JP2008215360A

JP2008215360A - 自在動弁系と可変圧縮機構を備えた内燃機関を制御する装置

Info

Publication number: JP2008215360A
Application number: JP2008146311A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yasui; 裕司安井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2008-09-18

Abstract

【課題】バルブとピストンの接触を回避する。
【解決手段】バルブのリフト量を変更することができる可変リフト機構と燃焼室内の圧縮比を変更することができる可変圧縮比機構を備える内燃機関のための制御装置は、要求されるエンジン出力が増加している時は、リフト量の増加レートよりも圧縮比の減少レートが速くなるように、要求されるエンジン出力が減少している時は、圧縮比の増加レートよりもリフト量の減少レートが速くなるように、可変圧縮比機構および可変リフト機構を制御する。バルブの位相を変更することができる可変位相機構を備える場合には、制御装置は、要求されるエンジン出力が増加している時は、位相の遅角側への変化レートよりも圧縮比の減少レートが速くなるように、要求されるエンジン出力が減少している時は、圧縮比の増加レートよりも位相の進角側への変化レートが速くなるように、可変圧縮比機構および可変位相機構を制御する。
【選択図】図８

Description

この発明は、自在動弁系と可変圧縮機構を備えた内燃機関を制御する装置に関する。

内燃機関の動弁系には、吸排気バルブのリフト量を可変に制御することができるものがある。吸排気バルブのこのような制御により、所望のエンジン出力を生成することができる。一方、エンジンの燃焼室内の圧縮比を可変に制御する可変圧縮比機構が提案されている。

下記の特許文献１には、ピストンの上死点位置を変更することにより圧縮比を変更する可変圧縮比機構を用いた場合における、ピストンと吸気弁との干渉を解決する手法が記載されている。この手法によると、ピストンの上死点位置が高くなる高圧縮比状態では、吸気弁を開く時期を遅角し、または吸気弁のリフト量を減らす。
特開平２００１−２６３０９９号公報

バルブのリフト量によってエンジン出力を制御することにより、ポンピングロスを低減し、燃費向上を図ることができる。また、圧縮比を運転状態に基づいて変更することにより、低負荷では燃焼安定性を向上させ、高負荷では、ノッキングを抑制するのに点火時期をリタードする量を低減することができる。

圧縮比が高いほど、ピストンの上死点の位置は、シリンダヘッドに近づく。図２４の（ａ）および（ｃ）に示されるように、圧縮比が低い時は、ピストンの上死点の位置が低いので、バルブのリフト量にかかわらず、バルブとピストンが接触するおそれはない。図２４の（ｂ）に示されるように、圧縮比が高い時、バルブのリフト量が小さければ、バルブとピストンが接触するおそれはない。しかしながら、図２４の（ｄ）に示されるように、圧縮比が高い時にバルブのリフト量が大きい状態が、たとえば動弁系および（または）圧縮比機構の過渡状態において生じるおそれがある。高圧縮比における高リフトの状態では、バルブとピストンが衝突するおそれがあり、このような衝突は、エンジンを損傷させるおそれがある。

このような衝突を回避するには、ピストンに“逃げ（いわゆる、リセス）”を大きく設けることが考えられる。しかしながら、このような“逃げ”をピストンに設けると、ピストン上部の形状が複雑になり、燃焼状態を悪化させるおそれがある。

したがって、バルブのリフト量を変化させることのできる動弁系と圧縮比を変化させることのできる可変圧縮機構を備えるエンジンにおいて、バルブとピストンの衝突を回避することのできる制御装置が必要とされている。

さらに、動弁系の中には、バルブの位相を可変に制御することができるものがある。このような動弁系と可変圧縮機構を備えるエンジンには、以下のような問題が生じる。図２５の（ａ）を参照すると、符号１０１はバルブのリフト量を示し、符号１０２はピストンの位置を示す。ピストンが上死点にほぼ達したとき、バルブが開き始める（時刻ｔ１）。このような、通常の位相または遅角された位相でバルブが開く場合には、バルブとピストンが衝突するおそれはない。しかしながら、図２５の（ｂ）を参照すると、バルブの位相が進角されており、よってピストンが上死点に達する前にバルブが開き始める。このような場合には、バルブとピストンが衝突するおそれがある（時刻ｔ２）。

したがって、バルブの位相を変化させることのできる動弁系をさらに備えるエンジンにおいて、バルブとピストンの衝突を回避することのできる制御装置が必要とされている。

この発明の一つの側面によると、バルブのリフト量を変更することができる可変リフト機構と燃焼室内の圧縮比を変更することができる可変圧縮比機構を備える内燃機関のための制御装置が提供される。該制御装置は、要求されるエンジン出力が増加している時は、リフト量の増加レート（増加速度）よりも、圧縮比の減少レート（減少速度）が速くなるように、可変圧縮比機構および可変リフト機構を制御する。また、要求されるエンジン出力が減少している時は、圧縮比の増加レートよりも、リフト量の減少レートが速くなるように、可変圧縮比機構および可変リフト機構を制御する。この発明によれば、要求されるエンジン出力に応じた吸気量を実現しつつ、バルブとピストンの接触を回避することができる。

この発明の一実施形態では、バルブの位相を変更することができる可変位相機構をさらに備える。制御装置は、要求されるエンジン出力が増加している時は、位相の遅角側への変化レート（変化速度）よりも、圧縮比の減少レートが速くなるように、可変圧縮比機構および可変位相機構を制御する。要求されるエンジン出力が減少している時は、圧縮比の増加レートよりも、位相の進角側への変化レートが速くなるように、可変圧縮比機構および可変位相機構を制御する。この発明によれば、要求されるエンジン出力に応じた吸気量を実現しつつ、バルブとピストンの接触を回避することができる。

この発明の他の側面によると、内燃機関の燃焼室内の圧縮比を制御する圧縮比コントローラと、内燃機関のバルブのリフト量を制御するリフトコントローラと、を備える。さらに、要求されるエンジン出力に基づいて、圧縮比およびリフト量のうちの１つをマスターパラメータとして選択し、他をスレーブパラメータとして選択するマスタースレーブ切換部を備える。マスタースレーブ切換部は、圧縮比コントローラおよびリフトコントローラのうち、該マスターパラメータを制御するコントローラをマスターコントローラに指定し、該スレーブパラメータを制御するコントローラをスレーブコントローラに指定する。マスターコントローラは、要求されるエンジン出力に基づいて、該マスターパラメータについての目標値を算出し、該目標値に収束するようマスターパラメータを制御する。スレーブコントローラは、マスターパラメータが制御された結果としての該マスターパラメータの実測値に基づいて、スレーブパラメータについての目標値を算出し、該目標値に収束するようスレーブパラメータを制御する。こうして、マスターパラメータの変化レート（変化速度）が、スレーブパラメータの変化レート（変化速度）よりも速くなるようにする。

この発明によれば、スレーブパラメータがマスターパラメータに追従するように、マスターおよびスレーブパラメータが制御されるので、要求されるエンジン出力に応じた吸気量を実現しつつ、バルブとピストンが接触することを回避することができる。

この発明の一実施形態によれば、内燃機関のバルブの位相を制御する位相コントローラをさらに備える。マスタースレーブ切換部は、さらに、要求されるエンジン出力に基づいて、圧縮比、リフト量および位相のうちの１つをマスターパラメータとして選択し、他をスレーブパラメータとして選択する。マスタースレーブ切換部は、圧縮比コントローラ、リフトコントローラおよび位相コントローラのうち、該マスターパラメータを制御するコントローラをマスターコントローラに指定し、該スレーブパラメータを制御するコントローラをスレーブコントローラに指定する。

この発明の一実施形態では、マスタースレーブ切換部は、要求されるエンジン出力が増加している時は、圧縮比をマスターパラメータに選択し、リフト量をスレーブパラメータに選択する。マスタースレーブ切換部は、要求されるエンジン出力が減少している時は、リフト量をマスターパラメータに選択し、圧縮比をスレーブパラメータに選択する。この発明によれば、要求されるエンジン出力の増減に従って、マスターおよびスレーブパラメータが切り換えられるので、要求されるエンジン出力に応じた吸気量を実現しつつ、バルブとピストンの接触を回避することができる。

この発明の一実施形態では、マスタースレーブ切換部は、内燃機関が極低負荷であって、要求されるエンジン出力が増加している時は、圧縮比をマスターパラメータに選択し、リフト量および位相をスレーブパラメータに選択する。また、マスタースレーブ切換部は、内燃機関が極低負荷であって、要求されるエンジン出力が減少している時は、位相をマスターパラメータに選択し、リフト量および圧縮比をスレーブパラメータに選択する。この発明によれば、エンジンが極低負荷にあることに応じて、マスターおよびスレーブパラメータが切り換えられるので、要求されるエンジン出力に応じた吸気量を実現しつつ、バルブとピストンの接触を回避することができる。

この発明の他の実施形態によると、内燃機関が極低負荷であるときは、リフトコントローラは、位相コントローラにより制御された結果としての位相の実測値に基づいて、リフト量の目標値を設定する。この発明によれば、エンジンが極低負荷にあるときは、位相コントローラによって微小の吸気量を制御することができる。

この発明の他の実施形態によると、マスターコントローラは、マスターパラメータの目標値への応答速度を指定可能な応答指定型制御を実施するよう構成され、スレーブコントローラは、スレーブパラメータの目標値への応答速度を指定可能な応答指定型制御を実施するよう構成される。マスターパラメータについての応答速度は、スレーブパラメータについての応答速度よりも速くなるように設定される。この発明によれば、マスターパラメータをスレーブパラメータよりも速く収束させることができるので、スレーブパラメータがマスターパラメータを追い越すことを、より確実に回避することができる。

この発明の他の側面によれば、内燃機関への吸気量を、要求されるエンジン出力を実現する目標吸気量に収束させるための吸気量補正値を算出する吸気量コントローラをさらに備える。マスターコントローラは、該吸気量補正値に基づいて、マスターパラメータの目標値を算出する。この発明によれば、実際の吸気量が目標吸気量に追従する精度を向上させることができる。

