に供給される油圧Ｐｓｄを制御することを特徴とする。
【００１８】
この内燃機関の吸入空気量制御装置によれば、吸気カム位相可変機構が、油圧の供給により駆動される油圧駆動式のもので構成されているので、吸気バルブタイミング可変装置自体を油圧駆動式のものとして構成できる。それにより、例えば、吸気弁の弁体をソレノイドの電磁力で駆動するタイプの吸気バルブタイミング可変装置を用いた場合と比べて、より高負荷域でも吸気弁を確実に開閉することができ、消費電力を低減できるとともに、吸気弁の動作音を低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の吸入空気量制御装置について説明する。図１および図２は、本実施形態の吸入空気量制御装置１が適用された内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示し、図３は、吸入空気量制御装置１の概略構成を示している。図３に示すように、吸入空気量制御装置１は、ＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、エンジン３の運転状態に応じて、後述するように、吸気弁６および排気弁７のバルブタイミング制御などを含む各種の制御処理を実行する。
【００２０】
このエンジン３は、図示しない車両に搭載された直列４気筒型ガソリンエンジンであり、第１〜第４の４つの気筒＃１〜＃４を備えている（図５参照）。また、エンジン３では、気筒毎に、主燃料噴射弁４および点火プラグ５が設けられており（いずれも１つのみ図示）、これらの主燃料噴射弁４および点火プラグ５はいずれも、シリンダヘッド３ａに取り付けられている。各主燃料噴射弁４は、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２からの制御入力によって、その燃料噴射量および燃料噴射タイミングが制御され、それにより、燃料を対応する気筒の燃焼室内に直接噴射する。
【００２１】
また、各点火プラグ５もＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２から点火時期に応じたタイミングで高電圧が加えられることで放電し、それにより、燃焼室内の混合気を燃焼させる。
【００２２】
さらに、エンジン３は、気筒毎に設けられ、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉する吸気弁６および排気弁７と、吸気弁６を開閉駆動すると同時にそのバルブタイミングおよびバルブリフト量を変更する可変式吸気弁駆動装置４０と、排気弁７を開閉駆動すると同時にそのバルブタイミングおよびバルブリフト量を変更する可変式排気弁駆動装置９０などを備えている。これらの可変式吸気駆動装置４０および可変式排気弁駆動装置９０の詳細については、後述する。また、吸気弁６および排気弁７はそれぞれ、バルブスプリング６ａ，７ａにより閉弁方向に付勢されている。
【００２３】
一方、エンジン３のクランクシャフト３ｂには、マグネットロータ２０ａが取り付けられている。このマグネットロータ２０ａは、ＭＲＥピックアップ２０ｂとともに、クランク角センサ２０を構成している。クランク角センサ２０は、クランクシャフト３ｂの回転に伴い、いずれもパルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２４】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０ｄｅｇ）毎に１パルスが出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に応じ、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ｃが吸気行程のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、所定クランク角（本実施形態の例では１８０ｄｅｇ）毎に１パルスが出力される。
【００２５】
また、エンジン３の吸気管８には、上流側から順に、ターボチャージャ装置１０、インタークーラ１１、燃料気化冷却装置１２およびスロットル弁機構１６などが設けられている。
【００２６】
ターボチャージャ装置１０は、吸気管８の途中のコンプレッサハウジング内に収容されたコンプレッサブレード１０ａと、排気管９の途中のタービンハウジング内に収容されたタービンブレード１０ｂと、２つのブレード１０ａ，１０ｂを一体に連結する軸１０ｃと、ウエストゲート弁１０ｄなどを備えている。
【００２７】
このターボチャージャ装置１０では、排気管９内の排気ガスによってタービンブレード１０ｂが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサブレード１０ａも同時に回転することにより、吸気管８内の吸入空気が加圧される。すなわち、過給動作が実行される。
【００２８】
また、上記ウエストゲート弁１０ｄは、排気管９のタービンブレード１０ｂをバイパスするバイパス排気通路９ａを開閉するものであり、ＥＣＵ２に接続された電磁制御弁で構成されている（図３参照）。このウエストゲート弁１０ｄは、ＥＣＵ２からの制御入力Ｄｕｔ＿ｗｇに応じて開度が変化することにより、バイパス排気通路９ａを流れる排気ガスの流量、言い換えればタービンブレード１０ｂを駆動する排気ガスの流量を変化させる。これにより、ターボチャージャ装置１０による過給圧Ｐｃが制御される。
【００２９】
一方、吸気管８のコンプレッサブレード１０ａよりも上流側に、エアフローセンサ２１が設けられている。このエアフローセンサ２１は、熱線式エアフローメータで構成されており、後述するスロットル弁１７を通過する吸入空気量（以下「ＴＨ通過吸入空気量」という）Ｇｔｈを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３０】
また、インタークーラ１１は、水冷式のものであり、その内部を吸気が通過する際、ターボチャージャ装置１０での過給動作（加圧動作）によって温度が上昇した吸気を冷却する。
【００３１】
さらに、吸気管８のインタークーラ１１と燃料気化冷却装置１２との間に、過給圧センサ２２が設けられている。この過給圧センサ２２は、半導体圧力センサなどで構成され、ターボチャージャ装置１０により加圧された吸気管８内の吸気圧、すなわち過給圧Ｐｃ（絶対圧）を表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３２】
一方、燃料気化冷却装置１２は、燃料を気化し、混合気を生成すると同時に、その際に吸気の温度を低下させるものであり、図４に示すように、吸気管８の途中に設けられたハウジング１３と、このハウジング１３内に互いに平行にかつ所定間隔を存する状態で収容された多数の親油膜板１４（６枚のみ図示）と、副燃料噴射弁１５などを備えている。
【００３３】
この副燃料噴射弁１５は、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２からの制御入力により、その燃料噴射量および燃料噴射タイミングが制御され、それにより、燃料を多数の親油膜板１４に向かって噴射する。なお、後述するように、ＥＣＵ２により、この副燃料噴射弁１５および主燃料噴射弁４の双方から噴射すべき総燃料噴射量ＴＯＵＴが、エンジン３の運転状態に応じて決定されるとともに、この総燃料噴射量ＴＯＵＴに占める、主燃料噴射弁４からの燃料噴射量の割合（後述する主燃料噴射率Ｒｔ＿Ｐｒｅ）、および副燃料噴射弁１５からの燃料噴射量の割合が、エンジン３の運転状態に応じて決定される。また、親油膜板１４の表面には、燃料に対して親和性を有する親油膜が形成されている。
【００３４】
以上の構成により、この燃料気化冷却装置１２では、副燃料噴射弁１５から噴射された燃料は、各親油膜板１４の表面でその親油性により薄膜化された後、吸気の熱によって気化する。それにより、混合気が生成されるとともに、その際の気化熱によって吸気が冷却される。この燃料気化冷却装置１２による冷却効果により、充填効率を高めることができるとともに、エンジン３のノッキングの発生限界を拡大することができる。例えば、エンジン３の高負荷運転時、ノッキングが発生し始める限界の点火時期を、所定クランク角（例えば２ｄｅｇ）分、進角側に拡大することができ、それにより、燃焼効率を向上させることができる。
【００３５】
また、前述したスロットル弁機構１６は、スロットル弁１７およびこれを開閉駆動するＴＨアクチュエータ１８などを備えている。スロットル弁１７は、吸気管８の途中に回動自在に設けられており、当該回動に伴う開度の変化によりＴＨ通過吸入空気量Ｇｔｈを変化させる。ＴＨアクチュエータ１８は、ＥＣＵ２に接続されたモータにギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの後述する制御入力ＤＵＴＹ＿ｔｈによって制御されることにより、スロットル弁１７の開度を変化させる。
【００３６】
また、スロットル弁１７には、これを開弁方向および閉弁方向にそれぞれ付勢する２つのばね（いずれも図示せず）が取り付けられており、これら２つのばねの付勢力により、スロットル弁１７は、制御入力ＤＵＴＹ＿ｔｈがＴＨアクチュエータ１８に入力されていないときには、所定の初期開度ＴＨ＿ｄｅｆに保持される。この初期開度ＴＨ＿ｄｅｆは、全閉状態に近くかつエンジン３の始動に必要な吸入空気量を確保できる値（例えば７゜）に設定されている。
【００３７】
さらに、吸気管８のスロットル弁１７の近傍には、例えばポテンショメータなどで構成されたスロットル弁開度センサ２３が設けられている。このスロットル弁開度センサ２３は、スロットル弁１７の実際の開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３８】
また、吸気管８のスロットル弁１７よりも下流側の部分は、サージタンク８ａになっており、このサージタンク８ａに、吸気管内絶対圧センサ２４が設けられている。この吸気管内絶対圧センサ２４は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、吸気管８内の絶対圧（以下「吸気管内絶対圧」という）ＰＢＡを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。さらに、吸気管８のサージタンク８ａよりも下流側は、インテークマニホールド８ｂになっており（図２２参照）、このインテークマニホールド８ｂは、４つに分岐し、４つの気筒＃１〜＃４にそれぞれ連通している。
【００３９】
一方、排気管９のタービンブレード１０ｂよりも下流側には、上流側から順に、第１および第２触媒装置１９ａ，１９ｂが設けられており、これらの触媒装置１９ａ，１９ｂにより、排気ガス中のＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯなどが浄化される。
【００４０】
これらの第１および第２触媒装置１９ａ，１９ｂの間に、酸素濃度センサ（以下「Ｏ２センサ」という）２６が設けられている。このＯ２センサ２６は、ジルコニアおよび白金電極などで構成され、第１触媒装置１９ａの下流側の排気ガス中の酸素濃度に基づく検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４１】
また、排気管９のタービンブレード１０ｂと第１触媒装置１９の間に、ＬＡＦセンサ２５が設けられている。このＬＡＦセンサ２５は、Ｏ２センサ２６と同様のセンサとリニアライザなどの検出回路とを組み合わせることによって構成されており、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出して、その酸素濃度に比例する検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、これらのＬＡＦセンサ２５およびＯ２センサ２６の検出信号に基づき、空燃比制御を実行する。
【００４２】
次に、前述した可変式吸気弁駆動装置４０（吸気バルブタイミング可変装置）について説明する。図２、図５および図６に示すように、この可変式吸気弁駆動装置４０は、吸気弁駆動用の主吸気カムシャフト４１および副吸気カムシャフト４２と、気筒毎に設けられ、主・副吸気カムシャフト４１，４２の回転に伴って吸気弁６を開閉駆動する吸気弁駆動機構５０（１つのみ図示）と、主吸気カム位相可変機構６０と、副吸気カム位相可変機構７０と、３つの吸気カム間位相可変機構８０などを備えている。
【００４３】
主吸気カムシャフト４１（第１吸気カムシャフト）は、シリンダヘッド３ａに回転自在に取り付けられ、気筒の配列方向に沿って延びている。主吸気カムシャフト４１は、気筒毎に設けられた主吸気カム４３（第１吸気カム）と、一端部に設けられたスプロケット４７と、第１気筒＃１用の主吸気カム４３とスプロケット４７の間に設けられた主ギヤ４５と、を備えている。これらの主吸気カム４３、主ギヤ４５およびスプロケット４７はいずれも、主吸気カムシャフト４１に同軸かつ一体に回転するように取り付けられている。スプロケット４７は、タイミングチェーン４８を介して、クランクシャフト３ｂに連結されており、それにより、主吸気カムシャフト４１は、クランクシャフト３ｂが２回転する毎に、図６の時計回り（矢印Ｙ１で示す方向）に１回転する。
【００４４】
また、主吸気カム位相可変機構６０は、主吸気カムシャフト４１のスプロケット４７側端部に設けられている。この主吸気カム位相可変機構６０は、主吸気カムシャフト４１のスプロケット４７に対する相対的な位相、すなわち主吸気カムシャフト４１のクランクシャフト３ｂに対する相対的な位相（以下「主吸気カム位相」という）θｍｉを無段階に進角側または遅角側に変更するものであり、その詳細については後述する。
【００４５】
さらに、主吸気カムシャフト４１のスプロケット４７と反対側の端部には、主吸気カム角センサ２７が設けられている。この主吸気カム角センサ２７は、クランク角センサ２０と同様に、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、主吸気カムシャフト４１の回転に伴い、パルス信号である主吸気カム信号を所定のカム角（例えば１ｄｅｇ）毎にＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この主吸気カム信号およびＣＲＫ信号に基づき、上記主吸気カム位相θｍｉを算出（検出）する。
【００４６】
一方、副吸気カムシャフト４２（第２吸気カムシャフト）も、主吸気カムシャフト４１と同様にシリンダヘッド３ａに回転自在に支持され、主吸気カムシャフト４１に平行に延びている。副吸気カムシャフト４２は、気筒毎に設けられた副吸気カム４４（第２吸気カム）と、上記主ギヤ４５と同歯数でかつ同径の副ギヤ４６とを有しており、副ギヤ４６は、副吸気カムシャフト４２と同軸に一体に回転するようになっている。
【００４７】
主ギヤ４５および副ギヤ４６はいずれも、図示しない押圧スプリングにより常に互いに噛み合うように押圧されているとともに、図示しないバックラッシュ補償機構により、バックラッシュが発生しないように構成されている。両ギヤ４５，４６の噛み合いにより、副吸気カムシャフト４２は、主吸気カムシャフト４１の上記時計回りの回転に伴い、同じ回転数で図６の反時計回り（矢印Ｙ２で示す方向）に回転する。
【００４８】
また、副吸気カム位相可変機構７０（吸気カム位相可変機構）は、副吸気カムシャフト４２のタイミングチェーン４８側端部に設けられており、副吸気カムシャフト４２の主吸気カムシャフト４１に対する相対的な位相、言い換えれば第１気筒＃１用の副吸気カム４４の主吸気カム４３に対する相対的な位相（以下「副吸気カム位相」という）θｍｓｉを無段階に変更する。この副吸気カム位相可変機構７０の詳細については後述する。
【００４９】
さらに、副吸気カムシャフト４２の副吸気カム位相可変機構７０と反対側の端部には、副吸気カム角センサ２８が設けられている。この副吸気カム角センサ２８も、主吸気カム角センサ２７と同様に、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、副吸気カムシャフト４２の回転に伴い、パルス信号である副吸気カム信号を所定のカム角（例えば１ｄｅｇ）毎にＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この副吸気カム信号、主吸気カム信号およびＣＲＫ信号に基づき、上記副吸気カム位相θｍｓｉ（第１および第２吸気カムシャフト間の相対的な位相）を算出する。
【００５０】
また、４つの副吸気カム４４において、第１気筒＃１用の副吸気カム４４は、副吸気カムシャフト４２と同軸に一体に回転するように取り付けられ、それ以外の第２〜第４気筒＃２〜＃４用の副吸気カム４４の各々は、前記吸気カム間位相可変機構８０を介して副吸気カムシャフト４２に連結されている。これらの吸気カム間位相可変機構８０は、第２〜第４気筒＃２〜＃４用の副吸気カム４４の、第１気筒＃１用の副吸気カム４４に対する相対的な位相（以下「吸気カム間位相」という）θｓｓｉ＃ｉを、互い独立して無段階に変更するものであり、その詳細については後述する。なお、吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉにおける記号＃ｉは気筒番号を表すものであり、＃ｉ＝＃２〜＃４に設定されている。この点は、以下の説明においても同様である。
【００５１】
さらに、ＥＣＵ２には、３つの＃２〜＃４副吸気カム角センサ２９〜３１が電気的に接続されている（図３参照）。これらの＃２〜＃４副吸気カム角センサ２９〜３１はそれぞれ、第２〜第４気筒＃２〜＃４用の副吸気カム４４の回転に伴い、パルス信号である＃２〜＃４副吸気カム信号を所定のカム角（例えば１ｄｅｇ）毎にＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、これらの＃２〜＃４副吸気カム信号、副吸気カム信号、主吸気カム信号およびＣＲＫ信号に基づき、上記吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉを算出する。
【００５２】
一方、吸気弁駆動機構５０は、主・副吸気カム４３，４４と、吸気弁６を開閉する吸気ロッカアーム５１と、吸気ロッカアーム５１を支持するリンク機構５２などで構成されている。これらの主・副吸気カム４３，４４のカムプロフィールについては後述する。
【００５３】
リンク機構５２は、４節リンクタイプのものであり、吸気弁６とほぼ平行に延びる第１リンク５３と、互いに平行に上下に設けられた２つの第２リンク５４，５４と、バイアススプリング５５と、リターンスプリング５６などを備えている。この第１リンク５３には、その下端部に吸気ロッカアーム５１の中央部がピン５１ｃを介して回動自在に取り付けられており、上端部に回転自在のローラ５３ａが設けられている。
【００５４】
吸気ロッカアーム５１には、主吸気カム４３側の端部に回転自在のローラ５１ａが設けられ、吸気弁６側の端部にアジャストボルト５１ｂが取り付けられている。このアジャストボルト５１ｂの下縁と吸気弁６の上縁との間のバルブクリアランスは、後述するような所定値に設定されている。また、バイアススプリング５５は、その一端部が吸気ロッカアーム５１に取り付けられ、他端部が第１リンク５３に取り付けられている。このバイアススプリング５５の付勢力により、吸気ロッカアーム５１は、図６の時計回りに付勢されており、それにより、ローラ５１ａを介して主吸気カム４３に常に当接している。
【００５５】
以上の構成により、主吸気カム４３が図６の時計回りに回転すると、吸気ロッカアーム５１は、ローラ５１ａが主吸気カム４３のカム面上を転動することにより、主吸気カム４３のカムプロフィールに応じて、ピン５１ｃを回動支点として時計回り・反時計回りに回動する。この吸気ロッカアーム５１の回動により、アジャストボルト５１ｂが上下方向に往復動し、吸気弁６を開閉させる。
【００５６】
また、各第２リンク５４は、その一端部がピン５４ａを介してシリンダヘッド３ａに回動自在に連結され、他端部が第１リンク５３の所定部位にピン５４ｂを介して回動自在に連結されている。さらに、リターンスプリング５６では、その一端部が上側の第２リンク５４に取り付けられ、他端部がシリンダヘッド３ａに取り付けられている。このリターンスプリング５６の付勢力により、上側の第２リンク５４は、図６の反時計回りに付勢されており、それにより、第１リンク５３は、ローラ５３ａを介して副吸気カム４４に常に当接している。
【００５７】
以上の構成により、副吸気カム４４が図６の反時計回りに回転すると、第１リンク５３は、ローラ５３ａが副吸気カム４４のカム面上を転動することにより、副吸気カム４４のカムプロフィールに応じ、上下方向に移動する。それにより、吸気ロッカアーム５１の回動支点であるピン５１ｃが、最下位置（図６に示す位置）と最上位置（図１５に示す位置）との間で上下方向に移動する。これに伴い、吸気ロッカアーム５１が上述したように回動する際、アジャストボルト５１ｂの往復動の位置が変化する。
【００５８】
また、主吸気カム４３のカム山の高さは、副吸気カム４４よりも高くなっており、主吸気カム４３と副吸気カム４４とのカム山の高さの比は、アジャストボルト５１ｂからローラ５１ａの中心までの距離と、アジャストボルト５１ｂからピン５１ｃの中心までの距離との比に等しい値に設定されている。すなわち、主・副吸気カム４３，４４により吸気ロッカアーム５１が駆動された際、主吸気カム４３のカム山によるアジャストボルト５１ｂの上下方向の変動量と、副吸気カム４４のカム山によるアジャストボルト５１ｂの上下方向の変動量が互いに同じになるように設定されている。
【００５９】
次に、前述した主吸気カム位相可変機構６０について説明する。この主吸気カム位相可変機構６０は、図７に示すように、ハウジング６１、３枚羽根式のベーン６２、油圧ポンプ６３および電磁弁機構６４などを備えている。
【００６０】
このハウジング６１は、前述したスプロケット４７と一体に構成されており、互いに等間隔に形成された３つの隔壁６１ａを備えている。ベーン６２は、主吸気カムシャフト４１のスプロケット４７側の端部に同軸に取り付けられ、主吸気カムシャフト４１から外方に放射状に延びているとともに、ハウジング６１内に回転可能に収容されている。また、ハウジング６１では、隔壁６１ａとベーン６２との間に、３つの進角室６５および３つの遅角室６６が形成されている。
【００６１】
油圧ポンプ６３は、クランクシャフト３ｂに連結された機械式のものであり、クランクシャフト３ｂが回転すると、それに伴って、エンジン３のオイルパン３ｄに蓄えられた潤滑用のオイルを、油路６７ｃを介して吸い込むとともに、これを昇圧した状態で、油路６７ｃを介して電磁弁機構６４に供給する。
【００６２】
電磁弁機構６４は、スプール弁機構６４ａおよびソレノイド６４ｂを組み合わせたものであり、進角油路６７ａおよび遅角油路６７ｂを介して、進角室６５および遅角室６６にそれぞれ接続されているとともに、油圧ポンプ６３から供給された油圧を、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔとして、進角室６５および遅角室６６にそれぞれ出力する。電磁弁機構６４のソレノイド６４ｂは、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｉが入力された際、スプール弁機構６４ａのスプール弁体を、制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｉに応じて所定の移動範囲内で移動させることにより、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔをいずれも変化させる。
【００６３】
以上の主吸気カム位相可変機構６０では、油圧ポンプ６３の動作中、電磁弁機構６４が制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｉに応じて作動することにより、進角油圧Ｐａｄが進角室６５に、遅角油圧Ｐｒｔが遅角室６６にそれぞれ供給され、それにより、ベーン６２とハウジング６４との間の相対的な位相が進角側または遅角側に変更される。その結果、前述した主吸気カム位相θｍｉが所定範囲（例えばカム角４５ｄｅｇ〜６０ｄｅｇ分の範囲）で無段階に進角側または遅角側に変更される。なお、この主吸気カム位相可変機構６０には、図示しないロック機構が設けられており、このロック機構により、油圧ポンプ６３からの供給油圧が低いときには、主吸気カム位相可変機構６０の動作がロックされる。すなわち、主吸気カム位相可変機構６０による主吸気カム位相θｍｉの変更が禁止され、主吸気カム位相θｍｉがアイドル運転やエンジン始動に適した値にロックされる。
【００６４】
次に、前述した副吸気カム位相可変機構７０について説明する。図８に示すように、この副吸気カム位相可変機構７０は、ハウジング７１、１枚のベーン７２、油圧ピストン機構７３およびモータ７４などを備えている。
【００６５】
このハウジング７１は、副吸気カムシャフト４２の上記ギヤ４６と一体に構成されており、その内部に断面扇形のベーン室７５が形成されている。ベーン７２は、副吸気カムシャフト４２のタイミングチェーン４８側の端部に同軸に取り付けられ、副吸気カムシャフト４２から外方に延びているとともに、ベーン室７５に回転可能に収容されている。このベーン７２により、ベーン室７５は第１および第２ベーン室７５ａ，７５ｂに仕切られている。
【００６６】
また、ベーン７２に、リターンスプリング７２ａの一端部が取り付けられており、このリターンスプリング７２の他端部は、ハウジング７１に取り付けられている。このリターンスプリング７２ａにより、ベーン７２は、図８の反時計回りの方向、すなわち第１ベーン室７５ａの容積を小さくする方向に付勢されている。
【００６７】
一方、油圧ピストン機構７３は、シリンダ７３ａおよびピストン７３ｂを備えている。このシリンダ７３ａの内部空間は、油路７６を介して第１ベーン室７５ａに連通しており、これらのシリンダ７３ａの内部空間、油路７６内および第１ベーン室７５ａ内には、作動油が充填されている。また、第２ベーン室７５ｂは、大気側に連通している。
【００６８】
また、ピストン７３ｂには、ラック７７が取り付けられており、これと噛み合うピニオン７８がモータ７４の回転軸に同軸に取り付けられている。モータ７４は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｉが入力されると、ピニオン７８を回転駆動し、それにより、ラック７７を介してピストン７３ｂをシリンダ７３ａ内で摺動させる。それにより、第１ベーン室７５ａ内の油圧Ｐｓｄが変化し、このように変化する油圧Ｐｓｄとリターンスプリング７２ａの付勢力とのバランスにより、ベーン７２が時計回りまたは反時計回りに回転する。その結果、副吸気カム位相θｍｓｉが、所定範囲（後述するカム角１８０ｄｅｇ分の範囲）で進角側または遅角側に無段階に変更される。
【００６９】
以上のように、この副吸気カム位相可変機構７０では、前述した主吸気カム位相可変機構６０の油圧ポンプ６３および電磁弁機構６４に代えて、油圧ピストン機構７３およびモータ７４を用いることによって、副吸気カム位相θｍｓｉを変化させている。これは、副吸気カム位相可変機構７０が各気筒への吸入空気量の調整に用いられるため、主吸気カム位相可変機構６０よりも高い応答性が要求されることによる。したがって、副吸気カム位相可変機構７０において、高い応答性が必要でない場合（例えば、後述する吸気弁６のバルブタイミング制御において、遅閉じ制御および早閉じ制御の一方のみを実行すればよい場合）には、油圧ピストン機構７３およびモータ７４に代えて、主吸気カム位相可変機構６０と同様に、油圧ポンプ６３および電磁弁機構６４を用いてもよい。
【００７０】
なお、図９に示すように、副吸気カム位相可変機構７０において、ベーン７２を同図の時計回りの方向に付勢するリターンスプリング７２ｂを設け、このリターンスプリング７２ｂの付勢力をリターンスプリング７２ａと同じ値に設定するとともに、同図に示すベーン７２の中立位置を、副吸気カム位相θｍｓｉが最も高頻度に制御される値に相当する位置に設定してもよい。このようにすれば、副吸気カム位相可変機構７０の動作中、ベーン７２が中立位置に保持される時間がより長くなることで、モータ７４の動作停止時間をより長く確保でき、それにより消費電力を低減できる。
【００７１】
次に、前述した吸気カム間位相可変機構８０について説明する。なお、３つの吸気カム間位相可変機構８０は、互いに同様に構成されているので、以下、第２気筒＃２用の副吸気カム４４の吸気カム間位相θｓｓｉ＃２を変更する吸気カム間位相可変機構８０を例にとって説明する。この吸気カム間位相可変機構８０は、吸入空気量の気筒間の定常的なばらつきを調整するためのものであり、高い応答性が必要とされないものであるので、前述した主吸気カム位相可変機構６０と一部を除いて同様に構成されている。すなわち、吸気カム間位相可変機構８０は、図１０に示すように、ハウジング８１、ベーン８２、油圧ポンプ８３および電磁弁機構８４などを備えている。
【００７２】
このハウジング８１は、第２気筒＃２用の副吸気カム４４と一体に構成されており、１つの隔壁８１ａを備えている。ベーン８２は、副吸気カムシャフト４２の途中に同軸に取り付けられ、ハウジング８１内に回転可能に収容されている。また、ハウジング８１では、隔壁８１ａとベーン８２との間に、進角室８５および遅角室８６が形成されている。
【００７３】
油圧ポンプ８３は、前述した油圧ポンプ６３と同様に、クランクシャフト３ｂに連結された機械式のものであり、クランクシャフト３ｂが回転すると、それに伴って、エンジン３のオイルパン３ｄに蓄えられた潤滑用のオイルを、油路８７ｃを介して吸い込むとともに、これを昇圧した状態で、油路８７ｃを介して電磁弁機構８４に供給する。
【００７４】
電磁弁機構８４は、前述した電磁弁機構６４と同様に、スプール弁機構８４ａおよびソレノイド８４ｂを組み合わせたものであり、進角油路８７ａおよび遅角油路８７ｂを介して、進角室８５および遅角室８６にそれぞれ接続されているとともに、油圧ポンプ８３から供給された油圧を、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔとして、進角室８５および遅角室８６にそれぞれ出力する。電磁弁機構８４のソレノイド８４ｂは、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの制御入力ＤＵＴＹ＿ｓｓｉ＃２が入力された際、スプール弁機構８４ａのスプール弁体を、制御入力ＤＵＴＹ＿ｓｓｉ＃２に応じて所定の移動範囲内で移動させることにより、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔをいずれも変化させる。
【００７５】
以上の吸気カム間位相可変機構８０では、油圧ポンプ８３の動作中、電磁弁機構８４が制御入力ＤＵＴＹ＿ｓｓｉ＃２に応じて作動することにより、進角油圧Ｐａｄが進角室８５に、遅角油圧Ｐｒｔが遅角室８６にそれぞれ供給され、それにより、ベーン８２とハウジング８４との間の相対的な位相が進角側または遅角側に変更される。その結果、前述した吸気カム間位相θｓｓｉ＃２が所定範囲（例えばカム角３０ｄｅｇ分の範囲）で無段階に進角側または遅角側に変更される。なお、この吸気カム間位相可変機構８０には、図示しないロック機構が設けられており、このロック機構により、油圧ポンプ８３からの供給油圧が低いときには、吸気カム間位相可変機構８０の動作がロックされる。すなわち、吸気カム間位相可変機構８０による吸気カム間位相θｓｓｉ＃２の変更が禁止され、吸気カム間位相θｓｓｉ＃２がその時点の制御目標値（後述する値０）にロックされる。
【００７６】
なお、圧縮着火式内燃機関のように、各気筒の内部ＥＧＲ量や吸入空気量などを高い応答性でかつ高精度に制御する必要がある場合には、吸気カム間位相可変機構８０を、副吸気カム位相可変機構７０と同様に構成してもよい。
【００７７】
次に、以上のように構成された可変式吸気弁駆動装置４０の動作について説明する。なお、以下の説明では、主・副吸気カム４３，４４として、第１気筒＃１用のものを例にとって説明する。図１１は、主・副吸気カム４３，４４のカムプロフィールを説明するためのものであり、副吸気カム位相可変機構７０により副吸気カム位相θｍｓｉ＝０ｄｅｇに設定されているときの動作状態、すなわち副吸気カム４４と主吸気カム４３との間に位相差がないときの動作状態を示している。
【００７８】
図中の１点鎖線で示す曲線は、主吸気カム４３が回転したときの、これと吸気ロッカアーム５１との当接点、すなわちローラ５１ａの変動量およびその変動タイミングを表しており、図中の破線で示す曲線は、副吸気カム４４が回転したときの第１リンク５３すなわちピン５１ｃの変動量およびその変動タイミングを表している。この点は、以下の図１２〜図１６においても同様である。
【００７９】
さらに、図１１に２点鎖線で示す曲線は、比較のために、オットーサイクルで運転される一般的なエンジン、すなわち膨張比と圧縮比が同じになるように運転されるエンジンの吸気カム（以下「オットー吸気カム」という）によるアジャストボルト５１ｂの変動量および変動タイミングを表すものである。この曲線にバルブクリアランスを加味したものが、オットー吸気カムによる吸気弁のバルブリフト曲線に相当するので、以下の説明では、この曲線を適宜、バルブリフト曲線という。
【００８０】
同図に示すように、主吸気カム４３は、オットー吸気カムと比べて、リフト開始タイミングすなわち開弁タイミングが同じで、リフト終了タイミングすなわち閉弁タイミングが圧縮行程のより遅いタイミングとなる、いわゆる遅閉じカムとして構成されているとともに、最大バルブリフト量となる状態が所定範囲（例えばカム角１５０ｄｅｇ分）で継続するカムプロフィールを有している。なお、以下の説明においては、吸気弁６がオットー吸気カムよりも遅いタイミングおよび早いタイミングで閉弁される状態をそれぞれ、吸気弁６の「遅閉じ」または「早閉じ」という。
【００８１】
さらに、副吸気カム４４は、主吸気カム４３と比べて、開弁タイミングがより早くなるとともに、最大バルブリフト量となる状態が上記所定範囲（例えばカム角１５０ｄｅｇ分）で継続するカムプロフィールを有している。
【００８２】
以上のカムプロフィールを有する主・副吸気カム４３，４４により、吸気弁６を実際に駆動した場合の動作について、図１２〜図１６を参照しながら説明する。図１２は、副吸気カム位相θｍｓｉ＝０ｄｅｇのときの動作例を示している。なお、同図（ｂ）の実線で示す曲線は、アジャストボルト５１ｂの実際の変動量およびその変動タイミングを示すものであり、前述したように、これにバルブクリアランスを加味したものが、吸気弁６の実際のバルブリフト量およびバルブタイミングを示すバルブリフト曲線に相当する。したがって、以下の説明では、この曲線を、適宜、吸気弁６のバルブリフト曲線といい、アジャストボルト５１ｂの変動量およびその変動タイミングを、吸気弁６のバルブリフト量およびバルブタイミングという。この点は図１３（ｂ）〜図１６（ｂ）においても同様である。
【００８３】
図１２（ａ）に示すように、副吸気カム位相θｍｓｉ＝０ｄｅｇのときには、主吸気カム４３がそのカム山が高い部位で吸気ロッカアーム５１に当接している期間中、副吸気カム４４がそのカム山が高い部位で第１リンク５３に当接する状態となる。すなわち、主吸気カム４３による開弁動作中、吸気ロッカアーム５１の回動支点が最下位置に保持される。その結果、図１２（ｂ）に示すように、吸気弁６のバルブリフト量およびバルブタイミングは、オットー吸気カムと比べて、開弁タイミングが同じで閉弁タイミングがより遅くなり、遅閉じカムで吸気弁６を駆動している状態となる。
【００８４】
図１３〜図１５はそれぞれ、副吸気カム位相可変機構７０により副吸気カム位相θｍｓｉが９０ｄｅｇ、１２０ｄｅｇおよび１８０ｄｅｇに設定されている場合の動作例を示している。言い換えれば、副吸気カムシャフト４２の位相を主吸気カムシャフト４１に対してカム角９０ｄｅｇ分、１２０ｄｅｇ分および１８０ｄｅｇ分、進角側にずらした場合の動作例を示している。また、図１６は、副吸気カム位相θｍｓｉを１２０ｄｅｇから１８０ｄｅｇに変化させた際の動作例を示している。
【００８５】
図１３（ａ）に示すように、θｍｓｉ＝９０ｄｅｇのときには、主吸気カム４３がそのカム山が高い部位で吸気ロッカアーム５１に当接している期間の後半側で、副吸気カム４４は、カム山の高い部位ではなく低い部位で第１リンク５３に当接する状態となる。その結果、同図（ｂ）に示すように、吸気弁６の閉弁タイミングすなわち主吸気カム４３による開弁動作の終了タイミングが、θｍｓｉ＝０ｄｅｇのときよりも早くなり、前述したオットー吸気カムと同じバルブタイミングとなる。
【００８６】
また、θｍｓｉが９０ｄｅｇより大きいとき、例えば図１４（ａ）に示すθｍｓｉ＝１２０ｄｅｇのときには、主吸気カム４３がそのカム山が高い部位で吸気ロッカアーム５１に当接している期間中、副吸気カム４４がカム山の高い部位で第１リンク５３に当接する時間が上記θｍｓｉ＝９０ｄｅｇのときよりも短くなる。その結果、同図（ｂ）に示すように、吸気弁６の閉弁タイミングが、上述したθｍｓｉ＝９０ｄｅｇのときよりもさらに早くなり、オットー吸気カムと比べて、開弁タイミングが同じで閉弁タイミングがより早くなり、早閉じカムで吸気弁６を駆動している状態となる。
【００８７】
さらに、図１６に示すように、副吸気カム位相θｍｓｉを上記１２０ｄｅｇから１８０ｄｅｇに変化させると、主吸気カム４３がそのカム山が高い部位で吸気ロッカアーム５１に当接している期間中、副吸気カム４４がカム山の高い部位で第１リンク５３に当接する時間が漸減し、その結果、吸気弁６の閉弁タイミングが次第に早くなるとともに、吸気弁６のバルブリフト量もその最大値から漸減する。このように、吸気弁６のバルブリフト量がその最大値よりも小さくなるように、副吸気カム位相可変機構７０によって副吸気カム位相θｍｓｉを設定した場合、燃焼室内に流れ込む吸入空気の流速を上昇させることができ、筒内流動をより大きくすることができる。それにより、燃焼効率を向上させることができる。
【００８８】
そして、最終的に、θｍｓｉ＝１８０ｄｅｇとなったときには、図１５（ａ）に示すように、主吸気カム４３がそのカム山が高い部位で吸気ロッカアーム５１に当接している期間中、副吸気カム４４は、カム山の低い部位で第１リンク５３に当接する状態となり、その結果、同図（ｂ）に示すように、アジャストボルト５１ｂの変動量は、極めて小さい状態になるとともに、その最大値がバルブクリアランスよりも若干、小さい値になる。その結果、θｍｓｉ＝１８０ｄｅｇのときには、アジャストボルト５１ｂにより吸気弁６が駆動されない状態になることで、吸気弁６は閉弁状態に保持される。
【００８９】
なお、以上の可変式吸気弁駆動装置４０では、副吸気カム位相θｍｓｉ＝９０ｄｅｇのときに、吸気弁６のバルブリフト曲線がオットー吸気カムの場合と同じになるように構成されているが、吸気弁６のバルブリフト曲線がオットー吸気カムと同じになる副吸気カム位相θｍｓｉの値は、主・副吸気カム４３，４４のカムプロフィールを変更することにより、適宜に変更可能である。
【００９０】
次に、可変式排気弁駆動装置９０について説明する。この可変式排気弁駆動装置９０は、前述した可変式吸気弁駆動装置４０と実質的に同様に構成されており、排気弁駆動用の主排気カムシャフト９１および副排気カムシャフト９２と、気筒毎に設けられ、主・副排気カムシャフト９１，９２の回転に伴って排気弁７を開閉駆動する排気弁駆動機構１００（図２に１つのみ図示）と、主排気カム位相可変機構１１０と、副排気カム位相可変機構１２０と、３つの排気カム間位相可変機構１３０などを備えている。
【００９１】
主排気カムシャフト９１は、気筒毎に設けられた主排気カム９３と、一体に取り付けられた主ギヤ９５と、一端部に設けられたスプロケット９７とを備えている。このスプロケット９７は、主排気カムシャフト４１のスプロケット４７と同様に、前述したタイミングチェーン４８を介して、クランクシャフト３ｂに連結されている。それにより、主排気カムシャフト９１は、クランクシャフト３ｂが２回転する毎に１回転する。
【００９２】
また、主排気カム位相可変機構１１０は、主排気カムシャフト９１のスプロケット９７に対する相対的な位相、すなわち主排気カムシャフト９１のクランクシャフト３ｂに対する相対的な位相（以下「主排気カム位相」という）θｍｅを無段階に進角側または遅角側に変更するものである。この主排気カム位相可変機構１１０は、具体的には、前述した主吸気カム位相可変機構６０と同様に構成されているので、その説明はここでは省略する。
【００９３】
さらに、主排気カムシャフト９１のスプロケット９７と反対側の端部には、主排気カム角センサ３２が設けられている。この主排気カム角センサ３２は、主吸気カム角センサ２７と同様に、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、主排気カムシャフト９１の回転に伴い、パルス信号である主排気カム信号を所定のカム角（例えば１ｄｅｇ）毎にＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この主排気カム信号およびＣＲＫ信号に基づき、上記主排気カム位相θｍｅを算出する。
【００９４】
一方、副排気カムシャフト９２は、気筒毎に設けられた副排気カム９４と、上記主ギヤ９５と同歯数の副ギヤ９６とを有している。これらの主・副ギヤ９５，９６はいずれも、前述した主・副ギヤ４５，４６と同様に、図示しない押圧スプリングにより常に噛み合うように押圧されているとともに、図示しないバックラッシュ補償機構により、バックラッシュが発生しないように構成されている。両ギヤ９５，９６の噛み合いにより、副排気カムシャフト９２は、主排気カムシャフト９１の回転に伴い、同じ回転数で反対回りに回転する。
【００９５】
また、副排気カム位相可変機構１２０は、副排気カムシャフト９２のギヤ９６に対する相対的な位相、すなわち副排気カムシャフト９２の主排気カムシャフト９１に対する相対的な（以下「副排気カム位相」という）θｍｓｅを無段階に変更するものである。この副排気カム位相可変機構１２０は、具体的には、前述した副吸気カム位相可変機構７０と同様に構成されているので、その説明はここでは省略する。
