WO2005098554A1

WO2005098554A1 - 制御装置

Info

Publication number: WO2005098554A1
Application number: PCT/JP2005/005828
Authority: WO
Inventors: Yuji Yasui; Hiroshi Tagami; Mitsunobu Saito; Kosuke Higashitani; Masahiro Sato
Original assignee: Honda Motor Co., Ltd.
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2005-10-20
Also published as: CN100474181C; JP2005299424A; CN1938655A; CA2562318A1; JP4443985B2; US20070198163A1; US7379809B2; EP1750183A4; TW200617273A; RU2373560C2; RU2006137793A; EP1750183B1; EP1750183A8; EP1750183A1

Abstract

　複数の制御入力により制御対象の出力をフィードバック制御する場合において、制御の安定性および制御精度をいずれも向上させることができる制御装置。制御装置１のＥＣＵ２は、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒにより、アイドル運転中のエンジン回転数ＮＥを制御するものであり、エンジン水温ＴＷなどに応じて、目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄを算出し（ステップ３）、点火制御入力Ｕｓｌ＿ｉｇおよび吸気制御入力Ｕｓｌ＿ａｒをそれぞれ、エンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥ＿ｃｍｄに収束するように、１つの切換関数σｎｅを互いに共用する、所定の複数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［式（１）～（１２）］により算出する（ステップ４～７，９）。

Description

明細書

制御装置

技術分野

[0001] 本発明は、複数の制御入力により制御対象の出力をフィードバック制御する制御装置に関する。

背景技術

[0002] 従来、内燃機関のアイドル運転中に機関回転数をフィードバック制御する制御装置として、特許文献 1に記載されたものが知られている。この内燃機関は、スロットル弁をバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路を開閉するアイドル調整弁と、点火コイルなどを備えている。この制御装置では、以下のように、アイドル運転中、機関回転数が目標回転数に収束するように、吸入空気量および点火時期がいずれも制御される。

[0003] 具体的には、まず、アイドル運転中、目標回転数、基本吸入空気量および基本点火時期をそれぞれ、運転状態に応じて設定する。次いで、実際の機関回転数と目標回転数との回転数偏差を算出し、この回転数偏差に基づいて、吸入空気量および点火時期のフィードバック補正量をそれぞれ算出する。そして、アイドル調整弁への制御入力を、基本吸入空気量と吸入空気量のフィードバック補正量との和に応じた値として算出し、点火プラグへの制御入力を、基本点火時期と点火時期のフィードバック補正量との和に応じた値として算出する。さらに、これらの制御入力に応じた駆動信号でアイドル調整弁および点火プラグをそれぞれ駆動することにより、吸入空気量および点火時期がいずれも制御され、それにより、機関回転数が目標回転数に収束するようにフィードバック制御される。

[0004] 特許文献 1 :特開平 5— 222997号公報

[0005] 上記従来の制御装置によれば、 2つの制御入力による 2つの制御処理により、機関回転数をフィードバック制御しているものの、これらの制御処理の特性が互いに異なるため、 2つの制御処理が互い干渉し合うおそれがある。すなわち、点火時期を制御した場合、その応答遅れが小さぐ無駄時間が小さいので、機関回転数を目標回転数に迅速に収束させることができる。また、制御の分解能が高い（最小の制御入力に対する機関回転数の変化度合いが小さい)ので、良好な制御精度を確保できる反面、内燃機関の運転状態が悪化するのを回避する観点から、点火時期の変更幅が規制されてしまう。例えば、アイドル運転中、運転者による空ぶ力などにより、目標回転数が一時的に急上昇したときなどには、それに応じて点火時期を制御すると、点火時期のリタード量が過大になり、燃焼効率が低下してしまうおそれがあるので、これを回避する観点から、点火時期の変更幅が規制される。

[0006] 一方、吸入空気量を制御した場合、制御の分解能が点火時期制御処理と比べて低ぐ目標回転数の大幅な変化に対しても対応できる反面、点火時期制御処理と比ベて、機関回転数をきめ細力べ制御することができず、制御精度が低くなつてしまう。これに加えて、点火時期のフィードバック制御処理と比べて、応答遅れが大きぐ無駄時間が大きいので、機関回転数の目標回転数への収束性が悪いという特性がある

[0007] 上記従来の制御装置では、以上のような、 2つの制御処理の特性の差異に起因して、 2つの制御処理が互いに干渉し合うことで、制御の安定性および制御精度がいずれも低下するおそれがある。

[0008] これにカ卩えて、 PI制御などの一般的なフィードバック制御手法では、上述したような、目標回転数の急激な変化が発生した場合、機関回転数の目標回転数へのオーバ一シュートまたはアンダーシュートが発生しやすぐ振動的な挙動を生じやすいとともに、それを回避しょうとすると、機関回転数の目標回転数への収束速度が遅くなつてしまう。すなわち、機関回転数の目標回転数に対する収束挙動および収束速度をいずれも良好な状態に確保するのが困難であり、その結果、制御の安定性および制御精度がいずれもより一層、低下してしまう。

[0009] 本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の制御入力により制御対象の出力をフィードバック制御する場合において、制御の安定性および制御精度をいずれも向上させることができる制御装置を提供することを目的とする。

発明の開示

[0010] 上記目的を達成するために、本発明の第 1の態様においては、複数の制御入力により制御対象の出力を制御する制御装置であって、制御対象の状態に応じて、制御対象の出力の目標となる目標値を算出する目標値算出手段と、算出された目標値に所定のフィルタリング処理を施すことにより、目標値に対する制御対象の出力の追従応答性を設定するための 1つのフィルタリング目標値を算出するフィルタリング目標値算出手段と、複数の制御入力をそれぞれ、制御対象の出力が算出された 1つのフィルタリング目標値に収束するように、所定の複数のフィードバック制御アルゴリズムに基づいて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制御装置が提供される。

[0011] この制御装置の構成によれば、制御対象の出力の目標となる目標値が、制御対象の状態に応じて算出され、目標値に対する制御対象の出力の追従応答性を設定するための 1つのフィルタリング目標値が、算出された目標値に所定のフィルタリング処理を施すことにより算出され、複数の制御入力がそれぞれ、制御対象の出力が算出された 1つのフィルタリング目標値に収束するように、所定の複数のフィードバック制御アルゴリズムに基づいて算出される。このように、目標値フィルタ型 2自由度制御ァルゴリズムに基づいて、複数の制御入力が算出されるので、所定のフィルタリング処理の内容と、所定の複数のフィードバック制御処理の内容とを互いに独立して設定できることで、目標値に対する制御対象の出力の追従応答性、および外乱などによつて生じる目標値と制御対象の出力との偏差の収束挙動を別個に設定できる。すなわち、目標値に施す所定のフィルタリング処理を適切に設定することにより、目標値に対する制御対象の出力の良好な追従応答性を確保できると同時に、所定の複数のフィードバック制御処理の内容を適切に設定することにより、制御対象の出力を、ォ一バーシュートおよび振動的な挙動を生じることなぐ目標値に収束させることができ

、制御対象の出力の目標値への収束挙動を安定させることができる。これに加えて、複数の制御入力の各々力 1つのフィルタリング目標値を共用しながら算出されるので、複数の制御入力による複数のフィードバック制御処理が互いに干渉し合うのを回避することができる。以上により、制御の安定性および制御精度をいずれも向上させることがでさる。

[0012] 好ましくは、フィルタリング目標値算出手段は、 1つのフィルタリング目標値を、目標値の変化度合!、が大き!、ほど、目標値に対する制御対象の出力の追従応答性がより高くなるように算出することを特徴とする（図 10, 34)。

[0013] この好ましい態様の構成によれば、 1つのフィルタリング目標値力目標値の変化度合いが大きいほど、目標値に対する制御対象の出力の追従応答性がより高くなるように算出されるので、制御対象の状態変化が大きいことで、目標値が大きく変化する場合でも、制御対象の出力を、そのような目標値の大きな変化に精度よく追従させることができる。その結果、制御精度をさらに向上させることができる。

[0014] 好ましくは、所定の複数のフィードバック制御アルゴリズムはそれぞれ、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムで構成され、制御入力算出手段は、複数の制御入力を、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムにおいて、 1つのフィルタリング目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する 1つの線形関数を共用しながら、算出する。

[0015] この好ましい態様の構成によれば、複数の制御入力が、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムに基づき、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムにおいて、 1 つのフィルタリング目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する 1つの線形関数を共用しながら、算出されるので、制御対象の出力を、応答指定型制御アルゴリズムの特徴である、 1つの線形関数により規定された収束挙動および収束速度で、 1つのフィルタリング目標値に収束させることができ、その結果、制御対象の出力を、そのような収束挙動および収束速度で目標値に収束させることができる。これにより、 2自由度制御アルゴリズムにおけるフィードバック制御アルゴリズムとして、 PID制御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る場合と比べて、制御の安定性および制御精度を向上させることができる。これに加えて、複数の制御入力の各々が、上述した 1つの線形関数を共用しながら算出されるので、複数の制御入力が、 1つのフィルタリング目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度が互いに同じになるように算出されることにより、複数の制御入力による複数の応答指定型制御処理が互いに干渉し合うのを回避しながら、制御対象の出力を制御することができる。以上により、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さる。 [0016] 上記目的を達成するために、本発明の第 2の態様においては、複数の制御入力により制御対象の出力を制御する制御装置であって、制御対象の状態に応じて、制御対象の出力の目標となる目標値を算出する目標値算出手段と、複数の制御入力をそれぞれ、制御対象の出力が算出された目標値に収束するように、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムに基づき、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムにおいて、目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する 1 つの線形関数を共用しながら、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制御装置を提供が提供される。

[0017] この制御装置の構成によれば、制御対象の出力の目標となる目標値が、制御対象の状態に応じて算出され、複数の制御入力がそれぞれ、制御対象の出力が算出された目標値に収束するように、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムに基づき、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムにおいて、目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する 1つの線形関数を共用しながら、算出される。これにより、複数の制御入力が、目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度が互いに同じになるように算出されることによって、複数の制御入力による複数の応答指定型制御処理が互いに干渉し合うのを回避しながら、制御対象の出力を制御することができる。その結果、制御の安定性および制御精度をいずれち向上させることがでさる。

[0018] 好ましくは、制御入力算出手段は、複数の制御入力の各々の算出に用いるゲインを、 1つの線形関数の値に応じて設定する。

[0019] 一般に、応答指定型制御アルゴリズムでは、目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する 1つの線形関数の値が小さい場合、目標値と制御対象の出力との乖離度合、が小さ!/、ことで、制御精度の観点力も分解能の高、 ( 最小の制御入力に対する制御対象の出力の変化度合、が小さ!/、)制御を行うことが望ましい。一方、 1つの線形関数の値が大きい場合、目標値と制御対象の出力との乖離度合、が大き、ことで、応答性の観点から分解能の低ヽ (最小の制御入力に対する制御対象の出力の変化度合、が大き、)制御を行うことが望ま U、。これに対して、この好ましい態様の構成によれば、複数の制御入力の各々の算出に用いるゲインが、 1つの線形関数の値に応じて設定されるので、例えば、複数の制御入力による制御の分解能が互いに異なる場合、複数の制御入力の算出において、線形関数の値が小さいときには、制御の分解能が高い方の算出に用いるゲインを、分解能が低い方の制御入力のものよりも大きな値に設定することにより、分解能が高い方の制御の寄与度合いが高くなり、これがメイン側の制御となることで、複数の制御が互いに干渉するのを回避しながら、制御精度を向上させることができる。一方、線形関数の値が大きいときには、制御の分解能が低い方の算出に用いるゲインを、分解能が高い方の制御入力のものよりも大きな値に設定することにより、分解能が低い方の制御の寄与度合いが高くなり、これがメイン側の制御となることで、複数の制御が互いに干渉するのを回避しながら、制御の応答性を向上させることができる。

[0020] 好ましくは、制御入力算出手段は、複数の制御入力の少なくとも 1つを、 1つの線形関数の積分値に応じて、 1つの線形関数の積分値に忘却処理を施しながら、算出する。

[0021] この好ましい態様の構成によれば、複数の制御入力の少なくとも 1つ力 1つの線形関数の積分値に応じて、 1つの線形関数の積分値に忘却処理を施しながら、算出されるので、 1つの線形関数の積分値の増大が回避されることで、少なくとも 1つの制御入力の絶対値が増大するのを回避できる。それにより、少なくとも 1つの制御入力の絶対値が増大すると、制御対象の稼働効率が低下する場合、そのような稼働効率の低下を回避することができる。

[0022] 好ましくは、制御対象が受ける外乱およびモデルィ匕誤差を補償するための複数の外乱推定値の各々を、各外乱推定値と複数の制御入力の各々と制御対象の出力との関係を定義したモデルに基づく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、所定の推定アルゴリズムでは、 1つの線形関数の値に応じて、各外乱推定値の推定ゲインが設定され、制御入力算出手段は、各制御入力を各外乱推定値に応じて算出する。

[0023] この好ましい態様の構成によれば、制御対象が受ける外乱およびモデル化誤差を補償するための複数の外乱推定値の各々が、各外乱推定値と複数の制御入力の各々と制御対象の出力との関係を定義したモデルに基づく所定の推定アルゴリズムにより、算出されるとともに、各外乱推定値に応じて、各制御入力が算出されるので、そのように算出された各制御入力により、制御対象が受ける外乱およびモデルィ匕誤差を適切に補償しながら、制御対象の出力を制御することができる。また、前述したように、応答指定型制御アルゴリズムでは、目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する 1つの線形関数の値が小さい領域では、制御精度の観点から分解能の高い制御を行うことが望ましぐ 1つの線形関数の値が大きい領域では、応答性の観点力も分解能の低い制御を行うことが望ましい。これに対して、所定の推定アルゴリズムでは、各外乱推定値の推定ゲイン力 1つの線形関数の値に応じて設定されるので、例えば、複数の制御入力による制御の分解能が互いに異なる場合、複数の制御入力の算出において、線形関数の値が小さいときには、制御の分解能が高、方の算出に用いる外乱推定値の推定ゲインを、分解能が低、方の制御入力のものよりも大きな値に設定することにより、分解能が高い方の制御の寄与度合いが高くなり、これがメイン側の制御となることで、複数の制御が互いに干渉するのを回避しながら、制御精度を向上させることができる。一方、線形関数の値が大きいときには、制御の分解能が低い方の算出に用いる外乱推定値の推定ゲインを、分解能が高い方の制御入力のものよりも大きな値に設定することにより、分解能が低い方の制御の寄与度合いが高くなり、これがメイン側の制御となることで、複数の制御が互いに干渉するのを回避しながら、制御の応答性を向上させることができる。