この発明の一実施形態によれば、吸気量コントローラは、吸気量の目標吸気量への応答速度を指定可能な応答指定型制御を実施する。該吸気量コントローラは、該応答速度を、要求されるエンジン出力の増減に従って設定する。この発明によれば、要求駆動力が増加している時は、吸気量の応答性を速くして、ドライバビリティを向上させることができる。また、一実施形態では、該応答速度を、エンジン負荷に従って設定する。この発明によれば、エンジン負荷に従って、必要なエンジン出力を早期に達成することができる。

この発明の一実施形態によると、吸気量コントローラによる吸気量補正値の演算周期は、マスターおよびスレーブコントローラによるマスターパラメータおよびスレーブパラメータの演算周期よりも長く設定される。この発明によれば、マスターおよびスレーブパラメータの目標値が、比較的遅い応答特性を持つ吸気量の変化に適合した周期で設定されるので、該吸気量に良好な精度で追従するようマスターパラメータおよびスレーブパラメータを制御することができる。また、可変圧縮比機構、可変リフト機構および可変位相機構の挙動には、フリクション等に起因する非線形性が現れることがある。マスターおよびスレーブパラメータの制御を、比較的短い周期で実行することで、このような非線形性の影響がマスターおよびスレーブパラメータに現れるのを抑制することができる。

内燃機関および制御装置の構成
次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の実施形態に従う、内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）およびその制御装置の全体的な構成図である。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インターフェース１ａ、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ１ｂ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有するメモリ１ｃ、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース１ｄを備えている。メモリ１ｃのＲＯＭには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。この発明に従う制御のためのプログラムは、該ＲＯＭに格納される。ＲＯＭは、ＥＰＲＯＭのような書き換え可能なＲＯＭでもよい。ＲＡＭには、ＣＰＵ１ｂによる演算のための作業領域が設けられる。車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、ＲＡＭに一時的に記憶される。

エンジン２は、たとえば４サイクルのエンジンである。エンジン２は、吸気バルブ３を介して吸気管４に連結され、排気バルブ５を介して排気管６に連結されている。ＥＣＵ１からの制御信号に従って、燃料を噴射する燃料噴射弁７が、吸気管４に設けられている。

エンジン２は、吸気管３から吸入される空気と、燃料噴射弁７から噴射される燃料との混合気を、燃焼室８に吸入する。燃料室８には、ＥＣＵ１からの点火時期信号に従って火花を飛ばす点火プラグ９が設けられている。点火プラグ９による火花により、混合気は燃焼する。燃焼により混合気の体積は増大し、これによりピストン１０を下方に押し下げる。ピストン１０の往復運動は、クランク軸１１の回転運動に変換される。

エンジン２には、クランク角センサ１７が設けられている。クランク角センサ１７は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ１に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（たとえば、３０度）で出力されるパルス信号である。ＥＣＵ１は、該ＣＲＫ信号に応じ、エンジン２の回転数ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、ピストン１０のＴＤＣ位置に関連したクランク角度で出力されるパルス信号である。

吸気管４の上流には、エアフローメータ（ＡＦＭ）２０が設けられている。エアフローメータ２０は、吸気管４を介して燃焼室８に吸入される空気量を検出し、それをＥＣＵ１に送る。

カム角センサ２１が、ＥＣＵ１に接続されている。カム角センサ２１は、吸気カムを介して吸気バルブ３に連結されたカムシャフト（図示せず）の回転に伴い、所定のカム角（たとえば、１度）ごとに、パルス信号であるＣＡＭ信号をＥＣＵ１に出力する。ＥＣＵ１は、ＣＲＫ信号とＣＡＭ信号に基づいて、吸気カムのクランク軸１１に対する実際の位相Ｃａｉｎを算出する。

アクセルペダル開度センサ２２が、ＥＣＵ１に接続されている。アクセルペダル開度センサ２２は、アクセルペダルの開度を検出し、それをＥＣＵ１に送る。

車速センサ２３およびシフトセンサ２４が、ＥＣＵ１に接続されており、それぞれ、車速および選択されている変速比を検出し、それをＥＣＵ１に送る。

可変圧縮比機構２５は、ＥＣＵ１からの制御信号に従って、燃焼室内の圧縮比を変更することができる機構である。可変圧縮比機構２５は、任意の既知の手法により実現することができる。たとえば、油圧を利用してピストンの位置を変更することにより、運転状態に応じて圧縮比を変更する手法が提案されている（特開平０８−２８４７０２号公報など）。

可変圧縮比機構２５は、燃焼室の容積変化を検出するためのセンサを備える。燃焼室の容積変化はＥＣＵ１に送られ、ＥＣＵ１は、燃焼室の容積変化に基づいて実際の圧縮比Ｃｒを演算する。代替的に、実圧縮比Ｃｒを他の手法で測定するようにしてもよい。たとえば、クランク軸の回転角を検出し、該回転角に基づいて圧縮比を求めるようにしてもよい。

可変リフト機構２６は、ＥＣＵ１からの制御信号に従って、吸気バルブ３のリフト量を変更することができる機構である。可変リフト機構２６は、任意の既知の手法により実現することができる。たとえば、いわゆるＶＴＥＣと呼ばれる機構は、複数の異なる形状のカムを設け、運転状態に応じてカムを切り換える。選択されたカムに従い、吸排気バルブのリフト量を異なる（たとえば、特開平７−１９７８４６号公報など）。当然ながら、排気バルブ５のリフト量をも変更することができるように可変リフト機構２６を構成することができる。

可変リフト機構２６は、吸気バルブの実際のリフト量Ｌｉｆｔを検出するための機構を備える。たとえば、吸気バルブを駆動するアクチュエータの変位を検出するセンサを備え、ＥＣＵ１は、該検出された変位に基づいて実リフト量Ｌｉｆｔを求めることができる。

可変位相機構（ＶＴＣと呼ばれる）２７は、ＥＣＵ１からの制御信号に従って、吸気バルブ３の開閉タイミングを変更することができる機構である。可変位相機構２７は、任意の既知の手法により実現することができる。たとえば、油圧を利用することにより、吸気バルブの位相を進角または遅角に制御する手法が提案されている（特開２０００−２２７０３３号公報など）。当然ながら、排気バルブ５の位相をも変更することができるように可変位相機構２７を構成することができる。

代替的に、可変リフト機構と可変位相機構を一体的に構成してもよい。以下の説明では、可変リフト機構と可変位相機構をまとめて指すときには、自在動弁系と呼ぶことがある。

ＥＣＵ１に向けて送られた信号は入力インターフェース１ａに渡され、アナログ−デジタル変換される。ＣＰＵ１ｂは、変換されたデジタル信号を、メモリ１ｃに格納されているプログラムに従って処理し、車両のアクチュエータに送るための制御信号を作り出す。出力インターフェース１ｄは、これらの制御信号を、燃料噴射弁７、点火プラグ９、およびその他の機械要素のアクチュエータに送る。

本願発明の原理
本発明の理解を助けるため、図２および図３を参照して、本願発明の原理を説明する。

図２の（ａ）は、エンジンの運転状態に応じて設定すべき圧縮比のマップである。吸気量が大きいほど、圧縮比は低くなるよう制御される必要がある。

図２の（ｂ）は、エンジンの運転状態に応じて設定すべき吸気バルブのリフト量のマップである。吸気量が大きいほど、リフト量は大きくなるよう制御される必要がある。

吸気量は、典型的に、運転手によって要求される駆動力（エンジン出力とも呼ばれ、典型的には、アクセルペダル開度ＡＰにより表される）に従って変化する。図２の（ａ）および（ｂ）から、吸気バルブとピストンの接触は、以下のような場合に生じることがわかる。

１）要求駆動力が減少している場合において、リフト量の減少速度よりも圧縮比の増加速度の方が速い場合。

２）要求駆動力が増加している場合において、圧縮比の減少速度よりもリフト量の増加速度の方が速い場合。

図３の（ａ）は、バルブとピストンが衝突する場合を示す。バルブのリフト量は符号３１により表され、ピストンの位置は符号３２により表されている。符号３５は上記１）の場合の衝突を示し、符号３６は上記２）の場合の衝突を示す。

図３の（ｂ）は、バルブとピストンが衝突しない場合を示す。要求駆動力が減少している領域３７では、リフト量の減少速度の方が、圧縮比の増加速度よりも速いので、バルブとピストンが衝突するおそれはない。要求駆動力が増加している領域３８では、圧縮比の減少速度の方が、リフト量の増加速度よりも速いので、バルブとピストンが衝突するおそれはない。

本願発明では、図３の（ｂ）のように、バルブのリフト量および圧縮比を制御し、バルブとピストンの衝突を回避する。

本願発明の一実施形態では、この制御を実現するため、マスタースレーブ機構を構築する。エンジンの運転状態に基づいて、圧縮比、リフト量および位相のうちの１つをマスターパラメータとして選択する。その他のパラメータは、スレーブパラメータと呼ばれる。マスターパラメータは、吸気量が目標吸気量に収束するように制御される。スレーブパラメータは、マスターパラメータの制御が行われた結果としての該マスターパラメータの実測値に基づいて、制御される。このようなマスタースレーブ式の制御により、マスターパラメータの変化レートが、スレーブパラメータの変化レートよりも速くなるようにする。

図３の（ｂ）のような制御を実現するには、以下のａ）およびｂ）のようにマスター／スレーブパラメータを決定すればよい。

ａ）要求される駆動力が増加している場合において、圧縮比をマスターパラメータとし、リフト量をスレーブパラメータとする。

ｂ）要求される駆動力が減少している場合において、リフト量をマスターパラメータとし、圧縮比をスレーブパラメータとする。

リフト量の変化に対する吸気量の応答性は、位相の変化に対する吸気量の応答性よりも良好である。したがって、エンジンが極低負荷にない時は、位相は、リフト量の実測値に基づいて制御される。マスタースレーブ制御により、リフト量が、ピストンとバルブの衝突を回避するよう制御されるので、このような位相の制御によってピストンとバルブが衝突するおそれはない。