【００９６】
一方、副排気カムシャフト９２の副排気カム位相可変機構１２０と反対側の端部には、副排気カム角センサ３３が設けられている。この副排気カム角センサ３３は、主排気カム角センサ３２と同様に、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、副排気カムシャフト９２の回転に伴い、パルス信号である副排気カム信号を所定のカム角（例えば１ｄｅｇ）毎にＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この副排気カム信号、主排気カム信号およびＣＲＫ信号に基づき、上記副排気カム位相θｍｓｅを算出する。
【００９７】
さらに、第１気筒＃１用の副排気カム９４は、副排気カムシャフト９２に同軸かつ一体に回転するように取り付けられており、これ以外の第２〜第４気筒＃２〜＃４用の副排気カム９４の各々は、前記排気カム間位相可変機構１３０を介して副排気カムシャフト９２に連結されている。これらの排気カム間位相可変機構１３０は、第２〜第４気筒＃２〜＃４用の副排気カム９４の、第１気筒＃１用の副排気カム９４に対する相対的な位相（以下「排気カム間位相」という）θｓｓｅ＃２〜＃４を、互い独立して無段階に変更するものであり、具体的には、前述した吸気カム間位相可変機構８０と同様に構成されているので、その説明はここでは省略する。
【００９８】
また、図示しないが、ＥＣＵ２には、前述した＃２〜＃４副吸気カム角センサ２９〜３１と同様の＃２〜＃４副排気カム角センサが電気的に接続されており、これらの＃２〜＃４副排気カム角センサはそれぞれ、第２〜第４気筒＃２〜＃４用の副排気カム９４の回転に伴い、パルス信号である＃２〜＃４副排気カム信号を所定のカム角（例えば１ｄｅｇ）毎にＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、これらの＃２〜＃４副排気カム信号、副排気カム信号、主排気カム信号およびＣＲＫ信号に基づき、上記排気カム間位相θｓｓｅ＃２〜＃４を算出する。
【００９９】
一方、排気弁駆動機構１００は、吸気弁駆動機構５０と同様に構成されており、主・副排気カム９３，９４と、排気弁７を開閉する排気ロッカアーム１０１と、排気ロッカアーム１０１を支持するリンク機構１０２などで構成されている。主・副排気カム９３，９４はそれぞれ、主・副吸気カム４３，４４と同様のカムプロフィールを有している。また、排気ロッカアーム１０１およびリンク機構１０２はそれぞれ、前述した吸気ロッカアーム５１およびリンク機構５２と同様に構成されているので、その詳細な説明は省略するが、排気ロッカアーム１０１の主排気カム９３と反対側の端部には、前述したアジャストボルト５１ｂと同様のアジャストボルト１０１ｂが取り付けられている。また、排気ロッカアーム１０１は、第１リンク１０３により回動自在に支持されている。
【０１００】
次に、以上のように構成された可変式排気弁駆動装置９０の動作について説明する。なお、以下の説明では、主・副排気カム９３，９４として、第１気筒＃１用のものを例にとって説明する。図１７は、主・副排気カム９３，９４のカムプロフィールを説明するためのものであり、副排気カム位相可変機構１２０により副排気カム位相θｍｓｅ＝０ｄｅｇに設定されている場合の動作例を示している。
【０１０１】
図中の１点鎖線で示す曲線は、主排気カム９３が回転したときの、これと排気ロッカアーム１０１との当接点の変動量およびその変動タイミングを表しており、図中の破線で示す曲線は、副排気カム９４が回転したときの第１リンク１０３の変動量およびその変動タイミングを表している。この点は、以下の図１８〜図２１においても同様である。
【０１０２】
さらに、同図に２点鎖線で示す曲線は、比較のために、オットーサイクルで運転される一般的なエンジンの排気カム（以下「オットー排気カム」という）によるアジャストボルト１０１ｂの変動量およびその変動タイミングを表している。この曲線にバルブクリアランスを加味したものが、オットー排気カムによる排気弁のバルブリフト曲線に相当するので、以下の説明では、この曲線を適宜、バルブリフト曲線という。
【０１０３】
同図に示すように、主排気カム９３は、オットー排気カムと比べて、その閉弁タイミングが同じで、開弁タイミングが膨張行程のより早いタイミングで開弁される、いわゆる早開けカムとして構成されているとともに、最大バルブリフト量となる状態が所定範囲（例えばカム角９０ｄｅｇ分）で継続するカムプロフィールを有している。なお、以下の説明においては、排気弁７がオットー排気カムよりも遅いタイミングおよび早いタイミングで開弁される状態をそれぞれ、排気弁７の「遅開け」および「早開け」という。
【０１０４】
さらに、副排気カム９４は、主排気カム９３と比べて、開弁時間がより長く、かつ最大バルブリフト量となる状態がより長い所定範囲（例えばカム角１５０ｄｅｇ分）で継続するカムプロフィールを有している。
【０１０５】
以上のカムプロフィールを有する主・副排気カム９３，９４により、排気弁７を実際に駆動した場合の動作について、図１８〜図２１を参照しながら説明する。図１８は、副排気カム位相θｍｓｅ＝０ｄｅｇのときの動作例を示している。なお、同図の実線で示す曲線は、アジャストボルト１０１ｂの実際の変動量およびその変動タイミングを示すものであり、前述したように、排気弁７のバルブリフト曲線に実質的に相当するものである。したがって、以下の説明では、この曲線を、適宜、排気弁７のバルブリフト曲線といい、アジャストボルト１０１ｂの実際の変動量およびその変動タイミングを、排気弁７のバルブリフト量およびバルブタイミングという。この点は図１９〜図２１においても同様である。
【０１０６】
副排気カム位相θｍｓｅ＝０ｄｅｇのときには、主排気カム９３がそのカム山の高い部位で排気ロッカアーム１０１に当接している期間中、副排気カム９４がそのカム山の低い部位で第１リンク１０３に当接する状態となる。その結果、図１８に示すように、アジャストボルト１０１ｂの変動量が極めて小さい状態になり、その最大値がバルブクリアランスよりも若干、小さい値になる。したがって、θｍｓｅ＝０ｄｅｇのときには、アジャストボルト１０１ｂにより排気弁７が駆動されない状態になることで、排気弁７は閉弁状態に保持される。
【０１０７】
図１９〜図２１はそれぞれ、副排気カム位相可変機構１２０により副排気カム位相θｍｓｅが４５ｄｅｇ、９０ｄｅｇおよび１５０ｄｅｇに設定されている場合の動作例を示している。言い換えば、副排気カムシャフト９２の位相を主排気カムシャフト９１に対してカム角４５ｄｅｇ分、９０ｄｅｇ分および１５０ｄｅｇ分、進角側にずらした場合の動作例を示している。
【０１０８】
前述した排気弁駆動機構１００の構成により、副排気カム位相θｍｓｅが大きくなるほど、すなわち副排気カムシャフト９２の位相を主排気カムシャフト９１に対して進角させるほど、主排気カム９３がそのカム山の高い部位で排気ロッカアーム１０１に当接している期間中、副排気カム９４がそのカム山の高い部位で第１リンク１０３に当接する時間が長くなる。その結果、図１９〜図２１に示すように、θｍｓｅが大きくなるほど、排気弁７の開弁タイミングが早くなる。
【０１０９】
具体的には、図１９に示すθｍｓｅ＝４５ｄｅｇの場合には、オットー排気カムと比べて、その閉弁タイミングが同じで開弁タイミングがより遅くなり、遅開けカムで排気弁７を駆動する状態となる。また、図２０に示すθｍｓｅ＝９０ｄｅｇ（＝θｍｓｅｏｔｔ）の場合には、排気弁７のバルブタイミングは、オットー排気カムによるバルブタイミングと同じになる。さらに、θｍｓｅが９０ｄｅｇよりも大きい場合、例えば図２１に示すθｍｓｅ＝１５０ｄｅｇの場合には、オットー排気カムと比べて、その閉弁タイミングが同じで開弁タイミングがより早くなり、早開けカムで排気弁７を駆動する状態となる。なお、図示しないけれども、θｍｓｅ＝０〜６０ｄｅｇの範囲では、θｍｓｅの増大に伴い、排気弁７のバルブリフト量も増大するように構成されている。
【０１１０】
一方、図３に示すように、ＥＣＵ２には、吸気管内温度センサ３４、アクセル開度センサ３５およびイグニッション・スイッチ（以下「ＩＧ・ＳＷ」という）３６が接続されている。この吸気管内温度センサ３４は、吸気管８内の空気温度ＴＢを表す検出信号をＥＣＵ２に出力し、アクセル開度センサ３５は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。さらに、ＩＧ・ＳＷ３６は、イグニッションキー（図示せず）操作によりＯＮ／ＯＦＦされるとともに、そのＯＮ／ＯＦＦ状態を表す信号をＥＣＵ２に出力する。
【０１１１】
次に、ＥＣＵ２について説明する。このＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されており、前述した各種のセンサ２０〜３５およびＩＧ・ＳＷ３６の検出信号に応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、ＲＯＭに予め記憶された制御プログラムやＲＡＭに記憶されたデータなどに従って、後述する各種の制御処理を実行する。
【０１１２】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２により、推定吸入空気量算出手段、目標吸入空気量設定手段、同定手段、制御指令値算出手段、制御手段および予測値算出手段が構成されている。
【０１１３】
図２２に示すように、吸入空気量制御装置１は、ＤＵＴＹ＿ｔｈ算出部２００、Ｇｃｙｌ算出部２１０、副吸気カム位相コントローラ２２０および吸気カム間位相コントローラ２３０を備えており、これらはいずれも、具体的にはＥＣＵ２により構成されている。このＤＵＴＹ＿ｔｈ算出部２００では、後述するように、スロットル弁開度ＴＨの目標値である目標開度ＴＨ＿ｃｍｄが、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに応じて算出され、さらに、この目標開度ＴＨ＿ｃｍｄに応じて、スロットル弁機構１６への制御入力ＤＵＴＹ＿ｔｈが算出される。
【０１１４】
Ｇｃｙｌ算出部２１０では、図２４に示す式（１）により、気筒内に吸入されたと推定される気筒吸入空気量Ｇｃｙｌ（推定吸入空気量）が算出される。この式（１）において、ＶＢは吸気管内体積を、Ｒは所定の気体定数をそれぞれ表している。また、記号ｎは離散化した時間を表し、記号（ｎ），（ｎ−１）などが付いた各離散データ（時系列データ）は、所定周期（例えばＴＤＣ信号の入力同期や一定値など）でサンプリングされたデータであることを示している。なお、記号（ｎ）付きのデータは今回値であることを、記号（ｎ−１）付きのデータは前回値であることをそれぞれ示している。この点は、以下の本明細書中の他の離散データにおいても同様である。さらに、本明細書中の説明では、離散データであることを表す記号（ｎ），（ｎ−１）などを適宜、省略する。
【０１１５】
また、副吸気カム位相コントローラ２２０は、上記Ｇｃｙｌ算出部２１０で算出された気筒吸入空気量Ｇｃｙｌなどに応じて、副吸気カム位相可変機構７０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｉを算出するものであり、その詳細については後述する。
【０１１６】
さらに、吸気カム間位相コントローラ２３０は、気筒間の吸入空気量のばらつきを補正するために、後述するように、３つの吸気カム間位相可変機構８０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｓｓｉ＃２〜＃４をそれぞれ算出する。この吸気カム間位相コントローラ２３０の詳細については、後述する。
【０１１７】
次に、副吸気カム位相コントローラ２２０について説明すると、この副吸気カム位相コントローラ２２０は、図２３に示すように、目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄ（制御指令値）を算出する第１ＳＰＡＳコントローラ２２１と、制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｉを算出する第２ＳＰＡＳコントローラ２２５とを備えている。
【０１１８】
この第１ＳＰＡＳコントローラ２２１は、以下に述べる適応予測型応答指定制御（Ｓｅｌｆ−ｔｕｎｉｎｇ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｅ Ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アルゴリズムにより、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌ、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇに応じて、目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄを算出するものであり、状態予測器２２２、オンボード同定器２２３およびスライディングモードコントローラ２２４で構成されている。
【０１１９】
まず、状態予測器２２２（予測値算出手段）について説明する。この状態予測器２２２は、以下に述べる予測アルゴリズムにより、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌの予測値である予測吸入空気量Ｐｒｅ＿Ｇｃｙｌを予測（算出）するものである。
【０１２０】
まず、副吸気カム位相θｍｓｉおよび気筒吸入空気量Ｇｃｙｌをそれぞれ入力および出力とする制御対象を、離散時間系モデルであるＡＲＸモデル（ａｕｔｏ−ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ ｍｏｄｅｌ ｗｉｔｈ ｅｘｏｇｅｎｅｏｕｓ ｉｎｐｕｔ：外部入力を持つ自己回帰モデル）としてモデル化すると、図２４に示す式（２）が得られる。同式（２）において、ｄは制御対象の特性によって決まるむだ時間を表している。また、ａ１，ａ２，ｂ１はモデルパラメータを表しており、オンボード同定器２２３により、後述するように逐次同定される。
【０１２１】
次に、同式（２）を離散時間［ｄ−１］分、未来側にシフトさせると、図２４の式（３）が得られる。さらに、マトリクスＡ、Ｂを、モデルパラメータａ１，ａ２，ｂ１を用いて図２４に示す式（４），（５）のように定義するとともに、同式（３）における左辺の未来値［Ｇｃｙｌ（ｎ＋ｄ−２），Ｇｃｙｌ（ｎ＋ｄ−３）］を消去するために、上式（３）の漸化式を繰り返し用いることによって式（３）を変形すると、図２４に示す式（６）が得られる。
【０１２２】
この式（６）を用いることで、予測吸入空気量Ｐｒｅ＿Ｇｃｙｌを算出することは可能であるけれども、モデル次数の不足や制御対象の非線形特性などに起因して、予測吸入空気量Ｐｒｅ＿Ｇｃｙｌに定常偏差およびモデル化誤差が生じる可能性がある。
【０１２３】
これを回避するために、本実施形態の状態予測器２２２では、式（６）に代えて、図２４に示す式（７）により、予測吸入空気量Ｐｒｅ＿Ｇｃｙｌを算出する。この式（７）は、式（６）の右辺に、定常偏差およびモデル化誤差を補償するための補償パラメータγ１を加入したものである。
【０１２４】
次に、オンボード同定器２２３（同定手段）について説明する。このオンボード同定器２２３は、以下に述べる逐次型同定アルゴリズムにより、前述した予測吸入空気量Ｐｒｅ＿Ｇｃｙｌと気筒吸入空気量Ｇｃｙｌとの偏差である同定誤差ｉｄｅが最小となるように（すなわち、予測吸入空気量Ｐｒｅ＿Ｇｃｙｌが気筒吸入空気量Ｇｃｙｌに一致するように）、前述した式（７）におけるモデルパラメータの行列成分α１，α２，βｊおよび補償パラメータγ１のベクトルθｓを同定するものである。
【０１２５】
具体的には、図２５に示す式（８）〜（１３）により、ベクトルθｓ（ｎ）を算出する。このベクトルθｓ（ｎ）は、その転置行列が同図の式（１２）のように定義される。また、式（８）において、ＫＰｓ（ｎ）はゲイン係数のベクトルを表しており、このゲイン係数ＫＰｓ（ｎ）は、式（９）により算出される。この式（９）のＰｓ（ｎ）は、式（１０）で定義されるｄ＋２次の正方行列であり、ζｓ（ｎ）は、その転置行列が式（１３）のように定義されるベクトルである。さらに、式（８）の同定誤差ｉｄｅ（ｎ）は、式（１１）により算出される。
【０１２６】
以上のような同定アルゴリズムでは、式（１０）の重みパラメータλ１、λ２の設定により、以下の４つの同定アルゴリズムのうちの１つが選択される。
すなわち、
λ１＝１，λ２＝０ ；固定ゲインアルゴリズム
λ１＝１，λ２＝１ ；最小２乗法アルゴリズム
λ１＝１，λ２＝λ ；漸減ゲインアルゴリズム
λ１＝λ，λ２＝１ ；重み付き最小２乗法アルゴリズム
ただし、λは、０＜λ＜１に設定される所定値。
なお、本実施形態では、同定精度およびベクトルθｓの最適値への収束速度をいずれも最適に確保するために、重み付き最小２乗法アルゴリズムが採用されている。
【０１２７】
次に、スライディングモードコントローラ（以下「ＳＬＤコントローラ」という）２２４について説明する。このＳＬＤコントローラ２２４（制御指令値算出手段）は、スライディングモード制御アルゴリズムに基づいて、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに収束し、かつ副吸気カム位相θｍｓｉが基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅに拘束されるように、目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄを算出するものであり、以下、このスライディングモード制御アルゴリズムについて説明する。
【０１２８】
まず、このスライディングモード制御アルゴリズムでは、制御対象モデルとして、図２６に示す式（１４）を用いる。この式（１４）は、前述した図２４の式（６）を離散時間「１」分、未来側にシフトさせたものである。
【０１２９】
この式（１４）に示す制御対象モデルを用いた場合、切換関数σｓは以下のように設定される。すなわち、図２６の式（１５）に示すように、追従誤差Ｅｓを気筒吸入空気量Ｇｃｙｌと目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄの偏差として定義すると、切換関数σｓは、図２６の式（１６）に示すように、追従誤差Ｅｓの時系列データ（離散データ）の線形関数として設定される。なお、式（１６）に示すＳｓは、切換関数設定パラメータを表している。
【０１３０】
スライディングモード制御アルゴリズムでは、本実施形態のように切換関数σｓが２つの状態変数［Ｅｓ（ｎ），Ｅｓ（ｎ−１）］で構成されている場合、図２８に示すように、２つの状態変数で構成される位相空間は、これらをそれぞれ縦軸および横軸とする２次元の位相平面となり、この位相平面上において、σｓ＝０を満たす２つの状態変数の値の組み合わせは、数式［Ｅｓ（ｎ）＝−Ｓｓ・Ｅｓ（ｎ−１）］で表される切換直線と呼ばれる直線上に載ることになる。
【０１３１】
この数式［Ｅｓ（ｎ）＝−Ｓｓ・Ｅｓ（ｎ−１）］は、入力のない一次遅れ系を表しているので、切換関数設定パラメータＳｓを、例えば−１＜Ｓｓ＜１に設定するとともに、この一次遅れ系を安定化させると、２つの状態変数［Ｅｓ（ｎ），Ｅｓ（ｎ−１）］の組み合わせは、時間の経過とともに、値０となる平衡点に収束することになる。すなわち、このように追従誤差Ｅｓを値０に収束させることで、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに収束させることができる。なお、２つの状態変数［Ｅｓ（ｎ），Ｅｓ（ｎ−１）］が切換直線に漸近するまでの間を到達モードといい、これらが平衡点にスライディングする挙動をスライディングモードという。
【０１３２】
この場合、切換関数設定パラメータＳｓを正の値に設定すると、数式［Ｅｓ（ｎ）＝−Ｓｓ・Ｅｓ（ｎ−１）］で表される一次遅れ系は振動安定系となるため、状態変数［Ｅｓ（ｎ），Ｅｓ（ｎ−１）］の収束挙動として好ましくない。したがって、本実施形態では、切換関数設定パラメータＳｓを図２６の式（１７）に示すように設定する。このように切換関数設定パラメータＳｓを設定した場合、図２９に示すように、切換関数設定パラメータＳｓの絶対値が小さいほど、追従誤差Ｅｓの値０への収束速度、すなわち気筒吸入空気量Ｇｃｙｌの目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄへの収束速度が速くなる。以上のように、スライディングモード制御では、切換関数設定パラメータＳｓにより、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌの目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄへの収束挙動および収束速度を、任意に指定することができる。
【０１３３】
また、これらの状態変数［Ｅｓ（ｎ），Ｅｓ（ｎ−１）］の組み合わせを切換直線上に載せるための制御入力Ｕｓｐａｓ（ｎ）［＝θｍｓｉ＿ｃｍｄ（ｎ）］は、図２６の式（１８）に示すように、等価制御入力Ｕｅｑ（ｎ）、到達則入力Ｕｒｃｈ（ｎ）およびバルブ制御入力Ｕｖｔ（ｎ）の総和として定義される。
【０１３４】
この等価制御入力Ｕｅｑ（ｎ）は、［Ｅｓ（ｎ），Ｅｓ（ｎ−１）］の組み合わせを切換直線上に拘束しておくためのものであり、具体的には、図２６に示す式（１９）のように定義される。この式（１９）は、以下のように導出される。すなわち、図２７に示す式（２２）を、前述した式（１６）に基づいて変形すると、図２７に示す式（２３）が得られ、次に、この式（２３）を漸化式を繰り返し用いることにより変形すると、図２７に示す式（２４）が得られる。さらに、この式（２４）において、副吸気カム位相θｍｓｉの項をまとめて変形すると、図２７に示す式（２５）が得られる。次いで、この式（２５）において、左辺の副吸気カム位相θｍｓｉ（ｎ）を等価制御入力Ｕｅｑ（ｎ）に置き換えると同時に、前述したＰｒｅ＿Ｇｃｙｌ（ｎ）≒Ｇｃｙｌ（ｎ＋ｄ−１）の関係に基づき、右辺の気筒吸入空気量の未来値Ｇｃｙｌ（ｎ＋ｄ−１）などを、予測値Ｐｒｅ＿Ｇｃｙｌに置き換えることにより、上記式（１９）が導出される。
【０１３５】
また、到達則入力Ｕｒｃｈ（ｎ）は、外乱やモデル化誤差などにより、［Ｅｓ（ｎ），Ｅｓ（ｎ−１）］の組み合わせが切換直線上から外れた際に、これらを切換直線上に収束させるためのものであり、具体的には、図２６に示す式（２０）のように定義される。
【０１３６】
さらに、バルブ制御入力Ｕｖｔ（ｎ）は、副吸気カム位相θｍｓｉをその基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅに拘束するためのフィードフォワード入力であり、具体的には、図２６の式（２１）に示すように、基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅに等しい値として定義される。なお、この基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅは、後述するように、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇに応じて算出される。
【０１３７】
以上のように、この第１ＳＰＡＳコントローラ２２１では、状態予測器２２２において、補償パラメータγ１を加えた状態予測アルゴリズムにより、予測吸入空気量Ｐｒｅ＿Ｇｃｙｌが算出されるとともに、この補償パラメータγ１がオンボード同定器２２３により逐次同定されるので、前述した定常偏差およびモデル化誤差を補償しながら、予測吸入空気量Ｐｒｅ＿Ｇｃｙｌを精度よく算出することができる。
【０１３８】
また、ＳＬＤコントローラ２２４においては、到達則入力Ｕｒｃｈおよび等価制御入力Ｕｅｑにより、追従誤差Ｅｓを値０に収束させることができる。すなわち、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに収束させることができると同時に、その収束挙動および収束速度を、切換関数設定パラメータＳｓの設定により任意に指定することができる。したがって、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌの目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄへの収束速度を、制御対象（副吸気カム位相可変機構７０などを含む吸気系）の特性に応じた適切な値に設定することができ、それにより、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌを、振動的およびオーバーシュート的な挙動を回避しながら迅速かつ安定した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに収束させることができ、制御性を向上させることができる。
【０１３９】
これに加えて、バルブ制御入力Ｕｖｔにより、副吸気カム位相θｍｓｉをその基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅに拘束することができると同時に、等価制御入力Ｕｅｑに補償パラメータγ１が含まれていることにより、このバルブ制御入力Ｕｖｔの影響を補償しながら、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに適切に収束させることができる。
【０１４０】
次に、前述した第２ＳＰＡＳコントローラ２２５（制御手段）について説明する。この第２ＳＰＡＳコントローラ２２５は、一部を除いて前述した第１ＳＰＡＳコントローラ２２１と同様の制御アルゴリズムにより、副吸気カム位相θｍｓｉおよび目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄに応じて、制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｉを算出するものであり、図３０に示すように、状態予測器２２６、オンボード同定器２２７およびスライディングモードコントローラ２２８で構成されている。
【０１４１】
この状態予測器２２６は、前述した状態予測器２２２と同様の予測アルゴリズムにより、副吸気カム位相θｍｓｉの予測値である予測副吸気カム位相Ｐｒｅ＿θｍｓｉを予測（算出）するものである。
【０１４２】
具体的には、制御対象モデルとして、図３１に示す式（２６）を用いる。同式（２６）において、ｄｘは制御対象の特性によって決まるむだ時間を表しており、ａ１’，ａ２’，ｂ１’はモデルパラメータを表している。また、記号ｍは離散化した時間を表し、記号（ｍ）などの付いた各離散データは、前述した記号（ｎ）付きの離散データよりも短い所定周期でサンプリングされたデータであることを示している。この点は、以下の本明細書中の他の離散データにおいても同様であり、また、本明細書中の説明では、離散データであることを表す記号（ｍ）などを適宜、省略する。なお、上記のように、式（２６）における各離散データのサンプリング周期が、前述した式（２）における各離散データよりも短い周期に設定されている理由は、第２ＳＰＡＳコントローラ２２５による、副吸気カム位相θｍｓｉの目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄへの収束速度が、第１ＳＰＡＳコントローラ２２１による、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌの目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄへの収束速度よりも遅いと、制御性の低下を招くので、これを回避し、良好な制御性を確保するためである。
【０１４３】
マトリクスＡ’，Ｂ’を、モデルパラメータａ１’，ａ２’，ｂ１’を用いて図３１に示す式（２７），（２８）のように定義するとともに、式（２６）を前述した状態予測器２２２の場合と同様に変形することにより、図３１に示す式（２９）が導出される。この式（２９）において、γ’は、前述した補償パラメータγと同様の、定常偏差およびモデル化誤差を補償するための補償パラメータである。
【０１４４】
また、オンボード同定器２２７も、前述したオンボード同定器２２３と同様の逐次型同定アルゴリズムにより、予測副吸気カム位相Ｐｒｅ＿θｍｓｉと副吸気カム位相θｍｓｉとの偏差である同定誤差ｉｄｅ’が最小となるように（すなわち、予測副吸気カム位相Ｐｒｅ＿θｍｓｉが副吸気カム位相θｍｓｉに一致するように）、上記式（２９）におけるモデルパラメータの行列成分α１’，α２’，βｊ’および補償パラメータγ１’のベクトルθｓ’を同定するものである。
【０１４５】
具体的には、図３２に示す式（３０）〜（３５）により、ベクトルθｓ’（ｍ）を算出する。これらの式（３０）〜（３５）は、前述した式（８）〜（１３）と同様に構成されているので、その説明は省略する。
【０１４６】
次に、スライディングモードコントローラ（以下「ＳＬＤコントローラ」という）２２８について説明する。このＳＬＤコントローラ２２８は、スライディングモード制御アルゴリズムに基づいて、副吸気カム位相θｍｓｉが目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄに収束するように、制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｉを算出するものである。
【０１４７】
具体的には、図３３の式（３６）〜（４１）に示すアルゴリズムにより、制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｉが算出される。すなわち、同図の式（３６）に示すように、追従誤差Ｅｓ’を、副吸気カム位相θｍｓｉと目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄとの偏差として定義すると、切換関数σｓ’および切換関数設定パラメータＳｓ’はそれぞれ、同図の式（３７）（３８）に示すように定義される。また、制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｉは、同図の式（３９）に示すように、等価制御入力Ｕｅｑ’および到達則入力Ｕｒｃｈ’の総和として定義され、等価制御入力Ｕｅｑ’および到達則入力Ｕｒｃｈ’はそれぞれ、同図の式（４０），（４１）に示すように定義される。式（３９）に示すように、このＳＬＤコントローラ２２８では、副吸気カム位相θｍｓｉを目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄに収束するように制御すればよいので、前述したバルブ制御入力Ｕｖｔが、制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｉの入力成分から省略されている。
【０１４８】
以上のように、この第２ＳＰＡＳコントローラ２２５でも、状態予測器２２６において、補償パラメータγ１’を加えた状態予測アルゴリズムにより予測副吸気カム位相Ｐｒｅ＿θｍｓｉが算出されるとともに、この補償パラメータγ１’がオンボード同定器２２７により逐次同定されるので、定常偏差およびモデル化誤差を補償しながら、予測副吸気カム位相Ｐｒｅ＿θｍｓｉを精度よく算出することができる。
【０１４９】
また、ＳＬＤコントローラ２２７においては、到達則入力Ｕｒｃｈ’および等価制御入力Ｕｅｑ’により、副吸気カム位相θｍｓｉを目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄに収束させることができると同時に、その収束挙動および収束速度を、切換関数設定パラメータＳｓ’の設定により任意に指定することができる。したがって、副吸気カム位相θｍｓｉの目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄへの収束速度を、制御対象（副吸気カム位相可変機構７０などを含む系）の特性に応じた適切な値に設定することができ、それにより、制御性を向上させることができる。
【０１５０】
なお、以上の２つの切換関数設定パラメータＳｓ，Ｓｓ’において、これらを−１＜Ｓｓ＜Ｓｓ’＜０の関係が成立する値に設定すると、第２ＳＰＡＳコントローラ２２５による制御の速応性を、第１ＳＰＡＳコントローラ２２１による制御よりも高めることができ、副吸気カム位相コントローラ２２０の制御性、すなわち気筒吸入空気量Ｇｃｙｌの目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄへの収束性を向上させることができる。
【０１５１】
次に、吸気カム間位相コントローラ２３０について説明する。図３４に示すように、エアフローセンサ２１によりＴＨ通過吸入空気量Ｇｔｈを検出した場合、各気筒の吸気挙動に起因して吸気の脈動も検出される。この吸気の脈動は、気筒間に吸入空気量のばらつきが生じた場合には、同図に示すように、不規則なものとなる。なお、同図は、第４気筒＃４におけるＴＨ通過吸入空気量Ｇｔｈが他の気筒よりも少ない例を示している。
【０１５２】
この吸気カム間位相コントローラ２３０は、上記のような気筒間の吸入空気量のばらつきを推定し、それを補正するための、３つの吸気カム間位相可変機構８０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｓｓｉ＃２〜＃４をそれぞれ算出するものであり、適応オブザーバ２４０、３つの差分器２５０および吸気ばらつきコントローラ２６０などで構成されている（図２２参照）。この吸気カム間位相コントローラ２３０では、以下に述べるアルゴリズムにより、適応オブザーバ２４０において、４つの吸気量ばらつき係数Φ＃１〜＃４が気筒毎に算出され、３つの差分器２５０において、３つの偏差ＥΦ＃２〜＃４がそれぞれ算出され、さらに、吸気ばらつきコントローラ２６０において、３つの制御入力ＤＵＴＹ＿ｓｓｉ＃２〜＃４がそれぞれ算出される。
【０１５３】
次に、上記適応オブザーバ２４０のアルゴリズムについて説明する。まず、図３５に示すように、エンジン３の吸気系を、４つの模擬値Ｇｃｙｌ＿ＯＳ＃１〜Ｇｃｙｌ＿ＯＳ＃４および４つの吸気量ばらつき係数Φ＃１〜Φ＃４で表される系として見なす。これらの模擬値Ｇｃｙｌ＿ＯＳ＃ｉ（ｉ＝１〜４）は、吸入空気の吸気開始タイミングおよび吸気挙動を気筒毎に模擬化した値であり、吸気量ばらつき係数Φ＃ｉ（ｉ＝１〜４）は、気筒間の吸入空気量のばらつきおよび吸気挙動の変動分を表す値である。この系を離散時間系モデルとしてモデル化すると、図３６に示す式（４２）が得られる。
【０１５４】
同式（４２）において、記号ｋは離散化した時間を表しており、記号（ｋ）付きの各離散データは、ＴＤＣ信号が発生する毎にサンプリングされたデータであることを示している（なお、離散データを、ＣＲＫ信号が発生する毎にサンプリングしたデータとしてもよい）。また、ｄ’は、吸気管８内を流れる空気がエアフローセンサ２１から各気筒に到達するまでのむだ時間を表しており、本実施形態では、所定の一定値に予め設定される。なお、むだ時間ｄ’をエンジン３の運転状態（エンジン回転数ＮＥなど）に応じて設定してもよい。
【０１５５】
本実施形態の適応オブザーバ２４０では、上記式（４２）の左辺をＴＨ通過吸入空気量の推定値Ｇｔｈ＿ｅｓｔ（ｋ）に置き換えた式、すなわち図３６の式（４３）がモデルとして用いられ、模擬値Ｇｃｙｌ＿ＯＳ＃ｉが、後述するように信号発生器２４１により生成されるとともに、式（４３）のモデルパラメータとしての吸気量ばらつき係数Φ＃ｉのベクトルφ（ｋ）が、推定値Ｇｔｈ＿ｅｓｔ（ｋ）をＴＨ通過吸入空気量Ｇｔｈ（ｋ−ｄ’）に一致させるように、図３６の式（４４）〜（５０）に示す逐次型最小２乗法アルゴリズムにより、同定される。
【０１５６】
このベクトルφ（ｋ）は、その転置行列が同図の式（４９）のように定義される。また、式（４４）において、ＫＲ（ｋ）はゲイン係数のベクトルを表しており、このゲイン係数ＫＲ（ｋ）は、式（４５）により算出される。この式（４５）のＲ（ｋ）は、式（４８）で定義される４次の正方行列であり、ζ’（ｋ）は、その転置行列が式（５０）のように定義されるベクトルである。さらに、式（４４）のｉｄｅ’（ｋ）は、同定誤差を表しており、この同定誤差ｉｄｅ’（ｋ）は、式（４６），（４７）により算出される。
【０１５７】
以上のように、この適応オブザーバ２４０では、上記式（４４）〜（５０）に示す逐次型最小２乗法アルゴリズムにより、吸気量ばらつき係数Φ＃ｉのベクトルφ（ｋ）が同定される。それにより、エンジン３の運転状態が急変することなどに伴う吸気挙動のノイズ的な変動成分を、吸気量ばらつき係数Φ＃ｉから除去（フィルタリング）することができ、吸気量ばらつき係数Φ＃ｉを、気筒間の吸入空気量のばらつきを実質的に示す値として算出することができる。
【０１５８】
以上の適応オブザーバ２４０の構成は、図３７のブロック図に示すものとなる。すなわち、同図に示すように、この適応オブザーバ２４０では、信号発生器２４１により、模擬値Ｇｃｙｌ＿ＯＳ＃ｉのベクトルζ’（ｋ）が生成される。より具体的には、この信号発生器２４１では、図３８に示すように、模擬値Ｇｃｙｌ＿ＯＳ＃ｉは、互いの和が常に値１になるように、三角波や台形波などを交互に組み合わせたような信号値として生成される。さらに、乗算器２４２において、この模擬値のベクトルζ’（ｋ）に、遅延素子２４３で遅延された吸気量ばらつき係数のベクトルφ（ｋ−１）を乗算した値として、ＴＨ通過吸入空気量の推定値Ｇｔｈ＿ｅｓｔ（ｋ）が生成される。そして、差分器２４４により、遅延素子２４５で遅延されたＴＨ通過吸入空気量Ｇｔｈ（ｋ−ｄ’）と、推定値Ｇｔｈ＿ｅｓｔ（ｋ）との偏差として、同定誤差ｉｄｅ’（ｋ）が生成される。
【０１５９】
また、論理演算器２４６により、模擬値のベクトルζ’（ｋ）に基づいて、ゲイン係数のベクトルＫＲ（ｋ）が生成され、乗算器２４７において、同定誤差ｉｄｅ’（ｋ）とゲイン係数のベクトルＫＲ（ｋ）の積［ｉｄｅ’（ｋ）・ＫＲ（ｋ）］が生成される。次に、加算器２４８により、積［ｉｄｅ’（ｋ）・ＫＲ（ｋ）］と、遅延素子２４３で遅延された吸気量ばらつき係数のベクトルφ（ｋ−１）との和として、吸気量ばらつき係数のベクトルφ（ｋ）が生成される。
【０１６０】
以上のように、適応オブザーバ２４０において、４つの吸気量ばらつき係数Φ＃１〜＃４が算出され、前述した３つの差分器２５０では、これらの吸気量ばらつき係数Φ＃１〜＃４に基づき、図３９の式（５１）により３つの偏差ＥΦ＃２〜＃４がそれぞれ算出される。
【０１６１】
次に、前述した吸気ばらつきコントローラ２６０について説明する。図４０に示すように、吸気ばらつきコントローラ２６０は、目標吸気カム間位相コントローラ２６１および第３ＳＰＡＳコントローラ２６２を備えている。この目標吸気カム間位相コントローラ２６１は、気筒間のＴＨ通過吸入空気量Ｇｔｈのばらつきを補正するために目標吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉ＿ｃｍｄを算出するものである。
【０１６２】
具体的には、目標吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉ＿ｃｍｄは、３つの偏差ＥΦ＃２〜＃４に基づいて、図３９の式（５２），（５３）に示す応答指定型制御アルゴリズム（スライディングモード制御アルゴリズムまたはバックステッピング制御アルゴリズム）により算出される。なお、式（５２）のσ’（ｋ）は切換関数を示している。目標吸気カム間位相コントローラ２６１では、この応答指定型制御アルゴリズムにより、ＥΦ＃ｉ（＃ｉ＝２〜４）が値０になるように、目標吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉ＿ｃｍｄ（＃ｉ＝２〜４）が算出される。言い換えれば、第１気筒＃１の吸気量ばらつき係数Φ＃１に、他の３つの気筒の吸気量ばらつき係数Φ＃２〜＃４が一致するように、目標吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉ＿ｃｍｄが算出される。
【０１６３】
また、第３ＳＰＡＳコントローラ２６２では、吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉが上記のように算出された目標吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉ＿ｃｍｄに収束するように、吸気カム間位相可変機構８０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｓｓｉ＃ｉが算出される。この制御入力ＤＵＴＹ＿ｓｓｉ＃ｉは、具体的には、前述した第２ＳＰＡＳコントローラ２２５における制御アルゴリズムと同じアルゴリズムにより算出されるので、その説明は省略する。
【０１６４】
以上のように、吸気カム間位相コントローラ２３０では、目標吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉ＿ｃｍｄが、第１気筒＃１の吸気量ばらつき係数Φ＃１に他の３つの気筒の吸気量ばらつき係数Φ＃２〜＃４が一致するように、算出され、さらに、吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉが目標吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉ＿ｃｍｄに収束するように、制御入力ＤＵＴＹ＿ｓｓｉ＃ｉが算出される。すなわち、第２〜第４気筒＃２〜＃４の吸入空気量が第１気筒＃１の吸入空気量と一致するように制御され、その結果、気筒間の吸入空気量のばらつきを補正することができる。
【０１６５】
