JP4263149B2 - 内燃機関のカム位相制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気カムおよび排気カムの少なくとも一方のクランクシャフトに対する位相であるカム位相を制御する内燃機関のカム位相制御装置に関する。

この種のカム位相制御装置として、特許文献１に記載されたものを本出願人は既に提案している。この内燃機関の吸気カムシャフトの一端部には、油圧式の可変カム位相機構が設けられている。この可変カム位相機構は、スプロケットと一体のハウジングと、その内部に収納されたベーンと、ハウジングとベーンとの間に形成された進角側油圧室および遅角側油圧室と、これらの油圧室に供給される油圧を変更する電磁制御弁などを有している。また、スプロケットは、タイミングベルトを介してクランクシャフトに連結され、ベーンは吸気カムシャフトと一体に回転するように連結されている。

以上のように構成された可変カム位相機構では、電磁制御弁を介して、進角側油圧室および遅角側油圧室に供給される油圧が変更されることにより、スプロケットと吸気カムシャフトとの間の位相、すなわち吸気カムのクランクシャフトに対する位相（以下「カム位相」という）Ｃａｉｎが無段階で変更される。また、電磁制御弁により、油路が閉鎖され、進角側および遅角側油圧室内の油圧が保持されることによって、カム位相Ｃａｉｎがその時点の値に保持される。

また、カム位相制御装置は、可変カム位相機構を介して、カム位相Ｃａｉｎを目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに収束させるように制御するものであり、クランク角センサ、カム角センサおよびＥＣＵなどを備えている。このカム位相制御装置では、ＥＣＵにより、以下のようにカム位相Ｃａｉｎが制御される。すなわち、クランク角センサおよびカム角センサの検出信号に基づいて、カム位相Ｃａｉｎが算出され、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄが算出される。

また、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、カム位相Ｃａｉｎを目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに収束させるための制御値Ｒｃａｉｎが算出され、さらに、可変カム位相機構への制御入力Ｕｃａｉｎが、制御値ＲｃａｉｎをΔΣ変調アルゴリズムに基づく変調アルゴリズムで変調することにより、算出される。この変調アルゴリズムでは、制御入力Ｕｃａｉｎは、その変調幅が所定値に設定されるとともに、その変調幅の中心となる値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐが制御値Ｒｃａｉｎの値に従って設定される。

以上のように制御入力Ｕｃａｉｎが算出されることにより、電磁制御弁のソレノイドの発熱、可変カム位相機構の個体間の動作特性のばらつき、および経年変化などに起因して、制御値Ｒｃａｉｎのばらつきおよび変動が発生した場合でも、制御入力Ｕｃａｉｎの変調幅を比較的小さな値に制限しながら、ΔΣ変調アルゴリズム特有のスイッチング挙動が頻繁に発生するような値として、制御入力Ｕｃａｉｎを算出することができる。その結果、カム位相制御における高い制御精度を確保することができる。

また、可変カム位相機構として、特願２００３−２８９９１０号（公開公報は未発行）に記載されたものを、本出願人は既に提案している。この可変カム位相機構は、電磁式のものであり、スプロケットと吸気カムシャフトとの間に設けられ、電磁石およびリターンスプリングなどを備えている。この可変カム位相機構では、リターンスプリングの付勢力に抗しながら、電磁石の電磁力を変化させることにより、カム位相Ｃａｉｎが無段階で変更される。また、電磁力が一定に保持されると、カム位相Ｃａｉｎが、電磁力とリターンスプリングの付勢力とが互いに釣り合うような値に保持される。

特願２００４−７０３１２号（公開公報は未発行）

上記後者の電磁式の可変カム位相機構は、前者の油圧式のものと比べて、むだ時間がより小さく、より高い応答性を確保できるという利点を有しているので、後者の電磁式の可変カム位相機構を前者のカム位相制御装置に適用することが考えられる。しかし、そのようにした場合、以下のような問題が発生する可能性がある。

すなわち、可変カム位相機構は、吸気カムシャフトとスプロケットとの間に設けられているとともに、スプロケットはタイミングベルト（またはタイミングチェーン）を介してクランクシャフトに連結されているので、急激なアクセルペダル操作、急激なブレーキペダル操作およびシフトチェンジ中のクラッチ操作などにより、機関回転数が急上昇または急下降すると、それに起因して、スプロケットに作用している、タイミングベルトおよびクランクシャフトなどの慣性力が急変する。この場合、電磁式の可変カム位相機構では、電磁力とリターンスプリングの付勢力との間の相対的な大小関係を変化させることにより、カム位相Ｃａｉｎが変更されるので、上記慣性力が急変すると、その大小関係が制御入力により決定される本来の関係からずれることで、カム位相Ｃａｉｎが制御入力に対応する値からずれてしまうことがある。その結果、カム位相Ｃａｉｎの目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄへの収束性が低下し、カム位相制御の制御精度が低下するのに伴って、燃焼状態および排ガス特性が悪化する可能性がある。

上記の問題を解決する１つの手法として、制御入力Ｕｃａｉｎの変調幅を、上記カム位相Ｃａｉｎのずれに起因する制御値Ｒｃａｉｎの変動をカバーできるような、比較的大きな値に設定することが考えられる。しかし、この手法では、制御入力Ｕｃａｉｎの変調幅の大きさが、カム位相Ｃａｉｎ自体に反映されてしまうため、その制御性が逆に低下してしまう可能性がある。以上の問題は、ΔΣ変調アルゴリズムに代えて、Δ変調アルゴリズムまたはΣΔ変調アルゴリズムを用いた場合でも、同様に発生する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、可変カム位相機構の構造に起因して、機関回転数の急変に伴ってカム位相のずれが発生する場合でも、機関回転数の急変に伴うカム位相のずれの発生を抑制でき、それにより、良好な制御性および高い制御精度を確保することができる内燃機関のカム位相制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、吸気カム５および排気カム８の少なくとも一方のクランクシャフト１０に対する位相であるカム位相Ｃａｉｎを制御する内燃機関３のカム位相制御装置１，１Ａ，１Ｂであって、カム位相Ｃａｉｎを進角させる方向に作用する第１の力（電磁力Ｆｓｏｌ）と、遅角させる方向に作用する第２の力（付勢力Ｆｓｐｒ）との間の大小関係を変更することにより、カム位相Ｃａｉｎを変更するとともに、第１および第２の力を互いに釣り合った関係に保持することにより、カム位相Ｃａｉｎを保持する可変カム位相機構３０と、内燃機関３の機関回転数ＮＥを検出する機関回転数検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２１）と、カム位相Ｃａｉｎを検出するカム位相検出手段（ＥＣＵ２、カム角センサ２０、クランク角センサ２１）と、カム位相制御の目標となる目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄを設定する目標カム位相設定手段（ＥＣＵ２、ステップ４，１２）と、検出されたカム位相Ｃａｉｎを目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに追従させるための制御値（ゲイン調整値ｕ）を、所定の制御アルゴリズム［式（１）〜（６），（２０）〜（２５），（２７）〜（３３），（３５）〜（４０）］により算出する制御値算出手段（ＥＣＵ２、２自由度スライディングモードコントローラ４０、ＤＳＭコントローラ５０、ＳＤＭコントローラ６０、ＤＭコントローラ７０、ステップ７，１１）と、算出された制御値を検出された機関回転数ＮＥに応じて補正することにより、可変カム位相機構３０を制御するための制御入力Ｕｃａｉｎを算出する制御入力算出手段（ＥＣＵ２、補正値算出部４３、ＤＳＭコントローラ５０、ＳＤＭコントローラ６０、ＤＭコントローラ７０、ステップ９，１１）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関のカム位相制御装置によれば、検出されたカム位相を目標カム位相に追従させるための制御値が、所定の制御アルゴリズムにより算出され、算出された制御値を検出された機関回転数に応じて補正することにより、可変カム位相機構を制御するための制御入力が算出される。この可変カム位相機構では、カム位相が、カム位相を進角させる方向に作用する第１の力と、遅角させる方向に作用する第２の力との間の大小関係を変更することにより変更されるとともに、第１および第２の力を互いに釣り合った関係に保持することにより保持されるので、その構造上、機関回転数の急変に起因して、可変カム位相機構に作用している慣性力が急変すると、第１および第２の力の関係が本来の状態からずれ、カム位相が制御入力に対応する本来の値からずれる可能性がある。これに対して、このカム位相制御装置では、制御値を機関回転数に応じて補正することにより、可変カム位相機構を制御するための制御入力が算出されるので、機関回転数の急変に起因して、可変カム位相機構に作用する慣性力が急変する場合でも、その影響を適切に補償でき、可変カム位相機構における第１および第２の力の関係を適正な状態に保持することができる。その結果、機関回転数の急変に伴うカム位相のずれの発生を抑制でき、それにより、カム位相制御における良好な制御性および高い制御精度を確保することができる（なお、本明細書における「制御値の算出」および「制御入力の算出」などの「算出」は、プログラムにより演算することに限らず、電気回路によりそれらを表す電気信号を生成することを含む）。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３のカム位相制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、制御値算出手段の所定の制御アルゴリズムでは、所定の追従制御アルゴリズム［式（１）〜（６）］により、検出されたカム位相を目標カム位相に追従させるための追従制御値（ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄ）が算出されるとともに、算出された追従制御値を、Δ変調アルゴリズム、ΔΣ変調アルゴリズムおよびΣΔ変調アルゴリズムのうちの１つに基づくアルゴリズム［式（２０）〜（２５），（２７）〜（３３），（３５）〜（４０）］で変調することにより、制御値（ゲイン調整値ｕ）が算出されることを特徴とする。