一方、エンジンが極低負荷のとき、微少の吸気量を制御する必要がある。微少の吸気量を制御するには、高精度（たとえば、マイクロメートルのオーダー）でリフト量を変化させる必要がある。このような高精度のリフト量の制御を可変リフト機構により実現することは、困難な場合がある。可変位相機構は、位相を微少に（たとえば、１度等）変化させることができ、よって吸気量を微少に変化させることができる。したがって、エンジンが極低負荷にある場合には、リフト量を、位相の実測値に基づいて制御する。

図４を参照して、マスターおよびスレーブパラメータを決定するためのルールについて具体的に説明する。ここで、実線は実測値を示し、点線は目標値を示す。

Ｍｏｄｅ１は、エンジンが極低負荷であり、要求駆動力が増加しているモードを示す。圧縮比は低くなるよう制御され、リフト量は増加するよう制御され、位相は遅角側へと制御される。要求駆動力が増加している状態では、圧縮比をマスターパラメータに選択し、リフト量の増加レートよりも圧縮比の減少レートの方が速くなるようにする。吸気量が目標吸気量に収束するように、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄが設定される。可変圧縮比機構２５は、実圧縮比Ｃｒが目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄに達するよう動作する。エンジンが極低負荷にあるので、前述したように、リフト量に先だって位相が制御される。目標位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄが、可変圧縮比機構２５により達成された実圧縮比Ｃｒに基づいて設定される。可変位相機構２７は、実位相Ｃａｉｎが目標位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに達するよう動作する。次に、目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄが、可変位相機構２７により達成された実位相Ｃａｉｎに基づいて設定される。可変リフト機構２６は、リフト量Ｌｉｆｔが目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄに達するよう動作する。

Ｍｏｄｅ３は、エンジンが低負荷から高負荷に変化し、要求駆動力が増加しているモードを示す。圧縮比は低くなるよう制御され、リフト量は増加するよう制御され、位相は遅角側へと制御される。Ｍｏｄｅ３では、Ｍｏｄｅ１と同様に、圧縮比がマスターパラメータとして選択され、リフト量の増加レートよりも圧縮比Ｃｒの減少レートの方が速くなるようにする。吸気量が目標吸気量に収束するように、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄが設定される。可変圧縮比機構２５は、実圧縮比Ｃｒが目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄに達するよう動作する。エンジンが極低負荷ではないので、リフト量が、位相よりも先に制御される。目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄが、可変圧縮比機構２５により達成された実圧縮比Ｃｒに基づいて設定される。可変リフト機構２６は、実リフト量Ｌｉｆｔが目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄに達するよう動作する。次に、目標位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄが、可変リフト機構２６により達成された実リフト量Ｌｉｆｔに基づいて設定される。可変位相機構２７は、実位相Ｃａｉｎが目標位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに達するよう動作する。

Ｍｏｄｅ４は、エンジンが高負荷から低負荷に変化し、要求駆動力が減少しているモードを示す。圧縮比は高くなるよう制御され、リフト量は減少するよう制御され、位相は進角側へと制御される。要求駆動力が減少している状態では、リフト量Ｌｉｆｔをマスターパラメータとして選択し、圧縮比Ｃｒの増加レートよりもリフト量の減少レートの方が速くなるようにする。吸気量が目標吸気量に収束するように、目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄが設定される。可変リフト機構２６は、実リフト量Ｌｉｆｔが目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄに達するよう動作する。目標位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄと目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄが、可変リフト機構２６により達成された実リフト量Ｌｉｆｔに基づいて設定される。可変位相機構２７は、実位相Ｃａｉｎが目標位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに達するよう動作し、可変圧縮比機構２５は、実圧縮比Ｃｒが目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄに達するよう動作する。

Ｍｏｄｅ２は、エンジンが極低負荷であり、要求駆動力が減少しているモードを示す。圧縮比は高くなるよう制御され、リフト量は減少するよう制御され、位相は進角側へと制御される。エンジンが極低負荷にあるので、位相がマスターパラメータとして選択される。リフト量は位相に追従するよう制御され、圧縮比はリフト量に追従するよう制御される。こうして、圧縮比の増加レートよりもリフト量の減少レートの方が速くなるようにする。吸気量が目標吸気量に収束するように、目標位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄが設定される。可変位相機構２７は、実位相Ｃａｉｎが目標位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに達するよう動作する。目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄが、可変位相機構２７により達成された実位相Ｃａｉｎに基づいて設定される。可変リフト機構２６は、実リフト量Ｌｉｆｔが目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄに達するよう動作する。次に、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄが、可変リフト機構２６により達成された実リフト量Ｌｉｆｔに基づいて設定される。可変圧縮比機構２５は、実圧縮比Ｃｒが目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄに達するよう動作する。

図５は、上記の、Ｍｏｄｅ１〜Ｍｏｄｅ４におけるマスターおよびスレーブパラメータの決定手法をまとめて一覧にしたものである。

スレーブパラメータの目標値が、マスターパラメータの実測値に基づいて決定されており、マスターパラメータの目標値に基づいては決定されない点に注意されたい。この効果を、図６および図７を参照して説明する。図において、実測値は実線で示され、目標値は点線で示されている。

図６は、スレーブパラメータの目標値を、マスターパラメータの目標値に基づいて決定する場合を示す。この例では、マスターパラメータは圧縮比であり、リフト量および位相はスレーブパラメータである。目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄは、所望の要求駆動力を達成するよう算出される。目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄは、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄに基づいて算出される。

時間ｔ１〜ｔ２にわたり、外乱が印加されている。外乱の印加により、実圧縮比Ｃｒが目標値Ｃｒ＿ｃｍｄに追従することができない状態が生じている（領域４１）。実圧縮比Ｃｒは、目標値Ｃｒ＿ｃｍｄよりも高い状態に至っている。

目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄは、目標圧縮比Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに基づいて決定される。目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄに収束するように、実リフト量Ｌｉｆｔが制御される。その結果、領域４２に示されるように、高圧縮比において高リフトの状態に至り、バルブとピストンが衝突する。このように、マスターパラメータの目標値に基づいてスレーブパラメータの目標値を決定すると、外乱等が印加された場合に、ピストンとバルブが衝突するおそれがある。

図７は、スレーブパラメータの目標値を、マスターパラメータの実測値に基づいて決定する場合を示す。時間ｔ１〜ｔ２にわたり、外乱が印加されている。目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄは、所望の要求駆動力を達成するよう算出される。目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄは、実際に検出された圧縮比Ｃｒに基づいて算出される。

外乱の印加により、実圧縮比Ｃｒが目標値Ｃｒ＿ｃｍｄよりも高い状態が生じている（領域４５）。目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄは、検出された実圧縮比Ｃｒに基づいて決定されているので、高圧縮比において低リフトの状態に至り、よってバルブとピストンが衝突するおそれはない（領域４６）。

このように、スレーブパラメータの目標値を、マスターパラメータの実測値に基づいて算出することにより、マスターパラメータの実測値と目標値との間に偏差が生じても、バルブとピストンの衝突を回避することができる。

マスタースレーブ制御装置
図８は、本願発明の一実施形態に従う、マスタースレーブ制御装置の機能ブロック図である。各機能ブロックは、典型的には、メモリ１ｃに格納されたプログラムにより実施される。

目標吸気量算出部５１は、エンジンの現在の運転状態に基づいて、目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを算出する。たとえば、車速ＶＰ、アクセルペダルの開度ＡＰ、変速比ＳＦＴ等に基づいて、目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄを決定することができる。

マスタースレーブ切換部５２は、要求駆動力の増減と、エンジン負荷の大きさとに基づいて、図５に示されるようなルールに従い、Ｍｏｄｅ１〜４のうちの１つを選択する。マスタースレーブ切換部５２は、選択されたモードを示すモード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅを出力する。

この実施例では、マスタースレーブ切換部５２は、目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄの変化から、要求駆動力が増大しているのか、それとも減少しているのかを判断する。また、この実施例では、エンジン負荷の大きさを判断するのに、実際の位相と実際のリフト量を用いる。代替的に、要求駆動力の増減およびエンジン負荷の大きさを判断するのに、他の運転状態パラメータを用いてもよい。

選択されたモードに従って、マスターパラメータおよびスレーブパラメータが決まる。以下の説明では、圧縮比コントローラ５４、リフトコントローラ５５および位相コントローラ５６のうち、マスターパラメータを制御するコントローラをマスターコントローラと呼び、スレーブパラメータを制御するコントローラをスレーブコントローラと呼ぶことがある。

吸気量コントローラ５３は、エンジンに実際に吸入される空気量Ｇｃｙｌを、目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに収束させるための補正値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｐを算出する。この補正値が、マスターコントローラへの制御入力となる。

図に示されるように、モード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅは、吸気量コントローラ５３に渡されるのが好ましい。吸気量コントローラ５３は、どのモードが選択されたかに従い、実吸気量Ｇｃｙｌの目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄへの収束速度を変更することができる。

モード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅは、また、各コントローラ５４〜５６にも送られる。値１を持つ信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅがマスタースレーブ切り換え部５２から配信された場合を説明する。Ｍｏｄｅ１におけるマスターパラメータは圧縮比である。圧縮比コントローラ５４は、補正値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｐに基づいてＧｃｙｌ−Ｃｒマスターテーブルを参照し、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄを求める。Ｇｃｙｌ−Ｃｒマスターテーブルの一例が、図９の（ａ）に示されている。圧縮比コントローラ５４は、実圧縮比Ｃｒが目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄに収束するように、可変圧縮比機構２５を駆動するための指令値Ｕ＿Ｃｒを算出する。

位相コントローラ５６は、指令値Ｕ＿Ｃｒに従って可変圧縮比機構２５が駆動された時の結果としての圧縮比Ｃｒを受け取る。位相コントローラ５６は、実圧縮比Ｃｒに基づいてＣｒ−Ｃａｉｎテーブルを参照し、目標位相Ｃｉａｎ＿ｃｍｄを求める。Ｃｒ−Ｃａｉｎテーブルの一例が、図１１の（ｂ）に示されている。位相コントローラ５６は、実位相Ｃａｉｎが目標位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに収束するように、可変位相機構２７を駆動するための指令値Ｕ＿Ｃａｉｎを算出する。