なお、図３４に示すように、吸気管内絶対圧センサ２４で吸気管内絶対圧ＰＢＡを検出した場合でも、吸気の脈動を検出することができるので、以上の式（４２）〜（５３）において、「Ｇｔｈ」で表されるパラメータを「ＰＢＡ」で表されるパラメータに置き換えたアルゴリズムと、吸気管内絶対圧センサ２４で検出された吸気管内絶対圧ＰＢＡとを用いることにより、気筒間の吸入空気量のばらつきを補正するための吸気カム間位相コントローラ２３０を構成することができる。
【０１６６】
図４１に示すように、吸入空気量制御装置１は、副排気カム位相コントローラ２８０をさらに備えている。この副排気カム位相コントローラ２８０は、後述する触媒暖機制御において、副排気カム位相可変機構１２０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｅを算出するものであり、目標副排気カム位相コントローラ２８１および第４ＳＰＡＳコントローラ２８２を備えている。
【０１６７】
この目標副排気カム位相コントローラ２８１では、エンジン回転数ＮＥおよび目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに基づいて、目標副排気カム位相θｍｓｅ＿ｃｍｄが算出される。具体的には、目標副排気カム位相θｍｓｅ＿ｃｍｄは、図４２の式（５４）〜（５６）に示す制御アルゴリズムにより算出される。同図の式（５４）において、θｍｓｅ＿ａｓｔは、後述するように、テーブル検索により設定される目標副排気カム位相の触媒暖機用値であり、ｄθｍｓｅは、式（５５），（５６）の応答指定型制御アルゴリズム（スライディングモード制御アルゴリズムまたはバックステッピング制御アルゴリズム）により算出される補正量を示している。この式（５５）において、Ｋａｓｔｒ，Ｋａｓｔａはそれぞれ、フィードバックゲインを示しており、σａｓｔは、式（５６）のように定義される切換関数を示している。また、式（５６）において、Ｓａｓｔは、−１＜Ｓａｓｔ＜０の範囲の値に設定される切換関数設定パラメータであり、また、ＮＥ＿ｃｍｄは所定の一定値（例えば１８００ｒｐｍ）に設定される目標回転数である。
【０１６８】
また、第４ＳＰＡＳコントローラ２８２では、副排気カム位相θｍｓｅが上記のように算出された目標副排気カム位相θｍｓｅ＿ｃｍｄに収束するように、副排気カム位相可変機構１２０への制御入力ＤＵＴＹ＿θｍｓｅが算出される。この制御入力ＤＵＴＹ＿θｍｓｅは、具体的には、前述した第２ＳＰＡＳコントローラ２２５における制御アルゴリズムと同じアルゴリズムにより算出されるので、その説明は省略する。
【０１６９】
以上のように、この副排気カム位相コントローラ２８０では、エンジン回転数ＮＥおよび目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに基づいて、目標副排気カム位相θｍｓｅ＿ｃｍｄが算出され、この目標副排気カム位相θｍｓｅ＿ｃｍｄに副排気カム位相θｍｓｅが収束するように、排気カム位相可変機構１２０への制御入力ＤＵＴＹ＿θｍｓｅが算出される。その結果、エンジン回転数ＮＥを目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに精度よく制御することができる。
【０１７０】
以下、図４３を参照しながら、ＥＣＵ２により実行されるエンジン制御処理について説明する。同図は、エンジン制御処理の主要な制御内容を示しており、このプログラムでは、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）において、燃料制御処理を実行する。この燃料制御処理は、エンジン３の運転状態に応じて、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇ、主燃料噴射率Ｒｔ＿Ｐｒｅ、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌ、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄおよび燃料噴射量ＴＯＵＴ＿ｍａｉｎ，ＴＯＵＴ＿ｓｕｂなどを算出するものであり、その具体的な内容は後述する。
【０１７１】
次いで、ステップ２で、過給圧制御処理を実行する。この過給圧制御処理は、エンジン３の運転状態に応じて、ウエストゲート弁１０ｄへの制御入力Ｄｕｔ＿ｗｇを算出するものであり、その具体的な内容は後述する。
【０１７２】
次に、ステップ３で、吸気弁制御処理を実行する。この吸気弁制御処理は、エンジン３の運転状態に応じて、前述した各種の制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｉ、ＤＵＴＹ＿ｍｓｉおよびＤＵＴＹ＿ｓｓｉ＃２〜＃４を算出するものであり、その具体的な内容は後述する。
【０１７３】
次いで、ステップ４で、排気弁制御処理を実行する。この排気弁制御処理は、エンジン３の運転状態に応じて、前述した各種の制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｅ、ＤＵＴＹ＿ｍｓｅおよびＤＵＴＹ＿ｓｓｅ＃２〜＃４をそれぞれ算出するものであり、その具体的な内容は後述する。
【０１７４】
次に、ステップ５で、スロットル弁制御処理を実行する。このスロットル弁制御処理は、エンジン３の運転状態に応じて、前述した制御入力ＤＵＴＹ＿ｔｈを算出するものであり、その具体的な内容は後述する。
【０１７５】
次いで、ステップ６で、点火時期制御処理を実行した後、本プログラムを終了する。この点火時期制御処理は、その詳細な説明は省略するが、エンジン３の運転状態に応じて、点火プラグ５による混合気の点火時期θｉｇを算出するものである。より具体的には、点火時期θｉｇは、エンジン３の始動制御中は通常のアイドル運転用値θｉｇｉｄｌｅ（図６６参照）よりも進角側の値に設定され、始動後の触媒暖機制御中はアイドル運転用値θｉｇｉｄｌｅよりも遅角側の値に設定される。すなわち、点火時期のリタード制御が実行される。さらに、通常運転中は、エンジン３の運転状態に応じて設定される。
【０１７６】
次に、図４４を参照しながら、上記ステップ１の燃料制御処理について説明する。同図に示すように、このプログラムでは、まず、ステップ１０において、吸排気弁故障フラグＦ＿ＶＬＶＮＧまたはスロットル弁故障フラグＦ＿ＴＨＮＧが「１」であるか否かを判別する。この吸排気弁故障フラグＦ＿ＶＬＶＮＧは、可変式吸気弁駆動装置４０または可変式排気弁駆動装置９０が故障しているときには「１」に、双方が正常であるときには「０」にそれぞれ設定されるものである。また、スロットル弁故障フラグＦ＿ＴＨＮＧは、スロットル弁機構１６が故障しているときには「１」に、正常であるときには「０」にそれぞれ設定されるものである。
【０１７７】
ステップ１０の判別結果がＮＯで、可変式吸気弁駆動装置４０、可変式排気弁駆動装置９０およびスロットル弁機構１６がいずれも正常であるときには、ステップ１１に進み、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇを、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図４５に示すマップを検索することにより算出する。
【０１７８】
図中のアクセル開度ＡＰの所定値ＡＰ１〜３は、ＡＰ１＞ＡＰ２＞ＡＰ３の関係が成立するように設定されているとともに、所定値ＡＰ１は、アクセル開度ＡＰの最大値すなわち最大踏み込み量に設定されている。同図に示すように、このマップでは、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇは、ＮＥ≦ＮＥＲ２（所定値）の範囲では、エンジン回転数ＮＥが高いほど、またアクセル開度ＡＰが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン３の負荷が大きいほど、要求されるエンジントルクが大きくなることによる。なお、ＡＰ＝ＡＰ１の場合、ＮＥＲ１（所定値）＜ＮＥ≦ＮＥＲ２の範囲では、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇは、その最大値に設定される。さらに、ＮＥＲ２＜ＮＥの範囲では、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、より大きな値に設定されていると同時に、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より小さな値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥに対するエンジントルクの出力特性に起因する。
【０１７９】
ステップ１１に続くステップ１２では、ステップ１１で算出した要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが、所定の成層燃焼運転しきい値ＴＲＱ＿ｄｉｓｃよりも小さいか否かを判別する。なお、成層燃焼運転とは、主燃料噴射弁４による気筒内への燃料噴射を圧縮行程中に行うことにより混合気を成層燃焼させる運転を表している。
【０１８０】
このステップ１２の判別結果がＹＥＳで、エンジン３を成層燃焼運転すべきときには、ステップ１３に進み、成層燃焼運転用の目標空燃比ＫＣＭＤ＿ｄｉｓｃを、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇに応じて、図示しないテーブルを検索することにより算出する。なお、このテーブルでは、成層燃焼運転用の目標空燃比ＫＣＭＤ＿ｄｉｓｃは、所定の極リーン域の値（例えばＡ／Ｆ＝３０〜４０）に設定されている。
【０１８１】
次に、ステップ１４に進み、目標空燃比ＫＣＭＤを成層燃焼運転用の目標空燃比ＫＣＭＤ＿ｄｉｓｃに設定した後、ステップ１５で、主燃料噴射率Ｒｔ＿Ｐｒｅを所定の最大値Ｒｔｍａｘ（１００％）に設定する。これにより、後述するように、副燃料噴射弁１５による燃料噴射が停止される。ステップ１６に進み、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを算出する。
【０１８２】
これらの気筒吸入空気量Ｇｃｙｌおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄは、具体的には、図４６に示すプログラムにより算出される。すなわち、まず、同図のステップ３０で、前述した式（１）により、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌを算出する。
【０１８３】
次いで、ステップ３１で、目標吸入空気量の基本値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｂａｓｅを、エンジン回転数ＮＥおよび要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇに応じて、図４７に示すマップを検索することにより算出する。なお、このマップにおける要求駆動トルクの所定値ＴＲＱ＿ｅｎｇ１〜３は、ＴＲＱ＿ｅｎｇ１＞ＴＲＱ＿ｅｎｇ２＞ＴＲＱ＿ｅｎｇ３の関係が成立するように設定されている。同図に示すように、目標吸入空気量の基本値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｂａｓｅは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、または要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン３の負荷が大きいほど、より大きなエンジン出力が要求されることで、より多くの吸入空気量が要求されることによる。
【０１８４】
次に、ステップ３２で、空燃比補正係数Ｋｇｃｙｌ＿ａｆを、目標空燃比ＫＣＭＤに応じて、図４８に示すテーブルを検索することにより算出する。このテーブルでは、空燃比補正係数Ｋｇｃｙｌ＿ａｆは、目標空燃比ＫＣＭＤがリッチ側であるほど、より小さい値に設定されている。これは、混合気の空燃比がよりリッチ側に制御されるほど、必要な吸入空気量がより小さくなることによる。なお、同図の値ＫＣＭＤＳＴは、理論空燃比に相当する値である。
【０１８５】
次いで、ステップ３３に進み、目標吸入空気量の基本値および空燃比補正係数の積（Ｋｇｃｙｌ＿ａｆ・Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｂａｓｅ）を、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄとして設定した後、本プログラムを終了する。
【０１８６】
図４４に戻り、以上のようにステップ１６を実行した後、ステップ１７に進み、燃料噴射制御処理を実行する。この燃料噴射制御処理では、具体的には、以下のように、主・副燃料噴射弁４，１５への制御入力が算出される。
【０１８７】
まず、主燃料噴射弁４の燃料噴射量である主燃料噴射量ＴＯＵＴ＿ｍａｉｎ、および副燃料噴射弁１５の燃料噴射量である副燃料噴射量ＴＯＵＴ＿ｓｕｂを算出する。すなわち、エンジン３の運転状態および前述した目標空燃比ＫＣＭＤに基づいて、最終的な気筒毎の総燃料噴射量ＴＯＵＴを気筒毎に算出し、次いで、下式（５７），（５８）により、主・副燃料噴射量ＴＯＵＴ＿ｍａｉｎ，ＴＯＵＴ＿ｓｕｂをそれぞれ算出する。
ＴＯＵＴ＿ｍａｉｎ＝［ＴＯＵＴ・Ｒｔ＿Ｐｒｅ］／１００ ……（５７）
ＴＯＵＴ＿ｓｕｂ ＝［ＴＯＵＴ・（１００−Ｒｔ＿Ｐｒｅ）］／１００ ……（５８）
この式（５８）を参照すると、Ｒｔ＿Ｐｒｅ＝Ｒｔｍａｘ（１００％）のときには、ＴＯＵＴ＿ｓｕｂ＝０となり、副燃料噴射弁１５による燃料噴射が停止されることが判る。
【０１８８】
次いで、算出された主・副燃料噴射量ＴＯＵＴ＿ｍａｉｎ，ＴＯＵＴ＿ｓｕｂに応じて、図示しないテーブルを検索することにより、主・副燃料噴射弁４，１５への制御入力を算出する。以上のようにステップ１７を実行した後、本プログラムを終了する。
【０１８９】
一方、ステップ１２の判別結果がＮＯのときには、エンジン３を成層燃焼運転ではなく、均一燃焼運転のうちの予混合リーン運転すべきであるとして、ステップ１８に進み、予混合リーン運転用の目標空燃比ＫＣＭＤ＿ｌｅａｎを、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇに応じて、図示しないテーブルを検索することにより算出する。なお、このテーブルでは、予混合リーン運転用の目標空燃比ＫＣＭＤ＿ｌｅａｎは、所定のリーン域の値（例えばＡ／Ｆ＝１８〜２１）に設定されている。
【０１９０】
次いで、ステップ１９に進み、目標空燃比ＫＣＭＤを予混合リーン運転用の目標空燃比ＫＣＭＤ＿ｌｅａｎに設定した後、ステップ２０において、主燃料噴射率Ｒｔ＿Ｐｒｅを、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇに応じて、図４９に示すテーブルを検索することにより算出する。なお、同図を含む以下のテーブルおよびマップにおいて、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇの各種の所定値ＴＲＱ＿ｉｄｌｅ、ＴＲＱ＿ｄｉｓｃ、ＴＲＱｏｔｔおよびＴＲＱ１〜ＴＲＱ４はそれぞれ、ＴＲＱ＿ｉｄｌｅ＜ＴＲＱ＿ｄｉｓｃ＜ＴＲＱ１＜ＴＲＱｏｔｔ＜ＴＲＱ２＜ＴＲＱ３＜ＴＲＱ４の関係が成立する値に設定されている。また、ＴＲＱ＿ｉｄｌｅは、所定のアイドル運転用値を表している。
【０１９１】
同図に示すように、このテーブルでは、主燃料噴射率Ｒｔ＿Ｐｒｅは、ＴＲＱ１＜ＴＲＱ＿ｅｎｇ＜ＴＲＱ４の範囲では、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、より小さい値に設定されている。これは、以下の理由による。すなわち、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、過給圧Ｐｃが高くなるように制御されることで、吸入空気の温度が上昇するため、ノッキングが発生しやすくなる。したがって、このようなノッキングを回避するために、副燃料噴射弁１５の燃料噴射量ＴＯＵＴ＿ｓｕｂを増大させることで、前述した燃料気化冷却装置１２による吸入空気の冷却効果を高める必要があるので、主燃料噴射率Ｒｔ＿Ｐｒｅが上記のように設定されている。
【０１９２】
また、このテーブルでは、主燃料噴射率Ｒｔ＿Ｐｒｅは、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが所定値ＴＲＱ４以上の範囲では、所定の最小値Ｒｔｍｉｎ（１０％）に設定され、所定値ＴＲＱ１以下の範囲では、前述した最大値Ｒｔｍａｘに設定されている。
【０１９３】
このステップ２０の実行後は、前述したステップ１６，１７を実行した後、本プログラムを終了する。
【０１９４】
一方、ステップ１０の判別結果がＹＥＳで、可変式吸気弁駆動装置４０、可変式排気弁駆動装置９０およびスロットル弁機構１６のいずれかが故障しているときには、ステップ２１に進み、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇを所定の故障時用値ＴＲＱ＿ｆｓに設定する。この後、ステップ２２に進み、主燃料噴射率Ｒｔ＿Ｐｒｅを前述した最大値Ｒｔｍａｘに設定する。次いで、前述したように、ステップ１６，１７を実行した後、本プログラムを終了する。
【０１９５】
次に、図５０を参照しながら、前述した過給圧制御処理について説明する。同図に示すように、このプログラムでは、まず、ステップ４０において、前述した吸排気弁故障フラグＦ＿ＶＬＶＮＧまたはスロットル弁故障フラグＦ＿ＴＨＮＧが「１」であるか否かを判別する。
【０１９６】
この判別結果がＮＯで、可変式吸気弁駆動装置４０、可変式排気弁駆動装置９０およびスロットル弁機構１６がいずれも正常であるときには、ステップ４１に進み、エンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴが「１」であるか否かを判別する。このエンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴは、図示しない判定処理において、エンジン回転数ＮＥおよびＩＧ・ＳＷ３６の出力状態に応じて、エンジン始動制御中すなわちクランキング中であるか否かを判定することにより設定されるものであり、具体的には、エンジン始動制御中であるときには「１」に、それ以外のときには「０」にそれぞれ設定される。
【０１９７】
このステップ４１の判別結果がＹＥＳで、エンジン始動制御中であるときには、ステップ４３に進み、ウエストゲート弁１０ｄへの制御入力Ｄｕｔ＿ｗｇを、所定の全開値Ｄｕｔ＿ｗｇｍａｘに設定した後、本プログラムを終了する。これにより、ウエストゲート弁１０ｄが全開状態に制御され、ターボチャージャ装置１０による過給動作が実質的に停止される。
【０１９８】
一方、ステップ４１の判別結果がＮＯで、エンジン始動制御中でないときには、ステップ４２に進み、エンジンの始動終了直後からの経過時間である触媒暖機制御の実行時間Ｔｃａｔが所定値Ｔｃａｔｌｍｔ（例えば、３０ｓｅｃ）より小さいか否かを判別する。この触媒暖機制御は、エンジン始動後に触媒装置１９ａ，１９ｂ内の触媒を急速に活性化させるためのものである。
【０１９９】
このステップ４２の判別結果がＹＥＳで、Ｔｃａｔ＜Ｔｃａｔｌｍｔのときには、ステップ４４に進み、アクセル開度ＡＰが所定値ＡＰＲＥＦより小さいか否かを判別する。この所定値ＡＰＲＥＦは、アクセルペダルが踏まれていないことを判定するためのものであり、アクセルペダルが踏まれていないことを判定可能な値（例えば１゜）に設定されている。
【０２００】
このステップ４４の判別結果がＹＥＳで、アクセルペダルが踏まれていないときには、触媒暖機制御を実行すべきであるとして、ステップ４５に進み、上記ステップ４３と同様に、ウエストゲート弁１０ｄへの制御入力Ｄｕｔ＿ｗｇを、前述した全開値Ｄｕｔ＿ｗｇｍａｘに設定した後、本プログラムを終了する。
【０２０１】
一方、ステップ４２またはステップ４４の判別結果がＮＯのとき、すなわち、エンジン始動制御中でなくかつＴｃａｔ≧Ｔｃａｔｌｍｔであるとき、またはアクセルペダルが踏まれているときには、ステップ４６に進み、制御入力Ｄｕｔ＿ｗｇの基本値Ｄｕｔ＿ｗｇ＿ｂｓを、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇに応じて、図５１に示すテーブルを検索することにより算出する。
【０２０２】
同図に示すように、このテーブルでは、基本値Ｄｕｔ＿ｗｇ＿ｂｓは、ＴＲＱ１＜ＴＲＱ＿ｅｎｇ＜ＴＲＱ２の範囲では、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、より小さい値に設定されている。これは、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、過給による充填効率の上昇を目的として過給圧Ｐｃをより高める必要があるからである。また、基本値Ｄｕｔ＿ｗｇ＿ｂｓは、ＴＲＱ２≦ＴＲＱ＿ｅｎｇ≦ＴＲＱ３の範囲では、所定の全閉値Ｄｕｔ＿ｗｇｍｉｎに設定されており、これは、エンジン３の負荷が高負荷域にあるのに応じて、過給効果を最大限に得るためである。さらに、基本値Ｄｕｔ＿ｗｇ＿ｂｓは、ＴＲＱ３＜ＴＲＱ＿ｅｎｇの範囲では、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、より小さい値に設定されており、これは、ノッキングの発生を回避するためである。
【０２０３】
次いで、ステップ４７で、目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄを、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇに応じて、図５２に示すテーブルを検索することにより算出する。同図に示すように、このテーブルでは、目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄは、ＴＲＱ＿ｉｄｌｅ＜ＴＲＱ＿ｅｎｇ＜ＴＲＱ２の範囲では、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、より大きい値に設定されている。これは、上述したように、過給による充填効率をより高めるためである。また、目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄは、ＴＲＱ２≦ＴＲＱ＿ｅｎｇ≦ＴＲＱ３の範囲では、所定の全閉値Ｄｕｔ＿ｗｇｍｉｎに設定されており、これは、上述したように過給効果を最大限に得るためである。さらに、目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄは、ＴＲＱ３＜ＴＲＱ＿ｅｎｇ＜ＴＲＱ４の範囲では、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、より小さい値に設定されており、これは、ノッキングの発生を回避するためである。なお、同図におけるＰａｔｍは大気圧を示しており、この点は以下においても同様である。
【０２０４】
次に、ステップ４８に進み、下式（５９）に示すＩ−Ｐ制御アルゴリズムにより、制御入力Ｄｕｔ＿ｗｇを算出した後、本プログラムを終了する。これにより、過給圧Ｐｃが目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄに収束するように、フィードバック制御される。
Ｄｕｔ＿ｗｇ＝Ｄｕｔ＿ｗｇ＿ｂｓ＋Ｋｐｗｇ・Ｐｃ＋Ｋｉｗｇ・Σ（Ｐｃ−Ｐｃ＿ｃｍｄ） ……（５９）
ここで、ＫｐｗｇはＰ項ゲインを、ＫｉｗｇはＩ項ゲインをそれぞれ表している。
【０２０５】
一方、ステップ４０の判別結果がＹＥＳで、可変式吸気弁駆動装置４０、可変式排気弁駆動装置９０およびスロットル弁機構１６のいずれかが故障しているときには、ステップ４９に進み、前述したステップ４３，４５と同様に、ウエストゲート弁１０ｄへの制御入力Ｄｕｔ＿ｗｇを、全開値Ｄｕｔ＿ｗｇｍａｘに設定した後、本プログラムを終了する。
【０２０６】
次に、図５３，５４を参照しながら、前述したステップ３の吸気弁制御処理について説明する。同図に示すように、このプログラムでは、まず、ステップ６０で、前述した吸排気弁故障フラグＦ＿ＶＬＶＮＧが「１」であるか否かを判別し、この判別結果がＮＯで、可変式吸気弁駆動装置４０および可変式排気弁駆動装置９０がいずれも正常であるときには、ステップ６１に進み、前述したエンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴが「１」であるか否かを判別する。
【０２０７】
この判別結果がＹＥＳで、エンジン始動制御中であるときには、ステップ６２に進み、主吸気カム位相θｍｉの目標値である目標主吸気カム位相θｍｉ＿ｃｍｄを所定のアイドル用値θｍｉ＿ｉｄｌｅに設定する。
【０２０８】
次いで、ステップ６３に進み、目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄを所定の始動用値θｍｓｉ＿ｓｔに設定する。この始動用値θｍｓｉ＿ｓｔは、吸気弁６の遅閉じ用の所定値として設定されている。この後、ステップ６４に進み、目標吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉ＿ｃｍｄ（＃ｉ＝＃２〜＃４）をいずれも値０に設定する。
【０２０９】
次に、図５４のステップ６５に進み、主吸気カム位相可変機構６０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｉを、目標主吸気カム位相θｍｉ＿ｃｍｄに応じて、図示しないテーブルを検索することにより算出する。この後、ステップ６６で、副吸気カム位相可変機構７０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｉを、目標主吸気カム位相θｍｉ＿ｃｍｄに応じて、図示しないテーブルを検索することにより算出する。なお、このステップ６６において、後述するステップ７５と同様の手法により、制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｉを算出してもよい。
【０２１０】
次いで、ステップ６７で、吸気カム間位相可変機構８０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｓｓｉ＃ｉを、目標吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉ＿ｃｍｄに応じて、図示しないテーブルを検索することにより算出した後、本プログラムを終了する。
【０２１１】
図５３に戻り、ステップ６１の判別結果がＮＯで、エンジン始動制御中でないときには、ステップ６８に進み、前述した触媒暖機制御の実行時間Ｔｃａｔが所定値Ｔｃａｔｌｍｔより小さいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳであるときには、ステップ６９に進み、アクセル開度ＡＰが所定値ＡＰＲＥＦより小さいか否かを判別する。
【０２１２】
このステップ６９の判別結果がＹＥＳで、アクセルペダルが踏まれていないときには、触媒暖機制御を実行すべきであるとして、ステップ７０に進み、目標主吸気カム位相θｍｉ＿ｃｍｄを前述した所定のアイドル用値θｍｉ＿ｉｄｌｅに設定する。
【０２１３】
次いで、ステップ７１に進み、目標副吸気カム位相の触媒暖機用値θｍｓｉ＿ｃｗを、前述した触媒暖機制御の実行時間Ｔｃａｔに応じて、図５５に示すテーブルを検索することにより算出する。同図における値θｍｓｉｏｔｔは、吸気弁６のバルブタイミングがオットー吸気カムと同じになる副吸気カム位相θｍｓｉのオットー位相値（＝カム角９０ｄｅｇ）を示しており、この点は以下の説明においても同様である。
【０２１４】
次に、ステップ７２で、目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄを上記触媒暖機用値θｍｓｉ＿ｃｗに設定した後、ステップ７３で、上記ステップ６４と同様に、目標吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉ＿ｃｍｄ（＃ｉ＝＃２〜＃４）をいずれも値０に設定する。
【０２１５】
次いで、図５４のステップ７４に進み、主吸気カム位相可変機構６０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｉを、目標主吸気カム位相θｍｉ＿ｃｍｄおよび主吸気カム位相θｍｉに応じて、算出する。この制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｉは、前述した第２ＳＰＡＳコントローラ２２５による制御アルゴリズムと同じアルゴリズムにより算出される。
【０２１６】
次いで、ステップ７５で、第２ＳＰＡＳコントローラ２２５の制御アルゴリズムにより、副吸気カム位相可変機構７０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｉを算出する。すなわち、前述した式（２９）の予測アルゴリズム、式（３０）〜（３５）の同定アルゴリズム、および式（３６）〜（４１）のスライディングモード制御アルゴリズムをそれぞれ適用することにより、制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｉを算出する。
【０２１７】
次に、ステップ７６で、第３ＳＰＡＳコントローラ２６２の制御アルゴリズムにより、ステップ７３で算出した目標吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉ＿ｃｍｄおよび吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉに応じて、吸気カム間位相可変機構８０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｓｓｉ＃ｉ（＃ｉ＝＃２〜＃４）を算出した後、本プログラムを終了する。なお、この制御入力ＤＵＴＹ＿ｓｓｉ＃ｉは、前述したように、第２ＳＰＡＳコントローラ２２５の制御アルゴリズム、すなわち上記制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｉの算出に用いる制御アルゴリズムと同じアルゴリズムにより算出される。
【０２１８】
図５３に戻り、ステップ６８またはステップ６９の判別結果がＮＯのとき、すなわち、エンジン始動制御中でなくかつＴｃａｔ≧Ｔｃａｔｌｍｔであるとき、またはアクセルペダルが踏まれているときには、ステップ７７に進み、目標主吸気カム位相の通常運転値θｍｉ＿ｄｒｖを、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図５６に示すマップを検索することにより算出する。
【０２１９】
同図において、エンジン回転数ＮＥの所定値ＮＥ１〜ＮＥ３はそれぞれ、ＮＥ１＞ＮＥ２＞ＮＥ３の関係が成立するように設定されており、この点は、以下においても同様である。このマップでは、通常運転値θｍｉ＿ｄｒｖは、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、またはエンジン回転数ＮＥが高いほど、より進角側の値に設定されている。これは、エンジン負荷が高いほど、主吸気カム位相θｍｉを進角させ、吸気弁６の開閉タイミングを進角させることにより、エンジン出力を適切に確保するためである。
【０２２０】
次に、ステップ７８で、目標主吸気カム位相θｍｉ＿ｃｍｄを上記通常運転値θｍｉ＿ｄｒｖに設定した後、ステップ７９に進み、前述した副吸気カム位相の基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅを、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇに応じて、図５７に示すテーブルを検索することにより算出する。
【０２２１】
同図に示すように、このテーブルにおいて、基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅは、ＴＲＱ＿ｅｎｇ＜ＴＲＱ＿ｄｉｓｃの範囲、すなわちエンジン３の成層燃焼運転域では、遅閉じ側の一定値に設定されている。これは、成層燃焼運転を実行するような低負荷域での燃焼状態を安定させるためである。また、基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅは、ＴＲＱ＿ｄｉｓｃ≦ＴＲＱ＿ｅｎｇ≦ＴＲＱｏｔｔの範囲では、基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅは、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、遅閉じ度合いが小さくなるように設定されている。これは、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、吸気弁６の遅閉じ度合いに起因するインテークマニホールド内への燃料の吹き戻し量がより大きくなるので、それを回避するためである。また、ＴＲＱ＿ｅｎｇ＝ＴＲＱｏｔｔのときには、基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅがオットー位相値θｍｓｉｏｔｔに設定されている。
【０２２２】
さらに、基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅは、ＴＲＱｏｔｔ＜ＴＲＱ＿ｅｎｇ＜ＴＲＱ２の範囲では、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、早閉じ度合いが大きくなるように設定されており、これは、高膨張比サイクル運転によって燃焼効率を高めるためである。
【０２２３】
また、ＴＲＱ２≦ＴＲＱ＿ｅｎｇ＜ＴＲＱ４の範囲では、基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅは、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、吸気弁６の早閉じ度合いが小さくなるように設定されている。これは、以下の理由による。すなわち、ＴＲＱ２≦ＴＲＱ＿ｅｎｇ＜ＴＲＱ４のような高負荷域では、後述するように、ノッキングの発生を回避するために過給動作が制限されるので、そのような過給動作の制限により充填効率が低下した状態で、吸気弁６の早閉じ度合いを大きい状態に制御すると、発生トルクの低下を招いてしまう。したがって、このような発生トルクの低下を補償するために、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、吸気弁６の早閉じ度合いが小さくなるように設定されている。
【０２２４】
ステップ７９に続くステップ８０では、前述した第１ＳＰＡＳコントローラ２２１の制御アルゴリズムにより目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄを算出する。すなわち、前述した式（７）の予測アルゴリズム、式（８）〜（１３）の同定アルゴリズム、および式（１５）〜（２１）のスライディングモード制御アルゴリズムを適用することにより、目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄを算出する。
【０２２５】
次いで、ステップ８１で、前述した吸気カム間位相コントローラ２３０の制御アルゴリズムにより、目標吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉ＿ｃｍｄ（＃ｉ＝＃２〜＃４）を算出する。すなわち、式（４４）〜（５０）の同定アルゴリズムにより、吸気量ばらつき係数Φ＃１〜Φ＃４が同定され、式（５１）により、これらの吸気量ばらつき係数Φ＃１〜Φ＃４の偏差ＥΦ＃２〜＃４が算出され、式（５２），（５３）の応答指定型制御アルゴリズムにより、これらの偏差ＥΦ＃２〜＃４が値０に収束するように、目標吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉ＿ｃｍｄが算出される。次に、前述したように図５４のステップ７４〜７６を実行した後、本プログラムを終了する。
【０２２６】
図５３に戻り、ステップ６０の判別結果がＹＥＳで、可変式吸気弁駆動装置４０または可変式排気弁駆動装置９０が故障しているときには、ステップ８２に進み、目標主吸気カム位相θｍｉ＿ｃｍｄを所定のアイドル用値θｍｉ＿ｉｄｌｅに設定した後、ステップ８３に進み、目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄを所定の故障用値θｍｓｉ＿ｆｓに設定する。
【０２２７】
次いで、ステップ８４に進み、前述したステップ６４，７３と同様に、目標吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉ＿ｃｍｄ（＃ｉ＝＃２〜＃４）をいずれも値０に設定する。この後、前述したように、図５４のステップ６５〜６７を実行した後、本プログラムを終了する。
【０２２８】
次に、図５８，５９を参照しながら、前述したステップ４の排気弁制御処理について説明する。同図に示すように、このプログラムでは、まず、ステップ９０で、前述した吸排気弁故障フラグＦ＿ＶＬＶＮＧが「１」であるか否かを判別し、この判別結果がＮＯで、可変式吸気弁駆動装置４０および可変式排気弁駆動装置９０がいずれも正常であるときには、ステップ９１に進み、前述したエンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴが「１」であるか否かを判別する。
【０２２９】
この判別結果がＹＥＳで、エンジン始動制御中であるときには、ステップ９２に進み、主排気カム位相θｍｅの目標値である目標主排気カム位相θｍｅ＿ｃｍｄを所定のアイドル用値θｍｅ＿ｉｄｌｅに設定する。
【０２３０】
次いで、ステップ９３に進み、目標副排気カム位相θｍｓｅ＿ｃｍｄを所定の始動用値θｍｓｅ＿ｓｔに設定する。この始動用値θｍｓｅ＿ｓｔは、排気弁７の遅開け用の所定値として設定されている。この後、ステップ９４に進み、目標排気カム間位相θｓｓｅ＃ｉ＿ｃｍｄ（＃ｉ＝＃２〜＃４）をいずれも値０に設定する。
【０２３１】
次に、図５９のステップ９５に進み、主排気カム位相可変機構１１０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｅを、目標主排気カム位相θｍｅ＿ｃｍｄに応じて、図示しないテーブルを検索することにより算出する。この後、ステップ９６で、副排気カム位相可変機構１２０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｅを、目標副排気カム位相θｍｓｅ＿ｃｍｄに応じて、図示しないテーブルを検索することにより算出する。なお、このステップ９６において、後述するステップ１０６と同様の手法により、制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｅを算出してもよい。
【０２３２】
次いで、ステップ９７で、排気カム間位相可変機構１３０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｓｓｅ＃ｉを、目標排気カム間位相θｓｓｅ＃ｉ＿ｃｍｄに応じて、図示しないテーブルを検索することにより算出した後、本プログラムを終了する。
【０２３３】
図５８に戻り、ステップ９１の判別結果がＮＯで、エンジン始動制御中でないときには、ステップ９８に進み、前述した触媒暖機制御の実行時間Ｔｃａｔが所定値Ｔｃａｔｌｍｔより小さいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、ステップ９９に進み、アクセル開度ＡＰが所定値ＡＰＲＥＦより小さいか否かを判別する。
【０２３４】
この判別結果がＹＥＳで、アクセルペダルが踏まれていないときには、触媒暖機制御を実行すべきであるとして、ステップ１００に進み、目標主排気カム位相θｍｅ＿ｃｍｄを前述した所定のアイドル用値θｍｅ＿ｉｄｌｅに設定する。
【０２３５】
次いで、ステップ１０１に進み、前述した触媒暖機制御の実行時間Ｔｃａｔに応じて、図６０に示すテーブルを検索することにより、目標副排気カム位相の触媒暖機用値θｍｓｅ＿ａｓｔを算出する。同図において、θｍｓｅｏｔｔは、排気弁７のバルブタイミングが、オットー排気カムによるものと同じになる副排気カム位相θｍｓｅのオットー位相値（＝９０ｄｅｇ）を示している。同図に示すように、触媒暖機用値θｍｓｅ＿ａｓｔは、触媒暖機制御の実行時間Ｔｃａｔが所定値Ｔｃａｔｒｅｆに達するまでの間は遅開け側の値に設定され、それ以降は早開け側の値に設定される。このように早開け側の値に設定される理由は、膨張行程の途中で排気弁７を開弁することにより、高温の排気ガスを触媒装置１９ａ，１９ｂに供給し、それにより、触媒装置１９ａ，１９ｂ内の触媒の早期活性化を図るためである。
【０２３６】
ステップ１０１に続くステップ１０２では、目標副排気カム位相の補正量ｄθｍｓｅを、前述した式（５５），（５６）の応答指定型制御アルゴリズムにより算出する。
【０２３７】
次に、ステップ１０３に進み、上記ステップ１０１，１０２で算出したθｍｓｅ＿ａｓｔ，ｄθｍｓｅを用い、前述した式（５４）により目標副排気カム位相θｍｓｅ＿ｃｍｄを算出する。
【０２３８】
次いで、ステップ１０４で、ステップ９４と同様に、目標排気カム間位相θｓｓｅ＃ｉ＿ｃｍｄ（＃ｉ＝＃２〜＃４）をいずれも値０に設定した後、図５９のステップ１０５に進み、主排気カム位相可変機構１１０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｅを、目標主排気カム位相θｍｅ＿ｃｍｄおよび主排気カム位相θｍｅに応じて、算出する。この制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｅは、前述した第２ＳＰＡＳコントローラ２２５の制御アルゴリズムと同じアルゴリズムにより算出される。
【０２３９】