この内燃機関のカム位相制御装置によれば、所定の追従制御アルゴリズムにより、検出されたカム位相を目標カム位相に追従させるための追従制御値が算出されるとともに、算出された追従制御値を、Δ変調アルゴリズム、ΔΣ変調アルゴリズムおよびΣΔ変調アルゴリズムのうちの１つに基づくアルゴリズムで変調することにより、制御値が算出される。一般に、可変カム位相機構を介して、カム位相を目標カム位相の変化に追従させるように制御する場合、追従制御アルゴリズムのみで制御すると、可変カム位相機構の非線形特性に起因して、制御性および制御精度が低下する可能性がある。これに対して、このカム位相制御装置では、所定の追従制御アルゴリズムで算出した追従制御値を、Δ変調アルゴリズム、ΔΣ変調アルゴリズムおよびΣΔ変調アルゴリズムのうちの１つに基づくアルゴリズムで変調することにより、制御値が算出されるとともに、そのような制御値を補正することにより、可変カム位相機構を制御するための制御入力が算出されるので、制御入力を所定範囲内で頻繁に反転を繰り返す値として算出でき、それにより、可変カム位相機構における非線形特性の影響を回避しながら、カム位相制御を行うことができる。その結果、カム位相制御の制御性および制御精度を向上させることができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関３のカム位相制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、制御入力算出手段は、制御値（ゲイン調整値ｕ）を補正するための補正値Ｒｄｎｅを、機関回転数ＮＥに応じて算出し、制御値算出手段の所定の追従制御アルゴリズムは、追従制御値（ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄ）と補正値Ｒｄｎｅとカム位相Ｃａｉｎとの関係を定義した制御対象モデル［式（７）］に基づくアルゴリズムであり、制御対象モデルのモデルパラメータｂ１，ｂ２を、追従制御値、補正値およびカム位相に応じて、所定の同定アルゴリズム［式（１０）〜（１７）］により同定する同定手段（ＥＣＵ２、部分パラメータ同定器４２、ステップ６）をさらに備えることを特徴とする。

この内燃機関のカム位相制御装置によれば、制御入力算出手段により、制御値を補正するための補正値が、機関回転数に応じて算出され、制御値算出手段の所定の追従制御アルゴリズムは、追従制御値と補正値とカム位相との関係を定義した制御対象モデルに基づくアルゴリズムであり、同定手段により、制御対象モデルのモデルパラメータが、追従制御値、補正値およびカム位相に応じて、所定の同定アルゴリズムにより同定される。一般に、制御対象モデルを用いながら、カム位相制御を実行した場合、暖機の進行による内燃機関のフリクションの変化、可変カム位相機構の個体間の動作特性のばらつき、および経年変化などに起因して、制御対象モデルの動特性が実際の動特性に対してずれてしまう可能性がある。また、制御対象モデルを補正値と無関係に構成した場合、補正値が機関回転数に応じて算出されるので、機関回転数の変動幅の増減に伴って制御対象モデルの動特性が見かけ上変化したと認識されることにより、制御対象モデルの動特性が実際の動特性に対してずれた方向に同定されてしまう可能性がある。これに対して、このカム位相制御装置では、制御対象モデルが、追従制御値と補正値とカム位相との関係を定義したもので構成され、そのモデルパラメータが、追従制御値、補正値およびカム位相に応じて、所定の同定アルゴリズムにより同定されるので、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、暖機の進行による内燃機関のフリクションの変化、可変カム位相機構の個体間の動作特性のばらつき、経年変化および機関回転数の変動など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迅速に適合させることができる。それにより、カム位相制御の安定性および制御精度をさらに向上させることができる。

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のカム位相制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、制御値算出手段の所定の制御アルゴリズムは、所定の応答指定型制御アルゴリズム［式（２）〜（６）］を含むことを特徴とする。

一般に、可変カム位相機構を介して、カム位相を目標カム位相の変化に追従するように制御した場合、暖機の進行に伴う内燃機関のフリクションの変化、可変カム位相機構の個体間の動作特性のばらつき、および経年変化などに起因して、カム位相が目標カム位相に対して振動的挙動、オーバーシュートおよび偏差を生じることがある。この問題は、請求項１に係る発明のように、制御値を機関回転数に応じて補正した場合においても、機関回転数の変動幅が大きいときには、その補正度合いも大きくなることで、より顕著になる可能性がある。これに対して、この内燃機関のカム位相制御装置によれば、制御値算出手段の所定の制御アルゴリズムが、所定の応答指定型制御アルゴリズムを含むので、上記のような振動的挙動、オーバーシュートおよび偏差の発生を回避しながら、カム位相を目標カム位相に精度良くかつ迅速に追従させることができる。それにより、カム位相制御の制御性および制御精度をさらに向上させることができる。

請求項５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のカム位相制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、制御値算出手段の所定の制御アルゴリズムは、所定の２自由度制御アルゴリズム［式（１）〜（６）］を含むことを特徴とする。

前述したように、可変カム位相機構を介して、カム位相を目標カム位相の変化に追従するように制御した場合、カム位相が目標カム位相に対して振動的挙動、オーバーシュートおよび偏差を生じることがあり、この問題は、請求項１に係る発明のように、制御値を機関回転数に応じて補正した場合においても、機関回転数の変動幅が大きいときには、その補正度合いも大きくなることで、より顕著になる可能性がある。これに対して、この内燃機関のカム位相制御装置によれば、制御値算出手段の所定の制御アルゴリズムが、所定の２自由度制御アルゴリズムを含むので、２自由度制御アルゴリズムとして、例えば目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムを用いた場合、目標値フィルタアルゴリズムにより、カム位相の目標カム位相への追従速度を適切に設定することができるとともに、フィードバック制御アルゴリズムにより、カム位相の目標カム位相への追従挙動を適切に設定することができる。その結果、上記のような振動的挙動、オーバーシュートおよび偏差の発生を回避しながら、カム位相を目標カム位相に精度良く追従させることができ、それにより、カム位相制御の制御性および制御精度をさらに向上させることができる。

請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関３のカム位相制御装置１，１Ａ，１Ｂにおいて、制御入力算出手段は、制御値（ゲイン調整値ｕ）を補正するための補正値Ｒｄｎｅを、機関回転数ＮＥに応じて算出し、可変カム位相機構３０が受ける外乱を補償するための外乱推定値ｃ１を、補正値Ｒｄｎｅに応じて、所定の推定アルゴリズム［式（１０）〜（１７）］により算出する外乱推定値算出手段（ＥＣＵ２、部分パラメータ同定器４２、ステップ６）をさらに備え、制御値算出手段は、算出された外乱推定値ｃ１にさらに応じて、制御値（ゲイン調整値ｕ）を算出することを特徴とする。

この内燃機関のカム位相制御装置によれば、制御値を補正するための補正値が、機関回転数に応じて算出され、可変カム位相機構が受ける外乱を補償するための外乱推定値が、補正値に応じて所定の推定アルゴリズムにより算出され、制御値が、算出された外乱推定値にさらに応じて算出される。このように、制御値が外乱推定値にさらに応じて算出される場合において、外乱推定値を補正値と無関係に算出すると、機関回転数の変動幅が増大し、補正値の絶対値が増大していることで、カム位相が目標カム位相に対して振動的挙動、オーバーシュートおよび偏差を生じているときでも、それらが外乱に起因して発生していると見なされ、これを補償するように外乱推定値が算出される。その結果、機関回転数の変動幅が減少した際、そのような外乱推定値に応じて算出された制御値は、不適切な値となる可能性がある。これに対して、このカム位相制御装置では、外乱推定値が補正値に応じて算出されるので、機関回転数の変動に伴って補正値が変動した場合でも、それを加味しながら、外乱推定値を適切に算出することができる。それにより、制御値を、可変カム位相機構が受ける外乱を適切に補償できる値として算出することができる。その結果、カム位相制御の制御性および制御精度をより一層、向上させることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係るカム位相制御装置について説明する。本実施形態のカム位相制御装置１は、内燃機関（以下「エンジン」という）３の吸気カム５すなわち吸気カムシャフト４の、クランクシャフト１０に対する相対的な位相（以下「カム位相」という）Ｃａｉｎを制御するものであり、図１に示すように、カム位相Ｃａｉｎを変更する可変カム位相機構３０と、これを制御するためのＥＣＵ２などを備えている。このＥＣＵ２は、後述するように、カム位相制御処理を実行する。

エンジン３は、４サイクルＤＯＨＣ型ガソリンエンジンであり、吸気カムシャフト４および排気カムシャフト７を備えている。吸気カムシャフト４には、吸気弁６を開閉駆動する吸気カム５が気筒ごとに設けられ、排気カムシャフト７には、排気弁９を開閉駆動する排気カム８が気筒ごとに設けられている。

この吸気カムシャフト４上には、図２に示すように、スプロケット４ａが同軸に配置され、回転自在に設けられている。このスプロケット４ａは、タイミングチェーン４ｂを介してクランクシャフト１０に連結され、さらに、上記可変カム位相機構３０の後述する遊星歯車装置３１を介して、吸気カムシャフト４に連結されている。以上の構成により、吸気カムシャフト４は、クランクシャフト１０が２回転するごとに１回転する。また、排気カムシャフト７も、これと一体のスプロケット（図示せず）を備えており、このスプロケットおよび図示しないタイミングチェーンを介してクランクシャフト１０に連結されており、それにより、クランクシャフト１０が２回転するごとに１回転する。

可変カム位相機構３０は、後述するように、カム位相Ｃａｉｎを電磁力により無段階に変更する電磁式のものであり、図２〜図４に示すように、遊星歯車装置３１および電磁ブレーキ３２などを備えている。

この遊星歯車装置３１は、吸気カムシャフト４およびスプロケット４ａの間で回転を伝達するものであり、リングギヤ３１ａ、３つのプラネタリピニオンギヤ３１ｂ、サンギヤ３１ｃおよびプラネタリキャリア３１ｄを備えている。このリングギヤ３１ａは、電磁ブレーキ３２の後述するアウタケーシング３３に連結されており、これと同軸かつ一体に回転する。また、サンギヤ３１ｃは、吸気カムシャフト４の先端部に同軸かつ一体に回転するように取り付けられている。

一方、プラネタリキャリア３１ｄは、ほぼ三角形に形成され、それらの３つの角部にシャフト３１ｅがそれぞれ突設されている。プラネタリキャリア３１ｄは、これらのシャフト３１ｅを介してスプロケット４ａに連結されており、それにより、スプロケット４ａと同軸かつ一体に回転するように構成されている。

また、各プラネタリピニオンギヤ３１ｂは、プラネタリキャリア３１ｄの各シャフト３１ｅに回転自在に支持され、サンギヤ３１ｃとリングギヤ３１ａの間に配置され、これらと常に噛み合っている。

さらに、前述した電磁ブレーキ３２は、アウタケーシング３３、コア３４、電磁石３５およびリターンスプリング３６を備えている。アウタケーシング３３は、中空に形成され、その内部にコア３４が相対的に回動自在に設けられている。コア３４は、断面円形の基部３４ａと、これから放射状に延びる２つのアーム３４ｂ，３４ｂを備えている。コア３４は、その基部３４ａがプラネタリキャリア３１ｄに取り付けられており、それにより、プラネタリキャリア３１ｄと同軸かつ一体に回転する。