リフトコントローラ５５は、指令値Ｕ＿Ｃａｉｎに従って可変位相機構２７が駆動された時の結果としての位相Ｃａｉｎを受け取る。リフトコントローラ５５は、実位相Ｃａｉｎに基づいてＣａｉｎ−Ｌｉｆｔテーブルを参照し、目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄを求める。Ｃａｉｎ−Ｌｉｆｔテーブルの一例が、図１０の（ｃ）に示されている。リフトコントローラ５５は、実リフト量Ｌｉｆｔが目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄに収束するように、可変リフト機構２６を駆動するための指令値Ｕ＿Ｌｉｆｔを算出する。

こうして、図４および図５のＭｏｄｅ１に示される制御が達成される。

次に、値２を持つＭｏｄｅ＿ｓｔａｔｅ信号がマスタースレーブ切り換え部５２から配信された場合を説明する。Ｍｏｄｅ２におけるマスターパラメータは位相である。位相コントローラ５６は、補正値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｐに基づいてＧｃｙｌ−Ｃａｉｎマスターテーブルを参照し、目標位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄを求める。Ｇｃｙｌ−Ｃａｉｎマスターテーブルの一例が、図１１の（ａ）に示されている。位相コントローラ５６は、実位相Ｃａｉｎが目標位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに収束するように、可変位相機構２７を駆動するための指令値Ｕ＿Ｃａｉｎを算出する。

圧縮比コントローラ５４は、指令値Ｕ＿Ｌｉｆｔに従って可変リフト機構２６が駆動された時の結果としてのリフト量Ｌｉｆｔを受け取る。圧縮比コントローラ５４は、実リフト量Ｌｉｆｔに基づいてＬｉｆｔ−Ｃｒテーブルを参照し、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄを求める。Ｌｉｆｔ−Ｃｒテーブルの一例が、図９の（ｂ）に示されている。圧縮比コントローラ６４は、実圧縮比Ｃｒが目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄに収束するように、可変圧縮比機構２５を駆動するための指令値Ｕ＿Ｃｒを算出する。

こうして、図４および図５のＭｏｄｅ２に示される制御が達成される。

次に、値３を持つＭｏｄｅ＿ｓｔａｔｅ信号がマスタースレーブ切り換え部５２から配信された場合を説明する。Ｍｏｄｅ３におけるマスターパラメータは圧縮比である。圧縮比コントローラ５４は、補正値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｐに基づいてＧｃｙｌ−Ｃｒマスターテーブルを参照し、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄを求める。Ｇｃｙｌ−Ｃｒマスターテーブルの一例が、図９の（ａ）に示されている。圧縮比コントローラ５４は、実圧縮比Ｃｒが目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄに収束するように、可変圧縮比機構２５を駆動するための指令値Ｕ＿Ｃｒを算出する。

リフトコントローラ５５は、指令値Ｕ＿Ｃｒに従って可変圧縮比機構２５が駆動された時の結果としての圧縮比Ｃｒを受け取る。リフトコントローラ５５は、実圧縮比Ｃｒに基づいてＣｒ−Ｌｉｆｔテーブルを参照し、目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄを求める。Ｃｒ−Ｌｉｆｔテーブルの一例が、図１０の（ｂ）に示されている。リフトコントローラ５５は、実リフト量Ｌｉｆｔが目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄに収束するように、可変リフト機構２６を駆動するための指令値Ｕ＿Ｌｉｆｔを算出する。

位相コントローラ５６は、指令値Ｕ＿Ｌｉｆｔに従って可変リフト機構２６が駆動された時の結果としてのリフト量Ｌｉｆｔを受け取る。位相コントローラ５６は、実リフト量Ｌｉｆｔに基づいてＬｉｆｔ−Ｃａｉｎテーブルを参照し、目標位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄを求める。Ｌｉｆｔ−Ｃａｉｎテーブルの一例が、図１１の（ｃ）に示されている。位相コントローラ５６は、実位相Ｃａｉｎが目標位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに収束するように、可変位相機構２７を駆動するための指令値Ｕ＿Ｃａｉｎを算出する。

こうして、図４および図５のＭｏｄｅ３に示される制御が達成される。

次に、値４を持つＭｏｄｅ＿ｓｔａｔｅ信号がマスタースレーブ切り換え部５２から配信された場合を説明する。Ｍｏｄｅ４におけるマスターパラメータはリフト量である。

リフトコントローラ５５は、補正値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｐに基づいてＧｃｙｌ−Ｌｉｆｔマスターテーブルを参照し、目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄを求める。Ｇｃｙｌ−Ｌｉｆｔマスターテーブルの一例が、図１０の（ａ）に示されている。リフトコントローラ５５は、実リフト量Ｌｉｆｔが目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄに収束するように、可変リフト機構２６を駆動するための指令値Ｕ＿Ｌｉｆｔを算出する。

圧縮比コントローラ５４は、指令値Ｕ＿Ｌｉｆｔに従って可変リフト機構２６が駆動された時の結果としてのリフト量Ｌｉｆｔを受け取る。圧縮比コントローラ５４は、実リフト量Ｌｉｆｔに基づいてＬｉｆｔ−Ｃｒテーブルを参照し、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄを求める。Ｌｉｆｔ−Ｃｒテーブルの一例が、図９の（ｂ）に示されている。圧縮比コントローラ５４は、実圧縮比Ｃｒが目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄに収束するように、可変圧縮比機構２５を駆動するための指令値Ｕ＿Ｃｒを算出する。

こうして、図４および図５のＭｏｄｅ４に示される制御が達成される。

次に、図８に示される各機能ブロックについて説明する。

吸気量コントローラ
吸気量コントローラ５３は、実際の吸気量を目標吸気量に収束させるために、マスタースレーブ切換部５２により選択されたマスターコントローラへの制御入力、すなわち上記の補正値Gcyl_cmd_cpを算出する。この制御入力の算出手法について説明する。

エンジンの吸気量についての動特性について考えると、今回のサイクルにおける吸気量Gcyl(n)は、吸気量の過去値Gcyl(n-1)およびGcyl(n-2)に依存して決まり、式（１）のように表すことができる。ｎは、吸気量コントローラ５３によって実施される演算サイクルを識別する識別子である。

Gcylは、エアフローメータ２０（図１）により検出された吸気量を示す。dgiは、補正値Gcyl_cmd_cpがマスターコントローラに入力されてから、該補正値を反映した吸気量が実際にエンジンに吸入されるまでのむだ時間を示す。Ag1i、Ag2iおよびBg1iは、モデルパラメータである。

どのコントローラがマスターとして選択されるかに従い、吸気量コントローラ５３の制御対象についての伝達関数が異なりうる。したがって、むだ時間およびモデルパラメータの値は、選択されたモードに従って決定されるのが好ましい。この実施例では、dgi、Ag1i、Ag2iおよびBg1iの表記中の“ｉ”は、選択されたモードの番号を表す。たとえば、dg1、Ag11、Ag21、およびBg11は、Ｍｏｄｅ１についてのむだ時間およびモデルパラメータを表す。

吸気量コントローラ５３の詳細な機能ブロック図を図１２に示す。状態予測器７１は、検出された吸気量Gcylに基づいて、上記のむだ時間dgiを補償するように、吸気量の予測値Pre_Gcylを算出する。２自由度スライディングモードコントローラ７２は、応答指定型制御を実施し、予測値Pre_Gcylが目標値Gcyl_cmd（正確には、後述するように、Gcyl_cmd_fである）に収束するように、制御入力Gcyl_cmd_cpを算出する。同定器７３は、式（１）に示されるモデルパラメータAg1i、Ag2iおよびBg1i（正確には、後述するように、モデルパラメータAg1i、Ag2iおよびBg1iに基づくパラメータαg1i、αg2i、βg1i、．．．γg1i）を逐次的に同定する。モデルパラメータAg1i、Ag2iおよびBg1iを同定するのに、基準値を用いる。この基準値は、モード毎に、予めメモリ１ｃに記憶されている。スケジューラ７４は、モード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅが示す値に基づいて、選択されたモードについての基準値を抽出し、それを同定器７３に渡す。

以下、それぞれの機能ブロックについて詳細を説明する。まず、状態予測器７１について説明する。

式（１）におけるむだ時間dgiを補償するのに必要な値はGcyl(n+dgi-1)である。そこで、吸気動特性を表すモデル式（１）を、(dgi-1)ステップだけ未来にシフトする。

式（２）は、観測不可能な未来値Gcyl(n+dgi-2)およびGcyl(n+dgi-3)を含んでいるので、これらの未来値を消去する。消去は、以下に示すような再帰的な計算によって求めることができる。式（３）は、吸気量Gcylの予測式を表す。

予測式（３）に、モデル化誤差および予測誤差を補償するための外乱推定値γg1iを含める。式（４）が、状態予測器７１によって実行される、予測値Pre_Gcylを求めるための式である。モデルパラメータαg1i、αg2i、βg1i、．．．γg1iの表記中の“ｉ”も、モード番号を表すことに注意されたい。

次に、２自由度スライディングモードコントローラ７２について説明する。

２自由度スライディングモードコントローラ７２は、２自由度スライディングモード制御を用いて、制御入力Gcyl_cmd_cpを算出する。スライディングモード制御は、制御量の収束速度を指定することができる応答指定型制御である。２自由度スライディングモード制御は、スライディングモード制御を発展させた形態を持ち、制御量の目標値に対する追従速度と、外乱が印加された時の制御量の収束速度とを、個別に指定することができる。前者を、目標値応答指定パラメータPOLEgc_fiと呼び、後者を、外乱抑制のための応答指定パラメータPOLEgciと呼ぶ。

式（５）に従い、目標値応答指定パラメータPOLEgc_fiを用いて、目標値Gcyl_cmdに一次遅れフィルタ（ローパスフィルタ）を適用する。目標値応答指定パラメータPOLEgc_fiは、−１＜POLEgc_fi＜０を満たすよう設定される。