次に、ステップ１０６で、第４ＳＰＡＳコントローラ２８２の制御アルゴリズムにより、副排気カム位相可変機構１２０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｅを算出する。すなわち、前述したように、第２ＳＰＡＳコントローラ２２５の制御アルゴリズムと同じアルゴリズムにより、制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｅを算出する。
【０２４０】
次いで、ステップ１０７に進み、目標排気カム間位相θｓｓｅ＃ｉ＿ｃｍｄおよび排気カム間位相θｓｓｅ＃ｉに応じて、排気カム間位相可変機構１３０への制御入力ＤＵＴＹ＿ｓｓｅ＃ｉ（＃ｉ＝＃２〜＃４）を算出した後、本プログラムを終了する。なお、この制御入力ＤＵＴＹ＿ｓｓｅ＃ｉは、上記制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｅの算出に用いる制御アルゴリズムと同じアルゴリズムにより算出される。
【０２４１】
図５８に戻り、ステップ９８またはステップ９９の判別結果がＮＯのとき、すなわち、エンジン始動制御中でなくかつＴｃａｔ≧Ｔｃａｔｌｍｔであるとき、またはアクセルペダルが踏まれているときには、ステップ１０８に進み、目標主排気カム位相の通常運転値θｍｅ＿ｄｒｖを、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図６１に示すマップを検索することにより算出する。
【０２４２】
同図に示すように、このマップでは、通常運転値θｍｅ＿ｄｒｖは、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、またはエンジン回転数ＮＥが高いほど、より進角側の値に設定されている。これは、エンジン負荷が高いほど、主排気カム位相θｍｅを進角させ、排気弁７の開閉タイミングを進角させることにより、排気の掃気効率を高め、エンジン出力を適切に確保するためである。
【０２４３】
次に、ステップ１０９で、目標主排気カム位相θｍｅ＿ｃｍｄを上記通常運転値θｍｅ＿ｄｒｖに設定した後、ステップ１１０に進み、目標副排気カム位相θｍｓｅ＿ｃｍｄを、所定値θｍｓｅ＿ｂａｓｅに設定する。この所定値θｍｓｅ＿ｂａｓｅは、排気弁７のバルブタイミングがオットー排気カムと同じになるような値（９０ｄｅｇ）に設定されている。
【０２４４】
ステップ１１０に続くステップ１１１では、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないマップを検索することにより、目標排気カム間位相θｓｓｅ＃ｉ＿ｃｍｄ（＃ｉ＝＃２〜＃４）を算出する。このマップでは、目標排気カム間位相θｓｓｅ＃ｉ＿ｃｍｄは、排気系の脈動効果による掃気効率の気筒間のばらつきを補償するような値に設定されている。次に、図５９のステップ１０５〜１０７を前述したように実行した後、本プログラムを終了する。
【０２４５】
図５８に戻り、ステップ９０の判別結果がＹＥＳで、可変式吸気弁駆動装置４０または可変式排気弁駆動装置９０が故障しているときには、ステップ１１２に進み、目標主排気カム位相θｍｅ＿ｃｍｄを前述した所定のアイドル用値θｍｅ＿ｉｄｌｅに設定した後、ステップ１１３に進み、目標副排気カム位相θｍｓｅ＿ｃｍｄを所定の故障用値θｍｓｅ＿ｆｓに設定する。この所定の故障用値θｍｓｅ＿ｆｓは、排気弁７のバルブタイミングがオットー排気カムと同じになるような値（９０ｄｅｇ）に設定されている。
【０２４６】
次いで、ステップ１１４に進み、前述したステップ９４，１０４と同様に、目標排気カム間位相θｓｓｅ＃ｉ＿ｃｍｄ（＃ｉ＝＃２〜＃４）をいずれも値０に設定する。この後、前述したように、図５９のステップ９５〜９７を実行した後、本プログラムを終了する。
【０２４７】
次に、図６２を参照しながら、前述したステップ５のスロットル弁制御処理について説明する。同図に示すように、このプログラムでは、まず、ステップ１２０で、前述した吸排気弁故障フラグＦ＿ＶＬＶＮＧが「１」であるか否かを判別し、この判別結果がＮＯで、可変式吸気弁駆動装置４０および可変式排気弁駆動装置９０がいずれも正常であるときには、ステップ１２１に進み、前述したエンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴが「１」であるか否かを判別する。
【０２４８】
この判別結果がＹＥＳで、エンジン始動制御中であるときには、ステップ１２２に進み、目標開度ＴＨ＿ｃｍｄを所定の始動用値ＴＨｃｍｄ＿ｓｔに設定する。この所定の始動用値ＴＨｃｍｄ＿ｓｔは、後述するアイドル用値ＴＨｃｍｄ＿ｉｄｌｅよりも若干、大きい値に設定されている。次いで、ステップ１２３に進み、スロットル弁機構１６への制御入力ＤＵＴＹ＿ｔｈを算出した後、本プログラムを終了する。この制御入力ＤＵＴＹ＿ｔｈは、具体的には、目標開度ＴＨ＿ｃｍｄに応じて、図示しないテーブルを検索することにより算出される。
【０２４９】
一方、ステップ１２１の判別結果がＮＯで、エンジン始動制御中でないときには、ステップ１２４に進み、前述した触媒暖機制御の実行時間Ｔｃａｔが所定値Ｔｃａｔｌｍｔより小さいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、ステップ１２５に進み、アクセル開度ＡＰが所定値ＡＰＲＥＦより小さいか否かを判別する。
【０２５０】
このステップ１２５の判別結果がＹＥＳで、アクセルペダルが踏まれていないときには、触媒暖機制御を実行すべきであるとして、ステップ１２６に進み、目標開度の触媒暖機用値ＴＨｃｍｄ＿ａｓｔを、前述した触媒暖機制御の実行時間Ｔｃａｔに応じて、図６３に示すテーブルを検索することにより算出する。
【０２５１】
図中の値ＴＨｃｍｄ＿ｉｄｌｅは、アイドル運転のときに用いられるアイドル用値を示している。同図に示すように、このテーブルでは、触媒暖機用値ＴＨｃｍｄ＿ａｓｔは、実行時間Ｔｃａｔが所定値Ｔｃａｔ１に達するまでの間は、実行時間Ｔｃａｔが短いほど、より大きい値に設定され、実行時間Ｔｃａｔが所定値Ｔｃａｔ１に達した後は、アイドル用値ＴＨｃｍｄ＿ｉｄｌｅに設定されている。
【０２５２】
次いで、ステップ１２７に進み、目標開度ＴＨ＿ｃｍｄを上記触媒暖機用値ＴＨｃｍｄ＿ａｓｔに設定し、次に、前述したようにステップ１２３を実行した後、本プログラムを終了する。
【０２５３】
一方、ステップ１２４またはステップ１２５の判別結果がＮＯのとき、すなわちエンジン始動制御中でなくかつＴｃａｔ≧Ｔｃａｔｌｍｔであるとき、またはアクセルペダルが踏まれているときには、ステップ１２８に進み、目標開度の通常運転値ＴＨｃｍｄ＿ｄｒｖを、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図６４に示すマップを検索することにより算出する。
【０２５４】
同図に示すように、このマップでは、通常運転値ＴＨｃｍｄ＿ｄｒｖは、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、またはエンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きい値に設定されている。これは、エンジン３の負荷が高いほど、より大きなエンジン出力を確保するために、より多量の吸入空気が必要とされることによる。
【０２５５】
次に、ステップ１２９で、目標開度ＴＨ＿ｃｍｄを上記通常運転値ＴＨｃｍｄ＿ｄｒｖに設定し、次いで、前述したように、ステップ１２３を実行した後、本プログラムを終了する。
【０２５６】
一方、ステップ１２０の判別結果がＹＥＳで、可変式吸気弁駆動装置４０または可変式排気弁駆動装置９０が故障しているときには、ステップ１３０に進み、目標開度の故障用値ＴＨｃｍｄ＿ｆｓを、アクセル開度ＡＰおよびエンジン回転数ＮＥに応じて、図６５に示すマップを検索することにより算出する。同図に示すように、このマップでは、故障用値ＴＨｃｍｄ＿ｆｓは、アクセル開度ＡＰが大きいほど、またはエンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きい値に設定されている。これは、上記通常運転値ＴＨｃｍｄ＿ｄｒｖの算出で説明した内容と同じ理由による。
【０２５７】
次いで、ステップ１３１に進み、目標開度ＴＨ＿ｃｍｄを上記故障用値ＴＨｃｍｄ＿ｆｓに設定し、次に、前述したように、ステップ１２３を実行した後、本プログラムを終了する。
【０２５８】
なお、以上の制御処理により、各種の制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｉ，ＤＵＴＹ＿ｍｓｉ，ＤＵＴＹ＿ｓｓｉ＃ｉ，ＤＵＴＹ＿ｍｅ，ＤＵＴＹ＿ｍｓｅ，ＤＵＴＹ＿ｓｓｅ＃ｉ，ＤＵＴＹ＿ｔｈは、算出結果に応じたデューティ比のパルス信号、電流信号および電圧信号のいずれか１つに設定される。
【０２５９】
以上のようなエンジン制御を実行した際の動作について、図６６を参照しながら、エンジン始動および触媒暖機制御中の動作を中心に説明する。
【０２６０】
同図に示すように、エンジン始動制御中（ｔ０〜ｔ１）は、目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄが、所定の始動用値θｍｓｉ＿ｓｔに設定される（ステップ６３）ことで、副吸気カム位相θｍｓｉが遅閉じ側の値に制御されると同時に、目標開度ＴＨ＿ｃｍｄが所定の始動用値ＴＨｃｍｄ＿ｓｔに設定される（ステップ１２２）ことで、スロットル弁開度ＴＨが半開状態に制御される。それにより、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌは、エンジン始動可能な程度の小さい値に制御される。このように、始動の際、スロットル弁１７の絞りのみでは制御不能な気筒吸入空気量Ｇｃｙｌを、過不足なくエンジン始動可能な値まで抑制することができるので、それに応じて燃料噴射量を低減できる。その結果、排気ガスボリュームを低減することができ、始動制御中の未燃成分の総排出量を低減することができる。
【０２６１】
また、目標副排気カム位相θｍｓｅ＿ｃｍｄが所定の始動用値θｍｓｅ＿ｓｔに設定される（ステップ９３）ことで、副排気カム位相θｍｓｅが遅開け側に制御され、それにより、燃焼ガスが気筒内により長く保持されることで、排気ガス中の未燃ＨＣを低減することができる。さらに、目標空燃比ＫＣＭＤが理論空燃比に相当する値ＫＣＭＤＳＴよりも若干、リッチ側の値に制御され、かつ点火時期θｉｇが通常のアイドル運転用値θｉｇｉｄｌｅよりも進角側の値に制御されることにより、混合気の着火性を向上させることができる。
【０２６２】
以上のエンジン始動制御により、エンジン３が完全始動（完爆）すると（時刻ｔ１）、触媒暖機制御が実行される。具体的には、目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄが触媒暖機用値θｍｓｉ＿ｃｗに設定される（ステップ７２）ことにより、副吸気カム位相θｍｓｉは、遅閉じ側の値からオットー位相値θｍｓｉｏｔｔに近づくように制御される。それにより、吸気弁６の遅閉じ度合いが減少することにより、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌが増大するように制御され、それにより、排気ガスボリュームが増大する。また、目標副排気カム位相θｍｓｅ＿ｃｍｄが、触媒暖機用値θｍｓｅ＿ａｓｔと補正量ｄθｍｓｅの和に設定される（ステップ１０３）ことにより、副排気カム位相θｍｓｅは、遅開け側から早開け側に変化するように制御されることにより、圧縮行程中の高温の排気ガスが排出される。これに加えて、点火時期θｉｇが所定値ｄθｉｇ分、リタードされることにより、排気ガス温度が高められる。以上により、触媒装置１９ａ，１９ｂ内の触媒を早期に活性化することができる。
【０２６３】
また、目標空燃比ＫＣＭＤがリーン側の値に制御されることにより、未燃ＨＣを低減することができる。さらに、エンジン回転数ＮＥは、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄになるように制御される。
【０２６４】
さらに、触媒暖機制御の終了以降（時刻ｔ２以降）は、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇなどの運転状態に応じ、前述したプログラムに基づいて通常運転制御が実行される。
【０２６５】
次に、通常運転制御中の動作について、図６７を参照しながら、下記の（Ｌ１）〜（Ｌ６）の要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇの範囲毎に説明する。
【０２６６】
（Ｌ１）ＴＲＱ＿ｉｄｌｅ≦ＴＲＱ＿ｅｎｇ＜ＴＲＱ＿ｄｉｓｃの範囲
この範囲では、前述した基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅの設定により、副吸気カム位相θｍｓｉが遅閉じ側のほぼ一定の値に制御される。また、スロットル弁１７により吸入空気量が絞られないことで、吸気管内絶対圧ＰＢＡは、大気圧Ｐａｔｍよりも若干低いほぼ一定値に制御される。さらに、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌがほぼ一定値に、吸気管内絶対圧ＰＢＡが大気圧Ｐａｔｍよりも低いほぼ一定値にそれぞれ制御される。また、主燃料噴射率Ｒｔ＿Ｐｒｅが最大値Ｒｔｍａｘに設定され、目標空燃比ＫＣＭＤが前述した極リーン域の値に設定されるとともに、成層燃焼運転が実行される。
【０２６７】
（Ｌ２）ＴＲＱ＿ｄｉｓｃ≦ＴＲＱ＿ｅｎｇ≦ＴＲＱ１の範囲
この範囲では、前述した基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅの設定により、副吸気カム位相θｍｓｉは、上記（Ｌ１）の範囲のときの値よりもかなり遅閉じ側の値に制御されるとともに、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、遅閉じ度合いがより小さくなるように制御される。また、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌは、上記（Ｌ１）の範囲のときの値よりも小さい値に制御されるとともに、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、より大きい値になるように制御される。さらに、目標空燃比ＫＣＭＤは、上記（Ｌ１）の範囲の値よりもリッチ側の前述したリーン域の値を保持するように制御され、吸気管内絶対圧ＰＢＡおよび主燃料噴射率Ｒｔ＿Ｐｒｅはいずれも、上記（Ｌ１）の範囲での値を保持するように制御される。
【０２６８】
（Ｌ３）ＴＲＱ１＜ＴＲＱ＿ｅｎｇ≦ＴＲＱｏｔｔの範囲
この範囲では、前述した基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅの設定により、副吸気カム位相θｍｓｉは、上記（Ｌ２）の範囲と同様の傾向に制御される。特に、ＴＲＱ＿ｅｎｇ＝ＴＲＱｏｔｔのときには、副吸気カム位相θｍｓｉは、オットー位相値θｍｓｉｏｔｔになるように制御される。すなわち、エンジン３はオットーサイクルで運転される。また、目標空燃比ＫＣＭＤおよび気筒吸入空気量Ｇｃｙｌも、上記（Ｌ２）の範囲と同様の傾向に制御される。さらに、この範囲では、ターボチャージャ装置１０による過給動作が実行され、それにより、吸気管内絶対圧ＰＢＡは、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、より高い値になるように制御される。また、主燃料噴射率Ｒｔ＿Ｐｒｅは、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、より小さい値になるように制御される。すなわち、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、副燃料噴射弁１５の燃料噴射量ＴＯＵＴ＿ｓｕｂがより大きい値になるように制御される。これは、燃料気化冷却装置１２による吸入空気の冷却効果を得るためである。
【０２６９】
（Ｌ４）ＴＲＱｏｔｔ＜ＴＲＱ＿ｅｎｇ＜ＴＲＱ２の範囲
この範囲では、副吸気カム位相θｍｓｉは、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、より早閉じ度合いが大きくなるように制御される。これは、前述したように、高膨張比サイクル運転によって燃焼効率を高めるためである。また、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌ、目標空燃比ＫＣＭＤ、主燃料噴射率Ｒｔ＿Ｐｒｅおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡは、上記（Ｌ３）の範囲と同様の傾向を示すように制御される。特に、吸気管内絶対圧ＰＢＡは、上記と同様に、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、より高い値になるように制御されている。これは、副吸気カム位相θｍｓｉが早閉じ側に制御されると、発生トルクの低下を招いてしまうので、その補償を目的として過給により充填効率を高め、発生トルクを増大させるためである。
【０２７０】
（Ｌ５）ＴＲＱ２≦ＴＲＱ＿ｅｎｇ＜ＴＲＱ４の範囲
この範囲では、副吸気カム位相θｍｓｉは、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、より早閉じ度合いが小さくなるように制御され、その結果、有効圧縮体積が増大する。これは、前述したように、過給動作の制限により充填効率が低下した状態で、吸気弁６の早閉じ度合いを大きい状態に制御すると、発生トルクの低下を招いてしまうので、上記のように副吸気カム位相θｍｓｉを制御することにより、発生トルクの低下を補償するためである。
【０２７１】
また、吸気管内絶対圧ＰＢＡは、ＴＲＱ２≦ＴＲＱ＿ｅｎｇ≦ＴＲＱ３の範囲では、一定値を維持するように制御され、ＴＲＱ３＜ＴＲＱ＿ｅｎｇ＜ＴＲＱ４の範囲では、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、より低い値になるように制御される。さらに、主燃料噴射率Ｒｔ＿Ｐｒｅは、上記（Ｌ３）の範囲と同様に、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、より小さい値になるように制御される。以上のように、この（Ｌ５）の範囲では、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、ターボチャージャ装置１０による過給動作が制限されると同時に、燃料気化冷却装置１２による冷却効果が上昇するように制御されることにより、点火時期のリタード制御を行うことなく、ノッキングの発生を回避することができる。なお、従来のターボチャージャ装置付きのエンジンの場合、この（Ｌ５）の範囲では、点火時期のリタード制御を実行しないと、ノッキングが発生してしまう。
【０２７２】
（Ｌ６）ＴＲＱ４≦ＴＲＱ＿ｅｎｇの範囲
この範囲では、極高負荷域であることにより、上述したターボチャージャ装置１０による過給動作の制限、および燃料気化冷却装置１２による冷却効果では、ノッキングの発生を回避できないので、点火時期のリタード制御が実行される。すなわち、目標空燃比ＫＣＭＤは、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇが大きいほど、リッチ側になるように制御される。これと同時に、副吸気カム位相θｍｓｉは、オットー位相値θｍｓｉｏｔｔになるように制御され、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌはほぼ一定になるように制御され、主燃料噴射率Ｒｔ＿Ｐｒｅは最小値Ｒｔｍｉｎに制御され、吸気管内絶対圧ＰＢＡは、ほぼ一定値を維持するように制御される。
【０２７３】
以上のように、本実施形態の吸入空気量制御装置１によれば、オンボード同定器２２３において、式（２）の制御対象モデルに基づき、式（８）〜（１３）の同定アルゴリズムにより、モデルパラメータのベクトルθｓが同定され、ＳＬＤコントローラ２２４において、このモデルパラメータのベクトルθｓに応じて、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに収束するように、目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄが算出される。このように、目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄが、適応制御アルゴリズムにより算出されるので、エアフローセンサ２１の経年変化、または可変式吸気弁駆動装置４０の動特性のばらつきおよび経年変化などに起因して、制御対象の動特性がばらついたり、経年変化したりしている場合でも、それらの影響を回避しながら、制御対象モデルの動特性を、その実際の動特性に適合させることができる。それにより、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌを、迅速かつ安定した状態で目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに収束させることができる。このように、吸入空気量制御において、高いロバスト性を確保できるとともに、制御性を向上させることができ、それにより、トルク変動および回転変動の発生を回避でき、燃焼状態を向上させることができる。その結果、運転性および排気ガス特性を向上させることができる。
【０２７４】
また、状態予測器２２２において、式（２）の制御対象モデルに基づき、式（７）の予測アルゴリズムにより、予測吸入空気量Ｐｒｅ＿Ｇｃｙｌが算出されるので、この予測吸入空気量Ｐｒｅ＿Ｇｃｙｌを、制御対象のむだ時間ｄが補償され値として算出することができるとともに、そのような予測吸入空気量Ｐｒｅ＿Ｇｃｙｌを用いて、オンボード同定器２２３での同定演算、およびＳＬＤコントローラ２２４での目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄの算出が実行されるので、制御対象のむだ時間ｄを補償しながら、目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄを算出することができる。それにより、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌの目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄへの収束性を向上させることができ、その結果、運転性および排気ガス特性をさらに向上させることができる。
【０２７５】
さらに、ＳＬＤコントローラ２２４において、式（１５）〜（２１）のスライディングモード制御アルゴリズムにより、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌが目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに収束するように、目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄが算出されるので、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌの目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄへの収束挙動および収束速度を、切換関数設定パラメータＳｓの設定により任意に指定することができる。したがって、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌの目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄへの収束速度を、制御対象の特性に応じた適切な値に設定することができ、それにより、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌを、振動的およびオーバーシュート的な挙動を回避しながら迅速かつ安定した状態で、目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに収束させることができる。その結果、運転性および排気ガス特性をより一層、向上させることができる。
【０２７６】
これに加えて、可変式吸気弁駆動装置４０が油圧駆動式のもので構成されているので、例えば、吸気弁６の弁体をソレノイドの電磁力で駆動するタイプの可変式吸気弁駆動装置を用いた場合と比べて、より高負荷域でも吸気弁６を確実に開閉することができ、消費電力を低減できるとともに、吸気弁６の動作音を低減することができる。
【０２７７】
また、主・副吸気カム４３，４４、主・副吸気カムシャフト４１，４２、リンク機構５０および吸気ロッカアーム５１を備えた吸気弁駆動機構５０と、副吸気カム位相可変機構７０との組み合わせにより、副吸気カム位相θｍｓｉを自在に変更できる構成、すなわち吸気弁６の閉弁タイミングおよびバルブリフト量を自在に変更できる構成を実現することができる。
【０２７８】
なお、副吸気カム位相可変機構７０において、高い応答性が要求されない場合（例えば、前述した吸気弁制御処理において、吸気弁６を遅閉じ側または早閉じ側の一方にのみ制御すればよい場合）には、油圧ピストン機構７３およびモータ７４に代えて、主吸気カム位相可変機構６０と同様に、油圧ポンプ６３および電磁弁機構６４を用いてもよい。その場合には、吸入空気量制御装置１を、図６８に示すように構成すればよい。
【０２７９】
同図に示すように、この吸入空気量制御装置１では、実施形態におけるＤＵＴＹ＿ｔｈ算出部２００および副吸気カム位相コントローラ２２０に代えて、ＤＵＴＹ＿ｍｓｉ算出部３００およびスロットル弁開度コントローラ３０１が設けられている。このＤＵＴＹ＿ｍｓｉ算出部３００では、要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇに応じて、テーブルを検索することにより、目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄを算出した後、この算出した目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄに応じて、テーブルを検索することにより、制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｉが算出される。また、スロットル弁開度コントローラ３０１では、気筒吸入空気量Ｇｃｙｌおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに応じて、前述した第１ＳＰＡＳコントローラ２２１と同じ制御アルゴリズムにより、目標開度ＴＨ＿ｃｍｄを算出した後、この算出した目標開度ＴＨ＿ｃｍｄに応じて、第２ＳＰＡＳコントローラ２２５と同じ制御アルゴリズムにより、制御入力ＤＵＴＹ＿ｔｈが算出される。以上のように構成した場合、副吸気カム位相可変機構７０の応答性が低いときでも、その影響を回避しながら、副吸気カム位相θｍｓｉを適切に制御することができる。
【０２８０】
また、実施形態は、副吸気カム位相コントローラ２２０として、第１ＳＰＡＳコントローラ２２１および第２ＳＰＡＳコントローラ２２５の双方を備えた例ではあるが、これに代えて、第１ＳＰＡＳコントローラ２２１のみを備えたものを用いてもよい。その場合には、制御入力ＤＵＴＹ＿ｍｓｉを、例えばテーブルを参照することにより、第１ＳＰＡＳコントローラ２２１で算出した目標副吸気カム位相θｍｓｉ＿ｃｍｄに応じて、算出すればよい。
【０２８１】
さらに、実施形態は、第１および第２ＳＰＡＳコントローラ２２１，２２５において、応答指定型制御アルゴリズムとしてスライディングモード制御アルゴリズムを用いた例であるが、２つのコントローラ２２１，２２５で用いる応答指定型制御アルゴリズムはこれに限らず、バックステッピング制御アルゴリズムなどの応答指定型制御アルゴリズムであればよい。
【０２８２】
また、実施形態は、吸気バルブタイミング可変装置として可変式吸気弁駆動装置４０を用いた例であるが、吸気バルブタイミング可変装置はこれに限らず、吸気弁６のバルブタイミングを変更することにより、気筒内に吸入される吸入空気量を変更可能なものであればよい。例えば、吸気バルブタイミング可変装置として、吸気弁６の弁体をソレノイドの電磁力で駆動する電磁式動弁機構を用いてもよい。
【０２８３】
さらに、本発明の吸入空気量制御装置は、実施形態の車両用の内燃機関に限らず、船舶用などの各種の内燃機関に適用可能である。
【０２８４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の内燃機関の吸入空気量制御装置によれば、吸入空気量制御において、高いロバスト性を確保でき、制御性を向上させることができ、それにより、運転性および排気ガス特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る吸入空気量制御装置が適用された内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】内燃機関の可変式吸気弁駆動装置および可変式排気弁駆動装置の概略構成を示す図である。
【図３】吸入空気量制御装置の概略構成を示す図である。
【図４】燃料気化冷却装置の概略構成を示す図である。
【図５】可変式吸気弁駆動装置および可変式排気弁駆動装置の概略構成を平面的に示す模式図である。
【図６】可変式吸気弁駆動装置の吸気弁駆動機構の概略構成を示す図である。
【図７】主吸気カム位相可変機構の概略構成を示す図である。
【図８】副吸気カム位相可変機構の概略構成を示す図である。
【図９】副吸気カム位相可変機構の変形例の概略構成を示す図である。
【図１０】吸気カム間位相可変機構の概略構成を示す図である。
【図１１】主吸気カムおよび副吸気カムのカムプロフィールを説明するための図である。
【図１２】副吸気カム位相θｍｓｉ＝０ｄｅｇの場合の（ａ）吸気弁駆動機構の動作状態を示す図と（ｂ）吸気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図１３】副吸気カム位相θｍｓｉ＝９０ｄｅｇの場合の（ａ）吸気弁駆動機構の動作状態を示す図と（ｂ）吸気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図１４】副吸気カム位相θｍｓｉ＝１２０ｄｅｇの場合の（ａ）吸気弁駆動機構の動作状態を示す図と（ｂ）吸気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図１５】副吸気カム位相θｍｓｉ＝１８０ｄｅｇの場合の（ａ）吸気弁駆動機構の動作状態を示す図と（ｂ）吸気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図１６】副吸気カム位相θｍｓｉを１２０ｄｅｇから１８０ｄｅｇに変化させた場合における吸気弁の動作を説明するためのバルブリフト量およびバルブタイミングの変化を示す図である。
【図１７】主排気カムおよび副排気カムのカムプロフィールを説明するための図である。
【図１８】副排気カム位相θｍｓｅ＝０ｄｅｇの場合における排気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図１９】副排気カム位相θｍｓｅ＝４５ｄｅｇの場合における排気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図２０】副排気カム位相θｍｓｅ＝９０ｄｅｇの場合における排気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図２１】副排気カム位相θｍｓｅ＝１５０ｄｅｇの場合における排気弁の動作を説明するためのバルブリフト曲線などを示す図である。
【図２２】吸入空気量制御装置における、スロットル弁機構、副吸気カム位相可変機構および吸気カム間位相可変機構を制御するための構成を示すブロック図である。
【図２３】副吸気カム位相コントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図２４】気筒吸入空気量Ｇｃｙｌの算出式と、第１ＳＰＡＳコントローラにおける状態予測器の予測アルゴリズムの数式を示す図である。
【図２５】第１ＳＰＡＳコントローラにおけるオンボード同定器の同定アルゴリズムの数式を示す図である。
【図２６】第１ＳＰＡＳコントローラにおけるスライディングモードコントローラのスライディングモード制御アルゴリズムの数式を示す図である。
【図２７】図２６の式（１９）の導出方法を説明するための数式を示す図である。
【図２８】スライディングモード制御アルゴリズムを説明するための位相平面および切換直線を示す図である。
【図２９】スライディングモードコントローラにおいて、切換関数設定パラメータＳｓを変化させた場合における追従誤差Ｅｓの収束挙動の一例を示す図である。
【図３０】第２ＳＰＡＳコントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図３１】第２ＳＰＡＳコントローラにおける状態予測器の予測アルゴリズムの数式を示す図である。
【図３２】第２ＳＰＡＳコントローラにおけるオンボード同定器の同定アルゴリズムの数式を示す図である。
【図３３】第２ＳＰＡＳコントローラにおけるスライディングモードコントローラのスライディングモード制御アルゴリズムの数式を示す図である。
【図３４】エアフローセンサにより検出される吸気の脈動を示す図である。
【図３５】吸気カム間位相コントローラの適応オブザーバにおける吸気量ばらつき係数Φ＃１〜＃４の算出アルゴリズムを説明するための模式図である。
【図３６】吸気カム間位相コントローラの適応オブザーバにおける吸気量ばらつき係数Φ＃１〜＃４の算出アルゴリズムの数式を示す図である。
【図３７】適応オブザーバの構成を示すブロック図である。
【図３８】適応オブザーバの信号発生器から出力される模擬値Ｇｃｙｌ＿ＯＳ＃１〜＃４を示す図である。
【図３９】吸気カム間位相コントローラにおける、差分器による偏差ＥΦ＃２〜＃４の算出式、および吸気ばらつきコントローラによる目標吸気カム間位相θｓｓｉ＃ｉ＿ｃｍｄの算出アルゴリズムの数式を示す図である。
【図４０】吸気ばらつきコントローラの構成を示すブロック図である。
【図４１】副排気カム位相コントローラの構成を示すブロック図である。
【図４２】副排気カム位相コントローラの制御アルゴリズムの数式を示す図である。
【図４３】エンジン制御処理の主要な制御内容を示すフローチャートである。
【図４４】燃料制御処理を示すフローチャートである。
【図４５】要求駆動トルクＴＲＱ＿ｅｎｇの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図４６】気筒吸入空気量Ｇｃｙｌおよび目標吸入空気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄの算出処理を示すフローチャートである。
【図４７】目標吸入空気量の基本値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｂａｓｅの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図４８】空燃比補正係数Ｋｇｃｙｌ＿ａｆの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図４９】主燃料噴射率Ｒｔ＿Ｐｒｅの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図５０】過給圧制御処理を示すフローチャートである。
【図５１】ウエストゲート弁への制御入力の基本値Ｄｕｔ＿ｗｇ＿ｂａｓｅの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図５２】目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図５３】吸気弁制御処理を示すフローチャートである。
【図５４】図５３の続きを示すフローチャートである。
【図５５】目標副吸気カム位相の触媒暖機用値θｍｓｉ＿ｃｗの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図５６】目標主吸気カム位相の通常運転値θｍｉ＿ｄｒｖの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図５７】目標副吸気カム位相の基本値θｍｓｉ＿ｂａｓｅの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図５８】排気弁制御処理を示すフローチャートである。
【図５９】図５８の続きを示すフローチャートである。
【図６０】目標副排気カム位相の触媒暖機用値θｍｓｅ＿ａｓｔの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図６１】目標主排気カム位相の通常運転値θｍｅ＿ｄｒｖの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図６２】スロットル弁制御処理を示すフローチャートである。
【図６３】目標開度の触媒暖機用値ＴＨｃｍｄ＿ａｓｔの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図６４】目標開度の通常運転値ＴＨｃｍｄ＿ｄｒｖの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図６５】目標開度の故障用値ＴＨｃｍｄ＿ｆｓの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図６６】吸入空気量制御装置によるエンジン始動および触媒暖機制御の動作例を示すタイミングチャートである。
【図６７】吸入空気量制御装置によるエンジン制御の動作例を示す図である。
【図６８】吸入空気量制御装置の変形例の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 吸入空気量制御装置
２ ＥＣＵ（推定吸入空気量算出手段、目標吸入空気量設定手段、同定手段、制御指令値算出手段、制御手段、予測値算出手段）
３ 内燃機関
＃１〜＃４ 第１〜第４気筒
６ 吸気弁
４０ 可変式吸気弁駆動装置（吸気バルブタイミング可変装置）
４１ 主吸気カムシャフト（第１吸気カムシャフト）
４２ 副吸気カムシャフト（第２吸気カムシャフト）
４３ 主吸気カム（第１吸気カム）
４４ 副吸気カム（第２吸気カム）
５１ 吸気ロッカアーム
５１ｃ ピン（回動支点）
７０ 副吸気カム位相可変機構（吸気カム位相可変機構）
２２２ 状態予測器（予測値算出手段）
２２３ オンボード同定器（同定手段）
２２４ スライディングモードコントローラ（制御指令値算出手段）
２２５ 第２ＳＰＡＳコントローラ（制御手段）
Ｇｃｙｌ 気筒吸入空気量（推定吸入空気量）
Ｐｒｅ＿Ｇｃｙｌ 予測吸入空気量（推定吸入空気量の予測値）
Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ 目標吸入空気量
θｍｓｉ＿ｃｍｄ 目標副吸気カム位相（制御指令値）
θｍｓｉ 副吸気カム位相（第１および第２吸気カムシャフト間の相対的な位相）
ａ１，ａ２，ｂ１ モデルパラメータ
θｓ モデルパラメータのベクトル
Ｐｓｄ 油圧[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an intake air amount control device for an internal combustion engine that variably controls an intake air amount sucked into a cylinder by freely changing a valve timing of an intake valve.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as an intake air amount control device for this type of internal combustion engine, for example, one described in Patent Document 1 is known. In this internal combustion engine, an electromagnetic valve mechanism and a valve lift sensor are provided for each cylinder. With this electromagnetic valve mechanism, the intake valve closing timing of each cylinder can be freely set with respect to the valve opening timing. Be changed. The valve lift sensor detects the valve lift amount of each intake valve. In this intake air amount control device, the valve closing timing of the intake valve is controlled via an electromagnetic valve mechanism in order to control the idle speed as described below, whereby the intake air amount is controlled. .
