(57)【要約】【課題】制御対象の非線形特性および周波数特性の少なくとも一方が変化したときでも、制御分解能および制御精度をいずれも高いレベルに維持することができる制御装置を提供すること。【解決手段】位相制御入力Ｕｃａｉｎによりカム位相Ｃａｉｎを制御する制御装置１は、２つのコントローラ１０２，１０３を備える。２自由度応答指定型コントローラ１０２では、追従制御入力Ｒｓｌｄが、カム位相を目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに追従させるように制御するための値として算出される。ＤＳＭコントローラ１０３では、追従制御入力Ｒｓｌｄを変調することにより、位相制御入力Ｕｃａｉｎが算出されるとともに、その際、位相制御入力Ｕｃａｉｎの演算周期が、エンジン回転数ＮＥ、カム位相ＣａｉｎおよびバルブリフトＬｉｆｔｉｎに応じて、２つの演算周期ΔＴ１，ΔＴ２の中から選択される。【選択図】  図１０
2006329040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御入力により制御対象の制御量を制御する制御装置であって、
当該制御量を検出する制御量検出手段と、
前記制御量の目標となる目標値を設定する目標値設定手段と、
前記検出された制御量を前記設定された目標値に追従させるように制御するための追従制御入力を、所定の制御アルゴリズムに基づいて算出する追従制御入力算出手段と、
当該算出された追従制御入力を所定の変調アルゴリズムを含むアルゴリズムで変調することにより、前記制御入力を算出するとともに、当該制御入力の演算周期を、前記制御対象の状態を表すパラメータに応じて所定の複数の演算周期の中から選択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。
【請求項２】
前記制御入力算出手段は、前記追従制御入力を複数の入力成分に分割するとともに、当該分割した複数の入力成分の１つを前記所定の変調アルゴリズムで変調した入力成分と、当該１つの入力成分以外の入力成分とに基づき、前記制御入力を算出することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記所定の変調アルゴリズムは、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかに基づく変調アルゴリズムであることを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記制御量は、内燃機関の吸気カムシャフトおよび排気カムシャフト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制御装置。
【請求項５】
前記制御量は、内燃機関の吸気弁および排気弁の少なくとも一方のリフトであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の制御装置。
【請求項６】
前記制御量は、内燃機関の混合気の空燃比を表す空燃比パラメータであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒステリシスおよびむだ時間などの非線形特性や周波数特性が変化する制御対象を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、可変カム位相機構を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。この可変カム位相機構は、内燃機関の吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相（以下「カム位相」という）を自在に変更するものであり、オイルポンプからの供給油圧によって駆動される油圧駆動式のものである。また、制御装置は、クランクシャフトおよび吸気カムシャフトの角度位置に相当する信号をそれぞれ検出するクランク角センサおよびカム角センサと、これらのセンサの検出信号が入力されるコントローラとを備えている。
【０００３】
このコントローラでは、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実際のカム位相が算出され、内燃機関の運転状態に基づいて目標カム位相が算出されるとともに、スライディングモード制御アルゴリズムにより、可変カム位相機構への制御入力が算出され、それにより、カム位相が目標カム位相に追従するように制御される。
【０００４】
上記油圧駆動式の可変カム位相機構の場合、フリクションが大きく、ヒステリシスおよびむだ時間などの非線形特性が強い制御対象であることが一般的に知られている。これに対して、上記特許文献１の制御装置によれば、スライディングモード制御アルゴリズムにより制御入力が算出されるので、強い非線形特性を備えた制御対象すなわち油圧駆動式の可変カム位相機構を制御した場合、その強い非線形特性に起因して、制御入力によりカム位相を微小な変化度合で制御することができず、制御分解能および制御精度が低いという問題点がある。
【０００５】
以上のような特許文献１の制御装置の問題点を解決できる制御装置として、本出願人は、特許文献２に記載されたものをすでに提案している。この制御装置は、電磁駆動式の可変カム位相機構を制御するものであり、２自由度スライディングモードコントローラおよびＤＳＭコントローラを備えている。この２自由度スライディングモードコントローラでは、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、カム位相を目標カム位相に追従させるための追従制御入力が一定の演算周期で算出される。また、ＤＳＭコントローラでは、算出された追従制御入力を、ΔΣ変調アルゴリズムを適用したアルゴリズムによって変調することにより、可変カム位相機構への制御入力が、所定値を中心として所定振幅で頻繁に反転を繰り返すような値として、上記一定の演算周期で算出される。その結果、強い非線形特性を備えた可変カム位相機構を制御する場合においても、頻繁に反転を繰り返す制御入力により、非線形特性を補償しながら、カム位相を微小な変化度合で制御でき、制御分解能および制御精度を高めることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１３２４８２号公報
【特許文献２】特開２００５−６３００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的に、可変カム位相機構は、内燃機関の運転状態の変化に伴って、制御入力に対するカム位相の非線形特性および周波数特性（制御入力に対するカム位相の感度）が変化するという性質を備えている。例えば、カム位相制御中、内燃機関の回転変動が増大すると、単位時間あたりのカム反力（吸気弁を開閉駆動する際、可変カム位相機構に外乱として作用するバルブスプリングの付勢力）による仕事と、スプロケット変動（すなわちチェーン速度変動またはクランク角速度変動）とが増大することにより、制御入力に対するカム位相の感度が高くなる。特に、高周波成分に対する感度が高くなる。また、油圧駆動式の可変カム位相機構において、内燃機関のトルクを動力源とする油圧ポンプから油圧が供給されている場合、機関回転数が変動すると、可変カム位相機構に供給される油圧が変化することで、制御入力に対するカム位相の周波数特性および非線形特性が変化してしまう。
【０００８】
これに対して、上記特許文献２の制御装置では、制御入力を一定の演算周期で算出しているため、上述したように、非線形特性および周波数特性が変化すると、演算周期が適正な値からずれてしまうことで、制御入力の反転挙動がカム位相にノイズ的に反映されたり、制御系が不安定な状態（共振状態）になったりする可能性があり、その場合には、制御分解能および制御精度が低下してしまう。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、制御対象の非線形特性および周波数特性の少なくとも一方が変化したときでも、制御分解能および制御精度をいずれも高いレベルに維持することができる制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１に係る制御装置１，１Ａは、制御入力（位相制御入力Ｕｃａｉｎ、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎ、空燃比制御入力Ｕｖｅｘ）により制御対象９０，１９０，２９０の制御量（カム位相Ｃａｉｎ、バルブリフトＬｉｆｔｉｎ、検出空燃比Ｖｅｘ）を制御する制御装置１，１Ａであって、制御量を検出する制御量検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２０、ＬＡＦセンサ２４、回動角センサ２５、カム角センサ２６）と、制御量の目標となる目標値（目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄ、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ、目標空燃比Ｖｅｘ＿ｃｍｄ）を設定する目標値設定手段（ＥＣＵ２、目標カム位相算出部１０１、目標バルブリフト算出部２０１、目標空燃比算出部３０１、ステップ１４，４４）と、算出された制御量を設定された目標値に追従させるように制御するための追従制御入力Ｒｓｌｄ，Ｒｓｌｄ＿ｌｆ，Ｒｓｌｄ＿ｖｅを、所定の制御アルゴリズム［式（１）〜（９），（３８）〜（４６），（９７）〜（１０５）］に基づいて算出する追従制御入力算出手段（ＥＣＵ２、２自由度応答指定型コントローラ１０２，２０２，３０２、ステップ１５，４５）と、算出された追従制御入力を所定の変調アルゴリズムを含むアルゴリズム［式（１１）〜（３７），（４８）〜（７４），（１０７）〜（１３３）］で変調することにより、制御入力を算出するとともに、制御入力の演算周期を、制御対象の状態を表すパラメータ（カム位相Ｃａｉｎ、バルブリフトＬｉｆｔｉｎ、エンジン回転数ＮＥ、吸入空気量Ｇｃｙｌ）に応じて所定の複数の演算周期ΔＴ１，ΔＴ２の中から選択する制御入力算出手段（ＥＣＵ２、ＤＳＭコントローラ１０３，２０３，３０３、ステップ１６〜３０，４６〜６０）と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この制御装置によれば、制御量を目標値に追従させるように制御するための追従制御入力が、所定の制御アルゴリズムに基づいて算出され、この追従制御入力を所定の変調アルゴリズムを含むアルゴリズムで変調することにより、制御入力が算出される。この制御入力の演算周期は、制御対象の状態を表すパラメータに応じて所定の複数の演算周期の中から選択されるので、制御対象の状態の変化により、制御対象の非線形特性および周波数特性の少なくとも一方が変化したときでも、制御入力を、そのような変化に応じた適切な演算周期で算出することができる。その結果、そのように算出された制御入力を用いることによって、制御入力の反転挙動が制御量に現れたり、制御系が不安定な状態になったりするのを回避しながら、制御量を目標値に適切に追従させることができ、制御分解能および制御精度をいずれも高いレベルに維持することができる（なお、本明細書における、「追従制御入力の算出」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）。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の制御装置１，１Ａにおいて、制御入力算出手段は、追従制御入力Ｒｓｌｄ，Ｒｓｌｄ＿ｌｆ，Ｒｓｌｄ＿ｖｅを複数の入力成分（参照入力ｒ１，ｒ１＿ｌｆ，ｒ１＿ｖｅ、適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ，Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ，Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ）に分割するとともに、分割した複数の入力成分の１つ（参照入力ｒ１，ｒ１＿ｌｆ，ｒ１＿ｖｅ）を所定の変調アルゴリズムで変調した値（変調値ｕ，ｕ＿ｌｆ，ｕ＿ｖｅ）と１つの入力成分以外の入力成分（適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ，Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ，Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ）とに基づき、制御入力（位相制御入力Ｕｃａｉｎ、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎ、空燃比制御入力Ｕｖｅｘ）を算出することを特徴とする。
【００１３】
この制御装置によれば、制御入力は、追従制御入力を分割した複数の入力成分の１つを所定の変調アルゴリズムで変調した値と、それ以外の入力成分とに基づいて算出されるので、この１つの入力成分を変調した値の振幅を適切に設定することにより、制御量が目標値に対して大きく乖離する状態が発生し、追従制御入力の変化幅が大きいときでも、制御入力の振幅が過大な値になるのを回避でき、それにより、制御入力の反転状態が制御量にノイズ的に反映されてしまうのを回避しながら、制御量を目標値に追従させることができる。その結果、制御分解能および制御精度をさらに向上させることができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の制御装置１，１Ａにおいて、所定の変調アルゴリズムは、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかに基づく変調アルゴリズムであることを特徴とする。
【００１５】
この制御装置によれば、追従制御入力を、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかに基づく変調アルゴリズムを含むアルゴリズムで変調することにより、制御入力が算出される。この場合、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムはいずれも、これらの変調アルゴリズムに入力される値が値０に近づくほど、これらの変調アルゴリズムにより算出された値の反転周波数がより高くなるという特性を備えている。一方、追従制御入力は、制御量を目標値に追従させるように制御するための値であるので、制御量が目標値に近づくほど、変化しなくなる。したがって、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかに基づく変調アルゴリズムにおいて、追従制御入力が変化しなくなると、ΔΣ変調アルゴリズム、ΣΔ変調アルゴリズムおよびΔ変調アルゴリズムのいずれかに入力される値が値０に近づくように設定することにより、制御量が目標値に近づくほど、制御入力をその反転周波数がより高くなるように算出することができる。その結果、反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザを用いることで、制御入力を算出する場合と比べて、制御量の目標値への収束性を高めることができる。
【００１６】
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制御装置１において、制御量は、内燃機関３の吸気カムシャフト５および排気カムシャフト８の少なくとも一方のクランクシャフト３ｄに対する位相Ｃａｉｎであることを特徴とする。
【００１７】
この制御装置によれば、制御入力により、吸気カムシャフトおよび／または排気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相を制御する場合において、前述したように、制御分解能および制御精度をいずれも高いレベルに維持することができる。
【００１８】
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制御装置１において、制御量は、内燃機関３の吸気弁４および排気弁７の少なくとも一方のリフトＬｉｆｔｉｎであることを特徴とする。
【００１９】
この制御装置によれば、制御入力により、吸気弁および／または排気弁のリフトを制御する場合において、前述したように、制御分解能および制御精度をいずれも高いレベルに維持することができる。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の制御装置１Ａにおいて、制御量は、内燃機関３の混合気の空燃比を表す空燃比パラメータ（検出空燃比Ｖｅｘ）であることを特徴とする。
【００２１】
この制御装置によれば、制御入力により、内燃機関の混合気の空燃比を表す空燃比パラメータを制御する場合、すなわち空燃比制御を実行する場合において、前述したように、制御分解能および制御精度をいずれも高いレベルに維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。図２に示すように、この制御装置１は、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、カム位相制御およびバルブリフト制御などの各種の制御処理を実行する。
【００２３】
図１および図３に示すように、エンジン３は、４組の気筒３ａおよびピストン３ｂ（１組のみ図示）を有する直列４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、気筒３ａ毎に設けられ、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉する吸気弁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と、燃料噴射弁１０と、点火プラグ１１（図２参照）などを備えている。
【００２４】
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。
【００２５】
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の一端部上には、吸気スプロケット（図示せず）が同軸に配置され、回転自在に設けられている。この吸気スプロケットは、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３ｄに連結され、後述する可変カム位相機構７０を介して吸気カムシャフト５に連結されている。以上の構成により、吸気カムシャフト５は、クランクシャフト３ｄが２回転する毎に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気筒３ａ毎に設けられている。
【００２６】
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、各気筒３ａの吸気弁４を開閉駆動するとともに、吸気弁４のリフトおよびバルブタイミングを無段階に変更するものであり、その詳細については、後述する。なお、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。