式（５）に示されるように、目標値応答指定パラメータPOLEgc_fiの値により、目標値Gcyl_cmdの軌道が修正され、新たな目標値Gcyl_cmd_fが設定される。この新たな目標値Gcyl_cmd_fに予測値Pre_Gcylが収束するように、制御入力Gcyl_cmd_cpが算出される。応答指定パラメータPOLEgc_fiによって目標値Gcyl_cmdの軌道をどのように修正するかに従い、予測値Pre_Gcylの目標値Gcyl_cmd_cpへの追従速度を制御することが可能となる。

２自由度スライディングモード制御を実施するため、切り換え関数σgcを定義する。切り換え関数σgcにより、予測値Pre_Gcylの目標値Gcyl_cmd_fに対する偏差の収束挙動が規定される。Ｅ_gcは、予測値Pre_Gcylと目標値Gcyl_cmd_fの偏差である。後述する等価制御入力の演算のため、偏差E_gcは、目標値の前回値Gcyl_cmd_f(n-1)を用いて算出される。外乱抑制のための応答指定パラメータPOLEgciは、−1<POLEgci<0を満たすよう設定される。

２自由度スライディングモードコントローラ７２は、式（７）に示されるように、切り換え関数σgcがゼロとなるように制御入力Gcyl_cmd_cpを決定する。

式（７）は、入力の無い一次遅れ系を示す。すなわち、スライディングモードコントローラ７２は、制御量Ｅ_gcを、式（７）に示される一次遅れ系に拘束するよう制御する。

図１３は、縦軸にＥ_gc(n)および横軸にＥ_gc(n-1)を有する位相平面を示す。位相平面には、式（７）によって表現される切り換え線８１が示されている。点８２を状態量（Ｅ_gc(n-1), Ｅ_gc(n)）の初期値と仮定すると、スライディングモードコントローラ７２は、該状態量を、切り換え線８１上に載せて該切り換え線８１上に拘束させる。状態量が入力の無い一次遅れ系に拘束されるので、状態量は、時間の経過とともに位相平面の原点（すなわち、Ｅ_gc(n), Ｅ_gc(n-1)=0）に自動的に収束する。状態量を切り換え線８１上に拘束することにより、外乱の影響を受けることなく、状態量を原点に収束させることができる。

図１４の符号８３、８４および８５は、外乱抑制のための応答指定パラメータPOLEgciが、それぞれ、−１、−０．８、−０．５の場合の偏差Ｅ_gcの収束速度を示す。応答指定パラメータPOLEgciの絶対値が小さくなるにつれ、偏差Ｅ_gcの収束速度は速くなる。

スライディングモードコントローラ７２は、制御入力Gcyl_cmd_cpを、式（８）に従って算出する。Ｕeq_gcは等価制御入力であり、状態量を切り換え線上に拘束するための入力である。Ｕrch_gcは到達則入力であり、状態量を切り換え線上に載せるための入力である。

等価制御入力Ｕeq_gcを求める手法について説明する。等価制御入力Ｕeq_gcは、位相平面上の任意の場所に、状態量をホールドする機能を持つ。したがって、式（９）を満たす必要がある。

式（９）と上記の予測式（４）に基づき、等価制御入力Ｕeqは、式（１０）のように求められる。

次に、式（１１）に従って到達則入力Ｕrch_gcを算出する。Ｋrchgciは、フィードバックゲインを示す。フィードバックゲインＫrchgciの値は、制御量の安定性および速応性等を考慮して、シミュレーション等を介して予め同定される。

こうして、等価制御入力Ｕeq_gcと到達則入力Ｕrch_gcとの和である制御入力Gcyl_cmd_cpが、吸気量コントローラ５３から出力される。

目標値応答指定パラメータPOLEgc_fi、外乱抑制のための応答指定パラメータPOLEgci、フィードバックゲインKrchgciにおける表記中の“ｉ”がモード番号を表す。各モードにおけるこれらのパラメータの値し、これらの値が、選択されたモードに従って設定されるのが好ましい。

この実施例では、目標値応答指定パラメータPOLEgc_fi、外乱抑制のための応答指定パラメータPOLEgciおよびフィードバックゲインKrchgciの各モードにおける値は、以下のような関係にある。

−１＜POLEgc_f2＜POLEgc_f1＜POLEgc_f4＜POLEgc_f3＜０
−１＜POLEgc2＜POLEgc1＜POLEgc4＜POLEgc3＜０
０＜Ｋｒｃｈｇｃ２＜Ｋｒｃｈｇｃ１＜Ｋｒｃｈｇｃ４＜Ｋｒｃｈｇｃ３
上記の関係から明らかなように、Ｍｏｄｅ３、４、１および２の順に、制御量の収束速度が速くなるように設定される。すなわち、要求駆動力が増加する時は、要求駆動力が減少する時に比べ、収束速度を速くする。こうして、要求駆動力が増加している時は、吸気量の応答性を速くして、ドライバビリティを向上させることができる。また、エンジンが低負荷〜高負荷にあるときは、極低負荷にあるときに比べ、収束速度を速くする。これにより、エンジンが通常の運転状態にあるときは、早期に所望のエンジン出力を生成して、ドライバビリティを向上させることができる。

むだ時間ｄｇｉの大きさは、マスターコントローラの種類に応じて適切な値に決定される。この実施例では、以下のような関係を満たすように、各モードのむだ時間は設定される。

ｄｇ４＜ｄｇ２＜ｄｇ３＜ｄｇ１
次に、同定器７３について説明する。同定器７３は、式（４）パラメータαg1i、αg2i、βg1i、βg2i、…βgdgi-1i、γg1iを同定する。これらのパラメータは、式（３）から明らかなように、モデル式（１）のモデルパラメータAg1i、Ag2i、およびBg1iに基づいており、よってこれらのパラメータを同定することにより、式（１）のモデルパラメータが同定される。

同定には、最小２乗法および最尤法などの既知の手法を用いることができる。この発明の一実施形態では、より効率的な手法であるδ修正法を用いる。δ修正法については、本願の出願人による、特許第３３０４８４５号公報に詳細が記載されている。ここでは、簡単に、δ修正法を用いてこれらのパラメータを同定する手法について説明する。

δ修正法に従う逐次型同定アルゴリズムは、式（１２）のように表される。同定すべきパラメータのベクトルθgc(n)の基準値θgc_baseは、モード毎に予め設定され（基準値の各要素の“i”が、モード番号を表している）、メモリ１ｃに記憶されている。スケジューラ７４は、モード信号Mode_stateの値に従って、対応する基準値θgc_base(n)をメモリ１ｃから抽出し、同定器７３に渡す。同定器７３は、基準値θgc_base(n)と、その更新成分ｄθgc(n)とを加算することにより、パラメータベクトルθgc(n)を算出する。

δは、式（１７）で表される忘却係数ベクトルである。忘却係数ベクトルδの各要素δ_１、δ_２、…は、ゼロより大きく１より小さい値に設定される。ただし、制御量の目標値に対する定常偏差をゼロとするために、δ_１、δ_２、…のうちのいずれか１つを値１に設定するのが好ましい。

δ修正法において、式（１３）に含まれる同定誤差ide_gc(n)は、式（１８）により表される。Gcyl_hatは、予測式（４）と、パラメータベクトルの前回値θgc(n-1)とに基づいて算出される。同定器７３は、予測式に基づいて算出された吸気量Gcyl_hatと、実吸気量Gcylとの差、すなわち同定誤差ide_gcがゼロになるように、パラメータベクトルθgcを決定する。

式（１３）に含まれるゲインKPgc(n)、式（２０）により表される。

δ修正法では、上記の式（１２）に示されるように、パラメータベクトルθgc(n)は、その基準値θgc_base(n)と、その更新分ｄθgc(n)との和で表される。制御対象の定常状態が継続したとき、モデルパラメータベクトルθgcが基準値θgc_baseに収束するので、パラメータベクトルのドリフトを回避することができる。

式（２０）の係数λ１およびλ２の設定により、同定アルゴリズムの種類が、以下のように決まる。

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（λは、０、１以外の所定値）
λ１＝＝λ、λ２＝１：重み付き最小２乗法アルゴリズム（λは、０、１以外の所定値）
各コントローラの構成
圧縮比コントローラ５４、リフトコントローラ５５および位相コントローラ５６は、吸気量コントローラ５３の構成と非常に似ているので、簡単に説明する。

圧縮比コントローラ５４は、圧縮比Crを目標圧縮比Cr_cmdに収束させるために、可変圧縮比機構２５を駆動するための指令値U_Crを算出する。圧縮比コントローラ５４は、前述したように、圧縮比がマスターパラメータとして選択されるＭｏｄｅ１およびＭｏｄｅ３の場合には、吸気量コントローラ５３から受け取った補正値Gcyl_cmd_cpに基づいて目標圧縮比Cr_cmdを算出する。Ｍｏｄｅ２および４の場合には、圧縮比コントローラ５４は、実リフト量Liftに基づいて、目標圧縮比Cr_cmdを算出する。

圧縮比Crについての動特性は、式（２２）のようにモデル化されることができる。ｋは、圧縮比コントローラ５４によって実施される演算サイクルを識別する識別子である。

dcrは、圧縮比コントローラ５４からの指令値U_Crが可変圧縮比機構２５に入力されてから、該指令値に基づく圧縮比が実際に出力されるまでのむだ時間を示す。A1cr、A2crおよびB1crは、モデルパラメータである。

圧縮比コントローラ５４の詳細な機能ブロック図を図１５に示す。状態予測器９１は、検出された圧縮比Crに基づいて、上記のむだ時間dcrを補償するように、圧縮比の予測値Pre_Crを算出する。

メモリ１ｃには、モード毎に、目標値応答指定パラメータPOLEcr_fi、外乱抑制のための応答指定パラメータPOLEcriおよびフィードバックゲインKrchcriが記憶されている。これらのパラメータの表記中の“ｉ”は、モード番号を示す。コントローラパラメータスケジューラ９５は、選択されたモードを示す信号Mode_stateを受け取り、該モード信号の値に従って、対応するパラメータをメモリ１ｃからを抽出し、２自由度スライディングモードコントローラ９２に渡す。

