JP2005320923A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 可変バルブタイミング装置の制御精度を確保しながら、ＥＣＵの演算負荷を軽減できるようにする。
【解決手段】 コントローラ４１によって規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が十分に小さくなるように可変バルブタイミング装置３２の制御デューティを算出し、作動環境の変化等により規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が大きくなったときに、パラメータ調整機構４２によって、その差が十分に小さくなるようにコントローラ４１のパラメータを調整する。そして、目標バルブタイミングの変化又は実バルブタイミングの変化が小さいときに、パラメータ調整機構４２の演算周期とコントローラ４１の演算周期を通常の演算周期よりも長い演算周期に設定して、可変バルブタイミング装置３２の制御精度を確保しながら、ＥＣＵ３９の演算負荷を軽減する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の制御に用いる制御対象の入力を演算する内燃機関の制御装置に関するものである。

近年、車両に搭載される内燃機関の制御システムにおいては、製造ばらつき、環境条件や運転条件等の変化に対するロバスト安定性の向上を目的として、例えば、特許文献１（特開昭６２−２６１６６０号公報）に記載されているようにモデル規範型適応制御を用いた燃料ポンプ制御や、特許文献２（特開平７−１０９９４３号公報）に記載されているように最適レギュレータを用いたアイドル制御が提案されている。

しかし、適応制御や最適レギュレータ等の複雑な制御理論を用いた制御は、行列を含んだ複雑な四則演算や多数の過去の情報を含んだ繰り返し演算等を必要とするため、特に高速処理が要求される制御（例えば、可変バルブタイミング制御、空燃比制御、電子スロットル制御等）に適用すると、車載コンピュータの演算負荷が増大してしまうという問題がある。このため、車載コンピュータを高性能化する必要が生じ、低コスト化、標準化、軽量化等の要求を満たすことが困難となる。

そこで、例えば、特許文献３（特開平８−２９１７４２号公報）に記載されているように、燃料噴射量をＴＤＣ毎に演算する燃料噴射制御に適応制御を導入した制御システムにおいて、ＴＤＣ間隔が短くなる高回転領域では、ＴＤＣ間隔よりも長い周期で適応制御の適応パラメータを演算することで、時間当りの演算量を低減して、車載コンピュータの演算負荷を低減することが提案されている。
特開昭６２−２６１６６０号公報（第１頁等） 特開平７−１０９９４３号公報（第２頁等） 特開平８−２９１７４２号公報（第２頁〜第３頁等）

ところで、例えば、可変バルブタイミング制御では、図１０及び図１１に示すように、アイドルのオン／オフ、エンジン回転速度、エンジン負荷等に応じて目標バルブタイミングを設定し、実バルブタイミングが目標バルブタイミングに一致するように可変バルブタイミング装置の制御入力（例えば油圧制御弁の制御デューティ）を演算するようにしている。

この場合、目標バルブタイミングと実バルブタイミングがほぼ一定値で安定している定常時には、制御系の演算周期を長くしても、可変バルブタイミング装置の制御精度にあまり影響はないが、目標バルブタイミングが変化し、それに伴って実バルブタイミングが変化する過渡時には、制御系の演算周期を長くすると、可変バルブタイミング装置の応答遅れの影響が顕著に現れて可変バルブタイミング制御精度が悪化してしまう。

しかし、上記特許文献３の技術では、定常や過渡を考慮せずに単に高回転領域のときに制御系の演算周期を長くするだけであるため、例えば、可変バルブタイミング制御に上記特許文献３の技術を適用して、高回転領域のときに可変バルブタイミング装置の制御系の演算周期を長くすると、目標バルブタイミングや実バルブタイミングが変化する過渡時に制御系の演算周期を長くしてしまうことがあり、可変バルブタイミング制御精度が悪化してしまうという問題が発生する。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、制御対象の制御精度を確保しながら、制御装置の演算負荷を軽減することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の内燃機関の制御装置は、内燃機関の制御に用いる制御対象の出力を制御出力検出手段により検出し、その制御対象の出力が目標値に一致するように該制御対象の入力を制御入力演算手段により演算するシステムにおいて、目標値の変化又は制御対象の出力の変化が小さいときに制御入力演算手段の演算周期を演算周期調整手段により長くするようにしたものである。