一方、アウタケーシング３３の内周面には、最遅角位置および最進角位置の一対のストッパ３３ａ，３３ｂを１組として、計２組のストッパ３３ａ，３３ｂが互いに間隔を存して設けられている。コア３４の各アーム３４ｂは、一対のストッパ３３ａ，３３ｂ間に配置されており、それにより、コア３４は、アーム３４ｂが最遅角位置ストッパ３３ａに当接し、係止される最遅角位置（図４に実線で示す位置）と、最進角位置ストッパ３３ｂに当接し、係止される最進角位置（図４に２点鎖線で示す位置）との間で、アウタケーシング３３に対して相対的に回動可能に構成されている。

また、リターンスプリング３６は、圧縮された状態で、最進角位置ストッパ３３ｂの一つと、これと対向するアーム３４ｂとの間に掛け渡されており、このリターンスプリング３６の付勢力Ｆｓｐｒ（第２の力）により、アーム３４ｂは最遅角位置ストッパ３３ａ側に付勢されている。

一方、電磁石３５は、リターンスプリング３６と反対側の最進角位置ストッパ３３ｂに取り付けられており、この最進角位置ストッパ３３ｂの、アーム３４ｂと対向する側の端部に面一の状態で設けられている。この電磁石３５は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの制御入力Ｕｃａｉｎ（電圧信号）により励磁されると、その電磁力Ｆｓｏｌ（第１の力）により、対向するアーム３４ｂを、リターンスプリング３６の付勢力Ｆｓｐｒに抗しながら吸引し、最進角位置ストッパ３３ｂ側に回動させる。

以上のように構成された可変カム位相機構３０の動作について説明する。この可変カム位相機構３０では、電磁ブレーキ３２の電磁石３５が励磁されていないときには、コア３４は、リターンスプリング３６の付勢力Ｆｓｐｒにより、そのアーム３４ｂが最遅角位置ストッパ３３ａに当接する最遅角位置に保持され、それにより、カム位相Ｃａｉｎは、最遅角値Ｃａｉｎｒｔ（図５参照）に保持される。

その状態で、エンジン運転中のクランクシャフト１０の回転に伴って、スプロケット４ａが図４の矢印Ｙ１方向に回転すると、プラネタリキャリア３１ｄおよびリングギヤ３１ａが一体に回転することにより、プラネタリピニオンギヤ３１ｂが回転せず、サンギヤ３１ｃがプラネタリキャリア３１ｄおよびリングギヤ３１ａと一体に回転する。すなわち、スプロケット４ａと吸気カムシャフト４が一体に矢印Ｙ１方向に回転する。

また、コア３４が最遅角位置に保持されている状態で、電磁石３５がＥＣＵ２からの制御入力Ｕｃａｉｎにより励磁されると、電磁石３５の電磁力Ｆｓｏｌにより、コア３４のアーム３４ｂが、リターンスプリング３６の付勢力Ｆｓｐｒに抗しながら、最進角位置ストッパ３３ｂ側すなわち最進角位置側に吸引され、電磁力Ｆｓｏｌと付勢力Ｆｓｐｒとが互いに釣り合う位置まで回動する。言い換えれば、アウタケーシング３３が、コア３４に対して相対的に矢印Ｙ１と逆方向に回動する。

これにより、リングギヤ３１ａがプラネタリキャリア３１ｄに対して相対的に図３の矢印Ｙ２方向に回動し、それに伴い、プラネタリピニオンギヤ３１ｂが図３の矢印Ｙ３方向に回動することで、サンギヤ３１ｃが図３の矢印Ｙ４方向に回動する。その結果、吸気カムシャフト４が、スプロケット４ａに対して相対的にスプロケットの回転方向（すなわち図３の矢印Ｙ２と逆方向）に回動することになり、カム位相Ｃａｉｎが進角される。

この場合、アウタケーシング３３の回動がリングギヤ３１ａ、プラネタリピニオンギヤ３１ｂおよびサンギヤ３１ｃを介して、吸気カムシャフト４に伝達されるので、遊星歯車装置３０の増速作用により、吸気カムシャフト４は、スプロケット４ａに対してアウタケーシング３３の回動角度が増幅された角度分、回動することになる。すなわち、吸気カム５のカム位相Ｃａｉｎの進角量は、アウタケーシング３３の回動角度を増幅した値になるように設定されている。これは、電磁石３５の電磁力Ｆｓｏｌが作用可能な距離には限界があるので、それを補償し、カム位相Ｃａｉｎをより広範囲で変化させるためである。

以上のように、可変カム位相機構３０では、電磁力Ｆｓｏｌがカム位相Ｃａｉｎを進角させる方向に作用し、リターンスプリング３６の付勢力Ｆｓｐｒがカム位相Ｃａｉｎを遅角させる方向に作用する。また、電磁力Ｆｓｏｌが変化しない場合、カム位相Ｃａｉｎは、電磁力Ｆｓｏｌと付勢力Ｆｓｐｒとが互いに釣り合う値に保持される。

次に、以上のように構成された可変カム位相機構３０の動作特性を説明する。図５に示すように、可変カム位相機構３０では、カム位相Ｃａｉｎは、電磁石３５への制御入力Ｕｃａｉｎにより、最遅角値Ｃａｉｎｒｔ（例えばカム角０゜）と最進角値Ｃａｉｎａｄ（例えばカム角５５゜）の間で連続的に変化するとともに、制御入力Ｕｃａｉｎが増大する方向のときのカム位相Ｃａｉｎの値を示す実線の曲線と、制御入力Ｕｃａｉｎが減少する方向のときのカム位相Ｃａｉｎの値を示す破線の曲線とが互いに異なる、いわゆるヒシテリシス特性を有している。

これは、図６に示すように、電磁石３５が、制御入力Ｕｃａｉｎにより励磁され、電磁力Ｆｓｏｌを発生する際、起動時の電磁力Ｆｓｏｌの立ち上がりが遅いという特性を備えていることに起因する。また、同図に示すように、電磁石３５の電磁力Ｆｓｏｌは、制御入力Ｕｃａｉｎが値０から正側に増大する場合と、値０から負側に減少する場合とで同じ傾向を示す特性、すなわち、制御入力Ｕｃａｉｎの値０を中心として、線対称な傾向を示す特性を備えている。そのため、制御入力Ｕｃａｉｎを値０を中心として反転する値に設定すると、電磁力Ｆｓｏｌが相殺されてしまうことになる。

以上のような特性を可変カム位相機構３０が有しているので、本実施形態では、後述する制御アルゴリズムにより、エンジン回転数ＮＥが安定している定常運転中は、制御入力Ｕｃａｉｎが、いずれも正値の、所定の最大値Ｕｃａｉｎｍａｘ（図６参照）と所定の最小値Ｕｃａｉｎｍｉｎ（図６参照）との間で反転を繰り返すような値として、算出される。この最小値Ｕｃａｉｎｍｉｎは、図６に示すように、起動時の電磁力Ｆｓｏｌの立ち上がりが遅い領域を外れるような値に設定されており、それにより、電磁力Ｆｓｏｌは、制御入力Ｕｃａｉｎにより起動時の立ち上がりの遅い領域を外れた範囲でほぼリニアに変化するように制御される。その結果、カム位相Ｃａｉｎは、制御入力Ｕｃａｉｎに対してヒステリシス特性をほとんど示すことなく、最遅角値Ｃａｉｎｒｔと最進角値Ｃａｉｎａｄとの間でリニアに変化するように制御される（後述する図１１に実線で示す曲線を参照）。

本実施形態において、以上のような可変カム位相機構３０を、従来の油圧式の可変カム位相機構に代えて用いた理由は、以下による。すなわち、従来の油圧式の可変カム位相機構は、油圧ポンプなどの起動により油圧が立ち上がり、カム位相Ｃａｉｎを制御可能になるまでに時間を要するとともに、油温が極低温のときには、応答性が悪化してしまう特性を有し、むだ時間が大きく、応答性が低いという欠点を備えている。これに対して、本実施形態の可変カム位相機構３０は、油圧の立ち上がりを待つ必要がなく、油温の影響を受けることがなく、起動時からカム位相Ｃａｉｎを適切に制御できるとともに、むだ時間がより小さく、より高い応答性を確保できるという利点を備えているので、それを利用するためである。

一方、吸気カムシャフト４の可変カム位相機構３０と反対側の端部には、カム角センサ２０が設けられている。このカム角センサ２０（カム位相検出手段）は、例えば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、吸気カムシャフト４の回転に伴い、パルス信号であるＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。

また、エンジン３には、クランク角センサ２１が設けられている。クランク角センサ２１は、例えばカム角センサ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、クランクシャフト１０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。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに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の機関回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出するとともに、ＣＲＫ信号と前述したカム角センサ２０からのＣＡＭ信号に基づき、カム位相Ｃａｉｎを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン１１が吸入行程開始時のＴＤＣ位置よりも若干、手前の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、所定クランク角ごとに１パルスが出力される。なお、本実施形態では、クランク角センサ２１が、機関回転数検出手段およびカム位相検出手段に相当する。

さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２２およびイグニッション・スイッチ（以下「ＩＧ・ＳＷ」という）２３が接続されている。このアクセル開度センサ２２は、図示しないアクセルペダルの開度（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、ＩＧ・ＳＷ２３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。

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２０〜２２の検出信号およびＩＧ・ＳＷ２３のＯＮ／ＯＦＦ信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、以下に述べるように、カム位相制御処理を実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、機関回転数検出手段、カム位相検出手段、目標カム位相設定手段、制御値算出手段、制御入力算出手段、同定手段および外乱推定値算出手段に相当する。

次に、本実施形態のカム位相制御装置１について説明する。このカム位相制御装置１は、図７に示すように、２自由度スライディングモードコントローラ（以下「２自由度ＳＬＤコントローラ」という）４０、パラメータスケジューラ４１、部分パラメータ同定器４２、補正値算出部４３、加算要素４４およびＤＳＭコントローラ５０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。

このカム位相制御装置１では、以下に述べるように、制御入力Ｕｃａｉｎが算出されるとともに、この制御入力Ｕｃａｉｎが可変カム位相機構３０に入力されることにより、カム位相Ｃａｉｎが目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄになるように制御される。なお、この目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄは、後述するように、エンジン３の運転状態に応じて算出される。