【００２７】
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いる。
【００２８】
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チェーン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回転する毎に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気筒３ａ毎に設けられている。
【００２９】
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。
【００３０】
一方、燃料噴射弁１０は、気筒３ａ毎に設けられ、燃料を燃焼室内に直接噴射するように、傾斜した状態でシリンダヘッド３ｃに取り付けられている。すなわち、エンジン３は直噴エンジンとして構成されている。また、燃料噴射弁１０は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２により、開弁時間および開弁タイミングが制御される。それにより、燃料噴射量が制御される。
【００３１】
また、点火プラグ１１も、気筒３ａ毎に設けられ、シリンダヘッド３ｃに取り付けられている。点火プラグ１１は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２により、点火時期に応じたタイミングで燃焼室内の混合気を燃焼させるように、放電状態が制御される。
【００３２】
一方、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が設けられている。このクランク角センサ２０は、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３ｄの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。このＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１０゜）毎に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の機関回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。なお、本実施形態では、クランク角センサ２０が制御量検出手段に相当する。
【００３３】
また、水温センサ２１は、例えばサーミスタなどで構成されており、エンジン水温ＴＷを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。このエンジン水温ＴＷは、エンジン３のシリンダブロック３ｈ内を循環する冷却水の温度である。
【００３４】
さらに、エンジン３の吸気管１２では、スロットル弁機構が省略されているとともに、その吸気通路１２ａが大口径に形成されており、それにより、流動抵抗が通常のエンジンよりも小さくなるように設定されている。この吸気管１２には、エアフローセンサ２２および吸気温センサ２３（図２参照）が設けられている。
【００３５】
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、吸気通路１２ａ内を流れる空気の流量（以下「空気流量」という）Ｇｉｎを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この空気流量Ｇｉｎおよびエンジン回転数ＮＥなどに基づき、吸入空気量Ｇｃｙｌを算出する。また、吸気温センサ２３は、吸気通路１２ａ内を流れる空気の温度（以下「吸気温」という）ＴＡを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００３６】
さらに、エンジン３の排気管１３には、上流側から順に、ＬＡＦセンサ２４および触媒装置１４がそれぞれ設けられている。ＬＡＦセンサ２４は、ジルコニアおよび白金電極などで構成され、理論空燃比よりもリッチなリッチ領域から極リーン領域までの広範囲な空燃比の領域において、排気管１３の排気通路１３ａ内を流れる排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＬＡＦセンサ２４の検出信号の値に基づき、排気ガス中の空燃比を表す検出空燃比Ｖｅｘを算出する。
【００３７】
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、可変バルブリフト機構５０および可変カム位相機構７０などで構成されている。
【００３８】
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を所定の最大値Ｌｉｆｔｉｎｍａｘと最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎとの間で無段階に変更するものであり、気筒３ａ毎に設けられた四節リンク式のロッカアーム機構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アクチュエータ６０（図５参照）などを備えている。
【００３９】
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。
【００４０】
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が、ロッカアームシャフト５６を中心として回動する。
【００４１】
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。
【００４２】
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、連結軸５９が回動自在に取り付けられている。下リンク５４は、この連結軸５９を介して、リフトアクチュエータ６０の後述する短アーム６５に連結されている。
【００４３】
一方、リフトアクチュエータ６０は、図５に示すように、モータ６１、ナット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３ｇ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いる。
【００４４】
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３ｇ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の回動に伴い、長アーム６４および短アーム６５はこれと一体に回動する。
【００４５】
さらに、短アーム６５の他端部には、前述した連結軸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、連結軸５９を介して、下リンク５４に連結されている。
【００４６】
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。この可変バルブリフト機構５０では、ＥＣＵ２からの後述するリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎがリフトアクチュエータ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５４が、下ピン５８を中心として回動する。すなわち、リフトアクチュエータ６０により、下リンク５４が駆動される。
【００４７】
その際、図示しないストッパに当接することによって、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。
【００４８】
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５５，５８および連結軸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および連結軸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。
【００４９】
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の中心間の距離が、ロッカアームシャフト５６および連結軸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の移動量の方が小さくなる。
【００５０】
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。
【００５１】
したがって、この可変バルブリフト機構５０では、アクチュエータ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、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを、最大値Ｌｉｆｔｉｎｍａｘと最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎとの間で無段階に変化させることができる。
【００５２】
以上のような可変バルブリフト機構５０の場合、吸気カムシャフト５が回転すると、吸気弁４のバルブスプリング４ｅの付勢力をカム反力として受けることになり、このカム反力は、下リンク５４、連結軸５９および２つのアーム６５，６４などを介して、周期的な振動状態の外乱としてモータ６１に伝達され、これを振動させる。その際、モータ６１の振幅は、カム反力の周波数が低くなる低回転域の方が中・高回転域よりも大きくなるとともに、下リンク５４の角度変化に伴って変化し（すなわち可変バルブリフト機構５０の周波数特性が変化し）、特に、下リンク５４が最小リフト位置にあるときすなわちＬｉｆｔｉｎ＝Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎのときに、最も大きくなる。このようにモータ６１が大きな振幅で振動している状態において、後述するリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎの反転周波数がその周波数に近い値になると、モータ６１が共振することにより、バルブリフト制御の分解能すなわち制御性が低下してしまう。したがって、後述するバルブリフト制御では、このような共振を回避するように、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが算出される。
【００５３】
なお、この可変バルブリフト機構５０には、図示しないロック機構が設けられており、このロック機構により、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが後述するように値０に設定されているときや、断線などによりＥＣＵ２からのリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎがリフトアクチュエータ６０に入力されないときには、可変バルブリフト機構５０の動作がロックされる。すなわち、可変バルブリフト機構５０によるバルブリフトＬｉｆｔｉｎの変更が禁止され、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎに保持される。なお、この最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎは、カム位相Ｃａｉｎが後述するロック値に保持されている場合において、吸入空気量として所定の故障時用値を確保できるような値に設定されている。この所定の故障時用値は、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に行うことができると同時に、走行中は低速走行状態を維持できるような値に設定されている。
【００５４】
また、エンジン３には、回動角センサ２５が設けられており（図２参照）、この回動角センサ２５は、回動軸６６すなわち短アーム６５の回動角を検出して、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この回動角センサ２５の検出信号に基づき、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを算出する。なお、本実施形態では、回動角センサ２５が制御量検出手段に相当する。
【００５５】
次に、前述した可変カム位相機構７０について説明する。この可変カム位相機構７０は、吸気カムシャフト５のクランクシャフト３ｄに対する相対的な位相（以下「カム位相」という）Ｃａｉｎを無段階に進角側または遅角側に変更するものであり、吸気カムシャフト５の吸気スプロケット側の端部に設けられている。図８に示すように、可変カム位相機構７０は、ハウジング７１、３枚羽根式のベーン７２、油圧ポンプ７３および電磁弁機構７４などを備えている。
【００５６】
このハウジング７１は、吸気カムシャフト５上の吸気スプロケットと一体に構成されており、互いに等間隔に形成された３つの隔壁７１ａを備えている。ベーン７２は、吸気カムシャフト５の吸気スプロケット側の端部に同軸に取り付けられ、吸気カムシャフト５から外方に放射状に延びているとともに、ハウジング７１内に回転可能に収容されている。また、ハウジング７１では、隔壁７１ａとベーン７２との間に、３つの進角室７５および３つの遅角室７６が形成されている。
【００５７】
油圧ポンプ７３は、クランクシャフト３ｄに連結された機械式のものであり、クランクシャフト３ｄが回転すると、それに伴って、エンジン３のオイルパン３ｅに蓄えられた潤滑用のオイルを、油路７７ｃを介して吸い込むとともに、これを昇圧した状態で、油路７７ｃを介して電磁弁機構７４に供給する。
【００５８】
電磁弁機構７４は、スプール弁機構７４ａおよびソレノイド７４ｂを組み合わせたものであり、進角油路７７ａおよび遅角油路７７ｂを介して、進角室７５および遅角室７６にそれぞれ接続されているとともに、油圧ポンプ７３から供給された油圧を、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔとして、進角室７５および遅角室７６にそれぞれ出力する。電磁弁機構７４のソレノイド７４ｂは、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの後述する位相制御入力Ｕｃａｉｎが入力された際、スプール弁機構７４ａのスプール弁体を、位相制御入力Ｕｃａｉｎに応じて所定の移動範囲内で移動させることにより、進角油圧Ｐａｄおよび遅角油圧Ｐｒｔをいずれも変化させる。
【００５９】
以上の可変カム位相機構７０では、油圧ポンプ７３の動作中、電磁弁機構７４が位相制御入力Ｕｃａｉｎに応じて作動することにより、進角油圧Ｐａｄが進角室７５に、遅角油圧Ｐｒｔが遅角室７６にそれぞれ供給され、それにより、ベーン７２とハウジング７１との間の相対的な位相が進角側または遅角側に変更される。その結果、前述したカム位相Ｃａｉｎが、最遅角値Ｃａｉｎｒｔと最進角値Ｃａｉｎａｄの間で連続的に変化し、それにより、吸気弁４のバルブタイミングは、図９に実線で示す最遅角タイミングと、図９に２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で、無段階に変更される。なお、後述する制御処理では、最遅角値Ｃａｉｎｒｔが０゜に、最進角値Ｃａｉｎａｄが正の所定角度（例えば１００゜）にそれぞれ設定される。
【００６０】
このような油圧駆動式の可変カム位相機構７０の場合、エンジン回転数ＮＥの変化に伴って、位相制御入力Ｕｃａｉｎに対するカム位相Ｃａｉｎの感度（周波数特性）および非線形特性が変化するという特性を備えている。例えば、カム位相制御中、エンジン３の回転変動が増大すると、単位時間あたりのカム反力による仕事、およびスプロケット変動（すなわちチェーン速度変動またはクランク角速度変動）が増大することにより、位相制御入力Ｕｃａｉｎに対するカム位相Ｃａｉｎの感度が高くなる。特に、位相制御入力Ｕｃａｉｎの高周波成分に対するカム位相Ｃａｉｎの感度（以下「高周波感度」という）が高くなる。また、エンジン回転数ＮＥが低下すると、油圧ポンプ７３からの供給油圧が低下することで、むだ時間やヒステリシスなどの非線形特性がより強くなる。したがって、後述するカム位相制御では、このような感度および非線形特性の変化に対応するように、位相制御入力Ｕｃａｉｎが算出される。
【００６１】
なお、この可変カム位相機構７０には、図示しないロック機構が設けられており、このロック機構により、油圧ポンプ７３からの供給油圧が低いとき、位相制御入力Ｕｃａｉｎが値０に設定されているとき、および断線などにより位相制御入力Ｕｃａｉｎが電磁弁機構７４に入力されないときには、可変カム位相機構７０の動作がロックされる。すなわち、可変カム位相機構７０によるカム位相Ｃａｉｎの変更が禁止され、カム位相Ｃａｉｎが所定のロック値に保持される。このように、カム位相Ｃａｉｎが所定のロック値に保持され、かつバルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎに保持されている場合には、前述したように、吸入空気量として所定の故障時用値が確保される。
【００６２】
一方、吸気カムシャフト５の可変カム位相機構７０と反対側の端部には、カム角センサ２６（図２参照）が設けられている。このカム角センサ２６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５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゜）毎にＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＡＭ信号および前述したＣＲＫ信号に基づき、カム位相Ｃａｉｎを算出する。なお、本実施形態では、カム角センサ２６が制御量検出手段に相当する。
【００６３】
このように、カム位相Ｃａｉｎは、クランクシャフト３ｄおよび吸気カムシャフト５の回転に伴って間欠的に発生する２つのパルス信号に基づいて算出されるので、エンジン３が低回転域にあるときには、中・高回転域にあるときと比べて、カム位相Ｃａｉｎの演算周期が長くなり、それに起因して、カム位相制御中、低回転域で制御分解能が低下してしまう。したがって、後述するカム位相制御では、低回転域の制御分解能の低下に対応するように、位相制御入力Ｕｃａｉｎが算出される。
【００６４】
さらに、図２に示すように、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２７およびイグニッション・スイッチ（以下「ＩＧ・ＳＷ」という）２８が接続されている。このアクセル開度センサ２７は、車両の図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。また、ＩＧ・ＳＷ２８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。
【００６５】