[0024] 好ましくは、制御対象が受ける外乱およびモデルィ匕誤差を補償するための複数の外乱推定値の各々を、各外乱推定値と複数の制御入力の各々と制御対象の出力との関係を定義したモデルに基づく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、所定の推定アルゴリズムでは、複数の外乱推定値の少なくとも 1つに所定の忘却処理が施され、制御入力算出手段は、各制御入力を各外乱推定値に応じて算出する。

[0025] この好ましい態様の構成によれば、制御対象が受ける外乱およびモデル化誤差を補償するための複数の外乱推定値の各々が、各外乱推定値と複数の制御入力の各々と制御対象の出力との関係を定義したモデルに基づく所定の推定アルゴリズムにより、算出されるとともに、各外乱推定値に応じて、各制御入力が算出されるので、そのように算出された各制御入力により、制御対象が受ける外乱およびモデルィ匕誤差を適切に補償しながら、制御対象の出力を制御することができる。これに加えて、所定の推定アルゴリズムでは、複数の外乱推定値の少なくとも 1つに所定の忘却処理が施されるので、少なくとも 1つの外乱推定値の増大が回避されることで、少なくとも 1 つの制御入力の絶対値が増大するのを回避できる。それにより、少なくとも 1つの制御入力の絶対値が増大すると、制御対象の稼働効率が低下する場合、そのような稼働効率の低下を回避することができる。

[0026] 好ましくは、制御対象の出力は、内燃機関の回転数であり、複数の制御入力は、内燃機関の吸入空気量を制御するための制御入力、および内燃機関の点火時期を制御するための制御入力で構成されている。

[0027] この好ましい態様の構成によれば、内燃機関の吸入空気量および点火時期をそれぞれ制御するための 2つの制御入力により、内燃機関の回転数を、オーバーシュートなどを生じることなぐその目標値に適切に収束するようにフィードバック制御することができるとともに、吸入空気量制御および点火時期制御が互いに干渉し合うのを回避することができる。その結果、内燃機関の回転数制御の安定性および制御精度を向上させることができる。

[0028] 好ましくは、制御対象の出力は、内燃機関の吸入空気量であり、複数の制御入力は、内燃機関の過給圧を制御するための制御入力、および内燃機関の EGR量を制御するための制御入力で構成されている。

[0029] この好ましい態様の構成によれば、内燃機関の過給圧および EGR量をそれぞれ制御するための 2つの制御入力により、内燃機関の吸入空気量を、オーバーシュートなどを生じることなぐその目標値に適切に収束するようにフィードバック制御することができるとともに、過給圧制御および EGR制御が互いに干渉し合うのを回避することができる。その結果、内燃機関の吸入空気量制御の安定性および制御精度を向上させることができる。

図面の簡単な説明

[0030] [図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態に係る制御装置が適用された内燃機関の概略構成を示す模式図である。 [図 2]図 2は、制御装置の概略構成を示すブロック図である。

[図 3]図 3は、内燃機関の可変式吸気動弁機構および排気動弁機構の概略構成を示す断面図である。

[図 4]図 4は、可変式吸気動弁機構の可変バルブリフト機構の概略構成を示す断面図である。

[図 5] (a)リフトァクチユエ一タの短アームが最大リフト位置にある状態と (b)最小リフト位置にある状態を示す図である。

[図 6] (a)リフトァクチユエ一タの短アームが最大リフト位置にある状態と (b)最小リフト位置にある状態を示す図である。

[図 7]図 7は、可変バルブリフト機構の下リンクが最大リフト位置にあるときの吸気弁のバルブリフト曲線 (実線）と、最小リフト位置にあるときのバルブリフト曲線（2点鎖線)をそれぞれ示す図である。

[図 8]図 8は、アイドル回転数コントローラの概略構成を示すブロック図である。

[図 9]図 9は、アイドル用基準値の算出に用いるテーブルの一例を示す図である。

[図 10]図 10は、目標値フィルタ設定パラメータの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。

[図 11]図 11は、点火時期コントローラの制御アルゴリズムを示す図である。

[図 12]図 12は、吸入空気量コントローラの制御アルゴリズムの一部およびモデルを示す図である。

[図 13]図 13は、点火時期制御用の到達則ゲインおよび適応則ゲインの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。

[図 14]図 14は、吸入空気量制御用の到達則ゲインおよび適応則ゲインの算出に用 V、るテーブルの一例を示す図である。

[図 15]図 15は、制御領域を説明するための、位相平面および切換直線を示す図である。

[図 16]図 16は、制御領域を説明するための、内燃機関の回転数および目標回転数の関係を示すタイミングチャートである。

[図 17] (a)第 1実施形態のアイドル回転数制御の制御シミュレーション結果を示すタイミングチャートと、 (b)〜（d)比較例のアイドル回転数制御の制御シミュレーション結果を示すタイミングチャートである。

[図 18]図 18は、第 1実施形態のアイドル回転数制御の制御シミュレーション結果を示すタイミングチャートである。

[図 19]図 19は、比較例のアイドル回転数制御の制御シミュレーション結果を示すタイミングチャートである。

[図 20]図 20は、アイドル回転数制御処理を含む点火時期制御処理および吸入空気量制御処理の内容を示すフローチャートである。

[図 21]図 21は、点火基準値の算出に用いるマップの一例を示す図である。

[図 22]図 22は、リフト基準値の算出に用いるマップの一例を示す図である。

[図 23]図 23は、リフト制御入力の算出に用いる制御アルゴリズムを示す図である。

[図 24]図 24は、点火時期の算出に用いるマップの一例を示す図である。

[図 25]図 25は、目標バルブリフトの算出に用いるマップの一例を示す図である。

[図 26]図 26は、本発明の第 2実施形態に係る制御装置のアイドル回転数コントローラの概略構成を示すブロック図である。

[図 27]図 27は、点火時期コントローラの制御アルゴリズムを示す図である。

[図 28]図 28は、吸入空気量コントローラの制御アルゴリズムの一部およびモデルを示す図である。

[図 29]図 29は、点火時期制御用の到達則ゲインおよび推定ゲインの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。

[図 30]図 30は、吸入空気量制御用の到達則ゲインおよび推定ゲインの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。

[図 31]図 31は、本発明の第 3実施形態に係る制御装置およびこれが適用された内燃機関の概略構成を示す模式図である。

[図 32]図 32は、協調吸入空気量コントローラの概略構成を示すブロック図である。

[図 33]図 33は、目標吸入空気量の算出に用いるマップの一例を示す図である。

[図 34]図 34は、目標値フィルタ設定パラメータの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。 [図 35]図 35は、 EGR制御用の到達則ゲインおよび適応則ゲインの算出に用いるテーブノレの一例を示す図である。

[図 36]図 36は、過給圧制御用の到達則ゲインおよび適応則ゲインの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。

[図 37]図 37は、 EGRコントローラの制御アルゴリズムを示す図である。

[図 38]図 38は、過給圧コントローラの制御アルゴリズムの一部およびモデルを示す図である。

[図 39]図 39は、 EGR基準値の算出に用いるマップの一例を示す図である。

[図 40]図 40は、過給圧基準値の算出に用いるマップの一例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

[0031] 以下、図面を参照しながら、本発明の第 1実施形態に係る制御装置について説明する。この制御装置 1は、図 2に示すように、 ECU2を備えており、この ECU2は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という） 3の運転状態に応じて、アイドル回転数制御などの制御処理を実行する。

[0032] 図 1および図 3に示すように、エンジン 3は、多数組のシリンダ 3aおよびピストン 3b ( 1組のみ図示）を有する直列多気筒ガソリンエンジンであり、図示しない車両に搭載されている。エンジン 3は、シリンダ 3aごとに設けられ、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 4および排気弁 7と、吸気弁 4駆動用の吸気カムシャフト 5 および吸気カム 6と、吸気弁 4を開閉駆動する可変式吸気動弁機構 40と、排気弁 7 駆動用の排気カムシャフト 8および排気カム 9と、排気弁 7を開閉駆動する排気動弁機構 30などを備えている。

[0033] 吸気弁 4は、そのステム 4aがガイド 4bに摺動自在に嵌合しており、このガイド 4bは、シリンダヘッド 3cに固定されている。さらに、吸気弁 4は、図 4に示すように、上下のスプリングシート 4c, 4dと、これらの間に設けられたバルブスプリング 4eとを備えており、このバルブスプリング 4eにより、閉弁方向に付勢されている。

[0034] また、吸気カムシャフト 5および排気カムシャフト 8はそれぞれ、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド 3cに回動自在に取り付けられている。この吸気カムシャフト 5は、その一端部に吸気スプロケット（図示せず）が同軸に固定されており、この吸気スプロケットおよびタイミングベルト（図示せず）を介して、クランクシャフト 3dに連結されている。これにより、吸気カムシャフト 5は、クランクシャフト 3dが 2回転するごとに 1回転する。また、吸気カム 6は、吸気カムシャフト 5上にこれと一体に回転するようにシリンダ 3aごとに設けられている。

[0035] さらに、可変式吸気動弁機構 40は、吸気カムシャフト 5の回転に伴って、各シリンダ 3aの吸気弁 4を開閉駆動するとともに、吸気弁 4のリフトを無段階に変更することにより、吸入空気量を変更するものであり、その詳細については、後述する。なお、本実施形態では、「吸気弁 4のリフト（以下「バルブリフト」という）」は、吸気弁 4の最大揚程を表すものとする。

[0036] 一方、排気弁 7は、そのステム 7aがガイド 7bに摺動自在に嵌合しており、このガイド 7bは、シリンダヘッド 3cに固定されている。さらに、排気弁 7は、上下のスプリングシート 7c, 7dと、これらの間に設けられたバルブスプリング 7eとを備えており、このバルブスプリング 7eにより、閉弁方向に付勢されて、る。

[0037] また、排気カムシャフト 8は、これと一体の排気スプロケット（図示せず）を備え、この排気スプロケットおよび図示しないタイミングベルトを介してクランクシャフト 3dに連結されており、それにより、クランクシャフト 3dが 2回転するごとに 1回転する。さらに、排気カム 9は、排気カムシャフト 8上にこれと一体に回転するようにシリンダ 3aごとに設けられている。

[0038] さらに、排気動弁機構 30は、ロッカアーム 31を備えており、このロッカアーム 31が排気カム 9の回転に伴って回動することにより、バルブスプリング 7eの付勢力に抗しながら、排気弁 7を開閉駆動する。

[0039] また、エンジン 3には、クランク角センサ 20および水温センサ 21がそれぞれ設けられている。このクランク角センサ 20は、クランクシャフト 3d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。この CRK信号は、所定のクランク角（例えば 10° )ごとに 1パルスが出力され、 ECU2は、この CRK信号に基づき、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、各シリンダ 3aのピストン 3b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、所定クランク角ごとに 1パルスが出力される。

[0040] 一方、水温センサ 21は、エンジン 3のシリンダブロック 3fに取り付けられたサーミスタなどで構成されており、シリンダブロック 3f内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温 TWを表す検出信号を ECU2に出力する。

[0041] また、エンジン 3の吸気管 10には、上流側から順に、エアフローセンサ 22、スロットル弁機構 11、吸気管内絶対圧センサ 23および燃料噴射弁 12などが設けられている。このエアフローセンサ 22は、熱線式エアフローメータで構成されており、吸入空気量 Gcylを表す検出信号を ECU2に出力する。

[0042] また、スロットル弁機構 11は、スロットル弁 11aおよびこれを開閉駆動する THァクチユエータ l ibなどを備えている。スロットル弁 11aは、吸気管 10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吸入空気量 Gcylを変化させる。 T Hァクチユエータ 1 lbは、 ECU2に接続されたモータにギヤ機構 ( 、ずれも図示せず )を組み合わせたものであり、 ECU2からの駆動信号によって駆動されることにより、スロットル弁 1 laの開度を変化させる。

[0043] ECU2は、通常運転時、スロットル弁 11aを全開状態に保持するとともに、可変式吸気動弁機構 40の故障時またはマスタバック（図示せず)への負圧供給時には、スロットル弁 1 laの開度を制御する。

[0044] また、吸気管 10のスロットル弁 11aよりも下流側の部分は、サージタンク 10aになつており、このサージタンク 10aに、吸気管内絶対圧センサ 23が設けられている。この吸気管内絶対圧センサ 23は、例えば半導体圧力センサなどで構成され、吸気管 10 内の絶対圧 (以下「吸気管内絶対圧」と!、う） PBAを表す検出信号を ECU2に出力する。

[0045] さらに、燃料噴射弁 12は、 ECU2からの、燃料噴射量に応じた駆動信号によって駆動され、燃料を吸気管 10内に噴射する。

[0046] また、エンジン 3のシリンダヘッド 3cには、点火プラグ 13 (図 2参照）が取り付けられている。この点火プラグ 13は、図示しない点火コイルを介して ECU2に接続されており、 ECU2からの駆動信号 (電圧信号)が、後述する点火時期 Ig— logに応じたタイミングで加えられることで放電し、燃焼室内の混合気を燃焼させる。 [0047] 次に、前述した可変式吸気動弁機構 40について説明する。この可変式吸気動弁機構 40は、図 4に示すように、吸気カムシャフト 5、吸気カム 6および可変ノレブリフト機構 50などで構成されてヽる。

[0048] この可変バルブリフト機構 50は、吸気カムシャフト 5の回転に伴って吸気弁 4を開閉駆動するとともに、バルブリフト Liftinを無段階に変更することで、吸入空気量 Gcylを無段階に変更するものであり、シリンダ 3aごとに設けられた四節リンク式の口ッカァ一ム機構 51と、これらのロッカアーム機構 51を同時に駆動するリフトァクチユエータ 60 ( 図 5参照)などを備えている。