まず、２自由度ＳＬＤコントローラ４０で、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄおよびカム位相Ｃａｉｎなどに応じて、後述する制御アルゴリズムにより、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄが算出される。なお、本実施形態では、２自由度ＳＬＤコントローラ４０が制御値算出手段に相当し、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄが追従制御値に相当する。

また、パラメータスケジューラ４１で、後述する制御対象モデルのモデルパラメータａ１，ａ２が算出され、さらに、部分パラメータ同定器４２で、後述する同定アルゴリズムにより、制御対象モデルのモデルパラメータｂ１，ｂ２および外乱推定値ｃ１が算出される。これらのモデルパラメータａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２および外乱推定値ｃ１は、２自由度ＳＬＤコントローラ４０において、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄの算出に用いられる。なお、本実施形態では、部分パラメータ同定器４２が外乱推定値算出手段および同定手段に相当する。

さらに、補正値算出部４３（制御入力算出手段）で、後述するように、エンジン回転数ＮＥに応じて補正値Ｒｄｎｅが算出され、加算要素４４で、仮想制御入力Ｒｃａｉｎが、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄおよび補正値Ｒｄｎｅの和として算出される。この仮想制御入力Ｒｃａｉｎは、部分パラメータ同定器４２において、モデルパラメータｂ１，ｂ２および外乱推定値ｃ１の算出に用いられる。

また、ＤＳＭコントローラ５０において、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄおよび補正値Ｒｄｎｅに応じて、後述する制御アルゴリズムにより、制御入力Ｕｃａｉｎが算出される。なお、本実施形態では、ＤＳＭコントローラ５０が制御値算出手段および制御入力算出手段に相当する。

次に、前述した２自由度ＳＬＤコントローラ４０について説明する。この２自由度ＳＬＤコントローラ４０では、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄが、以下の式（１）〜（６）に示す目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、カム位相Ｃａｉｎを目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに追従させるための値として算出される。なお、このＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄは、後述する理由により正値として算出される。以下の式（１）〜（６）において、記号（ｋ）付きの各離散データは、所定周期でサンプリング（または算出）されたデータであることを示しており、記号ｋは各離散データのサンプリングサイクルの順番を表している。例えば、記号ｋは今回のサンプリングタイミングでサンプリングされた値であることを、記号ｋ−１は前回のサンプリングタイミングでサンプリングされた値であることをそれぞれ示している。この点は、以下の離散データにおいても同様である。なお、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｋ）を適宜省略する。

Cain_cmd_f(k)＝−POLE_f・Cain_cmd_f(k-1)＋(1＋POLE_f)・Cain_cmd(k)
……（１）
Rsld(k)＝Req(k)＋Rrch(k) ……（２）

σs(k)＝Ecain(k)＋POLE・Ecain(k-1) ……（５）
Ecain(k)＝Cain(k)−Cain_cmd_f(k) ……（６）

この制御アルゴリズムでは、まず、式（１）に示す一次遅れフィルタアルゴリズムにより、目標カム位相のフィルタ値Ｃａｉｎ＿ｃｍｄ＿ｆが算出される。同式（１）において、ＰＯＬＥ＿ｆは、目標値フィルタ設定パラメータであり、−１＜ＰＯＬＥ＿ｆ＜０の関係が成立する値に設定される。

次いで、式（２）〜（６）に示すスライディングモード制御アルゴリズムにより、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄが算出される。すなわち、式（２）に示すように、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄは、等価制御入力Ｒｅｑおよび到達則入力Ｒｒｃｈの和として算出される。

この等価制御入力Ｒｅｑは、式（３）により算出される。同式（３）において、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は、後述する式（７）の制御対象モデルのモデルパラメータを示しており、ｃ１は、外乱およびモデル化誤差を補償するための外乱推定値を示している。これらのモデルパラメータａ１，ａ２は、パラメータスケジューラ４１で算出され、モデルパラメータｂ１，ｂ２および外乱推定値ｃ１は、部分パラメータ同定器４２で算出（同定）される。また、式（３）におけるＰＯＬＥは、切換関数設定パラメータであり、−１＜ＰＯＬＥ＿ｆ＜ＰＯＬＥ＜０の関係が成立する値に設定されている。

一方、到達則入力Ｒｒｃｈは、式（４）により算出される。同式（４）において、Ｋｒｃｈは、所定の到達則ゲインを表しており、σｓは、式（５）のように定義される切換関数である。同式（５）のＥｃａｉｎは、式（６）により算出される追従誤差である。

以上の式（１）〜（６）は以下のように導出される。まず、制御対象を、仮想制御入力Ｒｃａｉｎ（＝Ｒｓｌｄ＋Ｒｄｎｅ）を入力とし、カム位相Ｃａｉｎを出力とする系として定義するとともに、離散時間系モデルとしてモデル化すると、下式（７）が得られる。ここで、前述したように、仮想制御入力Ｒｃａｉｎは、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄおよび補正値Ｒｄｎｅの和として算出されるので、上記式（７）は、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄと補正値Ｒｄｎｅとカム位相Ｃａｉｎとの間における動特性の関係を定義したものに相当する。
Cain(k+1)＝a1・Cain(k)＋a2・Cain(k-1)
＋b1・Rcain(k)＋b2・Rcain(k-1)＋c1 ……（７）

次いで、この式（７）におけるモデルパラメータａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２および外乱推定値ｃ１を、パラメータスケジューラ４１および部分パラメータ同定器４２により算出された算出値（同定値）に置き換えたモデルを考え、そのようなモデルに基づき、カム位相Ｃａｉｎが目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに追従するように、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御理論を適用すると、前述した式（１）〜（６）が導出される。

以上の２自由度ＳＬＤコントローラ４０の制御アルゴリズムによれば、カム位相Ｃａｉｎの目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄへの追従性、追従挙動および外乱抑制能力をいずれも高いレベルで確保することができる。すなわち、式（１）のフィルタアルゴリズムでは、目標値フィルタ設定パラメータＰＯＬＥ＿ｆを、−１＜ＰＯＬＥ＿ｆ＜０の範囲内で任意に設定することにより、追従性を自在に指定することができる。また、式（２）〜（６）のスライディングモード制御アルゴリズムでは、外乱推定値ｃ１により、モデル化誤差および外乱の影響を抑制することができるとともに、切換関数設定パラメータＰＯＬＥを、−１＜ＰＯＬＥ＜０の範囲内で任意に設定することにより、追従挙動および外乱抑制能力を自在に指定することができる。

次に、前述したパラメータスケジューラ４１について説明すると、このパラメータスケジューラ４１では、以下のように、モデルパラメータａ１，ａ２が算出される。まず、モデルパラメータａ１，ａ２の基本値ａ１＿ｂｓ，ａ２＿ｂｓを、エンジン回転数ＮＥに応じて、図８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、基本値ａ１＿ｂｓ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、これとは逆に、基本値ａ２＿ｂｓは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より小さい値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥが上昇すると、タイミングチェーン４ｂにエンジン回転数ＮＥ以外の周期的な挙動が発生し、カム位相Ｃａｉｎの挙動の安定性が低下し、その結果、上記モデルの動特性が変化してしまうので、そのような動特性の変化にモデルを適合させるためである。

また、補正係数Ｋａｓｃを、図９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、補正係数Ｋａｓｃは、カム位相Ｃａｉｎが最進角値Ｃａｉｎａｄ側の値であるほど、より大きな値に設定されている。これは、カム位相Ｃａｉｎを進角させると、バルブオーバーラップすなわち内部ＥＧＲ量が増大することで、燃焼変動が増加し、これがタイミングチェーン４ｂを介して可変カム位相機構３０に伝わることにより、カム位相Ｃａｉｎの挙動の安定性が低下するので、それを補償するためである。

次に、以上のように算出した基本値ａ１＿ｂｓ，ａ２＿ｂｓおよび補正係数Ｋａｓｃを用い、下式（８），（９）により、モデルパラメータａ１，ａ２が算出される。
ａ１＝ａ１＿ｂｓ・Ｋａｓｃ ……（８）
ａ２＝ａ２＿ｂｓ・Ｋａｓｃ ……（９）

次に、前述した部分パラメータ同定器４２について説明する。この部分パラメータ同定器４２では、以下の式（１０）〜（１７）に示す逐次型同定アルゴリズムにより、モデルパラメータｂ１，ｂ２および外乱推定値ｃ１のベクトルθが同定される。すなわち、部分パラメータ同定器４２は、オンボード同定器として構成されている。
θ(k)＝θ(k-1)＋KP(k)・E_id(k) ……（１０）
θ^T(k)＝［b1(k),b2(k),c1(k)］ ……（１１）
E_id(k)＝W(k)−W_hat(k) ……（１２）
W(k)＝Cain(k)−a1(k)・Cain(k-1)−a2(k)・Cain(k-2) ……（１３）
W_hat(k)＝θ^T(k)・ζ(k)
＝b1(k)・Rcain(k-1)＋b2(k)・Rcain(k-2)＋c1(k) ……（１４）
ζ^T(k)＝［Rcain(k-1),Rcain(k-2),1］ ……（１５）

上記式（１０）のベクトルθは、その転置行列が式（１１）のように定義されるものであり、同式（１０）のＫＰはゲイン係数のベクトルを、Ｅ＿ｉｄは追従誤差をそれぞれ表している。この追従誤差Ｅ＿ｉｄは、上記式（１２）〜（１５）により算出される。式（１２）のＷは、式（１３）のように定義される仮想出力を表し、同式（１２）のＷ＿ｈａｔは、式（１４）のように定義される仮想出力の同定値を表している。式（１４）のζ（ｋ）は、その転置行列が式（１５）のように定義されるベクトルである。さらに、上記ゲイン係数のベクトルＫＰは、式（１６）により算出され、同式（１６）のＰは、式（１７）に示すように定義される３次の正方行列である。また、式（１７）のＩは、３次の単位行列を、λ１、λ２は重みパラメータをそれぞれ表している。

以上のような同定アルゴリズムでは、式（１７）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、本実施形態の部分パラメータ同定器４２では、同定精度およびベクトルθの最適値への追従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。