[0003]
Specifically, the target intake air amount for feedforward control is calculated according to the target rotational speed, and the intake valve of all cylinders is further based on the valve closing time of each intake valve detected by the valve lift sensor. The average value of the valve closing times is calculated, and the maximum value of the absolute values of the deviation between the average value and the valve closing time of each cylinder is calculated. Further, a gain for feedback control is calculated according to the maximum absolute value of the deviation, a target intake air amount for feedback control is calculated according to this gain, and the feedback control and feed rate are calculated. The closing timing of the intake valve is calculated according to the two target intake air amounts for forward control, and the closing timing of the intake valve is controlled accordingly. As described above, by controlling the closing timing of the intake valve, the idle speed is controlled so as to converge to the target speed.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-140661 A (pages 5-6, FIGS. 6-18)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
According to the above conventional intake air amount control device, the gain for feedback control is calculated based on the valve closing time of the intake valve detected by the valve lift sensor, and based on this, the target intake air for feedback control is calculated. In addition, since the valve closing timing of the intake valve is only controlled according to the target intake air amount for feedback control, the waste of the control system such as the operation delay of the electromagnetic valve mechanism is Since the time cannot be compensated, there is a problem that the convergence property of the idling engine speed to the target engine speed is low and the controllability is low. In addition to this, it is not possible to compensate for variations in dynamic characteristics and aging of the control system, such as variations in dynamic characteristics and aging of electromagnetic valve mechanisms, or drift in valve lift sensor output due to aging. Will also be low. For this reason, in the intake air amount control device described above, due to the low controllability and robustness as described above, the intake air amount control becomes unstable and rotational fluctuations occur. In the middle, engine stall occurs and the combustion state deteriorates, so that the exhaust gas characteristics may deteriorate. In addition, when the above intake air amount control method is applied to intake air amount control in the normal operating load range, torque fluctuations and rotation fluctuations increase and the degree of deterioration of the combustion state also increases. And exhaust gas characteristics are further deteriorated. This problem is particularly noticeable in a high load range and lean operation (when EGR is introduced).
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and in the intake air amount control, high robustness can be ensured and controllability can be improved, thereby improving drivability and exhaust gas characteristics. An object of the present invention is to provide an intake air amount control device for an internal combustion engine.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the invention according to claim 1 is directed to cylinders # 1 to ## via an intake valve timing variable device (variable intake valve drive device 40) that freely changes the valve timing of intake valve 6. 4 is an intake air amount control device 1 for an internal combustion engine 3 that variably controls an intake air amount sucked into a cylinder 4, and an estimated intake air amount (cylinder intake) that is an estimated value of the intake air amount sucked into the cylinder Estimated intake air amount calculating means (ECU2, steps 16, 30) for calculating the air amount Gcyl), and target intake air amount setting means (ECU2, step 16) for setting the target intake air amount Gcyl_cmd that is the target of intake air amount control. , 31 to 33) and a control command value (target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd) for controlling the intake valve timing variable device, and an estimated intake air amount as an output. Based on the target model [Expression (2)], all model parameters a1, a2, b1 (model parameter vector θs) of the control target model are identified by a predetermined identification algorithm [Expressions (8) to (13)]. Control means value (target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd) so that the estimated intake air amount converges to the target intake air amount according to the identification means (ECU 2, on-board identifier 223) to be identified and all the identified model parameters ) Control command value calculating means (ECU2, sliding mode controller 224, step 80) and control means (ECU2, second SPAS controller 225, control unit for controlling the intake valve timing variable device according to the calculated control command value) And step 75).
[0008]
According to the intake air amount control device for an internal combustion engine, all of the control target models are based on a control target model that receives a control command value for controlling the intake valve timing variable device and outputs an estimated intake air amount. Model parameters are identified by a predetermined identification algorithm, and the control command value is calculated so that the estimated intake air amount converges to the target intake air amount according to all the identified model parameters. That is, since the control command value is calculated by an adaptive control algorithm, even if the dynamic characteristics of the control target vary or changes over time, for example, by using an on-board identifier as an identification means, the influence of those The dynamic characteristics of the model to be controlled can be adapted to the actual dynamic characteristics while avoiding the problem, and the estimated intake air amount can be converged to the target intake air amount in a quick and stable state. . As described above, in the intake air amount control, high robustness can be ensured and controllability can be improved, whereby occurrence of torque fluctuation and rotation fluctuation can be avoided, and the combustion state can be improved. As a result, drivability and exhaust gas characteristics can be improved.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the intake air amount control device 1 for the internal combustion engine 3 according to the first aspect, the control command value calculating means is based on a predetermined prediction algorithm [Expression (7)]. A predicted value of the amount (predicted intake air amount Pre_Gcyl) is calculated, and a control command value is calculated further according to the predicted value of the estimated intake air amount.
[0010]
When the intake air amount is controlled via the intake valve timing variable device as in this intake air amount control device, it is between the actual operation of the intake valve timing variable device and the intake air amount sucked into the cylinder. In general, there is a dead time due to a response delay of the intake valve timing variable device. Therefore, according to the intake air amount control device, the predicted value of the estimated intake air amount is calculated based on a predetermined prediction algorithm, and the control command value is further determined according to the predicted value of the estimated intake air amount. Since it is calculated, it is possible to calculate the control command value while compensating for the dead time as described above, thereby improving the convergence of the estimated intake air amount to the target intake air amount. As a result, drivability and exhaust gas characteristics can be further improved.
[0011]
According to the third aspect of the present invention, the intake air sucked into the cylinders # 1 to # 4 via the intake valve timing variable device (variable intake valve drive device 40) that freely changes the valve timing of the intake valve 6. An intake air amount control device 1 for an internal combustion engine 3 that variably controls the amount, and that estimates an estimated intake air amount (cylinder intake air amount Gcyl) that is an estimated value of the intake air amount sucked into the cylinder Intake air amount calculation means (ECU2, steps 16, 30), target intake air amount setting means (ECU2, steps 16, 31 to 33) for setting a target intake air amount Gcyl_cmd which is a target of intake air amount control, Prediction value calculation means (ECU2, state predictor 222) for calculating a predicted value of the estimated intake air amount (predicted intake air amount Pre_Gcyl) based on the prediction algorithm [Equation (7)] Step 80) and a control command value calculation means for calculating a control command value (target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd) so that the estimated intake air amount converges to the target intake air amount according to the predicted value of the estimated intake air amount (ECU2, sliding mode controller 224, step 80) and control means (ECU2, second SPAS controller 225, step 75) for controlling the intake valve timing variable device in accordance with the calculated control command value. Features.
[0012]
According to the intake air amount control apparatus for an internal combustion engine, the estimated value of the estimated intake air amount is calculated based on a predetermined prediction algorithm, and the estimated intake air amount is set as a target according to the predicted value of the estimated intake air amount. Since the control command value is calculated so as to converge to the intake air amount, the control command value can be calculated while compensating for the dead time as described above, and thereby the target intake air of the estimated intake air amount can be calculated. Convergence to quantity can be improved. As a result, drivability and exhaust gas characteristics can be improved.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the intake air amount control device 1 for the internal combustion engine 3 according to any one of the first to third aspects, the control command value calculating means includes a response designation type control algorithm [Expressions (15) to (15) 21)], a control command value is calculated.
[0014]
According to the intake air amount control apparatus for an internal combustion engine, the control command value is calculated further according to the response assignment control algorithm, so that the estimated intake air amount is avoided while avoiding vibrational and overshoot behavior. It is possible to converge to the target intake air amount in a quick and stable state, thereby further improving the drivability and the exhaust gas characteristics.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in the intake air amount control device 1 for the internal combustion engine 3 according to any one of the first to fourth aspects, the intake valve timing varying device is rotatable about a rotation fulcrum (pin 51c). An intake rocker arm 51 that is supported and rotates to open and close the intake valve 6; first and second intake camshafts (main and auxiliary intake camshafts 41 and 42) that rotate at the same rotational speed; The intake cam phase variable mechanism (sub intake cam phase variable mechanism 70) for changing the relative phase between the two intake cam shafts (sub intake cam phase θmsi) and the first intake cam shaft (main intake cam shaft 41) are provided. The first intake cam (main intake cam 43) that rotates the intake rocker arm 51 around the rotation fulcrum by rotating with the rotation of the first intake camshaft, and the second intake camshaft. A second intake cam (sub-intake cam 44) that is provided on the shaft (sub-intake cam shaft 42) and moves with the rotation of the second intake cam shaft to move the rotation fulcrum of the intake rocker arm 51; It is characterized by providing.
[0016]
According to this intake air amount control device for an internal combustion engine, in the intake valve timing variable device, the first intake cam rotates with the rotation of the first intake camshaft, whereby the intake rocker arm rotates about the rotation fulcrum. By moving the intake valve, the intake valve is driven to open and close. At this time, since the second intake cam rotates with the rotation of the second intake cam shaft, the pivot point of the intake rocker arm is moved, so that the valve lift amount of the intake valve can be freely changed. Furthermore, since the relative phase between the first and second intake camshafts is changed by the intake cam phase variable mechanism, both the valve closing timing and the valve lift amount of the intake valve can be freely changed. That is, by using two intake cams, two intake camshafts, and an intake cam phase variable mechanism, an intake valve timing variable device that can freely change the valve closing timing and valve lift amount of the intake valve can be realized.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, in the intake air amount control device 1 for the internal combustion engine 3 according to the fifth aspect, the intake cam phase variable mechanism is a hydraulically driven intake cam phase variable mechanism driven by supply of hydraulic pressure. The control means is configured to control the hydraulic pressure Psd supplied to the hydraulically driven intake cam phase varying mechanism.
[0018]
According to this intake air amount control device for an internal combustion engine, since the intake cam phase variable mechanism is configured by a hydraulic drive type driven by the supply of hydraulic pressure, the intake valve timing variable device itself is hydraulically driven. Can be configured. As a result, for example, the intake valve can be reliably opened and closed even in a higher load range than when an intake valve timing variable device of the type that drives the valve body of the intake valve with the electromagnetic force of the solenoid is used. Electric power can be reduced, and operation noise of the intake valve can be reduced.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an intake air amount control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show a schematic configuration of an internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 3 to which the intake air amount control device 1 of the present embodiment is applied, and FIG. 3 shows a schematic configuration of the intake air amount control device 1. Is shown. As shown in FIG. 3, the intake air amount control device 1 includes an ECU 2, which controls the valve timing of the intake valve 6 and the exhaust valve 7, as will be described later, according to the operating state of the engine 3. Various control processes including these are executed.
[0020]
The engine 3 is an in-line four-cylinder gasoline engine mounted on a vehicle (not shown) and includes first to fourth four cylinders # 1 to # 4 (see FIG. 5). Further, the engine 3 is provided with a main fuel injection valve 4 and a spark plug 5 for each cylinder (only one is shown), and both the main fuel injection valve 4 and the spark plug 5 are cylinder heads. It is attached to 3a. Each main fuel injection valve 4 is connected to the ECU 2, and its fuel injection amount and fuel injection timing are controlled by a control input from the ECU 2, whereby the fuel is directly injected into the combustion chamber of the corresponding cylinder.
[0021]
Each spark plug 5 is also connected to the ECU 2 and is discharged when a high voltage is applied from the ECU 2 at a timing corresponding to the ignition timing, thereby burning the air-fuel mixture in the combustion chamber.
[0022]
Further, the engine 3 is provided for each cylinder, and an intake valve 6 and an exhaust valve 7 that open and close the intake port and the exhaust port, respectively, and a variable type that opens and closes the intake valve 6 and simultaneously changes its valve timing and valve lift amount. An intake valve driving device 40 and a variable exhaust valve driving device 90 that changes the valve timing and valve lift amount at the same time as opening and closing the exhaust valve 7 are provided. Details of these variable intake drive unit 40 and variable exhaust valve drive unit 90 will be described later. The intake valve 6 and the exhaust valve 7 are urged in the valve closing direction by valve springs 6a and 7a, respectively.
[0023]
On the other hand, a magnet rotor 20 a is attached to the crankshaft 3 b of the engine 3. The magnet rotor 20a constitutes the crank angle sensor 20 together with the MRE pickup 20b. The crank angle sensor 20 outputs a CRK signal and a TDC signal, both of which are pulse signals, to the ECU 2 as the crankshaft 3b rotates.
[0024]
One pulse of the CRK signal is output every predetermined crank angle (for example, 30 deg). The ECU 2 calculates the engine speed (hereinafter referred to as “engine speed”) NE of the engine 3 in accordance with the CRK signal. The TDC signal is a signal indicating that the piston 3c of each cylinder is at a predetermined crank angle position slightly before the TDC position of the intake stroke, and is every predetermined crank angle (180 deg in the example of the present embodiment). One pulse is output at the same time.
[0025]
The intake pipe 8 of the engine 3 is provided with a turbocharger device 10, an intercooler 11, a fuel vaporization cooling device 12, a throttle valve mechanism 16, and the like in order from the upstream side.
[0026]
The turbocharger device 10 includes a compressor blade 10a housed in a compressor housing in the middle of an intake pipe 8, a turbine blade 10b housed in a turbine housing in the middle of an exhaust pipe 9, and two blades 10a and 10b. A shaft 10c connected to the cylinder 10 and a wastegate valve 10d are provided.
[0027]
In the turbocharger 10, when the turbine blade 10 b is rotationally driven by the exhaust gas in the exhaust pipe 9, the compressor blade 10 a integrated therewith is also rotated at the same time, so that the intake air in the intake pipe 8 is pressurized. The That is, the supercharging operation is executed.
[0028]
The waste gate valve 10d opens and closes a bypass exhaust passage 9a that bypasses the turbine blade 10b of the exhaust pipe 9, and is composed of an electromagnetic control valve connected to the ECU 2 (see FIG. 3). The waste gate valve 10d changes the flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass exhaust passage 9a, in other words, the flow rate of the exhaust gas that drives the turbine blade 10b, by changing the opening according to the control input Dut_wg from the ECU 2. . Thereby, the supercharging pressure Pc by the turbocharger device 10 is controlled.
[0029]
On the other hand, an air flow sensor 21 is provided on the upstream side of the compressor blade 10 a of the intake pipe 8. The air flow sensor 21 is constituted by a hot-wire air flow meter, and outputs a detection signal representing an intake air amount (hereinafter referred to as “TH passage intake air amount”) Gth passing through a throttle valve 17 described later to the ECU 2.
[0030]
The intercooler 11 is a water-cooled type, and cools the intake air whose temperature has risen due to the supercharging operation (pressurizing operation) in the turbocharger device 10 when the intake air passes through the intercooler 11.
[0031]
Further, a supercharging pressure sensor 22 is provided between the intercooler 11 of the intake pipe 8 and the fuel evaporative cooling device 12. The supercharging pressure sensor 22 is composed of a semiconductor pressure sensor or the like, and outputs a detection signal representing the intake pressure in the intake pipe 8 pressurized by the turbocharger device 10, that is, a supercharging pressure Pc (absolute pressure), to the ECU 2. To do.
[0032]
On the other hand, the fuel evaporative cooling device 12 evaporates the fuel and generates an air-fuel mixture, and at the same time lowers the temperature of the intake air, and is provided in the middle of the intake pipe 8 as shown in FIG. The housing 13 is provided with a large number of lipophilic film plates 14 (only six are shown) accommodated in the housing 13 in parallel with each other at a predetermined interval, and the auxiliary fuel injection valve 15 and the like.
[0033]
The sub fuel injection valve 15 is connected to the ECU 2, and its fuel injection amount and fuel injection timing are controlled by a control input from the ECU 2, thereby injecting fuel toward a large number of lipophilic film plates 14. . As will be described later, the total fuel injection amount TOUT to be injected from both the auxiliary fuel injection valve 15 and the main fuel injection valve 4 is determined by the ECU 2 according to the operating state of the engine 3, and the total fuel injection amount TOUT is determined. The ratio of the fuel injection amount from the main fuel injection valve 4 (main fuel injection rate Rt_Pre, which will be described later) and the ratio of the fuel injection amount from the sub fuel injection valve 15 to the fuel injection amount TOUT in the operating state of the engine 3 Will be decided accordingly. Further, a lipophilic film having affinity for fuel is formed on the surface of the lipophilic film plate 14.
[0034]
With the above configuration, in the fuel vaporization cooling device 12, the fuel injected from the auxiliary fuel injection valve 15 is thinned by the lipophilicity on the surface of each lipophilic film plate 14, and then vaporized by the heat of the intake air. Thereby, the air-fuel mixture is generated and the intake air is cooled by the heat of vaporization at that time. Due to the cooling effect of the fuel vaporization cooling device 12, the charging efficiency can be increased, and the limit of occurrence of knocking of the engine 3 can be expanded. For example, when the engine 3 is operating at a high load, the limit ignition timing at which knocking starts to occur can be extended to the advance side by a predetermined crank angle (for example, 2 deg), thereby improving combustion efficiency. it can.
[0035]
The throttle valve mechanism 16 described above includes a throttle valve 17 and a TH actuator 18 that opens and closes the throttle valve 17. The throttle valve 17 is rotatably provided in the middle of the intake pipe 8, and changes the TH passing intake air amount Gth by the change of the opening degree accompanying the rotation. The TH actuator 18 is a combination of a motor connected to the ECU 2 and a gear mechanism (both not shown). The TH actuator 18 is controlled by a control input DUTY_th (described later) from the ECU 2, thereby opening the throttle valve 17. Change.
[0036]
The throttle valve 17 is provided with two springs (both not shown) for biasing the throttle valve 17 in the valve opening direction and the valve closing direction, respectively, and the throttle valve 17 is biased by the biasing force of these two springs. Is maintained at a predetermined initial opening TH_def when the control input DUTY_th is not input to the TH actuator 18. The initial opening TH_def is set to a value (for example, 7 °) that is close to the fully closed state and that can secure the intake air amount necessary for starting the engine 3.
[0037]
Further, a throttle valve opening sensor 23 composed of, for example, a potentiometer is provided in the vicinity of the throttle valve 17 of the intake pipe 8. The throttle valve opening sensor 23 outputs a detection signal representing the actual opening (hereinafter referred to as “throttle valve opening”) TH of the throttle valve 17 to the ECU 2.
[0038]
Further, a portion of the intake pipe 8 downstream of the throttle valve 17 is a surge tank 8a, and an intake pipe absolute pressure sensor 24 is provided in the surge tank 8a. The intake pipe absolute pressure sensor 24 is composed of, for example, a semiconductor pressure sensor, and outputs a detection signal representing the absolute pressure (hereinafter referred to as “intake pipe absolute pressure”) PBA in the intake pipe 8 to the ECU 2. Further, an intake manifold 8b downstream of the surge tank 8a of the intake pipe 8 is an intake manifold 8b (see FIG. 22). The intake manifold 8b is branched into four and is divided into four cylinders # 1 to # 4. Communicate.
[0039]
On the other hand, on the downstream side of the turbine blade 10b of the exhaust pipe 9, first and second catalytic devices 19a and 19b are provided in order from the upstream side. By these catalytic devices 19a and 19b, NOx, HC, CO and the like are purified.
[0040]
An oxygen concentration sensor (hereinafter referred to as “O2 sensor”) 26 is provided between the first and second catalytic devices 19a and 19b. The O2 sensor 26 is composed of zirconia, a platinum electrode, and the like, and outputs a detection signal based on the oxygen concentration in the exhaust gas downstream of the first catalyst device 19a to the ECU 2.
[0041]
Further, a LAF sensor 25 is provided between the turbine blade 10 b of the exhaust pipe 9 and the first catalyst device 19. The LAF sensor 25 is configured by combining a sensor similar to the O2 sensor 26 and a detection circuit such as a linearizer. The LAF sensor 25 controls the oxygen concentration in the exhaust gas in a wide range of air-fuel ratios from the rich region to the lean region. A detection signal that is linearly detected and proportional to the oxygen concentration is output to the ECU 2. The ECU 2 executes air-fuel ratio control based on the detection signals of the LAF sensor 25 and the O2 sensor 26.
[0042]
Next, the above-described variable intake valve drive device 40 (intake valve timing variable device) will be described. As shown in FIGS. 2, 5 and 6, this variable intake valve drive device 40 is provided with a main intake camshaft 41 and an auxiliary intake camshaft 42 for driving the intake valves, and is provided for each cylinder. An intake valve drive mechanism 50 (only one is shown) that drives the intake valve 6 to open and close as the intake camshafts 41 and 42 rotate, a main intake cam phase variable mechanism 60, a sub intake cam phase variable mechanism 70, and 3 Two intake cam phase varying mechanisms 80 are provided.
[0043]
The main intake camshaft 41 (first intake camshaft) is rotatably attached to the cylinder head 3a and extends along the cylinder arrangement direction. The main intake camshaft 41 includes a main intake cam 43 (first intake cam) provided for each cylinder, a sprocket 47 provided at one end, and a main intake cam 43 and a sprocket 47 for the first cylinder # 1. And a main gear 45 provided therebetween. The main intake cam 43, the main gear 45, and the sprocket 47 are all attached to the main intake cam shaft 41 so as to rotate coaxially and integrally. The sprocket 47 is connected to the crankshaft 3b via the timing chain 48, whereby the main intake camshaft 41 rotates clockwise (indicated by an arrow Y1) every time the crankshaft 3b rotates twice. Direction).
[0044]
The main intake cam phase varying mechanism 60 is provided at the end of the main intake camshaft 41 on the sprocket 47 side. The main intake cam phase variable mechanism 60 has a relative phase of the main intake camshaft 41 to the sprocket 47, that is, a relative phase of the main intake camshaft 41 to the crankshaft 3b (hereinafter referred to as “main intake cam phase”) θmi. Is steplessly changed to the advance side or the retard side, details of which will be described later.
[0045]
Further, a main intake cam angle sensor 27 is provided at the end of the main intake camshaft 41 opposite to the sprocket 47. Like the crank angle sensor 20, the main intake cam angle sensor 27 is composed of a magnet rotor and an MRE pickup, and a main intake cam signal, which is a pulse signal, is transmitted to a predetermined cam as the main intake cam shaft 41 rotates. It outputs to ECU2 for every angle | corner (for example, 1 deg). The ECU 2 calculates (detects) the main intake cam phase θmi based on the main intake cam signal and the CRK signal.
[0046]
On the other hand, the auxiliary intake camshaft 42 (second intake camshaft) is also rotatably supported by the cylinder head 3 a similarly to the main intake camshaft 41, and extends parallel to the main intake camshaft 41. The auxiliary intake camshaft 42 includes an auxiliary intake cam 44 (second intake cam) provided for each cylinder, and an auxiliary gear 46 having the same number of teeth and the same diameter as the main gear 45. 46 rotates integrally with the auxiliary intake camshaft 42 coaxially.
[0047]
Both the main gear 45 and the sub gear 46 are pressed so as to always mesh with each other by a pressing spring (not shown), and backlash is not generated by a backlash compensation mechanism (not shown). Due to the meshing of both gears 45 and 46, the auxiliary intake camshaft 42 rotates counterclockwise in FIG. 6 (the direction indicated by the arrow Y2) at the same rotational speed as the main intake camshaft 41 rotates clockwise. .
[0048]
The auxiliary intake cam phase variable mechanism 70 (intake cam phase variable mechanism) is provided at the end of the auxiliary intake camshaft 42 on the timing chain 48 side, and the auxiliary intake camshaft 42 is relative to the main intake camshaft 41. In other words, the relative phase of the auxiliary intake cam 44 for the first cylinder # 1 with respect to the main intake cam 43 (hereinafter referred to as “sub intake cam phase”) θmsi is changed steplessly. Details of the auxiliary intake cam phase varying mechanism 70 will be described later.
[0049]
Further, a sub intake cam angle sensor 28 is provided at the end of the sub intake cam shaft 42 opposite to the sub intake cam phase varying mechanism 70. Similarly to the main intake cam angle sensor 27, the auxiliary intake cam angle sensor 28 is also composed of a magnet rotor and an MRE pickup. Along with the rotation of the auxiliary intake cam shaft 42, an auxiliary intake cam signal that is a pulse signal is predetermined. Is output to the ECU 2 at every cam angle (for example, 1 deg). The ECU 2 calculates the auxiliary intake cam phase θmsi (relative phase between the first and second intake camshafts) based on the auxiliary intake cam signal, the main intake cam signal, and the CRK signal.
[0050]
Further, in the four auxiliary intake cams 44, the auxiliary intake cam 44 for the first cylinder # 1 is attached so as to rotate integrally with the auxiliary intake camshaft 42, and the other second to fourth cylinders # are provided. Each of the auxiliary intake cams 44 for # 2 to # 4 is connected to the auxiliary intake camshaft 42 via the intake cam phase varying mechanism 80. These intake cam inter-phase variable mechanisms 80 have a relative phase of the auxiliary intake cam 44 for the second to fourth cylinders # 2 to # 4 relative to the auxiliary intake cam 44 for the first cylinder # 1 (hereinafter referred to as “intake air”). Θssi # i (referred to as “inter-cam phase”) is changed steplessly independently of each other, and details thereof will be described later. Note that the symbol #i in the intake cam phase θssi # i represents a cylinder number and is set to # i = # 2 to # 4. This also applies to the following description.
[0051]
Furthermore, three # 2 to # 4 auxiliary intake cam angle sensors 29 to 31 are electrically connected to the ECU 2 (see FIG. 3). These # 2 to # 4 auxiliary intake cam angle sensors 29 to 31 are pulse signals # 2 to # 4 auxiliary as the auxiliary intake cams 44 for the second to fourth cylinders # 2 to # 4 rotate. An intake cam signal is output to the ECU 2 at every predetermined cam angle (for example, 1 deg). The ECU 2 calculates the intake cam phase θssi # i based on the # 2 to # 4 auxiliary intake cam signals, the auxiliary intake cam signal, the main intake cam signal, and the CRK signal.
[0052]
On the other hand, the intake valve drive mechanism 50 includes main and auxiliary intake cams 43 and 44, an intake rocker arm 51 that opens and closes the intake valve 6, a link mechanism 52 that supports the intake rocker arm 51, and the like. The cam profiles of these main and auxiliary intake cams 43 and 44 will be described later.
[0053]
The link mechanism 52 is of a four-joint link type, and includes a first link 53 that extends substantially parallel to the intake valve 6, two second links 54 and 54 that are provided vertically in parallel with each other, and a bias spring 55, A return spring 56 and the like. The central portion of the intake rocker arm 51 is rotatably attached to the lower end portion of the first link 53 via a pin 51c, and a rotatable roller 53a is provided on the upper end portion.
[0054]
The intake rocker arm 51 is provided with a rotatable roller 51a at the end on the main intake cam 43 side, and an adjustment bolt 51b is attached to the end on the intake valve 6 side. The valve clearance between the lower edge of the adjustment bolt 51b and the upper edge of the intake valve 6 is set to a predetermined value as described later. The bias spring 55 has one end attached to the intake rocker arm 51 and the other end attached to the first link 53. Due to the biasing force of the bias spring 55, the intake rocker arm 51 is biased clockwise in FIG. 6, and thereby always abuts against the main intake cam 43 via the roller 51a.
[0055]
With the above configuration, when the main intake cam 43 rotates clockwise in FIG. 6, the intake rocker arm 51 has the cam profile of the main intake cam 43 as the roller 51 a rolls on the cam surface of the main intake cam 43. Accordingly, the pin 51c is rotated clockwise and counterclockwise using the rotation fulcrum. With the rotation of the intake rocker arm 51, the adjustment bolt 51b reciprocates in the vertical direction to open and close the intake valve 6.
[0056]
Each second link 54 has one end rotatably connected to the cylinder head 3a via a pin 54a and the other end rotatable to a predetermined portion of the first link 53 via a pin 54b. It is connected. Further, one end of the return spring 56 is attached to the upper second link 54, and the other end is attached to the cylinder head 3a. Due to the biasing force of the return spring 56, the upper second link 54 is biased counterclockwise in FIG. 6, so that the first link 53 is always applied to the auxiliary intake cam 44 via the roller 53a. It is in contact.
[0057]
With the above configuration, when the auxiliary intake cam 44 rotates counterclockwise in FIG. 6, the first link 53 causes the roller 53 a to roll on the cam surface of the auxiliary intake cam 44, thereby Move up and down depending on the profile. As a result, the pin 51c, which is the pivot point of the intake rocker arm 51, moves in the vertical direction between the lowermost position (position shown in FIG. 6) and the uppermost position (position shown in FIG. 15). Along with this, when the intake rocker arm 51 rotates as described above, the position of the reciprocating movement of the adjusting bolt 51b changes.
[0058]
The cam crest height of the main intake cam 43 is higher than that of the sub intake cam 44, and the cam crest height ratio between the main intake cam 43 and the sub intake cam 44 is from the adjustment bolt 51b to the roller. It is set to a value equal to the ratio between the distance to the center of 51a and the distance from the adjustment bolt 51b to the center of the pin 51c. That is, when the intake rocker arm 51 is driven by the main / sub intake cams 43, 44, the vertical fluctuation amount of the adjustment bolt 51 b due to the cam peak of the main intake cam 43 and the adjustment bolt 51 b due to the cam peak of the auxiliary intake cam 44. Are set to have the same amount of fluctuation in the vertical direction.
[0059]
Next, the main intake cam phase varying mechanism 60 described above will be described. As shown in FIG. 7, the main intake cam phase varying mechanism 60 includes a housing 61, a three-blade vane 62, a hydraulic pump 63, an electromagnetic valve mechanism 64, and the like.
[0060]
The housing 61 is formed integrally with the sprocket 47 described above, and includes three partition walls 61a formed at equal intervals. The vane 62 is coaxially attached to the end of the main intake camshaft 41 on the sprocket 47 side, extends radially outward from the main intake camshaft 41, and is rotatably accommodated in the housing 61. In the housing 61, three advance chambers 65 and three retard chambers 66 are formed between the partition wall 61 a and the vane 62.
[0061]
The hydraulic pump 63 is of a mechanical type connected to the crankshaft 3b. When the crankshaft 3b rotates, along with this, the lubricating oil stored in the oil pan 3d of the engine 3 passes through the oil passage 67c. And is supplied to the electromagnetic valve mechanism 64 via the oil passage 67c in a state where the pressure is increased.
[0062]
The electromagnetic valve mechanism 64 is a combination of a spool valve mechanism 64a and a solenoid 64b, and is connected to the advance chamber 65 and the retard chamber 66 through an advance oil passage 67a and a retard oil passage 67b, respectively. At the same time, the hydraulic pressure supplied from the hydraulic pump 63 is output to the advance chamber 65 and the retard chamber 66 as the advance hydraulic pressure Pad and the retard hydraulic pressure Prt, respectively. The solenoid 64b of the electromagnetic valve mechanism 64 is electrically connected to the ECU 2, and when the control input DUTY_mi from the ECU 2 is input, the spool valve body of the spool valve mechanism 64a is moved according to the control input DUTY_mi. By moving within the range, both the advance hydraulic pressure Pad and the retard hydraulic pressure Prt are changed.
[0063]
In the main intake cam phase variable mechanism 60 described above, during operation of the hydraulic pump 63, the electromagnetic valve mechanism 64 operates in accordance with the control input DUTY_mi, whereby the advance hydraulic pressure Pad is transferred to the advance chamber 65 and the retard hydraulic pressure Prt is transferred. Each is supplied to the retard chamber 66, whereby the relative phase between the vane 62 and the housing 64 is changed to the advance side or the retard side. As a result, the main intake cam phase θmi described above is steplessly changed to the advance side or the retard side within a predetermined range (for example, a range of cam angle 45 deg to 60 deg). The main intake cam phase varying mechanism 60 is provided with a lock mechanism (not shown), and the lock mechanism locks the operation of the main intake cam phase varying mechanism 60 when the hydraulic pressure supplied from the hydraulic pump 63 is low. Is done. That is, the main intake cam phase θmi is prohibited from being changed by the main intake cam phase varying mechanism 60, and the main intake cam phase θmi is locked to a value suitable for idle operation or engine start.
[0064]
Next, the auxiliary intake cam phase varying mechanism 70 described above will be described. As shown in FIG. 8, the auxiliary intake cam phase varying mechanism 70 includes a housing 71, a single vane 72, a hydraulic piston mechanism 73, a motor 74, and the like.
[0065]
The housing 71 is constructed integrally with the gear 46 of the auxiliary intake camshaft 42, and a vane chamber 75 having a sectoral cross section is formed therein. The vane 72 is coaxially attached to the end of the auxiliary intake camshaft 42 on the timing chain 48 side, extends outward from the auxiliary intake camshaft 42, and is rotatably accommodated in the vane chamber 75. By this vane 72, the vane chamber 75 is partitioned into first and second vane chambers 75a and 75b.
[0066]
One end of a return spring 72 a is attached to the vane 72, and the other end of the return spring 72 is attached to the housing 71. By the return spring 72a, the vane 72 is urged in the counterclockwise direction of FIG. 8, that is, in the direction of reducing the volume of the first vane chamber 75a.
[0067]
On the other hand, the hydraulic piston mechanism 73 includes a cylinder 73a and a piston 73b. The internal space of the cylinder 73a communicates with the first vane chamber 75a via the oil passage 76, and hydraulic oil is contained in the internal space of the cylinder 73a, the oil passage 76, and the first vane chamber 75a. Filled. The second vane chamber 75b communicates with the atmosphere side.
[0068]
A rack 77 is attached to the piston 73 b, and a pinion 78 that meshes with the rack 77 is coaxially attached to the rotating shaft of the motor 74. The motor 74 is electrically connected to the ECU 2. When a control input DUTY_msi from the ECU 2 is input, the motor 74 rotates the pinion 78, thereby sliding the piston 73 b in the cylinder 73 a via the rack 77. Let As a result, the hydraulic pressure Psd in the first vane chamber 75a changes, and the vane 72 rotates clockwise or counterclockwise depending on the balance between the changing hydraulic pressure Psd and the biasing force of the return spring 72a. As a result, the auxiliary intake cam phase θmsi is steplessly changed to the advance side or the retard side within a predetermined range (a range corresponding to a cam angle of 180 deg described later).
[0069]
As described above, in the auxiliary intake cam phase variable mechanism 70, the hydraulic piston mechanism 73 and the motor 74 are used in place of the hydraulic pump 63 and the electromagnetic valve mechanism 64 of the main intake cam phase variable mechanism 60 described above, whereby the auxiliary intake cam phase variable mechanism 70. The intake cam phase θmsi is changed. This is because the auxiliary intake cam phase varying mechanism 70 is used for adjusting the intake air amount to each cylinder, and therefore, higher responsiveness than the main intake cam phase varying mechanism 60 is required. Therefore, when the auxiliary intake cam phase variable mechanism 70 does not require high responsiveness (for example, in the valve timing control of the intake valve 6 described later, only one of the late closing control and the early closing control needs to be executed). Instead of the hydraulic piston mechanism 73 and the motor 74, the hydraulic pump 63 and the electromagnetic valve mechanism 64 may be used in the same manner as the main intake cam phase variable mechanism 60.
[0070]
As shown in FIG. 9, the auxiliary intake cam phase varying mechanism 70 is provided with a return spring 72b for urging the vane 72 in the clockwise direction in the figure, and the urging force of the return spring 72b is combined with the return spring 72a. While setting to the same value, the neutral position of the vane 72 shown in the figure may be set to a position corresponding to a value at which the auxiliary intake cam phase θmsi is controlled most frequently. In this way, during the operation of the auxiliary intake cam phase variable mechanism 70, the time during which the vane 72 is held in the neutral position becomes longer, so that the operation stop time of the motor 74 can be secured longer, thereby reducing the power consumption. Can be reduced.
[0071]
Next, the intake cam phase varying mechanism 80 will be described. Since the three intake cam phase varying mechanisms 80 are configured in the same manner, hereinafter, the intake cam phase for changing the intake cam phase θssi # 2 of the auxiliary intake cam 44 for the second cylinder # 2. The variable mechanism 80 will be described as an example. The intake cam phase varying mechanism 80 is for adjusting a steady variation between the cylinders of the intake air amount and does not require high responsiveness. Therefore, the main intake cam phase varying mechanism described above is used. The configuration is the same except for 60 and a part. That is, the intake cam phase varying mechanism 80 includes a housing 81, a vane 82, a hydraulic pump 83, an electromagnetic valve mechanism 84, and the like, as shown in FIG.
[0072]
The housing 81 is configured integrally with the auxiliary intake cam 44 for the second cylinder # 2, and includes one partition wall 81a. The vane 82 is coaxially attached in the middle of the auxiliary intake camshaft 42 and is rotatably accommodated in the housing 81. In the housing 81, an advance chamber 85 and a retard chamber 86 are formed between the partition wall 81 a and the vane 82.
[0073]
Similar to the hydraulic pump 63 described above, the hydraulic pump 83 is a mechanical type coupled to the crankshaft 3b. When the crankshaft 3b rotates, the lubrication stored in the oil pan 3d of the engine 3 is accordingly accompanied. Oil is sucked in through the oil passage 87c and supplied to the electromagnetic valve mechanism 84 through the oil passage 87c in a state where the pressure is increased.
[0074]
The solenoid valve mechanism 84 is a combination of the spool valve mechanism 84a and the solenoid 84b, similar to the solenoid valve mechanism 64 described above, and the advance chamber 85 and the retard oil passage 87b are connected to each other via the advance oil passage 87a and the retard oil passage 87b. The hydraulic pressure supplied from the hydraulic pump 83 is output to the advanced angle chamber 85 and the retarded angle chamber 86 as the advanced angle hydraulic pressure Pad and the retarded hydraulic pressure Prt. The solenoid 84b of the electromagnetic valve mechanism 84 is electrically connected to the ECU 2, and when the control input DUTY_ssi # 2 from the ECU 2 is input, the spool valve body of the spool valve mechanism 84a is controlled according to the control input DUTY_ssi # 2. Thus, both the advance hydraulic pressure Pad and the retard hydraulic pressure Prt are changed by moving within a predetermined movement range.