[0049] 各ロッカアーム機構 51は、ロッカアーム 52および上下のリンク 53, 54などで構成されている。この上リンク 53の一端部は、上ピン 55を介して、ロッカアーム 52の上端部に回動自在に取り付けられており、他端部は、ロッカアームシャフト 56に回動自在に取り付けられている。このロッカアームシャフト 56は、図示しないホルダを介して、シリンダヘッド 3cに取り付けられている。

[0050] また、ロッカアーム 52の上ピン 55上には、ローラ 57が回動自在に設けられている。

このローラ 57は、吸気カム 6のカム面に当接しており、吸気カム 6が回転する際、そのカム面に案内されながら吸気カム 6上を転動する。これにより、ロッカアーム 52は上下方向に駆動されるとともに、上リンク 53力ロッカアームシャフト 56を中心として回動する。

[0051] さらに、ロッカアーム 52の吸気弁 4側の端部には、アジャストボルト 52aが取り付けられている。このアジャストボルト 52aは、吸気カム 6の回転に伴ってロッカアーム 52が上下方向に移動すると、バルブスプリング 4eの付勢力に抗しながら、ステム 4aを上下方向に駆動し、吸気弁 4を開閉する。

[0052] また、下リンク 54の一端部は、下ピン 58を介して、ロッカアーム 52の下端部に回動自在に取り付けられており、下リンク 54の他端部には、連結ピン 59が回動自在に取り付けられている。下リンク 54は、この連結ピン 59を介して、リフトァクチユエータ 60の後述する短アーム 65に連結されている。

[0053] 一方、リフトクチユエータ 60ίま、図 5【こ示すよう【こ、モータ 61、ナツ卜 62、リンク 63、長アーム 64および短アーム 65などを備えている。このモータ 61は、 ECU2に接続され、エンジン 3のヘッドカバー 3eの外側に配置されている。モータ 61の回転軸は、雄ねじが形成されたねじ軸 61aになっており、このねじ軸 61aに、ナット 62が螺合している。このナット 62は、リンク 63を介して、長アーム 64に連結されている。このリンク 63 の一端部は、ピン 63aを介して、ナット 62に回動自在に取り付けられ、他端部は、ピン 63bを介して、長アーム 64の一端部に回動自在に取り付けられて！/、る。

[0054] また、長アーム 64の他端部は、回動軸 66を介して短アーム 65の一端部に取り付けられている。この回動軸 66は、断面円形に形成され、エンジン 3のヘッドカバー 3eを貫通しているとともに、これに回動自在に支持されている。この回動軸 66の回動に伴 V、、長アーム 64および短アーム 65はこれと一体に回動する。

[0055] さらに、短アーム 65の他端部には、前述した連結ピン 59が回動自在に取り付けられており、これにより、短アーム 65は、連結ピン 59を介して、下リンク 54に連結されている。

[0056] 次に、以上のように構成された可変バルブリフト機構 50の動作について説明する。

この可変ノレブリフト機構 50では、後述するリフト制御入力 Uliftinに応じた駆動信号力 ¾CU2からリフトァクチユエータ 60に入力されると、ねじ軸 61aが回転し、それに伴うナット 62の移動により、長アーム 64および短アーム 65が回動軸 66を中心として回動するとともに、この短アーム 65の回動に伴って、ロッカアーム機構 51の下リンク 5 4力下ピン 58を中心として回動する。すなわち、リフトァクチユエータ 60により、下リンク 54が駆動される。

[0057] その際、 ECU2による制御により、短アーム 65の回動範囲は、図 5 (a)に示す最大リフト位置と図 5 (b)に示す最小リフト位置との間に規制され、それにより、下リンク 54 の回動範囲も、図 4に実線で示す最大リフト位置と、図 4に 2点鎖線で示す最小リフト位置との間に規制される。

[0058] 下リンク 54が最大リフト位置にある場合、ロッカアームシャフト 56、上下のピン 55, 5 8および連結ピン 59によって構成される四節リンクでは、上ピン 55および下ピン 58の中心間の距離が、ロッカアームシャフト 56および連結ピン 59の中心間の距離よりも長くなるように構成されており、それにより、図 6 (a)に示すように、吸気カム 6が回転すると、これとローラ 57との当接点の移動量よりも、アジャストボルト 52aの移動量の方が大きくなる。

[0059] 一方、下リンク 54が最小リフト位置にある場合、上記四節リンクでは、上ピン 55および下ピン 58の中心間の距離力ロッカアームシャフト 56および連結ピン 59の中心間の距離よりも短くなるように構成されており、それにより、図 6 (b)に示すように、吸気力ム 6が回転すると、これとローラ 57との当接点の移動量よりも、アジャストボルト 52aの移動量の方が小さくなる。

[0060] 以上の理由により、吸気弁 4は、下リンク 54が最大リフト位置にあるときには、最小リフト位置にあるときよりも大きなバルブリフト Liftinで開弁する。具体的には、吸気カム 6の回転中、吸気弁 4は、下リンク 54が最大リフト位置にあるときには、図 7の実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフト Liftinは、その最大値 Liftinmax を示す。一方、下リンク 54が最小リフト位置にあるときには、図 7の 2点鎖線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、バルブリフト Liftinは、その最小値 Liftinminを示す

[0061] したがって、この可変バルブリフト機構 50では、ァクチユエータ 60を介して、下リンク 54を最大リフト位置と最小リフト位置との間で回動させることにより、ノレブリフト Lifti nを、最大値 Liftinmaxと最小値 Liftinminとの間で無段階に変化させ、それ〖こより、吸入空気量 Gcylを所定範囲内で無段階に変化させることができる。

[0062] また、エンジン 3には、回動角センサ 24が設けられており（図 2参照）、この回動角センサ 24は、回動軸 66すなわち短アーム 65の回動角を表す検出信号を ECU2に出力する。 ECU2は、この回動角センサ 24の検出信号に基づき、バルブリフト Liftinを算出する。

[0063] さらに、図 2に示すように、 ECU2には、アクセル開度センサ 25、車速センサ 26、ェアコン.スィッチ (以下「AC · SW」と!、う） 27、交流発電機.スィッチ（以下「ACG · SW 」と!、う） 28およびパワーステアリングポンプ'スィッチ（以下「PSP · SW」と!、う） 29がそれぞれ接続されている。

[0064] このアクセル開度センサ 25は、車両の図示しな!、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。また、車速センサ 26は、車両の図示しない車軸に取り付けられており、車両の走行速度である車速 VPを表す検出信号を ECU2に出力する。

[0065] さらに、 AC. SW27は、図示しないエアコンディショナーが作動中のときには ON信号を ECU2に出力し、停止中のときには OFF信号を出力する。また、 ACG' SW28 は、図示しない交流発電機が作動中のときには ON信号を ECU2に出力し、停止中のときには OFF信号を出力する。さらに、 PSP. SW29は、図示しないパワーステアリングポンプが作動中のときには ON信号を ECU2に出力し、停止中のときには OFF 信号を出力する。なお、本実施形態では、エアコンディショナー、交流発電機およびパワーステアリングポンプの作動 Z停止状態や、エンジン水温 TWが制御対象の状態に相当する。

[0066] ECU2は、 CPU、 RAM, ROMおよび I/Oインターフェース（いずれも図示せず）など力も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 20〜26 の検出信号および各種のスィッチ 27〜29の ONZOFF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、アイドル回転数制御を含む各種の制御処理を実行する。このアイドル回転数制御では、 ECU2は、後述するように、アイドル運転中、可変バルブリフト機構 50を介してバルブリフト Liftinすなわち吸入空気量 Gcylを制御すると同時に、点火プラグ 13を介して点火時期 Ig— logを制御し、それにより、ェンジン回転数 NEを制御する。

[0067] なお、本実施形態では、 ECU2により、目標値算出手段、フィルタリング目標値算出手段、制御入力算出手段および外乱推定値算出手段が構成されている。

[0068] 次に、図 8を参照しながら、本実施形態の制御装置 1について説明する。同図に示すように、この制御装置 1は、アイドル回転数コントローラ 70を備えており、このアイドル回転数コントローラ 70 (制御入力算出手段）は、具体的には ECU2により構成されている。

[0069] アイドル回転数コントローラ 70では、以下に述べるように、協調型 2自由度スライデイングモード制御アルゴリズムにより、吸入空気量 Gcylおよび点火時期 Ig— logを互いに協調させながら制御するための、フィードバック補正項としての点火制御入力 Us 1— igおよび吸気制御入力 Usl— arが算出され、これらの制御入力 Usl— ig, Usl— a rを制御対象 69に入力することにより、アイドル運転中、エンジン回転数 NEが目標回転数 NE—cmdに収束するようにフィードバック制御される。すなわち、吸入空気量制御および点火時期制御を互いに協調させながら、アイドル回転数制御が行われる。なお、この制御対象 69は、点火制御入力 Usl— igおよび吸気制御入力 Usl— arを入力とし、エンジン回転数 NEを出力とする系として定義される。

[0070] アイドル回転数コントローラ 70は、目標値算出部 71、目標値追従応答設定部 72、協調ゲインスケジューラ 73、点火時期コントローラ 80および吸入空気量コントローラ 9 0を備えている。

[0071] まず、目標値算出部 71 (目標値算出手段)では、アイドル運転中、エンジン回転数 NE (制御対象の出力）の目標値となる目標回転数 NE—cmdが算出される。具体的には、まず、エンジン水温 TWに応じて、図 9に示すテーブルを検索することにより、アイドル用基準値 NE— cmd_twを算出する。同図において、 TW1, TW2は、 TW 1 <TW2の関係が成立する所定値（例えば TW1 =40°C、 TW2 = 70°C)であり、 N E— cmdl, NE— cmd2は、 NE— cmdl >NE— cmd2の関係が成立する所定値である。このテーブルでは、アイドル用基準値 NE—cmd— twは、 TWく TW1の範囲では、所定値 NE— cmdlに設定され、 TW>TW2の範囲では、所定値 NE— cmd2 に設定されているとともに、 TW1≤TW≤TW2の範囲では、エンジン水温 TWが高いほど、より低い値に設定されている。これは、エンジン水温 TWが高いときには、ェンジン 3の燃焼状態が安定することで、より低、エンジン回転数 NEでアイドル運転を実行可能であることによる。

[0072] 次!、で、上記のように算出したアイドル用基準値 NE—cmd— twに、総補正項 DN E— loadをカ卩算することにより、目標回転数 NE—cmdが算出される（NE— cmd = N E— cmd— tw + DNE— load)。この総補正項 DNE— loadは、 3つの補正項 DNE1 , DNE2, DNE3の和として算出され（DNE— load = DNEl + DNE2 + DNE3)、これらの補正項 DNE1, DNE2, DNE3はそれぞれ、 3つのスィッチ 27〜29の ON ZOFF状態に応じて設定される、

[0073] 具体的には、補正項 DNE1は、 AC. SW27が ON状態のときには所定値（例えば 5 Orpm)に、 OFF状態のときには値 0に設定される。また、補正項 DNE2は、 ACG- S W28が ON状態のときには所定値（例えば lOOrpm)に、 OFF状態のときには値 0に設定される。さらに、補正項 DNE3は、 PSP. SW29が ON状態のときには所定値（例えば lOOrpm)に、 OFF状態のときには値 0に設定される。

[0074] また、目標値追従応答設定部 72 (フィルタリング目標値算出手段)では、目標値フィルタ設定パラメータ POLE— 目標値算出部 71で算出された目標回転数 NE— cmdの変化度合いに応じて算出される。この目標値フィルタ設定パラメータ POLE— fは、目標回転数 NE— cmdに対するエンジン回転数 NEの追従応答性を設定するためのものであり、具体的には、偏差絶対値 ADNE (目標値の変化度合い）に応じて、図 10に示すテーブルを検索することにより、算出される。この偏差絶対値 ADNEは、目標回転数の今回値 NE— cmd (k)と前回値 NE— cmd (k— 1)との偏差の絶対値として算出される（ADNE= I NE— cmd(k)— NE— cmd (k— 1) | )。また、同図の ADNE1, ADNE2は、 ADNE1 < ADNE2の関係が成立する所定値であり、 POL E_fl, POLE— f 2は、 POLE— fK POLE— f2の関係が成立する所定値である。

[0075] 同図 10に示すように、このテーブルにおいては、目標値フィルタ設定パラメータ PO LE— fは、 ADNE1≤ADNE≤ADNE2の範囲では、偏差絶対値 ADNEが大きいほど、より大きい値 (より値 0に近い値）に設定されている。これは、目標値フィルタ設定パラメータ POLE— fは、後述するように、目標値フィルタでのフィルタリング値 NE — cmd— fの算出において、目標回転数 NE— cmdに対するエンジン回転数 NEの追従応答性を設定するように用いられるので、偏差絶対値 ADNEが大きぐエンジン回転数 NEの変動状態が大きいときには、それに対応すベぐフィルタリング値 NE— cmd— fに対する目標回転数 NE— cmdの反映度合いを高めることで、目標回転数 NE— cmdに対するエンジン回転数 NEの追従応答性をより向上させるためである。

[0076] また、目標値フィルタ設定パラメータ POLE— fは、 ADNEく ADNE1の範囲では、所定値 POLE— flに設定され、 ADNE>ADNE2の範囲では、所定値 POLE— f 2 に設定されている。これは、エンジン回転数 NEの変動状態がかなり小さい場合またはかなり大きい場合、目標値フィルタ設定パラメータ POLE— fにより、目標回転数 N E— cmdに対するエンジン回転数 NEの追従応答性を設定するのに限界があることによる。

[0077] さらに、協調ゲインスケジューラ 73では、点火制御入力 Usl— igの算出に用いる到達則ゲイン Krch— igおよび適応則ゲイン Kadp— igと、吸気制御入力 Usl— arの算出に用いる到達則ゲイン Krch_arおよび適応則ゲイン Kadp_arとがそれぞれ設定される。この協調ゲインスケジューラ 73の詳細に関しては、後述する。