この構成では、目標値の変化や制御対象の出力の変化が小さいとき（定常時）に、制御対象の入力を演算する周期を長くして、制御装置の演算負荷を軽減することができるので、目標値の変化や制御対象の出力の変化が大きい過渡時の制御対象の制御精度を確保しながら、定常時には制御装置の演算負荷を軽減することができる。

また、請求項２，３のように、制御入力演算手段によって、制御対象の動特性を模擬した制御対象モデルを用いて該制御対象の入力を演算すると共に、パラメータ調整手段によって、制御対象の入力又は目標値と制御対象の出力との関係に基づいて制御対象モデルのパラメータ又は制御入力演算手段のパラメータを調整し、目標値の変化又は制御対象の出力の変化が小さいときにパラメータ調整手段の演算周期を長くするようにしても良い。この場合、制御入力演算手段の演算周期とパラメータ調整手段の演算周期の両方を長くしても良いし、いずれか一方のみを長くしても良い。

制御対象の入力又は目標値と制御対象の出力との関係に基づいて制御対象モデルのパラメータ又は制御入力演算手段のパラメータを調整すれば、制御対象モデルのパラメータ又は制御入力演算手段のパラメータを制御対象の動特性の変化に応じた適正な値に調整することができる。これにより、作動環境、製造ばらつき、経時変化等によって制御対象の動特性が変化した場合でも、その制御対象の動特性の変化に応じて制御対象の入力を自動的に調整して、作動環境、製造ばらつき、経時変化等による制御対象の動特性の変化を補償することができ、過渡時の制御対象の制御特性を安定させて過渡時の制御対象の制御精度を高めることができる。一般に、上述したパラメータ調整は演算量が非常に多くなるため、目標値の変化や制御対象の出力の変化が小さいときに、パラメータ調整手段の演算周期を長くして、パラメータを調整する周期を長くすれば、制御対象の制御精度を確保しながら、制御装置の演算負荷を更に軽減することができる。

また、請求項４のように、目標値の変化又は制御対象の出力の変化が小さいときにパラメータ調整手段によるパラメータ調整を停止するようにしても良い。このようにしても、制御対象の制御精度を確保しながら、制御装置の演算負荷を軽減することができる。

また、請求項５のように、制御対象の望ましい入出力特性を模擬した規範モデルを設定し、該規範モデルに目標値を入力したときに得られる該規範モデルの出力と制御対象の出力との差を小さくするように制御対象の入力を演算するようにすると良い。このようにすれば、制御対象の動特性の変化を規範モデルによって精度良く補償することができる。

尚、本発明は、請求項６のように、油圧駆動源で駆動する制御対象の制御技術に適用したり、或は、請求項７のように、電気駆動源で駆動する制御対象の制御技術に適用しても良い。

また、本発明は、例えば、請求項８のように、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの開閉特性を可変する可変バルブ装置の制御技術に適用しても良い。一般に、Ｖ型エンジン等の多気筒エンジンでは、気筒グループ毎に可変バルブ装置を設けるようにしている。更に、吸気バルブと排気バルブに、それぞれ可変バルブ装置を設けることもある。これらの複数の可変バルブ装置をそれぞれ独立して制御する場合、制御装置の演算負荷が増大するが、本発明を適用することで、複数の可変バルブ装置をそれぞれ独立して制御する場合でも、制御装置の演算負荷を十分に軽減することができる。

以下、本発明を内燃機関の可変バルブタイミング装置に適用した２つの実施例１，２を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図１１に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１５と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２２には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒２３が設けられ、この触媒２３の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２５が取り付けられている。

また、図２に示すように、エンジン１１は、クランク軸２６からの動力がタイミングチェーン２７（又はタイミングベルト）により各スプロケット２８，２９を介して吸気側カム軸３０と排気側カム軸３１とに伝達されるようになっている。更に、吸気側カム軸３０には、油圧駆動式の可変バルブタイミング装置３２が設けられている。この可変バルブタイミング装置３２によってクランク軸２６に対する吸気側カム軸３０の回転位相（カム軸位相）を可変するすることで、吸気側カム軸３０によって開閉駆動される吸気バルブ３３のバルブタイミングを可変するようになっている。この可変バルブタイミング装置３２の油圧回路には、オイルパン３４内の作動油（エンジンオイル）がオイルポンプ３５により供給され、その油圧を油圧制御弁３６（ＯＣＶ）で制御することで、吸気バルブ３３のバルブタイミングが制御される。

