(57)【要約】【課題】  制御量を可動機構を介して制御する場合において、可動機構の可動部をその可動範囲の限界まで駆動する際の衝撃力の低減および駆動時間の短縮を両立させることができる制御装置を提供する。【解決手段】  制御装置１のＥＣＵ２は、Ｌｉｆｔｉｎ＜Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨ＜Ｌｉｆｔｉｎのときには、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆを、値−１に近い所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ２側の値として算出し（ステップ２５）、これを用いて、式（３）〜（１０）により、可変バルブリフト機構５０を制御するためのリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出する（ステップ２６）。【選択図】  図１５
2006065692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
規制部および当該規制部に当接することにより可動範囲が規制される可動部を有し、当該可動部を当該可動範囲内で駆動することにより、制御量を所定の制御範囲内で変更する可動機構と、
前記可動部の位置を検出する位置検出手段と、
当該検出された可動部の位置に応じて、前記制御量を算出する制御量算出手段と、
前記制御量の目標となる目標制御量を設定する目標制御量設定手段と、
前記制御量が前記目標制御量に追従するように、所定の制御アルゴリズムにより、前記可動機構を制御するための制御入力を算出する制御入力算出手段と、
を備え、
前記所定の制御アルゴリズムは、前記可動機構に加えられる外乱の影響を抑制するための外乱抑制パラメータを含み、
前記制御入力算出手段は、前記制御量および前記目標制御量の一方が前記所定の制御範囲の限界値付近の所定値よりも当該限界値側にあるとき、または前記検出された前記可動部の位置が前記可動範囲の限界付近の所定位置よりも当該限界側にあるときには、それ以外のときよりも、前記外乱抑制パラメータを、当該外乱抑制パラメータによる前記外乱の影響の抑制度合いがより小さくなるように設定する外乱抑制パラメータ設定手段を有することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記所定の制御アルゴリズムは、所定の応答指定型制御アルゴリズムを含み、
前記外乱抑制パラメータは、当該所定の応答指定型制御アルゴリズムにおける、前記制御量と前記目標制御量との偏差の収束速度および収束挙動を指定する応答指定パラメータであ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】
前記所定の制御アルゴリズムは、所定の２自由度制御アルゴリズムを含むことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記可動部を前記可動範囲の限界まで駆動すべきときには、前記目標制御量設定手段は、前記目標制御量を前記所定の制御範囲外の所定値に設定す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】
前記検出された前記可動部の位置および前記算出された制御量の少なくとも一方に応じて、前記可動部が前記可動範囲の限界にあるか否かを判定する判定手段と、
当該判定手段により前記可動部が前記可動範囲の限界にあると判定されたときに算出された前記制御量と前記限界値との比較結果に応じて、当該算出された制御量を補正するための補正値を算出する補正値算出手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項６】
前記可動機構は、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バルブリフトを、前記制御量として変更する可変バルブリフト機構であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項７】
前記可動機構は、内燃機関の吸気カムおよび排気カムの少なくとも一方のクランクシャフトに対する位相であるカム位相を、前記制御量として変更する可変カム位相機構であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項８】
前記可動機構は、内燃機関の圧縮比を前記制御量として変更する可変圧縮比機構であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の制御装置。
【請求項９】
前記可動機構は、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を前記制御量として変更するスロットル弁機構であることを特徴とする請求項１ないし４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、制御量を所定の制御範囲内で変更可能な可動機構を介して、制御量を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の吸気弁のリフト（以下「バルブリフト」という）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。この内燃機関は、可変バルブリフト機構が気筒ごとに設けられている。この可変バルブリフト機構は、バルブリフトを所定の最小値と所定の最大値との間で連続的に変化させるものであり、クランクシャフトに連結された駆動軸と、この駆動軸に平行な制御軸などを備えている。この駆動軸には、揺動カムおよびリンクアームなどが設けられ、これらの揺動カムおよびリンクアームは、制御軸のロッカアームにそれぞれ連結されている。
【０００３】
また、制御軸は、軸受により回転自在に支持されており、この軸受に近接する部位に、周面から外方に突出するピンを有している。この軸受には、突起が形成されており、制御軸が所定方向に回転すると、ピンが突起に当接し、それにより、制御軸の回転が阻止される。また、制御軸には、これを回転駆動する回転駆動機構が設けられており、この回転駆動機構は、電気モータおよびギヤ機構などを備えている。この回転駆動機構により、制御軸が回転駆動されると、上記揺動カムおよびリンクアームとロッカアームとの相対的な角度位置関係が変更され、それにより、バルブリフトが変更される。特に、制御軸のピンが軸受の突起に当接した状態に保持されているときには、バルブリフトが所定の最小値に保持される。
【０００４】
一方、制御装置は、各種のセンサと、これらの各種のセンサおよび上記電気モータが接続されたコントローラなどを備えている。このコントローラでは、各種のセンサの検出信号に応じて、内燃機関の運転域が判定され、その運転域に応じて、可変バルブリフト機構を介してバルブリフトが制御され、それにより、吸入空気量が制御される。また、内燃機関がアイドル運転などの低負荷運転域にあると判定されたときには、制御軸が、そのピンが軸受の突起に当接する位置まで回転され、それにより、各気筒のバルブリフトが所定の最小値に制御される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２５４１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の制御装置によれば、バルブリフトの制御において、内燃機関が低負荷運転域にあると判定された場合、制御軸がそのピンが軸受の突起に当接する位置まで回転するように駆動されるので、その回転速度が高いと、ピンが突起に当接する際の衝撃力により、ピンおよび突起が変形するおそれがある。これを回避する手法として、衝撃力を低下させるために制御軸の回転速度を低下させることや、衝撃力の影響を抑制するためにピンおよび突起に緩衝材を設けることなどが考えられる。しかし、制御軸の回転速度を低下させた場合、ピンを突起に当接する位置まで駆動するのに要する時間、すなわちバルブリフトの最小値への制御時間が長くなり、吸入空気量の適切な値への制御時間が長くなってしまう。その結果、吸入空気量の制御性が低下し、アイドル運転中などの低負荷運転域にあるときには、エンジン回転数が不安定な状態になるおそれがある。一方、緩衝材をピンおよび突起に設けた場合、その分、製造コストが上昇するとともに、緩衝材分のスペースを確保する必要が生じることで、設計の自由度が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、制御量を可動機構を介して制御する場合において、可動機構の可動部をその可動範囲の限界まで駆動する際の衝撃力の低減および駆動時間の短縮を両立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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、規制部（最小および最大リフトストッパ６７ａ，６７ｂ、最遅角よび最進角ストッパ７３ａ，７３ｂ、最低および最高圧縮比ストッパ８６ａ，８６ｂ、吸気管１２および全開ストッパ９３）および規制部に当接することにより可動範囲が規制される可動部（短アーム６５、アーム７４ｂ、アーム８５ｂ、スロットル弁９１）を有し、可動部を可動範囲（最小リフト位置と最大リフト位置との間、最遅角位置と最進角位置との間、最低圧縮比位置と最高圧縮比位置との間、全閉位置と全開位置との間）内で駆動することにより、制御量（バルブリフトＬｉｆｔｉｎ、カム位相Ｃａｉｎ、圧縮比Ｃｒ、スロットル弁開度ＴＨ）を所定の制御範囲（最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌと最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈとの間、最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌと最進角値Ｃａｉｎ＿Ｈとの間、最低値Ｃｒ＿Ｌと最高値Ｃｒ＿Ｈとの間、全閉値ＴＨ＿Ｌと全開値ＴＨ＿Ｈとの間）内で変更する可動機構（可変バルブリフト機構５０、可変カム位相機構７０、可変圧縮比機構８０、スロットル弁機構９０）と、可動部の位置を検出する位置検出手段（クランク角センサ２０、回動角センサ２３、カム角センサ２４、制御角センサ２５）と、検出された可動部の位置に応じて、制御量を算出する制御量算出手段（ＥＣＵ２）と、制御量の目標となる目標制御量（目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄ、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄ、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄ）を設定する目標制御量設定手段（ＥＣＵ２、ステップ１０，２２〜２４，３３〜３５，３６〜３８）と、制御量が目標制御量に追従するように、所定の制御アルゴリズム［式（３）〜（１０），（１４）〜（２１），（２５）〜（３２），（３６）〜（４３）］により、可動機構を制御するための制御入力（リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎ、位相制御入力Ｕｃａｉｎ、圧縮比制御入力Ｕｃｒ、開度制御入力Ｕｔｈ）を算出する制御入力算出手段（ＥＣＵ２、２自由度スライディングモードコントローラ１０２，１１２，１２２，１３２、ステップ１２，２６，２８，３０）と、を備え、所定の制御アルゴリズムは、可動機構に加えられる外乱の影響を抑制するための外乱抑制パラメータ（切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆ，ＰＯＬＥ＿ｃａ，ＰＯＬＥ＿ｃｒ，ＰＯＬＥ＿ｔｈ）を含み、制御入力算出手段は、制御量および目標制御量の一方が所定の制御範囲の限界値（最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌ、最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈ、最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌ、最進角値Ｃａｉｎ＿Ｈ、最低値Ｃｒ＿Ｌ、最高値Ｃｒ＿Ｈ、全閉値ＴＨ＿Ｌ、全開値ＴＨ＿Ｈ）付近の所定値（所定のしきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨ，Ｃａｉｎ＿ＶＰＬ，Ｃａｉｎ＿ＶＰＨ，Ｃｒ＿ＶＰＬ，Ｃｒ＿ＶＰＨ，ＴＨ＿ＶＰＬ，ＴＨ＿ＶＰＨ）よりも限界値側にあるとき、または検出された可動部の位置が可動範囲の限界付近の所定位置よりも限界側にあるときには、それ以外のときよりも、外乱抑制パラメータを、外乱抑制パラメータによる外乱の影響の抑制度合いがより小さくなるように設定する（切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆ，ＰＯＬＥ＿ｃａ，ＰＯＬＥ＿ｃｒ，ＰＯＬＥ＿ｔｈを、所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ２，ＰＯＬＥ＿ｃａ２，ＰＯＬＥ＿ｃｒ２，ＰＯＬＥ＿ｔｈ２側の値に設定する）外乱抑制パラメータ設定手段（ＥＣＵ２、切換関数設定パラメータ算出部１０１，１１１，１２１，１３１、ステップ１１，２５，２７，２９）を有することを特徴とする。