２自由度スライディングモードコントローラ９２は、図８を参照して説明したように、受け取ったモード信号Mode_stateに従って、所定のマップ（図９の（ａ）または（ｂ））を参照することにより、目標値Cr_cmdを決定する。２自由度スライディングモードコントローラ９２は、コントローラパラメータスケジューラ９５から受け取った目標値応答指定パラメータPOLEcr_fi、外乱抑制のための応答指定パラメータPOLEcriおよびフィードバックゲインKrchcriを用いて、前述した応答指定型制御を実施する。２自由度スライディングモードコントローラ９２は、予測値Pre_Crが目標値Cr_cmd（正確には、後述するように、Cr_cmd_fである）に収束するように、制御入力U_Crを算出する。

同定器９３は、吸気量コントローラ５３の同定器７３と同様の手法で、式（２２）に示されるモデルパラメータA1cr、A2crおよびB1cr（正確には、後述するように、モデルパラメータA1cr、A2crおよびB1crに基づくパラメータα1cr、α2cr、β1cr，，，γ1cr）を逐次的に同定する。パラメータA1cr、A2crおよびB1crを同定するのに、基準値を用いる。この基準値は、予めマップとしてメモリ１ｃに記憶されている。モデルパラメータスケジューラ９４は、これらの基準値を抽出して、同定器９３に渡す。

次に、各機能ブロックによって実施される演算を説明する。状態予測器９１は、吸気量コントローラ５３の状態予測器７１と同様の手法で、予測値Pre_Crを算出する。算出式を、式（２３）に示す。

２自由度スライディングモードコントローラ９２は、式（２４）に従い、スケジューラ９５から受け取った目標値応答指定パラメータPOLEcr_fiを用いて、目標値Cr_cmdに一次遅れフィルタ（ローパスフィルタ）を適用する。目標値応答指定パラメータPOLEcr_fiは、−１＜POLEcr_fi＜０を満たすよう設定される。

２自由度スライディングモードコントローラ９２は、式（２５）に示すように、切り換え関数σcrを定義する。Ｅ_crは、予測値Pre_Crと目標値Cr_cmdの偏差である。外乱抑制のための応答指定パラメータPOLEcriは、−1<POLEcri<0を満たすよう設定される。

２自由度スライディングモードコントローラ９２は、切り換え関数σcrがゼロとなるように制御入力U_Crを決定する。制御入力U_Crは、式（２６）に従って算出される。Ｕeq_crは等価制御入力であり、状態量を切り換え線上に拘束するための入力である。Ｕrch_crは到達則入力であり、状態量を切り換え線上に載せるための入力である。

等価制御入力Ｕeq_crは、式（２７）のように求められる。

次に、式（２８）に従って到達則入力Ｕrch_crを算出する。Ｋrchcriは、フィードバックゲインを示す。フィードバックゲインＫrchcriの値は、制御量の安定性および速応性等を考慮して、シミュレーション等を介して予め同定される。

こうして、等価制御入力Ｕeq_crと到達則入力Ｕrch_crとの和である制御入力U_Crが圧縮比コントローラ５４から出力され、可変圧縮比機構２５に送られる。

好ましくは、目標値応答指定パラメータPOLEcr_fi、外乱抑制のための応答指定パラメータPOLEcri、およびフィードバックゲインKrchcriのモード毎の値は、以下の関係を有する。

−１＜POLEcr_f2、POLEcr_f4＜POLEcr_f1、POLEcr_f3＜０
−１＜POLEcr2、POLEcr4＜POLEcr1、POLEcr3＜０
０＜Krchcr2、Krchcr4＜Krchcr1、Krchcr3
これらの関係に示されるように、圧縮比がマスターパラメータとして選択されるＭｏｄｅ１およびＭｏｄｅ３では、圧縮比がスレーブパラメータとして選択されるＭｏｄｅ２およびＭｏｄｅ４に比べて、制御量E_crの収束速度が速くなるように、これらのパラメータ値は規定される。このようにパラメータ値を規定することにより、マスターパラメータをスレーブパラメータよりも早く収束させることができる。

前述したように、スレーブパラメータを、マスターパラメータの実測値に追従させることにより、マスターパラメータの変化レートをスレーブパラメータの変化レートよりも速くさせることができる。このようなマスタースレーブ制御に加え、目標値応答指定パラメータ、外乱抑制のための応答指定パラメータ、およびフィードバックゲインにより、マスターパラメータの収束速度を、スレーブパラメータの収束速度よりも速くし、より確実に、スレーブパラメータがマスターパラメータを追い越すことを回避する。

次に、同定について説明する。モデルパラメータスケジューラ９４は、同定すべきパラメータベクトルθcr(k)の基準値θcr_base(k)をメモリ１ｃから抽出して、同定器９３に渡す。同定器９３は、吸気量コントローラ５３の同定器７３と同様の手法で、パラメータベクトルθcrを同定する。同定するための式（２９）〜（３８）を、以下に示す。

忘却係数ベクトルδの各要素δ_１、δ_２、…は、ゼロより大きく１より小さい値に設定される。しかしながら、前述したように、δ_１、δ_２、…のうちのいずれか１つを値１に設定するのが好ましい
式（３０）に含まれる同定誤差ide_cr(k)は、式（３５）により表される。Cr_hatは、予測式（２３）と、パラメータベクトルの前回値θcr(k-1)とに基づいて算出される。同定器９３は、予測式に基づいて算出された圧縮比Cr_hatと、実圧縮比Crとの差、すなわち同定誤差ide_crがゼロになるように、パラメータベクトルθcrを決定する。

式（３０）に含まれるゲインKPcr(k)は、式（３７）により表される。

リフト量Liftについての動特性は、圧縮比についての式（２２）と同様にモデル化されることができる。リフトコントローラ５５は、図１５に示される可変圧縮比コントローラと同様の構成を有し、同様の手法で、可変リフト機構２６に入力すべき指令値U_Liftを算出する。

リフト量についての目標値応答指定パラメータ、外乱抑制のための応答指定パラメータ、およびフィードバックゲインは、以下の関係を有する。

−１＜POLElift_f1、POLElift_f2、POLElift_f3＜POLElift_f4＜０
−１＜POLElift1、POLElift2、POLElift3＜POLElift4＜０
０＜Krchlift1、Krchlift2、Krchlift3＜Krchlift4

これらの関係に示されるように、リフト量がマスターパラメータとして選択されるＭｏｄｅ４では、リフト量がスレーブパラメータとして選択されるＭｏｄｅ１、２および３に比べて、制御量E_lift（＝予測値Pre_Lift(k)―目標値Lift_cmd_f(k)）の収束速度が速くなるように、これらのパラメータ値は規定される。こうして、Ｍｏｄｅ４では、マスターパラメータであるリフト量を、スレーブパラメータよりも早く収束させる。

位相Cainについての動特性は、圧縮比についての式（２２）と同様にモデル化されることができる。位相コントローラ５６は、図１５に示される可変圧縮比コントローラと同様の構成を有し、同様の手法で、可変位相機構２７に入力すべき指令値U_Cainを算出する。

位相についての目標値応答指定パラメータ、外乱抑制のための応答指定パラメータ、およびフィードバックゲインは、以下の関係を有する。

−１＜POLEcain_f1、POLEcain_f3、POLEcain_f4＜POLEcain_f2＜０
−１＜POLEcain1、POLEcain3、POLEcain4＜POLEcain2＜０
０＜Krchcain1、Krchcain3、Krchcain4＜Krchcain2

これらの関係に示されるように、位相がマスターパラメータとして選択されるＭｏｄｅ２では、位相がスレーブパラメータとして選択されるＭｏｄｅ１、３および４に比べて、制御量E_cain（＝予測値Pre_Cain(k)―目標値Cain_cmd_f(k)）の収束速度が速くなるように、これらのパラメータ値は規定される。こうして、Ｍｏｄｅ２では、マスターパラメータである位相を、スレーブパラメータよりも早く収束させる。

制御フロー
図１６は、吸気量制御を実施するプロセスのフローチャートを示す。このプロセスは、所定の時間間隔（たとえば、１０ミリ秒）で実施される。

ステップＳ１において、可変圧縮機構、可変リフト機構および可変位相機構のいずれかに何らかの故障が検知されたかどうかを判断する。故障が検知されたならば、これらの機構によってエンジン出力を制御することができない。ステップＳ２において、これらの機構への制御入力に、フェイルセーフ用に予め設定された値を設定し、このプロセスを終了する。可変圧縮機構への制御入力Ｕ＿Ｃｒに設定される値Ｕ＿Ｃｒ＿ｆｓは、最小の圧縮比を実現するための値である。可変リフト機構への制御入力Ｕ＿Ｌｉｆｔに設定される値Ｕ＿Ｌｉｆｔ＿ｆｓは、非常に低速な走行（クリープ走行）を可能にする、たとえば約０．５ミリメートルのリフトを実現するための値である。可変位相機構への制御入力Ｕ＿Ｃａｉｎに設定される値Ｕ＿Ｃａｉｎ＿ｆｓは、位相を遅角側に制御するための値である。

ステップＳ１の判断がＮｏならば、ステップＳ３において、エンジンが始動中かどうかを判断する。エンジンが始動中ならば、検出されたエンジン水温ＴＷに応じた値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋを、目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに設定する（Ｓ４）。図２１の（ａ）に、エンジン水温ＴＷに応じて設定される吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋを示す。このマップは、メモリ１ｃ（図１）に記憶されることができる。

ステップＳ３の判断がＮｏならば、ステップＳ５において、アクセルペダルが全閉かどうかを判断する。アクセルペダルが全閉ならば、エンジンはアイドル状態にあることを示す。ステップＳ６に進み、触媒昇温制御を実施するために設定された所定時間が経過したかどうかを判断する。該所定時間が経過していなければ、触媒昇温制御が実行中であることを示す。触媒昇温制御は、吸気量を一時的に増大させて触媒を活性化させる制御である。ステップＳ７において、エンジンが始動してからの経過時間に応じた値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔを、目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに設定する。図２１の（ｂ）に、該経過時間に応じて設定される吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ａｓｔを示す。このマップは、メモリ１ｃ（図１）に記憶されることができる。