また、吸気側カム軸３０の外周側には、所定のカム角毎にカム角信号を出力するカム角センサ３７が取り付けられている。一方、クランク軸２６の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ３８が取り付けられている。このクランク角センサ３８の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出され、カム角センサ３７の出力信号とクランク角センサ３８の出力信号とに基づいて吸気バルブ３３の実バルブタイミングが検出される。

前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３９に入力される。このＥＣＵ３９は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御する。

また、ＥＣＵ３９は、図４乃至図９に示すバルブタイミング制御用の各プログラムを実行することで、カム角センサ３７の出力信号とクランク角センサ３８の出力信号とに基づいて実バルブタイミングを算出すると共に、エンジン運転状態等に基づいて目標バルブタイミングを算出し、実バルブタイミングが目標バルブタイミングに一致するように可変バルブタイミング装置３２（油圧制御弁３６）の制御デューティを算出する。

その際、ＥＣＵ３９は、図３に示すように、モデル規範型適応制御を実行する。このモデル規範型適応制御を実行するために、制御対象（可変バルブタイミング装置）３２の理想的な入出力特性（応答特性）を模擬した規範モデル４０を設定し、コントローラ４１（制御入力演算手段）によって規範モデル４０の出力と制御対象３２の出力（実バルブタイミング）との差が十分に小さい値（０付近）になるように制御入力（制御デューティ）を算出する。また、油温などの作動環境の変化等により制御対象３２の動特性（入出力特性）に変化が生じると、規範モデル４０の出力と制御対象３２の出力との差が大きくなるが、パラメータ調整機構４２（パラメータ調整手段）によって、その差が十分に小さい値（０付近）になるようにコントローラ４１のパラメータを調整する。

更に、ＥＣＵ３９は、目標バルブタイミングの演算周期当りの変化量ΔＶＴtgが所定値α以上、且つ、実バルブタイミングの演算周期当りの変化量ΔＶＴが所定値β以上のときには、パラメータ調整機構４２の演算周期（コントローラ４１のパラメータを調整する周期）とコントローラ４１の演算周期（制御対象３２の制御入力を演算する周期）を通常の演算周期Ｔ1 に設定して、制御対象の３２の制御精度を確保する。

一方、目標バルブタイミングの演算周期当りの変化量ΔＶＴtgが所定値αよりも小さいとき、又は、実バルブタイミングの演算周期当りの変化量ΔＶＴが所定値βよりも小さいときには、パラメータ調整機構４２の演算周期とコントローラ４１の演算周期を通常の演算周期Ｔ1 よりも長い演算周期Ｔ2 に設定して、ＥＣＵ３９の演算負荷を軽減する。

以下、本実施例のモデル規範型適応制御の制御系の設計について説明する。
まず、システム同定法等により制御対象（可変バルブタイミング装置）３２の動特性を模擬した制御対象モデルを次式のような線形モデルで与える。

ここで、ｕ（ｋ）は入力（制御デューティ）、ｙ（ｋ）は出力（実バルブタイミング）である。また、ａ1 は１回前の出力にかかる重み係数、ａ2 は２回前の出力にかかる重み係数、ｂは入力にかかる重み係数、ｂ1 は１回前の入力にかかる重み係数である。これらの重み係数は、例えば最小二乗法により算出すれば良い。

次に、制御対象モデルに基づくコントローラ４１の設計について説明する。
まず、制御対象（可変バルブタイミング装置）３２の理想的な入出力特性を模擬した規範モデル４０を次式で与える。

ここで、ｕｍ（ｋ）は入力（目標バルブタイミング）、ｙｍ（ｋ）は出力（実バルブタイミング）である。また、ａｍ1 は１回前の出力にかかる重み係数、ａｍ2 は２回前の出力にかかる重み係数、ｂｍは入力にかかる重み係数、ｂｍ1 は１回前の入力にかかる重み係数、ｂｍ2 は２回前の入力にかかる重み係数である。

コントローラ４１は、上記（１）式の制御対象モデルの出力ｙ（ｋ）と上記（２）式の規範モデルの出力ｙｍ（ｋ）とを漸近的に一致させる制御入力ｕ（ｋ）を求めるように次式で与える。