【０００９】
この制御装置によれば、可動機構を制御するための制御入力が、制御量が目標制御量に追従するように、所定の制御アルゴリズムにより算出され、この所定の制御アルゴリズムが、可動機構に加えられる外乱の影響を抑制するための外乱抑制パラメータを含んでいるとともに、制御量および目標制御量の一方が所定の制御範囲の限界値付近の所定値よりも限界値側にあるとき、または検出された可動部の位置が可動範囲の限界付近の所定位置よりも限界側にあるときには、それ以外のときよりも、外乱抑制パラメータが、これによる外乱の影響の抑制度合いがより小さくなるように設定される。この制御装置のように、可動機構を制御するための制御入力を、制御量が目標制御量に追従するように、所定の制御アルゴリズムにより算出する場合において、制御アルゴリズムが、可動機構に加えられる外乱の影響を抑制するための外乱抑制パラメータを含んでいるときには、外乱抑制パラメータが外乱の影響の抑制度合いが大きくなるように設定されると、制御入力は、外乱の影響をより効果的に抑制しながら、制御量の目標制御量への追従性すなわち制御量と目標制御量との偏差の値０への収束性を確保するために、可動部の駆動力がより大きくなるような値として算出される。これとは逆に、外乱抑制パラメータが外乱の影響の抑制度合いが小さくなるように設定されると、制御入力は、制御量と目標制御量との偏差を値０に収束させるための可動部の駆動力がより小さくなるような値として算出される。
【００１０】
以上の理由により、この制御装置によれば、可動部が可動範囲の限界に向かって駆動された場合、言い換えれば制御量が所定の制御範囲の限界値に向かって制御された場合、可動部が可動範囲の限界付近の所定位置を越えた後には、制御量と目標制御量との偏差の発生時における可動部に作用する駆動力の増大度合いが、所定位置を越える前よりも小さな状態で、可動部が限界側に駆動される。すなわち、可動部が規制部に当接する直前において、制御量と目標制御量との偏差が発生したとしても、それを値０に収束させるために、大きな駆動力が可動部に急激に作用することがなくなるので、可動部が規制部に当接する際の衝撃力を低減することができ、それにより、可動部および規制部の変形などを回避できるとともに、可動機構の寿命を延ばすことができる。これに加えて、可動部の駆動速度を低下させることなく、衝撃力を低減できるので、駆動時間が長くなるのを回避できる。以上のように、衝撃力の低減および駆動時間の短縮を両立させることができる。これに加えて、緩衝材を設けるなどの構造上の設計変更を行う必要がないので、製造コストを削減できるとともに、設計の自由度を向上させることができる。さらに、制御量が限界値付近の所定値を横切って限界値側に制御されたとき、または目標制御量が所定値よりも限界値側に設定されたときも、可動部が可動範囲の限界付近の所定位置を越えたときと同様に、可動部がより小さな駆動力で可動範囲の限界側に駆動されるので、上記のような作用効果を得ることができる。
【００１１】
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、所定の制御アルゴリズムは、所定の応答指定型制御アルゴリズム［式（４）〜（１０），（１５）〜（２１），（２６）〜（３２），（３７）〜（４３）］を含み、外乱抑制パラメータは、所定の応答指定型制御アルゴリズムにおける、制御量と目標制御量との偏差（追従誤差Ｅ＿ｌｆ，Ｅ＿ｃａ，Ｅ＿ｃｒ，Ｅ＿ｔｈ）の収束速度および収束挙動を指定する応答指定パラメータ（切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆ，ＰＯＬＥ＿ｃａ，ＰＯＬＥ＿ｃｒ，ＰＯＬＥ＿ｔｈ）であることを特徴とする。
【００１２】
一般に、応答指定型制御アルゴリズムでは、制御量と目標制御量との偏差の収束速度および収束挙動を指定する応答指定パラメータの値を変更することにより、可動機構に加えられる外乱の影響の抑制度合いを変更することができる。これに対して、この制御装置によれば、制御入力が、所定の応答指定型制御アルゴリズムを含む制御アルゴリズムにより算出されるとともに、外乱抑制パラメータが、この所定の応答指定型制御アルゴリズムにおける応答指定パラメータであるので、この応答指定パラメータの値を変更するだけで、制御系の安定性を損なうことなく、外乱抑制能力を迅速に変更することができる。その結果、制御性を向上させることができる。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の制御装置１，１Ａにおいて、所定の制御アルゴリズムは、所定の２自由度制御アルゴリズム［式（３）〜（１０），（１４）〜（２１），（２５）〜（３２），（３６）〜（４３）］を含むことを特徴とする。
【００１４】
この制御装置によれば、制御入力が所定の２自由度制御アルゴリズムを含む制御アルゴリズムにより算出されるので、２自由度制御アルゴリズムとして、例えば目標値フィルタ型２自由度制御アルゴリズムを用いた場合、目標値フィルタアルゴリズムにより、制御量の目標制御量への追従速度を適切に設定することができるとともに、フィードバック制御アルゴリズムにより、制御量の目標制御量への追従挙動を適切に設定することができる。それにより、制御量を、オーバーシュートの発生を回避しながら、目標制御量に精度良く追従させることができる。その結果、可動部が可動範囲の限界に向かって駆動された場合、可動部が規制部に当接する際の衝撃力をより確実に低減することができる。
【００１５】
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において、可動部を可動範囲の限界まで駆動すべきときには、目標制御量設定手段は、目標制御量を所定の制御範囲外の所定値（最小および最大ホールド値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＬＬ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ＨＨ、最遅角および最進角ホールド値Ｃａｉｎ＿ＬＬ，Ｃａｉｎ＿ＨＨ、最低および最高ホールド値Ｃｒ＿ＬＬ，Ｃｒ＿ＨＨ、全閉および全開ホールド値ＴＨ＿ＬＬ，ＴＨ＿ＨＨ）に設定することを特徴とする。
【００１６】
一般に、可動機構では、その可動部を可動範囲の限界に駆動する際、目標制御量を所定の制御範囲の限界値に設定すると、可動機構の個体間の動作特性のばらつきおよび経年変化などに起因して、可動部が可動範囲の限界まで到達しない可能性がある。これに対して、この制御装置によれば、可動部を可動範囲の限界まで駆動すべきときには、目標制御量が所定の制御範囲外の所定値に設定されるので、可動部を、可動範囲の限界まで確実に駆動でき、規制部に確実に当接させることができる。それにより、可動部が規制部に当接した状態を意図的に作り出すことができ、例えば、そのような状態が必要となる位置検出手段の較正を行う場合には、較正を適切に行うことができる。
【００１７】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の制御装置１において、検出された可動部の位置および算出された制御量の少なくとも一方に応じて、可動部が可動範囲の限界にあるか否かを判定する判定手段（ＥＣＵ２、ステップ１４）と、判定手段により可動部が可動範囲の限界にあると判定されたときに算出された制御量と限界値との比較結果に応じて、算出された制御量を補正するための補正値（リフト補正値Ｃｏｍｐ＿Ｌｉｆｔｉｎ）を算出する補正値算出手段（ＥＣＵ２、ステップ１５）と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
この制御装置によれば、判定手段により、検出された可動部の位置および算出された制御量の少なくとも一方に応じて、可動部が可動範囲の限界にあるか否かが判定され、補正値算出手段により、可動部が可動範囲の限界にあると判定されたときに算出された制御量と限界値との比較結果に応じて、算出された制御量を補正するための補正値が算出されるので、それ以降、そのように算出された補正値で補正した制御量を用いながら制御を実行できる。すなわち、可動機構の経年変化などに起因する、算出された制御量と実際の値とのずれを反映させながら制御量を補正でき、位置検出手段の較正を適切に行うことができる。その結果、制御精度を向上させることができる。
【００１９】
請求項６に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の制御装置１において、可動機構は、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であるバルブリフトＬｉｆｔｉｎを、制御量として変更する可変バルブリフト機構５０であることを特徴とする。
【００２０】
この制御装置によれば、バルブリフトを可変バルブリフト機構を介して制御する場合において、前述したような作用効果を得ることができ、それにより、可変バルブリフト機構の寿命を延ばすことができる。
【００２１】
請求項７に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の制御装置１において、可動機構は、内燃機関３の吸気カム６および排気カム９の少なくとも一方のクランクシャフト３ｄに対する位相であるカム位相Ｃａｉｎを、制御量として変更する可変カム位相機構７０であることを特徴とする。
【００２２】
この制御装置によれば、カム位相を可変カム位相機構を介して制御する場合において、前述したような作用効果を得ることができ、それにより、可変カム位相機構の寿命を延ばすことができる。
【００２３】
請求項８に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の制御装置１において、可動機構は、内燃機関３の圧縮比Ｃｒを制御量として変更する可変圧縮比機構８０であることを特徴とする。
【００２４】
この制御装置によれば、圧縮比を可変圧縮比機構を介して制御する場合において、前述したような作用効果を得ることができ、それにより、可変圧縮比機構の寿命を延ばすことができる。
【００２５】
請求項９に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の制御装置１において、可動機構は、内燃機関３の吸気通路１２ａに設けられたスロットル弁９１の開度ＴＨを制御量として変更するスロットル弁機構９０であることを特徴とする。
【００２６】
この制御装置によれば、スロットル弁の開度をスロットル弁機構を介して制御する場合において、前述したような作用効果を得ることができ、それにより、スロットル弁機構の寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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、バルブリフト制御、カム位相制御および圧縮比制御などの制御処理を実行する。
【００２８】
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ＤＯＨＣ型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と、圧縮比を変更する可変圧縮比機構８０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。
【００２９】
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。
【００３０】
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５ａが同軸に配置され、回転自在に設けられている（図８参照）。この吸気スプロケット５ａは、タイミングベルト５ｂ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（図８参照）。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気筒３ａごとに設けられている。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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タイミングベルト５ｂ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気筒３ａごとに設けられている。
【００３４】
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。