[0078] 次に、前述した点火時期コントローラ 80について説明する。この点火時期コント口ーラ 80は、以下に述べるように、目標値フィルタ型 2自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、点火制御入力 Usl— igを算出するものであり、目標値フィルタ 81 、切換関数算出部 82、等価制御入力算出部 83、到達則入力算出部 84、適応則入力算出部 85および加算要素 86で構成されている。

[0079] この目標値フィルタ 81 (フィルタリング目標値算出手段)では、前述した目標値算出部 71で算出された目標回転数 NE— cmd、および目標値追従応答設定部 72で設定された目標値フィルタ設定パラメータ POLE— fを用い、図 11の式（1)に示す一次遅れフィルタアルゴリズムにより、目標回転数のフィルタリング値 NE— cmd— f (フィルタリング目標値）が算出される。これにより、フィルタリング値 NE— cmd— fは、目標回転数 NE— cmdに対して、目標値フィルタ設定パラメータ POLE— fの値により決定された一次遅れの追従応答性を示す値として算出される。

[0080] なお、同式（1)において、記号 (k)付きの各離散データは、所定の制御周期に同期してサンプリング (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は今回の制御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 ]_は前回の制御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)などを適宜、省略する。

[0081] また、切換関数算出部 82では、図 11の式 (2) , (3)により、切換関数 a ne (線形関数)が算出される。同式 (2)において、 POLEは、切換関数設定パラメータであり、 - 1 < POLE< 0の範囲内の値に設定される。また、 Eneは、追従誤差であり、式（3)に示すように、エンジン回転数の今回値 NE (k)と、目標回転数のフィルタリング値の前回値 NE— cmd— f (k— 1)との偏差として定義される。

[0082] なお、追従誤差 Eneをこのように定義する理由は、 Ene (k) =NE (k) NE cmd — f (k)と定義すると、後述する等価制御入力 Ueq— ig, Ueq— arの算出において、目標回転数のフィルタリング値の次回値 NE— cmd— f (k+ 1)が必要になるので、これを回避するためである。また、追従誤差 Eneを式（3)のように定義した場合でも、後述するように、等価制御入力 Ueq— ig, Ueq— arの算出において、目標回転数のフィルタリング値の今回値 NE— cmd— f (k)が用いられ、これがフィードフォワード的に反映されることにより、点火制御入力 Usl— igおよび吸気制御入力 Usl— arを、ずれも、目標回転数のフィルタリング値の今回値 NE— cmd— f (k)が十分に反映された値として算出することができる。

[0083] さらに、等価制御入力算出部 83では、エンジン回転数 NE、フィルタリング値 NE— cmd— fおよび切換関数設定パラメータ POLEに基づき、図 11の式 (4)により、等価制御入力 Ueq— igが算出される。同式 (4)において、 al, a2, bl, b2は、後述するモデル [図 12の式（13) ]のモデルパラメータである。

[0084] 一方、到達則入力算出部 84では、協調ゲインスケジューラ 73で設定された到達則ゲイン Krch— igを用い、図 11の式（5)により、到達則入力 Urch— igが算出される。

[0085] また、適応則入力算出部 85では、図 11の式 (6)に示す忘却積分処理により、切換関数の積分値に忘却処理を施した値である忘却積分値 sum— σ neが算出され、さらに、この忘却積分値 sum— σ neおよび協調ゲインスケジューラ 73で設定された適応則ゲイン Kadp— igを用い、式（7)により、適応則入力 Uadp— igが算出される。同式（6)において、 FGTは、忘却係数であり、 0<FGT< 1の範囲内の値に設定される

[0086] 同式 (6)に示すように、忘却係数 FGTは、切換関数の忘却積分値の前回値 sum— a ne (k—l)に乗算されるので、同式 (6)を漸化式により展開すると、 n回前の値 sum _ a ne (k-n)に対しては、 FGTn ( = 0)が乗算されることになる。その結果、演算処理の進行に伴い、切換関数の忘却積分値 sum— σ neは、値 0に収束するようになり、適応則入力 Uadp— igも値 0に収束するようになる。このように、適応則入力 Uadp — igを切換関数 σ neの忘却積分値 sum— σ neを用いて算出することで、点火制御入力 Usl—igが遅角補正側の値に保持されることがなくなり、その結果、後述する点火時期制御において、点火時期 Ig— logがリタード状態に長時間、保持されることがなくなり、良好な燃焼状態を確保することができる。なお、点火時期 Ig— logがリタード側に長時間、保持されてもよい場合には、一般的なスライディングモード制御アルゴリズムのように、式（6)において、忘却係数 FGTを値 1に設定し、適応則入力 Uadp — igを、切換関数 _σ neの一般的な積分値に基づいて算出してもよい。

[0087] さらに、加算要素 86では、以上のように算出された等価制御入力 Ueq— ig、到達則入力 Urch— igおよび適応則入力 Uadp— igを用い、図 11の式（8)により、点火制御入力 Usl— igが算出される。

[0088] 点火時期コントローラ 80では、以上のように、式（1)〜（8)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、フィードバック補正項としての点火制御入力 Usl— igが算出される。また、後述する点火時期制御では、この点火制御入力 Usl— igに点火基準値 Ig— baseを加算することにより、点火時期 Ig— logが算出される。なお、以上の式（1)〜（8)は、エンジン回転数 NEおよび点火制御入力 Usl —igの動特性の関係を表すモデルを、図 12の式（13)のように定義し、エンジン回転数 NEが目標回転数 NE— cmdに収束するように、このモデルと目標値フィルタ型 2 自由度スライディングモード制御則とを用いることにより、導出される。

[0089] 次に、前述した吸入空気量コントローラ 90について説明する。この吸入空気量コントローラ 90は、以下に述べるように、目標値フィルタ型 2自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、吸気制御入力 Usl— arを算出するものであり、前述した目標値フィルタ 81、前述した切換関数算出部 82、等価制御入力算出部 93、到達則入力算出部 94、適応則入力算出部 95および加算要素 96で構成されている。すなわち、この吸入空気量コントローラ 90では、目標値フィルタ 81および切換関数算出部 82を点火時期コントローラ 80と共用することにより、目標回転数のフィルタリング値 NE—c md— fおよび切換関数 σ neを共用しながら、吸気制御入力 Usl— arが算出される。

[0090] また、等価制御入力算出部 93では、エンジン回転数 NE、フィルタリング値 NE—c md—fおよび切換関数設定パラメータ POLEを用い、図 12の式（9)により、等価制御入力 Ueq— arが算出される。同式（9)において、 al ' , a2，, bl，, b2'は、後述するモデル [図 12の式（ 14) ]のモデルパラメータである。

[0091] 一方、到達則入力算出部 94では、協調ゲインスケジューラ 73で設定された到達則ゲイン Krch— arを用い、図 12の式（10)により、到達則入力 Urch— arが算出される

[0092] また、適応則入力算出部 95では、協調ゲインスケジューラ 73で設定された適応則ゲイン Kadp— arを用い、図 12の式（11)により、適応則入力 Uadp— arが算出される

[0093] さらに、加算要素 96では、以上のように算出された等価制御入力 Ueq— ar、到達則入力 Urch— arおよび適応則入力 Uadp— arを用い、図 12の式（12)により、吸気制御入力 Usl— arが算出される。

[0094] 吸入空気量コントローラ 90では、以上のように、式（1)〜（3) , (9)〜（12)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、フィードバック補正項としての吸気制御入力 Usl— arが算出される。また、後述する吸入空気量制御では、この吸気制御入力 Usl— arにリフト基準値 Liftin— baseを加算することにより、目標バルブリフト Liftin_cmdが算出される。なお、以上の式（1)〜（3) , (9)〜（ 12)は、エンジン回転数 NEおよび吸気制御入力 Usl— arの動特性の関係を表すモデルを、図 12の式（14)のように定義し、エンジン回転数 NEが目標回転数 NE— cm dに収束するように、このモデルと目標値フィルタ型 2自由度スライディングモード制御則とを用いることにより、導出される。

[0095] 次に、前述した協調ゲインスケジューラ 73について説明する。この協調ゲインスケジユーラ 73では、切換関数 a neの値に応じて、図 13, 14に示すテーブルを検索すること〖こより、前述した 4つのゲイン Krch— ig, Kadp— ig, Krch— ar, Kadp— arがそれぞれ算出される。なお、両図 13, 14における σ 1, σ 2は、 σ 1 < σ 2の関係が成立する正の所定値である。

[0096] まず、図 13のテーブルを参照すると、このテーブルでは、到達則ゲイン Krch— ig および適応則ゲイン Kadp— igはそれぞれ、切換関数 σ neの正側および負側の値に対して対称に設定されており、値 0付近の σ 1 < σ ne< σ 1の範囲では、所定の最大値 Krch— igl, Kadp— iglを示すように設定されているとともに、 σ ne<— σ 2 , σ 2< a neの範囲では、所定の最小値 Krch— ig2, Kadp— ig2を示すように設定されている。また、一 σ 2≤ a ne≤ σ 1, σ 1≤ σ ne≤ σ 2の範囲では、 σ neの絶対値が小さくなるほど、より大きな値に設定されている。

[0097] 一方、図 14のテーブルを参照すると、このテーブルでは、到達則ゲイン Krch— ar および適応則ゲイン Kadp— arはそれぞれ、切換関数 σ neの正側および負側の値に対して対称に設定されており、値 0付近の σ 1 < a ne< σ 1の範囲では、所定の最小値 Krch— arl, Kadp— arlを示すように設定されているとともに、 σ neく σ 2 , σ 2< a neの範囲では、所定の最大値 Krch— ar2, Kadp— ar2を示すように設定されている。また、一 σ 2≤ a ne≤ σ 1, σ 1≤ σ ne≤ σ 2の範囲では、 σ neの絶対値が小さくなるほど、より小さな値に設定されている。

[0098] 4つのゲイン Krch— ig, Kadp— ig, Krch— ar, Kadp— arの値が以上のように設定されている理由は、以下による。すなわち、前述したように、点火時期制御は、その応答遅れが小さぐ無駄時間が小さいとともに、制御の分解能が高い (最小の点火制御入力 Usl—igに対するエンジン回転数 NEの変化度合いが小さい)ものの、ェンジン 3の燃焼状態の観点から、制御幅が限定されてしまうという特徴を備えている。一方、吸入空気量制御は、制御の分解能が点火時期制御と比べて低ぐ目標回転数 NE —cmdの大きな変化に対しても対応できる反面、点火時期制御と比べて、エンジン回転数 NEの制御精度が低いとともに、応答遅れが大きぐ無駄時間が大きいので、エンジン回転数 NEの目標回転数 NE— cmdへの収束性が悪!、と!/、う特徴を備えている。

[0099] さらに、本実施形態のアイドル回転数コントローラ 70では、前述した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アルゴリズムを用いているので、切換関数 a neの絶対値が値 0に近い場合には、目標値フィルタ 81により設定された、目標回転数 NE— cmdに対するエンジン回転数 NEの追従挙動と実際の追従挙動との差が小さいとともに、切換関数 σにより指定された追従誤差 Eneの値 0への収束挙動と実際の収束挙動との差が小さい状態にある。したがって、切換関数 a neの絶対値が値 0に近いときには、アイドル回転数制御の分解能および制御精度を高めるベぐアイドル回転数制御への点火時期制御の寄与度合!/、を高めると同時に、吸入空気量制御の寄与度合いを低くするためである。これとは逆に、切換関数 σ neの絶対値が大きい場合、目標値フィルタ 81により設定された上記追従挙動と実際の追従挙動との差が大きいとともに、切換関数 σにより指定された上記収束挙動と実際の収束挙動との差が大きい状態にあるので、アイドル回転数制御の応答性を高めるベぐアイドル回転数制御への吸入空気量制御の寄与度合いを高めると同時に、点火時期制御の寄与度合、を低くするためである。

[0100] 以上の理由により、本実施形態のアイドル回転数コントローラ 70における点火時期制御および吸入空気量制御の協調制御の場合、図 13, 14にハッチングで示す領域 1S 点火時期制御がメインの領域となり、それ以外の領域は、吸入空気量制御がメインの領域となる。また、図 15に示すように、切換関数 a neの場合、その値が切換直線に近い領域（図 15のハッチングで示す領域）が点火時期制御がメインの領域となり、それ以外の領域は、吸入空気量制御がメインの領域となる。これと同様に、ェンジン回転数 NEおよび目標回転数 NE— cmdの関係においては、図 16に示すように、両者の乖離度合いが小さい領域（図 16のハッチングで示す領域)が、点火時期制御がメインの領域となり、それ以外の領域は、吸入空気量制御がメインの領域となる。

[0101] 次に、以上のように構成されたアイドル回転数コントローラ 70によるアイドル回転数制御の制御シミュレーション結果について説明する。まず、図 17は、目標回転数 NE —cmdを目標値 NE1 (例えば 800rpm)と、これより高!、目標値 NE2 (例えば 900rp m)との間でパルス入力のように変化させた場合の制御シミュレーション結果を示しており、より具体的には、図 17 (a)は、本実施形態のアイドル回転数制御の制御シミュレーシヨン結果を示している。また、図 17 (b)は、アイドル回転数コントローラ 70の協調ゲインスケジューラ 73を省略し、前述した 4つのゲインを固定ゲインに設定した場合の比較例の制御シミュレーション結果を示している。

[0102] さらに、図 17 (c)は、前述した 4つのゲインを固定ゲインに設定するとともに、点火時期制御の追従誤差 Eneの値 0への収束速度が吸入空気量制御のものよりも速くなるように、点火時期制御の切換関数設定パラメータ POLEの絶対値を、吸入空気量制御のものよりも小さい値に設定した場合の比較例の制御シミュレーション結果を示しており、図 17 (d)は、前述した 4つのゲインを固定ゲインに設定するとともに、図 17 ( c)の例とは逆に、吸入空気量制御の追従誤差 Eneの値 0への収束速度が点火時期制御のものよりも速くなるように、 2つの切換関数設定パラメータ POLEの値を設定した場合の比較例の制御シミュレーション結果を示している。