以上の式（１０）〜（１７）のアルゴリズムは以下のように導出される。すなわち、前述した式（７）のモデルにおいて、各変数を離散時間１つ分シフトさせ、モデルパラメータａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２および外乱推定値ｃ１をそれらの算出値および同定値に置き換え、Ｃａｉｎの項を左辺に移項させると、下式（１８）が得られる。
Cain(k)−a1(k)・Cain(k-1)−a2(k)・Cain(k-2)＝b1(k)・Rcain(k-1)
＋b2(k)・Rcain(k-2)＋c1(k)
……（１８）

この式（１８）において、左辺をＷと定義し、右辺をＷ＿ｈａｔと定義すると、上記式（１３），（１４）が得られる。ここで、Ｗを仮想的な制御対象の出力と考え、Ｗ＿ｈａｔを、そのような制御対象の出力の同定値と考えると、式（１４）は、そのような仮想的な制御対象のモデルと考えることができる。したがって、仮想出力Ｗが仮想出力の同定値Ｗ＿ｈａｔに近づくように、仮想的な制御対象モデルのモデルパラメータの同定を行うべく、逐次型同定アルゴリズムを適用すると、上記式（１０）〜（１７）が導出される。

次に、前述した補正値算出部４３について説明する。この補正値算出部４３では、回転変化量ＤＮＥに応じて、図１０に示すテーブルを検索することにより、補正値Ｒｄｎｅが算出される。この回転変化量ＤＮＥは、エンジン回転数ＮＥの今回値と前回値との偏差[ＮＥ（ｋ）−ＮＥ（ｋ−１）］として算出される。また、図１０において、ＤＮＥ１は正の所定値を表している。

このテーブルでは、補正値Ｒｄｎｅは、−ＤＮＥ１≦ＤＮＥ≦ＤＮＥ１の範囲では値０に設定され、ＤＮＥ１＜ＤＮＥの範囲では、負値に設定されているとともに、回転変化量ＤＮＥが大きいほど、その絶対値がより大きい値に設定されている。また、ＤＮＥ＜−ＤＮＥ１の範囲では、正値に設定されているとともに、回転変化量ＤＮＥが大きいほど、より大きい値に設定されている。

以上のように補正値Ｒｄｎｅが設定されているのは、以下の理由による。すなわち、本実施形態の可変カム位相機構３０では、前述したように、スプロケット４ａが、タイミングチェーン４ｂを介してクランクシャフト１０に連結されているとともに、電磁ブレーキ３２のコア３４と一体に回転するように構成されているので、エンジン回転数ＮＥが安定した定常運転状態から急上昇した場合、タイミングチェーン４ｂおよびクランクシャフト１０などの慣性力が急増する。それにより、電磁ブレーキ３２のコア３４が、リターンスプリング３６を圧縮しながら、アウタケーシング３３に対して相対的に図４の矢印Ｙ１方向に回転する。すなわち、エンジン回転数ＮＥが急上昇した場合、それに伴って急増した慣性力は、カム位相Ｃａｉｎを進角させる方向に作用するので、カム位相Ｃａｉｎを進角させるのに必要な制御入力Ｕｃａｉｎは、定常運転の場合よりも小さい値になる。

その結果、図１１に示すように、エンジン回転数ＮＥの急上昇時におけるカム位相Ｃａｉｎの特性曲線（２点鎖線で示す曲線）は、定常運転時の特性曲線（実線で示す曲線）に対して制御入力Ｕｃａｉｎの小さい側にずれてしまい、制御入力Ｕｃａｉｎを、前述した最大値Ｕｃａｉｎｍａｘと最小値Ｕｃａｉｎｍｉｎとの間で反転を繰り返すような値として算出すると、カム位相Ｃａｉｎが最進角値Ｃａｉｎａｄに保持される状態になってしまう。したがって、このように急増した慣性力の影響を補償し、カム位相Ｃａｉｎが最進角値Ｃａｉｎａｄに保持される状態を回避するには、慣性力の増大度合いに応じて、制御入力Ｕｃａｉｎをより小さい値に補正すればよい。

この場合、後述するように、制御入力Ｕｃａｉｎは、ＤＳＭコントローラ５０において、ゲイン調整値ｕに補正値Ｒｄｎｅを加算することにより算出されるので、制御入力Ｕｃａｉｎをより小さい値に補正するには、補正値Ｒｄｎｅを負値に設定すればよい。これに加えて、回転変化量ＤＮＥは、上記慣性力の増大度合いを反映するものであるので、補正値Ｒｄｎｅをそのような回転変化量ＤＮＥに応じて算出すればよい。以上の理由により、補正値Ｒｄｎｅは、ＤＮＥ１＜ＤＮＥの範囲では、負値に設定されているとともに、回転変化量ＤＮＥが大きいほど、その絶対値がより大きい値に設定されている。

一方、エンジン回転数ＮＥが急低下した場合、上記とは逆に、タイミングチェーン４ｂおよびクランクシャフト１０などの慣性力が急減し、それにより、電磁ブレーキ３２のコア３４は、リターンスプリング３６を伸張しながら、アウタケーシング３３に対して相対的に図４の矢印Ｙ１と逆方向に回転する。すなわち、エンジン回転数ＮＥが急低下した場合、それに伴って急減した慣性力は、カム位相Ｃａｉｎを遅角させる方向に作用するので、カム位相Ｃａｉｎを進角させるのに必要な制御入力Ｕｃａｉｎは、定常運転時よりも大きい値になる。

その結果、図１１に示すように、エンジン回転数ＮＥの急低下時におけるカム位相Ｃａｉｎの特性曲線（破線で示す曲線）は、定常運転時の特性曲線に対して制御入力Ｕｃａｉｎの大きい側にずれてしまい、制御入力Ｕｃａｉｎを、定常運転時と同様に、最大値Ｕｃａｉｎｍａｘと最小値Ｕｃａｉｎｍｉｎとの間で反転を繰り返すような値に設定すると、カム位相Ｃａｉｎが最遅角値Ｃａｉｎｒｔに保持される状態になってしまう。したがって、そのような急減した慣性力の影響を補償し、カム位相Ｃａｉｎが最遅角値Ｃａｉｎｒｔに保持される状態を回避するには、慣性力の減少度合いに応じて、制御入力Ｕｃａｉｎをより大きい値に補正すればよいことになる。以上により、補正値Ｒｄｎｅは、ＤＮＥ＜−ＤＮＥ１の範囲では、回転変化量ＤＮＥが大きいほど、より大きい値に設定されている。

さらに、−ＤＮＥ１≦ＤＮＥ≦ＤＮＥ１の範囲では、エンジン３が定常運転状態にあることで、タイミングチェーン４ｂおよびクランクシャフト１０などの慣性力の変化度合いが小さく、カム位相Ｃａｉｎへの影響を無視できるので、補正値Ｒｄｎｅは値０に設定されている。

以上のように、２自由度ＳＬＤコントローラ４０および補正値算出部４３では、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄおよび補正値Ｒｄｎｅがそれぞれ算出され、これらを用いて、加算要素４４では、下式（１９）により仮想制御入力Ｒｃａｉｎが算出される。
Ｒｃａｉｎ（ｋ）＝Ｒｓｌｄ（ｋ）＋Ｒｄｎｅ（ｋ） ……（１９）

次に、図１２を参照しながら、前述したＤＳＭコントローラ５０について説明する。このＤＳＭコントローラ５０は、以下に述べるように、ΔΣ変調アルゴリズムを適用した制御アルゴリズムにより、前述したＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄ（ｋ）および補正値Ｒｄｎｅ（ｋ）に応じて、制御入力Ｕｃａｉｎ（ｋ）を算出するものである。

すなわち、図１２に示すように、２自由度ＳＬＤコントローラ４０からのＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄ（ｋ）がリミッタ５０ａに入力されると、このリミッタ５０ａによりＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄ（ｋ）をリミット処理した制限値ｒ１（ｋ）が生成され、差分器５０ｂにより、制限値偏差ｒ２（ｋ）が、制限値ｒ１（ｋ）と、オフセット値発生部５０ｃからの所定のオフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔとの偏差として生成される。さらに、差分器５０ｄにより、この制限値偏差ｒ２（ｋ）と遅延素子５０ｅで遅延された変調出力ｕ''（ｋ−１）との偏差として偏差信号値δ（ｋ）が生成される。

次いで、積分器５０ｆにより、偏差積分値σ（ｋ）が、偏差信号値δ（ｋ）と、偏差積分値の遅延値σ（ｋ−１）との和として生成され、次に、リレー要素５０ｇにより、変調出力ｕ''（ｋ）が、偏差積分値σ（ｋ）に基づいて所定値＋Ｒ／−Ｒとして生成される。そして、増幅器５０ｈにより、制御値としてのゲイン調整値ｕ（ｋ）が、変調出力ｕ''（ｋ）を所定の振幅調整ゲインＦ（＝ＫＤＳＭ）でゲイン調整した値として生成され、次に、加算要素５０ｉにより、制御入力Ｕｃａｉｎ（ｋ）が、前述した信号発生器５０ｃからの所定のオフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔと、ゲイン調整値ｕ（ｋ）と、補正値Ｒｄｎｅとの総和として生成される。

このＤＳＭコントローラ５０の制御アルゴリズムは、下式（２０）〜（２６）で表される。
ｒ１（ｋ）＝Ｌｉｍ（Ｒｓｌｄ（ｋ）） ……（２０）
ｒ２（ｋ）＝ｒ１（ｋ）−Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ ……（２１）
δ（ｋ）＝ｒ２（ｋ）−ｕ''（ｋ−１） ……（２２）
σ（ｋ）＝σ（ｋ−１）＋δ（ｋ） ……（２３）
ｕ''（ｋ）＝ｆｎｌ（σ（ｋ）） ……（２４）
ｕ（ｋ）＝ＫＤＳＭ・ｕ''（ｋ） ……（２５）
Ｕｃａｉｎ（ｋ）＝Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＋ｕ（ｋ）＋Ｒｄｎｅ（ｋ） ……（２６）