【００３５】
一方、燃料噴射弁１０は、気筒３ａごとに設けられ、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、それにより、燃料噴射制御が実行される。
【００３６】
また、点火プラグ１１も、気筒３ａごとに設けられ、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、それにより、点火時期制御が実行される。
【００３７】
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、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。なお、本実施形態では、クランク角センサ２０は、位置検出手段に相当する。
【００３８】
ＣＲＫ信号は、所定クランク角（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、各気筒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。
【００３９】
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を表すものである。
【００４０】
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、吸気通路１２ａ内を流れる空気の流量Ｇｉｎを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。
【００４１】
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。本実施形態では、可変バルブリフト機構５０および可変カム位相機構７０が可動機構に相当する。
【００４２】
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Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈと所定の最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌとの間で無段階に変更するものであり、気筒３ａごと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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
一方、リフトアクチュエータ６０は、ＥＣＵ２により駆動されるものであり、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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。また、短アーム６５の付近には、最小リフトストッパ６７ａおよび最大リフトストッパ６７ｂが互いに間隔を存して設けられており、これらの２つのストッパ６７ａ，６７ｂにより、短アーム６５は、その回動範囲が後述するように規制される。なお、本実施形態では、短アーム６５が可動部に相当し、最小リフトストッパ６７ａおよび最大リフトストッパ６７ｂが規制部に相当する。
【００５０】
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。
【００５１】
図５（ａ）に示すように、短アーム６５が図中の反時計回りに回動すると、短アーム６５は、最大リフトストッパ６７ｂに当接し、これに係止される。それにより、下リンク５４も、図４に実線で示す最大リフト位置に係止される。一方、図５（ｂ）に示すように、短アーム６５が図中の時計回りに回動すると、短アーム６５は、最小リフトストッパ６７ａに当接し、これに係止される。それにより、下リンク５４も、図４に２点鎖線で示す最小リフト位置に係止される。
【００５２】
以上のように、短アーム６５の回動範囲は、２つのストッパ６７ａ，６７ｂにより、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈ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Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌを示す。
【００５６】
以上のように、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Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈと最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌとの間で無段階に変更することができる。本実施形態では、最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈおよび最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌが制御範囲の限界値に相当する。
【００５７】
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が後述する故障時用値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｆｓ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Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌに保持される。なお、この最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌは、カム位相Ｃａｉｎが後述する最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌに保持されかつ圧縮比Ｃｒが最低値Ｃｒ＿Ｌ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が確保されるような値に設定されており、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吸入空気量の値に設定されている。
【００５８】
また、エンジン３には、回動角センサ２３が設けられており（図２参照）、この回動角センサ２３は、短アーム６５の回動角θｌｉｆｔを検出して、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この短アーム６５の回動角θｌｉｆｔは、短アーム６５が最大リフト位置と最小リフト位置との間のどの位置にあるかを表すものであり、ＥＣＵ２は、この回動角θｌｉｆｔに基づき、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを算出する。本実施形態では、回動角センサ２３が位置検出手段に相当する。
【００５９】
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、以下に述べるように、カム位相Ｃａｉｎを電磁力により無段階に変更する電磁式のものであり、図８〜図１０に示すように、遊星歯車装置７１および電磁ブレーキ７２などを備えている。
【００６０】
この遊星歯車装置７１は、吸気カムシャフト５およびスプロケット５ａの間で回転を伝達するものであり、リングギヤ７１ａ、３つのプラネタリピニオンギヤ７１ｂ、サンギヤ７１ｃおよびプラネタリキャリア７１ｄを備えている。このリングギヤ７１ａは、電磁ブレーキ７２の後述するアウタケーシング７３に連結されており、これと同軸かつ一体に回転する。また、サンギヤ７１ｃは、吸気カムシャフト５の先端部に同軸かつ一体に回転するように取り付けられている。
【００６１】
一方、プラネタリキャリア７１ｄは、ほぼ三角形に形成され、それらの３つの角部にシャフト７１ｅがそれぞれ突設されている。プラネタリキャリア７１ｄは、これらのシャフト７１ｅを介してスプロケット５ａに連結されており、それにより、スプロケット５ａと同軸かつ一体に回転するように構成されている。
【００６２】
また、各プラネタリピニオンギヤ７１ｂは、プラネタリキャリア７１ｄの各シャフト７１ｅに回転自在に支持され、サンギヤ７１ｃとリングギヤ７１ａの間に配置され、これらと常に噛み合っている。
【００６３】
さらに、前述した電磁ブレーキ７２は、ＥＣＵ２により駆動されるものであり、アウタケーシング７３、コア７４、電磁石７５およびリターンスプリング７６を備えている。アウタケーシング７３は、中空に形成され、その内部にコア７４が相対的に回動自在に設けられている。コア７４は、断面円形の基部７４ａと、これから放射状に延びる２つのアーム７４ｂ，７４ｂを備えている。コア７４は、その基部７４ａがプラネタリキャリア７１ｄに取り付けられており、それにより、プラネタリキャリア７１ｄと同軸かつ一体に回転する。
【００６４】
一方、アウタケーシング７３の内周面には、一対の最遅角ストッパ７３ａおよび最進角ストッパ７３ｂを１組として、計２組のストッパ７３ａ，７３ｂが互いに間隔を存して設けられている。コア７４の各アーム７４ｂは、一対のストッパ７３ａ，７３ｂ間に配置されており、それにより、コア７４は、アーム７４ｂが最遅角ストッパ７３ａに当接し、係止される最遅角位置（図１０に実線で示す位置）と、最進角ストッパ７３ｂに当接し、係止される最進角位置（図１０に２点鎖線で示す位置）との間で、アウタケーシング７３に対して相対的に回動可能に構成されている。本実施形態では、アーム７４ｂが可動部に相当し、最遅角および最進角ストッパ７３ａ，７３ｂが規制部に相当する。
【００６５】
また、リターンスプリング７６は、圧縮された状態で、最進角ストッパ７３ｂの一つと、これと対向するアーム７４ｂとの間に掛け渡されており、このリターンスプリング７６の付勢力Ｆｓｐｒにより、アーム７４ｂは最遅角ストッパ７３ａ側に付勢されている。
【００６６】
一方、電磁石７５は、リターンスプリング７６と反対側の最進角ストッパ７３ｂに取り付けられており、この最進角ストッパ７３ｂの、アーム７４ｂと対向する側の端部に面一の状態で設けられている。この電磁石７５は、ＥＣＵ２に電気的に接続されており、ＥＣＵ２からの位相制御入力Ｕｃａｉｎ（電圧信号）により励磁されると、その電磁力Ｆｓｏｌにより、対向するアーム７４ｂを、リターンスプリング７６の付勢力Ｆｓｐｒに抗しながら吸引し、最進角ストッパ７３ｂ側に回動させる。
【００６７】
以上のように構成された可変カム位相機構７０の動作について説明する。この可変カム位相機構７０では、電磁ブレーキ７２の電磁石７５が励磁されていないときには、コア７４は、リターンスプリング７６の付勢力Ｆｓｐｒにより、そのアーム７４ｂが最遅角ストッパ７３ａに当接する最遅角位置に保持され、それにより、カム位相Ｃａｉｎは、最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌ（図１１参照）に保持される。
【００６８】
その状態で、エンジン運転中のクランクシャフト３ｄの回転に伴って、スプロケット５ａが図１０の矢印Ｙ１方向に回転すると、プラネタリキャリア７１ｄおよびリングギヤ７１ａが一体に回転することにより、プラネタリピニオンギヤ７１ｂが回転せず、サンギヤ７１ｃがプラネタリキャリア７１ｄおよびリングギヤ７１ａと一体に回転する。すなわち、スプロケット５ａと吸気カムシャフト５が一体に矢印Ｙ１方向に回転する。
【００６９】
また、コア７４が最遅角位置に保持されている状態で、電磁石７５がＥＣＵ２からの位相制御入力Ｕｃａｉｎにより励磁されると、電磁石７５の電磁力Ｆｓｏｌにより、コア７４のアーム７４ｂが、リターンスプリング７６の付勢力Ｆｓｐｒに抗しながら、最進角ストッパ７３ｂ側すなわち最進角位置側に吸引され、電磁力Ｆｓｏｌと付勢力Ｆｓｐｒとが互いに釣り合う位置まで回動する。言い換えれば、アウタケーシング７３が、コア７４に対して相対的に矢印Ｙ１と逆方向に回動する。
【００７０】
これにより、リングギヤ７１ａがプラネタリキャリア７１ｄに対して相対的に図９の矢印Ｙ２方向に回動し、それに伴い、プラネタリピニオンギヤ７１ｂが図９の矢印Ｙ３方向に回動することで、サンギヤ７１ｃが図９の矢印Ｙ４方向に回動する。その結果、吸気カムシャフト５が、スプロケット５ａに対して相対的にスプロケットの回転方向（すなわち図９の矢印Ｙ２と逆方向）に回動することになり、カム位相Ｃａｉｎが進角される。
【００７１】
この場合、アウタケーシング７３の回動がリングギヤ７１ａ、プラネタリピニオンギヤ７１ｂおよびサンギヤ７１ｃを介して、吸気カムシャフト５に伝達されるので、遊星歯車装置７０の増速作用により、吸気カムシャフト５は、スプロケット５ａに対してアウタケーシング７３の回動角度が増幅された角度分、回動することになる。すなわち、吸気カム５のカム位相Ｃａｉｎの進角量は、アウタケーシング７３の回動角度を増幅した値になるように設定されている。これは、電磁石７５の電磁力Ｆｓｏｌが作用可能な距離には限界があるので、それを補償し、カム位相Ｃａｉｎをより広範囲で変化させるためである。