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２０〜２７の検出信号およびＩＧ・ＳＷ２８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、各種の制御処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ２は、後述するように、運転状態に応じて、可変カム位相機構７０および可変バルブリフト機構５０を介して、カム位相ＣａｉｎおよびバルブリフトＬｉｆｔｉｎをそれぞれ制御し、それにより吸入空気量を制御する。また、図示しないが、燃料噴射弁１０を介して、燃料噴射量を制御する。
【００６６】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、制御量検出手段、目標値設定手段、追従制御入力算出手段および制御入力算出手段に相当する。
【００６７】
次に、本実施形態の制御装置１について説明する。この制御装置１は、カム位相コントローラ１００（図１０参照）およびバルブリフトコントローラ２００（図１１参照）を備えており、これらのコントローラ１００，２００はいずれも、具体的には、ＥＣＵ２により構成されている。
【００６８】
まず、図１０を参照しながら、カム位相コントローラ１００について説明する。このカム位相コントローラ１００は、位相制御入力Ｕｃａｉｎを制御対象９０に入力することにより、制御量としてのカム位相Ｃａｉｎを制御するものであり、この制御対象９０は、具体的には、可変カム位相機構７０を含む系に相当する。
【００６９】
このカム位相コントローラ１００では、以下に述べるように、位相制御入力Ｕｃａｉｎが算出されるとともに、この位相制御入力Ｕｃａｉｎが制御対象９０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に追従するように制御される。
【００７０】
図１０に示すように、カム位相コントローラ１００は、目標カム位相算出部１０１、２自由度応答指定型コントローラ１０２およびＤＳＭコントローラ１０３を備えている。
【００７１】
この目標カム位相算出部１０１では、後述するように、エンジン３の運転状態に応じて、マップ（図１５参照）の検索などにより、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄが算出される。なお、本実施形態では、目標カム位相算出部１０１が目標値設定手段に、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄが目標値にそれぞれ相当する。
【００７２】
また、２自由度応答指定型コントローラ１０２では、カム位相制御用の追従制御入力Ｒｓｌｄが、以下の式（１）〜（９）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、本実施形態では、２自由度応答指定型コントローラ１０２が追従制御入力算出手段に相当する。
【００７３】
【数１】
2006329040.tif 000003
【００７４】
【数２】
2006329040.tif 000004
【００７５】
【数３】
2006329040.tif 000005
【００７６】
以上の式（１）〜（９）において、記号（ｋ）付きの各離散データは、所定の制御周期ΔＴｋ（後述する所定の制御周期ΔＴｕの８倍の値８・ΔＴｕ）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または算出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。
【００７７】
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。
【００７８】
次いで、式（２）〜（９）に示すスライディングモード制御アルゴリズムにより、カム位相制御用の追従制御入力Ｒｓｌｄが算出される。すなわち、式（２）に示すように、カム位相制御用の追従制御入力Ｒｓｌｄは、等価入力Ｒｅｑ、到達則入力Ｒｒｃｈ、適応則入力Ｒａｄｐおよび減衰入力Ｒｄａｍｐの総和として算出される。
【００７９】
この等価入力Ｒｅｑは、式（３）により算出される。同式（３）において、ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２は、後述するモデルのモデルパラメータを示しており、これらは所定値に設定されている。また、式（３）において、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。さらに、式（３）のＲｓｌｄ’は、式（４）により算出される追従制御入力の前回相当値である。同式（４）において、ｒ２は、リミッタ１０６で後述するように算出されるリミット値であり、Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐは、適応オフセット値算出部１０４で後述するように算出される適応オフセット値である。
【００８０】
また、到達則入力Ｒｒｃｈは、式（５）により算出される。この式（５）において、Ｋｒｃｈは、所定の到達則ゲインを表しており、σｓは、式（８）のように定義される切換関数である。同式（８）のｅは、式（９）のように定義される偏差である。
【００８１】
さらに、適応則入力Ｒａｄｐは、式（６）により算出され、この式（６）において、Ｋａｄｐは、所定の適応則ゲインを表している。一方、減衰入力Ｒｄａｍｐは、式（７）により算出され、この式（７）において、Ｋｄａｍｐは、所定の減衰ゲインを表している。
【００８２】
なお、以上の式（１）〜（９）は以下のように導出される。すなわち、制御対象を、カム位相制御用の追従制御入力Ｒｓｌｄを制御入力とし、カム位相Ｃａｉｎを制御量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（１０）が得られる。
【数４】
2006329040.tif 000006
【００８３】
以上のようにモデル化される制御対象に対して、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ともに、等価入力Ｒｅｑの右辺における追従制御入力の前回値Ｒｓｌｄ（ｋ−１）を、上記追従制御入力の前回相当値Ｒｓｌｄ’（ｋ−１）に置き換えることにより、前述した式（１）〜（９）が導出される。
【００８４】
このように、追従制御入力の前回値Ｒｓｌｄ（ｋ−１）に代えて前回相当値Ｒｓｌｄ’（ｋ−１）を用いる理由は、以下による。すなわち、制御対象９０に入力される位相制御入力Ｕｃａｉｎは、後述するように、追従制御入力Ｒｓｌｄと適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐとの偏差をリミット処理したリミット値ｒ２に、オーバーサンプリング処理、変調処理および再度のオーバーサンプリング処理などを施すことにより、変調値ｕを算出し、これに適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐを加算することにより算出される。
【００８５】
これに対して、フィードフォアード入力として作用する切換関数σｓの値を切換直線上に拘束しておくという等価入力Ｒｅｑの特性を適切に確保するためには、等価入力Ｒｅｑの算出において、追従制御入力Ｒｓｌｄの前回値として、前回の制御タイミングで制御対象９０に実際に入力された位相制御入力Ｕｃａｉｎ（ｋ−１）に含まれる変調前の追従制御入力Ｒｓｌｄの実質的な値を用い、制御入力の算出精度をより高めておく必要がある。この場合、位相制御入力Ｕｃａｉｎの算出では、前述したように、追従制御入力Ｒｓｌｄと適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐとの偏差をリミット処理したリミット値ｒ２が用いられるので、このリミット値ｒ２（ｋ−１）と適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ（ｋ−１）との和、すなわち前回相当値Ｒｓｌｄ’（ｋ−１）が、前回の制御タイミングでの位相制御入力Ｕｃａｉｎ（ｋ−１）に含まれる変調前の追従制御入力Ｒｓｌｄの実質的な値に相当するものとなる。以上の理由により、２自由度応答指定型コントローラ１０２のアルゴリズムでは、追従制御入力の前回値Ｒｓｌｄ（ｋ−１）に代えて前回相当値Ｒｓｌｄ’（ｋ−１）が用いられる。
【００８６】
次に、前述したＤＳＭコントローラ１０３について説明する。このＤＳＭコントローラ１０３は、追従制御入力Ｒｓｌｄに基づき、以下に述べるように位相制御入力Ｕｃａｉｎを算出するものであり、図１０に示すように、適応オフセット値算出部１０４、減算器１０５、リミッタ１０６、５つのオーバーサンプラ１０７，１０９，１１０，１１２，１１５、第１変調部１０８、第２変調部１１１、状態判定部１１３、変調値選択部１１４および加算器１１６を備えている。なお、本実施形態では、ＤＳＭコントローラ１０３が制御入力算出手段に相当する。
【００８７】
この適応オフセット値算出部１０４では、追従制御入力Ｒｓｌｄに基づき、以下に述べるアルゴリズムにより、適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐが算出される。
【００８８】
まず、下式（１１）〜（１５）に示すレートリミット処理アルゴリズムより、適応オフセット値の未処理値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’が算出される。
【００８９】
【数５】
2006329040.tif 000007
【００９０】
上記式（１１）において、Ｄｕｃａｉｎ＿ｍｏｄは、未処理値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’の変化量であり、式（１２）〜（１５）に示すように、追従制御入力Ｒｓｌｄの今回値と適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐの前回値との偏差Ｄｕｃａｉｎに、Ｅｐｓを上限値とし、−Ｅｐｓを下限値とするリミット処理を施すことにより算出される。なお、値Ｅｐｓは、正の所定値に設定される。適応オフセット値の未処理値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’は、以上のように算出されるので、追従制御入力Ｒｓｌｄの変化に緩やかに追従する値として算出される。
【００９１】
次いで、以上のように算出された未処理値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’に、下式（１６）〜（１９）に示すリミット処理を施すことにより、適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐが算出される。
【００９２】
【数６】
2006329040.tif 000008
【００９３】
上記式（１６）において、Ｌｉｍ（Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’）は制限関数を表しており、その値は、式（１７）〜（１９）のように定義される。また、式（１７）のＵｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ｍａｘは所定の上限値を、式（１９）のＵｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ｍｉｎは所定の下限値をそれぞれ表している。以上のように、適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐは、未処理値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’をリミット処理することにより、上下限値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ｍａｘ，Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ｍｉｎを超えない値として算出される。これにより、変調化された最終の位相制御入力Ｕｃａｉｎが、ハード的に実際に実現できる範囲（例えば０〜１２Ｖ）を上側または下側に超えてしまうことにより制御を適切に行えなくなるのを、防止することができる。
【００９４】
さらに、減算器１０５では、下式（２０）に示すように、参照入力ｒ１が、追従制御入力Ｒｓｌｄと適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐとの偏差として算出される。なお、本実施形態では、参照入力ｒ１が１つの入力成分に、適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐが１つの入力成分以外の入力成分に相当する。
【数７】
2006329040.tif 000009
【００９５】
次いで、リミッタ１０６では、下式（２１）〜（２４）に示すリミット処理を参照入力ｒ１に施すことにより、リミット値ｒ２が算出される。
【００９６】
【数８】
2006329040.tif 000010
【００９７】
上記式（２１）において、Ｌｉｍ（ｒ１）は制限関数を表しており、その値は、式（２２）〜（２４）のように定義される。この式（２２）のｒ１＿ｍａｘは所定の上限値を、式（２４）のｒ１＿ｍｉｎは所定の下限値をそれぞれ表している。
【００９８】
また、オーバーサンプラ１０７では、リミット値ｒ２を所定の制御周期ΔＴ１（＝４・ΔＴｕ）でオーバーサンプリングすることにより、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２（ｎ１）が算出される。なお、以下の説明における記号（ｎ１）付きの各離散データは、所定の制御周期ΔＴ１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いる。また、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｎ１）を適宜省略する。
【００９９】
さらに、第１変調部１０８では、以下の式（２５）〜（２９）に示す、ΔΣ変調アルゴリズムに基づく変調アルゴリズムにより、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２（ｎ１）を変調することによって、第１変調値ｕ１が算出される。
【０１００】
【数９】
2006329040.tif 000011
【０１０１】
上記式（２５）に示すように、偏差δ１は、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２の今回値と第１変調値ｕ１の前回値との偏差として算出される。また、式（２６）において、σ１は、偏差δ１の積分値を表している。また、式（２７）において、ｆｎｌ（σ１）は、その値が式（２８），（２９）のように定義される非線形関数である（なお、σ１＝０のときに、ｆｎｌ（σ１）＝０と定義してもよい）。
【０１０２】
また、式（２８），（２９）のＲ１は、Ｒ１＞｜ｒ２｜の関係が制御中に常に成立すると同時に、第１変調値ｕ１の振幅２・Ｒ１が、追従制御入力Ｒｓｌｄが制御中に取りうる最大値と最小値との幅よりも小さくなるような正の所定値に設定されている。なお、値Ｒ１を、エンジン３の運転状態に応じてテーブル検索またはマップ検索により算出するようにしてもよい。以上の式（２５）〜（２９）を参照すると明らかなように、第１変調値ｕ１は、所定値−Ｒ１と所定値Ｒ１との間で反転を繰り返す値として算出される。
【０１０３】
次いで、オーバーサンプラ１０９では、第１変調値ｕ１を所定の制御周期ΔＴｕでオーバーサンプリングすることにより、第１変調値のオーバーサンプリング値ｕ１（ｍ）が算出される。なお、以下の説明における記号（ｍ）付きの各離散データは、所定の制御周期ΔＴｕ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いる。また、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｍ）を適宜省略する。
【０１０４】
一方、オーバーサンプラ１１０では、リミット値ｒ２を所定の制御周期ΔＴ２（＝２・ΔＴｕ）でオーバーサンプリングすることにより、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２（ｎ２）が算出される。なお、以下の説明における記号（ｎ２）付きの各離散データは、所定の制御周期ΔＴ２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いる。また、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｎ２）を適宜省略する。
【０１０５】
さらに、第２変調部１１１では、以下の式（３０）〜（３４）に示す、ΔΣ変調アルゴリズムに基づく変調アルゴリズムにより、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２（ｎ２）を変調することによって、第２変調値ｕ２が算出される。
【０１０６】
【数１０】
2006329040.tif 000012
【０１０７】
上記式（３０）に示すように、偏差δ２は、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２の今回値と第２変調値ｕ２の前回値との偏差として算出される。また、式（３１）において、σ２は、偏差δ２の積分値を表している。また、式（３２）において、ｆｎｌ（σ２）は、式（３３），（３４）のように定義される非線形関数である（なお、σ２＝０のときに、ｆｎｌ（σ２）＝０と定義してもよい）。
【０１０８】
また、式（３３），（３４）のＲ２は、Ｒ２＞｜ｒ２｜の関係が制御中に常に成立すると同時に、第２変調値ｕ２の振幅２・Ｒ２が、追従制御入力Ｒｓｌｄが制御中に取りうる最大値と最小値との幅よりも小さくなるような正の所定値に設定されている。なお、値Ｒ２を、エンジン３の運転状態に応じてテーブル検索またはマップ検索により算出するようにしてもよい。以上の式（３０）〜（３４）を参照すると明らかなように、第２変調値ｕ２は、所定値−Ｒ２と所定値Ｒ２との間で反転を繰り返す値として算出される。
【０１０９】
次いで、オーバーサンプラ１１２では、第２変調値ｕ２を所定の制御周期ΔＴｕでオーバーサンプリングすることにより、第２変調値のオーバーサンプリング値ｕ２（ｍ）が算出される。
【０１１０】
また、状態判定部１１３では、後述するように、エンジン回転数ＮＥ、バルブリフトＬｉｆｔｉｎおよびカム位相Ｃａｉｎに応じて、マップ（図１６〜１８参照）を検索することにより、変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱが「１」または「０」に設定される。なお、本実施形態では、エンジン回転数ＮＥ、バルブリフトＬｉｆｔｉｎおよびカム位相Ｃａｉｎが制御対象の状態を表すパラメータに相当する。
【０１１１】
次いで、変調値選択部１１４では、状態判定部１１３で設定された変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱの値に応じて、下式（３５），（３６）により、変調値ｕが算出される。すなわち、第１変調値ｕ１および第２変調値ｕ２の一方が、変調値ｕとして選択される。
