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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