上記式（２０）において、Ｌｉｍ（Ｒｓｌｄ（ｋ））は、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄ（ｋ）を上記リミッタ５０ａでリミット処理した制限値を表しており、具体的には、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄ（ｋ）を、所定の下限値ｒｍｉｎと所定の上限値ｒｍａｘで規定される範囲内に制限した値として算出される。すなわち、Ｒｓｌｄ（ｋ）＜ｒｍｉｎのときにはＬｉｍ（Ｒｓｌｄ（ｋ））＝ｒｍｉｎとなり、ｒｍｉｎ≦Ｒｓｌｄ（ｋ）≦ｒｍａｘのときにはＬｉｍ（Ｒｓｌｄ（ｋ））＝Ｒｓｌｄ（ｋ）となり、Ｒｓｌｄ（ｋ）＞ｒｍａｘのときにはＬｉｍ（Ｒｓｌｄ（ｋ））＝ｒｍａｘとなる。これらの下限値ｒｍｉｎおよび上限値ｒｍａｘは、後述する理由により、いずれも正の所定値に設定されている。

また、上記式（２４）において、ｆｎｌ（σ（ｋ））は、上記リレー要素５０ｇに相当する非線形関数であり、その値は、σ（ｋ）≧０のときにはｆｎｌ（σ（ｋ））＝Ｒとなり、σ（ｋ）＜０のときにはｆｎｌ（σ（ｋ））＝−Ｒとなる（なお、σ（ｋ）＝０のときには、ｆｎｌ（σ（ｋ））＝０と設定してもよい）。また、この値Ｒは、後述する理由により、Ｒ＞｜ｒ２（ｋ）｜の関係が常に成立するような正の所定値に設定されている。また、上記式（２５）のＫＤＳＭは、上記振幅調整ゲインＦに相当する振幅調整ゲインであり、後述する理由により値１以下の値に設定されている。

ＤＳＭコントローラ５０では、以上のΔΣ変調アルゴリズムに基づく制御アルゴリズムにより、制御入力Ｕｃａｉｎが算出されるので、この制御入力Ｕｃａｉｎにより、可変カム位相機構３０を制御する場合において、良好な制御性および高い制御精度を確保するには、制御入力Ｕｃａｉｎを、最大値Ｕｃａｉｎｍａｘと最小値Ｕｃａｉｎｍｉｎとの間で頻繁に反転を繰り返すとともに、最大値Ｕｃａｉｎｍａｘへの反転頻度と最小値Ｕｃａｉｎｍｉｎへの反転頻度とが半々の割合に近づくような値として算出する必要がある。したがって、それを実現するために、前述したように、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄが正値として算出されるとともに、所定値Ｒ、リミット処理の上下限値ｒｍｉｎ，ｒｍａｘおよびオフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔが、前述したような値に設定されている。

また、制御入力Ｕｃａｉｎは、オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔと、ゲイン調整値ｕと、補正値Ｒｄｎｅとの総和として算出されるので、エンジン回転数ＮＥが急変した場合でも、それに伴って発生する、タイミングチェーン４ｂおよびクランクシャフト１０などの慣性力の急変度合いの影響を補償できることにより、制御入力Ｕｃａｉｎを、最大値Ｕｃａｉｎｍａｘと最小値Ｕｃａｉｎｍｉｎとの間で頻繁に反転を繰り返すような値として算出することができる。それにより、良好な制御性および高い制御精度を確保することができる。

以下、ＥＣＵ２により実行されるカム位相Ｃａｉｎの制御処理について、図１３を参照しながら説明する。同図に示すように、この処理では、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同じ）で、フラグＦ＿ＥＶＴＣＯＫが「１」であるか否かを判別する。このフラグＦ＿ＥＶＴＣＯＫは、図示しない故障判定処理において、可変カム位相機構３０が正常であるときには「１」に、故障しているときには「０」にそれぞれ設定される。

ステップ１の判別結果がＹＥＳで、可変カム位相機構３０が正常であるときには、ステップ２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、エンジン３の始動中は「１」に設定され、エンジン３が始動済みであるときには「０」に設定される。

この判別結果がＮＯで、エンジン３が始動済みであるときには、ステップ３に進み、目標カム位相のマップ値Ｃａｉｎ＿ｃｍｄ＿ｍａｐを、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図１４に示すマップを検索することにより算出する。同図において、ＡＰ１〜ＡＰ３は、ＡＰ１＜ＡＰ２＜ＡＰ３の関係が成立するアクセル開度ＡＰの所定値を示している。このマップでは、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄは、アクセル開度ＡＰが小さくかつ中回転域にあるときには、それ以外のときよりも進角側の値に設定されている。これは、そのような運転状態では、内部ＥＧＲ量を低減し、ポンピングロスを減少させる必要があるためである。

次に、ステップ４に進み、ステップ３で算出したマップ値Ｃａｉｎ＿ｃｍｄ＿ｍａｐを、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄとして設定する。次いで、ステップ５に進み、前述したように、モデルパラメータａ１，ａ２を算出する。すなわち、エンジン回転数ＮＥに応じて、図８のテーブルを検索することにより、基本値ａ１＿ｂｓ，ａ２＿ｂｓを算出し、カム位相Ｃａｉｎに応じて、図９のテーブルを検索することにより、補正係数Ｋａｓｃを算出するとともに、前述した式（８），（９）により、モデルパラメータａ１，ａ２を算出する。

ステップ５に続くステップ６では、前述した式（１０）〜（１７）の逐次型同定アルゴリズムにより、モデルパラメータｂ１，ｂ２および外乱推定値ｃ１を算出する。次いで、ステップ７で、前述した式（１）〜（６）の目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄを算出する。

次に、ステップ８で、エンジン回転数の今回値ＮＥ（ｋ）から前回値ＮＥ（ｋ−１）を減算することにより、回転変化量ＤＮＥを算出し、その後、ステップ９で、前述したように、回転変化量ＤＮＥに応じて、図１０に示すテーブルを検索することにより、補正値Ｒｄｎｅを算出する。

次いで、ステップ１０に進み、仮想制御入力Ｒｃａｉｎを、ステップ７で算出したＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄと、ステップ９で算出した補正値Ｒｄｎｅとの和に設定する。この仮想制御入力Ｒｃａｉｎは、ＲＡＭに記憶され、例えば、次回のカム位相制御処理の実行時には、仮想制御入力の前回値Ｒｃａｉｎ（ｋ−１）として用いられる。

次に、ステップ１１で、前述した式（２０）〜（２６）の制御アルゴリズムにより、制御入力Ｕｃａｉｎを算出した後、本処理を終了する。

一方、ステップ２の判別結果がＹＥＳで、エンジン始動中であるときには、ステップ１２に進み、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄを、所定の始動時用値Ｃａｉｎ＿ｃｍｄ＿ｓｔに設定する。次いで、前述したように、ステップ５〜１１を実行した後、本処理を終了する。

一方、ステップ１の判別結果がＮＯで、可変カム位相機構３０が故障しているときには、ステップ１３に進み、制御入力Ｕｃａｉｎを値０に設定した後、本処理を終了する。これにより、カム位相Ｃａｉｎは最遅角値Ｃａｉｎｒｔに制御される。

次に、以上のように構成された本実施形態のカム位相制御装置１によるカム位相Ｃａｉｎの制御結果について説明する。図１５は、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄを一定値に保持した状態で、エンジン回転数ＮＥが急増した際の、本実施形態のカム位相制御装置１による制御結果例を示している。図１６は、比較のために、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄを一定値に保持し、かつ補正値Ｒｄｎｅ＝０に設定した状態で、エンジン回転数ＮＥが急増した際の制御結果例を示している。

両図を参照すると、エンジン回転数ＮＥが増大を開始すると（時刻ｔ１、ｔ１１）、それ以降におけるカム位相Ｃａｉｎの、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに対する乖離度合いは、本実施形態の制御結果の方が、比較例よりも小さくなっていることが判る。また、カム位相Ｃａｉｎが目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄが収束するまでの時間も、本実施形態の制御結果の時間（ｔ１〜ｔ２）の方が、比較例の時間（ｔ１１〜ｔ１２）よりも短くなっていることが判る。このように、本実施形態のカム位相制御装置１によれば、補正値Ｒｄｎｅを用いて制御入力Ｕｃａｉｎを算出することにより、エンジン回転数ＮＥの急変に起因して、可変カム位相機構３０に作用する慣性力が急変する場合でも、その影響を適切に補償できることが判る。

以上のように、第１実施形態のカム位相制御装置１によれば、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄが、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより算出され、これをΔΣ変調アルゴリズムに基づく制御アルゴリズムで変調することにより、制御入力Ｕｃａｉｎが算出される。このように、制御入力ＵｃａｉｎがＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄを変調することにより、所定の最大値Ｕｃａｉｎｍａｘと所定の最小値Ｕｃａｉｎｍｉｎとの間で頻繁に反転する値として算出されるので、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄのみで可変カム位相機構３０を制御する場合と比べて、可変カム位相機構３０の非線形特性に起因する制御性および制御精度の低下を回避できる。また、制御入力Ｕｃａｉｎが補正値Ｒｄｎｅにより補正された値として算出されるので、エンジン回転数ＮＥの急変に起因して、可変カム位相機構３０に作用する慣性力が急変する場合でも、その影響を適切に補償できることで、エンジン回転数ＮＥの急変に伴うカム位相Ｃａｉｎのずれの発生を抑制できる。その結果、カム位相制御における良好な制御性および高い制御精度を確保することができる。

また、本実施形態のカム位相制御装置１のように、可変カム位相機構３０を介して、カム位相Ｃａｉｎを目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに追従させるように制御した場合、暖機の進行に伴うエンジン３のフリクションの変化、可変カム位相機構３０の個体間の動作特性のばらつき、および経年変化などに起因して、前述した式（７）のモデルの動特性が実際の値からずれてしまい、カム位相Ｃａｉｎが目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに対して振動的挙動、オーバーシュートおよび偏差を生じる可能性がある。この問題は、制御入力Ｕｃａｉｎが、補正値Ｒｄｎｅによりエンジン回転数ＮＥに応じて補正された値として算出されるので、エンジン回転数ＮＥの変動幅が大きいときには、その補正度合いも大きくなり、補正値Ｒｄｎｅが外乱として作用することによって、より顕著になる可能性がある。

これに対して、本実施形態では、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄが算出されるので、上記のような振動的挙動およびオーバーシュートの発生を回避しながら、カム位相Ｃａｉｎを目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに精度良くかつ迅速に追従させることができる。これに加えて、パラメータスケジューラ４１で、モデルパラメータａ１，ａ２がエンジン回転数ＮＥおよびカム位相Ｃａｉｎに応じて算出され、部分パラメータ同定器４２で、モデルパラメータｂ１，ｂ２および外乱推定値ｃ１がオンボード同定されるとともに、そのように算出されたモデルパラメータａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２、外乱推定値ｃ１および補正値Ｒｄｎｅを用いて、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄが算出されるので、外乱としての補正値Ｒｄｎｅの影響や、上記のフリクションの変化などに起因するモデル化誤差を適切に補償でき、上記モデルの動特性を、実際の動特性に適合させることができる。その結果、カム位相制御の制御性および制御精度を向上させることができる。