【数１１】
2006329040.tif 000013
【０１１２】
一方、オーバーサンプラ１１５では、適応オフセット値算出部１０４で算出された適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐを、所定の制御周期ΔＴｕでオーバーサンプリングすることにより、適応オフセット値のオーバーサンプリング値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ（ｍ）が算出される。
【０１１３】
次いで、加算器１１６において、下式（３７）により、位相制御入力Ｕｃａｉｎが算出される。
【数１２】
2006329040.tif 000014
【０１１４】
次に、図１１を参照しながら、前述したバルブリフトコントローラ２００について説明する。このバルブリフトコントローラ２００は、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを制御対象１９０に入力することにより、制御量としてのバルブリフトＬｉｆｔｉｎを制御するものであり、この制御対象１９０は、具体的には、可変バルブリフト機構５０を含む系に相当する。
【０１１５】
このバルブリフトコントローラ２００では、以下に述べるように、カム位相コントローラ１００と同様の演算手法により、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが算出されるとともに、このリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが制御対象１９０に入力されることにより、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従するように制御される。
【０１１６】
図１１に示すように、バルブリフトコントローラ２００は、目標バルブリフト算出部２０１、２自由度応答指定型コントローラ２０２およびＤＳＭコントローラ２３０を備えている。
【０１１７】
この目標バルブリフト算出部２０１では、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが、後述するように、エンジン３の運転状態に応じて、マップ（図２１参照）の検索などにより算出される。なお、本実施形態では、目標バルブリフト算出部２０１が目標値設定手段に、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが目標値にそれぞれ相当する。
【０１１８】
また、２自由度応答指定型コントローラ２０２では、バルブリフト制御用の追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆが、以下の式（３８）〜（４６）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、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従させるための値として算出される。なお、本実施形態では、２自由度応答指定型コントローラ２０２が追従制御入力算出手段に相当する。
【０１１９】
【数１３】
2006329040.tif 000015
【０１２０】
【数１４】
2006329040.tif 000016
【０１２１】
【数１５】
2006329040.tif 000017
【０１２２】
以上の制御アルゴリズムでは、まず、式（３８）に示す一次遅れフィルタアルゴリズムにより、目標バルブリフトのフィルタ値Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ＿ｆが算出される。同式（３８）において、ＰＯＬＥ＿ｆ＿ｌｆは、目標値フィルタ設定パラメータであり、−１＜ＰＯＬＥ＿ｆ＿ｌｆ＜０の関係が成立する値に設定される。
【０１２３】
次いで、式（３９）〜（４６）に示すスライディングモード制御アルゴリズムにより、バルブリフト制御用の追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆが算出される。すなわち、式（３９）に示すように、バルブリフト制御用の追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆは、等価入力Ｒｅｑ＿ｌｆ、到達則入力Ｒｒｃｈ＿ｌｆ、適応則入力Ｒａｄｐ＿ｌｆおよび減衰入力Ｒｄａｍｐ＿ｌｆの総和として算出される。
【０１２４】
この等価入力Ｒｅｑ＿ｌｆは、式（４０）により算出される。同式（４０）において、ａ１＿ｌｆ，ａ２＿ｌｆ，ｂ１＿ｌｆ，ｂ２＿ｌｆは、後述するモデルのモデルパラメータを示しており、これらは所定値に設定されている。また、式（４０）において、ＰＯＬＥ＿ｌｆは、切換関数設定パラメータであり、−１＜ＰＯＬＥ＿ｆ＿ｌｆ＜ＰＯＬＥ＿ｌｆ＜０の関係が成立する値に設定されている。さらに、式（４０）のＲｓｌｄ＿ｌｆ’は、式（４１）により算出される追従制御入力の前回相当値である。同式（４１）において、ｒ２＿ｌｆは、リミッタ２０６で後述するように算出されるリミット値であり、Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐは、適応オフセット値算出部２０４で後述するように算出される適応オフセット値である。
【０１２５】
また、到達則入力Ｒｒｃｈ＿ｌｆは、式（４２）により算出される。この式（４２）において、Ｋｒｃｈ＿ｌｆは、所定の到達則ゲインを表しており、σｓ＿ｌｆは、式（４５）のように定義される切換関数である。同式（４５）のｅ＿ｌｆは、式（４６）のように定義される偏差である。
【０１２６】
さらに、適応則入力Ｒａｄｐ＿ｌｆは、式（４３）により算出され、この式（４３）において、Ｋａｄｐ＿ｌｆは、所定の適応則ゲインを表している。一方、減衰入力Ｒｄａｍｐ＿ｌｆは、式（４４）により算出され、この式（４４）において、Ｋｄａｍｐ＿ｌｆは、所定の減衰ゲインを表している。
【０１２７】
なお、以上の式（３８）〜（４６）は以下のように導出される。すなわち、制御対象を、バルブリフト制御用の追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆを制御入力とし、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを制御量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（４７）が得られる。
【数１６】
2006329040.tif 000018
【０１２８】
以上のようにモデル化される制御対象に対して、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿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ともに、前述した追従制御入力の前回相当値Ｒｓｌｄ’を用いるのと同じ理由により、等価入力Ｒｅｑ＿ｌｆの右辺における追従制御入力の前回値Ｒｓｌｄ＿ｌｆ（ｋ−１）を、上記追従制御入力の前回相当値Ｒｓｌｄ＿ｌｆ’（ｋ−１）に置き換えることによって、前述した式（３８）〜（４６）が導出される。
【０１２９】
次に、前述したＤＳＭコントローラ２０３について説明する。このＤＳＭコントローラ２０３は、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆに基づき、以下に述べるようにリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出するものである。図１１に示すように、ＤＳＭコントローラ２０３は、適応オフセット値算出部２０４、減算器２０５、リミッタ２０６、５つのオーバーサンプラ２０７，２０９，２１０，２１２，２１５、第１変調部２０８、第２変調部２１１、状態判定部２１３、変調値選択部２１４および加算器２１６を備えている。なお、本実施形態では、ＤＳＭコントローラ２０３が制御入力算出手段に相当する。
【０１３０】
この適応オフセット値算出部２０４では、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆに基づき、以下に述べるアルゴリズムにより、適応オフセット値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐが算出される。
【０１３１】
まず、下式（４８）〜（５２）に示すレートリミット処理アルゴリズムより、適応オフセット値の未処理値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’が算出される。
【０１３２】
【数１７】
2006329040.tif 000019
【０１３３】
上記式（４８）において、Ｄｕｌｉｆｔｉｎ＿ｍｏｄは、未処理値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’の変化量であり、式（４９）〜（５２）に示すように、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆの今回値と適応オフセット値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐの前回値との偏差Ｄｕｌｉｆｔｉｎに、Ｅｐｓ＿ｌｆを上限値とし、−Ｅｐｓ＿ｌｆを下限値とするリミット処理を施すことにより算出される。なお、値Ｅｐｓ＿ｌｆは、正の所定値に設定される。
【０１３４】
次いで、以上のように算出された未処理値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’に、下式（５３）〜（５６）に示すリミット処理を施すことにより、適応オフセット値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐが算出される。
【０１３５】
【数１８】
2006329040.tif 000020
【０１３６】
上記式（５３）において、Ｌｉｍ（Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’）は制限関数を表しており、その値は、式（５４）〜（５６）のように定義される。また、式（５４）のＵｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ｍａｘは所定の上限値を、式（５６）のＵｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ｍｉｎは所定の下限値をそれぞれ表している。以上のように、適応オフセット値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐは、未処理値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’をリミット処理することにより算出されるので、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆの変化に緩やかに追従するとともに、上下限値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ｍａｘ，Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ｍｉｎを超えない値として算出される。
【０１３７】
さらに、減算器２０５では、下式（５７）に示すように、参照入力ｒ１＿ｌｆが、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆと適応オフセット値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐとの偏差として算出される。なお、本実施形態では、参照入力ｒ１＿ｌｆが１つの入力成分に、適応オフセット値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐが１つの入力成分以外の入力成分に相当する。
【数１９】
2006329040.tif 000021
【０１３８】
次いで、リミッタ２０６では、下式（５８）〜（６１）に示すリミット処理を参照入力ｒ１＿ｌｆに施すことにより、リミット値ｒ２＿ｌｆが算出される。
【０１３９】
【数２０】
2006329040.tif 000022
【０１４０】
上記式（５８）において、Ｌｉｍ（ｒ１＿ｌｆ）は制限関数を表しており、その値は、式（５９）〜（６１）のように定義される。この式（５９）のｒ１＿ｌｆ＿ｍａｘは所定の上限値を、式（６１）のｒ１＿ｌｆ＿ｍｉｎは所定の下限値をそれぞれ表している。
【０１４１】
また、オーバーサンプラ２０７では、リミット値ｒ２＿ｌｆを所定の制御周期ΔＴ１でオーバーサンプリングすることにより、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２＿ｌｆ（ｎ１）が算出される。
【０１４２】
さらに、第１変調部２０８では、以下の式（６２）〜（６６）に示す、ΔΣ変調アルゴリズムに基づく変調アルゴリズムにより、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２＿ｌｆ（ｎ１）を変調することによって、第１変調値ｕ１＿ｌｆが算出される。
【０１４３】
【数２１】
2006329040.tif 000023
【０１４４】
上記式（６２）に示すように、偏差δ１＿ｌｆは、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２＿ｌｆの今回値と第１変調値ｕ１＿ｌｆの前回値との偏差として算出される。また、式（６３）において、σ１＿ｌｆは、偏差δ１＿ｌｆの積分値を表している。また、式（６４）において、ｆｎｌ（σ１＿ｌｆ）は、その値が式（６５），（６６）のように定義される非線形関数である（なお、σ１＿ｌｆ＝０のときに、ｆｎｌ（σ１＿ｌｆ）＝０と定義してもよい）。
【０１４５】
また、式（６５），（６６）のＲ１＿ｌｆは、Ｒ１＿ｌｆ＞｜ｒ２＿ｌｆ｜の関係が制御中に常に成立すると同時に、第１変調値ｕ１＿ｌｆの振幅２・Ｒ１＿ｌｆが、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆが制御中に取りうる最大値と最小値との幅よりも小さくなるような正の所定値に設定されている。なお、値Ｒ１＿ｌｆを、エンジン３の運転状態に応じてテーブル検索またはマップ検索により算出するようにしてもよい。以上の式（６２）〜（６６）を参照すると明らかなように、第１変調値ｕ１＿ｌｆは、所定値−Ｒ１＿ｌｆと所定値Ｒ１＿ｌｆとの間で反転を繰り返す値として算出される。
【０１４６】
次いで、オーバーサンプラ２０９では、第１変調値ｕ１＿ｌｆを所定の制御周期ΔＴｕでオーバーサンプリングすることにより、第１変調値のオーバーサンプリング値ｕ１＿ｌｆ（ｍ）が算出される。
【０１４７】
一方、オーバーサンプラ２１０では、リミット値ｒ２＿ｌｆを所定の制御周期ΔＴ２でオーバーサンプリングすることにより、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２＿ｌｆ（ｎ２）が算出される。
【０１４８】
さらに、第２変調部２１１では、以下の式（６７）〜（７１）に示す、ΔΣ変調アルゴリズムに基づく変調アルゴリズムにより、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２＿ｌｆ（ｎ２）を変調することによって、第２変調値ｕ２＿ｌｆが算出される。
【０１４９】
【数２２】
2006329040.tif 000024
【０１５０】
上記式（６７）に示すように、偏差δ２＿ｌｆは、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２＿ｌｆの今回値と第２変調値ｕ２＿ｌｆの前回値との偏差として算出される。また、式（６８）において、σ２＿ｌｆは、偏差δ２＿ｌｆの積分値を表している。また、式（６９）において、ｆｎｌ（σ２＿ｌｆ）は、その値が式（７０），（７１）のように定義される非線形関数である（なお、σ２＿ｌｆ＝０のときに、ｆｎｌ（σ２＿ｌｆ）＝０と定義してもよい）。
【０１５１】
また、式（７０），（７１）のＲ２＿ｌｆは、Ｒ２＿ｌｆ＞｜ｒ２＿ｌｆ｜の関係が制御中に常に成立すると同時に、第２変調値ｕ２＿ｌｆの振幅２・Ｒ２＿ｌｆが、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆが制御中に取りうる最大値と最小値との幅よりも小さくなるような正の所定値に設定されている。なお、値Ｒ２＿ｌｆを、エンジン３の運転状態に応じてテーブル検索またはマップ検索により算出するようにしてもよい。以上の式（６７）〜（７１）を参照すると明らかなように、第２変調値ｕ２＿ｌｆは、所定値−Ｒ２＿ｌｆと所定値Ｒ２＿ｌｆとの間で反転を繰り返す値として算出される。
【０１５２】
次いで、オーバーサンプラ２１２では、第２変調値ｕ２＿ｌｆを所定の制御周期ΔＴｕでオーバーサンプリングすることにより、第２変調値のオーバーサンプリング値ｕ２＿ｌｆ（ｍ）が算出される。
【０１５３】
また、状態判定部２１３では、後述するように、エンジン回転数ＮＥおよびバルブリフトＬｉｆｔｉｎに応じて、マップ（図２２参照）を検索することにより、変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦが「１」または「０」に設定される。
【０１５４】
次いで、変調値選択部２１４では、状態判定部２１３で設定された変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦの値に応じて、下式（７２），（７３）により、変調値ｕ＿ｌｆが算出される。すなわち、第１変調値ｕ１＿ｌｆおよび第２変調値ｕ２＿ｌｆの一方が、変調値ｕ＿ｌｆとして選択される。
【数２３】
2006329040.tif 000025
【０１５５】
一方、オーバーサンプラ２１５では、適応オフセット値算出部２０４で算出された適応オフセット値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐを、所定の制御周期ΔＴｕでオーバーサンプリングすることにより、適応オフセット値のオーバーサンプリング値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ（ｍ）が算出される。
【０１５６】
次いで、加算器２１６において、下式（７４）により、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが算出される。
【数２４】
2006329040.tif 000026
【０１５７】
以下、図１２を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される、カム位相ＣａｉｎおよびバルブリフトＬｉｆｔｉｎを制御する処理について説明する。本処理は、位相制御入力Ｕｃａｉｎおよびリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出するものであり、所定の制御周期ΔＴｕ（例えば１ｍｓｅｃ）で実行される。