ここで、ｂ0 及びＢＲ（ｚ^-1）とＳ（ｚ^-1）の多項式の係数ｂｒ1 ，ｂｒ2 ，ｂｒ3 ，ｂｒ4 ，ｓ0 ，ｓ1 ，ｓ2 は、未知のパラメータであり、パラメータ調整機構４２により制御対象３２の出力（実バルブタイミング）と規範モデル４０の出力ｙｍ（ｋ）との差が小さくなる又は０になるように調整される。
また、パラメータ調整機構４２は、次式で与える。

以上説明したモデル規範型適応制御は、ＥＣＵ３９により図４乃至図９に示すプログラムに従って実行される。以下、これらのプログラムの処理内容を説明する。

［演算周期調整］
図４に示す演算周期調整プログラムは、エンジン運転中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう演算周期調整手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、カム角センサ３７、クランク角センサ３８等の出力信号を読み込む。

この後、ステップ１０２に進み、カム角センサ３７の出力信号とクランク角センサ３８の出力信号とに基づいて実バルブタイミングＶＴを算出する。このステップ１０２の処理が特許請求の範囲でいう制御出力検出手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０３に進み、目標バルブタイミングＶＴtgを算出する。その際、アイドル時には、図１０に示すアイドル時の目標バルブタイミングのマップを用いて、現在のエンジン回転速度ＮＥに応じた目標バルブタイミングＶＴtgを算出する。一方、非アイドル時には、図１１に示す非アイドル時の目標バルブタイミングのマップを用いて、現在のエンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷ｇｎ（例えば吸入空気量）とに応じた目標バルブタイミングＶＴtgを算出する。

この後、ステップ１０４に進み、目標バルブタイミングの今回値ＶＴtg(n) と前回値ＶＴtg(n-1) とを用いて次式により目標バルブタイミングの演算周期当りの変化量ΔＶＴtg（絶対値）を算出する。
ΔＶＴtg＝｜ＶＴtg(n) −ＶＴtg(n-1) ｜

この後、ステップ１０５に進み、実バルブタイミングの今回値ＶＴ(n) と前回値ＶＴ(n-1) とを用いて次式により実バルブタイミングの演算周期当りの変化量ΔＶＴ（絶対値）を算出する。
ΔＶＴ＝｜ＶＴ(n) −ＶＴ(n-1) ｜

この後、ステップ１０６で、目標バルブタイミングの変化量ΔＶＴtgが所定値αよりも小さいか否かを判定し、ステップ１０７で、実バルブタイミングの変化量ΔＶＴが所定値βよりも小さいか否かを判定する。

その結果、上記ステップ１０６で、目標バルブタイミングの変化量ΔＶＴtgが所定値α以上であると判定され、且つ、上記ステップ１０７で、実バルブタイミングの変化量ΔＶＴが所定値β以上であると判定された場合には、ステップ１０８に進み、演算周期調整フラグＸＴＩＭＥを「１」にセットする（又は維持する）。

一方、上記ステップ１０６で、目標バルブタイミングの変化量ΔＶＴtgが所定値αよりも小さいと判定された場合、又は、上記ステップ１０７で、実バルブタイミングの変化量ΔＶＴが所定値βよりも小さいと判定された場合には、ステップ１０９に進み、演算周期調整フラグＸＴＩＭＥを「０」にリセットする（又は維持する）。

［バルブタイミング制御］
図５に示すバルブタイミング制御プログラムは、演算周期調整フラグＸＴＩＭＥが「１」にセットされているときには、比較的短い第１の演算周期Ｔ1 （例えば１６ｍｓ）で実行され、演算周期調整フラグＸＴＩＭＥが「０」にリセットされているときには、第１の演算周期Ｔ1 よりも長い第２の演算周期Ｔ2 （例えば３２〜６４ｍｓ）で実行される。

本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、演算周期調整フラグＸＴＩＭＥで設定された演算周期で、後述する図６のパラメータ逐次調整プログラムを実行して、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が十分に小さくなるようにコントローラ４１のパラメータθ（ｋ）を調整する。

この後、ステップ２０２に進み、演算周期調整フラグＸＴＩＭＥで設定された演算周期で、後述する図８の制御入力算出プログラムを実行して、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が十分に小さくなるように制御デューティを算出する。