【００７２】
以上のように、可変カム位相機構７０では、電磁力Ｆｓｏｌがカム位相Ｃａｉｎを進角させる方向に作用し、リターンスプリング７６の付勢力Ｆｓｐｒがカム位相Ｃａｉｎを遅角させる方向に作用するとともに、電磁力Ｆｓｏｌが変化しない場合、カム位相Ｃａｉｎは、電磁力Ｆｓｏｌと付勢力Ｆｓｐｒとが互いに釣り合う値に保持される。また、コア７４の回動範囲は、２つのストッパ７３ａ，７３ｂにより、図１０に実線で示す最遅角位置と図１０に２点鎖線で示す最進角位置との間の範囲に規制され、それにより、カム位相Ｃａｉｎの制御範囲も、最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌと最進角値Ｃａｉｎ＿Ｈとの間の範囲に規制される。本実施形態では、最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌおよび最進角値Ｃａｉｎ＿Ｈが制御範囲の限界値に相当する。
【００７３】
次に、以上のように構成された可変カム位相機構７０の動作特性を説明する。図１１に示すように、可変カム位相機構７０においては、カム位相Ｃａｉｎは、電磁石７５への位相制御入力Ｕｃａｉｎが所定値Ｕｃａｉｎ１よりも小さい範囲では、最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌに保持され、所定値Ｕｃａｉｎ２よりも大きい範囲では、最進角値Ｃａｉｎ＿Ｈに保持される。また、Ｕｃａｉｎ１≦Ｕｃａｉｎ≦Ｕｃａｉｎ２の範囲では、最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌ（例えばカム角０゜）と最進角値Ｃａｉｎ＿Ｈ（例えばカム角５５゜）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１２に実線で示す最遅角タイミングと、図１２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、図示しないが、この可変カム位相機構７０は、位相制御入力Ｕｃａｉｎが増大する方向のときのカム位相Ｃａｉｎの値と、位相制御入力Ｕｃａｉｎが減少する方向のときのカム位相Ｃａｉｎの値とが互いに若干異なる、いわゆるヒシテリシス特性を有している。
【００７４】
また、この可変カム位相機構７０では、位相制御入力Ｕｃａｉｎが後述する故障時用値Ｕｃａｉｎ＿ｆｓ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が電磁石７５に入力されないときには、カム位相Ｃａｉｎが最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌに保持される。この最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌは、前述したように、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌに保持され、かつ圧縮比Ｃｒが最低値Ｃｒ＿Ｌ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。
【００７５】
以上のように、本実施形態の可変式吸気動弁機構４０では、可変バルブリフト機構５０により、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが、前述した最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈと最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌとの間で無段階に変更されるとともに、可変カム位相機構７０により、カム位相Ｃａｉｎが、前述した最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌと最進角値Ｃａｉｎ＿Ｈとの間で無段階に変更される。
【００７６】
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２４（図２参照）が設けられている。このカム角センサ２４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゜）ごとに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。本実施形態では、カム角センサ２４が位置検出手段に相当する。
【００７７】
次に、図１３を参照しながら、前述した可変圧縮比機構８０について説明する。この可変圧縮比機構８０は、ピストン３ｂの上死点位置すなわちピストン３ｂのストロークを変更することにより、圧縮比Ｃｒを所定の最高値Ｃｒ＿Ｈと所定の最低値Ｃｒ＿Ｌとの間で無段階に変更するものであり、各気筒３ａのピストン３ｂとクランクシャフト３ｄの間に連結された複合リンク機構８１と、この複合リンク機構８１に連結された圧縮比アクチュエータ８５などで構成されている。本実施形態では、可変圧縮比機構８０が可動機構に相当する。
【００７８】
複合リンク機構８１は、上リンク８２、下リンク８３および制御リンク８４などで構成されている。上リンク８２は、いわゆるコンロッドに相当するものであり、その上端部がピストンピン３ｆを介してピストン３ｂに回動自在に連結され、下端部がピン８３ａを介して、下リンク８３の一端部に回動自在に連結されている。
【００７９】
下リンク８３は、三角形状のものであり、上リンク８２との連結端部以外の２つの端部はそれぞれ、クランクピン８３ｂを介してクランクシャフト３ｄに、制御ピン８３ｃを介して制御リンク８４の一端部に回動自在に連結されている。以上の構成により、ピストン３ｂの往復運動が、複合リンク機構８１を介してクランクシャフト３ｄに伝達され、クランクシャフト３ｄの回転運動に変換される。
【００８０】
また、圧縮比アクチュエータ８５は、ＥＣＵ２に接続されたモータと減速機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、ＥＣＵ２により後述するように駆動される。圧縮比アクチュエータ８５は、ケーシング８５ａ、アーム８５ｂおよび制御軸８５ｃなどを備えており、このケーシング８５ａ内には、モータおよび減速機構が内蔵されている。アーム８５ｂの一端部は、減速機構の回転軸８５ｄの先端部に固定されており、それにより、アーム８５ｂは、モータの回転に伴い、回転軸８５ｄを中心として回動する。
【００８１】
このアーム８５ｂの他端部には、制御軸８５ｃが回動自在に連結されている。制御軸８５ｃは、クランクシャフト３ｄと同様に、図中の奥行き方向に延びており、この制御軸８５ｃには、制御リンク８４の他端部が連結されている。
【００８２】
さらに、アーム８５ｂの付近には、最低圧縮比ストッパ８６ａおよび最高圧縮比ストッパ８６ｂが互いに間隔を存して設けられており、これらの２つのストッパ８６ａ，８６ｂにより、アーム８５ｂは、その回動範囲が規制される。すなわち、アーム８５ｂは、ＥＣＵ２からの後述する圧縮比制御入力Ｕｃｒによって、モータが正逆回転方向に駆動されると、最低圧縮比ストッパ８６ａに当接し、係止される最低圧縮比位置（図１３（ａ）に示す位置）と、最高圧縮比ストッパ８６ｂに当接し、係止される最高圧縮比位置（図１３（ｂ）に示す位置）との間の範囲内で回動する。本実施形態では、アーム８５ｂが可動部に相当し、最低圧縮比および最高圧縮比ストッパ８６ａ，８６ｂが規制部に相当する。
【００８３】
以上の構成により、この可変圧縮比機構８０では、アーム８５ｂが最低圧縮比ストッパ８６ａ側にある状態で、圧縮比アクチュエータ８５の回転軸８５ｄが、図中の反時計回りに回転すると、それに伴ってアーム８５ｂが図中の反時計回りに回動する。それにより、制御リンク８４全体が押し下げられるのに伴い、下リンク８３がクランクピン８３ｂを中心として図中の時計回りに回動するとともに、上リンク８２がピストンピン３ｆを中心として図中の反時計回りに回動する。その結果、ピストンピン３ｆ、上ピン８３ａおよびクランクピン８３ｂが、最低圧縮比位置のときよりも直線状に近づくことで、ピストン３ｂが上死点に到達したときのピストンピン３ｆとクランクピン８３ｂを結ぶ直線距離が長くなり（すなわちピストン３ｂのストロークが長くなり）、燃焼室の容積が小さくなることによって、圧縮比Ｃｒが高くなる。
【００８４】
一方、上記とは逆に、アーム８５ｂが最高圧縮比ストッパ８６ｂ側にある状態で、アクチュエータ８５の回転軸８５ｄが、図中の時計回りに回転すると、それに伴ってアーム８５ｂが図中の時計回りに回動することで、制御リンク８４全体が押し上げられる。これにより、上記とは全く逆の動作により、下リンク８３が、反時計回りに回動するとともに、上リンク８２が時計回りに回動する。その結果、ピストン３ｂが上死点に到達したときのピストンピン３ｆとクランクピン８３ｂを結ぶ直線距離が短くなり（すなわちピストン３ｂのストロークが短くなり）、燃焼室の容積が大きくなることによって、圧縮比Ｃｒが低くなる。以上のように、この可変圧縮比機構８０では、アーム８５ｂが最低圧縮比ストッパ８６ａと最高圧縮比ストッパ８６ｂとの間で回動することにより、圧縮比Ｃｒが前述した最低値Ｃｒ＿Ｌと最高値Ｃｒ＿Ｈとの間で無段階に変更される。本実施形態では、最低値Ｃｒ＿Ｌおよび最高値Ｃｒ＿Ｈが制御範囲の限界値に相当する。
【００８５】
なお、この可変圧縮比機構８０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、圧縮比制御入力Ｕｃｒが後述する故障時用値Ｕｃｒ＿ｆｓに設定されているとき、および断線などにより圧縮比制御入力Ｕｃｒが圧縮比アクチュエータ８５に入力されないときには、可変圧縮比機構８０の動作がロックされる。すなわち、可変圧縮比機構８０による圧縮比Ｃｒの変更が禁止され、圧縮比Ｃｒが最低値Ｃｒ＿Ｌに保持される。この最低値Ｃｒ＿Ｌは、前述したように、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌに保持され、かつカム位相Ｃａｉｎが最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌ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。
【００８６】
また、圧縮比アクチュエータ８５のケーシング８５ａ内には、制御角センサ２５が設けられており（図２参照）、この制御角センサ２５は、回転軸８５ｄすなわちアーム８５ｂの回動角θｃｒを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、この制御角センサ２５の検出信号に基づき、圧縮比Ｃｒを算出する。本実施形態では、制御角センサ２５が位置検出手段に相当する。
【００８７】
さらに、図２に示すように、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ２６およびイグニッション・スイッチ（以下「ＩＧ・ＳＷ」という）２７が接続されている。このアクセル開度センサ２６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・ＳＷ２７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。
【００８８】
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２０〜２６の検出信号およびＩＧ・ＳＷ２７の出力信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、各種の制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ２は、後述するように、可変バルブリフト機構５０および可変カム位相機構７０を介して、バルブリフトＬｉｆｔｉｎおよびカム位相Ｃａｉｎをそれぞれ制御するとともに、可変圧縮比機構８０を介して、圧縮比Ｃｒを制御する。
【００８９】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、制御量算出手段、目標制御量設定手段、制御入力算出手段、外乱抑制パラメータ設定手段、判定手段および補正値算出手段に相当する。
【００９０】
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、バルブリフト制御を実行するバルブリフトコントローラ１００（図１４参照）と、カム位相制御を実行するカム位相コントローラ１１０（図１６参照）と、圧縮比制御を実行する圧縮比コントローラ１２０（図１８参照）とを備えており、これらはいずれも、具体的には、ＥＣＵ２により構成されている。
【００９１】
まず、バルブリフトコントローラ１００について説明する。このバルブリフトコントローラ１００は、可変バルブリフト機構５０を制御するためのリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出するものであり、図１４に示すように、切換関数設定パラメータ算出部１０１および２自由度スライディングモードコントローラ（以下「２自由度ＳＬＤコントローラ」という）１０２を備えている。