[0103] 以上の 4つの制御シミュレーション結果を参照すると、図 17 (b)に示す比較例では、吸入空気量制御と点火時期制御において同じ切換関数 a neを用いた場合でも、 4 つのゲインを固定ゲインに設定すると、エンジン回転数 NEが目標値 NE1に収束する際、アンダーシュートを生じてしまい、収束挙動が不安定になるとともに、収束速度が低下することが判る。

[0104] また、図 17 (c)に示す比較例では、前述した 4つのゲインを固定ゲインに設定するとともに、点火時期制御の追従誤差 Eneの値 0への収束速度が吸入空気量制御のものよりも速くなるように設定すると、エンジン回転数 NEが目標値 NE1に収束する際、アンダーシュートは生じないものの、目標値 NE1に対するエンジン回転数 NEの乖離度合いが大きい状態が連続するとともに、収束速度が低下することが判る。さらに、図 17 (d)に示すように、点火時期制御の追従誤差 Eneの値 0への収束速度が吸入空気量制御のものよりも遅くなるように設定すると、エンジン回転数 NEが目標値 NE1に収束する際、アンダーシュートを生じてしまい、収束挙動が不安定になるとともに、収束速度が低下することが判る。

[0105] これに対して、図 17 (a)に示す本実施形態のアイドル回転数制御の制御シミュレ一シヨン結果では、エンジン回転数 NEが目標値 NE1に収束する際、アンダーシュートを生じることなぐ収束挙動が安定するとともに、その収束速度が比較例よりも速いことが判る。すなわち、本実施形態のアイドル回転数コントローラ 70のように、点火制御入力 Usl— igおよび吸気制御入力 Usl— arの算出において、目標回転数のフィルタリング値 NE— cmd— fおよび切換関数 σ neを共用すると同時に、協調ゲインスケジユーラ 73によりゲインスケジューリングされた 4つのゲイン Krch—ig, Kadp_ig, Krc h_ar, Kadp— arを用いることにより、エンジン回転数 NEを目標回転数 NE— cmd に収束させる際、安定した収束挙動および迅速な収束性をヽずれも確保できることが判る。

[0106] また、図 18は、本実施形態のアイドル回転数コントローラ 70によるアイドル回転数制御の制御シミュレーション結果を示しており、図 19は、比較のために、アイドル回転数コントローラ 70の点火時期コントローラ 80における適応則入力 Uadp—igの算出において、忘却係数 FTG= 1とした場合、すなわち、忘却積分処理を行なわず、通常の積分処理により、適応則入力 Uadp—igを算出した場合の比較例の制御シミュレ一シヨン結果を示している。なお、両図において、点火制御入力 Usl— igにおける正側および負側の値はそれぞれ、進角側および遅角側の補正量を表しており、吸気制御入力 Usl— arにおける正側および負側の値はそれぞれ、吸入空気量の増大側および減少側の補正量を表して、る。

[0107] まず、図 19を参照すると、比較例のアイドル回転数制御では、目標回転数 NE— c mdの微小な変動に対して、点火制御入力 Usl— igの方の変動頻度が多ぐ吸気制御入力 Usl— arの変動頻度が少ないことが判る。すなわち、点火時期制御の方が、吸入空気量制御よりも分解能が高、ので、点火時期制御および吸入空気量制御の協調制御において、点火時期制御がメイン側の制御となっていることが判る。また、急激なアクセルペダル操作などにより、目標回転数 NE— cmdが、目標値 NE1と目標値 NE3 (例えば 1300rpm)との間で、インパルス入力のように一時的に急激に変化した場合、それを補償するために、点火制御入力 Usl— igが遅角側に制御される（時刻 t2)とともに、それ以降、点火制御入力 Usl— igが遅角側に保持されることで、燃焼効率の低下を招、てしまうことが判る。

[0108] これに対して、図 18に示すように、本実施形態のアイドル回転数制御では、目標回転数 NE— cmdの微小な変動に対して、点火制御入力 Usl— igおよび吸気制御入力 Usl— arの双方が頻繁に変動していることが判る。すなわち、点火時期制御および吸入空気量制御の協調制御において、メイン側の制御の切り換えが頻繁に発生していることが判る。また、目標回転数 NE— cmdが、目標値 NE1と目標値 NE3 (例えば 13 OOrpm)との間で一時的に急激に変化した場合、それを補償するために、点火制御入力 Usl— igが遅角側に制御されたとき（時刻 tl)でも、それ以降、点火制御入力 Us 1— igが値 0側に徐々に進角されており、燃焼効率の低下を回避できることが判る。

[0109] 次に、図 20を参照しながら、 ECU2により実行される、アイドル回転数制御処理を含む点火時期制御処理および吸入空気量制御処理にっ、て説明する。この制御処理は、タイマ設定により所定周期で実行される。

[0110] この処理では、まず、ステップ 1 (図では「S1」と略す。以下同じ）において、リフト正常フラグ F— LIFTOKが「1」であるカゝ否かを判別する。このリフト正常フラグ F— LIF TOKは、可変バルブリフト機構 50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。

[0111] ステップ 1の判別結果が YESで、可変バルブリフト機構 50が正常であるときには、ステップ 2に進み、アイドル運転フラグ F— IDLEが「1」である力否かを判別する。このアイドル運転フラグ F— IDLEは、アイドル運転条件が成立しているとき、すなわち、以下の 3つの条件 (f 1)〜 (f 3)カ^、ずれも成立して、るときには「1」に設定され、それ以外のときには「0」に設定される。

(fl)アクセル開度 APが全閉状態を示す値であること。

(f 2)車速 VPが所定値 (例えば 3km)以下であること。

(f 3)エンジン回転数 NEが所定値 (例えば 200rpm)以上であること。

[0112] ステップ 2の判別結果が YESのときには、アイドル回転数制御を実行すべきであるとして、ステップ 3に進み、アイドル運転用の目標回転数 NE— cmdを、アイドル用基準値 NE— cmd— twと総補正項 DNE— loadとの和に設定する。前述したように、ァイドル用基準値 NE— cmd— twは、エンジン水温 TWに応じて、図 9に示すテーブルを検索することにより算出され、総補正項 DNE— loadは、 3つのスィッチ 27〜29の ONZOFF状態に応じて算出される。

[0113] 次、で、ステップ 4で、目標値フィルタ設定パラメータ POLE— fを、前述したように、偏差絶対値 ADNEに応じて、図 10に示すテーブルを検索することにより算出する。

[0114] 次に、ステップ 5で、目標回転数のフィルタリング値 NE— cmd— fを、前述した式（1 )により算出し、その後、ステップ 6で、切換関数 σ neを、前述した式 (2) , (3)により算出する。

[0115] 次いで、ステップ 7で、点火制御入力 Usl— igを前述した式 (4)〜（8)により算出する。その後、ステップ 8に進み、点火時期 Ig— logを、上記ステップ 7で算出した点火制御入力 Usl— igに、点火基準値 Ig— baseを加算した値に設定する。この点火基準値 Ig— baseは、目標回転数 NE— cmdおよびエンジン水温 TWに応じて、図 21に示すマップを検索することにより算出される。同図において、 TWa〜TWcは、 TWa<T Wb < TWcの関係が成立する所定値であり、この点は以下の説明にお!/、ても同様である。

[0116] 同図に示すように、このマップでは、点火基準値 Ig— baseは、目標回転数 NE— c mdが高いほど、またエンジン水温 TWが低いほど、より進角側の値に設定されている。これは、目標回転数 NE— cmdが高い場合、それに伴ってエンジン 3の要求仕事量が大きくなるので、それに対応するためである。また、エンジン水温 TWが低い場合、それに伴って燃焼の安定性が低下するので、それに対応するためである。

[0117] ステップ 8に続くステップ 9では、吸気制御入力 Usl— arを、前述した式（9)〜（12) により算出する。

[0118] 次いで、ステップ 10に進み、目標バルブリフト Liftin— cmdを、上記ステップ 8で算出した吸気制御入力 Usl— arに、リフト基準値 Liftin— baseを加算した値に設定する。このリフト基準値 Liftin— baseは、目標回転数 NE— cmdおよびエンジン水温 T Wに応じて、図 22に示すマップを検索することにより算出される。

[0119] 同図に示すように、このマップでは、リフト基準値 Liftin— baseは、目標回転数 NE —cmdが高いほど、またエンジン水温 TWが低いほど、より大きな値に設定されている。これは、前述したように、目標回転数 NE— cmdが高い場合、それに伴って要求仕事量が大きくなるので、それに対応するためである。また、エンジン水温 TWが低い場合、前述したように、それに伴って燃焼の安定性が低下するとともに、エンジン 3 のフリクションが増大するので、それに対応するためである。

[0120] 次に、ステップ 11に進み、リフト制御入力 Uliftinを、バルブリフト Liftinおよび目標バルブリフト Liftin— cmdに応じて、図 23に示す式（15)〜（21)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、算出する。

[0121] これらの式（15)〜（21)において、 Liftin— cmd— fは目標バルブリフトのフィルタリング値を、 σ liは切換関数を、 Eliは追従誤差を、 Ueq— liは等価制御入力を、 Urch —liは到達則入力を、 Krchは到達則ゲインを、 Uadpは適応則入力を、 Kadpは適応則ゲインをそれぞれ表している。また、 POLE— Γは、— 1く POLE"— f< 0の関係が成立するように設定される目標値フィルタ設定パラメータであり、 POLE"は、 1 < POLE "く 0が成立するように設定される切換関数設定パラメータである。さらに、 al", a2", bl", b2"は、バルブリフト Liftinとリフト制御入力 Uliftinとの動特性を定義したモデル（図示せず）のモデルパラメータを表して、る。

[0122] 以上のように、アイドル回転数制御用の点火時期 Ig— logおよびリフト制御入力 Ulif tinを算出した後、本処理を終了する。それにより、点火時期 Ig— logに応じたタイミングで、点火プラグ 13を介して点火時期制御が実行されるとともに、可変バルブリフト機構 50を介して、リフト制御入力 Uliftinに応じたバルブリフト Liftinになるように吸気弁 4が駆動され、それにより、吸入空気量 Gcylが制御される。

[0123] 一方、ステップ 2の判別結果が NOで、アイドル運転条件が不成立であるときには、ステップ 12に進み、変速フラグ F— ATCHGが「1」である力否かを判別する。この変速フラグ F— ATCHGは、図示しない自動変速機が変速中であるときには「1」に、それ以外のときには「0」にそれぞれ設定される。

[0124] このステップ 12の判別結果が YESで、自動変速機が変速中であるときには、ステツプ 13で、車速 VP、変速比およびトルクコンバータ（図示せず）の滑り率に応じて、目標回転数 NE— cmdを算出する。次いで、前述したように、ステップ 4〜： L 1を実行した後、本処理を終了する。

[0125] 一方、ステップ 12の判別結果が NOで、自動変速機が変速中でないときには、ステップ 14に進み、目標回転数 NE— cmdおよびアクセル開度 APに応じて、図 24に示すマップを検索することにより、点火時期 Ig— logを算出する。同図において、 API 〜AP3は、 APKAP2く AP3の関係が成立する所定のアクセル開度 APであり、この点は、以下の説明においても同様である。このマップでは、点火時期 Ig— logは、アクセル開度 APが大きいほど、遅角側の値に設定されているとともに、 AP=AP3の中回転域以外は、エンジン回転数 NEが高いほど、遅角側の値に設定されている。これは、エンジン回転数 NEまたはエンジン負荷が高いときには、ノッキングが発生しやすくなるので、それを回避すベぐ点火時期 Ig— logをリタード側に制御する必要があることによる。

[0126] 次いで、ステップ 15で、目標回転数 NE— cmdおよびエンジン水温 TWに応じて、図 25に示すマップを検索することにより、目標バルブリフト Liftin_cmdを算出する。このマップでは、目標バルブリフト Liftin— cmdは、アクセル開度 APが大きいほど、またエンジン回転数 NEが高いほど、より大きな値に設定されている。これは、ェンジン回転数 NEまたはエンジン負荷が高いときには、それに応じたエンジン出力を確保すべく、バルブリフト Liftinすなわち吸入空気量 Gcylを大きな値に制御するためである。

[0127] 次に、前述したように、ステップ 11でリフト制御入力 Uliftinを算出した後、本処理を終了する。

[0128] 一方、ステップ 1の判別結果が NOで、可変ノレブリフト機構 50が故障しているときには、ステップ 16に進み、点火時期 Ig— logを故障時値 Ig— fsに設定する。この故障時値 Ig— fsは、エンジン回転数 NEが所定の故障時目標回転数 NE— cmd— fs (例えば 1500rpm)となるように、所定のフィードバック制御アルゴリズムにより算出される

[0129] 次、で、ステップ 17で、リフト制御入力 Uliftinを値 0に設定した後、本処理を終了する。これにより、吸気弁 4は、可変バルブリフト機構 50により、バルブリフト Liftinが最小値 Liftinminになるように駆動される。

[0130] 以上のように、本実施形態の制御装置 1によれば、点火制御入力 Usl— igおよび吸気制御入力 Usl— ar力目標値フィルタ型 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るので、目標回転数 NE— cmdに対するエンジン回転数 NEの追従応答性と、収束挙動および収束速度とを別個に設定することができる。それにより、目標回転数 NE— cmdに対するエンジン回転数 NEの良好な追従応答性を確保できると同時に、エンジン回転数 NEを、オーバーシュートおよび振動的な挙動を生じることなく、目標回転数 NE— cmdに収束させることができ、エンジン回転数 NEの目標回転数 NE— cmdへの収束挙動を安定させることができる。

[0131] これにカ卩えて、点火制御入力 Usl— igおよび吸気制御入力 Usl— ar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おいて、 1つのフィルタリング値 NE— cmd— fを共用しながら、算出されるので、アイドル回転数制御における点火時期制御処理および吸入空気量制御処理が互いに干渉し合うのを回避することができる。これにカ卩えて、点火制御入力 Usl— igおよび吸気制御入力 Usl— arが、 1つの切換関数 _σ neの値を共用しながら算出されるので、点火時期制御処理および吸入空気量制御処理が互いに干渉し合うのをさらに効果的に回避することができる。 [0132] また、目標値フィルタ 81において、目標値フィルタ設定パラメータ POLE— f力 A DNE1≤ADNE≤ADNE2の範囲では、偏差絶対値 ADNEが大きいほど、より大きい値 (より値 0に近い値）に設定され、フィルタリング値 NE—cmd—fに対する目標回転数 NE— cmdの反映度合いが高められるので、偏差絶対値 ADNEが大きぐェンジン回転数 NEの変動状態が大きいときには、それに対応して目標回転数 NE—c mdに対するエンジン回転数 NEの追従応答性をより向上させることができる。