この後、ステップ２０３に進み、演算周期調整フラグＸＴＩＭＥで設定された演算周期で、補助制御領域判定プログラム（図示せず）を実行して、補助制御領域であるか否かを判定する処理を行った後、本プログラムを終了する。

［パラメータ逐次調整］
次に、図５のバルブタイミング制御プログラムのステップ２０１で実行される図６のパラメータ逐次調整プログラムの処理内容を説明する。本プログラムが起動されると、まず、ステップ３０１で、カム角センサ３７とクランク角センサ３８の出力に基づいて算出する実バルブタイミングの読み飛ばしが無いか否かを判定する。

その結果、実バルブタイミングの読み飛ばしが有ると判定された場合（つまり実バルブタイミングが本プログラムの実行間隔以内に検出されない場合）には、ステップ３０２以降のパラメータ調整に関する処理を行わずに、ステップ３０６に進み、コントローラ４１のパラメータの今回値θ（ｋ）を前回値θ（ｋ−１）のまま維持する。

一方、上記ステップ３０１で、実バルブタイミングの読み飛ばしが無いと判定された場合には、ステップ２０２以降のパラメータ調整に関する処理を次のようにして実行する。まず、ステップ３０２で、後述する図７の規範モデル設定プログラムを実行して、規範モデル４０の各パラメータを算出し、規範モデル４０を設定する。

この後、ステップ３０３に進み、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差ε（ｋ）を算出した後、ステップ３０４に進み、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差ε（ｋ）の絶対値が所定値ε0 よりも大きいか否かを判定する。ここで、所定値ε0 は、許容誤差に相当する値に設定されている。

その結果、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差ε（ｋ）の絶対値が所定値ε0 よりも大きいと判定された場合には、ステップ３０５に進み、上記（６）〜（１０）式を用いて、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差ε（ｋ）が十分に小さくなるようにコントローラ４１のパラメータθ（ｋ）を調整する。

その後、上記ステップ３０４で、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差ε（ｋ）の絶対値が所定値ε0 以下であると判定されたときに、コントローラ４１のパラメータθ（ｋ）の補正を停止して、ステップ３０６に進み、コントローラ４１のパラメータの今回値θ（ｋ）を前回値θ（ｋ−１）のまま維持する。

［規範モデル設定］
図６のステップ３０２で実行される図６の規範モデル設定プログラムでは、まず、ステップ４０１で、クランク角センサ３８で検出したエンジン回転速度ＮＥを読み込み、次のステップ４０２で、冷却水温センサ２５で検出した冷却水温を読み込む。尚、油温を検出する油温センサを備えたシステムの場合には、油温センサで検出した油温を読み込むようにしても良い。

この後、ステップ４０３に進み、現在の冷却水温（又は油温）とエンジン回転速度ＮＥとに応じた規範モデル４０の各パラメータａｍ1 ａｍ2 ，ｂｍ，ｂｍ1 ，ｂｍ2 をマップ等を用いて算出する。これにより、現在の冷却水温（又は油温）とエンジン回転速度ＮＥとに対応した適正な規範モデル４０を設定する。

［制御入力算出］
次に、図５のバルブタイミング制御プログラムのステップ２０２で実行される図８の制御入力算出プログラムの処理内容を説明する。本プログラムが起動されると、まず、ステップ５０１で、カム角センサ３７とクランク角センサ３８の出力に基づいて算出する実バルブタイミングの読み飛ばしが無いか否かを判定する。

その結果、実バルブタイミングの読み飛ばしが有ると判定された場合（つまり実バルブタイミングが本プログラムの実行間隔以内に検出されない場合）には、ステップ５０２に進み、上記（１）式の制御対象モデルの出力（又は規範モデル４０の出力）を実バルブタイミングの代用情報として読み込んだ後、ステップ５０３に進む。

一方、実バルブタイミングの読み飛ばしが無いと判定された場合には、ステップ５０２の処理を飛び越してステップ５０３に進む。
このステップ５０３で、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングと制御デューティの過去の履歴を読み込み、ステップ５０４で、図６のパラメータ逐次調整プログラムで設定したコントローラ４１のパラメータθ（ｋ）を読み込む。

この後、ステップ５０５に進み、上記（３）式を用いて、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が十分に小さくなるように制御デューティを算出する。
この後、ステップ５０６に進み、後述する図９の低温補助制御プログラムを実行した後、ステップ５０７に進み、最終的な制御デューティを決定する。