【００９２】
この切換関数設定パラメータ算出部１０１では、バルブリフトＬｉｆｔｉｎに応じて、図１５に示すテーブルを検索することにより、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが算出される。同図１５において、ＰＯＬＥ＿ｌｆ１は、値０に近い負の所定値（例えば値−０．２）に設定され、ＰＯＬＥ＿ｌｆ２は、値−１に近い負の所定値（例えば値−０．９９）に設定されている。
【００９３】
また、同図において、Ｌｉｆｔｉｎ＿ＬＬ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ＭＬ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ＭＨ，ＬｉｆｔｉｎＨＨは、下式（１），（２）が成立するように設定されたバルブリフトＬｉｆｔｉｎの所定値である。Ｌｉｆｔｉｎ＿ＬＬ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ＨＨはそれぞれ、所定の最小ホールド値および所定の最大ホールド値であり、前述したリフトアクチュエータ６０の短アーム６５を最小リフトストッパ６７ａおよび最大リフトストッパ６７ｂに当接した状態に保持するために用いられる。また、Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨは、所定のしきい値であり、下式（２）のＤｌｉｆｔｉｎ＿ｖｐｏｌｅは、正の所定値である。
【００９４】
【数１】
2006065692.tif 000003
【００９５】
このテーブルでは、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆは、Ｌｉｆｔｉｎ≦Ｌｉｆｔｉｎ＿ＭＬ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ＭＨ≦Ｌｉｆｔｉｎの範囲では、所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ２に設定され、Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬ≦Ｌｉｆｔｉｎ≦Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨの範囲では、所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ１に設定されている。また、Ｌｉｆｔｉｎ＿ＭＬ＜Ｌｉｆｔｉｎ＜Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬの範囲では、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆは、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが大きいほど、より大きい値に設定され、Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨ＜Ｌｉｆｔｉｎ＜Ｌｉｆｔｉｎ＿ＭＨの範囲では、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが大きいほど、より小さい値に設定されている。切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが以上のように設定されている理由については後述する。
【００９６】
本実施形態では、バルブリフトコントローラ１００が制御入力算出手段に相当し、切換関数設定パラメータ算出部１０１が外乱抑制パラメータ設定手段に相当し、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが外乱抑制パラメータおよび応答指定パラメータに相当する。さらに、最小および最大ホールド値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＬＬ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ＨＨが、制御範囲外の所定値に相当し、しきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨが限界値付近の所定値に相当する。
【００９７】
一方、２自由度ＳＬＤコントローラ１０２では、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが、バルブリフトＬｉｆｔｉｎおよび目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに基づき、以下の式（３）〜（１０）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算出される。すなわち、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎは、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従・収束させるための値として算出される。以下の式（３）〜（１０）において、記号（ｋ）付きの各離散データは、後述する所定の制御周期ΔＴでサンプリング（または算出）されたデータであることを示しており、記号ｋは各離散データのサンプリングサイクルの順番を表している。例えば、記号ｋは今回のサンプリングタイミングでサンプリングされた値であることを、記号ｋ−１は前回のサンプリングタイミングでサンプリングされた値であることをそれぞれ示している。この点は、以下の離散データにおいても同様である。なお、以下の説明では、各離散データにおける記号（ｋ）を適宜省略する。
【００９８】
Liftin_cmd_f(k)＝−POLE_f_lf・Liftin_cmd_f(k-1)
＋(1＋POLE_f_lf)・Liftin_cmd(k)                ……（３）
Uliftin(k)＝Ueq_lf(k)＋Urch_lf(k)＋Uadp_lf(k)＋Unl_lf(k)        ……（４）
【００９９】
【数２】
2006065692.tif 000004
【０１００】
σ_lf(k)＝E_lf(k)＋POLE_lf・E_lf(k-1)                           ……（９）
E_lf(k)＝Liftin(k)−Liftin_cmd_f(k)                             ……（１０）
【０１０１】
この制御アルゴリズムでは、まず、式（３）に示す目標値フィルタアルゴリズムすなわち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（３）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。
【０１０２】
次いで、式（４）〜（１０）に示すスライディングモード制御アルゴリズムにより、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが算出される。すなわち、式（４）に示すように、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎは、等価制御入力Ｕｅｑ＿ｌｆ、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｌｆ、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｌｆおよび非線形入力Ｕｎｌ＿ｌｆの総和として算出される。
【０１０３】
等価制御入力Ｕｅｑ＿ｌｆは、式（５）により算出される。同式（５）において、ａ１＿ｌｆ，ａ２＿ｌｆ，ｂ１＿ｌｆ，ｂ２＿ｌｆは、後述する式（１１）のプラントモデルのモデルパラメータを示しており、所定値に設定されている。
【０１０４】
また、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｌｆは、式（６）により算出される。同式（６）において、Ｋｒｃｈ＿ｌｆは、所定の到達則ゲインを表しており、σ＿ｌｆは、式（９）のように定義される切換関数である。同式（９）のＥ＿ｌｆは、式（１０）により算出される追従誤差（偏差）である。
【０１０５】
さらに、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｌｆは、式（７）により算出される。同式（７）において、Ｋａｄｐ＿ｌｆは、所定の適応則ゲインを表している。また、非線形入力Ｕｎｌ＿ｌｆは、式（８）により算出される。同式（８）において、Ｋｎｌ＿ｌｆは、所定の非線形ゲインを表しているとともに、ｓｇｎ（σ＿ｌｆ）は、符号関数を表しており、その値は、σ＿ｌｆ≧０のときにはｓｇｎ（σ＿ｌｆ）＝１となり、σ＿ｌｆ＜０のときにはｓｇｎ（σ＿ｌｆ）＝−１となる（なお、σ＿ｌｆ＝０のときに、ｓｇｎ（σ＿ｌｆ）＝０と設定してもよい）。
【０１０６】
以上の式（３）〜（１０）は以下のように導出される。すなわち、プラントを、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを入力とし、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（１１）が得られる。この式（１１）のモデルに基づき、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従・収束するように、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御理論を適用すると、前述した式（３）〜（１０）が導出される。
Liftin(k+1)＝a1_lf・Liftin(k)＋a2_lf・Liftin(k-1)
＋b1_lf・Uliftin(k)＋b2_lf・Uliftin(k-1)           ……（１１）
【０１０７】
以上の２自由度ＳＬＤコントローラ１００の制御アルゴリズムでは、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆを−１＜ＰＯＬＥ＿ｌｆ＜０の範囲内で変更することにより、追従誤差Ｅ＿ｌｆの値０への収束速度および収束挙動を変更することができるとともに、外乱抑制能力を変更することができる。この点を図１６を参照しながら具体的に説明する。同図は、ステップ状の外乱が可変バルブリフト機構５０に入力される場合において、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの値を３つの所定値ＰＯＬＥ＿ｒｅｆ１〜ＰＯＬＥ＿ｒｅｆ３に変化させた場合の追従誤差Ｅ＿ｌｆの変化を示している。また、所定値ＰＯＬＥ＿ｒｅｆ１は、値０に近い負値（例えば−０．２）に、ＰＯＬＥ＿ｒｅｆ２は、値０と値−１の中間の値（例えば−０．５）に、ＰＯＬＥ＿ｒｅｆ３は、値−１に近い負値（例えば−０．９９）にそれぞれ設定されている。
【０１０８】
同図を参照すると明らかなように、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが値０に近いほど、追従誤差Ｅ＿ｌｆが値０に収束するのに要する時間が短くなるとともに、追従誤差Ｅ＿ｌｆの最大値がより小さくなり、外乱抑制能力が高くなる。言い換えれば、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが値−１に近いほど、追従誤差Ｅ＿ｌｆが値０に収束するのに要する時間が長くなるとともに、追従誤差Ｅ＿ｌｆの最大値がより大きくなり（すなわち、バルブリフトＬｉｆｔｉｎの目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに対する乖離度合いが大きくなり）、外乱抑制能力が小さくなる。また、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎによる可変バルブリフト機構５０の制御中、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの値を変更した場合でも、スライディングモード制御アルゴリズムの特性により、可変バルブリフト機構５０における短アーム６５の回動速度は、低下することなく、変更前の値に保たれる。
【０１０９】