[0075]
In the above-described intake cam phase variable mechanism 80, during operation of the hydraulic pump 83, the electromagnetic valve mechanism 84 operates in accordance with the control input DUTY_ssi # 2, whereby the advance hydraulic pressure Pad is transferred to the advance chamber 85 and the retard hydraulic pressure is increased. Prt is supplied to each of the retard chambers 86, whereby the relative phase between the vane 82 and the housing 84 is changed to the advance side or the retard side. As a result, the above-described intake cam phase θssi # 2 is steplessly changed to the advance side or the retard side within a predetermined range (for example, a range corresponding to the cam angle of 30 deg). The intake cam phase variable mechanism 80 is provided with a lock mechanism (not shown), which locks the operation of the intake cam phase variable mechanism 80 when the hydraulic pressure supplied from the hydraulic pump 83 is low. Is done. That is, the change of the intake cam phase θssi # 2 by the intake cam phase variable mechanism 80 is prohibited, and the intake cam phase θssi # 2 is locked to the control target value (value 0 described later) at that time.
[0076]
When the internal EGR amount and the intake air amount of each cylinder need to be controlled with high responsiveness and high accuracy as in a compression ignition type internal combustion engine, the intake cam phase variable mechanism 80 is connected to You may comprise similarly to the intake cam phase variable mechanism 70. FIG.
[0077]
Next, the operation of the variable intake valve driving device 40 configured as described above will be described. In the following description, the main and auxiliary intake cams 43 and 44 will be described by taking the one for the first cylinder # 1 as an example. FIG. 11 is a diagram for explaining the cam profiles of the main and auxiliary intake cams 43 and 44, and the operation state when the auxiliary intake cam phase θmsi = 0 deg is set by the auxiliary intake cam phase variable mechanism 70, that is, The operation state when there is no phase difference between the auxiliary intake cam 44 and the main intake cam 43 is shown.
[0078]
A curve indicated by a one-dot chain line in the figure represents a contact point between the main intake cam 43 and the intake rocker arm 51, that is, a fluctuation amount of the roller 51a and its fluctuation timing, and a broken line in the figure. A curve indicated by represents a variation amount of the first link 53, that is, the pin 51c and a variation timing thereof when the auxiliary intake cam 44 rotates. This also applies to FIGS. 12 to 16 below.
[0079]
Further, a curve indicated by a two-dot chain line in FIG. 11 shows, for comparison, an intake cam (hereinafter referred to as an intake cam) of a general engine operated in an Otto cycle, that is, an engine operated such that the expansion ratio and the compression ratio are the same. This represents the fluctuation amount and fluctuation timing of the adjustment bolt 51b due to “Otto intake cam”. Since this curve with the valve clearance added corresponds to the valve lift curve of the intake valve by the Otto intake cam, this curve will be referred to as a valve lift curve as appropriate in the following description.
[0080]
As shown in the figure, the main intake cam 43 has the same lift start timing, that is, valve opening timing, and lift end timing, that is, valve closing timing, which is later than the compression stroke, compared to the Otto intake cam. The cam profile is configured as a closed cam, and the state where the maximum valve lift amount is maintained within a predetermined range (for example, cam angle of 150 deg). In the following description, the state in which the intake valve 6 is closed at a later timing and earlier timing than the Otto intake cam is referred to as “slow closing” or “early closing” of the intake valve 6, respectively.
[0081]
Further, the auxiliary intake cam 44 has a cam profile in which the valve opening timing is earlier than that of the main intake cam 43 and the state where the maximum valve lift amount is maintained within the predetermined range (for example, cam angle of 150 deg). is doing.
[0082]
The operation when the intake valve 6 is actually driven by the main and auxiliary intake cams 43 and 44 having the above cam profile will be described with reference to FIGS. FIG. 12 shows an operation example when the auxiliary intake cam phase θmsi = 0 deg. Note that the curve indicated by the solid line in FIG. 5B shows the actual fluctuation amount and timing of the adjustment bolt 51b, and as described above, the valve valve clearance is added to the intake valve 6b. This corresponds to a valve lift curve indicating the actual valve lift amount and valve timing. Therefore, in the following description, this curve is appropriately referred to as a valve lift curve of the intake valve 6, and the variation amount and timing of the adjustment bolt 51 b are referred to as the valve lift amount and valve timing of the intake valve 6. This also applies to FIGS. 13B to 16B.
[0083]
As shown in FIG. 12A, when the auxiliary intake cam phase θmsi = 0 deg, the auxiliary intake cam 44 is in the cam intake period while the main intake cam 43 is in contact with the intake rocker arm 51 at a portion where the cam peak is high. It will be in the state contact | abutted to the 1st link 53 in a site | part with a high mountain. That is, during the valve opening operation by the main intake cam 43, the rotation fulcrum of the intake rocker arm 51 is held at the lowest position. As a result, as shown in FIG. 12 (b), the valve lift amount and valve timing of the intake valve 6 are the same as the Otto intake cam, and the valve opening timing is later and the valve closing timing is later. The intake valve 6 is being driven.
[0084]
FIGS. 13 to 15 show operation examples when the auxiliary intake cam phase θmsi is set to 90 deg, 120 deg and 180 deg by the auxiliary intake cam phase variable mechanism 70, respectively. In other words, an operation example is shown in which the phase of the auxiliary intake camshaft 42 is shifted to the advance side by the cam angle 90 deg, 120 deg and 180 deg with respect to the main intake camshaft 41. FIG. 16 shows an operation example when the auxiliary intake cam phase θmsi is changed from 120 deg to 180 deg.
[0085]
As shown in FIG. 13 (a), when θmsi = 90 deg, the auxiliary intake cam 44 has a cam peak at the latter half of the period when the main intake cam 43 is in contact with the intake rocker arm 51 at a portion where the cam peak is high. It will be in the state which contacts the 1st link 53 in a low part instead of a high part. As a result, as shown in FIG. 5B, the closing timing of the intake valve 6, that is, the end timing of the valve opening operation by the main intake cam 43 is earlier than when θmsi = 0 deg. Same valve timing.
[0086]
Further, when θmsi is larger than 90 deg, for example, θmsi = 120 deg shown in FIG. 14A, the auxiliary intake cam 44 is in a period during which the main intake cam 43 is in contact with the intake rocker arm 51 at a portion where the cam peak is high. Is shorter than the time when θmsi = 90 deg. As a result, as shown in FIG. 5B, the closing timing of the intake valve 6 is earlier than when the above-described θmsi = 90 deg, and the closing timing is the same as that of the Otto intake cam. The timing becomes earlier and the intake valve 6 is driven by the early closing cam.
[0087]
Further, as shown in FIG. 16, when the auxiliary intake cam phase θmsi is changed from 120 deg to 180 deg, the auxiliary intake cam 43 is in contact with the intake rocker arm 51 at a portion where the cam peak is high. The time at which 44 contacts the first link 53 at a portion with a high cam peak is gradually reduced. As a result, the valve closing timing of the intake valve 6 is gradually advanced, and the valve lift amount of the intake valve 6 is also gradually decreased from the maximum value. . Thus, when the auxiliary intake cam phase θ msi is set by the auxiliary intake cam phase variable mechanism 70 so that the valve lift amount of the intake valve 6 becomes smaller than the maximum value, the flow velocity of the intake air flowing into the combustion chamber is increased. It is possible to increase the in-cylinder flow. Thereby, combustion efficiency can be improved.
[0088]
Finally, when θmsi = 180 deg, as shown in FIG. 15A, during the period in which the main intake cam 43 is in contact with the intake rocker arm 51 at a portion where the cam peak is high, the auxiliary intake cam 44 is in a state where it abuts on the first link 53 at a portion where the cam crest is low. As a result, as shown in FIG. 5B, the fluctuation amount of the adjusting bolt 51b becomes extremely small and its maximum value is reached. Is slightly smaller than the valve clearance. As a result, when θmsi = 180 deg, the intake valve 6 is not driven by the adjustment bolt 51b, so that the intake valve 6 is held closed.
[0089]
The variable intake valve driving device 40 described above is configured such that the valve lift curve of the intake valve 6 is the same as that of the Otto intake cam when the auxiliary intake cam phase θmsi = 90 deg. The value of the auxiliary intake cam phase θmsi at which the valve lift curve of the valve 6 is the same as that of the Otto intake cam can be changed as appropriate by changing the cam profiles of the main and auxiliary intake cams 43 and 44.
[0090]
Next, the variable exhaust valve driving device 90 will be described. The variable exhaust valve driving device 90 is configured in substantially the same manner as the variable intake valve driving device 40 described above, and includes a main exhaust camshaft 91 and a sub exhaust camshaft 92 for driving the exhaust valve, and each cylinder. An exhaust valve drive mechanism 100 (only one is shown in FIG. 2) that opens and closes the exhaust valve 7 as the main and sub exhaust camshafts 91 and 92 rotate, and a main exhaust cam phase variable mechanism 110; A sub exhaust cam phase varying mechanism 120 and three exhaust cam phase varying mechanisms 130 are provided.
[0091]
The main exhaust camshaft 91 includes a main exhaust cam 93 provided for each cylinder, a main gear 95 attached integrally, and a sprocket 97 provided at one end. Similar to the sprocket 47 of the main exhaust camshaft 41, the sprocket 97 is connected to the crankshaft 3b via the timing chain 48 described above. As a result, the main exhaust camshaft 91 rotates once every time the crankshaft 3b rotates twice.
[0092]
Further, the main exhaust cam phase variable mechanism 110 has a relative phase with respect to the sprocket 97 of the main exhaust camshaft 91, that is, a relative phase with respect to the crankshaft 3b of the main exhaust camshaft 91 (hereinafter referred to as “main exhaust cam phase”). θme is steplessly changed to the advance side or the retard side. Since the main exhaust cam phase variable mechanism 110 is specifically configured in the same manner as the main intake cam phase variable mechanism 60 described above, the description thereof is omitted here.
[0093]
Further, a main exhaust cam angle sensor 32 is provided at the end of the main exhaust camshaft 91 opposite to the sprocket 97. Like the main intake cam angle sensor 27, the main exhaust cam angle sensor 32 is composed of a magnet rotor and an MRE pickup, and a main exhaust cam signal that is a pulse signal is supplied in accordance with the rotation of the main exhaust camshaft 91. Is output to the ECU 2 at every cam angle (for example, 1 deg). The ECU 2 calculates the main exhaust cam phase θme based on the main exhaust cam signal and the CRK signal.
[0094]
On the other hand, the auxiliary exhaust camshaft 92 has an auxiliary exhaust cam 94 provided for each cylinder and an auxiliary gear 96 having the same number of teeth as the main gear 95. Both the main and sub gears 95 and 96 are pressed so as to always mesh with a pressing spring (not shown), as in the case of the main and sub gears 45 and 46 described above. It is configured not to generate rush. Due to the meshing of both gears 95 and 96, the sub exhaust camshaft 92 rotates in the opposite direction at the same rotational speed as the main exhaust camshaft 91 rotates.
[0095]
Further, the auxiliary exhaust cam phase variable mechanism 120 has a relative phase with respect to the gear 96 of the auxiliary exhaust camshaft 92, that is, relative to the main exhaust camshaft 91 of the auxiliary exhaust camshaft 92 (hereinafter referred to as “subexhaust cam phase”). ) Θmse is changed steplessly. Since the auxiliary exhaust cam phase varying mechanism 120 is specifically configured in the same manner as the auxiliary intake cam phase varying mechanism 70 described above, the description thereof is omitted here.
[0096]
On the other hand, a sub exhaust cam angle sensor 33 is provided at an end of the sub exhaust cam shaft 92 opposite to the sub exhaust cam phase varying mechanism 120. Similar to the main exhaust cam angle sensor 32, the sub exhaust cam angle sensor 33 is composed of a magnet rotor and an MRE pickup. As the sub exhaust cam shaft 92 rotates, a sub exhaust cam signal which is a pulse signal is predetermined. Is output to the ECU 2 at every cam angle (for example, 1 deg). The ECU 2 calculates the sub exhaust cam phase θmse based on the sub exhaust cam signal, the main exhaust cam signal, and the CRK signal.
[0097]
Further, the auxiliary exhaust cam 94 for the first cylinder # 1 is attached to the auxiliary exhaust cam shaft 92 so as to rotate coaxially and integrally, and for the other second to fourth cylinders # 2 to # 4. Each of the sub exhaust cams 94 is connected to the sub exhaust cam shaft 92 via the exhaust cam inter-phase variable mechanism 130. These inter-exhaust cam phase varying mechanisms 130 have a relative phase of the auxiliary exhaust cam 94 for the second to fourth cylinders # 2 to # 4 with respect to the auxiliary exhaust cam 94 for the first cylinder # 1 (hereinafter referred to as “exhaust gas”). Θsse # 2 to # 4 (referred to as “inter-cam phase”) are changed steplessly independently of each other, and specifically, since it is configured in the same manner as the intake cam phase variable mechanism 80 described above, The description is omitted here.
[0098]
Although not shown, the ECU 2 is electrically connected with the # 2 to # 4 auxiliary exhaust cam angle sensors similar to the # 2 to # 4 auxiliary intake cam angle sensors 29 to 31 described above. Each of the 2- # 4 sub exhaust cam angle sensors outputs a pulse signal # 2- # 4 sub exhaust cam signal according to the rotation of the sub exhaust cam 94 for the second to fourth cylinders # 2- # 4. It outputs to ECU2 for every cam angle (for example, 1 deg). The ECU 2 calculates the exhaust cam phase θsse # 2 to # 4 based on these # 2 to # 4 sub exhaust cam signal, sub exhaust cam signal, main exhaust cam signal and CRK signal.
[0099]
On the other hand, the exhaust valve drive mechanism 100 is configured in the same manner as the intake valve drive mechanism 50, and includes main and sub exhaust cams 93 and 94, an exhaust rocker arm 101 that opens and closes the exhaust valve 7, and a link that supports the exhaust rocker arm 101. The mechanism 102 is configured. The main and auxiliary exhaust cams 93 and 94 have cam profiles similar to those of the main and auxiliary intake cams 43 and 44, respectively. Further, since the exhaust rocker arm 101 and the link mechanism 102 are configured in the same manner as the intake rocker arm 51 and the link mechanism 52 described above, respectively, detailed description thereof is omitted, but the side opposite to the main exhaust cam 93 of the exhaust rocker arm 101. An adjusting bolt 101b similar to the adjusting bolt 51b described above is attached to the end of the. Further, the exhaust rocker arm 101 is rotatably supported by the first link 103.
[0100]
Next, the operation of the variable exhaust valve driving device 90 configured as described above will be described. In the following description, the main and auxiliary exhaust cams 93 and 94 will be described by taking the one for the first cylinder # 1 as an example. FIG. 17 is a diagram for explaining the cam profiles of the main and auxiliary exhaust cams 93 and 94, and shows an example of operation when the auxiliary exhaust cam phase variable mechanism 120 sets the auxiliary exhaust cam phase θmse = 0 deg. ing.
[0101]
A curve indicated by a one-dot chain line in the figure represents a variation amount and timing of a contact point between the main exhaust cam 93 and the exhaust rocker arm 101 when the main exhaust cam 93 is rotated. The fluctuation amount and the fluctuation timing of the first link 103 when the auxiliary exhaust cam 94 rotates are shown. This also applies to FIGS. 18 to 21 below.
[0102]
Further, for comparison, a curve indicated by a two-dot chain line shows the amount of fluctuation of the adjustment bolt 101b and its fluctuation due to an exhaust cam of a general engine operated in an Otto cycle (hereinafter referred to as "Otto exhaust cam"). Represents timing. Since this curve with the valve clearance added corresponds to the valve lift curve of the exhaust valve by the Otto exhaust cam, this curve will be referred to as a valve lift curve as appropriate in the following description.
[0103]
As shown in the figure, the main exhaust cam 93 is configured as a so-called early opening cam in which the valve closing timing is the same as the Otto exhaust cam and the valve opening timing is opened earlier in the expansion stroke. And has a cam profile in which the maximum valve lift amount continues in a predetermined range (for example, a cam angle of 90 deg). In the following description, the states where the exhaust valve 7 is opened at a timing later and earlier than the Otto exhaust cam are referred to as “slow opening” and “early opening” of the exhaust valve 7, respectively.
[0104]
Further, the sub exhaust cam 94 has a cam profile that lasts longer than the main exhaust cam 93 in a predetermined range (for example, a cam angle of 150 deg) in which the valve opening time is longer and the maximum valve lift amount is longer. is doing.
[0105]
The operation when the exhaust valve 7 is actually driven by the main / sub exhaust cams 93 and 94 having the above cam profile will be described with reference to FIGS. FIG. 18 shows an operation example when the sub exhaust cam phase θmse = 0 deg. In addition, the curve shown with the continuous line of the figure shows the actual fluctuation amount of the adjustment bolt 101b and its fluctuation timing, and substantially corresponds to the valve lift curve of the exhaust valve 7 as described above. . Therefore, in the following description, this curve is appropriately referred to as a valve lift curve of the exhaust valve 7, and the actual variation amount and timing of the adjustment bolt 101b are referred to as the valve lift amount and valve timing of the exhaust valve 7. This also applies to FIGS. 19 to 21.
[0106]
When the sub exhaust cam phase θmse = 0 deg, the sub exhaust cam 94 is connected to the first link 103 at a low cam peak while the main exhaust cam 93 is in contact with the exhaust rocker arm 101 at a high cam peak. It will be in the state of contact. As a result, as shown in FIG. 18, the amount of fluctuation of the adjustment bolt 101b becomes extremely small, and its maximum value is slightly smaller than the valve clearance. Accordingly, when θmse = 0 deg, the exhaust valve 7 is not driven by the adjustment bolt 101b, so that the exhaust valve 7 is kept closed.
[0107]
FIGS. 19 to 21 show operation examples when the sub exhaust cam phase θmse is set to 45 deg, 90 deg and 150 deg by the sub exhaust cam phase varying mechanism 120, respectively. In other words, an operation example is shown in which the phase of the auxiliary exhaust camshaft 92 is shifted to the advance side by the cam angles of 45 deg, 90 deg and 150 deg with respect to the main exhaust camshaft 91.
[0108]
Due to the configuration of the exhaust valve drive mechanism 100 described above, the larger the sub exhaust cam phase θmse is, that is, the more the phase of the sub exhaust cam shaft 92 is advanced with respect to the main exhaust cam shaft 91, the more the main exhaust cam 93 has its cam crest. During the period in which the exhaust rocker arm 101 is in contact with a high part of the valve, it takes a long time for the auxiliary exhaust cam 94 to contact the first link 103 in a part of the high cam peak. As a result, as shown in FIGS. 19 to 21, the opening timing of the exhaust valve 7 becomes earlier as θmse increases.
[0109]
Specifically, in the case of θmse = 45 deg shown in FIG. 19, the valve closing timing is the same and the valve opening timing is later than that of the Otto exhaust cam, and the exhaust valve 7 is driven by the slow opening cam. It becomes. In the case of θmse = 90 deg (= θmseot) shown in FIG. 20, the valve timing of the exhaust valve 7 is the same as the valve timing by the Otto exhaust cam. Further, when θmse is larger than 90 deg, for example, when θmse = 150 deg shown in FIG. 21, the valve closing timing is the same and the valve opening timing is earlier than that of the Otto exhaust cam. The valve 7 is driven. Although not shown, the valve lift amount of the exhaust valve 7 is configured to increase as θmse increases in the range of θmse = 0 to 60 deg.
[0110]
On the other hand, as shown in FIG. 3, an intake pipe temperature sensor 34, an accelerator opening sensor 35, and an ignition switch (hereinafter referred to as “IG · SW”) 36 are connected to the ECU 2. The intake pipe temperature sensor 34 outputs a detection signal indicating the air temperature TB in the intake pipe 8 to the ECU 2, and the accelerator opening sensor 35 is a depression amount of an accelerator pedal (not shown) of the vehicle (hereinafter referred to as “accelerator opening”). ) A detection signal representing the AP is output to the ECU 2. Further, the IG / SW 36 is turned ON / OFF by operating an ignition key (not shown), and outputs a signal indicating the ON / OFF state to the ECU 2.
[0111]
Next, the ECU 2 will be described. The ECU 2 includes a microcomputer including an I / O interface, a CPU, a RAM, a ROM, and the like. The operation state of the engine 3 is determined according to the detection signals of the various sensors 20 to 35 and the IG / SW 36 described above. In addition to the determination, various control processes described later are executed in accordance with a control program stored in advance in the ROM, data stored in the RAM, and the like.
[0112]
In the present embodiment, the ECU 2 includes an estimated intake air amount calculation unit, a target intake air amount setting unit, an identification unit, a control command value calculation unit, a control unit, and a predicted value calculation unit.
[0113]
As shown in FIG. 22, the intake air amount control device 1 includes a DUTY_th calculation unit 200, a Gcyl calculation unit 210, a sub intake cam phase controller 220, and an intake cam phase controller 230, all of which are specific. It is comprised by ECU2. In the DUTY_th calculation unit 200, as will be described later, a target opening TH_cmd that is a target value of the throttle valve opening TH is calculated according to the target intake air amount Gcyl_cmd, and further, according to the target opening TH_cmd, A control input DUTY_th to the throttle valve mechanism 16 is calculated.
[0114]
The Gcyl calculation unit 210 calculates a cylinder intake air amount Gcyl (estimated intake air amount) that is estimated to be taken into the cylinder according to the equation (1) shown in FIG. In this equation (1), VB represents the intake pipe internal volume, and R represents a predetermined gas constant. The symbol n represents the discretized time, and each discrete data (time series data) with the symbols (n), (n-1), etc. has a predetermined period (for example, input synchronization of TDC signal, constant value, etc.) Indicates that the data is sampled. The data with the symbol (n) indicates the current value, and the data with the symbol (n-1) indicates the previous value. This also applies to the other discrete data in the present specification below. Further, in the description in the present specification, symbols (n), (n−1) and the like representing discrete data are omitted as appropriate.
[0115]
Further, the auxiliary intake cam phase controller 220 calculates a control input DUTY_msi to the auxiliary intake cam phase variable mechanism 70 according to the cylinder intake air amount Gcyl calculated by the Gcyl calculation unit 210, and the details thereof. Will be described later.
[0116]
Further, the inter-intake cam phase controller 230 receives control inputs DUTY_ssi # 2 to # 4 to the three intake cam phase variable mechanisms 80, as will be described later, in order to correct variations in the intake air amount between the cylinders. calculate. The details of the phase controller 230 between the intake cams will be described later.
[0117]
Next, the auxiliary intake cam phase controller 220 will be described. As shown in FIG. 23, the auxiliary intake cam phase controller 220 includes a first SPAS controller 221 that calculates a target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd (control command value), and a control. And a second SPAS controller 225 for calculating the input DUTY_msi.
[0118]
The first SPAS controller 221 uses a target-predictive response assignment control algorithm to be described below, in accordance with the target intake air amount Gcyl, the target intake air amount Gcyl_cmd, and the required drive torque TRQ_eng, according to the target auxiliary torque TRQ_eng. The intake cam phase θmsi_cmd is calculated, and includes a state predictor 222, an onboard identifier 223, and a sliding mode controller 224.
[0119]
First, the state predictor 222 (predicted value calculation means) will be described. The state predictor 222 predicts (calculates) a predicted intake air amount Pre_Gcyl, which is a predicted value of the cylinder intake air amount Gcyl, using a prediction algorithm described below.
[0120]
First, a control target that receives and outputs the auxiliary intake cam phase θmsi and the cylinder intake air amount Gcyl as an ARX model (auto-regressive model with exogenous input: autoregressive model having an external input), which is a discrete-time system model, is used. When modeled, Expression (2) shown in FIG. 24 is obtained. In the formula (2), d represents a dead time determined by the characteristics of the controlled object. Further, a1, a2 and b1 represent model parameters, which are sequentially identified by the onboard identifier 223 as will be described later.
[0121]
Next, when the equation (2) is shifted to the future side by the discrete time [d−1], the equation (3) in FIG. 24 is obtained. Furthermore, the matrices A and B are defined as shown in the equations (4) and (5) shown in FIG. 24 using the model parameters a1, a2, and b1, and the future value [Gcyl ( In order to eliminate (n + d−2), Gcyl (n + d−3)], the equation (3) is modified by repeatedly using the recurrence equation of the above equation (3) to obtain the equation (6) shown in FIG. It is done.
[0122]
Although it is possible to calculate the predicted intake air amount Pre_Gcyl by using this equation (6), due to the lack of the model order, the nonlinear characteristics of the control target, etc., the steady deviation and the predicted intake air amount Pre_Gcyl Modeling errors can occur.
[0123]
In order to avoid this, in the state predictor 222 of the present embodiment, the predicted intake air amount Pre_Gcyl is calculated by the equation (7) shown in FIG. 24 instead of the equation (6). This equation (7) is obtained by adding a compensation parameter γ1 for compensating for the stationary deviation and the modeling error to the right side of the equation (6).
[0124]
Next, the on-board identifier 223 (identification means) will be described. The on-board identifier 223 uses the sequential identification algorithm described below to minimize the identification error ide that is the deviation between the predicted intake air amount Pre_Gcyl and the cylinder intake air amount Gcyl (that is, the predicted intake air). This is to identify the matrix parameter α1, α2, βj of the model parameter and the vector θs of the compensation parameter γ1 in the above-described equation (7) so that the amount Pre_Gcyl matches the cylinder intake air amount Gcyl).
[0125]
Specifically, the vector θs (n) is calculated by the equations (8) to (13) shown in FIG. The transposed matrix of this vector θs (n) is defined as in equation (12) in the figure. In Equation (8), KPs (n) represents a gain coefficient vector, and the gain coefficient KPs (n) is calculated by Equation (9). Ps (n) in this equation (9) is a d + second-order square matrix defined by equation (10), and ζs (n) is a vector whose transpose matrix is defined as in equation (13). is there. Further, the identification error ide (n) of equation (8) is calculated by equation (11).
[0126]
In the identification algorithm as described above, one of the following four identification algorithms is selected according to the setting of the weight parameters λ1 and λ2 of Expression (10).
That is,
λ1 = 1, λ2 = 0; Fixed gain algorithm
λ1 = 1, λ2 = 1; least square algorithm
λ1 = 1, λ2 = λ; gradually decreasing gain algorithm
λ1 = λ, λ2 = 1; weighted least squares algorithm
However, λ is a predetermined value set to 0 <λ <1.
In the present embodiment, a weighted least square algorithm is employed in order to optimally ensure both the identification accuracy and the convergence speed of the vector θs to the optimum value.
[0127]
Next, the sliding mode controller (hereinafter referred to as “SLD controller”) 224 will be described. The SLD controller 224 (control command value calculation means) is configured such that the cylinder intake air amount Gcyl converges to the target intake air amount Gcyl_cmd and the auxiliary intake cam phase θmsi is constrained to the basic value θmsi_base based on the sliding mode control algorithm. As described above, the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd is calculated, and this sliding mode control algorithm will be described below.
[0128]
First, in this sliding mode control algorithm, Expression (14) shown in FIG. 26 is used as a control target model. This equation (14) is obtained by shifting the above-described equation (6) of FIG. 24 to the future side by the discrete time “1”.
[0129]
When the controlled object model shown in the equation (14) is used, the switching function σs is set as follows. That is, as shown in the equation (15) in FIG. 26, when the tracking error Es is defined as a deviation between the cylinder intake air amount Gcyl and the target intake air amount Gcyl_cmd, the switching function σs is as shown in the equation (16) in FIG. Is set as a linear function of time-series data (discrete data) of the tracking error Es. In addition, Ss shown in Formula (16) represents the switching function setting parameter.
[0130]
In the sliding mode control algorithm, when the switching function σs is composed of two state variables [Es (n), Es (n−1)] as in the present embodiment, as shown in FIG. The phase space composed of variables becomes a two-dimensional phase plane having the vertical axis and the horizontal axis, respectively. On this phase plane, a combination of values of two state variables satisfying σs = 0 is expressed by the formula [Es. (N) = − Ss · Es (n−1)] is placed on a straight line called a switching straight line.
[0131]
Since this equation [Es (n) = − Ss · Es (n−1)] represents a first-order lag system without input, the switching function setting parameter Ss is set to, for example, −1 <Ss <1. When this first-order lag system is stabilized, the combination of the two state variables [Es (n), Es (n-1)] converges to an equilibrium point where the value becomes 0 with the passage of time. That is, by converging the tracking error Es to the value 0 in this way, the cylinder intake air amount Gcyl can be converged to the target intake air amount Gcyl_cmd. The time until the two state variables [Es (n), Es (n-1)] asymptotically approach the switching straight line is referred to as a reaching mode, and the behavior of these sliding to the equilibrium point is referred to as a sliding mode.
[0132]
In this case, when the switching function setting parameter Ss is set to a positive value, the first-order lag system expressed by the formula [Es (n) = − Ss · Es (n−1)] is a vibration stable system, and thus the state variable It is not preferable as the convergence behavior of [Es (n), Es (n-1)]. Therefore, in this embodiment, the switching function setting parameter Ss is set as shown in the equation (17) in FIG. When the switching function setting parameter Ss is set in this way, as shown in FIG. 29, the smaller the absolute value of the switching function setting parameter Ss is, the smaller the convergence speed of the tracking error Es to the value 0, that is, the cylinder intake air amount Gcyl. The convergence speed to the target intake air amount Gcyl_cmd increases. As described above, in the sliding mode control, the convergence behavior and the convergence speed of the cylinder intake air amount Gcyl to the target intake air amount Gcyl_cmd can be arbitrarily designated by the switching function setting parameter Ss.
[0133]
Further, the control input Uspas (n) [= θmsi_cmd (n)] for placing the combination of these state variables [Es (n), Es (n−1)] on the switching line is expressed by the equation (18 ) Is defined as the sum of the equivalent control input Ueq (n), the reaching law input Urch (n), and the valve control input Uvt (n).
[0134]
This equivalent control input Ueq (n) is for constraining the combination of [Es (n), Es (n-1)] on the switching straight line. Specifically, the equation shown in FIG. It is defined as (19). This equation (19) is derived as follows. That is, when the formula (22) shown in FIG. 27 is modified based on the above-described formula (16), the formula (23) shown in FIG. 27 is obtained. Next, the recurrence formula is repeated for this formula (23). When deformed by use, the equation (24) shown in FIG. 27 is obtained. Further, in this equation (24), when the terms of the auxiliary intake cam phase θmsi are collectively changed, equation (25) shown in FIG. 27 is obtained. Next, in this equation (25), the sub intake cam phase θmsi (n) on the left side is replaced with the equivalent control input Ueq (n), and at the same time, based on the relationship of Pre_Gcyl (n) ≈Gcyl (n + d−1) described above, The formula (19) is derived by replacing the future value Gcyl (n + d-1) or the like of the cylinder intake air amount on the right side with the predicted value Pre_Gcyl.
[0135]
In addition, the reaching law input Urch (n) is displayed on the switching line when the combination of [Es (n), Es (n-1)] deviates from the switching line due to disturbance or modeling error. This is for convergence, and is specifically defined as shown in Expression (20) shown in FIG.
[0136]
Further, the valve control input Uvt (n) is a feedforward input for constraining the auxiliary intake cam phase θmsi to its basic value θmsi_base. Specifically, as shown in the equation (21) of FIG. It is defined as a value equal to the value θmsi_base. The basic value θmsi_base is calculated according to the required drive torque TRQ_eng, as will be described later.
[0137]
As described above, in the first SPAS controller 221, the state predictor 222 calculates the predicted intake air amount Pre_Gcyl by the state prediction algorithm to which the compensation parameter γ1 is added, and the compensation parameter γ1 is determined by the onboard identifier 223. Thus, the predicted intake air amount Pre_Gcyl can be accurately calculated while compensating for the above-described steady-state deviation and modeling error.
[0138]
Further, in the SLD controller 224, the tracking error Es can be converged to a value of 0 by the reaching law input Urch and the equivalent control input Ueq. That is, the cylinder intake air amount Gcyl can be converged to the target intake air amount Gcyl_cmd, and at the same time, the convergence behavior and the convergence speed can be arbitrarily designated by setting the switching function setting parameter Ss. Therefore, the convergence speed of the cylinder intake air amount Gcyl to the target intake air amount Gcyl_cmd can be set to an appropriate value according to the characteristics of the control target (intake system including the auxiliary intake cam phase variable mechanism 70). Accordingly, the cylinder intake air amount Gcyl can be converged to the target intake air amount Gcyl_cmd in a quick and stable state while avoiding vibrational and overshoot behavior, and controllability can be improved.
[0139]
In addition, the valve control input Uvt can constrain the auxiliary intake cam phase θmsi to its basic value θmsi_base, and at the same time, the compensation parameter γ1 is included in the equivalent control input Ueq. The cylinder intake air amount Gcyl can be appropriately converged to the target intake air amount Gcyl_cmd while compensating for the influence of Uvt.
[0140]
Next, the second SPAS controller 225 (control means) described above will be described. The second SPAS controller 225 calculates a control input DUTY_msi according to the auxiliary intake cam phase θmsi and the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd by the same control algorithm as that of the first SPAS controller 221 described above with some exceptions. 30, the state predictor 226, the on-board identifier 227, and the sliding mode controller 228 are included.
[0141]
The state predictor 226 predicts (calculates) a predicted sub-intake cam phase Pre_θmsi, which is a predicted value of the sub-intake cam phase θmsi, using a prediction algorithm similar to the state predictor 222 described above.
[0142]
Specifically, Expression (26) shown in FIG. 31 is used as the control target model. In the equation (26), dx represents a dead time determined by the characteristics of the controlled object, and a1 ′, a2 ′, and b1 ′ represent model parameters. The symbol m represents a discretized time, and each discrete data with a symbol (m) or the like is data sampled at a predetermined cycle shorter than the discrete data with the symbol (n) described above. ing. This point is the same for the other discrete data in the present specification below, and in the description in the present specification, the symbol (m) indicating discrete data is omitted as appropriate. As described above, the reason why the sampling period of each discrete data in equation (26) is set to a period shorter than each discrete data in equation (2) described above is that the second intake by the second SPAS controller 225 If the convergence speed of the cam phase θmsi to the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd is slower than the convergence speed of the cylinder intake air amount Gcyl to the target intake air amount Gcyl_cmd by the first SPAS controller 221, the controllability is reduced. This is to avoid this and ensure good controllability.
[0143]
The matrices A ′ and B ′ are defined as the equations (27) and (28) shown in FIG. 31 using the model parameters a1 ′, a2 ′, and b1 ′, and the equation (26) is the state predictor described above. By modifying in the same manner as in the case of 222, the equation (29) shown in FIG. 31 is derived. In this equation (29), γ ′ is a compensation parameter for compensating for a steady-state deviation and a modeling error, similar to the compensation parameter γ described above.
[0144]
Further, the on-board identifier 227 also minimizes the identification error ide ′ that is the deviation between the predicted auxiliary intake cam phase Pre_θmsi and the auxiliary intake cam phase θmsi by the same sequential identification algorithm as the on-board identifier 223 described above. As described above (that is, the predicted auxiliary intake cam phase Pre_θmsi matches the auxiliary intake cam phase θmsi), the model parameter matrix components α1 ′, α2 ′, βj ′ and the compensation parameter γ1 ′ in the above equation (29) This identifies θs ′.
[0145]
Specifically, the vector θs ′ (m) is calculated by the equations (30) to (35) shown in FIG. Since these equations (30) to (35) are configured in the same manner as the aforementioned equations (8) to (13), the description thereof will be omitted.
[0146]
Next, the sliding mode controller (hereinafter referred to as “SLD controller”) 228 will be described. The SLD controller 228 calculates the control input DUTY_msi so that the auxiliary intake cam phase θmsi converges to the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd based on the sliding mode control algorithm.
[0147]
Specifically, the control input DUTY_msi is calculated by the algorithm shown in equations (36) to (41) in FIG. That is, as shown in the equation (36) in the figure, if the tracking error Es ′ is defined as a deviation between the auxiliary intake cam phase θmsi and the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd, the switching function σs ′ and the switching function setting parameter Ss ′. Are defined as shown in equations (37) and (38) of FIG. Further, the control input DUTY_msi is defined as the sum of the equivalent control input Ueq ′ and the reaching law input Urch ′, as shown in the equation (39) of the figure, and the equivalent control input Ueq ′ and the reaching law input Urch ′ are respectively It is defined as shown in equations (40) and (41) in FIG. As shown in the equation (39), in the SLD controller 228, the auxiliary intake cam phase θmsi may be controlled to converge to the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd. Therefore, the valve control input Uvt described above is equal to the control input DUTY_msi. Omitted from the input component.
[0148]
As described above, also in the second SPAS controller 225, the state predictor 226 calculates the predicted auxiliary intake cam phase Pre_θmsi by the state prediction algorithm to which the compensation parameter γ1 ′ is added, and the compensation parameter γ1 ′ is identified on the board. Thus, the predicted auxiliary intake cam phase Pre_θmsi can be accurately calculated while compensating for the steady-state deviation and the modeling error.
[0149]
Further, in the SLD controller 227, the auxiliary intake cam phase θmsi can be converged to the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd by the reaching law input Urch ′ and the equivalent control input Ueq ′. It can be arbitrarily specified by setting the switching function setting parameter Ss ′. Therefore, the convergence speed of the auxiliary intake cam phase θmsi to the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd can be set to an appropriate value according to the characteristics of the control target (system including the auxiliary intake cam phase variable mechanism 70). Thereby, controllability can be improved.