［低温補助制御］
図８のステップ５０６で実行される図９の低温補助制御プログラムでは、まず、ステップ６０１で、冷却水温（又は油温）を読み込み、ステップ６０２で、図６のパラメータ逐次調整プログラムで設定したコントローラ４１のパラメータθ（ｋ）を読み込む。

この後、ステップ６０３で、冷却水温（又は油温）が所定値ｂよりも低いか否かによって、低温状態であるか否かを判定し、次のステップ６０４で、コントローラ４１のパラメータθ（ｋ）の定常ゲインが所定値ｅよりも大きいか否かを判定する。

その結果、上記ステップ６０３とステップ６０４のいずれか一方で「Ｎｏ」と判定された場合には、不感帯除去制御（ステップ６０５）を実行することなく、そのまま本プログラムを終了する。

一方、上記ステップ６０３とステップ６０４の両方で「Ｙｅｓ」と判定された場合、つまり、低温状態であると判定され、且つ、コントローラ４１のパラメータθ（ｋ）の定常ゲインが所定値ｅよりも大きいと判定された場合には、可変バルブタイミング装置３２の特性に線形性がなくなる領域、つまり、不感帯であると判断して、ステップ６０５に進み、不感帯除去制御を実行する。この不感帯除去制御では、補助的な信号を入力したり、可変バルブタイミング装置３２の制御入力に適当な処理を施す（例えば、制御入力をｎ乗したり、制御入力の対数をとる）ことにより、疑似的に可変バルブタイミング装置３２の特性に線形性を持たせて、制御性を確保する。

以上の処理により、演算周期調整フラグＸＴＩＭＥが「１」にセットされているとき、つまり、目標バルブタイミングの変化量ΔＶＴtgが所定値α以上、且つ、実バルブタイミングの変化量ΔＶＴが所定値β以上のときには、短い方の演算周期Ｔ1 で図６のパラメータ逐次調整プログラム及び図８の制御入力算出プログラムを実行して、短い方の演算周期Ｔ1 でコントローラ４１のパラメータを調整すると共に可変バルブタイミング装置３２の制御デューティを演算する。これにより、目標バルブタイミングの変化や実バルブタイミングの変化が大きい過渡時の可変バルブタイミング装置３２の制御精度を確保することができる。

一方、演算周期調整フラグＸＴＩＭＥが「０」にリセットされているとき、つまり、目標バルブタイミングの変化量ΔＶＴtgが所定値αよりも小さいとき、又は、実バルブタイミングの変化量ΔＶＴが所定値βよりも小さいときには、短い方の演算周期Ｔ1 よりも長い演算周期Ｔ2 で図６のパラメータ逐次調整プログラム及び図８の制御入力算出プログラムを実行して、長い方の演算周期Ｔ2 でコントローラ４１のパラメータを調整すると共に可変バルブタイミング装置３２の制御デューティを演算する。これにより、目標バルブタイミングの変化や実バルブタイミングの変化が小さい定常時には、ＥＣＵ３９の演算負荷を軽減することができる。

また、本実施例１では、可変バルブタイミング装置３２の動特性を模擬した制御対象モデルの出力（実バルブタイミング）と、可変バルブタイミング装置３２の理想的な入出力特性を模擬した規範モデル４０の出力とを漸近的に一致させる制御デューティを求めるようにコントローラ４１を構成し、作動環境の変化等により可変バルブタイミング装置３２の動特性に変化が生じて、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が大きくなったときに、パラメータ調整機構４２によって、その差が十分に小さくなるようにコントローラ４１のパラメータθ（ｋ）を逐次調整するようにしたので、作動環境、製造ばらつき、経時変化等によって可変バルブタイミング装置３２の動特性が変化した場合でも、その可変バルブタイミング装置３２の動特性の変化に応じて制御デューティを自動的に補正して、過渡時の可変バルブタイミング装置３２の制御精度を高めることができ、可変バルブタイミング装置３２の過渡応答性のばらつきによるトルクばらつきを防止することができる。