以上の制御アルゴリズムの特性を利用し、可変バルブリフト機構５０において、短アーム６５が最小および最大リフトストッパ６７ａ，６７ｂに当接する際の衝撃力を低減するために、本実施形態では、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆは、前述した図１５に示すテーブルのように設定されている。すなわち、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが、減少側に制御されている場合において、最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌ付近のしきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬを下回ったときには、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが小さいほど、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが、より所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ２に近い値に設定される。すなわち、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが追従誤差Ｅ＿ｌｆの増大化を許容し、外乱抑制能力がより小さくなるように設定される。その結果、リフトアクチュエータ６０における短アーム６５が、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの設定変更前の回動速度を保ちながら、追従誤差Ｅ＿ｌｆの増減に対する短アーム６５の駆動力の増減感度が設定変更前よりも低い状態（すなわち追従誤差Ｅ＿ｌｆの増大に対する短アーム６５の駆動力の増大度合いがより小さい状態）で、最小リフトストッパ６７ａ側に駆動され、それにより、短アーム６５が最小リフトストッパ６７ａに当接する際の衝撃力を低減することができる。
【０１１０】
一方、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが、増大側に制御されている場合において、最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈ付近のしきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨを上回ったときにも、上記と同様に、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが大きいほど、より所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ２に近い値に設定される。すなわち、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが、追従誤差Ｅ＿ｌｆの増大化を許容し、外乱抑制能力がより小さくなるような値に設定される。その結果、リフトアクチュエータ６０における短アーム６５が、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの設定変更前の回動速度を保ちながら、追従誤差Ｅ＿ｌｆの増減に対する短アーム６５の駆動力の増減感度が設定変更前よりも低い状態で、最大リフトストッパ６７ｂ側に駆動され、それにより、短アーム６５が最大リフトストッパ６７ｂに当接する際の衝撃力を低減することができる。
【０１１１】
また、Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬ≦Ｌｉｆｔｉｎ≦Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨの範囲では、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが値０に近い所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ１に設定され、それにより、バルブリフトＬｉｆｔｉｎの目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄへの追従性、良好な収束挙動および外乱抑制能力をいずれも高いレベルで確保することができる。
【０１１２】
本実施形態では、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが制御量に、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが目標制御量に、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが制御入力にそれぞれ相当する。
【０１１３】
なお、図１５のテーブルにおいて、しきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨを、Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬ−Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌ）≠（Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈ−Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨ）となるような値に設定してもよい。また、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの算出において、バルブリフトＬｉｆｔｉｎに代えて、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに応じて、図１５のテーブルを検索するように構成してもよい。
【０１１４】
次に、カム位相コントローラ１１０について説明する。このカム位相コントローラ１１０は、可変カム位相機構７０を制御するための位相制御入力Ｕｃａｉｎを算出するものであり、図１７に示すように、切換関数設定パラメータ算出部１１１および２自由度ＳＬＤコントローラ１１２を備えている。
【０１１５】
この切換関数設定パラメータ算出部１１１では、カム位相Ｃａｉｎに応じて、図１８に示すテーブルを検索することにより、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａが算出される。同図において、ＰＯＬＥ＿ｃａ１は、値０に近い負の所定値（例えば値−０．２）に設定され、ＰＯＬＥ＿ｃａ２は、値−１に近い負の所定値（例えば値−０．９９）に設定されている。
【０１１６】
また、Ｃａｉｎ＿ＬＬ，Ｃａｉｎ＿ＭＬ，Ｃａｉｎ＿ＶＰＬ，Ｃａｉｎ＿ＶＰＨ，Ｃａｉｎ＿ＭＨ，Ｃａｉｎ＿ＨＨは、下式（１２），（１３）が成立するように設定されたカム位相Ｃａｉｎの所定値である。Ｃａｉｎ＿ＬＬ，Ｃａｉｎ＿ＨＨはそれぞれ、所定の最遅角ホールド値および最進角ホールド値であり、前述した電磁ブレーキ７２のアーム７４ｂを最遅角ストッパ７３ａおよび最進角ストッパ７３ｂに当接した状態に保持するために用いられる。また、Ｃａｉｎ＿ＶＰＬ，Ｃａｉｎ＿ＶＰＨは、所定のしきい値であり、下式（１３）のＤｃａｉｎ＿ｖｐｏｌｅは、正の所定値である。
【０１１７】
【数３】
2006065692.tif 000005
【０１１８】
このテーブルでは、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａは、Ｃａｉｎ≦Ｃａｉｎ＿ＭＬ，Ｃａｉｎ＿ＭＨ≦Ｃａｉｎの範囲では、所定値ＰＯＬＥ＿ｃａ２に設定され、Ｃａｉｎ＿ＶＰＬ≦Ｃａｉｎ≦Ｃａｉｎ＿ＶＰＨの範囲では、所定値ＰＯＬＥ＿ｃａ１に設定されている。また、Ｃａｉｎ＿ＭＬ＜Ｃａｉｎ＜Ｃａｉｎ＿ＶＰＬの範囲では、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａは、カム位相Ｃａｉｎが大きいほど、より大きい値に設定され、Ｃａｉｎ＿ＶＰＨ＜Ｃａｉｎ＜Ｃａｉｎ＿ＭＨの範囲では、カム位相Ｃａｉｎが大きいほど、より小さい値に設定されている。
【０１１９】
図１８のテーブルにおいて、以上のように切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａが設定されている理由は、前述した図１５のテーブルにおける切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの設定理由と同じであり、その詳細については後述する。
【０１２０】
本実施形態では、カム位相コントローラ１１０が制御入力算出手段に相当し、切換関数設定パラメータ算出部１１１が外乱抑制パラメータ設定手段に相当し、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａが外乱抑制パラメータおよび応答指定パラメータに相当する。さらに、最遅角および最進角ホールド値Ｃａｉｎ＿ＬＬ，Ｃａｉｎ＿ＨＨが、制御範囲外の所定値に相当し、しきい値Ｃａｉｎ＿ＶＰＬ，Ｃａｉｎ＿ＶＰＨが限界値付近の所定値に相当する。
【０１２１】
一方、２自由度ＳＬＤコントローラ１１２では、位相制御入力Ｕｃａｉｎが、カム位相Ｃａｉｎおよび目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに基づき、以下の式（１４）〜（２１）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算出される。すなわち、位相制御入力Ｕｃａｉｎは、カム位相Ｃａｉｎを目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに追従・収束させるための値として算出される。
【０１２２】
Cain_cmd_f(k)＝−POLE_f_ca・Cain_cmd_f(k-1)
＋(1＋POLE_f_ca)・Cain_cmd(k)                    ……（１４）
Ucain(k)＝Ueq_ca(k)＋Urch_ca(k)＋Uadp_ca(k)＋Unl_ca(k)          ……（１５）
【０１２３】
【数４】
2006065692.tif 000006
【０１２４】
σ_ca(k)＝E_ca(k)＋POLE_ca・E_ca(k-1)                           ……（２０）
E_ca(k)＝Cain(k)−Cain_cmd_f(k)                                 ……（２１）
【０１２５】
この制御アルゴリズムでは、まず、式（１４）に示す目標値フィルタアルゴリズムすなわち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（１４）において、ＰＯＬＥ＿ｆ＿ｃａは、目標値フィルタ設定パラメータであり、−１＜ＰＯＬＥ＿ｆ＿ｃａ＜０の関係が成立する値に設定される。
【０１２６】
次いで、式（１５）〜（２１）に示すスライディングモード制御アルゴリズムにより、位相制御入力Ｕｃａｉｎが算出される。すなわち、式（１５）に示すように、位相制御入力Ｕｃａｉｎは、等価制御入力Ｕｅｑ＿ｃａ、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｃａ、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｃａおよび非線形入力Ｕｎｌ＿ｃａの総和として算出される。
【０１２７】
この等価制御入力Ｕｅｑ＿ｃａは、式（１６）により算出される。同式（１６）において、ａ１＿ｃａ，ａ２＿ｃａ，ｂ１＿ｃａ，ｂ２＿ｃａは、後述する式（２２）のプラントモデルのモデルパラメータを示しており、所定値に設定されている。
【０１２８】
また、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｃａは、式（１７）により算出される。同式（１７）において、Ｋｒｃｈ＿ｃａは、所定の到達則ゲインを表しており、σ＿ｃａは、式（２０）のように定義される切換関数である。同式（２０）のＥ＿ｃａは、式（２１）により算出される追従誤差（偏差）である。
【０１２９】
さらに、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｃａは、式（１８）により算出される。同式（１８）において、Ｋａｄｐ＿ｃａは、所定の適応則ゲインを表している。また、非線形入力Ｕｎｌ＿ｃａは、式（１９）により算出される。同式（１９）において、Ｋｎｌ＿ｃａは、所定の非線形ゲインを表しているとともに、ｓｇｎ（σ＿ｃａ）は、符号関数を表しており、その値は、σ＿ｃａ≧０のときにはｓｇｎ（σ＿ｃａ）＝１となり、σ＿ｃａ＜０のときにはｓｇｎ（σ＿ｃａ）＝−１となる（なお、σ＿ｃａ＝０のときに、ｓｇｎ（σ＿ｃａ）＝０と設定してもよい）。
【０１３０】
以上の式（１４）〜（２１）は、前述した式（３）〜（１０）の導出手法と同様の手法により導出される。すなわち、プラントを、位相制御入力Ｕｃａｉｎを入力とし、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（２２）が得られる。この式（２２）のモデルに基づき、カム位相Ｃａｉｎが目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに収束するように、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御理論を適用すると、前述した式（１４）〜（２１）が導出される。