【０１５８】
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、吸気動弁機構故障フラグＦ＿ＶＬＶＮＧが「１」であるか否かを判別する。この吸気動弁機構故障フラグＦ＿ＶＬＶＮＧは、可変式吸気動弁機構４０が故障しているときには「１」に、正常であるときには「０」にそれぞれ設定されるものである。
【０１５９】
ステップ１の判別結果がＮＯで、可変式吸気動弁機構４０が正常であるときには、ステップ２に進み、カウンタ値ＣＴを値１インクリメントする。
【０１６０】
次いで、ステップ３で、位相制御入力Ｕｃａｉｎを算出し、次に、ステップ４で、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出した後、本処理を終了する。これらの算出処理については後述する。
【０１６１】
一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳで、可変式吸気動弁機構４０が故障しているときには、ステップ５，６で、位相制御入力Ｕｃａｉｎおよびリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎをいずれも値０に設定する。これにより、前述したように、カム位相Ｃａｉｎが所定のロック値に保持されるとともに、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎに保持される。その結果、吸入空気量として所定の故障時用値が確保されるので、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に行うことができると同時に、走行中は低速走行状態を維持できる。その後、本処理を終了する。
【０１６２】
次に、図１３，１４を参照しながら、前述したステップ３の位相制御入力Ｕｃａｉｎの算出処理について説明する。この処理も、前述した所定の制御周期ΔＴｕで実行される。
【０１６３】
この処理では、まず、ステップ１０で、カウンタ値ＣＴが値８であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ＣＴ≠８のときには、後述する図１４のステップ１８に進む。一方、判別結果がＹＥＳで、ＣＴ＝８のときには、ステップ１１に進み、カウンタ値ＣＴを値０にリセットする。
【０１６４】
次いで、ステップ１２に進み、エンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴが「１」であるか否かを判別する。このエンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴは、図示しない判定処理において、エンジン回転数ＮＥおよびＩＧ・ＳＷ２８の出力状態に応じて、エンジン始動制御中すなわちクランキング中であるか否かを判定することにより設定される。具体的には、エンジン始動フラグＦ＿ＥＮＧＳＴＡＲＴは、エンジン始動制御中であるときには「１」に、それ以外のときには「０」にそれぞれ設定される。
【０１６５】
このステップ１２の判別結果がＹＥＳで、エンジン始動制御中であるときには、ステップ１３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。
【０１６６】
一方、ステップ１２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１４に進み、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄを、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図１５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の所定値を示しており、この点は以下の説明においても同様である。
【０１６７】
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量を増大し、ポンピングロスを減少させる必要があるためである。
【０１６８】
次に、ステップ１５で、前述した式（１）〜（９）により、追従制御入力Ｒｓｌｄを算出し、その算出値をＲＡＭ内に記憶する。その後、ステップ１６に進み、前述した式（１１）〜（１９）により、適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐを算出し、その算出値をＲＡＭ内に記憶する。
【０１６９】
次いで、ステップ１７で、前述した式（２０）〜（２４）により、リミット値ｒ２を算出し、その算出値をＲＡＭ内に記憶する。以上のステップ１５〜１７は、ＣＴ＝８が成立したときに実行されるので、制御周期８・ΔＴｕ（＝ΔＴｋ）で実行されることになる。
【０１７０】
ステップ１０または１７に続く図１４のステップ１８では、カウンタ値ＣＴが２の倍数（すなわち値０，２，４，６，……）であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、後述するステップ２３に進む。
【０１７１】
一方、ステップ１８の判別結果がＹＥＳで、カウンタ値ＣＴが２の倍数であるときには、ステップ１９に進み、ＲＡＭ内に記憶されているリミット値ｒ２の値をサンプリングする。このステップ１９は、カウンタ値ＣＴが２の倍数であるときに実行されるので、前述したステップ１７の実行周期８・ΔＴｕよりも短い周期２・ΔＴｕ（＝ΔＴ２）で実行される。したがって、リミット値ｒ２をオーバーサンプリングし、そのオーバーサンプリング値ｒ２（ｎ２）を算出することに相当する。
【０１７２】
次いで、ステップ２０で、前述した式（３０）〜（３４）により、第２変調値ｕ２を算出する。
【０１７３】
次に、ステップ２１に進み、カウンタ値ＣＴが４の倍数（すなわち値０，４，８，……）であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、後述するステップ２３に進む。
【０１７４】
一方、ステップ２１の判別結果がＹＥＳで、カウンタ値ＣＴが４の倍数であるときには、ステップ２２に進み、前述した式（２５）〜（２９）により、第１変調値ｕ１を算出する。このステップ２２は、カウンタ値ＣＴが４の倍数のときに実行されるので、前述したステップ１７の演算周期８・ΔＴｕよりも短い演算周期４・ΔＴｕ（＝ΔＴ１）で実行される。したがって、リミット値ｒ２のオーバーサンプリング値ｒ２（ｎ１）を用いて、第１変調値ｕ１を算出することに相当する。
【０１７５】
ステップ１８、２１または２２に続くステップ２３では、以下に述べるように、エンジン回転数ＮＥ、バルブリフトＬｉｆｔｉｎおよびカム位相Ｃａｉｎに応じて、マップを検索することにより、変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱが「１」または「０」に設定される。
【０１７６】
この場合、マップとしては、図１６に示すＣａｉｎ＝Ｃａｉｎａｄ用のマップと、図１７に示すＣａｉｎ＝Ｃａｉｎｍｉ（Ｃａｉｎａｄ／２に相当する値）用のマップと、図１８に示すＣａｉｎ＝Ｃａｉｎｒｔ用のマップと、カム位相ＣａｉｎがＣａｉｎａｄとＣａｉｎｍｉの間、およびＣａｉｎｍｉとＣａｉｎｒｔの間にあるときの多数のカム位相Ｃａｉｎの値にそれぞれ対応して設定された多数のマップ（図示せず）とが設けられている。そして、変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱは、その時点のカム位相Ｃａｉｎの値が最も近いマップを検索することにより、「１」または「０」に設定される。
【０１７７】
図１６に示すＣａｉｎ＝Ｃａｉｎａｄ用のマップを参照すると、このマップでは、エンジン回転数ＮＥおよびバルブリフトＬｉｆｔｉｎの値にかかわらず、全ての領域で、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＝０に設定されている。これは、以下の理由による。すなわち、Ｃａｉｎ＝Ｃａｉｎａｄのときには、それ以外のときと比べて、バルブオーバーラップが大きくなり、内部ＥＧＲ量が多くなることで、燃焼変動の増大に伴ってエンジン３の回転変動が大きくなる。その結果、位相制御入力Ｕｃａｉｎの高周波成分に対するカム位相Ｃａｉｎの感度が高い状態になるので、変調値ｕの演算周期すなわち位相制御入力Ｕｃａｉｎの演算周期が長いと、位相制御入力Ｕｃａｉｎの反転状態がカム位相Ｃａｉｎにノイズ的に反映されてしまう。したがって、Ｃａｉｎ＝Ｃａｉｎａｄのときには、位相制御入力Ｕｃａｉｎをより短い方の演算周期ΔＴ２で算出することで、上記のような不具合を回避し、制御分解能および制御精度を向上させるために、このマップでは、全ての領域で、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＝０に設定されている。
【０１７８】
また、図１７に示すＣａｉｎ＝Ｃａｉｎｍｉ用のマップを参照すると、このマップでは、エンジン回転数ＮＥが低回転域にあるとき、またはバルブリフトＬｉｆｔｉｎが低リフト域にあるときには、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＝１に設定され、高回転かつ高リフトの領域では、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＝０に設定されている。これは、以下の理由による。すなわち、Ｃａｉｎ＝Ｃａｉｎｍｉ（＝Ｃａｉｎａｄ／２）のときには、Ｃａｉｎ＝Ｃａｉｎａｄのときと比べて、バルブオーバーラップがより小さくなり、内部ＥＧＲ量が減少することで、燃焼変動の減少に伴ってエンジン３の回転変動が発生しなくなる。それにより、位相制御入力Ｕｃａｉｎに対するカム位相Ｃａｉｎの感度が低い状態になり、位相制御入力Ｕｃａｉｎを長い演算周期で算出したときでも、位相制御入力Ｕｃａｉｎの反転状態がカム位相Ｃａｉｎにノイズ的に反映されることがなくなる。さらに、低回転域では、前述した理由により、可変カム位相機構７０におけるヒステリシスやむだ時間などの非線形特性が強くなるとともに、前述したカム位相Ｃａｉｎの算出手法に起因する理由により、制御分解能が低い状態となる。
【０１７９】
したがって、低回転域では、可変カム位相機構７０の非線形特性の強さおよびカム位相制御の分解能の低さに応じて、位相制御入力Ｕｃａｉｎにおける変調値ｕをより長い方の演算周期ΔＴ１で算出することにより、制御性を向上させるために、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＝１に設定されている。また、高回転域であっても、低リフト域では、カム反力が小さくなることで、位相制御入力Ｕｃａｉｎに対するカム位相Ｃａｉｎの感度が低い状態になるので、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＝１に設定されている。
【０１８０】
一方、高リフト域では、カム反力が大きくなることで、位相制御入力Ｕｃａｉｎに対するカム位相Ｃａｉｎの感度が低リフト域よりも高くなるので、前述した理由により、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＝０に設定されている。
【０１８１】
さらに、図１８に示すＣａｉｎ＝Ｃａｉｎｒｔ用のマップを参照すると、このマップでは、変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱの値は、前述した図１７のＣａｉｎ＝Ｃａｉｎｍｉ用のマップとほぼ同じ傾向に設定されているとともに、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＝０の領域がより広く設定されている。これは、Ｃａｉｎ＝Ｃａｉｎｒｔのときの方が、Ｃａｉｎ＝Ｃａｉｎｍｉのときと比べて、エンジントルクの大きい領域がより広くなり、位相制御入力Ｕｃａｉｎに対するカム位相Ｃａｉｎの感度が高い領域がより広くなるためである。
【０１８２】
ステップ２３に続くステップ２４では、ステップ２３で設定された変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＝１のときには、ステップ２５に進み、ＲＡＭに記憶されている第１変調値ｕ１の値をサンプリングする。このステップ２５は、第１変調値ｕ１の演算周期４・ΔＴｕ（＝ΔＴ１）よりも短い演算周期ΔＴｕで実行されるので、第１変調値ｕ１をオーバーサンプリングし、そのオーバーサンプリング値ｕ１（ｍ）を算出することに相当する。
【０１８３】
次いで、ステップ２６に進み、変調値ｕを、ステップ２５でサンプリングした第１変調値ｕ１に設定する。
【０１８４】
一方、ステップ２４の判別結果がＮＯで、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＝０のときには、ステップ２７に進み、ＲＡＭに記憶されている第２変調値ｕ２の値をサンプリングする。このステップ２７は、第２変調値ｕ２の演算周期２・ΔＴｕ（＝ΔＴ２）よりも短い演算周期ΔＴｕで実行されるので、第２変調値ｕ２をオーバーサンプリングし、そのオーバーサンプリング値ｕ２（ｍ）を算出することに相当する。
【０１８５】
次いで、ステップ２８に進み、変調値ｕを、ステップ２７でサンプリングした第２変調値ｕ２に設定する。
【０１８６】
ステップ２６または２８に続くステップ２９では、ＲＡＭに記憶されている適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐの値をサンプリングする。このステップ２９は、ステップ１６での適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐの演算周期８・ΔＴｕ（＝ΔＴｋ）よりも短い演算周期ΔＴｕで実行されるので、適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐをオーバーサンプリングし、そのオーバーサンプリング値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ（ｍ）を算出することに相当する。
【０１８７】
次いで、ステップ３０で、位相制御入力Ｕｃａｉｎを、以上のように算出された変調値ｕと適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐとの和に設定した後、本処理を終了する。
【０１８８】
次に、図１９，２０を参照しながら、前述したステップ４のリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎの算出処理について説明する。この処理も、前述した所定の制御周期ΔＴｕで実行される。
【０１８９】
この処理では、まず、ステップ４０で、カウンタ値ＣＴが値８であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、ＣＴ≠８のときには、後述する図２０のステップ４８に進む。一方、判別結果がＹＥＳで、ＣＴ＝８のときには、ステップ４１に進み、カウンタ値ＣＴを値０にリセットする。
【０１９０】
次いで、ステップ４２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。このステップ４２の判別結果がＹＥＳで、エンジン始動制御中であるときには、ステップ４３に進み、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、所定の始動時用値Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ＿ｓｔに設定する。
【０１９１】
一方、ステップ４２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４４に進み、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて、図２１に示すマップを検索することにより算出する。
【０１９２】
このマップでは、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿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に対する要求出力が大きいことで、より大きな吸入空気量が要求されることによる。
【０１９３】
次に、ステップ４５で、前述した式（３８）〜（４６）により、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆを算出し、その算出値をＲＡＭ内に記憶する。その後、ステップ４６に進み、前述した式（４８）〜（５６）により、適応オフセット値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐを算出し、その算出値をＲＡＭ内に記憶する。
【０１９４】
次いで、ステップ４７で、前述した式（５７）〜（６１）により、リミット値ｒ２＿ｌｆを算出し、その算出値をＲＡＭ内に記憶する。以上のステップ４５〜４７は、ＣＴ＝８が成立したときに実行されるので、制御周期８・ΔＴｕ（＝ΔＴｋ）で実行されることになる。
【０１９５】
ステップ４０または４７に続く図２０のステップ４８では、カウンタ値ＣＴが２の倍数であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、後述するステップ５３に進む。
【０１９６】
一方、ステップ４８の判別結果がＹＥＳで、カウンタ値ＣＴが２の倍数であるときには、ステップ４９に進み、ＲＡＭ内に記憶されているリミット値ｒ２＿ｌｆの値をサンプリングする。このステップ４９は、カウンタ値ＣＴが２の倍数であるときに実行されるので、前述したステップ４７の実行周期８・ΔＴｕよりも短い周期２・ΔＴｕ（＝ΔＴ２）で実行される。したがって、リミット値ｒ２＿ｌｆをオーバーサンプリングし、そのオーバーサンプリング値ｒ２＿ｌｆ（ｎ２）を算出することに相当する。
【０１９７】
次いで、ステップ５０で、前述した式（６７）〜（７１）により、第２変調値ｕ２＿ｌｆを算出する。
【０１９８】
次に、ステップ５１に進み、カウンタ値ＣＴが４の倍数であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、後述するステップ５３に進む。
【０１９９】
一方、ステップ５１の判別結果がＹＥＳで、カウンタ値ＣＴが４の倍数であるときには、ステップ５２に進み、前述した式（６２）〜（６６）により、第１変調値ｕ１＿ｌｆを算出する。このステップ５２は、カウンタ値ＣＴが４の倍数のときに実行されるので、前述したステップ４７の演算周期８・ΔＴｕよりも短い演算周期４・ΔＴｕ（＝ΔＴ１）で実行される。したがって、リミット値ｒ２＿ｌｆのオーバーサンプリング値ｒ２＿ｌｆ（ｎ１）を用いて、第１変調値ｕ１＿ｌｆを算出することに相当する。
【０２００】