ステップＳ６において触媒昇温制御が終了したならば、エンジンが暖機状態に至ったことを示す。ステップＳ８において、検出されたエンジン回転数ＮＥおよびアクセルペダル開度ＡＰに応じた値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｄｒｖを、目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに設定する。図２１の（ｃ）に、エンジン回転数ＮＥおよびアクセルペダル開度ＡＰに応じて設定される吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｄｒｖを示す。このマップは、メモリ１ｃ（図１）に記憶されることができる。

ステップＳ９において、マスタースレーブ切換のサブルーチン（図１７）を実施し、圧縮比、リフトおよび位相から、マスターパラメータを選択する。ステップＳ１０において、吸気量コントローラ５３による演算を実行し、実吸気量を目標吸気量に収束させるための補正値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｐを算出する（図１８）。ステップＳ１１において、圧縮比コントローラ、リフトコントローラおよび位相コントローラによる演算を実行し、圧縮比、リフトおよび位相を、それぞれ、目標圧縮比、目標リフトおよび目標位相に収束させる（図１９）。

図１７は、図１６のステップＳ９で実施されるマスタースレーブ切換のサブルーチンを示す。

ステップＳ２１において、目標吸気量の変化ΔＧｃｙｌ＿ｃｍｄを、式（３９）に従い算出する。

ΔＧｃｙｌ＿ｃｍｄ＝Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ(ｎ)−Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ(ｎ−１)
（３９）
ステップＳ２２において、目標吸気量の変化ΔＧｃｙｌ＿ｃｍｄがゼロより大きければ、要求される駆動力が増加していることを示す。目標吸気量の変化ΔＧｃｙｌ＿ｃｍｄがゼロ以下ならば、要求される駆動力が減少していることを示す。

要求駆動力が増加しているならば、実際に検出された位相Ｃａｉｎと、所定値Ｃａｉｎ＿ｓｓｗを比較する（Ｓ２３）。所定値Ｃａｉｎ＿ｓｓｗの一例が、図４に示されている。Ｃａｉｎ≦Ｃａｉｎ＿ｓｓｗならば、エンジン負荷が極低負荷であるＭｏｄｅ１であることを示す。モード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅに、Ｍｏｄｅ１であることを示す値１が設定される（Ｓ２４）。

Ｃａｉｎ＞Ｃａｉｎ＿ｓｓｗならば、図４に示されるように、エンジン負荷が低負荷から高負荷の間にあるＭｏｄｅ３であることを示す。モード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅに、Ｍｏｄｅ３であることを示す値３が設定される（Ｓ２５）。

ステップＳ２２において要求駆動力が減少しているならば、実際に検出されたリフトＬｉｆｔと、所定値Ｌｉｆｔ＿ｓｓｗを比較する（Ｓ２６）。所定値Ｌｉｆｔ＿ｓｓｗの一例が、図４に示されている。Ｌｉｆｔ≧Ｌｉｆｔ＿ｓｓｗならば、エンジンが低負荷から高負荷の間にあるＭｏｄｅ４であることを示す。モード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅに、Ｍｏｄｅ４であることを示す値４が設定される（Ｓ２７）。

Ｌｉｆｔ＜Ｌｉｆｔ＿ｓｓｗならば、図４に示されるように、エンジンが極低負荷にあるＭｏｄｅ２であることを示す。モード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅに、Ｍｏｄｅ２であることを示す値２が設定される（Ｓ２８）。

図１８は、図１６のステップＳ１０で実施される、吸気量補正値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｐを算出するプロセスのフローチャートである。

ステップＳ３１において、モード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅの値が１かどうかを調べる。Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅ＝１ならば、Ｍｏｄｅ１を実現するため、目標値応答指定パラメータＰＯＬＥｇｃ＿ｆｉにモード１用の値ＰＯＬＥｇｃ＿ｆ１を設定し（Ｓ３２）、これを用いて式（５）に従い目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆを算出する（Ｓ３３）。

ステップＳ３４において、むだ時間ｄｇｉに、Ｍｏｄｅ１用のむだ時間ｄｇ１を設定する。ステップＳ３５において、目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｆに基づいて図２２（ａ）に示されるようなマップを参照し、Ｍｏｄｅ１用のモデルパラメータの基準値を求める。ステップＳ３６において、外乱抑制のための応答指定パラメータＰＯＬＥｇｃｉに、Ｍｏｄｅ１用の値Ｐｏｌｅｇｃ１を設定し、フィードバックゲインＫｒｃｈｇｃｉに、Ｍｏｄｅ１用の値Ｋｒｃｈｇｃ１を設定する。

ステップＳ３７において、上記の式（８）を演算し、補正値Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｃｐを算出する。

ステップＳ３８において、モード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅの値が２ならば、ステップＳ３９〜Ｓ４３において、Ｍｏｄｅ２用の処理が、Ｍｏｄｅ１の処理（Ｓ３２〜Ｓ３６）と同様に行われる。

ステップＳ４４において、モード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅの値が４ならば、ステップＳ５０〜Ｓ５４において、Ｍｏｄｅ４用の処理が、Ｍｏｄｅ１の処理（Ｓ３２〜Ｓ３６）と同様に行われる。

ステップＳ４４において、モード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅの値が４でなければ、モード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅの値は３であることを示す。ステップＳ４５〜Ｓ４９において、Ｍｏｄｅ３用の処理が、Ｍｏｄｅ１の処理（Ｓ３２〜Ｓ３６）と同様に行われる。

図１９は、図１６のステップＳ１１で実施される、圧縮比、リフトおよび位相を制御するプロセスのフローチャートである。

ステップＳ６１において、モード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅの値に従って所定のテーブルを検索し、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄを求める。該所定のテーブルは、図９に示されている。図８を参照して説明したように、たとえばＭｏｄｅ＿ｓｔａｔｅ＝１ならば、図９の（ａ）に示されるテーブルが参照される。

同様に、ステップＳ６２において、モード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅの値に従って所定のテーブルを検索し、目標リフト量Ｌｉｆｔ＿ｃｍｄを求める。該所定のテーブルは、図１０に示されている。同様に、ステップＳ６３において、モード信号Ｍｏｄｅ＿ｓｔａｔｅの値に従って所定のテーブルを検索し、目標位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄを求める。該所定のテーブルは、図１１に示されている。

ステップＳ６４において、式（２６）に従い、可変圧縮比機構２５への指定値Ｕ＿Ｃｒを算出する。ステップＳ６５において、圧縮比についての指令値Ｕ＿Ｃｒの算出と同様の手法で、可変リフト機構２６への指令値Ｕ＿Ｌｉｆｔを算出する。ステップＳ６６において、圧縮比についての指令値Ｕ＿Ｃｒの算出と同様の手法で、可変位相機構２７への指令値Ｕ＿Ｃａｉｎを算出する。こうして、選択されたモードに従い、圧縮比、リフト量および位相が、それぞれ、目標値に収束するよう制御される。

好ましくは、ステップＳ６４〜Ｓ６６の演算サイクルは、吸気量補正値の算出および該吸気量補正値に基づく目標値の算出についての演算サイクルよりも短く設定される。すなわち、上記の式に示されるように、吸気量コントローラ５３による演算サイクルｎの周期（たとえば、１０ミリ秒）よりも、圧縮比、リフトおよび位相コントローラ５４〜５６の演算サイクルｋの周期（たとえば、２ミリ秒）の方が短い。

吸気量や燃焼状態は、比較的遅い応答特性を有する。このような応答が遅い特性に適合するように圧縮比、リフト量および位相の目標値が設定されるので、吸気量および燃焼状態の過渡的変化に良好な精度で追従するように、圧縮比、リフトおよび位相を制御することができる。

また、可変圧縮比機構、可変リフト機構および可変位相機構の挙動には、フリクション等に起因する非線形特性が現れることがある。各コントローラによる演算サイクルの周期を短くすることにより、このような非線形性の影響が、圧縮比、リフト量および位相に現れるのを抑制することができる。

図２０は、点火時期制御のメインルーチンを示す。このルーチンは、ＴＤＣ信号の検出に同期して実施される。

ステップＳ７１において、可変圧縮機構、可変リフト機構および可変位相機構のいずれかに何らかの故障が検知されたかどうかを判断する。故障が検知されたならば、これらの機構によってエンジン出力を制御することができない。したがって、エンジン回転数を一定に保つように点火時期を算出するフェイルセーフ制御を実施する。

フェイルセーフ制御は、たとえば、簡易型の応答指定型制御により実現することができる。エンジン回転数が所定の目標値（たとえば、２０００ｒｐｍ）に収束するように、点火時期Ｉｇ＿ｆｓを算出する。簡易型の応答指定型制御を実現する算出式を、以下に示す。

簡易型の応答指定型制御は、前述した２自由度スライディングモード制御を簡略化したものである。簡易型の応答指定型制御では、式（４０）に示されるように、制御入力は、切換関数の比例項により表される到達則入力と、切換関数の積算項で表される適応則入力を含む。モデル式が規定されないので、等価制御入力は含まれない。適応則入力は、定常偏差を抑制して、状態量を切換線に載せるための入力である。Ｋｒｃｈ’およびＫａｄｐ’は、シミュレーション等によって予め定められる。状態量を切換線上に載せることにより、状態量を収束させる点、および、応答指定パラメータＰＯＬＥ’により、制御量Ｅｎｆｓの目標値への収束速度を規定する点は、前述の２自由度スライディングモード制御と同じである。

ステップＳ７３において、算出されたＩｇ＿ｆｓが、点火時期ＩＧＬＯＧに設定される。

フェイルセーフ時は、圧縮比、リフト量および位相を適切に制御することができない。しかしながら、応答指定型制御により点火時期を制御すれば、該応答指定型制御のロバスト性により、エンジンの安定性を確保しながら、最小限の車両の走行能力を維持することができる。

ステップＳ７１において故障が検知されなければ、エンジンが始動中かどうかを判断する（Ｓ７４）。始動中ならば、点火時期ＩＧＬＯＧは、所定値（たとえば、＋１０度）に設定される（Ｓ７５）。