Cain(k+1)＝a1_ca・Cain(k)＋a2_ca・Cain(k-1)
＋b1_ca・Ucain(k)＋b2_ca・Ucain(k-1)               ……（２２）
【０１３１】
以上の２自由度ＳＬＤコントローラ１１２の制御アルゴリズムでは、前述したように、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａを−１＜ＰＯＬＥ＿ｃａ＜０の範囲内で変更することで、外乱抑制能力を変更することができる。したがって、前述した図１８のテーブルでは、電磁ブレーキ７２のアーム７４ｂが最遅角および最進角ストッパ７３ａ，７３ｂに当接する際の衝撃力を低減するために、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａが前述したように設定されている。すなわち、カム位相Ｃａｉｎを最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌ側に制御している場合において、最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌ付近のしきい値Ｃａｉｎ＿ＶＰＬよりも遅角側の値になったときには、カム位相Ｃａｉｎが遅角側の値であるほど、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａが、より所定値ＰＯＬＥ＿ｃａ２に近い値に設定される。すなわち、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａが、追従誤差Ｅ＿ｃａの増大化を許容し、外乱抑制能力がより小さくなるような値に設定される。それにより、電磁ブレーキ７２のアーム７４ｂが、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａの設定変更前の回動速度を保ちながら、追従誤差Ｅ＿ｃａの増減に対するアーム７４ｂの駆動力の増減感度が設定変更前よりも低い状態で、最遅角ストッパ７３ａ側に駆動され、その結果、アーム７４ｂが最遅角ストッパ７３ａに当接する際の衝撃力を低減することができる。
【０１３２】
一方、上記とは逆に、カム位相Ｃａｉｎを進角側に制御している場合において、最進角値Ｃａｉｎ＿Ｈ付近のしきい値Ｃａｉｎ＿ＶＰＨよりも進角側の値になったときにも、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａが、より所定値ＰＯＬＥ＿ｃａ２に近い値に設定される。すなわち、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａが、追従誤差Ｅ＿ｃａの増大化を許容し、外乱抑制能力がより小さくなるような値に設定される。それにより、電磁ブレーキ７２のアーム７４ｂが、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａの設定変更前の回動速度を保ちながら、追従誤差Ｅ＿ｃａの増減に対するアーム７４ｂの駆動力の増減感度が設定変更前よりも低い状態で、最進角ストッパ７３ｂ側に駆動され、その結果、アーム７４ｂが最進角ストッパ７３ｂに当接する際の衝撃力を低減することができる。
【０１３３】
また、Ｃａｉｎ＿ＶＰＬ≦Ｃａｉｎ≦Ｃａｉｎ＿ＶＰＨの範囲では、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａが値０に近い所定値ＰＯＬＥ＿ｃａ１に設定されることにより、カム位相Ｃａｉｎの目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄへの追従性、良好な収束挙動および外乱抑制能力をいずれも高いレベルで確保することができる。
【０１３４】
本実施形態では、カム位相Ｃａｉｎが制御量に、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄが目標制御量に、位相制御入力Ｕｃａｉｎが制御入力にそれぞれ相当する。
【０１３５】
なお、図１８のテーブルにおいて、しきい値Ｃａｉｎ＿ＶＰＬ，Ｃａｉｎ＿ＶＰＨを、Ｃａｉｎ＿ＶＰＬ−Ｃａｉｎ＿Ｌ≠Ｃａｉｎ＿Ｈ−Ｃａｉｎ＿ＶＰＨとなるような値に設定してもよい。また、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａの算出において、カム位相Ｃａｉｎに代えて、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄに応じて、図１８のテーブルを検索するように構成してもよい。
【０１３６】
次に、圧縮比コントローラ１２０について説明する。この圧縮比コントローラ１２０は、可変圧縮比機構８０を制御するための圧縮比制御入力Ｕｃｒを算出するものであり、図１９に示すように、切換関数設定パラメータ算出部１２１および２自由度ＳＬＤコントローラ１２２を備えている。
【０１３７】
この切換関数設定パラメータ算出部１２１では、圧縮比Ｃｒに応じて、図２０に示すテーブルを検索することにより、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒ）が算出される。同図において、ＰＯＬＥ＿ｃｒ１は、値０に近い負の所定値（例えば値−０．２）に設定され、ＰＯＬＥ＿ｃｒ２は、値−１に近い負の所定値（例えば値−０．９９）に設定されている。
【０１３８】
また、Ｃｒ＿ＬＬ，Ｃｒ＿ＭＬ，Ｃｒ＿ＶＰＬ，Ｃｒ＿ＶＰＨ，Ｃｒ＿ＭＨ，Ｃｒ＿ＨＨは、下式（２３），（２４）が成立するように設定された圧縮比Ｃｒの所定値である。Ｃｒ＿ＬＬ，Ｃｒ＿ＨＨはそれぞれ、所定の最低ホールド値および最高ホールド値であり、前述した圧縮比アクチュエータ８５のアーム８５ｂを最低圧縮比ストッパ８６ａおよび最高圧縮比ストッパ８６ｂに当接した状態に保持するために用いられる。また、Ｃｒ＿ＶＰＬ，Ｃｒ＿ＶＰＨは、所定のしきい値であり、下式（２４）のＤｃｒ＿ｖｐｏｌｅは、正の所定値である。
【０１３９】
【数５】
2006065692.tif 000007
【０１４０】
このテーブルでは、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒは、Ｃｒ≦Ｃｒ＿ＭＬ，Ｃｒ＿ＭＨ≦Ｃｒの範囲では、所定値ＰＯＬＥ＿ｃｒ２に設定され、Ｃｒ＿ＶＰＬ≦Ｃｒ≦Ｃｒ＿ＶＰＨの範囲では、所定値ＰＯＬＥ＿ｃｒ１に設定されている。また、Ｃｒ＿ＭＬ＜Ｃｒ＜Ｃｒ＿ＶＰＬの範囲では、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒは、圧縮比Ｃｒが高いほど、より大きい値に設定され、Ｃｒ＿ＶＰＨ＜Ｃｒ＜Ｃｒ＿ＭＨの範囲では、圧縮比Ｃｒが高いほど、より小さい値に設定されている。
【０１４１】
図２０のテーブルにおいて、以上のように切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒが設定されている理由は、前述した図１５のテーブルにおける切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの設定理由と同じであり、その詳細については後述する。
【０１４２】
本実施形態では、圧縮比コントローラ１２０が制御入力算出手段に相当し、切換関数設定パラメータ算出部１２１が外乱抑制パラメータ設定手段に相当し、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒが外乱抑制パラメータおよび応答指定パラメータに相当する。さらに、最低および最高ールド値Ｃｒ＿ＬＬ，Ｃｒ＿ＨＨが、制御範囲外の所定値に相当し、しきい値Ｃｒ＿ＶＰＬ，Ｃｒ＿ＶＰＨが限界値付近の所定値に相当する。
【０１４３】
一方、２自由度ＳＬＤコントローラ１２２では、圧縮比制御入力Ｕｃｒが、圧縮比Ｃｒおよび目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄに基づき、以下の式（２５）〜（３２）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算出される。すなわち、圧縮比制御入力Ｕｃｒは、圧縮比Ｃｒを目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄに追従・収束させるための値として算出される。
【０１４４】
Cr_cmd_f(k)＝−POLE_f_cr・Cr_cmd_f(k-1)
＋(1＋POLE_f_cr)・Cr_cmd(k)                        ……（２５）
Ucr(k)＝Ueq_cr(k)＋Urch_cr(k)＋Uadp_cr(k)＋Unl_cr(k)            ……（２６）
【０１４５】
【数６】
2006065692.tif 000008
【０１４６】
σ_cr(k)＝E_cr(k)＋POLE_cr・E_cr(k-1)                           ……（３１）
E_cr(k)＝Cr(k)−Cr_cmd_f(k)                                     ……（３２）
【０１４７】
この制御アルゴリズムでは、まず、式（２５）に示す目標値フィルタアルゴリズムすなわち一次遅れフィルタアルゴリズムにより、目標圧縮比のフィルタ値Ｃｒ＿ｃｍｄ＿ｆが算出される。同式（２５）において、ＰＯＬＥ＿ｆ＿ｃｒは、目標値フィルタ設定パラメータであり、−１＜ＰＯＬＥ＿ｆ＿ｃｒ＜０の関係が成立する値に設定される。
【０１４８】
次いで、式（２６）〜（３２）に示すスライディングモード制御アルゴリズムにより、圧縮比制御入力Ｕｃｒが算出される。すなわち、式（２６）に示すように、圧縮比制御入力Ｕｃｒは、等価制御入力Ｕｅｑ＿ｃｒ、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｃｒ、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｃｒおよび非線形入力Ｕｎｌ＿ｃｒの総和として算出される。
【０１４９】
この等価制御入力Ｕｅｑ＿ｃｒは、式（２７）により算出される。同式（２７）において、ａ１＿ｃｒ，ａ２＿ｃｒ，ｂ１＿ｃｒ，ｂ２＿ｃｒは、後述する式（３３）のプラントモデルのモデルパラメータを示しており、所定値に設定されている。
【０１５０】
また、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｃｒは、式（２８）により算出される。同式（２８）において、Ｋｒｃｈ＿ｃｒは、所定の到達則ゲインを表しており、σ＿ｃｒは、式（３１）のように定義される切換関数である。同式（３１）のＥ＿ｃｒは、式（３２）により算出される追従誤差（偏差）である。
【０１５１】
さらに、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｃｒは、式（２９）により算出される。同式（２９）において、Ｋａｄｐ＿ｃｒは、所定の適応則ゲインを表している。また、非線形入力Ｕｎｌ＿ｃｒは、式（３０）により算出される。同式（３０）において、Ｋｎｌ＿ｃｒは、所定の非線形ゲインを表しているとともに、ｓｇｎ（σ＿ｃｒ）は、符号関数を表しており、その値は、σ＿ｃｒ≧０のときにはｓｇｎ（σ＿ｃｒ）＝１となり、σ＿ｃｒ＜０のときにはｓｇｎ（σ＿ｃｒ）＝−１となる（なお、σ＿ｃｒ＝０のときに、ｓｇｎ（σ＿ｃｒ）＝０と設定してもよい）。
【０１５２】
以上の式（２５）〜（３２）は、前述した式（３）〜（１０）の導出手法と同様の手法により導出される。すなわち、プラントを、圧縮比制御入力Ｕｃｒを入力とし、圧縮比Ｃｒ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（３３）が得られる。この式（３３）のモデルに基づき、圧縮比Ｃｒが目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄに収束するように、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御理論を適用すると、前述した式（２５）〜（３２）が導出される。
Cr(k+1)＝a1_cr・Cr(k)＋a2_cr・Cr(k-1)
＋b1_cr・Ucr(k)＋b2_cr・Ucr(k-1)                       ……（３３）
【０１５３】