[0150]
In the above two switching function setting parameters Ss and Ss ′, if these are set to values that satisfy the relationship of −1 <Ss <Ss ′ <0, the speed of control by the second SPAS controller 225 is set to the first SPAS. The control by the controller 221 can be enhanced, and the controllability of the auxiliary intake cam phase controller 220, that is, the convergence of the cylinder intake air amount Gcyl to the target intake air amount Gcyl_cmd can be improved.
[0151]
Next, the intake cam phase controller 230 will be described. As shown in FIG. 34, when the TH flow intake air amount Gth is detected by the air flow sensor 21, intake pulsation is also detected due to the intake behavior of each cylinder. The intake pulsation becomes irregular as shown in the figure when variations in intake air amount occur between cylinders. The figure shows an example in which the TH passing intake air amount Gth in the fourth cylinder # 4 is smaller than in the other cylinders.
[0152]
The inter-intake cam phase controller 230 estimates control of the intake air amount between the cylinders as described above and corrects the control input DUTY_ssi # 2- # to the three intake cam phase variable mechanisms 80. 4 is calculated, and includes an adaptive observer 240, three differentiators 250, an intake air variation controller 260, and the like (see FIG. 22). In this inter-intake cam phase controller 230, four intake air amount variation coefficients Φ # 1 to # 4 are calculated for each cylinder in the adaptive observer 240 by the algorithm described below, and in the three differentiators 250, three deviations EΦ are calculated. # 2 to # 4 are calculated, respectively. Further, the intake variation controller 260 calculates three control inputs DUTY_ssi # 2 to # 4.
[0153]
Next, the algorithm of the adaptive observer 240 will be described. First, as shown in FIG. 35, the intake system of the engine 3 is regarded as a system represented by four simulated values Gcyl_OS # 1 to Gcyl_OS # 4 and four intake amount variation coefficients Φ # 1 to Φ # 4. These simulated values Gcyl_OS # i (i = 1 to 4) are values obtained by simulating the intake start timing and intake behavior of the intake air for each cylinder, and the intake air amount variation coefficient Φ # i (i = 1 to 4). Is a value representing variation in intake air amount between cylinders and variation in intake behavior. When this system is modeled as a discrete time system model, an equation (42) shown in FIG. 36 is obtained.
[0154]
In the equation (42), the symbol k represents the discretized time, and each discrete data with the symbol (k) represents data sampled every time the TDC signal is generated (note that The discrete data may be data sampled every time the CRK signal is generated). Further, d ′ represents a dead time until the air flowing in the intake pipe 8 reaches each cylinder from the air flow sensor 21, and is set in advance to a predetermined constant value in this embodiment. The dead time d ′ may be set according to the operation state of the engine 3 (engine speed NE or the like).
[0155]
In the adaptive observer 240 of the present embodiment, an equation in which the left side of the equation (42) is replaced with the estimated value Gth_est (k) of the TH passing intake air amount, that is, the equation (43) in FIG. Gcyl_OS # i is generated by the signal generator 241 as will be described later, and the vector φ (k) of the intake air amount variation coefficient Φ # i as the model parameter of the equation (43) represents the estimated value Gth_est (k). It is identified by a sequential least squares algorithm shown in equations (44) to (50) of FIG. 36 so as to coincide with the TH passing intake air amount Gth (k−d ′).
[0156]
The transposed matrix of this vector φ (k) is defined as in equation (49) in the figure. In Expression (44), KR (k) represents a vector of gain coefficients, and the gain coefficient KR (k) is calculated by Expression (45). R (k) in this equation (45) is a quartic square matrix defined by equation (48), and ζ ′ (k) is a vector whose transpose matrix is defined as in equation (50). It is. Further, ide ′ (k) in equation (44) represents an identification error, and this identification error ide ′ (k) is calculated by equations (46) and (47).
[0157]
As described above, in this adaptive observer 240, the vector φ (k) of the intake air amount variation coefficient Φ # i is identified by the sequential least square algorithm shown in the above equations (44) to (50). As a result, a noise-like fluctuation component of the intake behavior associated with a sudden change in the operating state of the engine 3 can be removed (filtered) from the intake air amount variation coefficient Φ # i, and the intake air amount variation coefficient Φ # i can be reduced. It can be calculated as a value that substantially shows the variation in the intake air amount between the cylinders.
[0158]
The configuration of the adaptive observer 240 described above is as shown in the block diagram of FIG. That is, as shown in the figure, in the adaptive observer 240, the signal generator 241 generates the vector ζ ′ (k) of the simulated value Gcyl_OS # i. More specifically, in this signal generator 241, as shown in FIG. 38, the simulated value Gcyl_OS # i seems to be an alternating combination of triangular waves, trapezoidal waves, etc. so that the sum of the values is always 1. Generated as a simple signal value. Further, the multiplier 242 multiplies the simulated value vector ζ ′ (k) by the vector Φ (k−1) of the intake air amount variation coefficient delayed by the delay element 243 to determine the TH passage intake air amount. An estimated value Gth_est (k) is generated. Then, the differencer 244 generates an identification error ide ′ (k) as a deviation between the TH passage intake air amount Gth (k−d ′) delayed by the delay element 245 and the estimated value Gth_est (k). .
[0159]
Further, the logic operator 246 generates a gain coefficient vector KR (k) based on the simulated value vector ζ ′ (k), and the multiplier 247 determines the identification error ide ′ (k) and the gain coefficient vector. A product [ide ′ (k) · KR (k)] of KR (k) is generated. Next, the adder 248 calculates the intake air amount variation as the sum of the product [ide ′ (k) · KR (k)] and the intake air amount variation coefficient vector φ (k−1) delayed by the delay element 243. A coefficient vector φ (k) is generated.
[0160]
As described above, the adaptive observer 240 calculates the four intake air amount variation coefficients Φ # 1 to # 4, and the three differentiators 250 described above based on the intake air amount variation coefficients Φ # 1 to # 4, Three deviations EΦ # 2 to # 4 are respectively calculated by the equation (51) in FIG.
[0161]
Next, the intake air variation controller 260 described above will be described. As shown in FIG. 40, the intake air variation controller 260 includes a target intake cam phase controller 261 and a third SPAS controller 262. This target intake cam phase controller 261 calculates the target intake cam phase θssi # i_cmd in order to correct variations in the TH passing intake air amount Gth between cylinders.
[0162]
Specifically, the target intake cam phase θssi # i_cmd is based on the three deviations EΦ # 2 to # 4, and the response designation control algorithm (sliding mode control) shown in equations (52) and (53) of FIG. Algorithm or backstepping control algorithm). In the equation (52), σ ′ (k) represents a switching function. The target intake cam phase controller 261 uses this response designation control algorithm so that the target intake cam phase θssi # i_cmd (# i = 2 to 2) is set so that EΦ # i (# i = 2 to 4) becomes 0. 4) is calculated. In other words, the target intake cam phase θssi # i_cmd is calculated so that the intake air amount variation coefficient Φ # 1 of the first cylinder # 1 matches the intake air amount variation coefficients Φ # 2 to # 4 of the other three cylinders. Is done.
[0163]
Further, in the third SPAS controller 262, the control input DUTY_ssi # to the intake cam phase variable mechanism 80 so that the intake cam phase θssi # i converges to the target intake cam phase θssi # i_cmd calculated as described above. i is calculated. Specifically, the control input DUTY_ssi # i is calculated by the same algorithm as the control algorithm in the second SPAS controller 225 described above, and a description thereof will be omitted.
[0164]
As described above, in the intake cam phase controller 230, the target intake cam phase θssi # i_cmd is set so that the intake amount variation coefficient Φ # 2 of the other three cylinders is equal to the intake amount variation coefficient Φ # 1 of the first cylinder # 1. To # 4, and the control input DUTY_ssi # i is calculated so that the intake cam phase θssi # i converges to the target intake cam phase θssi # i_cmd. That is, the intake air amount of the second to fourth cylinders # 2 to # 4 is controlled to coincide with the intake air amount of the first cylinder # 1, and as a result, the variation in the intake air amount among the cylinders is corrected. Can do.
[0165]
As shown in FIG. 34, even when the intake pipe absolute pressure sensor 24 detects the intake pipe absolute pressure PBA, it is possible to detect the pulsation of the intake air. Therefore, in the above equations (42) to (53), By using the algorithm in which the parameter represented by “Gth” is replaced with the parameter represented by “PBA” and the intake pipe absolute pressure PBA detected by the intake pipe absolute pressure sensor 24, the intake air amount between the cylinders is used. The intake cam phase controller 230 can be configured to correct the variation of the intake cam.
[0166]
As shown in FIG. 41, the intake air amount control device 1 further includes a sub exhaust cam phase controller 280. The sub exhaust cam phase controller 280 calculates a control input DUTY_mse to the sub exhaust cam phase variable mechanism 120 in the catalyst warm-up control described later, and includes a target sub exhaust cam phase controller 281 and a fourth SPAS controller 282. ing.
[0167]
The target sub exhaust cam phase controller 281 calculates the target sub exhaust cam phase θmse_cmd based on the engine speed NE and the target speed NE_cmd. Specifically, the target auxiliary exhaust cam phase θmse_cmd is calculated by a control algorithm represented by equations (54) to (56) in FIG. In equation (54) in the figure, θmse_ast is a catalyst warm-up value of the target auxiliary exhaust cam phase set by table search, as will be described later, and dθmse is a response of equations (55) and (56). The correction amount calculated by the designated control algorithm (sliding mode control algorithm or backstepping control algorithm) is shown. In this equation (55), Kastr and Kasta each represent a feedback gain, and σast represents a switching function defined as in equation (56). In Expression (56), “Sast” is a switching function setting parameter set to a value in a range of −1 <Sast <0, and NE_cmd is a target rotation set to a predetermined constant value (for example, 1800 rpm). Is a number.
[0168]
Further, the fourth SPAS controller 282 calculates the control input DUTY_θmse to the sub exhaust cam phase variable mechanism 120 so that the sub exhaust cam phase θmse converges to the target sub exhaust cam phase θmse_cmd calculated as described above. Since this control input DUTY_θmse is specifically calculated by the same algorithm as the control algorithm in the second SPAS controller 225 described above, the description thereof is omitted.
[0169]
As described above, the sub exhaust cam phase controller 280 calculates the target sub exhaust cam phase θmse_cmd based on the engine speed NE and the target speed NE_cmd, and the sub exhaust cam phase θmse is set to the target sub exhaust cam phase θmse_cmd. , The control input DUTY_θmse to the exhaust cam phase variable mechanism 120 is calculated. As a result, the engine speed NE can be accurately controlled to the target speed NE_cmd.
[0170]
Hereinafter, the engine control process executed by the ECU 2 will be described with reference to FIG. This figure shows the main control contents of the engine control process. In this program, first, the fuel control process is executed in step 1 (abbreviated as “S1” in the figure. The same applies hereinafter). This fuel control process calculates the required drive torque TRQ_eng, the main fuel injection rate Rt_Pre, the cylinder intake air amount Gcyl, the target intake air amount Gcyl_cmd, the fuel injection amounts TOUT_main, TOUT_sub, and the like according to the operating state of the engine 3. Yes, the specific contents will be described later.
[0171]
Next, in step 2, a supercharging pressure control process is executed. This supercharging pressure control process calculates the control input Dut_wg to the wastegate valve 10d according to the operating state of the engine 3, and the specific contents thereof will be described later.
[0172]
Next, in step 3, an intake valve control process is executed. This intake valve control process calculates the above-described various control inputs DUTY_mi, DUTY_msi, and DUTY_ssi # 2 to # 4 according to the operating state of the engine 3, and the specific contents thereof will be described later.
[0173]
Next, in step 4, an exhaust valve control process is executed. This exhaust valve control process calculates the above-described various control inputs DUTY_me, DUTY_mse, and DUTY_sse # 2 to # 4 according to the operating state of the engine 3, and the specific contents thereof will be described later.
[0174]
Next, in step 5, throttle valve control processing is executed. This throttle valve control process calculates the above-described control input DUTY_th according to the operating state of the engine 3, and the specific contents thereof will be described later.
[0175]
Next, in step 6, after executing the ignition timing control process, this program is terminated. Although detailed description of this ignition timing control processing is omitted, the ignition timing θig of the air-fuel mixture by the spark plug 5 is calculated according to the operating state of the engine 3. More specifically, the ignition timing θig is set to a value that is more advanced than the normal idling operation value θigidol (see FIG. 66) during the start control of the engine 3, and during the catalyst warm-up control after the start. It is set to a value on the retard side with respect to the idling operation value θigidol. That is, the ignition timing retard control is executed. Furthermore, it is set according to the operating state of the engine 3 during normal operation.
[0176]
Next, the fuel control process in step 1 will be described with reference to FIG. As shown in the figure, in this program, first, in step 10, it is determined whether or not an intake / exhaust valve failure flag F_VLVNG or a throttle valve failure flag F_THNG is “1”. The intake / exhaust valve failure flag F_VLVNG is set to “1” when the variable intake valve drive device 40 or the variable exhaust valve drive device 90 is out of order, and is set to “0” when both are normal. It is. Further, the throttle valve failure flag F_THNG is set to “1” when the throttle valve mechanism 16 has failed, and is set to “0” when it is normal.
[0177]
If the determination result in step 10 is NO and the variable intake valve drive device 40, variable exhaust valve drive device 90, and throttle valve mechanism 16 are all normal, the process proceeds to step 11 to calculate the required drive torque TRQ_eng as the engine rotation. It is calculated by searching the map shown in FIG. 45 according to the number NE and the accelerator pedal opening AP.
[0178]
The predetermined values AP1 to AP3 of the accelerator opening AP in the figure are set so that the relationship AP1>AP2> AP3 is established, and the predetermined value AP1 is the maximum value of the accelerator opening AP, that is, the maximum depression amount. It is set. As shown in the figure, in this map, the required drive torque TRQ_eng is set to a larger value as the engine speed NE is higher and the accelerator pedal opening AP is larger in a range of NE ≦ NER2 (predetermined value). Has been. This is because the required engine torque increases as the load on the engine 3 increases. When AP = AP1, within the range of NER1 (predetermined value) <NE ≦ NER2, the required drive torque TRQ_eng is set to its maximum value. Further, in the range of NER2 <NE, the required driving torque TRQ_eng is set to a larger value as the accelerator opening AP is larger, and at the same time, the required driving torque TRQ_eng is set to a smaller value as the engine speed NE is higher. . This is due to the output characteristics of the engine torque with respect to the engine speed NE.
[0179]
In step 12 following step 11, it is determined whether or not the required drive torque TRQ_eng calculated in step 11 is smaller than a predetermined stratified combustion operation threshold value TRQ_disc. The stratified charge combustion operation represents an operation in which the air-fuel mixture is stratified and burned by performing fuel injection into the cylinder by the main fuel injection valve 4 during the compression stroke.
[0180]
If the determination result in step 12 is YES and the engine 3 is to be stratified combustion operation, the routine proceeds to step 13 where the target air-fuel ratio KCMD_disc for stratified combustion operation is searched in a table (not shown) according to the required drive torque TRQ_eng. To calculate. In this table, the target air-fuel ratio KCMD_disc for stratified charge combustion operation is set to a value in a predetermined extreme lean region (for example, A / F = 30 to 40).
[0181]
Next, the routine proceeds to step 14, where the target air-fuel ratio KCMD is set to the target air-fuel ratio KCMD_disc for stratified combustion operation, and then at step 15, the main fuel injection rate Rt_Pre is set to a predetermined maximum value Rtmax (100%). Thereby, the fuel injection by the sub fuel injection valve 15 is stopped as will be described later. Proceeding to step 16, the cylinder intake air amount Gcyl and the target intake air amount Gcyl_cmd are calculated.
[0182]
The cylinder intake air amount Gcyl and the target intake air amount Gcyl_cmd are specifically calculated by a program shown in FIG. That is, first, at step 30 in the figure, the cylinder intake air amount Gcyl is calculated by the above-described equation (1).
[0183]
Next, at step 31, the basic value Gcyl_cmd_base of the target intake air amount is calculated by searching a map shown in FIG. 47 according to the engine speed NE and the required drive torque TRQ_eng. The predetermined drive torque predetermined values TRQ_eng1 to 3 in this map are set so that the relationship of TRQ_eng1>TRQ_eng2> TRQ_eng3 is established. As shown in the figure, the basic value Gcyl_cmd_base of the target intake air amount is set to a larger value as the engine speed NE is higher or the required drive torque TRQ_eng is larger. This is because a larger engine output is required as the load of the engine 3 is larger, and a larger amount of intake air is required.
[0184]
Next, at step 32, the air-fuel ratio correction coefficient Kgcyl_af is calculated by searching the table shown in FIG. 48 according to the target air-fuel ratio KCMD. In this table, the air-fuel ratio correction coefficient Kgcyl_af is set to a smaller value as the target air-fuel ratio KCMD is richer. This is because the necessary intake air amount becomes smaller as the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled to be richer. Note that the value KCMDST in the figure is a value corresponding to the theoretical air-fuel ratio.
[0185]
Next, the routine proceeds to step 33, where the product of the basic value of the target intake air amount and the air-fuel ratio correction coefficient (Kgcyl_af · Gcyl_cmd_base) is set as the target intake air amount Gcyl_cmd, and then this program ends.
[0186]
Returning to FIG. 44, after executing step 16 as described above, the routine proceeds to step 17, where the fuel injection control process is executed. In this fuel injection control process, specifically, control inputs to the main / sub fuel injection valves 4 and 15 are calculated as follows.
[0187]
First, the main fuel injection amount TOUT_main that is the fuel injection amount of the main fuel injection valve 4 and the sub fuel injection amount TOUT_sub that is the fuel injection amount of the sub fuel injection valve 15 are calculated. That is, the final total fuel injection amount TOUT for each cylinder is calculated for each cylinder based on the operating state of the engine 3 and the target air-fuel ratio KCMD described above. Then, the main fuel injection amount TOUT is calculated by the following equations (57) and (58). -Sub fuel injection amounts TOUT_main and TOUT_sub are calculated, respectively.
TOUT_main = [TOUT · Rt_Pre] / 100 (57)
TOUT_sub = [TOUT · (100−Rt_Pre)] / 100 (58)
Referring to this equation (58), it can be seen that when Rt_Pre = Rtmax (100%), TOUT_sub = 0, and the fuel injection by the auxiliary fuel injection valve 15 is stopped.
[0188]
Next, a control input to the main / sub fuel injection valves 4 and 15 is calculated by searching a table (not shown) according to the calculated main / sub fuel injection amounts TOUT_main, TOUT_sub. After executing step 17 as described above, this program is terminated.
[0189]
On the other hand, when the determination result in step 12 is NO, it is determined that the engine 3 should be the premixed lean operation of the uniform combustion operation instead of the stratified combustion operation, and the process proceeds to step 18 where the target sky for the premixed lean operation is reached. The fuel ratio KCMD_lean is calculated by searching a table (not shown) according to the required drive torque TRQ_eng. In this table, the target air-fuel ratio KCMD_lean for the premixed lean operation is set to a predetermined lean region value (for example, A / F = 18 to 21).
[0190]
Next, the routine proceeds to step 19, where the target air-fuel ratio KCMD is set to the target air-fuel ratio KCMD_lean for premixed lean operation, and then at step 20, the main fuel injection rate Rt_Pre is shown in FIG. 49 according to the required drive torque TRQ_eng. Calculate by searching the table. In the following table and map including the same figure, various predetermined values TRQ_idle, TRQ_disc, TRQott, and TRQ1 to TRQ4 of the required driving torque TRQ_eng have a relationship of TRQ_idle <TRQ_disc <TRQ1 <TRQott <TRQ2 <TRQ3 <TRQ4, respectively. It is set to a value that holds. TRQ_idle represents a predetermined idle operation value.
[0191]
As shown in the figure, in this table, the main fuel injection rate Rt_Pre is set to a smaller value as the required drive torque TRQ_eng is larger in the range of TRQ1 <TRQ_eng <TRQ4. This is due to the following reason. That is, as the required drive torque TRQ_eng is larger, the supercharging pressure Pc is controlled to be higher, so that the temperature of the intake air rises and knocking is likely to occur. Accordingly, in order to avoid such knocking, it is necessary to increase the fuel injection amount TOUT_sub of the auxiliary fuel injection valve 15 to increase the cooling effect of the intake air by the fuel vaporization cooling device 12 described above. The injection rate Rt_Pre is set as described above.
[0192]
Further, in this table, the main fuel injection rate Rt_Pre is set to a predetermined minimum value Rtmin (10%) when the required drive torque TRQ_eng is in the range of the predetermined value TRQ4 or more, and in the range of the predetermined value TRQ1 or less, the above-mentioned maximum value is set. The value Rtmax is set.
[0193]
After execution of this step 20, after executing steps 16 and 17 described above, this program is terminated.
[0194]
On the other hand, when the determination result in step 10 is YES and any of the variable intake valve driving device 40, the variable exhaust valve driving device 90, and the throttle valve mechanism 16 has failed, the process proceeds to step 21 and the required drive torque TRQ_eng. Is set to a predetermined failure time value TRQ_fs. Thereafter, the routine proceeds to step 22 where the main fuel injection rate Rt_Pre is set to the aforementioned maximum value Rtmax. Next, as described above, after executing steps 16 and 17, the program is terminated.
[0195]
Next, the above-described supercharging pressure control process will be described with reference to FIG. As shown in the figure, in this program, first, in step 40, it is determined whether or not the intake / exhaust valve failure flag F_VLVNG or the throttle valve failure flag F_THNG is “1”.
[0196]
When the determination result is NO and the variable intake valve drive device 40, the variable exhaust valve drive device 90, and the throttle valve mechanism 16 are all normal, the routine proceeds to step 41, where the engine start flag F_ENGSTART is “1”. It is determined whether or not. The engine start flag F_ENGSTART is set in a determination process (not shown) by determining whether engine start control, that is, cranking is being performed, according to the engine speed NE and the output state of the IG / SW 36. Specifically, “1” is set when the engine start control is being performed, and “0” is set otherwise.
[0197]
If the decision result in the step 41 is YES and the engine start control is being performed, the process proceeds to a step 43, the control input Dut_wg to the waste gate valve 10d is set to a predetermined full open value Dut_wgmax, and then this program is ended. Thereby, the wastegate valve 10d is controlled to a fully open state, and the supercharging operation by the turbocharger device 10 is substantially stopped.
[0198]
On the other hand, if the determination result in step 41 is NO and engine start control is not being performed, the process proceeds to step 42 where the catalyst warm-up control execution time Tcat, which is the elapsed time immediately after the start of engine startup, is a predetermined value Tcatlmt (for example, 30 sec). ) To determine whether it is smaller. This catalyst warm-up control is for rapidly activating the catalyst in the catalyst devices 19a and 19b after the engine is started.
[0199]
When the determination result of this step 42 is YES and Tcat <Tcatlmt, it progresses to step 44 and it is determined whether the accelerator opening AP is smaller than the predetermined value APREF. The predetermined value APREF is used to determine that the accelerator pedal is not depressed, and is set to a value (for example, 1 °) that can determine that the accelerator pedal is not depressed.
[0200]
If the decision result in the step 44 is YES and the accelerator pedal is not depressed, it is determined that the catalyst warm-up control should be executed, and the process proceeds to the step 45, and similarly to the step 43, the control to the wastegate valve 10d is performed. After setting the input Dut_wg to the above-described fully open value Dut_wgmax, this program is terminated.
[0201]
On the other hand, when the determination result of step 42 or step 44 is NO, that is, when engine start control is not being performed and Tcat ≧ Tcatlmt, or when the accelerator pedal is stepped on, the routine proceeds to step 46 where the control input Dut_wg is The basic value Dut_wg_bs is calculated by searching the table shown in FIG. 51 according to the required drive torque TRQ_eng.
[0202]
As shown in the figure, in this table, the basic value Dut_wg_bs is set to a smaller value as the required drive torque TRQ_eng is larger in the range of TRQ1 <TRQ_eng <TRQ2. This is because as the required drive torque TRQ_eng is larger, it is necessary to increase the supercharging pressure Pc for the purpose of increasing the charging efficiency due to supercharging. Further, the basic value Dut_wg_bs is set to a predetermined fully closed value Dut_wgmin in the range of TRQ2 ≦ TRQ_eng ≦ TRQ3, and this increases the supercharging effect according to the load of the engine 3 being in the high load range. This is to get the maximum. Further, the basic value Dut_wg_bs is set to a smaller value as the required drive torque TRQ_eng is larger in the range of TRQ3 <TRQ_eng, in order to avoid the occurrence of knocking.
[0203]
Next, at step 47, the target boost pressure Pc_cmd is calculated by searching the table shown in FIG. 52 according to the required drive torque TRQ_eng. As shown in the figure, in this table, the target boost pressure Pc_cmd is set to a larger value as the required drive torque TRQ_eng is larger in the range of TRQ_idle <TRQ_eng <TRQ2. As described above, this is to further increase the charging efficiency by supercharging. Further, the target supercharging pressure Pc_cmd is set to a predetermined fully closed value Dut_wgmin in the range of TRQ2 ≦ TRQ_eng ≦ TRQ3, and this is for obtaining the maximum supercharging effect as described above. Further, the target boost pressure Pc_cmd is set to a smaller value as the required drive torque TRQ_eng is larger in the range of TRQ3 <TRQ_eng <TRQ4, and this is to avoid the occurrence of knocking. In addition, Patm in the same figure has shown atmospheric pressure, and this point is the same also below.
[0204]
Next, the process proceeds to step 48, where the control input Dut_wg is calculated by the IP control algorithm shown in the following equation (59), and then this program is terminated. Thereby, feedback control is performed so that the supercharging pressure Pc converges to the target supercharging pressure Pc_cmd.
Dut_wg = Dut_wg_bs + Kpwg · Pc + Kiwg · Σ (Pc−Pc_cmd) (59)
Here, Kpwg represents the P term gain, and Kiwg represents the I term gain.
[0205]
On the other hand, when the determination result in step 40 is YES and any of the variable intake valve driving device 40, the variable exhaust valve driving device 90, and the throttle valve mechanism 16 has failed, the process proceeds to step 49, and the above-described step 43 is performed. , 45, the control input Dut_wg to the wastegate valve 10d is set to the fully open value Dut_wgmax, and then this program is terminated.
[0206]
Next, the intake valve control process of step 3 described above will be described with reference to FIGS. As shown in the figure, in this program, first, in step 60, it is determined whether or not the intake / exhaust valve failure flag F_VLVNG is "1". The determination result is NO, and the variable intake valve drive is determined. When both the device 40 and the variable exhaust valve drive device 90 are normal, the routine proceeds to step 61, where it is determined whether or not the engine start flag F_ENGSTART described above is “1”.
[0207]
If the determination result is YES and the engine start control is being performed, the routine proceeds to step 62, where the target main intake cam phase θmi_cmd, which is the target value of the main intake cam phase θmi, is set to a predetermined idle value θmi_idle.
[0208]
Next, the routine proceeds to step 63, where the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd is set to a predetermined starting value θmsi_st. This starting value θmsi_st is set as a predetermined value for the slow closing of the intake valve 6. Thereafter, the routine proceeds to step 64 where the target intake cam phase θssi # i_cmd (# i = # 2 to # 4) is set to a value of 0.
[0209]
Next, the routine proceeds to step 65 in FIG. 54, where the control input DUTY_mi to the main intake cam phase variable mechanism 60 is calculated by searching a table (not shown) according to the target main intake cam phase θmi_cmd. Thereafter, in step 66, the control input DUTY_msi to the auxiliary intake cam phase variable mechanism 70 is calculated by searching a table (not shown) according to the target main intake cam phase θmi_cmd. In step 66, the control input DUTY_msi may be calculated by the same method as in step 75 described later.
[0210]
Next, in step 67, the control input DUTY_ssi # i to the intake cam inter-camera phase varying mechanism 80 is calculated by searching a table (not shown) according to the target intake cam inter-phase θssi # i_cmd, and then the program is terminated. To do.
[0211]
Returning to FIG. 53, if the determination result in step 61 is NO and the engine start control is not being performed, the process proceeds to step 68, where it is determined whether or not the catalyst warm-up control execution time Tcat is smaller than a predetermined value Tcatlmt. When the determination result is YES, the process proceeds to step 69, where it is determined whether or not the accelerator opening AP is smaller than a predetermined value APREF.
[0212]
If the determination result in step 69 is YES and the accelerator pedal is not depressed, it is determined that the catalyst warm-up control should be executed, and the process proceeds to step 70 where the target main intake cam phase θmi_cmd is set to the predetermined idle value described above. Set to θmi_idle.
[0213]
Next, the routine proceeds to step 71, where the catalyst warm-up value θmsi_cw of the target auxiliary intake cam phase is calculated by searching the table shown in FIG. 55 according to the execution time Tcat of the catalyst warm-up control described above. The value θmsiott in the figure shows the Otto phase value (= cam angle 90 deg) of the auxiliary intake cam phase θmsi at which the valve timing of the intake valve 6 is the same as that of the Otto intake cam. This is also the case in the following description. It is.
[0214]
Next, in step 72, the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd is set to the catalyst warm-up value θmsi_cw, and then in step 73, as in step 64, the target intake cam phase θssi # i_cmd (# i = # 2 to # 4) are all set to the value 0.
[0215]
Next, the routine proceeds to step 74 in FIG. 54, where the control input DUTY_mi to the main intake cam phase variable mechanism 60 is calculated according to the target main intake cam phase θmi_cmd and the main intake cam phase θmi. This control input DUTY_mi is calculated by the same algorithm as the control algorithm by the second SPAS controller 225 described above.
[0216]
Next, at step 75, the control input DUTY_msi to the auxiliary intake cam phase varying mechanism 70 is calculated by the control algorithm of the second SPAS controller 225. That is, the control input DUTY_msi is calculated by applying the above-described prediction algorithm of Equation (29), the identification algorithm of Equations (30) to (35), and the sliding mode control algorithm of Equations (36) to (41), respectively. To do.
[0217]
Next, at step 76, according to the control algorithm of the third SPAS controller 262, depending on the target intake cam phase θssi # i_cmd and the intake cam phase θssi # i calculated at step 73, the intake cam phase variable mechanism 80 is controlled. After calculating the control input DUTY_ssi # i (# i = # 2 to # 4), this program is terminated. As described above, the control input DUTY_ssi # i is calculated by the same algorithm as the control algorithm of the second SPAS controller 225, that is, the control algorithm used for calculating the control input DUTY_msi.
[0218]
Returning to FIG. 53, when the determination result of step 68 or step 69 is NO, that is, when the engine start control is not being performed and Tcat ≧ Tcatlmt, or when the accelerator pedal is depressed, the routine proceeds to step 77, where The normal operation value θmi_drv of the main intake cam phase is calculated by searching the map shown in FIG. 56 according to the required drive torque TRQ_eng and the engine speed NE.
[0219]
In the figure, predetermined values NE1 to NE3 of the engine speed NE are set so that the relationship NE1>NE2> NE3 is established, and this also applies to the following. In this map, the normal operation value θmi_drv is set to a more advanced value as the required drive torque TRQ_eng is larger or the engine speed NE is higher. This is because, as the engine load is higher, the main intake cam phase θmi is advanced, and the opening / closing timing of the intake valve 6 is advanced, thereby appropriately ensuring the engine output.
[0220]
Next, at step 78, the target main intake cam phase θmi_cmd is set to the normal operation value θmi_drv, and then the routine proceeds to step 79, where the basic value θmsi_base of the auxiliary intake cam phase is changed according to the required drive torque TRQ_eng. This is calculated by searching the table shown in FIG.
[0221]
As shown in the figure, in this table, the basic value θmsi_base is set to a constant value on the late closing side in the range of TRQ_eng <TRQ_disc, that is, in the stratified combustion operation region of the engine 3. This is to stabilize the combustion state in the low load region where the stratified combustion operation is executed. Further, the basic value θmsi_base is set such that the degree of delayed closing becomes smaller as the required drive torque TRQ_eng is larger in the range of TRQ_disc ≦ TRQ_eng ≦ TRQott. This is because the larger the required drive torque TRQ_eng, the larger the amount of fuel blown back into the intake manifold due to the degree of late closing of the intake valve 6, which is avoided. When TRQ_eng = TRQott, the basic value θmsi_base is set to the Otto phase value θmsiot.
[0222]
Further, the basic value θmsi_base is set so that the degree of early closing increases as the required drive torque TRQ_eng increases in the range of TRQott <TRQ_eng <TRQ2, which increases the combustion efficiency by high expansion ratio cycle operation. Because.
[0223]
In the range of TRQ2 ≦ TRQ_eng <TRQ4, the basic value θmsi_base is set such that the degree of early closing of the intake valve 6 decreases as the required drive torque TRQ_eng increases. This is due to the following reason. That is, in a high load range such as TRQ2 ≦ TRQ_eng <TRQ4, as described later, the supercharging operation is limited in order to avoid the occurrence of knocking, so that the charging efficiency is reduced due to such supercharging operation limitation. In this state, if the degree of early closing of the intake valve 6 is controlled to be large, the generated torque is reduced. Therefore, in order to compensate for such a decrease in the generated torque, the degree of early closing of the intake valve 6 is set to be smaller as the required drive torque TRQ_eng is larger.
[0224]
In step 80 following step 79, the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd is calculated by the control algorithm of the first SPAS controller 221 described above. That is, the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd is obtained by applying the prediction algorithm of Expression (7), the identification algorithm of Expressions (8) to (13), and the sliding mode control algorithm of Expressions (15) to (21). Is calculated.
[0225]
Next, at step 81, the target intake cam phase θssi # i_cmd (# i = # 2 to # 4) is calculated by the control algorithm of the intake cam phase controller 230 described above. That is, the intake air amount variation coefficients Φ # 1 to Φ # 4 are identified by the identification algorithms of the equations (44) to (50), and the intake air amount variation coefficients Φ # 1 to Φ # 4 are determined by the equation (51). Deviations EΦ # 2 to # 4 are calculated, and the phase between the target intake cams is set so that these deviations EΦ # 2 to # 4 converge to a value of 0 by the response assignment control algorithm of equations (52) and (53). θssi # i_cmd is calculated. Next, as described above, after executing steps 74 to 76 in FIG. 54, the present program is terminated.
[0226]
Returning to FIG. 53, if the determination result in step 60 is YES and the variable intake valve driving device 40 or the variable exhaust valve driving device 90 is out of order, the process proceeds to step 82 where the target main intake cam phase θmi_cmd is set to a predetermined value. After setting to the idle value θmi_idle, the process proceeds to step 83 to set the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd to a predetermined failure value θmsi_fs.
[0227]
Next, the routine proceeds to step 84, where the target intake cam phase θssi # i_cmd (# i = # 2 to # 4) is set to a value of 0 as in steps 64 and 73 described above. Thereafter, as described above, after executing steps 65 to 67 in FIG. 54, the present program is terminated.
[0228]
Next, the exhaust valve control process in step 4 described above will be described with reference to FIGS. As shown in the figure, in this program, first, at step 90, it is determined whether or not the intake / exhaust valve failure flag F_VLVNG is "1". The determination result is NO, and the variable intake valve drive is determined. When both the device 40 and the variable exhaust valve driving device 90 are normal, the routine proceeds to step 91, where it is determined whether or not the engine start flag F_ENGSTART described above is “1”.
[0229]
If the determination result is YES and the engine start control is being performed, the routine proceeds to step 92, where the target main exhaust cam phase θme_cmd, which is the target value of the main exhaust cam phase θme, is set to a predetermined idle value θme_idle.
[0230]
Next, the routine proceeds to step 93, where the target auxiliary exhaust cam phase θmse_cmd is set to a predetermined starting value θmse_st. This starting value θmse_st is set as a predetermined value for delaying the opening of the exhaust valve 7. Thereafter, the process proceeds to step 94, where the target exhaust cam phase θsse # i_cmd (# i = # 2 to # 4) is set to a value of 0.
[0231]
Next, the routine proceeds to step 95 in FIG. 59, where the control input DUTY_me to the main exhaust cam phase variable mechanism 110 is calculated by searching a table (not shown) according to the target main exhaust cam phase θme_cmd. Thereafter, in step 96, the control input DUTY_mse to the auxiliary exhaust cam phase variable mechanism 120 is calculated by searching a table (not shown) according to the target auxiliary exhaust cam phase θmse_cmd. In step 96, the control input DUTY_mse may be calculated by the same method as in step 106 described later.
[0232]
Next, in step 97, the control input DUTY_sse # i to the exhaust cam phase varying mechanism 130 is calculated by searching a table (not shown) according to the target exhaust cam phase θsse # i_cmd, and then the program is terminated. To do.
[0233]
Returning to FIG. 58, if the determination result in step 91 is NO and the engine start control is not being performed, the process proceeds to step 98, where it is determined whether or not the execution time Tcat of the catalyst warm-up control described above is smaller than a predetermined value Tcatlmt. When the determination result is YES, the process proceeds to step 99, where it is determined whether or not the accelerator opening AP is smaller than a predetermined value APREF.
[0234]
If the determination result is YES and the accelerator pedal is not depressed, it is determined that the catalyst warm-up control should be executed, and the routine proceeds to step 100 where the target main exhaust cam phase θme_cmd is set to the aforementioned predetermined idle value θme_idle. To do.