[0133] さらに、点火制御入力 Usl— igの算出において、適応則入力 Uadp— igが、切換関数 a neの忘却積分処理により算出されるので、点火時期制御において、点火時期 Ig —logが過度のリタード状態に保持されることがなくなり、その結果、良好な燃焼状態を確保することができる。

[0134] また、協調ゲインスケジューラ 73による 4つのゲイン Krch—ig, Kadp— ig, Krch— ar, Kadp— arの設定により、切換関数 σ neの絶対値が値 0に近いとき、すなわち、前述したように、目標値フィルタ 81により設定された、目標回転数 NE— cmdに対するエンジン回転数 NEの追従挙動と実際の追従挙動との差が小さ、とともに、切換関数 σにより指定された追従誤差 Eneの値 0への収束挙動と実際の収束挙動との差が小さい状態にあるときには、アイドル回転数制御への点火時期制御の寄与度合いを高めると同時に、吸入空気量制御の寄与度合いを低くすることができ、それにより、ァィドル回転数制御の分解能および制御精度を高めることができる。これとは逆に、切換関数 a neの絶対値が大きいとき、すなわち、目標値フィルタ 81により設定された上記追従挙動と実際の追従挙動との差が大きいとともに、切換関数 σにより指定された上記収束挙動と実際の収束挙動との差が大きい状態にあるときには、アイドル回転数制御の応答性を高めるベぐアイドル回転数制御への吸入空気量制御の寄与度合いを高めると同時に、点火時期制御の寄与度合いを低くすることができ、それにより、アイドル回転数制御の応答性を高めることができる。以上により、アイドル回転数制御の安定性および制御精度をいずれも向上させることができる。

[0135] 次に、本発明の第 2実施形態に係る制御装置 1Aについて説明する。この制御装置 1Aは、前述した第 1実施形態の制御装置 1と比べると、一部を除いて同様に構成されているので、以下、第 1実施形態の制御装置 1と異なる点を中心として説明する。この制御装置 1Aは、図 26に示すように、アイドル回転数コントローラ 100を備えており、このアイドル回転数コントローラ 100 (制御入力算出手段）は、具体的には ECU2 により構成されている。

[0136] このアイドル回転数コントローラ 100では、以下に述べるように、協調型 2自由度スライデイングモード制御アルゴリズムにより、吸入空気量 Gcylおよび点火時期 Ig— log を互いに協調させながら制御するための点火制御入力 Usl—igおよび吸気制御入力 Usl— arが算出され、これらの制御入力 Usl—ig, Usl— arを制御対象 99に入力することにより、アイドル運転中、エンジン回転数 NEが目標回転数 NE— cmdに収束するようにフィードバック制御される。なお、この制御対象 99は、点火制御入力 Usl_ igおよび吸気制御入力 Usl— arを入力とし、エンジン回転数 NEを出力とする系として定義される。

[0137] アイドル回転数コントローラ 100は、目標値算出部 101 (目標値算出手段）、目標値追従応答設定部 102 (フィルタリング目標値算出手段）、協調ゲインスケジューラ 103 、点火時期コントローラ 110および吸入空気量コントローラ 120を備えている。この目標値算出部 101および目標値追従応答設定部 102はそれぞれ、前述した目標値算出部 71および目標値追従応答設定部 72と同様に構成されているので、その説明は省略する。

[0138] また、協調ゲインスケジューラ 103では、点火制御入力 Usl— igの算出に用いる到達則ゲイン Krch— igおよび後述する推定ゲイン P— igと、吸気制御入力 Usl— arの算出に用いる到達則ゲイン Krch— arおよび後述する推定ゲイン P— arとがそれぞれ設定される。この協調ゲインスケジューラ 103の詳細に関しては、後述する。

[0139] 次に、点火時期コントローラ 110について説明する。この点火時期コントローラ 110 は、以下に述べるように、外乱補償機能付き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、点火制御入力 Usl— igを算出するものであり、目標値フィルタ 111、切換関数算出部 112、点火制御入力算出部 113および適応外乱ォブザーバ 114で構成されて!、る。

[0140] この目標値フィルタ 111 (フィルタリング目標値算出手段)では、前述した目標値フィルタ 81と同様に、図 27に示す式（22)により、目標回転数のフィルタリング値 NE—c md— fが算出され、切換関数算出部 112では、前述した切換関数算出部 82と同様に、図 27に示す式（23) , (24)により、切換関数 a neが算出される。

[0141] また、点火制御入力算出部 113では、等価制御入力 Ueq— igが図 27の式（25)により算出され、到達則入力 Urch— igが同図の式 (26)により算出されるとともに、点火帘 IJ御人力 Usl一 ig力同図の式（27)により算出される。式（25)にお!/ヽて、 al, a2, bl , b2は、後述するモデル [図 28の式（37) ]のモデルパラメータである。また、 cl_ig は、モデルィ匕誤差および外乱を補償するための外乱推定値であり、以下に述べるように、適応外乱オブザーバ 114により算出される。

[0142] すなわち、適応外乱オブザーバ 114 (外乱推定値算出手段)では、図 27の式 (28) により、エンジン回転数 NEの同定値 NE— hatが算出され、式（29)により、追従誤差 e— dov— igが算出されるとともに、式（30)により、外乱推定値 cl— igが算出される。同式（30)において、 FGT— dovは、忘却係数であり、 0< FGT_dov< 1の範囲内の値に設定される。また、 P— igは、推定ゲインであり、協調ゲインスケジューラ 103により後述するように設定される。

[0143] 同式（30)に示すように、忘却係数 FGT— dovは、外乱推定値の前回値 cl— ig (k

1)に乗算されるので、同式（30)を漸化式により展開すると、 n回前の値 cl— ig (k — n)に対しては、 FGT_dovn ( = 0)が乗算されることになる。その結果、演算処理の進行に伴い、外乱推定値 cl— igは、値 0に収束するようになる。このように、外乱推定値 cl—igを忘却処理により算出することで、点火制御入力 Usl— igが遅角補正側の値に保持されることがなくなり、その結果、点火時期制御において、点火時期 Ig— 1 ogが過度のリタード状態に保持されることがなくなり、良好な燃焼状態を確保することができる。なお、点火時期 Ig— logがリタード側に保持されてもよい場合には、一般的な適応外乱オブザーバのように、式（30)において、忘却係数 FGT— dovを値 1に設定してちよい。

[0144] 点火時期コントローラ 110では、以上のように、式 (22)〜（30)に示す外乱補償機能付き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、点火制御入力 Usl— igが算出される。なお、以上の式（22)〜（30)は、エンジン回転数 NEおよび点火制御入力 Usl— igの動特性の関係を表すモデルを、エンジン回転数 NEおよび点火制御入力 Usl— igの動特性の関係を表すモデルを、図 28の式（37) のように定義し、このモデルと、目標値フィルタ型 2自由度スライディングモード制御則および適応外乱オブザーバ理論とを用いることにより、導出される。

[0145] 次に、前述した吸入空気量コントローラ 120について説明する。この吸入空気量コントローラ 120は、外乱補償機能付き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、吸気制御入力 Usl— arを算出するものであり、前述した目標値フィルタ 111、前述した切換関数算出部 112、吸気制御入力算出部 123および適応外乱オブザーバ 124で構成されて、る。

[0146] この吸気制御入力算出部 123では、等価制御入力 Ueq— arが図 28の式（31)により算出され、到達則入力 Urch__arが同図の式 (32)により算出されるとともに、吸気制御入力 Usl— arが同図の式（33)により算出される。式（31)において、 al ' , a2' , bl，， b2，は、後述するモデル [図 28の式（38) ]のモデルパラメータである。また、 cl — arは、モデルィヒ誤差および外乱を補償するための外乱推定値であり、以下に述べるように、適応外乱オブザーバ 124により算出される。

[0147] すなわち、適応外乱オブザーバ 124 (外乱推定値算出手段)では、図 28の式 (34) により、エンジン回転数 NEの同定値 NE— hatが算出され、式（35)により、追従誤差 e_dov_arが算出されるとともに、式（36)により、外乱推定値 cl_arが算出される。同式（36)において、 P— arは、推定ゲインであり、協調ゲインスケジューラ 103により後述するように設定される。

[0148] 吸入空気量コントローラ 120では、以上のように、式（22)〜（24) , (31)〜（36)に示す外乱補償機能付き目標値フィルタ型 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、吸気制御入力 Usl— arが算出される。なお、以上の式（22)〜（24) , (31 )〜（36)は、エンジン回転数 NEおよび吸気制御入力 Usl— arの動特性の関係を表すモデルを、図 28の式（38)のように定義し、このモデルと、目標値フィルタ型 2自由度スライディングモード制御則および適応外乱オブザーバ理論とを用いることにより、導出される。

[0149] 次に、前述した協調ゲインスケジューラ 103について説明する。この協調ゲインスケジユーラ 103では、切換関数 a neの値に応じて、図 29, 30に示すテーブルを検索することにより、前述した 4つのゲイン Krch— ig, P_ig, Krch_ar, P— arがそれぞれ算出される。なお、両図 29, 30における σ 3, σ 4は、 σ 3< σ 4の関係が成立する正の所定値である。

[0150] まず、図 29のテーブルを参照すると、このテーブルでは、到達則ゲイン Krch— ig および推定ゲイン P— igの各々は、切換関数 σ neの正側および負側の値に対して対称に設定されており、— σ 4< σ neく— σ 3, σ 3< σ neく σ 4の範囲では、 σ ne の絶対値が小さくなるほど、より大きな値に設定されている。また、到達則ゲイン Krch — igおよび推定ゲイン P— igの各々は、値 0付近の所定範囲（一 σ 3≤ σ ne≤ σ 3) 内では、その最大値 Krch— ig3, P—ig3を示すように設定されているとともに、 a ne ≤— σ 4, σ 4≤ σ neの範囲では、その最小値 Krch— ig4, P— ig4を示すように設定されている。

[0151] 一方、図 30のテーブルを参照すると、このテーブルでは、到達則ゲイン Krch— ar および推定ゲイン P— arの各々は、切換関数 σ neの正側および負側の値に対して対称に設定されているとともに、— σ 4< σ neく— σ 3, σ 3< σ neく σ 4の範囲では、 a neの絶対値が小さくなるほど、より小さな値に設定されている。また、到達則ゲイン Krch— arおよび推定ゲイン P— arの各々は、値 0付近の所定範囲（一 σ 3≤ σ n e≤ σ 3)内では、その最小値 Krch— ar3, P—ar3を示すように設定されているとともに、 σ ne≤— σ 4, σ 4≤ σ neの範囲では、その最大値 Krch— ar4, P— ar4を示すように設定されている。

[0152] 各ゲインの値が以上のように設定されている理由は、協調ゲインスケジューラ 73の説明で述べた理由と同じである。すなわち、切換関数 a neの絶対値が値 0に近い場合、目標回転数 NE— cmdに対するエンジン回転数 NEの乖離度合、が小さ、状態にあるので、アイドル回転数制御の分解能および制御精度を高めるベぐアイドル回転数制御への点火時期制御の寄与度合いを高めると同時に、吸入空気量制御の寄与度合いを低くするためである。これとは逆に、切換関数 σ neの絶対値が大きい場合、追従誤差 Eneの変化が大きぐ目標回転数 NE— cmdに対するエンジン回転数 NEの乖離度合いが大きい状態にあるので、アイドル回転数制御の応答性を高めるベぐアイドル回転数制御への吸入空気量制御の寄与度合いを高めると同時に、点火時期制御の寄与度合いを低くするためである。

[0153] 以上の理由により、本実施形態における点火時期および吸入空気量の協調制御の場合、図 29, 30にハッチングで示す領域力点火時期制御がメインの領域となり、それ以外の領域は、吸入空気量制御がメインの領域となる。

[0154] 以上のように構成された本実施形態の制御装置 1Aによれば、前述した第 1実施形態の制御装置 1と同様の作用効果を得ることができる。また、協調ゲインスケジューラ 103における到達則ゲイン Krch— ig, Krch— arおよび推定ゲイン P— ig, P— arの設定により、目標回転数 NE—cmdに対するエンジン回転数 NEの乖離度合いが小さい状態のときには、アイドル回転数制御への点火時期制御の寄与度合いを高めると同時に、吸入空気量制御の寄与度合いを低くすることができ、それにより、アイドル回転数制御の分解能および制御精度を高めることができる。これとは逆に、目標回転数 NE—cmdに対するエンジン回転数 NEの乖離度合いが大きい状態のときには、ァィドル回転数制御の応答性を高めるベぐアイドル回転数制御への吸入空気量制御の寄与度合いを高めると同時に、点火時期制御の寄与度合いを低くすることができ、それにより、アイドル回転数制御の応答性を高めることができる。これにカ卩えて、点火制御入力 Usl— igおよび吸気制御入力 Usl— ar力適応外乱オブザーバ 114, 124 によりそれぞれ算出された外乱推定値 cl—ig, cl— arを用いて算出されるので、モデルィ匕誤差および外乱の影響を回避しながら、アイドル回転数制御を行うことができる。その結果、アイドル回転数制御の安定性および制御精度を、第 1実施形態の制御装置 1よりも向上させることができる。

[0155] 次に、図 31を参照しながら、本発明の第 3実施形態に係る制御装置 1Bについて説明する。この制御装置 1Bは、 EGR制御および過給圧制御の協調制御により、吸入空気量 Gcyl (制御対象の出力）を制御するものであり、協調吸入空気量コントローラ 200 (制御入力算出手段）を備えている。この協調吸入空気量コントローラ 200については、後述する。この制御装置 1Bが適用されたエンジン 3は、一部を除いて第 1実施形態のエンジン 3と同様に構成されているので、以下、同じ構成については同じ番号を付すとともに、その説明は省略する。このエンジン 3は、ターボチャージャ装置 15 および EGR制御弁 16を備えている。 [0156] ターボチャージャ装置 15は、吸気管 10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 15aと、排気管 14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 15bと、 2つのブレード 15a, 15bを一体に連結する軸 15cと、ウェストゲート弁 15dなどを備えている。