ステップ４８、５１または５２に続くステップ５３では、以下に述べるように、エンジン回転数ＮＥおよびバルブリフトＬｉｆｔｉｎに応じて、図２２に示すマップを検索することにより、変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦが「１」または「０」に設定される。
【０２０１】
このマップでは、エンジン回転数ＮＥが低回転域にあるとき、またはバルブリフトＬｉｆｔｉｎが低リフト域にあるときには、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦ＝０に設定され、高回転かつ高リフトの領域では、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦ＝１に設定されている。これは、以下の理由による。
【０２０２】
すなわち、前述したように、吸気カムシャフト５が回転する際、カム反力に起因してモータ６１が受ける外乱の振幅は、カム反力の周波数が低くなる低回転域の方が中・高回転域よりも大きくなるとともに、下リンク５４の角度変化に伴って変化し、特に、下リンク５４が最小リフト位置にあるときすなわちＬｉｆｔｉｎ＝Ｌｉｆｔｉｎｍｉｎのときに、最も大きくなる。このようにモータ６１が大きな振幅で振動している状態において、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎの反転周波数がその周波数に近い値になると、モータ６１が共振することにより、バルブリフト制御の制御性が低下してしまう。したがって、低回転域または低リフト域では、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎをより短い方の演算周期ΔＴ２で算出することで、上記のような共振を回避するために、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦ＝０に設定されている。一方、高回転かつ高リフトの領域では、上記のような問題が発生しないので、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦ＝１に設定されている。
【０２０３】
ステップ５３に続くステップ５４では、ステップ５３で設定された変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦ＝１のときには、ステップ５５に進み、ＲＡＭに記憶されている第１変調値ｕ１＿ｌｆの値をサンプリングする。このステップ５５は、第１変調値ｕ１＿ｌｆの演算周期４・ΔＴｕ（＝ΔＴ１）よりも短い演算周期ΔＴｕで実行されるので、第１変調値ｕ１＿ｌｆをオーバーサンプリングし、そのオーバーサンプリング値ｕ１＿ｌｆ（ｍ）を算出することに相当する。
【０２０４】
次いで、ステップ５６に進み、変調値ｕ＿ｌｆを、ステップ５５でサンプリングした第１変調値ｕ１＿ｌｆに設定する。
【０２０５】
一方、ステップ５４の判別結果がＮＯで、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦ＝０のときには、ステップ５７に進み、ＲＡＭに記憶されている第２変調値ｕ２＿ｌｆの値をサンプリングする。このステップ５７は、第２変調値ｕ２＿ｌｆの演算周期２・ΔＴｕ（＝ΔＴ２）よりも短い演算周期ΔＴｕで実行されるので、第２変調値ｕ２＿ｌｆをオーバーサンプリングし、そのオーバーサンプリング値ｕ２＿ｌｆ（ｍ）を算出することに相当する。
【０２０６】
次いで、ステップ５８に進み、変調値ｕ＿ｌｆを、ステップ５７でサンプリングした第２変調値ｕ２＿ｌｆに設定する。
【０２０７】
ステップ５６または５８に続くステップ５９では、ＲＡＭに記憶されている適応オフセット値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐの値をサンプリングする。このステップ５９は、ステップ４６での適応オフセット値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐの演算周期８・ΔＴｕ（＝ΔＴｋ）よりも短い演算周期ΔＴｕで実行されるので、適応オフセット値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐをオーバーサンプリングし、そのオーバーサンプリング値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ（ｍ）を算出することに相当する。
【０２０８】
次いで、ステップ６０で、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを、以上のように算出された変調値ｕ＿ｌｆと適応オフセット値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐとの和に設定した後、本処理を終了する。
【０２０９】
次に、以上のように構成された本実施形態の制御装置１によるカム位相Ｃａｉｎの制御シミュレーション結果（以下「制御結果」という）について説明する。まず、図２３は、本実施形態の制御装置１による制御結果を示しており、特に、時刻ｔ１〜ｔ２の間は、カム位相Ｃａｉｎの高周波感度が高い領域、すなわち高回転数域、高負荷運転域またはＥＧＲ量が多い運転域での制御結果を示しているとともに、時刻ｔ２以降は、カム位相制御の分解能が低く、可変カム位相機構７０の非線形特性が強い領域、すなわち低回転数域での制御結果を示している。
【０２１０】
また、図２４，２５はそれぞれ、位相制御入力Ｕｃａｉｎの変調値ｕを、その演算周期を変更することなく、所定の制御周期ΔＴ１，ΔＴ２に維持した状態で算出した場合の比較例の制御結果を示している。これらの制御結果でも、時刻ｔ１１〜ｔ１２，ｔ２１〜ｔ２２の間は、カム位相Ｃａｉｎの高周波感度が高い領域での制御結果を示しているとともに、時刻ｔ１２，ｔ２２以降は、カム位相制御の分解能が低く、可変カム位相機構７０の非線形特性が強い領域での制御結果を示している。なお、以上の３つの制御結果はいずれも、理解の容易化のために、適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐを一定値に保持した場合の制御結果例を示している。
【０２１１】
まず、図２４，２５の比較例の制御結果を比較すると、制御開始以降のカム位相Ｃａｉｎの高周波感度が高い領域（時刻ｔ１１〜ｔ１２，ｔ２１〜ｔ２２の間の領域）では、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに対するカム位相Ｃａｉｎの乖離度合は、図２４の比較例の方が図２５の比較例よりも大きく、制御精度が低いことが判る。これは、図２４の比較例の場合、位相制御入力Ｕｃａｉｎの演算周期（すなわち変調値ｕの演算周期）ΔＴ１が図２５の比較例の演算周期ΔＴ２よりも長いことで、位相制御入力Ｕｃａｉｎの反転挙動がカム位相Ｃａｉｎにノイズ的に反映されているためである。以上のように、カム位相Ｃａｉｎの高周波感度が高い領域では、位相制御入力Ｕｃａｉｎの演算周期を短い方の値ΔＴ２に設定することにより、制御分解能および制御精度が向上することが判る。
【０２１２】
一方、可変カム位相機構７０の制御分解能が低く、非線形特性が強い領域（時刻ｔ１２，ｔ２２以降の領域）では、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに対するカム位相Ｃａｉｎの乖離度合は、図２５の比較例の方が図２４の比較例よりも大きく、制御精度が劣っていることが判る。これは、図２５の比較例の場合、制御分解能が低く、非線形特性が強い領域であるにもかかわらず、図２４の比較例よりも短い演算周期ΔＴ２で位相制御入力Ｕｃａｉｎを算出しているので、制御分解能の低さおよび非線形特性の強さに起因して、制御系が不安定な状態になっているためである。以上のように、可変カム位相機構７０の制御分解能が低く、非線形特性が強い領域では、位相制御入力Ｕｃａｉｎの演算周期を長い方の値ΔＴ１に設定することにより、制御分解能および制御精度が向上することが判る。
【０２１３】
これに対して、図２３の本実施形態の制御装置１による制御結果では、カム位相Ｃａｉｎの高周波感度が高い領域では、短い方の演算周期ΔＴ２で算出した第２変調値ｕ２を変調値ｕとして選択するとともに、可変カム位相機構７０の制御分解能が低く、非線形特性が強い領域では、変調値ｕを長い方の演算周期ΔＴ１で算出した第１変調値ｕ１を変調値ｕとして選択することにより、双方の領域において、制御分解能および制御精度をいずれも高いレベルで確保できていることが判る。
【０２１４】
以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、カム位相コントローラ１００において、変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱ＝１のときには、長い方の演算周期ΔＴ１で算出した第１変調値ｕ１が変調値ｕとして選択され、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＝０のときには、短い方の演算周期ΔＴ２で算出した第２変調値ｕ２が変調値ｕとして選択されるとともに、選択した変調値ｕに基づいて、位相制御入力Ｕｃａｉｎが算出される。また、この変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱの値は、前述したマップにおいて、カム位相Ｃａｉｎの高周波感度が高い領域では、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＝０に設定され、カム位相制御の分解能が低く、可変カム位相機構７０の非線形特性が強い領域では、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＝１に設定されている。
【０２１５】
したがって、カム位相Ｃａｉｎの高周波感度が高い領域では、位相制御入力Ｕｃａｉｎが短い方の演算周期ΔＴ２で算出されるので、そのような領域において位相制御入力Ｕｃａｉｎを長い演算周期で算出した場合の不具合、すなわち位相制御入力Ｕｃａｉｎの反転状態がカム位相Ｃａｉｎにノイズ的に反映されてしまうという不具合を回避でき、それにより、制御分解能および制御精度を高いレベルに維持することができる。一方、カム位相制御の分解能が低く、可変カム位相機構７０の非線形特性が強い領域では、位相制御入力Ｕｃａｉｎが長い方の演算周期ΔＴ１で算出されるので、そのような領域において短い演算周期ΔＴ２で位相制御入力Ｕｃａｉｎを算出した場合の不具合、すなわち制御分解能が低下するという不具合を回避でき、それにより、制御分解能および制御精度を高いレベルに維持することができる。以上のように、エンジン３の運転状態などが変化することで、制御対象９０の周波数特性および／または非線形特性が変化したときでも、制御分解能および制御精度をいずれも高いレベルに維持することができる。
【０２１６】
また、位相制御入力Ｕｃａｉｎは、前述したように、適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐを中心として、２・Ｒ１または２・Ｒ２の振幅で反転する値として算出され、この適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐは、前述したように、追従制御入力Ｒｓｌｄの変化に緩やかに追従するとともに、上下限値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ｍａｘ，Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ｍｉｎを超えない値として算出される。したがって、カム位相Ｃａｉｎが目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに対して大きく乖離する状態が発生し、追従制御入力Ｒｓｌｄの変化幅が大きいときでも、位相制御入力Ｕｃａｉｎの振幅の中心値が変化しない場合と異なり、位相制御入力Ｕｃａｉｎの振幅が過大な値になるのを回避しながら、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。その結果、制御分解能および制御精度をさらに向上させることができる。
【０２１７】
さらに、追従制御入力Ｒｓｌｄは、カム位相Ｃａｉｎが目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに近づくほど、変化しなくなるとともに、変調値ｕは、追従制御入力Ｒｓｌｄと適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐとの偏差にリミット処理を施したリミット値ｒ２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ので、位相制御入力Ｕｃａｉｎは、カム位相Ｃａｉｎが目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに近づくほど、反転周波数がより高くなる値として算出される。それにより、反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザを用いることで、位相制御入力Ｕｃａｉｎを算出する場合と比べて、カム位相Ｃａｉｎの目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄへの収束性を高めることができる。  
【０２１８】
一方、バルブリフトコントローラ２００において、変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦ＝１のときには、長い方の演算周期ΔＴ１で算出した第１変調値ｕ１＿ｌｆが変調値ｕ＿ｌｆとして選択され、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦ＝０のときには、短い方の演算周期ΔＴ２で算出した第２変調値ｕ２＿ｌｆが変調値ｕ＿ｌｆとして選択されるとともに、選択した変調値ｕ＿ｌｆに基づいて、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが算出される。また、この変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦの値は、前述したマップにおいて、低回転域または低リフト域では、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦ＝０に設定され、それ以外の領域では、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦ＝１に設定されている。
【０２１９】
したがって、低回転域または低リフト域では、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが短い方の演算周期ΔＴ２で算出されるので、そのような領域においてリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを長い演算周期で算出した場合の不具合、すなわちリフトアクチュエータ６０のモータ６１が共振するという不具合を回避でき、それにより、制御分解能および制御精度を高いレベルに維持することができる。以上のように、エンジン３の運転状態が、低回転域または低リフト域とそれら以外の領域との間で変化することで、制御対象１９０の周波数特性が変化したときでも、制御分解能および制御精度をいずれも高いレベルに維持することができる。
【０２２０】
さらに、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎは、前述したように、位相制御入力Ｕｃａｉｎと同様の算出手法により、適応オフセット値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐを中心として、２・Ｒ１＿ｌｆまたは２・Ｒ２＿ｌｆの振幅で反転する値として算出され、この適応オフセット値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐは、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆの変化に緩やかに追従するとともに、上下限値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ｍａｘ，Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ｍｉｎを超えない値として算出される。したがって、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに対して大きく乖離する状態が発生し、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆの変化幅が大きいときでも、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎの振幅の中心値が変化しない場合と異なり、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎの振幅が過大な値になるのを回避しながら、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従させることができる。その結果、制御分解能および制御精度をさらに向上させることができる。
【０２２１】
これに加えて、変調値ｕ＿ｌｆは、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆと適応オフセット値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐとの偏差にリミット処理を施したリミット値ｒ２＿ｌｆ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ので、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎは、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに近づくほど、反転周波数がより高くなる値として算出される。それにより、反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザを用いることで、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出する場合と比べて、バルブリフトＬｉｆｔｉｎの目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄへの収束性を高めることができる。
【０２２２】
なお、第１実施形態は、追従制御入力Ｒｓｌｄ，Ｒｓｌｄ＿ｌｆを算出するため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を用いた例であるが、本発明の追従制御入力の算出に用いる制御アルゴリズムはこれに限らず、追従制御入力を、制御量を目標値に追従させるような値として算出できるものであればよい。例えば、追従制御入力の算出アルゴリズムとして、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や、バックステッピング制御アルゴリズムおよびスライディングモード制御アルゴリズムなどの応答指定型制御アルゴリズムを用いてもよい。