[0235]
Next, the routine proceeds to step 101, where the catalyst warm-up value θmse_ast for the target sub-exhaust cam phase is calculated by searching the table shown in FIG. 60 according to the catalyst warm-up control execution time Tcat described above. In the figure, θmseott indicates the Otto phase value (= 90 deg) of the auxiliary exhaust cam phase θmse at which the valve timing of the exhaust valve 7 is the same as that by the Otto exhaust cam. As shown in the figure, the catalyst warm-up value θmse_ast is set to a value on the late opening side until the catalyst warm-up control execution time Tcat reaches the predetermined value Tcatref, and thereafter the value on the early opening side. Set to The reason why the value is set to the early opening side in this way is that the exhaust valve 7 is opened during the expansion stroke to supply hot exhaust gas to the catalyst devices 19a and 19b, and thereby the catalyst device 19a. , 19b for early activation of the catalyst.
[0236]
In step 102 following step 101, the correction amount dθmse of the target auxiliary exhaust cam phase is calculated by the response designation control algorithm of the above-described equations (55) and (56).
[0237]
Next, the process proceeds to step 103, and the target auxiliary exhaust cam phase θmse_cmd is calculated by the above-described equation (54) using θmse_ast and dθmse calculated in steps 101 and 102.
[0238]
Next, in step 104, similarly to step 94, the target exhaust cam phase θsse # i_cmd (# i = # 2 to # 4) is set to 0, and then the process proceeds to step 105 in FIG. A control input DUTY_me to the cam phase variable mechanism 110 is calculated according to the target main exhaust cam phase θme_cmd and the main exhaust cam phase θme. This control input DUTY_me is calculated by the same algorithm as the control algorithm of the second SPAS controller 225 described above.
[0239]
Next, in step 106, the control input DUTY_mse to the sub exhaust cam phase varying mechanism 120 is calculated by the control algorithm of the fourth SPAS controller 282. That is, as described above, the control input DUTY_mse is calculated by the same algorithm as the control algorithm of the second SPAS controller 225.
[0240]
Next, the routine proceeds to step 107, where the control input DUTY_sse # i (# i = # 2 to # 4) to the exhaust cam phase varying mechanism 130 according to the target exhaust cam phase θsse # i_cmd and the exhaust cam phase θsse # i. ), The program is terminated. The control input DUTY_sse # i is calculated by the same algorithm as the control algorithm used for calculating the control input DUTY_mse.
[0241]
Returning to FIG. 58, when the determination result of step 98 or step 99 is NO, that is, when the engine start control is not being performed and Tcat ≧ Tcatlmt or when the accelerator pedal is depressed, the routine proceeds to step 108, and the target The normal operation value θme_drv of the main exhaust cam phase is calculated by searching the map shown in FIG. 61 according to the required drive torque TRQ_eng and the engine speed NE.
[0242]
As shown in the figure, in this map, the normal operation value θme_drv is set to a more advanced value as the required drive torque TRQ_eng is larger or the engine speed NE is higher. This is because, as the engine load is higher, the main exhaust cam phase θme is advanced, and the opening / closing timing of the exhaust valve 7 is advanced, thereby improving the scavenging efficiency of the exhaust gas and ensuring the engine output appropriately.
[0243]
Next, in step 109, the target main exhaust cam phase θme_cmd is set to the normal operation value θme_drv, and then the process proceeds to step 110, where the target sub exhaust cam phase θmse_cmd is set to a predetermined value θmse_base. The predetermined value θmse_base is set to a value (90 deg) such that the valve timing of the exhaust valve 7 becomes the same as that of the Otto exhaust cam.
[0244]
In step 111 following step 110, a target exhaust cam phase θsse # i_cmd (# i = # 2 to # 4) is calculated by searching a map (not shown) according to the required drive torque TRQ_eng and the engine speed NE. To do. In this map, the target exhaust cam phase θsse # i_cmd is set to a value that compensates for the variation in scavenging efficiency between cylinders due to the pulsation effect of the exhaust system. Next, after executing steps 105 to 107 in FIG. 59 as described above, this program is terminated.
[0245]
Returning to FIG. 58, when the determination result of step 90 is YES and the variable intake valve drive device 40 or the variable exhaust valve drive device 90 is out of order, the routine proceeds to step 112, where the target main exhaust cam phase θme_cmd is described above. After setting to a predetermined idle value θme_idle, the routine proceeds to step 113, where the target auxiliary exhaust cam phase θmse_cmd is set to a predetermined failure value θmse_fs. The predetermined failure value θmse_fs is set to a value (90 deg) so that the valve timing of the exhaust valve 7 is the same as that of the Otto exhaust cam.
[0246]
Next, the routine proceeds to step 114, where the target exhaust cam phase θsse # i_cmd (# i = # 2 to # 4) is set to a value of 0 as in the above-described steps 94 and 104. Thereafter, as described above, after executing steps 95 to 97 in FIG. 59, the program is terminated.
[0247]
Next, the throttle valve control process in step 5 described above will be described with reference to FIG. As shown in the figure, in this program, first, in step 120, it is determined whether or not the intake / exhaust valve failure flag F_VLVNG is "1". The determination result is NO, and the variable intake valve drive is determined. When both the device 40 and the variable exhaust valve driving device 90 are normal, the routine proceeds to step 121, where it is determined whether or not the engine start flag F_ENGSTART described above is “1”.
[0248]
If the determination result is YES and the engine start control is being performed, the routine proceeds to step 122, where the target opening TH_cmd is set to a predetermined start value THcmd_st. The predetermined starting value THcmd_st is set to a value slightly larger than an idle value THcmd_idle described later. Next, the routine proceeds to step 123, where the control input DUTY_th to the throttle valve mechanism 16 is calculated, and then this program is terminated. More specifically, the control input DUTY_th is calculated by searching a table (not shown) according to the target opening TH_cmd.
[0249]
On the other hand, when the determination result of step 121 is NO and the engine start control is not being performed, the routine proceeds to step 124 where it is determined whether or not the execution time Tcat of the catalyst warm-up control described above is smaller than a predetermined value Tcatlmt. When the determination result is YES, the process proceeds to step 125, where it is determined whether or not the accelerator opening AP is smaller than a predetermined value APREF.
[0250]
If the determination result in step 125 is YES and the accelerator pedal is not depressed, it is determined that the catalyst warm-up control should be executed, and the process proceeds to step 126, where the catalyst warm-up value THcmd_ast for the target opening is set as described above. This is calculated by searching the table shown in FIG. 63 according to the catalyst warm-up control execution time Tcat.
[0251]
A value THcmd_idle in the figure indicates an idle value used during idling. As shown in the figure, in this table, the catalyst warm-up value THcmd_ast is set to a larger value as the execution time Tcat becomes shorter until the execution time Tcat reaches a predetermined value Tcat1, and the execution time Tcat is increased. After reaching the predetermined value Tcat1, the idle value THcmd_idle is set.
[0252]
Next, the routine proceeds to step 127, where the target opening TH_cmd is set to the catalyst warm-up value THcmd_ast. Next, after executing step 123 as described above, this program is terminated.
[0253]
On the other hand, when the determination result of step 124 or step 125 is NO, that is, when engine start control is not being performed and Tcat ≧ Tcatlmt or when the accelerator pedal is depressed, the routine proceeds to step 128, where The operation value THcmd_drv is calculated by searching the map shown in FIG. 64 according to the required drive torque TRQ_eng and the engine speed NE.
[0254]
As shown in the figure, in this map, the normal operation value THcmd_drv is set to a larger value as the required drive torque TRQ_eng is higher or the engine speed NE is higher. This is because a larger amount of intake air is required to ensure a larger engine output as the load of the engine 3 is higher.
[0255]
Next, in step 129, the target opening TH_cmd is set to the normal operation value THcmd_drv. Then, as described above, after executing step 123, the program is terminated.
[0256]
On the other hand, when the determination result in step 120 is YES and the variable intake valve driving device 40 or the variable exhaust valve driving device 90 is out of order, the process proceeds to step 130 and the failure value THcmd_fs for the target opening is set to the accelerator open state. It is calculated by searching the map shown in FIG. 65 according to the degree AP and the engine speed NE. As shown in the figure, in this map, the failure value THcmd_fs is set to a larger value as the accelerator opening AP is larger or the engine speed NE is higher. This is due to the same reason as described in the calculation of the normal operation value THcmd_drv.
[0257]
Next, the routine proceeds to step 131, where the target opening TH_cmd is set to the failure value THcmd_fs. Next, as described above, after executing step 123, the program is terminated.
[0258]
By the above control processing, various control inputs DUTY_mi, DUTY_msi, DUTY_ssi # i, DUTY_me, DUTY_mse, DUTY_sse # i, and DUTY_th are any of a pulse signal, a current signal, and a voltage signal having a duty ratio according to the calculation result. Set to one.
[0259]
The operation when the engine control as described above is executed will be described focusing on the operation during engine start and catalyst warm-up control with reference to FIG.
[0260]
As shown in the figure, during engine start control (t0 to t1), the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd is set to a predetermined start value θmsi_st (step 63), so that the auxiliary intake cam phase θmsi is delayed. At the same time as the closed side value is controlled, the target opening TH_cmd is set to a predetermined starting value THcmd_st (step 122), whereby the throttle valve opening TH is controlled to a half-open state. Thereby, the cylinder intake air amount Gcyl is controlled to a small value that allows the engine to be started. Thus, at the time of starting, the cylinder intake air amount Gcyl, which cannot be controlled only by the throttle of the throttle valve 17, can be suppressed to a value at which the engine can be started without excess or deficiency, so that the fuel injection amount can be reduced accordingly. . As a result, the exhaust gas volume can be reduced, and the total discharge amount of unburned components during the start control can be reduced.
[0261]
Further, the target auxiliary exhaust cam phase θmse_cmd is set to a predetermined starting value θmse_st (step 93), whereby the auxiliary exhaust cam phase θmse is controlled to the late opening side, whereby the combustion gas is kept longer in the cylinder. By doing so, unburned HC in the exhaust gas can be reduced. Further, the target air-fuel ratio KCMD is controlled to a value slightly richer than the value KCMDST corresponding to the theoretical air-fuel ratio, and the ignition timing θig is controlled to a value more advanced than the normal idle operation value θigdle. Thus, the ignitability of the air-fuel mixture can be improved.
[0262]
When the engine 3 is completely started (complete explosion) by the above engine start control (time t1), catalyst warm-up control is executed. Specifically, by setting the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd to the catalyst warm-up value θmsi_cw (step 72), the auxiliary intake cam phase θmsi approaches the Otto phase value θmsiott from the value on the late closing side. Be controlled. As a result, the degree of slow closing of the intake valve 6 is reduced, so that the cylinder intake air amount Gcyl is controlled to increase, thereby increasing the exhaust gas volume. Further, the target auxiliary exhaust cam phase θmse_cmd is set to the sum of the catalyst warm-up value θmse_ast and the correction amount dθmse (step 103), whereby the auxiliary exhaust cam phase θmse changes from the slow opening side to the early opening side. By being controlled in this way, high-temperature exhaust gas during the compression stroke is discharged. In addition to this, the ignition timing θig is retarded by a predetermined value dθig, whereby the exhaust gas temperature is raised. Thus, the catalyst in the catalyst devices 19a and 19b can be activated at an early stage.
[0263]
Moreover, unburned HC can be reduced by controlling the target air-fuel ratio KCMD to a lean value. Further, the engine speed NE is controlled so as to become the target speed NE_cmd.
[0264]
Further, after the end of catalyst warm-up control (after time t2), normal operation control is executed based on the above-described program according to the operation state such as the required drive torque TRQ_eng.
[0265]
Next, the operation during the normal operation control will be described for each range of the required drive torque TRQ_eng (L1) to (L6) below with reference to FIG.
[0266]
(L1) TRQ_idle ≦ TRQ_eng <TRQ_disc range
In this range, the auxiliary intake cam phase θmsi is controlled to a substantially constant value on the late closing side by setting the basic value θmsi_base described above. Further, since the intake air amount is not reduced by the throttle valve 17, the intake pipe absolute pressure PBA is controlled to a substantially constant value slightly lower than the atmospheric pressure Patm. Further, the cylinder intake air amount Gcyl is controlled to a substantially constant value, and the intake pipe absolute pressure PBA is controlled to a substantially constant value lower than the atmospheric pressure Patm. Further, the main fuel injection rate Rt_Pre is set to the maximum value Rtmax, the target air-fuel ratio KCMD is set to the above-described extremely lean region value, and the stratified combustion operation is performed.
[0267]
(L2) TRQ_disc ≦ TRQ_eng ≦ TRQ1 range
In this range, the setting of the basic value θmsi_base described above causes the auxiliary intake cam phase θmsi to be controlled to a value on the delay closing side that is considerably slower than the value in the range (L1), and the required drive torque TRQ_eng is larger. The degree of late closing is controlled so as to become smaller. Further, the cylinder intake air amount Gcyl is controlled to a value smaller than the value in the range of (L1), and is controlled to be larger as the required drive torque TRQ_eng is larger. Further, the target air-fuel ratio KCMD is controlled so as to maintain the above-described lean region value on the rich side with respect to the value in the range (L1), and the intake pipe absolute pressure PBA and the main fuel injection rate Rt_Pre are both Control is performed so as to hold the value in the range of (L1).
[0268]
(L3) Range of TRQ1 <TRQ_eng ≦ TRQott
In this range, the auxiliary intake cam phase θmsi is controlled in the same tendency as in the range (L2) by setting the basic value θmsi_base described above. In particular, when TRQ_eng = TRQott, the auxiliary intake cam phase θmsi is controlled to become the Otto phase value θmsiot. That is, the engine 3 is operated in an Otto cycle. Further, the target air-fuel ratio KCMD and the cylinder intake air amount Gcyl are also controlled to have the same tendency as in the range (L2). Further, in this range, the supercharging operation by the turbocharger device 10 is executed, whereby the intake pipe absolute pressure PBA is controlled to be higher as the required drive torque TRQ_eng is larger. Further, the main fuel injection rate Rt_Pre is controlled to be a smaller value as the required drive torque TRQ_eng is larger. That is, the control is performed so that the fuel injection amount TOUT_sub of the auxiliary fuel injection valve 15 becomes larger as the required drive torque TRQ_eng is larger. This is for obtaining the cooling effect of the intake air by the fuel vaporization cooling device 12.
[0269]
(L4) Range of TRQott <TRQ_eng <TRQ2
In this range, the auxiliary intake cam phase θmsi is controlled such that the degree of early closing increases as the required drive torque TRQ_eng increases. This is because the combustion efficiency is increased by the high expansion ratio cycle operation as described above. Further, the cylinder intake air amount Gcyl, the target air-fuel ratio KCMD, the main fuel injection rate Rt_Pre, and the intake pipe absolute pressure PBA are controlled so as to show the same tendency as in the range (L3). In particular, the intake pipe absolute pressure PBA is controlled to be higher as the required drive torque TRQ_eng is larger, as described above. This is because when the auxiliary intake cam phase θmsi is controlled to the early closing side, the generated torque is reduced, so that the charging efficiency is increased by supercharging and the generated torque is increased for the purpose of compensation.
[0270]
(L5) TRQ2 ≦ TRQ_eng <TRQ4 range
In this range, the auxiliary intake cam phase θmsi is controlled such that the degree of early closing decreases as the required drive torque TRQ_eng increases, and as a result, the effective compression volume increases. As described above, when the charging efficiency is reduced due to the limitation of the supercharging operation and the degree of early closing of the intake valve 6 is controlled to be large, the generated torque is reduced. This is to compensate for a decrease in generated torque by controlling the auxiliary intake cam phase θmsi.
[0271]
The intake pipe absolute pressure PBA is controlled to maintain a constant value in the range of TRQ2 ≦ TRQ_eng ≦ TRQ3, and becomes lower as the required drive torque TRQ_eng is larger in the range of TRQ3 <TRQ_eng <TRQ4. To be controlled. Further, the main fuel injection rate Rt_Pre is controlled to be a smaller value as the required drive torque TRQ_eng is larger, similarly to the range of (L3) above. As described above, in the range of (L5), as the required drive torque TRQ_eng is larger, the supercharging operation by the turbocharger device 10 is restricted, and at the same time, the cooling effect by the fuel vaporization cooling device 12 is increased. Thus, the occurrence of knocking can be avoided without performing retard control of the ignition timing. In the case of a conventional engine with a turbocharger device, knocking occurs within the range of (L5) unless ignition timing retard control is executed.
[0272]
(L6) Range of TRQ4 ≦ TRQ_eng
In this range, since it is an extremely high load region, the restriction of the supercharging operation by the turbocharger device 10 and the cooling effect by the fuel vaporization cooling device 12 cannot avoid the occurrence of knocking. Is executed. That is, the target air-fuel ratio KCMD is controlled to become richer as the required drive torque TRQ_eng is larger. At the same time, the auxiliary intake cam phase θmsi is controlled to become the Otto phase value θmsiott, the cylinder intake air amount Gcyl is controlled to be substantially constant, the main fuel injection rate Rt_Pre is controlled to the minimum value Rtmin, The intake pipe absolute pressure PBA is controlled to maintain a substantially constant value.
[0273]
As described above, according to the intake air amount control device 1 of the present embodiment, the on-board identifier 223 uses the identification algorithm of the equations (8) to (13) based on the control target model of the equation (2). The model parameter vector θs is identified, and the SLD controller 224 calculates the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd so that the cylinder intake air amount Gcyl converges to the target intake air amount Gcyl_cmd according to the model parameter vector θs. The Thus, since the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd is calculated by the adaptive control algorithm, due to the secular change of the air flow sensor 21 or the variation and the secular change of the dynamic characteristics of the variable intake valve drive device 40, Even when the dynamic characteristics of the controlled object vary or change over time, the dynamic characteristics of the controlled object model can be adapted to the actual dynamic characteristics while avoiding the influences thereof. Thereby, the cylinder intake air amount Gcyl can be converged to the target intake air amount Gcyl_cmd in a quick and stable state. As described above, in the intake air amount control, high robustness can be ensured and controllability can be improved, whereby occurrence of torque fluctuation and rotation fluctuation can be avoided, and the combustion state can be improved. As a result, drivability and exhaust gas characteristics can be improved.
[0274]
Further, in the state predictor 222, the predicted intake air amount Pre_Gcyl is calculated by the prediction algorithm of the equation (7) based on the control target model of the equation (2). Therefore, the predicted intake air amount Pre_Gcyl is calculated as the control target model. The dead time d can be compensated and calculated as a value, and using such a predicted intake air amount Pre_Gcyl, the identification calculation in the on-board identifier 223 and the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd in the SLD controller 224 can be calculated. Since the calculation is executed, the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd can be calculated while compensating for the dead time d of the controlled object. Thereby, the convergence property of the cylinder intake air amount Gcyl to the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd can be improved, and as a result, the drivability and the exhaust gas characteristics can be further improved.
[0275]
Further, the SLD controller 224 calculates the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd so that the cylinder intake air amount Gcyl converges to the target intake air amount Gcyl_cmd by the sliding mode control algorithm of the equations (15) to (21). The convergence behavior and convergence speed of the cylinder intake air amount Gcyl to the target intake air amount Gcyl_cmd can be arbitrarily designated by setting the switching function setting parameter Ss. Therefore, the convergence speed of the cylinder intake air amount Gcyl to the target intake air amount Gcyl_cmd can be set to an appropriate value in accordance with the characteristics of the control target. The target intake air amount Gcyl_cmd can be converged in a quick and stable state while avoiding a shoot-like behavior. As a result, drivability and exhaust gas characteristics can be further improved.
[0276]
In addition to this, since the variable intake valve drive device 40 is configured by a hydraulic drive type, for example, a variable intake valve drive device of a type that drives the valve body of the intake valve 6 by electromagnetic force of a solenoid is provided. Compared with the case where it is used, the intake valve 6 can be reliably opened and closed even in a higher load range, power consumption can be reduced, and operating noise of the intake valve 6 can be reduced.
[0277]
Further, by combining the intake valve driving mechanism 50 including the main / sub intake cams 43 and 44, the main / sub intake cam shafts 41 and 42, the link mechanism 50 and the intake rocker arm 51, and the auxiliary intake cam phase variable mechanism 70, A configuration in which the auxiliary intake cam phase θmsi can be freely changed, that is, a configuration in which the valve closing timing and the valve lift amount of the intake valve 6 can be freely changed can be realized.
[0278]
When the auxiliary intake cam phase variable mechanism 70 does not require high responsiveness (for example, in the above-described intake valve control process, the intake valve 6 need only be controlled to one of the late closing side and the early closing side). Instead of the hydraulic piston mechanism 73 and the motor 74, the hydraulic pump 63 and the electromagnetic valve mechanism 64 may be used in the same manner as the main intake cam phase variable mechanism 60. In that case, the intake air amount control device 1 may be configured as shown in FIG.
[0279]
As shown in the figure, the intake air amount control apparatus 1 includes a DUTY_msi calculator 300 and a throttle valve opening controller 301 in place of the DUTY_th calculator 200 and the auxiliary intake cam phase controller 220 in the embodiment. . The DUTY_msi calculating unit 300 searches the table according to the required drive torque TRQ_eng to calculate the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd, and then searches the table according to the calculated target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd. Thus, the control input DUTY_msi is calculated. Further, the throttle valve opening controller 301 calculates the target opening TH_cmd by the same control algorithm as that of the first SPAS controller 221 described above according to the cylinder intake air amount Gcyl and the target intake air amount Gcyl_cmd. The control input DUTY_th is calculated by the same control algorithm as that of the second SPAS controller 225 according to the opening TH_cmd. When configured as described above, even when the responsiveness of the auxiliary intake cam phase varying mechanism 70 is low, the auxiliary intake cam phase θmsi can be appropriately controlled while avoiding the influence.
[0280]
Further, the embodiment is an example in which both the first SPAS controller 221 and the second SPAS controller 225 are provided as the auxiliary intake cam phase controller 220. Also good. In this case, the control input DUTY_msi may be calculated according to the target auxiliary intake cam phase θmsi_cmd calculated by the first SPAS controller 221 by referring to a table, for example.
[0281]
Further, the embodiment is an example in which the sliding mode control algorithm is used as the response designation type control algorithm in the first and second SPAS controllers 221 and 225, but the response designation type control algorithm used in the two controllers 221 and 225 is this. However, the present invention is not limited thereto, and any response designating control algorithm such as a backstepping control algorithm may be used.
[0282]
The embodiment is an example in which the variable intake valve drive device 40 is used as the intake valve timing variable device. However, the intake valve timing variable device is not limited to this, and by changing the valve timing of the intake valve 6, What is necessary is just to be able to change the amount of intake air sucked into the cylinder. For example, as the intake valve timing variable device, an electromagnetic valve mechanism that drives the valve body of the intake valve 6 with the electromagnetic force of a solenoid may be used.
[0283]
Furthermore, the intake air amount control device of the present invention is applicable not only to the vehicle internal combustion engine of the embodiment but also to various internal combustion engines such as for ships.
[0284]
【The invention's effect】
As described above, according to the intake air amount control device for an internal combustion engine of the present invention, high robustness can be secured and controllability can be improved in intake air amount control, thereby improving drivability and exhaust gas. The characteristics can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which an intake air amount control device according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a variable intake valve driving device and a variable exhaust valve driving device for an internal combustion engine.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an intake air amount control device.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel vaporization cooling apparatus.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a variable intake valve driving device and a variable exhaust valve driving device in a plan view.
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of an intake valve drive mechanism of a variable intake valve drive device.
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of a main intake cam phase varying mechanism.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of an auxiliary intake cam phase varying mechanism.
FIG. 9 is a view showing a schematic configuration of a modified example of the auxiliary intake cam phase varying mechanism.
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of a phase change mechanism between intake cams.
FIG. 11 is a diagram for explaining cam profiles of a main intake cam and a sub intake cam.
FIGS. 12A and 12B are diagrams showing an operation state of the intake valve drive mechanism in the case of the auxiliary intake cam phase θmsi = 0 deg; and FIG. 12B shows a valve lift curve for explaining the operation of the intake valve.
FIGS. 13A and 13B are views showing an operation state of the intake valve drive mechanism in the case of the auxiliary intake cam phase θmsi = 90 deg; and FIG. 13B shows a valve lift curve for explaining the operation of the intake valve.
14A is a view showing an operation state of an intake valve drive mechanism when a sub intake cam phase θmsi is 120 deg, and FIG. 14B is a view showing a valve lift curve for explaining the operation of the intake valve.
FIGS. 15A and 15B are diagrams showing an operation state of the intake valve driving mechanism and a valve lift curve for explaining the operation of the intake valve when the auxiliary intake cam phase θmsi = 180 deg.
FIG. 16 is a diagram showing changes in the valve lift amount and the valve timing for explaining the operation of the intake valve when the auxiliary intake cam phase θmsi is changed from 120 deg to 180 deg.
FIG. 17 is a view for explaining cam profiles of a main exhaust cam and a sub exhaust cam.
FIG. 18 is a diagram showing a valve lift curve and the like for explaining the operation of the exhaust valve when the sub exhaust cam phase θmse = 0 deg.
FIG. 19 is a view showing a valve lift curve and the like for explaining the operation of the exhaust valve when the sub exhaust cam phase θmse = 45 deg.
FIG. 20 is a view showing a valve lift curve and the like for explaining the operation of the exhaust valve when the sub exhaust cam phase θmse = 90 deg.
FIG. 21 is a view showing a valve lift curve and the like for explaining the operation of the exhaust valve when the sub exhaust cam phase θmse = 150 deg.
FIG. 22 is a block diagram showing a configuration for controlling the throttle valve mechanism, the auxiliary intake cam phase varying mechanism, and the intake cam phase varying mechanism in the intake air amount control device;
FIG. 23 is a block diagram showing a schematic configuration of an auxiliary intake cam phase controller.
FIG. 24 is a diagram illustrating a calculation formula of a cylinder intake air amount Gcyl and a formula of a prediction algorithm of a state predictor in the first SPAS controller.
FIG. 25 is a diagram illustrating a mathematical expression of an identification algorithm of an on-board identifier in the first SPAS controller.
FIG. 26 is a diagram showing mathematical expressions of a sliding mode control algorithm of the sliding mode controller in the first SPAS controller.
FIG. 27 is a diagram illustrating a mathematical expression for explaining a derivation method of Expression (19) in FIG. 26;
FIG. 28 is a diagram illustrating a phase plane and a switching line for explaining a sliding mode control algorithm.
FIG. 29 is a diagram illustrating an example of the convergence behavior of the tracking error Es when the switching function setting parameter Ss is changed in the sliding mode controller.
FIG. 30 is a block diagram showing a schematic configuration of a second SPAS controller.
FIG. 31 is a diagram illustrating a mathematical expression of a prediction algorithm of a state predictor in the second SPAS controller.
FIG. 32 is a diagram illustrating mathematical expressions of an identification algorithm of an on-board identifier in the second SPAS controller.
FIG. 33 is a diagram illustrating mathematical expressions of a sliding mode control algorithm of the sliding mode controller in the second SPAS controller.
FIG. 34 is a diagram showing pulsation of intake air detected by an air flow sensor.
FIG. 35 is a schematic diagram for explaining an algorithm for calculating intake air amount variation coefficients Φ # 1 to # 4 in an adaptive observer of the intake cam phase controller.
FIG. 36 is a diagram illustrating mathematical formulas of an algorithm for calculating intake air amount variation coefficients Φ # 1 to # 4 in an adaptive observer of the phase controller between intake cams.
FIG. 37 is a block diagram showing a configuration of an adaptive observer.
FIG. 38 is a diagram illustrating simulated values Gcyl_OS # 1 to # 4 output from the signal generator of the adaptive observer.
FIG. 39 is a diagram illustrating formulas for calculating deviations EΦ # 2 to # 4 by a differentiator and a calculation algorithm for a target intake cam phase θssi # i_cmd by an intake variation controller in an intake cam phase controller;
FIG. 40 is a block diagram illustrating a configuration of an intake air variation controller.
FIG. 41 is a block diagram showing a configuration of a sub exhaust cam phase controller.
FIG. 42 is a diagram showing a mathematical expression of a control algorithm of the sub exhaust cam phase controller.
FIG. 43 is a flowchart showing main control contents of an engine control process.
FIG. 44 is a flowchart showing a fuel control process.
FIG. 45 is a diagram showing an example of a map used for calculation of required drive torque TRQ_eng.
FIG. 46 is a flowchart showing a calculation process of a cylinder intake air amount Gcyl and a target intake air amount Gcyl_cmd.
FIG. 47 is a diagram illustrating an example of a map used for calculating a basic value Gcyl_cmd_base of a target intake air amount.
FIG. 48 is a diagram showing an example of a table used for calculating an air-fuel ratio correction coefficient Kgcyl_af.
FIG. 49 is a diagram showing an example of a table used for calculating a main fuel injection rate Rt_Pre.
FIG. 50 is a flowchart showing a supercharging pressure control process.
FIG. 51 is a diagram illustrating an example of a table used for calculating a basic value Dut_wg_base of a control input to the wastegate valve.
FIG. 52 is a diagram illustrating an example of a table used for calculating a target boost pressure Pc_cmd.
FIG. 53 is a flowchart showing intake valve control processing.
54 is a flowchart showing a continuation of FIG. 53. FIG.
FIG. 55 is a diagram illustrating an example of a table used for calculating a catalyst warm-up value θmsi_cw of a target auxiliary intake cam phase.
FIG. 56 is a diagram showing an example of a table used for calculating a normal operation value θmi_drv of a target main intake cam phase.
FIG. 57 is a diagram showing an example of a map used for calculating a basic value θmsi_base of a target auxiliary intake cam phase.
FIG. 58 is a flowchart showing an exhaust valve control process.
FIG. 59 is a flowchart showing a continuation of FIG. 58;
FIG. 60 is a diagram illustrating an example of a table used for calculating a catalyst warm-up value θmse_ast for a target sub-exhaust cam phase.
FIG. 61 is a view showing an example of a table used for calculating a normal operation value θme_drv of the target main exhaust cam phase.
FIG. 62 is a flowchart showing a throttle valve control process.
FIG. 63 is a diagram showing an example of a table used for calculating a catalyst warm-up value THcmd_ast for a target opening.
FIG. 64 is a diagram showing an example of a map used for calculating a normal operation value THcmd_drv of the target opening.
FIG. 65 is a diagram illustrating an example of a map used for calculating a failure value THcmd_fs for a target opening.
FIG. 66 is a timing chart showing an operation example of engine start and catalyst warm-up control by the intake air amount control device.
FIG. 67 is a diagram illustrating an operation example of engine control by the intake air amount control device;
FIG. 68 is a block diagram showing a schematic configuration of a modified example of the intake air amount control device.
[Explanation of symbols]
1 Intake air volume control device
2 ECU (estimated intake air amount calculation means, target intake air amount setting means, identification means, control command value calculation means, control means, predicted value calculation means)
3 Internal combustion engine
# 1 to # 4 1st to 4th cylinder
6 Intake valve
40 Variable intake valve drive device (variable intake valve timing device)
41 Main intake camshaft (first intake camshaft)
42 Secondary intake camshaft (second intake camshaft)
43 Main intake cam (first intake cam)
44 Secondary intake cam (second intake cam)
51 Intake rocker arm
51c pin (rotating fulcrum)
70 Sub-intake cam phase variable mechanism (intake cam phase variable mechanism)
222 State predictor (predicted value calculation means)
223 On-board identifier (identification means)
224 sliding mode controller (control command value calculation means)
225 Second SPAS controller (control means)
Gcyl Cylinder intake air amount (estimated intake air amount)
Pre_Gcyl Predicted intake air amount (predicted value of estimated intake air amount)
Gcyl_cmd Target intake air amount
θmsi_cmd Target auxiliary intake cam phase (control command value)
θmsi Sub intake cam phase (relative phase between the first and second intake camshafts)
a1, a2, b1 Model parameters
θs vector of model parameters
Psd hydraulic pressure

Claims (6)

吸気弁のバルブタイミングを自在に変更する吸気バルブタイミング可変装置を介して、気筒内に吸入される吸入空気量を自在に可変制御する内燃機関の吸入空気量制御装置であって、
前記気筒内に吸入される吸入空気量の推定値である推定吸入空気量を算出する推定吸入空気量算出手段と、
前記吸入空気量制御の目標となる目標吸入空気量を設定する目標吸入空気量設定手段と、
前記吸気バルブタイミング可変装置を制御するための制御指令値を入力とし、前記推定吸入空気量を出力とする制御対象モデルに基づき、所定の同定アルゴリズムにより、当該制御対象モデルのすべてのモデルパラメータを同定する同定手段と、
当該同定されたすべてのモデルパラメータに応じて、前記推定吸入空気量が前記目標吸入空気量に収束するように、前記制御指令値を算出する制御指令値算出手段と、
当該算出された制御指令値に応じて、前記吸気バルブタイミング可変装置を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。An intake air amount control device for an internal combustion engine that variably controls an intake air amount sucked into a cylinder via an intake valve timing variable device that freely changes a valve timing of the intake valve,
Estimated intake air amount calculating means for calculating an estimated intake air amount that is an estimated value of the intake air amount sucked into the cylinder;
Target intake air amount setting means for setting a target intake air amount as a target of the intake air amount control;
Based on the control target model that receives the control command value for controlling the intake valve timing variable device and outputs the estimated intake air amount, all model parameters of the control target model are identified by a predetermined identification algorithm Identification means to
Control command value calculation means for calculating the control command value so that the estimated intake air amount converges to the target intake air amount according to all the identified model parameters;
Control means for controlling the intake valve timing variable device according to the calculated control command value;
An intake air amount control device for an internal combustion engine, comprising: 前記制御指令値算出手段は、所定の予測アルゴリズムに基づいて、前記推定吸入空気量の予測値を算出するとともに、当該推定吸入空気量の予測値にさらに応じて、前記制御指令値を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。The control command value calculating means calculates a predicted value of the estimated intake air amount based on a predetermined prediction algorithm, and further calculates the control command value according to the predicted value of the estimated intake air amount. The intake air amount control device for an internal combustion engine according to claim 1. 吸気弁のバルブタイミングを自在に変更する吸気バルブタイミング可変装置を介して、気筒内に吸入される吸入空気量を自在に可変制御する内燃機関の吸入空気量制御装置であって、
前記気筒内に吸入される吸入空気量の推定値である推定吸入空気量を算出する推定吸入空気量算出手段と、
前記吸入空気量制御の目標となる目標吸入空気量を設定する目標吸入空気量設定手段と、
所定の予測アルゴリズムに基づいて、前記推定吸入空気量の予測値を算出する予測値算出手段と、
当該推定吸入空気量の予測値に応じて、前記推定吸入空気量が前記目標吸入空気量に収束するように、前記制御指令値を算出する制御指令値算出手段と、
当該算出された制御指令値に応じて、前記吸気バルブタイミング可変装置を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の吸入空気量制御装置。An intake air amount control device for an internal combustion engine that variably controls an intake air amount sucked into a cylinder via an intake valve timing variable device that freely changes a valve timing of the intake valve,
Estimated intake air amount calculating means for calculating an estimated intake air amount that is an estimated value of the intake air amount sucked into the cylinder;
Target intake air amount setting means for setting a target intake air amount as a target of the intake air amount control;
A predicted value calculation means for calculating a predicted value of the estimated intake air amount based on a predetermined prediction algorithm;
Control command value calculating means for calculating the control command value so that the estimated intake air amount converges to the target intake air amount according to a predicted value of the estimated intake air amount;
Control means for controlling the intake valve timing variable device according to the calculated control command value;
An intake air amount control device for an internal combustion engine, comprising: 前記制御指令値算出手段は、所定の応答指定型制御アルゴリズムにさらに応じて、前記制御指令値を算出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。The intake air amount control for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the control command value calculating means calculates the control command value further according to a predetermined response assignment control algorithm. apparatus. 前記吸気バルブタイミング可変装置は、
回動支点に回動自在に支持され、当該回動により前記吸気弁を開閉駆動する吸気ロッカアームと、
互いに同じ回転数で回転する第１および第２吸気カムシャフトと、
当該第１および第２吸気カムシャフト間の相対的な位相を変更する吸気カム位相可変機構と、
前記第１吸気カムシャフトに設けられ、当該第１吸気カムシャフトの回転に伴って回転することにより、前記吸気ロッカアームを前記回動支点の回りに回動させる第１吸気カムと、
前記第２吸気カムシャフトに設けられ、当該第２吸気カムシャフトの回転に伴って回転することにより、前記吸気ロッカアームの前記回動支点を移動させる第２吸気カムと、
を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。The intake valve timing variable device is:
An intake rocker arm that is rotatably supported by a rotation fulcrum and that opens and closes the intake valve by the rotation;
First and second intake camshafts rotating at the same rotational speed;
An intake cam phase variable mechanism that changes a relative phase between the first and second intake camshafts;
A first intake cam that is provided on the first intake camshaft and rotates with the rotation of the first intake camshaft to rotate the intake rocker arm about the rotation fulcrum;
A second intake cam that is provided on the second intake camshaft and moves with the rotation of the second intake camshaft to move the rotation fulcrum of the intake rocker arm;
The intake air amount control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, further comprising: 前記吸気カム位相可変機構は、油圧の供給により駆動される油圧駆動式の吸気カム位相可変機構で構成されており、
前記制御手段は、当該油圧駆動式の吸気カム位相可変機構に供給される油圧を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の吸入空気量制御装置。The intake cam phase variable mechanism is composed of a hydraulically driven intake cam phase variable mechanism driven by supply of hydraulic pressure,
6. The intake air amount control device for an internal combustion engine according to claim 5, wherein the control means controls a hydraulic pressure supplied to the hydraulic drive type intake cam phase varying mechanism.
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