さらに、モデルパラメータａ１，ａ２をパラメータスケジューラ４１で算出するように構成したので、これらも部分パラメータ同定器４２で同定する場合と比べて、演算時間を短縮でき、ＥＣＵ２の演算負荷を低減することができる。

なお、第１実施形態は、電磁石３５の電磁力Ｆｓｏｌが第１の力として作用し、リターンスプリン３６の付勢力Ｆｓｐｒが第２の力として作用する電磁式の可変カム位相機構３０を用いた例であるが、本発明の可変カム位相機構はこれに限らず、２つの力の大小関係を変更することにより、カム位相Ｃａｉｎを変更するとともに、これらの２つの力を互いに釣り合った関係に制御することにより、カム位相Ｃａｉｎを保持するものであればよい。例えば、２つの電磁力が、第１および第２の力としてカム位相Ｃａｉｎの進角方向および遅角方向にそれぞれ作用するとともに、これらの２つの電磁力を互いに釣り合う状態に制御することにより、カム位相Ｃａｉｎがその時点の値に保持される可変カム位相機構を用いてもよい。

また、第１実施形態では、前述した可変カム位相機構３０の構造に起因して、カム位相Ｃａｉｎが、エンジン回転数ＮＥの急上昇時に進角側にずれ、エンジン回転数ＮＥの急低下時に遅角側にずれてしまうので、補正値Ｒｄｎｅを、図１０に示すテーブルを用いて算出するように構成したが、上記とは逆に、可変カム位相機構３０において、カム位相Ｃａｉｎが、エンジン回転数ＮＥの急上昇時に遅角側にずれ、エンジン回転数ＮＥの急低下時に進角側にずれてしまうように構成されている場合には、補正値Ｒｄｎｅを、図１７に示すテーブルを用いて算出すればよい。

さらに、第１実施形態は、カム位相Ｃａｉｎを目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに追従させるための制御値を算出する所定の制御アルゴリズムとして、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムおよびΔΣ変調アルゴリズムに基づく制御アルゴリズムを用いた例であるが、所定の制御アルゴリズムはこれに限らず、カム位相Ｃａｉｎを目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに追従させることができるものであればよい。例えば、ＰＩＤ制御アルゴリズムなどの一般的なフィードバック制御アルゴリズムを用いてもよい。また、第１実施形態は、所定の追従制御アルゴリズムとして、目標値フィルタ型２自由度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、所定の追従制御アルゴリズムはこれに限らず、カム位相Ｃａｉｎを目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに追従させることができるものであればよい。例えば、ＰＩＤ制御アルゴリズムなどの一般的なフィードバック制御アルゴリズムを用いてもよい。

また、第１実施形態は、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、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、カム位相Ｃａｉｎの目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄへの収束速度を指定できる制御アルゴリズムであればよい。

さらに、第１実施形態は、２自由度制御アルゴリズムとして、目標値フィルタ型２自由度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自由度制御アルゴリズムはこれに限らないことは言うまでもない。例えば、２自由度制御アルゴリズムとして、１次遅れフィルタアルゴリズムに、ＰＩＤ制御アルゴリズムなどのフィードバック制御アルゴリズムを組み合わせたものを用いてもよい。

また、第１実施形態は、回転変化量ＤＮＥに応じて算出した補償入力Ｒｄｎｅを、ゲイン調整値ｕに加算することにより、制御入力Ｕｃａｉｎを算出するように構成した例であるが、制御入力Ｕｃａｉｎの算出手法はこれに限らず、エンジン回転数ＮＥに応じて、ゲイン調整値ｕを補正することにより、制御入力Ｕｃａｉｎを算出するものであればよい。例えば、補正係数を回転変化量ＤＮＥに応じて算出し、これをゲイン調整値ｕおよびオフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔの和に乗算することにより、制御入力Ｕｃａｉｎを算出するように構成してもよい。

さらに、第１実施形態は、モデルパラメータａ１，ａ２をパラメータスケジューラ４１により算出し、モデルパラメータｂ１，ｂ２および外乱推定値ｃ１を部分パラメータ同定器４２により算出した例であるが、これらの値の算出手法は実施形態の例に限らず、これらの値を適切に算出できるものであれよい。例えば、モデルパラメータａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２を、エンジン回転数ＮＥおよびカム位相Ｃａｉｎに応じて、パラメータスケジューラにより算出するとともに、外乱推定値ｃ１を、適応外乱オブザーバにより算出するように構成してもよい。また、モデルパラメータａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２を、可変ゲイン式または固定ゲイン式のオンボード同定器により算出するとともに、外乱推定値ｃ１を、適応外乱オブザーバにより算出するように構成してもよい。

さらに、第１実施形態は、制御入力Ｕｃａｉｎをそのまま可変カム位相機構３０に入力した例であるが、制御入力Ｕｃａｉｎを他の電気回路およびコントローラなどにより処理した値を可変カム位相機構３０に入力するように構成してもよい。例えば、制御入力ＵｃａｉｎをＰＭＷ回路によりさらに変調し、その変調した値を可変カム位相機構３０に入力するようにしてもよい。

また、第１実施形態は、可変カム位相機構３０を、吸気カム５のカム位相Ｃａｉｎを変更するのに用いた例であるが、これを、排気カム８のクランクシャフト１０に対するカム位相を変更するのに用いてもよい。

次に、第２実施形態のカム位相制御装置１Ａについて説明する。この第２実施形態のカム位相制御装置１Ａは、第１実施形態のカム位相制御装置１と比べると、ＤＳＭコントローラ５０に代えて、図１８に示すＳＤＭコントローラ６０を用いた点のみが異なっており、その他の点は第１実施形態のカム位相制御装置１と同様に構成されているので、以下、ＳＤＭコントローラ６０についてのみ説明する。このＳＤＭコントローラ６０は、以下に述べるように、ΣΔ変調アルゴリズムを適用した制御アルゴリズムにより、前述したＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄ（ｋ）および補正値Ｒｄｎｅ（ｋ）に応じて、制御入力Ｕｃａｉｎ（ｋ）を算出するものである。なお、本実施形態では、ＳＤＭコントローラ６０が制御値算出手段および制御入力算出手段に相当する。

このＳＤＭコントローラ６０では、図１８に示すように、ＳＬＤコントローラ４０からのＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄ（ｋ）がリミッタ６０ａに入力されると、このリミッタ６０ａにより制限値ｒ１（ｋ）が生成され、次に、差分器６０ｂにより、制限値偏差ｒ２（ｋ）が、制限値ｒ１（ｋ）と、オフセット値発生部６０ｃからの所定のオフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔとの偏差として生成される。次いで、積分器６０ｄにより、偏差積分値σｒ(ｋ)が、制限値偏差ｒ２（ｋ）と偏差積分値の遅延値σｒ(ｋ−１)との和として生成される。一方、積分器６０ｅより、変調出力積分値σｕ''(ｋ)が、遅延素子６０ｆで遅延された変調出力ｕ''(ｋ−１)と、変調出力積分値の遅延値σｕ''(ｋ−１)との和として生成される。そして、差分器６０ｇにより、偏差信号値δ(ｋ)が、偏差積分値σｒ(ｋ)と変調出力積分値σｕ''(ｋ)との偏差として生成される。

次いで、リレー要素６０ｈにより、変調出力ｕ''（ｋ）が、偏差信号値δ(ｋ)に基づいて所定値＋Ｒ／−Ｒとして生成される。そして、増幅器６０ｉにより、ゲイン調整値ｕ(ｋ)が、変調出力ｕ''(ｋ)を所定の振幅調整ゲインＦ（＝ＫＤＳＭ）でゲイン調整した値として生成され、次に、加算要素６０ｊにより、制御入力Ｕｃａｉｎ（ｋ）が、ゲイン調整値ｕ(ｋ)と上記オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔと補正値Ｒｄｎｅ（ｋ）との総和として、生成される。

以上のＳＤＭコントローラ６０の制御アルゴリズムは、下式（２７）〜（３４）で表される。
ｒ１（ｋ）＝Ｌｉｍ（Ｒｓｌｄ（ｋ）） ……（２７）
ｒ２（ｋ）＝ｒ１（ｋ）−Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ ……（２８）
σｒ（ｋ）＝σｒ（ｋ−１）＋ｒ２（ｋ） ……（２９）
σｕ''（ｋ）＝σｕ''（ｋ−１）＋ｕ''（ｋ−１） ……（３０）
δ（ｋ）＝σｒ（ｋ）−σｕ''（ｋ） ……（３１）
ｕ''（ｋ）＝ｆｎｌ（δ（ｋ）） ……（３２）
ｕ（ｋ）＝ＫＤＳＭ・ｕ''（ｋ） ……（３３）
Ｕｃａｉｎ（ｋ）＝Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＋ｕ（ｋ）＋Ｒｄｎｅ（ｋ） ……（３４）

上記式（２７）の制限値Ｌｉｍ（Ｒｓｌｄ（ｋ））の制限幅は、前述した式（２０）のものと同じ値に設定されている。さらに、式（３２）の非線形関数ｆｎｌ（δ（ｋ））は、δ（ｋ）≧０のときにはｆｎｌ（δ（ｋ））＝Ｒとなり、δ（ｋ）＜０のときにはｆｎｌ（δ（ｋ））＝−Ｒとなるように設定されている（なお、δ（ｋ）＝０のときには、ｆｎｌ（δ（ｋ））＝０と設定してもよい）。

さらに、前述した理由により、所定値Ｒは、Ｒ＞｜ｒ２（ｋ）｜の関係が常に成立するような正の値に設定されている。さらに、式（２８），（３４）のオフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔおよび式（３２）の振幅調整ゲインＫＤＳＭもそれぞれ、制御入力Ｕｃａｉｎの符号の反転を回避可能な適切な値（ＫＤＳＭ≦１）に設定されている。