【０２２３】
また、第１実施形態は、リミット値ｒ２を変調することにより第１変調値ｕ１および第２変調値ｕ２を算出する変調アルゴリズムとして、ΔΣ変調アルゴリズムに基づく変調アルゴリズム［式（２５）〜（２９），（３０）〜（３４）］を用いた例であるが、本願発明の変調アルゴリズムはこれに限らず、リミット値ｒ２を変調することにより第１変調値ｕ１および第２変調値ｕ２を算出するできるものであればよい。例えば、リミット値ｒ２を変調する変調アルゴリズムとして、ＰＷＭ（Pulse wave Modulation）アルゴリズムや、ディザによりリミット値ｒ２を変調するアルゴリズムを用いてもよい。
【０２２４】
さらに、第１実施形態の第１変調部１０８および図１４のステップ２２において、前述した式（２５）〜（２９）に代えて、下式（７５）〜（８０）に示すΣΔ変調アルゴリズムに基づく変調アルゴリズムにより第１変調値ｕ１を算出するとともに、第２変調部１１１および図１４のステップ２０において、前述した式（３０）〜（３４）に代えて、下式（８１）〜（８６）に示すΣΔ変調アルゴリズムに基づく変調アルゴリズムにより第２変調値ｕ２を算出するように構成してもよい。
【０２２５】
【数２５】
2006329040.tif 000027
【０２２６】
【数２６】
2006329040.tif 000028
【０２２７】
以上のΣΔ変調アルゴリズムに基づく変調アルゴリズムにより第１変調値ｕ１および第２変調値ｕ２を算出し、これらを用いて位相制御入力Ｕｃａｉｎを算出した場合でも、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、参照入力ｒ１が値０に近づくほど、すなわちカム位相Ｃａｉｎが目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに近い状況にあって、追従制御入力Ｒｓｌｄが適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ付近で変動しなくなるほど、位相制御入力Ｕｃａｉｎの反転周波数がより高くなるので、反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザにより変調された位相制御入力Ｕｃａｉｎを用いる場合と比べて、カム位相Ｃａｉｎの目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄへの収束性を高めることができる。
【０２２８】
また、第１変調部１０８および図１４のステップ２２において、前述した式（２５）〜（２９）に代えて、下式（８７）〜（９１）に示すΔ変調アルゴリズムに基づく変調アルゴリズムにより第１変調値ｕ１を算出するとともに、第２変調部１１１および図１４のステップ２０において、前述した式（３０）〜（３４）に代えて、下式（９２）〜（９６）に示すΔ変調アルゴリズムに基づく変調アルゴリズムにより第２変調値ｕ２を算出するように構成してもよい。
【０２２９】
【数２７】
2006329040.tif 000029
【０２３０】
【数２８】
2006329040.tif 000030
【０２３１】
以上のΔ変調アルゴリズムに基づく変調アルゴリズムにより第１変調値ｕ１および第２変調値ｕ２を算出し、これらを用いて位相制御入力Ｕｃａｉｎを算出した場合でも、実施形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、参照入力ｒ１が値０に近づくほど、すなわちカム位相Ｃａｉｎが目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに近い状況にあって、追従制御入力Ｒｓｌｄが適応オフセット値Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ付近で変動しなくなるほど、位相制御入力Ｕｃａｉｎの反転周波数がより高くなるので、反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザにより変調された位相制御入力Ｕｃａｉｎを用いる場合と比べて、カム位相Ｃａｉｎの目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄへの収束性を高めることができる。
【０２３２】
また、以上のΣΔ変調アルゴリズムまたはΔ変調アルゴリズムに基づく変調アルゴリズムにより、第１変調値ｕ１＿ｌｆおよび第２変調値ｕ２＿ｌｆを算出してもよいことは言うまでもない。
【０２３３】
さらに、第１実施形態は、２つの演算周期ΔＴ１，ΔＴ２で算出した２つの変調値ｕ１，ｕ２（またはｕ１＿ｌｆ，ｕ２＿ｌｆ）の一方を、エンジン３の運転状態などに応じて変調値ｕ（またはｕ＿ｌｆ）として選択した例であるが、互いに異なる３つ以上の演算周期でそれぞれ算出した３つ以上の変調値のいずれかを、エンジン３の運転状態などに応じて変調値ｕとして選択するように構成してもよい。
【０２３４】
また、第１実施形態は、追従制御入力Ｒｓｌｄを２つの入力成分ｒ１，Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐに分解し、分解した１つの入力成分ｒ１を変調した値に相当する値ｕと、残りの入力成分Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐとに基づいて、位相制御入力Ｕｃａｉｎを算出した例であるが、位相制御入力Ｕｃａｉｎの算出手法はこれに限らず、追従制御入力Ｒｓｌｄを３つ以上の入力成分に分解し、分解した１つの入力成分を変調した値と、それ以外の成分とに基づいて、位相制御入力Ｕｃａｉｎを算出してもよい。これと同様に、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎも、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｌｆを３つ以上の入力成分に分解し、分解した１つの入力成分を変調した値に相当する値と、それ以外の入力成分とに基づいて算出してもよい。
【０２３５】
一方、第１実施形態は、本発明の制御装置１を、油圧によりカム位相Ｃａｉｎを変更する油圧駆動式の可変カム位相機構７０に適用した例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、電磁力によりカム位相Ｃａｉｎを変更する電磁駆動式の可変カム位相機構や、電磁力または油圧により、排気カムシャフト８のクランクシャフト３ｄに対する位相を変更する可変カム位相機構にも適用可能である。
【０２３６】
さらに、第１実施形態は、本発明の制御装置１を、吸気弁４のリフトを変更する可変バルブリフト機構５０に適用した例であるが、本発明の制御装置はこれに限らず、排気弁７のリフトを変更する可変バルブリフト機構にも適用可能である。
【０２３７】
次に、第２実施形態に係る制御装置１Ａについて説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と同じ構成に関しては、同じ符号を付すとともに、その説明は省略する。図２６に示すように、この制御装置１Ａは、空燃比コントローラ３００を備えており、この空燃比コントローラ３００は、具体的には、ＥＣＵ２により構成されている。
【０２３８】
この空燃比コントローラ３００は、空燃比制御入力Ｕｖｅｘを制御対象２９０に入力することにより、制御量としての検出空燃比Ｖｅｘを制御するものであり、この制御対象２９０は、具体的には、ＬＡＦセンサ２４（制御量検出手段）および燃料噴射弁１０を含む空燃比制御系に相当する。
【０２３９】
この空燃比コントローラ３００では、以下に述べるように、第１実施形態のコントローラ１００，２００と同様の演算手法により、空燃比制御入力Ｕｖｅｘが算出されるとともに、この空燃比制御入力Ｕｖｅｘが制御対象２９０に入力されることにより、検出空燃比Ｖｅｘが目標空燃比Ｖｅｘ＿ｃｍｄに追従するように制御される。
【０２４０】
図２６に示すように、空燃比コントローラ３００は、目標空燃比算出部３０１、２自由度応答指定型コントローラ３０２およびＤＳＭコントローラ３０３を備えている。
【０２４１】
この目標空燃比算出部３０１では、目標空燃比Ｖｅｘ＿ｃｍｄが、エンジン３の運転状態（アクセル開度ＡＰおよび吸入空気量Ｇｃｙｌなど）に応じて、図示しないマップ検索などにより算出される。なお、本実施形態では、目標空燃比算出部３０１が目標値設定手段に、目標空燃比Ｖｅｘ＿ｃｍｄが目標値にそれぞれ相当する。
【０２４２】
また、２自由度応答指定型コントローラ３０２では、空燃比制御用の追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｖｅが、以下の式（９７）〜（１０５）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、検出空燃比Ｖｅｘを目標空燃比Ｖｅｘ＿ｃｍｄに追従させるための値として算出される。なお、本実施形態では、２自由度応答指定型コントローラ３０２が追従制御入力算出手段に相当する。
【０２４３】
【数２９】
2006329040.tif 000031
【０２４４】
【数３０】
2006329040.tif 000032
【０２４５】
【数３１】
2006329040.tif 000033
【０２４６】
以上の制御アルゴリズムでは、まず、式（９７）に示す一次遅れフィルタアルゴリズムにより、目標空燃比のフィルタ値Ｖｅｘ＿ｃｍｄ＿ｆが算出される。同式（９７）において、ＰＯＬＥ＿ｆ＿ｖｅは、目標値フィルタ設定パラメータであり、−１＜ＰＯＬＥ＿ｆ＿ｖｅ＜０の関係が成立する値に設定される。
【０２４７】
次いで、式（９８）〜（１０５）に示すスライディングモード制御アルゴリズムにより、空燃比制御用の追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｖｅが算出される。すなわち、式（９８）に示すように、空燃比制御用の追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｖｅは、等価入力Ｒｅｑ＿ｖｅ、到達則入力Ｒｒｃｈ＿ｖｅ、適応則入力Ｒａｄｐ＿ｖｅおよび減衰入力Ｒｄａｍｐ＿ｖｅの総和として算出される。
【０２４８】
この等価入力Ｒｅｑ＿ｖｅは、式（９９）により算出される。同式（９９）において、ａ１＿ｖｅ，ａ２＿ｖｅ，ｂ１＿ｖｅ，ｂ２＿ｖｅは、後述するモデルのモデルパラメータを示しており、これらは所定値に設定されている。また、式（９９）において、ＰＯＬＥ＿ｖｅは、切換関数設定パラメータであり、−１＜ＰＯＬＥ＿ｆ＿ｖｅ＜ＰＯＬＥ＿ｖｅ＜０の関係が成立する値に設定されている。さらに、式（９９）のＲｓｌｄ＿ｖｅ’は、式（１００）により算出される追従制御入力の前回相当値である。同式（１００）において、ｒ２＿ｖｅは、リミッタ３０６で後述するように算出されるリミット値であり、Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐは、適応オフセット値算出部３０４で後述するように算出される適応オフセット値である。
【０２４９】
また、到達則入力Ｒｒｃｈ＿ｖｅは、式（１０１）により算出される。この式（１０１）において、Ｋｒｃｈ＿ｖｅは、所定の到達則ゲインを表しており、σｓ＿ｖｅは、式（１０４）のように定義される切換関数である。同式（１０４）のｅ＿ｖｅは、式（１０５）のように定義される偏差である。
【０２５０】
さらに、適応則入力Ｒａｄｐ＿ｖｅは、式（１０２）により算出され、この式（１０２）において、Ｋａｄｐ＿ｖｅは、所定の適応則ゲインを表している。一方、減衰入力Ｒｄａｍｐ＿ｖｅは、式（１０３）により算出され、この式（１０３）において、Ｋｄａｍｐ＿ｖｅは、所定の減衰ゲインを表している。
【０２５１】
なお、以上の式（９７）〜（１０５）は以下のように導出される。すなわち、制御対象を、空燃比制御用の追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｖｅを制御入力とし、検出空燃比Ｖｅｘを制御量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（１０６）が得られる。
【数３２】
2006329040.tif 000034
【０２５２】
以上のようにモデル化される制御対象に対して、検出空燃比Ｖｅｘが目標空燃比Ｖｅｘ＿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ともに、前述した追従制御入力の前回相当値Ｒｓｌｄ’を用いる理由と同じ理由により、等価入力Ｒｅｑ＿ｖｅの右辺における追従制御入力の前回値Ｒｓｌｄ＿ｖｅ（ｋ−１）を、上記追従制御入力の前回相当値Ｒｓｌｄ＿ｖｅ’（ｋ−１）に置き換えることによって、前述した式（９７）〜（１０５）が導出される。
【０２５３】
次に、前述したＤＳＭコントローラ３０３について説明する。このＤＳＭコントローラ３０３は、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｖｅに基づき、以下に述べるように空燃比制御入力Ｕｖｅｘを算出するものであり、図２６に示すように、適応オフセット値算出部３０４、減算器３０５、リミッタ３０６、５つのオーバーサンプラ３０７，３０９，３１０，３１２，３１５、第１変調部３０８、第２変調部３１１、状態判定部３１３、変調値選択部３１４および加算器３１６を備えている。なお、本実施形態では、ＤＳＭコントローラ３０３が制御入力算出手段に相当する。
【０２５４】
この適応オフセット値算出部３０４では、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｖｅに基づき、以下に述べるアルゴリズムにより、適応オフセット値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐが算出される。
【０２５５】
まず、下式（１０７）〜（１１１）に示すレートリミット処理アルゴリズムより、適応オフセット値の未処理値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’が算出される。
【０２５６】
【数３３】
2006329040.tif 000035
【０２５７】
上記式（１０７）において、Ｄｕｖｅｘ＿ｍｏｄは、未処理値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’の変化量であり、式（１０８）〜（１１１）に示すように、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｖｅの今回値と適応オフセット値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐの前回値との偏差Ｄｕｖｅｘに、Ｅｐｓ＿ｖｅを上限値とし、−Ｅｐｓ＿ｖｅを下限値とするリミット処理を施すことにより算出される。なお、値Ｅｐｓ＿ｖｅは、正の所定値に設定される。
【０２５８】
次いで、以上のように算出された未処理値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’に、下式（１１２）〜（１１５）に示すリミット処理を施すことにより、適応オフセット値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐが算出される。
【０２５９】
【数３４】
2006329040.tif 000036
【０２６０】
上記式（１１２）において、Ｌｉｍ（Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’）は制限関数を表しており、その値は、式（１１３）〜（１１５）のように定義される。また、式（１１３）のＵｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ｍａｘは所定の上限値を、式（１１５）のＵｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ｍｉｎは所定の下限値をそれぞれ表している。以上のように、適応オフセット値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐは、未処理値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ’をリミット処理することにより算出されるので、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｖｅの変化に緩やかに追従するとともに、上下限値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ｍａｘ，Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ｍｉｎを超えない値として算出される。
【０２６１】
さらに、減算器３０５では、下式（１１６）に示すように、参照入力ｒ１＿ｖｅが、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｖｅと適応オフセット値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐとの偏差として算出される。なお、本実施形態では、参照入力ｒ１＿ｖｅが１つの入力成分に、適応オフセット値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐが１つの入力成分以外の入力成分に相当する。
【数３５】
2006329040.tif 000037
【０２６２】
次いで、リミッタ３０６では、下式（１１７）〜（１２０）に示すリミット処理を参照入力ｒ１＿ｖｅに施すことにより、リミット値ｒ２＿ｖｅが算出される。
【０２６３】
【数３６】
2006329040.tif 000038
【０２６４】
上記式（１１７）において、Ｌｉｍ（ｒ１＿ｖｅ）は制限関数を表しており、その値は、式（１１８）〜（１２０）のように定義される。この式（１１８）のｒ１＿ｖｅ＿ｍａｘは所定の上限値を、式（１２０）のｒ１＿ｖｅ＿ｍｉｎは所定の下限値をそれぞれ表している。
【０２６５】
また、オーバーサンプラ３０７では、リミット値ｒ２＿ｖｅを所定の制御周期ΔＴ１でオーバーサンプリングすることにより、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２＿ｖｅ（ｎ１）が算出される。
【０２６６】
さらに、第１変調部３０８では、以下の式（１２１）〜（１２５）に示す、ΔΣ変調アルゴリズムに基づく変調アルゴリズムにより、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２＿ｖｅ（ｎ１）を変調することによって、第１変調値ｕ１＿ｖｅが算出される。
【０２６７】
【数３７】
2006329040.tif 000039
【０２６８】