[0157] このターボチャージャ装置 15では、排気管 14内の排気ガスによってタービンブレード 15b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 15aも同時に回転することにより、吸気管 10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。

[0158] また、上記ウェストゲート弁 15dは、排気管 14のタービンブレード 15bをバイパスするバイパス排気通路 14a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。このウェストゲート弁 15dは、後述する最終過給圧制御入力 Usl_v t— fに応じた駆動信号力 ¾CU2から入力されると、その開度が変化し、それにより、バイパス排気通路 14a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 15b を駆動する排気ガスの流量を変化させ、過給圧を変化させる。これにより、過給圧が制御される。

[0159] また、 EGR制御弁 16は、吸気管 10および排気管 14の間に延びる EGR通路 17を開閉することにより、排気ガスを排気管 14から吸気管 10側に還流する EGR動作を実行するものである。 EGR制御弁 16は、リニア電磁弁で構成され、 ECU2に接続されており、後述する最終 EGR制御入力 Usl— eg— fに応じた駆動信号力 ¾CU2から入力されると、そのバルブリフトがリニアに変化する。これにより、 EGR量が制御される。

[0160] 次に、図 32を参照しながら、協調吸入空気量コントローラ 200について説明する。

この協調吸入空気量コントローラ 200は、以下に述べるように、協調型 2自由度スライデイングモード制御アルゴリズムに基づく制御アルゴリズムにより、 EGR量および過給圧を互いに協調させながらフィードバック制御し、それにより、吸入空気量 Gcylを目標吸入空気量 Gcyl—cmdに収束するようにフィードバック制御するものである。

[0161] 協調吸入空気量コントローラ 200は、目標値算出部 201 (目標値算出手段)、目標値追従応答設定部 202 (フィルタリング目標値算出手段）、協調ゲインスケジューラ 2 03、 EGR基準値算出部 204、加算要素 205、過給圧基準値算出部 206、加算要素 207、 EGRコントローラ 210および過給圧コントローラ 220を備えている。

[0162] まず、目標値算出部 201では、吸入空気量 Gcylの目標値となる目標吸入空気量 G cyl— cmdが算出される。具体的には、目標吸入空気量 Gcyl— cmdを、アクセル開度 APおよびエンジン回転数 NEに応じて、図 33に示すマップを検索することにより算出する。このマップでは、目標吸入空気量 Gcyl— cmdは、エンジン回転数 NEが高いほど、またはアクセル開度 APが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、エンジン回転数 NEが高いほど、またはアクセル開度 APが大きいほど、エンジン 3が高負荷域にあることで、より大きな吸入空気量が要求されることによる。なお、本実施形態では、アクセル開度 APおよびエンジン回転数 NEが制御対象の状態に相当する。

[0163] 次、で、目標値追従応答設定部 202では、前述した目標値追従応答設定部 72と同様に、目標値フィルタ設定パラメータ POLE— f *が算出される。目標値フィルタ設定パラメータ POLE— f *は、目標吸入空気量 Gcyl— cmdに対する吸入空気量 Gcy 1の追従応答性を設定するためのものであり、具体的には、偏差絶対値 ADGCYL ( 目標値の変化度合い）に応じて、図 34に示すテーブルを検索することにより、算出される。この偏差絶対値 ADGCYLは、目標吸入空気量の今回値 Gcyl— cmd (k)と前回値 Gcyl— cmd (k— 1)との偏差の絶対値として算出される（ADGCYL= | Gcyl — cmd (k)— Gcyl— cmd (k—1) | )。また、同図の ADGCYL1, ADGCYL2は、 ADGCYLKADGCYL2の関係が成立する所定値であり、 POLE— fl *， POLE — f 2 *は、 POLE— f 1 * < POLE— f 2 *の関係が成立する所定値である。

[0164] 同図に示すように、このテーブルでは、 ADGCYL 1≤ ADGCYL≤ADGCYL2の範囲では、偏差絶対値 ADGCYLが大きいほど、より大きい値 (より値 0に近い値）に設定されている。これは、目標値フィルタ設定パラメータ POLE_f *は、目標値フィルタ 211でのフィルタリング値 Gcyl— cmd— fの算出において、目標吸入空気量 Gc yl— cmdに対する吸入空気量 Gcylの追従応答性を設定するように用いられるので、偏差絶対値 ADGCYLが大きぐ吸入空気量 Gcylの変動状態が大きいときには、それに対応すベぐフィルタリング値 Gcyl— cmd— fに対する目標吸入空気量 Gcyl— c mdの反映度合、を高めることで、目標吸入空気量 Gcyl— cmdに対する吸入空気量 Gcylの追従応答性をより向上させるためである。

[0165] また、目標値フィルタ設定パラメータ POLE— f *は、 ADGCYLく ADGCYL1, A DGCYL2<ADGCYLの範囲では、偏差絶対値 ADGCYLの値にかかわらず、一定値 POLE— fl *， POLE— f2 *にそれぞれ設定されている。これは、吸入空気量 Gcylの変動状態が力なり小さ、場合またはかなり大き!/、場合、目標値フィルタ設定ノメータ POLE— fの設定により、目標吸入空気量 Gcyl— cmdに対する吸入空気量 Gcylの追従応答性を向上させるのに限界があることによる。

[0166] さらに、協調ゲインスケジューラ 203では、前述した協調ゲインスケジューラ 73と同様に、 EGR制御入力 Usl— egの算出に用いる到達則ゲイン Krch— egおよび適応則ゲイン Kadp— egと、過給圧制御入力 Usl— vtの算出に用いる到達則ゲイン Krch — vtおよび適応則ゲイン Kadp— vtと力それぞれ算出される。具体的には、 4つのゲイン Krch— eg, Kadp— eg, Krch— vt, Kadp— vtはそれぞれ、後述する切換関数 σ gcylの値に応じて、図 35, 36に示すテーブルを検索することにより算出される。なお、両図 35, 36における a gl, a g2は、 σ gl < σ g2の関係力 ^成立する正の所定値である。

[0167] まず、図 35のテーブルを参照すると、このテーブルでは、到達則ゲイン Krch— eg および適応則ゲイン Kadp— egはそれぞれ、切換関数 σ gcylの正側および負側の値に対して対称に設定されており、値 0付近の a gl < a gcyl< a glの範囲では、所定の最大値 Krch— eg 1, Kadp— eglを示すように設定されているとともに、 σ gcy 1< - σ g2, σ g2< σ gcylの範囲では、所定の最小値 Krch— eg2, Kadp— eg2を示すように設定されている。また、 - a g2≤ a gcyl≤- a gl , a gl≤ a gcyl≤ a g 2の範囲では、 σ gcylの絶対値が小さくなるほど、より大きな値に設定されている。

[0168] 一方、図 36のテーブルを参照すると、このテーブルでは、到達則ゲイン Krch— vt および適応則ゲイン Kadp— vtはそれぞれ、切換関数 σ gcylの正側および負側の値に対して対称に設定されており、値 0付近の a gl < a gcyl< a glの範囲では、所定の最小値 Krch— vtl, Kadp— vtlを示すように設定されているとともに、 σ gcyl< σ g2, σ g2< σ gcylの範囲では、所定の最大値 Krch— vt2, Kadp— vt2を示すように設定されている。また、 - a g2≤ a gcyl≤- a gl , σ gl≤ σ gcyl≤ σ g2 の範囲では、 a gcylの絶対値が小さくなるほど、より小さな値に設定されている。

[0169] 4つのゲイン Krch— eg, Kadp— eg, Krch_vt, Kadp— vtの値が以上のように設定されている理由は、以下による。すなわち、 EGR制御は、制御の分解能が高い（最小の EGR制御入力 Usl— egに対する吸入空気量 Gcylの変化度合いが小さい)ものの、エンジン 3の燃焼状態の悪ィ匕を回避する観点から、制御幅が限定されてしまうという特徴を備えている。一方、過給圧制御は、制御の分解能力 ¾GR制御と比べて低く、目標吸入空気量 Gcyl— cmdの大きな変化に対しても対応できる反面、 EGR制御と比べて、吸入空気量 Gcylの制御精度が低いので、吸入空気量 Gcylの目標吸入空気量 Gcyl— cmdへの収束性が悪、と、う特徴を備えて！/、る。

[0170] したがって、切換関数 σ gcylの絶対値が値 0に近、場合、目標吸入空気量 Gcyl— cmdに対する吸入空気量 Gcylの乖離度合、が小さ、状態にあるので、吸入空気量制御の分解能および制御精度を高めるベぐ吸入空気量制御への EGR制御の寄与度合いを高めると同時に、過給圧制御の寄与度合いを低くするためである。これとは逆に、切換関数 σ gcylの絶対値が大きい場合、追従誤差 Egcylの変化が大きぐ目標吸入空気量 Gcyl— cmdに対する吸入空気量 Gcylの乖離度合、が大き、状態にあるので、吸入空気量制御の応答性を高めるベぐ吸入空気量制御への過給圧制御の寄与度合いを高めると同時に、 EGR制御の寄与度合いを低くするためである。

[0171] 以上の理由により、本実施形態の協調吸入空気量コントローラ 200における EGR 制御および吸入空気量制御の協調制御の場合、図 35, 36にハッチングで示す領域 1S EGR制御がメインの領域となり、それ以外の領域は、過給圧制御がメインの領域となる。

[0172] 次に、前述した EGRコントローラ 210について説明する。この EGRコントローラ 210 は、以下に述べるように、目標値フィルタ型 2自由度スライディングモード制御アルゴリズムにより、 EGR制御入力 Usl— egを算出するものであり、目標値フィルタ 211、切換関数算出部 212、等価制御入力算出部 213、到達則入力算出部 214、適応則入力算出部 215および加算要素 216で構成されている。

[0173] この目標値フィルタ 211 (フィルタリング目標値算出手段)では、前述した目標値フィルタ 81と同様に、目標値算出部 201で算出された目標吸入空気量 Gcyl— cmd、および目標値追従応答設定部 202で設定された目標値フィルタ設定パラメータ POLE — f *を用い、図 37の式（39)に示す一次遅れフィルタアルゴリズムにより、目標吸入空気量のフィルタリング値 Gcyl—cmd—f (フィルタリング目標値）が算出される。

[0174] また、切換関数算出部 212では、前述した切換関数算出部 82と同様に、図 37の式

(40) , (41)により、切換関数 a gcyl (線形関数)が算出される。同式 (40)において、 POLE *は、切換関数設定パラメータであり、 K POLE *く 0の範囲内の値に設定される。また、 Egcylは、式 (41)に示すように定義される追従誤差である。

[0175] さらに、等価制御入力算出部 213では、吸入空気量 Gcyl、フィルタリング値 Gcyl— cmd—fおよび切換関数設定パラメータ POLE *に基づき、図 37の式 (42)により、等価制御入力 Ueq— egが算出される。同式（42)において、 al * , a2 *， bl *， b2 *は、後述するモデル [図 38の式（53) ]のモデルパラメータである。

[0176] 一方、到達則入力算出部 214では、協調ゲインスケジューラ 203で設定された到達則ゲイン Krch— egを用い、図 37の式 (43)により、到達則入力 Urch— egが算出される。

[0177] また、適応則入力算出部 215では、図 37の式 (44)に示す忘却積分処理により、切換関数の忘却積分値 sum— a gcyl (線形関数の積分値)が算出され、さらに、この忘却積分値 sum— σ gcylおよび協調ゲインスケジューラ 203で設定された適応則ゲイン Kadp_egを用い、式 (45)により、適応則入力 Uadp_egが算出される。同式 (4 4)において、 FGT— egは、忘却係数であり、 0< FGT_eg< 1の範囲内の値に設定される。

[0178] 以上の忘却積分処理により、前述したように、演算処理の進行に伴い、切換関数の忘却積分値 sum— σ gcylが値 0に収束するようになり、適応則入力 Uadp— egも値 0 に収束するようになる。このように、適応則入力 Uadp— egの算出において、忘却積分処理を用いる理由は、 EGR量は、 NOxの排出量低減および燃費向上の観点から、エンジン 3の運転領域に応じた適切な値に可能な限り高精度で制御することが望ましいので、 EGR量が適切な値力長時間外れる状態が発生するのを回避し、適切な値に迅速に制御するためである。なお、 EGR量が一定値に保持されてもよい場合には、一般的なスライディングモード制御アルゴリズムのように、式 (44)において、忘却係数 FGT— egを値 1に設定し、適応則入力 Uadp— egを、切換関数 σ gcylの一般的な積分値に基づ、て算出してもよ、。

[0179] さらに、加算要素 216では、以上のように算出された等価制御入力 Ueq— eg、到達則入力 Urch— egおよび適応則入力 Uadp— egを用い、図 37の式 (46)により、 EG R制御入力 Usl— egが算出される。

[0180] 以上のように、 EGR制御入力 Usl— egは、式（39)〜（46)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、算出される。なお、以上の式（39) 〜（46)は、吸入空気量 Gcylおよび EGR制御入力 Usl— egの動特性の関係を表すモデルを、図 38の式（53)のように定義し、吸入空気量 Gcylが目標吸入空気量 Gcyl — cmdに収束するように、このモデルと目標値フィルタ型 2自由度スライディングモード制御則とを用いることにより、導出される。

[0181] 一方、前述した EGR基準値算出部 204では、エンジン回転数 NEおよび目標吸入空気量 Gcyl— cmdに応じて、図 39に示すマップを検索することにより、 EGR基準値 Usl— eg— bsを算出する。同図に示すように、このマップでは、 EGR基準値 Usl— eg — bsは、エンジン回転数 NEが高いほど、より大きな値に設定されている。また、 EGR 基準値 Usl— eg— bsは、目標吸入空気量 Gcyl— cmdが所定値 Gcyl— cmdl以下の範囲では、目標吸入空気量 Gcyl— cmdが大きいほど、より大きな値に設定され、所定値 Gcyl— cmdlより大き、範囲では、目標吸入空気量 Gcyl— cmdが大き、ほど、より小さな値に設定されている。