前記実施例１では、目標バルブタイミングの変化量ΔＶＴtgが所定値αよりも小さいとき、又は、実バルブタイミングの変化量ΔＶＴが所定値βよりも小さいときに、第１の演算周期Ｔ1 よりも長い第２の演算周期Ｔ2 でコントローラ４１のパラメータを調整するようにしたが、本発明の実施例２では、図１２に示すバルブタイミング制御プログラムを実行することで、目標バルブタイミングの変化量ΔＶＴtgが所定値αよりも小さいとき、又は、実バルブタイミングの変化量ΔＶＴが所定値βよりも小さいとき（定常時）に、コントローラ４１のパラメータ調整を停止するようにしている。

図１２に示すバルブタイミング制御プログラムは、短い方の演算周期Ｔ1 （例えば１６ｍｓ）で実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１ａで、演算周期調整フラグＸＴＩＭＥが「０」にリセットされているか否かを判定する。

その結果、演算周期調整フラグＸＴＩＭＥが「１」にセットされていると判定された場合には、ステップ２０１に進み、短い方の演算周期Ｔ1 で、図６のパラメータ逐次調整プログラムを実行して、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が十分に小さくなるようにコントローラ４１のパラメータθ（ｋ）を調整する。

一方、上記ステップ２０１ａで、演算周期調整フラグＸＴＩＭＥが「０」にリセットされていると判定された場合には、ステップ２０１を飛び越してステップ２０２に進む。これにより、図６のパラメータ逐次調整プログラムの実行が禁止されて、コントローラ４１のパラメータ調整が停止される。

この後、ステップ２０２で、短い方の演算周期Ｔ1 で、図８の制御入力算出プログラムを実行し、次のステップ２０３で、短い方の演算周期Ｔ1 で、補助制御領域判定プログラム（図示せず）を実行した後、本プログラムを終了する。

以上の処理により、演算周期調整フラグＸＴＩＭＥが「１」にセットされているとき、つまり、目標バルブタイミングの変化量ΔＶＴtgが所定値α以上、且つ、実バルブタイミングの変化量ΔＶＴが所定値β以上のとき（過渡時）には、短い方の演算周期Ｔ1 で図６のパラメータ逐次調整プログラムを実行して、短い方の演算周期Ｔ1 でコントローラ４１のパラメータを調整する。

一方、演算周期調整フラグＸＴＩＭＥが「０」にリセットされているとき、つまり、目標バルブタイミングの変化量ΔＶＴtgが所定値αよりも小さいとき、又は、実バルブタイミングの変化量ΔＶＴが所定値βよりも小さいときには、図６のパラメータ逐次調整プログラムの実行を禁止して、コントローラ４１のパラメータ調整を停止する。

このようにしても、目標バルブタイミングの変化や実バルブタイミングの変化が大きい過渡時の可変バルブタイミング装置３２の制御精度を確保しながら、目標バルブタイミングの変化や実バルブタイミングの変化が小さいときのＥＣＵ３９の演算負荷を軽減することができる。

尚、本実施例２では、目標バルブタイミングの変化や実バルブタイミングの変化が小さいときに、コントローラ４１のパラメータ調整を停止すると共に短い方の演算周期Ｔ1 で可変バルブタイミング装置３２の制御デューティを演算するようにしたが、長い方の演算周期Ｔ2 でコントローラ４１のパラメータを調整すると共に、短い方の演算周期Ｔ1 で可変バルブタイミング装置３２の制御デューティを演算するようにしても良い。

また、上記各実施例１，２では、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が十分に小さくなるようにコントローラ４１のパラメータを逐次調整するシステムに本発明を適用したが、規範モデル４０の出力と実バルブタイミングとの差が十分に小さくなるように制御対象モデルのパラメータを逐次調整するシステムに本発明を適用しても良い。

また、上記各実施例１，２では、本発明を吸気バルブのバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング装置に適用したが、本発明は、吸気バルブのバルブリフト量やバルブ開弁期間を可変する可変バルブ装置、排気バルブのバルブ開閉特性（バルブタイミング、バルブリフト量、バルブ開弁期間のうちの少なくとも１つ）を可変する可変バルブ装置に広く適用することができる。

一般に、Ｖ型エンジン等の多気筒エンジンでは、気筒グループ毎に可変バルブ装置を設けるようにしている。更に、吸気バルブと排気バルブに、それぞれ可変バルブ装置を設けることもある。これらの複数の可変バルブ装置をそれぞれ独立して制御する場合、制御装置の演算負荷が増大するが、本発明を適用することで、複数の可変バルブ装置をそれぞれ独立して制御する場合でも、制御装置の演算負荷を大幅に軽減することができる。