以上のＳＤＭコントローラ６０によれば、制御入力Ｕｃａｉｎが、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄを、ΣΔ変調アルゴリズムに基づく制御アルゴリズムで変調することにより算出されるとともに、補正値Ｒｄｎｅにより補正された値として算出される。したがって、本実施形態のカム位相制御装置１Ａでも、前述した第１実施形態のカム位相制御装置１と同様の作用効果を得ることができる。

次に、第３実施形態のカム位相制御装置１Ｂについて説明する。この第３実施形態のカム位相制御装置１Ｂは、第１実施形態のカム位相制御装置１と比べると、ＤＳＭコントローラ５０に代えて、図１９に示すＤＭコントローラ７０を用いた点のみが異なっており、その他の点は第１実施形態のカム位相制御装置１と同様に構成されているので、以下、ＤＭコントローラ７０についてのみ説明する。このＤＭコントローラ７０は、Δ変調アルゴリズムを適用した制御アルゴリズムにより、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄ（ｋ）および補正値Ｒｄｎｅ（ｋ）に応じて、制御入力Ｕｃａｉｎ（ｋ）を算出するものである。なお、本実施形態では、ＤＭコントローラ７０が制御値算出手段および制御入力算出手段に相当する。

このＤＭコントローラ７０では、図１９に示すように、ＳＬＤコントローラ４０からのＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄ（ｋ）がリミッタ７０ａに入力されると、このリミッタ７０ａにより制限値ｒ１（ｋ）が生成され、次に、差分器７０ｂにより、制限値偏差ｒ２（ｋ）が、制限値ｒ１（ｋ）と、オフセット値発生部７０ｃからの所定のオフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔとの偏差として生成される。一方、積分器７０ｄより、変調出力積分値σｕ''(ｋ)が、遅延素子７０ｅで遅延された変調出力ｕ''(ｋ−１)と、変調出力積分値の遅延値σｕ''(ｋ−１)との和として生成される。そして、差分器７０ｆにより、偏差信号値δ(ｋ)が、制限値偏差ｒ２（ｋ）と変調出力積分値σｕ''(ｋ)との偏差として生成される。

次いで、リレー要素７０ｇにより、変調出力ｕ''（ｋ）が、偏差信号値δ(ｋ)に基づいて所定値＋Ｒ／−Ｒとして生成される。そして、増幅器７０ｈにより、ゲイン調整値ｕ(ｋ)が、変調出力ｕ''(ｋ)を所定の振幅調整ゲインＦ（＝ＫＤＳＭ）でゲイン調整した値として生成され、次に、加算要素７０ｉにより、制御入力Ｕｃａｉｎ（ｋ）が、ゲイン調整値ｕ(ｋ)と上記オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔと補正値Ｒｄｎｅ（ｋ）との総和として、生成される。

以上のＤＭコントローラ７０の制御アルゴリズムは、以下の式（３５）〜（４１）で表される。
ｒ１（ｋ）＝Ｌｉｍ（Ｒｓｌｄ（ｋ）） ……（３５）
ｒ２（ｋ）＝ｒ１（ｋ）−Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ ……（３６）
σｕ''（ｋ）＝σｕ''（ｋ−１）＋ｕ''（ｋ−１） ……（３７）
δ（ｋ）＝ｒ２（ｋ）−σｕ''（ｋ） ……（３８）
ｕ''（ｋ）＝ｆｎｌ（δ（ｋ）） ……（３９）
ｕ（ｋ）＝ＫＤＳＭ・ｕ''（ｋ） ……（４０）
Ｕｃａｉｎ（ｋ）＝Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＋ｕ（ｋ）＋Ｒｄｎｅ（ｋ） ……（４１）

この式（３５）のＬｉｍ（Ｒｓｌｄ（ｋ））は、前述した式（２０），（２７）のものと同じ制限幅に設定されている。さらに、式（３９）の非線形関数ｆｎｌ（δ（ｋ））も、前述した式（３２）のものと同じ値に設定されている。すなわち、δ（ｋ）≧０のときにはｆｎｌ（δ（ｋ））＝Ｒとなり、δ（ｋ）＜０のときにはｆｎｌ（δ（ｋ））＝−Ｒとなるように設定されている（なお、δ（ｋ）＝０のときには、ｆｎｌ（δ（ｋ））＝０と設定してもよい）。

さらに、前述した理由により、所定値Ｒは、Ｒ＞｜ｒ２（ｋ）｜の関係が常に成立するような正の値に設定されている。さらに、式（３６），（４１）のオフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔおよび式（４０）の振幅調整ゲインＫＤＳＭもそれぞれ、前述したように、制御入力Ｕｃａｉｎの符号の反転を回避可能な適切な値（ＫＤＳＭ≦１）に設定されている。

以上のＤＭコントローラ７０によれば、制御入力Ｕｃａｉｎが、ＳＬＤ制御入力Ｒｓｌｄを、Δ変調アルゴリズムに基づく制御アルゴリズムで変調することにより算出されるとともに、補正値Ｒｄｎｅにより補正された値として算出される。したがって、本実施形態のカム位相制御装置１Ｂでも、前述した第１実施形態のカム位相制御装置１と同様の作用効果を得ることができる。

本願発明の第１実施形態に係るカム位相制御装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す図である。 可変カム位相機構の概略構成を模式的に示す断面図である。 遊星歯車装置を図２のＡ−Ａ線に沿う方向から見た模式図である。 電磁ブレーキを図２のＢ−Ｂ線に沿う方向から見た模式図である。 可変カム位相機構の動作特性を示す特性曲線である。 可変カム位相機構の電磁石の動作特性を示す特性曲線である。 第１実施形態のカム位相制御装置の概略構成を示すブロック図である。 モデルパラメータの基本値ａ１＿ｂｓ，ａ２＿ｂｓの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 補正係数Ｋａｓｃの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 補正値Ｒｄｎｅの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 エンジン回転数の急変時に可変カム位相機構に作用する慣性力の影響を説明するための特性曲線である。 ＤＳＭコントローラの概略構成を示すブロック図である。 カム位相制御処理を示すフローチャートである。 目標カム位相のマップ値の算出に用いるマップの一例を示す図である。 第１実施形態のカム位相制御装置による制御結果の一例を示すタイミングチャートである。 比較例の制御結果を示すタイミングチャートである。 補正値Ｒｄｎｅの算出に用いるテーブルの変形例を示す図である。 第２実施形態のカム位相制御装置におけるＳＤＭコントローラの概略構成を示すブロック図である。 第３実施形態のカム位相制御装置におけるＤＭコントローラの概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

1,1A,1B カム位相制御装置
２ ＥＣＵ（機関回転数検出手段、カム位相検出手段、目標カム位相設定手段、制 御値算出手段、制御入力算出手段、同定手段、外乱推定値算出手段）
３ 内燃機関
５ 吸気カム
８ 排気カム
１０ クランクシャフト
２０ カム角センサ（カム位相検出手段）
２１ クランク角センサ（機関回転数検出手段、カム位相検出手段）
３０ 可変カム位相機構
４０ ２自由度スライディングモードコントローラ（制御値算出手段）
４２ 部分パラメータ同定器（外乱推定値算出手段、同定手段）
４３ 補正値算出部（制御入力算出手段）
５０ ＤＳＭコントローラ（制御値算出手段、制御入力算出手段）
６０ ＳＤＭコントローラ（制御値算出手段、制御入力算出手段）
７０ ＤＭコントローラ（制御値算出手段、制御入力算出手段）
Cain カム位相
Cain_cmd 目標カム位相
Fsol 電磁力（第１の力）
Fspr 付勢力（第２の力）
NE 機関回転数
Rsld ＳＬＤ制御入力（追従制御値）
u ゲイン調整値（制御値）
Ucain 制御入力
Rdne 補正値
b1 モデルパラメータ
b2 モデルパラメータ
c1 外乱推定値

Claims (6)

1. 吸気カムおよび排気カムの少なくとも一方のクランクシャフトに対する位相であるカム位相を制御する内燃機関のカム位相制御装置であって、
   前記カム位相を進角させる方向に作用する第１の力と、遅角させる方向に作用する第２の力との間の大小関係を変更することにより、前記カム位相を変更するとともに、当該第１および第２の力を互いに釣り合った関係に保持することにより、前記カム位相を保持する可変カム位相機構と、
   前記内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、
   前記カム位相を検出するカム位相検出手段と、
   前記カム位相制御の目標となる目標カム位相を設定する目標カム位相設定手段と、
   前記検出されたカム位相を前記目標カム位相に追従させるための制御値を、所定の制御アルゴリズムにより算出する制御値算出手段と、
   当該算出された制御値を前記検出された機関回転数に応じて補正することにより、前記可変カム位相機構を制御するための制御入力を算出する制御入力算出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関のカム位相制御装置。
2. 前記制御値算出手段の前記所定の制御アルゴリズムでは、所定の追従制御アルゴリズムにより、前記検出されたカム位相を前記目標カム位相に追従させるための追従制御値が算出されるとともに、当該算出された追従制御値を、Δ変調アルゴリズム、ΔΣ変調アルゴリズムおよびΣΔ変調アルゴリズムのうちの１つに基づくアルゴリズムで変調することにより、前記制御値が算出されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のカム位相制御装置。
3. 前記制御入力算出手段は、前記制御値を補正するための補正値を、前記機関回転数に応じて算出し、
   前記制御値算出手段の前記所定の追従制御アルゴリズムは、前記追従制御値と前記補正値と前記カム位相との関係を定義した制御対象モデルに基づくアルゴリズムであり、
   前記制御対象モデルのモデルパラメータを、前記追従制御値、前記補正値および前記カム位相に応じて、所定の同定アルゴリズムにより同定する同定手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のカム位相制御装置。
4. 前記制御値算出手段の前記所定の制御アルゴリズムは、所定の応答指定型制御アルゴリズムを含む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カム位相制御装置。
5. 前記制御値算出手段の前記所定の制御アルゴリズムは、所定の２自由度制御アルゴリズムを含む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カム位相制御装置。
6. 前記制御入力算出手段は、前記制御値を補正するための補正値を、前記機関回転数に応じて算出し、
   前記可変カム位相機構が受ける外乱を補償するための外乱推定値を、前記補正値に応じて、所定の推定アルゴリズムにより算出する外乱推定値算出手段をさらに備え、
   前記制御値算出手段は、前記算出された外乱推定値にさらに応じて、前記制御値を算出することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関のカム位相制御装置。

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