エンジンが始動中でなければ、ステップＳ７６において、アクセルペダルが全閉かどうかを判断する。アクセルペダルが全閉ならば、エンジンはアイドル状態にあることを示す。ステップＳ７７に進み、触媒昇温制御を実施するために設定された所定時間が経過したかどうかを判断する。該所定時間が経過していなければ、触媒昇温制御が実行中であることを示す。触媒昇温制御では、エンジン回転数が目標値に収束するように、点火時期をリタードさせる。この制御を、ステップＳ７２と同様に、応答指定型制御で実現することができる。以下に、触媒昇温制御を実現するための算出式を示す。

ステップＳ７９において、算出されたＩｇ＿ａｓｔが、点火時期ＩＧＬＯＧに設定される。

ステップＳ７７において触媒昇温制御が終了したならば、エンジン回転数ＮＥおよびエンジン負荷（たとえば、エアフローメータにより検出された吸気量Ｇｃｙｌにより表される）に基づいて所定のマップを参照し、点火時期Ｉｇ＿ｄｒｖを求める（Ｓ８０）。該マップの一例を、図２３に示す。エンジン負荷が低くなるほど、点火時期は進角側に設定される。ステップＳ８１において、求められたＩｇ＿ｄｒｖが、点火時期ＩＧＬＯＧに設定される。

本発明は、汎用の（例えば、船外機等の）内燃機関に適用可能である。

この発明の一実施例に従う、エンジンおよびその制御装置を概略的に示す図。この発明の一実施例に従う、（ａ）吸気量と圧縮比の関係、および（ｂ）吸気量とリフト量の関係を示す図。本願発明の一実施例に従う、バルブとピストンの衝突を回避するための手法の原理を示す図。この発明の一実施例に従う、それぞれのモードにおける圧縮比、リフト量および位相の制御の概要を示す図。この発明の一実施例に従う、それぞれのモードにおけるマスターパラメータおよびスレーブパラメータを決定するルールを示す表。マスターパラメータの目標値に従ってスレーブパラメータを制御した場合を示す図。この発明の一実施例に従う、マスターパラメータの実測値に従ってスレーブパラメータを制御した場合を示す図。この発明の一実施例に従う、制御装置の機能ブロック図。この発明の一実施例に従う、目標圧縮比を求めるためのマップの一例を示す図。この発明の一実施例に従う、目標リフト量を求めるためのマップの一例を示す図。この発明の一実施例に従う、目標位相を求めるためのマップの一例を示す図。この発明の一実施例に従う、吸気量コントローラの機能ブロック図。この発明の一実施例に従う、応答指定型制御における制御量の収束形態を示す図。この発明の一実施例に従う、応答指定型制御における応答指定パラメータに従う収束速度を示す図。この発明の一実施例に従う、圧縮比コントローラの機能ブロック図。この発明の一実施例に従う、吸気量制御のプロセスを示すフローチャート。この発明の一実施例に従う、マスタースレーブ切換のプロセスを示すフローチャート。この発明の一実施例に従う、吸気量補正値を算出するプロセスのフローチャート。この発明の一実施例に従う、圧縮比、リフト量および位相を制御するプロセスを示すフローチャート。この発明の一実施例に従う、点火時期制御のプロセスを示すフローチャート。この発明の一実施例に従う、目標吸気量を求めるためのマップ。この発明の一実施例に従う、それぞれのモードについてのパラメータ基準値を求めるためのマップ。この発明の一実施例に従う、エンジンが暖機状態に達した後の点火時期を求めるためのマップ。ピストンとバルブの位置関係を示す図。ピストンの動きとバルブの位相の関係を示す図。

符号の説明

１ＥＣＵ
２エンジン
３吸気バルブ
１０ピストン
２５可変圧縮機構
２６可変リフト機構
２７可変位相機構

Claims

バルブのリフト量を変更することができる可変リフト機構と燃焼室内の圧縮比を変更することができる可変圧縮比機構を備えるエンジンのための制御装置であって、
要求されるエンジン出力が増加している時は、前記リフト量の増加速度よりも、前記圧縮比の減少速度が速くなるように、前記可変圧縮比機構および前記可変リフト機構を制御する、制御装置。
前記エンジンは、さらに、バルブの位相を変更することができる可変位相機構を備え、
要求されるエンジン出力が増加している時は、前記位相の遅角側への変化速度よりも、前記圧縮比の減少速度が速くなるように、前記可変圧縮比機構および前記可変位相機構を制御する、請求項１に記載の制御装置。
バルブのリフト量を変更することができる可変リフト機構と燃焼室内の圧縮比を変更することができる可変圧縮比機構を備えるエンジンのための制御装置であって、
要求されるエンジン出力が減少している時は、前記圧縮比の増加速度よりも、前記リフト量の減少速度が速くなるように、前記可変圧縮比機構および前記可変リフト機構を制御する、制御装置。
前記エンジンは、さらに、バルブの位相を変更することができる可変位相機構を備え、
要求されるエンジン出力が減少している時は、前記圧縮比の増加速度よりも、前記位相の進角側への変化速度が速くなるように、前記可変圧縮比機構および前記可変位相機構を制御する、請求項３に記載の制御装置。
エンジンの燃焼室内の圧縮比を目標圧縮比に収束するよう制御する圧縮比コントローラと、
前記エンジンのバルブのリフト量を目標リフト量に収束するよう制御するリフトコントローラと、
要求されるエンジン出力に基づいて、前記圧縮比および前記リフト量のうちの１つをマスターパラメータとして選択し、他をスレーブパラメータとして選択するマスタースレーブ切換部であって、前記圧縮比コントローラおよびリフトコントローラのうち、該マスターパラメータを制御するコントローラをマスターコントローラに指定し、該スレーブパラメータを制御するコントローラをスレーブコントローラに指定するマスタースレーブ切換部と、を備え、
前記マスターコントローラは、前記要求されるエンジン出力に基づいて、該マスターパラメータについての目標値を算出し、該目標値に収束するよう該マスターパラメータを制御し、
前記スレーブコントローラは、前記マスターパラメータが制御された結果としての該マスターパラメータの実測値に基づいて、該スレーブパラメータについての目標値を算出し、該目標値に収束するよう該スレーブパラメータを制御し、
前記マスターパラメータの変化速度が、前記スレーブパラメータの変化速度よりも速くなるようにする、エンジンの制御装置。
さらに、前記エンジンのバルブの位相を目標位相に収束するよう制御する位相コントローラを備え、
前記マスタースレーブ切換部は、さらに、前記要求されるエンジン出力に基づいて、前記圧縮比、リフト量および位相のうちの１つをマスターパラメータとして選択し、他をスレーブパラメータとして選択し、
前記圧縮比コントローラ、リフトコントローラおよび位相コントローラのうち、該マスターパラメータを制御するコントローラをマスターコントローラに指定し、該スレーブパラメータを制御するコントローラをスレーブコントローラに指定する、請求項５に記載の制御装置。
前記マスタースレーブ切換部は、前記要求されるエンジン出力が増加している時は、前記圧縮比を前記マスターパラメータに選択し、前記リフト量を前記スレーブパラメータに選択する、請求項５に記載の制御装置。
前記マスタースレーブ切換部は、前記要求されるエンジン出力が減少している時は、前記リフト量を前記マスターパラメータに選択し、前記圧縮比を前記スレーブパラメータに選択する、請求項５に記載の制御装置。
前記マスタースレーブ切換部は、前記エンジンが極低負荷であって、前記要求されるエンジン出力が増加している時は、前記圧縮比を前記マスターパラメータに選択し、前記リフト量および位相を前記スレーブパラメータに選択する、請求項６に記載の制御装置。
前記マスタースレーブ切換部は、前記エンジンが極低負荷であって、前記要求されるエンジン出力が減少している時は、前記位相を前記マスターパラメータに選択し、前記リフト量および圧縮比を前記スレーブパラメータに選択する、請求項６に記載の制御装置。
前記エンジンが極低負荷であるときは、前記リフトコントローラは、前記位相コントローラにより制御された結果としての前記位相の実測値に基づいて、前記リフト量の目標値を設定する、請求項６に記載の制御装置。
前記マスターコントローラは、前記マスターパラメータの目標値への応答速度を指定可能な応答指定型制御を実施するよう構成され、
前記スレーブコントローラは、前記スレーブパラメータの目標値への応答速度を指定可能な応答指定型制御を実施するよう構成されており、
前記マスターコントローラは、前記マスターパラメータについての応答速度が、前記スレーブパラメータについての応答速度よりも速くなるように、該マスターパラメータの応答速度を設定する、請求項５または６に記載の制御装置。
さらに、前記エンジンへの吸気量を、前記要求されるエンジン出力を実現する目標吸気量に収束させるための吸気量補正値を算出する吸気量コントローラを備え、
前記マスターコントローラは、前記吸気量補正値に基づいて、前記マスターパラメータの目標値を算出する、請求項５または６に記載の制御装置。
前記吸気量コントローラは、前記吸気量の前記目標吸気量への応答速度を指定可能な応答指定型制御を実施するよう構成されており、
該吸気量コントローラは、前記応答速度を、前記要求されるエンジン出力の増減に従って設定する、請求項１３に記載の制御装置。
前記吸気量コントローラは、前記応答速度を、前記エンジンの負荷に従って設定する、請求項１３に記載の制御装置。
前記吸気量コントローラによる吸気量補正値の演算周期は、前記マスターコントローラおよびスレーブコントローラによるマスターパラメータおよびスレーブパラメータの演算周期よりも長く設定される、請求項１３に記載の制御装置。
さらに、前記圧縮比コントローラによって制御される可変圧縮比機構、前記リフトコントローラによって制御される可変リフト機構、および前記位相コントローラによって制御される可変位相機構のうちのいずれかに何らかの故障が検出された時には、該圧縮比コントローラ、リフトコントローラおよび位相コントローラによる制御を停止し、エンジン回転数を所定値に維持するように点火時期を応答指定型制御によって操作するフェイルセーフ手段を備える、請求項５または６に記載の制御装置。