また、上記各実施例１，２では、油圧駆動式の可変バルブ装置に本発明を適用したが、電気駆動式（例えばモータ駆動式）の可変バルブ装置に本発明を適用しても良い。更に、本発明は、可変バルブ装置に限定されず、内燃機関の制御に用いる種々の制御対象（例えば電子スロットル装置、空燃比制御装置等）に広く適用することができる。

また、上記各実施例１，２では、本発明を規範モデルや制御対象モデルを用いた制御系に適用したが、規範モデルや制御対象モデルを用いた制御系に限定されず、本発明は、制御対象の出力が目標値に一致するように制御対象の入力を演算する種々の制御系に適用することができる。

本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 バルブタイミング制御システムの概略構成図である。 モデル規範型適応制御の機能を示すブロック図である。 演算周期調整プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のバルブタイミング制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 パラメータ逐次調整プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 規範モデル設定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 制御入力算出プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 低温補助制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 アイドル時の目標バルブタイミングのマップの一例を概念的に示す図である。 非アイドル時の目標バルブタイミングのマップの一例を概念的に示す図である。 実施例２のバルブタイミング制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２２…排気管、２５…冷却水温センサ、３２…可変バルブタイミング装置、３３…吸気バルブ、３４…オイルパン、３５…オイルポンプ、３６…油圧制御弁、３７…カム角センサ、３８…クランク角センサ、３９…ＥＣＵ（制御出力検出手段，演算周期調整手段，パラメータ調整停止手段）、４０…規範モデル、４１…コントローラ（制御入力演算手段）、４２…パラメータ調整機構（パラメータ調整手段）

Claims (8)

1. 内燃機関の制御に用いる制御対象の出力を検出する制御出力検出手段と、前記制御対象の出力が目標値に一致するように該制御対象の入力を演算する制御入力演算手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
   前記目標値の変化又は前記制御対象の出力の変化が小さいときに前記制御入力演算手段の演算周期を長くする演算周期調整手段を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御入力演算手段は、前記制御対象の動特性を模擬した制御対象モデルを用いて該制御対象の入力を演算し、
   前記制御対象の入力又は前記目標値と該制御対象の出力との関係に基づいて前記制御対象モデルのパラメータ又は前記制御入力演算手段のパラメータを調整するパラメータ調整手段を備え、
   前記演算周期調整手段は、前記目標値の変化又は前記制御対象の出力の変化が小さいときに前記制御入力演算手段の演算周期及び前記パラメータ調整手段の演算周期を長くすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関の制御に用いる制御対象の出力を検出する制御出力検出手段と、前記制御対象の出力が目標値に一致するように該制御対象の入力を演算する制御入力演算手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
   前記制御入力演算手段は、前記制御対象の動特性を模擬した制御対象モデルを用いて該制御対象の入力を演算し、
   前記制御対象の入力又は前記目標値と該制御対象の出力との関係に基づいて前記制御対象モデルのパラメータ又は前記制御入力演算手段のパラメータを調整するパラメータ調整手段と、
   前記目標値の変化又は前記制御対象の出力の変化が小さいときに前記パラメータ調整手段の演算周期を長くするパラメータ演算周期調整手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 内燃機関の制御に用いる制御対象の出力を検出する制御出力検出手段と、前記制御対象の出力が目標値に一致するように該制御対象の入力を演算する制御入力演算手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
   前記制御入力演算手段は、前記制御対象の動特性を模擬した制御対象モデルを用いて該制御対象の入力を演算し、
   前記制御対象の入力又は前記目標値と該制御対象の出力との関係に基づいて前記制御対象モデルのパラメータ又は前記制御入力演算手段のパラメータを調整するパラメータ調整手段と、
   前記目標値の変化又は前記制御対象の出力の変化が小さいときに前記パラメータ調整手段によるパラメータ調整を停止するパラメータ調整停止手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 前記制御入力演算手段は、前記制御対象の望ましい入出力特性を模擬した規範モデルを設定し、該規範モデルに前記目標値を入力したときに得られる該規範モデルの出力と前記制御対象の出力との差を小さくするように前記制御対象の入力を演算することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制御対象は、油圧駆動源で駆動されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記制御対象は、電気駆動源で駆動されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記制御対象は、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの開閉特性を可変する可変バルブ装置であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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