[0182] このように EGR基準値 Usl— eg— bsが設定される理由は、エンジン 3の低負荷域では、燃焼状態が不安定になるのを回避すベぐ EGR量を小さな値に制御し、高負荷域では、エンジン出力を確保すベぐ EGR量を小さな値に制御するためであり、また、中負荷域では、 NOxの排出量低減および燃費向上の観点から、 EGR量を大きな値に制御するためである。

[0183] さらに、前述した加算要素 205では、以上のように算出された EGR制御入力 Usl— egおよび EGR基準値 Usl— eg— bsを用い、図 37の式 (47)により、最終 EGR制御入力 Usl— eg— fが算出される。

[0184] 次に、前述した過給圧コントローラ 220について説明する。この過給圧コントローラ 220は、以下に述べるように、目標値フィルタ型 2自由度スライディングモード制御ァルゴリズムにより、過給圧制御入力 Usl— vtを算出するものであり、前述した目標値フィルタ 211、前述した切換関数算出部 212、等価制御入力算出部 223、到達則入力算出部 224、適応則入力算出部 225および加算要素 226で構成されている。すなわち、この過給圧コントローラ 220では、目標値フィルタ 211および切換関数算出部 21 2を EGRコントローラ 210と共用することにより、目標吸入空気量のフィルタリング値 G cyl— cmd— fおよび切換関数 σ gcylを共用しながら、過給圧制御入力 Usl— vtが算出される。

[0185] また、等価制御入力算出部 223では、吸入空気量 Gcyl、フィルタリング値 Gcyl_c md—fおよび切換関数設定パラメータ POLE *を用い、図 38の式 (48)により、等価制御入力 Ueq— vtが算出される。同式 (48)において、 al # , a2 # , bl # , b2 #は、後述するモデル [図 38の式（54) ]のモデルパラメータである。

[0186] 一方、到達則入力算出部 224では、協調ゲインスケジューラ 203で設定された到達則ゲイン Krch— vtを用い、図 38の式 (49)により、到達則入力 Urch— vtが算出される。

[0187] また、適応則入力算出部 225では、協調ゲインスケジューラ 203で設定された適応則ゲイン Kadp_vtを用い、図 38の式（50)により、適応則入力 Uadp_vtが算出される。

[0188] さらに、加算要素 226では、以上のように算出された等価制御入力 Ueq— vt、到達則入力 Urch— vtおよび適応則入力 Uadp— vtを用い、図 38の式（51)により、過給圧制御入力 Usl— vtが算出される。

[0189] 過給圧コントローラ 220では、以上のように、式（39)〜（41) , (48)〜（51)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、過給圧制御入力 Usl_vtが算出される。なお、以上の式（39)〜（41) , (48)〜（51)は、吸入空気量 Gcylおよび過給圧制御入力 Usl— vtの動特性の関係を表すモデルを、図 38の式（54)のように定義し、吸入空気量 Gcylが目標吸入空気量 Gcyl— cmdに収束するように、このモデルと目標値フィルタ型 2自由度スライディングモード制御則とを用いることにより、導出される。 [0190] 一方、前述した過給圧基準値算出部 206では、エンジン回転数 NEおよび目標吸入空気量 Gcyl— cmdに応じて、図 40に示すマップを検索することにより、過給圧基準値 Usl— vt— bsを算出する。同図に示すように、このマップでは、過給圧基準値 U si— vt— bsは、エンジン回転数 NEが高いほど、より大きな値に設定されている。また、過給圧基準値 Usl— vt— bsは、目標吸入空気量 Gcyl— cmdが所定値 Gcyl— cm dl以下の範囲では、目標吸入空気量 Gcyl— cmdが大きいほど、より大きな値に設定され、所定値 Gcyl— cmdlより大きい範囲では、目標吸入空気量 Gcyl— cmdが大きいほど、より小さな値に設定されている。

[0191] このように過給圧基準値 Usl— vt—bsが設定される理由は、エンジン 3の低負荷域では、過給圧の不要な上昇によりトルク変動が発生するのを回避すベぐ過給圧を小さな値に制御し、高負荷域では、過給圧の過度の上昇によりエンジン出力が大きくなり過ぎるのを回避すベぐ過給圧を小さな値に制御するためであり、また、中負荷域では、エンジン出力確保の観点から、過給圧を大きな値に制御するためである。

[0192] さらに、前述した加算要素 207では、以上のように算出された過給圧制御入力 Usl _vtおよび過給圧基準値 Usl_vt_bsを用い、図 38の式（52)により、最終過給圧制御入力 Usl— vt—fが算出される。

[0193] 以上のように、本実施形態の制御装置 1Bによれば、 EGR制御入力 Usl— egおよび過給圧制御入力 Usl— vt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るので、目標吸入空気量 Gcyl— cmdに対する吸入空気量 Gcylの追従応答性と、収束挙動および収束速度とを別個に設定することができる。それにより、目標吸入空気量 Gcyl— cmdに対する吸入空気量 Gcylの良好な追従応答性を確保できると同時に、吸入空気量 Gcylを、オーバーシュートおよび振動的な挙動を生じることなぐ目標吸入空気量 Gcyl— cmdに収束させることができ、吸入空気量 Gcylの目標吸入空気量 Gcyl— cmdへの収束挙動を安定させることができる

[0194] これに加えて、 EGR制御入力 Usl— egおよび過給圧制御入力 Usl— vt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おいて、 1つのフィルタリング値 Gcyl— cmd— fを共用しながら、算出されるので、吸入空気量制御における E GR制御処理および過給圧制御処理が互いに干渉し合うのを回避することができる。これに加えて、 EGR制御入力 Usl— egおよび過給圧制御入力 Usl— vtが、 1つの切換関数 σ gcylの値を共用しながら算出されるので、 EGR制御処理および過給圧制御処理が互いに干渉し合うのをさらに効果的に回避することができる。

[0195] また、目標値フィルタ 211において、目標値フィルタ設定パラメータ POLE— f *は、 ADGCYL1≤ADGCYL≤ADGCYL2の範囲では、偏差絶対値 ADGCYLが大きいほど、より大きい値 (より値 0に近い値）に設定され、フィルタリング値 Gcyl— cmd —fに対する目標吸入空気量 Gcyl— cmdの反映度合いが高められるので、偏差絶対値 ADGCYLが大きぐ吸入空気量 Gcylの変動状態が大きいときには、それに対応して目標吸入空気量 Gcyl— cmdに対する吸入空気量 Gcylの追従応答性をより向上させることができる。

[0196] さらに、 EGR制御入力 Usl— egの算出において、適応則入力 Uadp— eg力切換関数 σ gcylの忘却積分処理により算出されるので、 EGR制御において、 EGR量が不適切な値に保持されることがなくなり、その結果、良好な燃焼状態を確保することができる。

[0197] また、協調ゲインスケジューラ 203による 4つのゲイン Krch— eg, Kadp— eg, Krc h_vt, Kadp— vtの設定により、目標吸入空気量 Gcyl— cmdに対する吸入空気量 Gcylの乖離度合いが小さい状態のときには、吸入空気量制御への EGR制御の寄与度合いを高めると同時に、過給圧制御の寄与度合いを低くすることができ、それにより、吸入空気量制御の分解能および制御精度を高めることができる。これとは逆に、目標吸入空気量 Gcyl— cmdに対する吸入空気量 Gcylの乖離度合、が大き、状態のときには、吸入空気量制御の応答性を高めるベぐ吸入空気量制御への過給圧制御の寄与度合いを高めると同時に、 EGR制御の寄与度合いを低くすることができ、それにより、吸入空気量制御の応答性を高めることができる。以上により、吸入空気量制御の安定性および制御精度をいずれも向上させることができる。

[0198] なお、前述した各実施形態は、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力応答指定型制御アルゴリズムはこれに限らず、ノノクステツビング制御アルゴリズムなどの、目標値に対する制御対象の出力の収束挙動および収束速度を指定できる応答指定型制御アルゴリズムであればよい

[0199] また、各実施形態は、フィードバック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、フィードバック制御アルゴリズムはこれに限らず、

PID制御アルゴリズムおよび PI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であればよい。

[0200] さらに、各実施形態は、本発明の制御装置を内燃機関のアイドル回転数制御または吸入空気量制御を行うものに適用した例である力本発明の制御装置はこれに限らず、複数の制御入力により制御対象の出力を制御するものに適用可能である。産業上の利用の可能性

[0201] 本発明の制御装置は、内燃機関のアイドル回転数制御または吸入空気量制御等の、複数の制御入力による制御対象の出力のフィードバック制御に適用して、制御対象の出力を、オーバーシュートおよび振動的な挙動等を生じることなぐ目標値に収束させることができ、制御対象の出力の目標値への収束挙動を安定させることができるとともに、複数の制御入力による複数のフィードバック制御処理が互いに干渉し合うのを回避することができる。したがって、制御の安定性および制御精度をいずれも向上させることができるので、様々の産業分野で用いられるこの種の制御装置として有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の制御入力により制御対象の出力を制御する制御装置であって、

当該制御対象の状態に応じて、前記制御対象の出力の目標となる目標値を算出する目標値算出手段と、

当該算出された目標値に所定のフィルタリング処理を施すことにより、前記目標値に対する前記制御対象の出力の追従応答性を設定するための 1つのフィルタリング目標値を算出するフィルタリング目標値算出手段と、

前記複数の制御入力をそれぞれ、前記制御対象の出力が前記算出された 1つのフィルタリング目標値に収束するように、所定の複数のフィードバック制御アルゴリズムに基づいて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制御装置。

[2] 前記フィルタリング目標値算出手段は、前記 1つのフィルタリング目標値を、前記目標値の変化度合!、が大き!、ほど、前記目標値に対する前記制御対象の出力の追従応答性がより高くなるように算出することを特徴とする請求項 1に記載の制御装置。

[3] 前記所定の複数のフィードバック制御アルゴリズムはそれぞれ、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムで構成され、

前記制御入力算出手段は、前記複数の制御入力を、当該所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムにおいて、前記 1つのフィルタリング目標値に対する前記制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する 1つの線形関数を共用しながら、算出することを特徴とする請求項 1に記載の制御装置。

[4] 前記制御対象の出力は、内燃機関の回転数であり、

前記複数の制御入力は、前記内燃機関の吸入空気量を制御するための制御入力

、および前記内燃機関の点火時期を制御するための制御入力で構成されていることを特徴とする請求項 1に記載の制御装置。

[5] 前記制御対象の出力は、内燃機関の吸入空気量であり、

前記複数の制御入力は、前記内燃機関の過給圧を制御するための制御入力、および前記内燃機関の EGR量を制御するための制御入力で構成されていることを特徴とする請求項 1に記載の制御装置。

[6] 前記制御入力算出手段は、前記複数の制御入力の各々の算出に用いるゲインを、前記 1つの線形関数の値に応じて設定することを特徴とする請求項 3に記載の制御装置。

[7] 前記制御入力算出手段は、前記複数の制御入力の少なくとも 1つを、前記 1つの線形関数の積分値に応じて、当該 1つの線形関数の積分値に忘却処理を施しながら、算出することを特徴とする請求項 3に記載の制御装置。

[8] 前記制御対象が受ける外乱およびモデル化誤差を補償するための複数の外乱推定値の各々を、当該各外乱推定値と前記複数の制御入力の各々と前記制御対象の出力との関係を定義したモデルに基づく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、

当該所定の推定アルゴリズムでは、前記 1つの線形関数の値に応じて、前記各外乱推定値の推定ゲインが設定され、

前記制御入力算出手段は、前記各制御入力を前記各外乱推定値に応じて算出することを特徴とする請求項 3に記載の制御装置。

[9] 前記制御対象が受ける外乱およびモデル化誤差を補償するための複数の外乱推定値の各々を、当該各外乱推定値と前記複数の制御入力の各々と前記制御対象の出力との関係を定義したモデルに基づく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、

当該所定の推定アルゴリズムでは、前記複数の外乱推定値の少なくとも 1つに所定の忘却処理が施され、

[10] 複数の制御入力により制御対象の出力を制御する制御装置であって、

前記複数の制御入力をそれぞれ、前記制御対象の出力が前記算出された目標値に収束するように、所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムに基づき、当該所定の複数の応答指定型制御アルゴリズムにおいて、前記目標値に対する前記制御対象の出力の収束挙動および収束速度を規定する 1つの線形関数を共用しながら、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制御装置。

[11] 前記制御入力算出手段は、前記複数の制御入力の各々の算出に用いるゲインを、前記 1つの線形関数の値に応じて設定することを特徴とする請求項 10に記載の制御装置。

[12] 前記制御入力算出手段は、前記複数の制御入力の少なくとも 1つを、前記 1つの線形関数の積分値に応じて、当該 1つの線形関数の積分値に忘却処理を施しながら、算出することを特徴とする請求項 10に記載の制御装置。

[13] 前記制御対象が受ける外乱およびモデル化誤差を補償するための複数の外乱推定値の各々を、当該各外乱推定値と前記複数の制御入力の各々と前記制御対象の出力との関係を定義したモデルに基づく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、

前記制御入力算出手段は、前記各制御入力を前記各外乱推定値に応じて算出することを特徴とする請求項 10に記載の制御装置。

[14] 前記制御対象が受ける外乱およびモデル化誤差を補償するための複数の外乱推定値の各々を、当該各外乱推定値と前記複数の制御入力の各々と前記制御対象の出力との関係を定義したモデルに基づく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、

[15] 前記制御対象の出力は、内燃機関の回転数であり、

前記複数の制御入力は、前記内燃機関の吸入空気量を制御するための制御入力、および前記内燃機関の点火時期を制御するための制御入力で構成されていることを特徴とする請求項 10記載の制御装置。

前記制御対象の出力は、内燃機関の吸入空気量であり、

前記複数の制御入力は、前記内燃機関の過給圧を制御するための制御入力、および前記内燃機関の EGR量を制御するための制御入力で構成されていることを特徴とする請求項 10に記載の制御装置。