上記式（１２１）に示すように、偏差δ１＿ｖｅは、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２＿ｖｅの今回値と第１変調値ｕ１＿ｖｅの前回値との偏差として算出される。また、式（１２２）において、σ１＿ｖｅは、偏差δ１＿ｖｅの積分値を表している。また、式（１２３）において、ｆｎｌ（σ１＿ｖｅ）は、その値が式（１２４），（１２５）のように定義される非線形関数である（なお、σ１＿ｖｅ＝０のときに、ｆｎｌ（σ１＿ｖｅ）＝０と定義してもよい）。
【０２６９】
また、式（１２４），（１２５）のＲ１＿ｖｅは、Ｒ１＿ｖｅ＞｜ｒ２＿ｖｅ｜の関係が制御中に常に成立すると同時に、第１変調値ｕ１＿ｖｅの振幅２・Ｒ１＿ｖｅが、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｖｅが制御中に取りうる最大値と最小値との幅よりも小さくなるような正の所定値に設定されている。なお、値Ｒ１＿ｖｅを、エンジン３の運転状態に応じてテーブル検索またはマップ検索により算出するようにしてもよい。以上の式（１２１）〜（１２５）を参照すると明らかなように、第１変調値ｕ１＿ｖｅは、所定値−Ｒ１＿ｖｅと所定値Ｒ１＿ｖｅとの間で反転を繰り返す値として算出される。
【０２７０】
次いで、オーバーサンプラ３０９では、第１変調値ｕ１＿ｖｅを所定の制御周期ΔＴｕでオーバーサンプリングすることにより、第１変調値のオーバーサンプリング値ｕ１＿ｖｅ（ｍ）が算出される。
【０２７１】
一方、オーバーサンプラ３１０では、リミット値ｒ２＿ｖｅを所定の制御周期ΔＴ２でオーバーサンプリングすることにより、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２＿ｖｅ（ｎ２）が算出される。
【０２７２】
さらに、第２変調部３１１では、以下の式（１２６）〜（１３０）に示す、ΔΣ変調アルゴリズムに基づく変調アルゴリズムにより、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２＿ｖｅ（ｎ２）を変調することによって、第２変調値ｕ２＿ｖｅが算出される。
【０２７３】
【数３８】
2006329040.tif 000040
【０２７４】
上記式（１２６）に示すように、偏差δ２＿ｖｅは、リミット値のオーバーサンプリング値ｒ２＿ｖｅの今回値と第２変調値ｕ２＿ｖｅの前回値との偏差として算出される。また、式（１２７）において、σ２＿ｖｅは、偏差δ２＿ｖｅの積分値を表している。また、式（１２８）において、ｆｎｌ（σ２＿ｖｅ）は、その値が式（１２９），（１３０）のように定義される非線形関数である（なお、σ２＿ｖｅ＝０のときに、ｆｎｌ（σ２＿ｖｅ）＝０と定義してもよい）。
【０２７５】
また、式（１２９），（１３０）のＲ２＿ｖｅは、Ｒ２＿ｖｅ＞｜ｒ２＿ｖｅ｜の関係が制御中に常に成立すると同時に、第２変調値ｕ２＿ｖｅの振幅２・Ｒ２＿ｖｅが、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｖｅが制御中に取りうる最大値と最小値との幅よりも小さくなるような正の所定値に設定されている。なお、値Ｒ２＿ｖｅを、エンジン３の運転状態に応じてテーブル検索またはマップ検索により算出するようにしてもよい。以上の式（１２６）〜（１３０）を参照すると明らかなように、第２変調値ｕ２＿ｖｅは、所定値−Ｒ２＿ｖｅと所定値Ｒ２＿ｖｅとの間で反転を繰り返す値として算出される。
【０２７６】
次いで、オーバーサンプラ３１２では、第２変調値ｕ２＿ｖｅを所定の制御周期ΔＴｕでオーバーサンプリングすることにより、第２変調値のオーバーサンプリング値ｕ２＿ｖｅ（ｍ）が算出される。
【０２７７】
また、状態判定部３１３では、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量Ｇｃｙｌに応じて、図２７に示すマップを検索することにより、変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＶＥが「１」または「０」に設定される。なお、本実施形態では、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量Ｇｃｙｌが制御対象の状態を表すパラメータに相当する。
【０２７８】
同図に示すように、このマップでは、エンジン回転数ＮＥが低くかつ吸入空気量Ｇｃｙｌが少ない領域（すなわち低負荷域）では、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＶＥ＝１に設定され、エンジン回転数ＮＥが高くかつ吸入空気量Ｇｃｙｌが多い領域（すなわち高負荷域）では、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＶＥ＝０に設定されている。
【０２７９】
これは、以下の理由による。すなわち、エンジン回転数ＮＥが低くかつ吸入空気量Ｇｃｙｌが少ない領域では、各気筒３ａにおける燃焼サイクルの間隔が長くなるのに伴って、目標空燃比Ｕｖｅｘに対する検出空燃比Ｖｅｘのむだ時間も長くなるため、そのような状態で、変調値ｕ＿ｖｅを短い演算周期で算出すると、制御分解能の低下を招くおそれがある。したがって、エンジン回転数ＮＥが低くかつ吸入空気量Ｇｃｙｌが少ない領域では、変調値ｕ＿ｖｅをより長い方の演算周期ΔＴ１で算出することで、上記の不具合を回避するために、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＶＥ＝１に設定されている。
【０２８０】
一方、エンジン回転数ＮＥが高くかつ吸入空気量Ｇｃｙｌが多い領域では、空燃比制御入力Ｕｖｅｘの高周波成分に対する検出空燃比Ｖｅｘの感度が高くなることにより、変調値ｕ＿ｖｅを長い演算周期で算出すると、空燃比制御入力Ｕｖｅｘの反転挙動が検出空燃比Ｖｅｘにノイズ的に反映されてしまうおそれがある。したがって、エンジン回転数ＮＥが高くかつ吸入空気量Ｇｃｙｌが多い領域では、変調値ｕ＿ｖｅを短い方の演算周期ΔＴ２で算出することで、上記のような不具合を回避するために、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＶＥ＝０に設定されている。
【０２８１】
次いで、変調値選択部３１４では、状態判定部３１３で設定された変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＶＥの値に応じて、下式（１３１），（１３２）により、変調値ｕ＿ｖｅが算出される。すなわち、第１変調値ｕ１＿ｖｅおよび第２変調値ｕ２＿ｖｅの一方が、変調値ｕ＿ｖｅとして選択される。
【数３９】
2006329040.tif 000041
【０２８２】
一方、オーバーサンプラ３１５では、適応オフセット値算出部３０４で算出された適応オフセット値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐを、所定の制御周期ΔＴｕでオーバーサンプリングすることにより、適応オフセット値のオーバーサンプリング値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ（ｍ）が算出される。
【０２８３】
次いで、加算器３１６において、下式（１３３）により、空燃比制御入力Ｕｖｅｘが算出される。
【数４０】
2006329040.tif 000042
【０２８４】
以上のように構成された第２実施形態の制御装置１Ａによれば、空燃比コントローラ３００において、変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＶＥ＝１のときには、長い方の演算周期ΔＴ１で算出した第１変調値ｕ１＿ｖｅが変調値ｕ＿ｖｅとして選択され、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＶＥ＝０のときには、短い方の演算周期ΔＴ２で算出した第２変調値ｕ２＿ｖｅが変調値ｕ＿ｖｅとして選択されるとともに、そのように選択された変調値ｕ＿ｖｅに基づいて、空燃比制御入力Ｕｖｅｘが算出される。一方、この変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＶＥの値は、前述したマップにおいて、エンジン回転数ＮＥが高くかつ吸入空気量Ｇｃｙｌが多い領域では、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＶＥ＝０に設定され、エンジン回転数ＮＥが低くかつ吸入空気量Ｇｃｙｌが少ない領域では、Ｆ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＶＥ＝１に設定されている。
【０２８５】
したがって、エンジン回転数ＮＥが高くかつ吸入空気量Ｇｃｙｌが多い領域、すなわち、空燃比制御入力Ｕｖｅｘの高周波成分に対する検出空燃比Ｖｅｘの感度が高くなる領域では、空燃比制御入力Ｕｖｅｘがより短い方の演算周期ΔＴ２で算出されるので、そのような領域において空燃比制御入力Ｕｖｅｘを長い演算周期で算出した場合の不具合、すなわち空燃比制御入力Ｕｖｅｘの反転挙動が検出空燃比Ｖｅｘにノイズ的に反映されてしまうという不具合を回避でき、それにより、制御分解能および制御精度を高いレベルに維持することができる。一方、エンジン回転数ＮＥが低くかつ吸入空気量Ｇｃｙｌが少ない領域、すなわち、目標空燃比Ｕｖｅｘに対する検出空燃比Ｖｅｘのむだ時間が長くなる領域では、そのような領域において空燃比制御入力Ｕｖｅｘを短い演算周期で算出した場合の不具合、すなわち、空燃比制御の分解能が低下するという不具合を回避でき、それにより、制御分解能および制御精度を高いレベルに維持することができる。
【０２８６】
さらに、空燃比制御入力Ｕｖｅｘは、前述したように、適応オフセット値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐを中心として、２・Ｒ１＿ｖｅまたは２・Ｒ２＿ｖｅの振幅で反転する値として算出され、この適応オフセット値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐは、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｖｅの変化に緩やかに追従するとともに、上下限値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ｍａｘ，Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ｍｉｎを超えない値として算出される。したがって、検出空燃比Ｖｅｘが目標空燃比Ｖｅｘ＿ｃｍｄに対して大きく乖離する状態が発生し、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｖｅの変化幅が大きいときでも、空燃比制御入力Ｕｖｅｘの振幅の中心値が変化しない場合と異なり、空燃比制御入力Ｕｖｅｘの振幅が過大な値になるのを回避しながら、検出空燃比Ｖｅｘを目標空燃比Ｖｅｘ＿ｃｍｄに追従させることができる。その結果、制御分解能および制御精度をさらに向上させることができる。
【０２８７】
これに加えて、変調値ｕ＿ｖｅは、追従制御入力Ｒｓｌｄ＿ｖｅと適応オフセット値Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐとの偏差にリミット処理を施したリミット値ｒ２＿ｖｅ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ので、空燃比制御入力Ｕｖｅｘは、検出空燃比Ｖｅｘが目標空燃比Ｖｅｘ＿ｃｍｄに近づくほど、反転周波数がより高くなる値として算出される。それにより、反転周波数が一定のＰＷＭまたはディザを用いることで、空燃比制御入力Ｕｖｅｘを算出する場合と比べて、検出空燃比Ｖｅｘの目標空燃比Ｖｅｘ＿ｃｍｄへの収束性を高めることができる。
【０２８８】
なお、以上の各実施形態は、本発明の制御装置を、カム位相制御、バルブリフト制御および空燃比制御を実行するものに適用した例であるが、本発明の制御装置はこれらに限らず、様々な産業機器の制御にも適用可能である。
【０２８９】
また、各実施形態は、コントローラ１００，２００，３００の各々をＥＣＵ２により構成した例であるが、各コントローラ全体またはその一部を電気回路により構成してもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０２９０】
【図１】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】制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】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】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）リフトアクチュエー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）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開弁状態と（ｂ）最小リフト位置にあるときの吸気弁の開弁状態を示す図である。
【図７】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】可変カム位相機構の概略構成を模式的に示す図である。
【図９】可変カム位相機構により、カム位相が最遅角値に設定されているときの吸気弁のバルブリフト曲線（実線）と、カム位相が最進角値に設定されているときの吸気弁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１０】カム位相コントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図１１】バルブリフトコントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図１２】カム位相制御処理およびバルブリフト制御処理を示すフローチャートである。
【図１３】位相制御入力Ｕｃａｉｎの算出処理の一部を示すフローチャートである。
【図１４】図１３の続きを示すフローチャートである。
【図１５】目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図１６】変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱを設定する際に用いるＣａｉｎ＝Ｃａｉｎａｄ用マップの一例を示す図である。
【図１７】変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱを設定する際に用いるＣａｉｎ＝Ｃａｉｎｍｉ用マップの一例を示す図である。
【図１８】変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱを設定する際に用いるＣａｉｎ＝Ｃａｉｎｒｔ用マップの一例を示す図である。
【図１９】リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎの算出処理の一部を示すフローチャートである。
【図２０】図１９の続きを示すフローチャートである。
【図２１】目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図２２】変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＬＦを設定する際に用いるマップの一例を示す図である。
【図２３】本発明の制御装置によるカム位相制御のシミュレーション結果の一例を示すタイミングチャートである。
【図２４】カム位相制御のシミュレーション結果の比較例を示すタイミングチャートである。
【図２５】カム位相制御のシミュレーション結果の他の比較例を示すタイミングチャートである。
【図２６】空燃比コントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図２７】変調値選択フラグＦ＿ＤＳＭＦＲＱ＿ＶＥを設定する際に用いるマップの一例を示す図である。
【符号の説明】
【０２９１】
１，１Ａ  制御装置
２  ＥＣＵ（制御量検出手段、目標値設定手段、追従制御入力算出手段、制御入力
算出手段）
３  内燃機関
３ｄ  クランクシャフト
４  吸気弁
５  吸気カムシャフト
７  排気弁
８  排気カムシャフト
２０  クランク角センサ（制御量検出手段）
２４  ＬＡＦセンサ（制御量検出手段）
２５  回動角センサ（制御量検出手段）
２６  カム角センサ（制御量検出手段）
５０  可変バルブリフト機構
７０  可変カム位相機構
９０  制御対象
１０１  目標カム位相算出部（目標値設定手段）
１０２  ２自由度応答指定型コントローラ（追従制御入力算出手）
１０３  ＤＳＭコントローラ（制御入力算出手段）
１９０  制御対象
２０１  目標バルブリフト算出部（目標値設定手段）
２０２  ２自由度応答指定型コントローラ（追従制御入力算出手）
２０３  ＤＳＭコントローラ（制御入力算出手段）
２９０  制御対象
３０１  目標空燃比算出部（目標値設定手段）
３０２  ２自由度応答指定型コントローラ（追従制御入力算出手）
３０３  ＤＳＭコントローラ（制御入力算出手段）
Ｃａｉｎ  カム位相（制御量、制御対象の状態を表すパラメータ
）
Ｃａｉｎ＿ｃｍｄ  目標カム位相（目標値）
Ｕｃａｉｎ  位相制御入力（制御入力）
Ｒｓｌｄ  追従制御入力
ｒ１  参照入力（１つの入力成分）
Ｕｃａｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ  適応オフセット値（１つの入力成分以外の入力成分）
Ｌｉｆｔｉｎ  バルブリフト（制御量、制御対象の状態を表すパラメ
ータ）
Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ  目標バルブリフト（目標値）
Ｕｌｉｆｔｉｎ  リフト制御入力（制御入力）
Ｒｓｌｄ＿ｌｆ  追従制御入力
ｒ１＿ｌｆ  参照入力（１つの入力成分）
Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ  適応オフセット値（１つの入力成分以外の入力成分）
ＮＥ  エンジン回転数（制御対象の状態を表すパラメータ）
ΔＴ１  制御周期（複数の演算周期の１つ）
ΔＴ２  制御周期（複数の演算周期の１つ）
Ｖｅｘ  検出空燃比（制御量、空燃比パラメータ）
Ｖｅｘ＿ｃｍｄ  目標空燃比（目標値）
Ｕｖｅｘ  空燃比制御入力（制御入力）
Ｒｓｌｄ＿ｖｅ  追従制御入力
ｒ１＿ｖｅ  参照入力（１つの入力成分）
Ｕｖｅｘ＿ｏｆｔ＿ａｄｐ  適応オフセット値（１つの入力成分以外の入力成分）
Ｇｃｙｌ  吸入空気量（制御対象の状態を表すパラメータ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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