以上の２自由度ＳＬＤコントローラ１２２の制御アルゴリズムでは、前述したように、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒを−１＜ＰＯＬＥ＿ｃｒ＜０の範囲内で変更することにより、外乱抑制能力を変更することができる。したがって、本実施形態では、可変圧縮比機構８０において、圧縮比アクチュエータ８５のアーム８５ｂが最低圧縮比ストッパ８６ａおよび最高圧縮比ストッパ８６ｂに当接する際の衝撃力を低減するために、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒが、前述した図２０のテーブルのように設定されている。すなわち、圧縮比Ｃｒが、最低値Ｃｒ＿Ｌ側に制御されている場合において、最低値Ｃｒ＿Ｌ付近のしきい値Ｃｒ＿ＶＰＬよりも最低値Ｃｒ＿Ｌ側の値になったときには、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒが、圧縮比Ｃｒが最低値Ｃｒ＿Ｌ側の値であるほど、より所定値ＰＯＬＥ＿ｃｒ２に近い値に設定される。すなわち、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒが、追従誤差Ｅ＿ｃｒの増大化を許容し、外乱抑制能力がより小さくなるような値に設定される。それにより、アーム８５ｂが、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒの設定変更前の回動速度を保持しながら、追従誤差Ｅ＿ｃｒの増減に対するアーム８５ｂの駆動力の増減感度が設定変更前よりも低い状態で、最低圧縮比ストッパ８６ａ側に駆動されることになり、その結果、アーム８５ｂが最低圧縮比ストッパ８６ａに当接する際の衝撃力を低減することができる。
【０１５４】
一方、これとは逆に、圧縮比Ｃｒが、最高値Ｃｒ＿Ｈ側に制御されている場合において、最高値Ｃｒ＿Ｈ付近のしきい値Ｃｒ＿ＶＰＨよりも最高値Ｃｒ＿Ｈ側の値になったときには、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒが、圧縮比Ｃｒが最高値Ｃｒ＿Ｈ側の値であるほど、より所定値ＰＯＬＥ＿ｃｒ２に近い値に設定される。すなわち、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒが、追従誤差Ｅ＿ｃｒの増大化を許容し、外乱抑制能力がより小さくなるような値に設定される。それにより、圧縮比アクチュエータ８５のアーム８５ｂが、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒの設定変更前の回動速度を保持しながら、追従誤差Ｅ＿ｃｒの増減に対するアーム８５ｂの駆動力の増減感度が設定変更前よりも低い状態で、最高圧縮比ストッパ８６ｂ側に駆動されることになり、その結果、アーム８５ｂが最高圧縮比ストッパ８６ｂに当接する際の衝撃力を低減することができる。
【０１５５】
また、Ｃｒ＿ＶＰＬ≦Ｃｒ≦Ｃｒ＿ＶＰＨの範囲では、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒを値０に近い所定値ＰＯＬＥ＿ｃｒ１に設定することにより、圧縮比Ｃｒの目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄへの追従性、良好な収束挙動および外乱抑制能力をいずれも高いレベルで確保することができる。
【０１５６】
本実施形態では、圧縮比Ｃｒが制御量に、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄが目標制御量に、圧縮比制御入力Ｕｃｒが制御入力にそれぞれ相当する。
【０１５７】
なお、図２０のテーブルにおいて、しきい値Ｃｒ＿ＶＰＬ，Ｃｒ＿ＶＰＨを、Ｃｒ＿ＶＰＬ−Ｃｒ＿Ｌ≠Ｃｒ＿Ｈ−Ｃｒ＿ＶＰＨとなるような値に設定してもよい。また、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａの算出において、圧縮比Ｃｒに代えて、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄに応じて、図２０のテーブルを検索するように構成してもよい。
【０１５８】
以下、図２１を参照しながら、ＥＣＵ２により実行される可変機構制御処理について説明する。なお、以下の説明では、可変バルブリフト機構５０、可変カム位相機構７０および可変圧縮比機構８０をまとめて「３つの可変機構」という。本処理は、３つの可変機構を制御するための３つの制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎ，Ｕｃａｉｎ，Ｕｃｒを算出するものであり、所定の制御周期ΔＴ（例えば５ｍｓｅｃ）で実行される。
【０１５９】
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、回動角センサ２３の検出信号に基づき、バルブリフトの検出値Ｌｉｆｔｉｎ＿ａｄを算出する。
【０１６０】
次いで、ステップ２に進み、リフト故障フラグＦ＿ＬＩＦＴＮＧが「１」であるか否かを判別する。このリフト故障フラグＦ＿ＬＩＦＴＮＧは、ＩＧ・ＳＷ２７がＯＦＦ状態からＯＮされたときに「０」に設定され、後述する条件が成立したときに「１」に設定される。
【０１６１】
ステップ２の判別結果がＮＯのとき、例えばＩＧ・ＳＷ２７がＯＮされた直後のときには、ステップ３に進み、初期化終了フラグＦ＿ｉｎｉ＿ｄｏｎｅが「１」であるか否かを判別する。この初期化終了フラグＦ＿ｉｎｉ＿ｄｏｎｅは、ＩＧ・ＳＷ２７がＯＦＦ状態からＯＮされたときに「０」に設定され、後述するように、リフト補正値Ｃｏｍｐ＿Ｌｉｆｔｉｎが算出されたときに「１」に設定される。
【０１６２】
ステップ３の判別結果がＮＯのとき、例えばＩＧ・ＳＷ２７がＯＮされた直後のときには、ステップ４に進み、ステップ１で算出した検出値Ｌｉｆｔｉｎ＿ａｄをバルブリフトＬｉｆｔｉｎとして設定する。
【０１６３】
次に、ステップ５に進み、可変バルブリフト機構５０の初期化処理を実行する。この処理は、回動角センサ２３の較正を行うとともに、可変バルブリフト機構５０の故障判定を行うものであり、具体的には、図２２に示すように実行される。まず、ステップ１０で、初期化タイマの計時値Ｔｍ＿ｉｎｉに応じて、図２３に示すテーブル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。この初期化タイマは、初期化処理の実行時間、すなわちＩＧ・ＳＷ２７がＯＦＦ状態からＯＮされた以降の時間を計時するものであり、アップカウント式のタイマで構成されている。
【０１６４】
同図２３において、Ｔｍ１は所定値を、Ｌｉｆｔｉｎ＿ｉｎｉｓｔは所定の初期値を、Ｌｉｆｔｉｎ＿ｉｎｉｏｋは所定のしきい値をそれぞれ表しており、これらの値は、Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌ＜Ｌｉｆｔｉｎ＿ｉｎｉｏｋ＜Ｌｉｆｔｉｎ＿ｉｎｉｓｔの関係が成立するような値に設定されている。このしきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ｉｎｉｏｋは、後述するように、短アーム６５が氷結などの理由により最小リフトストッパ６７ａ側に回動不能となっているか否かを判別するのに用いられる値であり、そのため、バルブリフトの最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌよりも若干、大きい値に設定されている。
【０１６５】
このテーブルでは、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄは、Ｔｍ＿ｉｎｉ＜Ｔｍ１の範囲では、計時値Ｔｍ＿ｉｎｉが大きいほど、より小さい値に設定され、Ｔｍ１≦Ｔｍ＿ｉｎｉの範囲では、前述した最小ホールド値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＬＬに設定されている。これは、ＩＧ・ＳＷ２７がＯＦＦ状態からＯＮされた以降、短アーム６５を、時間の経過に伴って最小リフトストッパ６７ａ側に回動させ、最終的にこれに確実に当接させるためである。
【０１６６】
ステップ１０に続くステップ１１では、バルブリフトＬｉｆｔｉｎに応じて、前述した図１５のテーブルを検索することにより、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆを算出する。
【０１６７】
次いで、ステップ１２で、前述した式（３）〜（１０）のアルゴリズムにより、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出する。その後、ステップ１３に進み、バルブリフトの今回値Ｌｉｆｔｉｎと前回値ＬｉｆｔｉｎＺ（＝Ｌｉｆｔｉｎ（ｋ−１））との偏差を、リフト変化量Ｄｌｉｆｔｉｎとして設定する。
【０１６８】
次に、ステップ１４で、Ｄｌｉｆｔｉｎ＜Ｄｌｉｆｔｉｎ＿ｓｔｐおよびＬｉｆｔｉｎ＜Ｌｉｆｔｉｎ＿ｉｎｉｏｋがいずれも成立しているか否かを判別する。これらの２つの条件は、具体的には、短アーム６５が最小リフトストッパ６７ａに当接した状態に保持されているか否かを判別するためのものであり、Ｄｌｉｆｔｉｎ＿ｓｔｐは、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが変化していないことを判別するための所定のしきい値である。
【０１６９】
このステップ１４の判別結果がＮＯのとき、すなわちバルブリフトＬｉｆｔｉｎがしきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ｉｎｉｏｋに達していないか、またはバルブリフトＬｉｆｔｉｎが変化しているときには、ステップ１７に進み、初期化タイマの計時値Ｔｍ＿ｉｎｉが所定の故障判定値ＴＭ＿ＩＮＩ＿ＮＧよりも大きいか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。
【０１７０】
一方、ステップ１４の判別結果がＹＥＳのとき、すなわちバルブリフトＬｉｆｔｉｎがしきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ｉｎｉｏｋよりも小さくなりかつ変化していないことで、短アーム６５が最小リフトストッパ６７ａに当接している状態にあるときには、ステップ１５に進み、リフト補正値Ｃｏｍｐ＿Ｌｉｆｔｉｎを、バルブリフトの検出値から最小値を減算した値（Ｌｉｆｔｉｎ＿ａｄ−Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌ）に設定する。このリフト補正値Ｃｏｍｐ＿Ｌｉｆｔｉｎは、後述するように、バルブリフトの検出値Ｌｉｆｔｉｎ＿ａｄを補正するために用いられる。すなわち、回動角センサ２３の較正に用いられる。
【０１７１】
次いで、ステップ１６に進み、初期化処理が終了したことを表すために、初期化終了フラグＦ＿ｉｎｉ＿ｄｏｎｅを「１」に設定した後、本処理を終了する。
【０１７２】
一方、ステップ１７の判別結果がＹＥＳのときには、時間が十分に経過したにもかかわらず、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが、しきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ｉｎｉｏｋに達していないかまたはその変化度合いが大きいことで、可変バルブリフト機構５０が故障状態にあるとして、ステップ１８に進み、それを表すためにリフト故障フラグＦ＿ＬＩＦＴＮＧを「１」に設定した後、本処理を終了する。
【０１７３】
図２２に戻り、ステップ５の初期化処理を以上のように実行した後、本処理を終了する。
【０１７４】
一方、ステップ３の判別結果がＹＥＳのとき、すなわち、前述したステップ５の初期化処理で、リフト補正値Ｃｏｍｐ＿Ｌｉｆｔｉｎを算出済みであるときには、ステップ６に進み、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを、バルブリフトの検出値からリフト補正値を減算した値（Ｌｉｆｔｉｎ＿ａｄ−Ｃｏｍｐ＿Ｌｉｆｔｉｎ）に設定する。すなわち、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが、検出値Ｌｉｆｔｉｎ＿ａｄをリフト補正値Ｃｏｍｐ＿Ｌｉｆｔｉｎで補正することにより算出され、このように回動角センサ２３の較正が行われる。以上のようにステップ６でバルブリフトＬｉｆｔｉｎを算出した後、ステップ７に進む。一方、ステップ２の判別結果がＹＥＳのときにも、ステップ７に進む。
【０１７５】
ステップ２または６に続くステップ７では、故障判定処理を実行する。この故障判定処理では、以下に述べるように、３つの可変機構の少なくとも１つが故障しているか否かが判定されるとともに、少なくとも１つが故障していると判定されたときには、それを表すために、可変機構故障フラグＦ＿ＶＤＮＧが「１」に設定され、それ以外のときには、可変機構故障フラグＦ＿ＶＤＮＧが「０」に設定される。
【０１７６】
より具体的には、可変バルブリフト機構５０の故障判定は、前述したリフト故障フラグＦ＿ＬＩＦＴＮＧの値に応じて実行される。また、可変カム位相機構７０の故障判定は、以下のように実行される。すなわち、カム位相Ｃａｉｎと目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄとの偏差の絶対値が所定のしきい値を超える状態が所定時間以上、継続したとき、または位相制御入力Ｕｃａｉｎの絶対値が所定のしきい値を超える状態が、所定時間以上、継続したときには、可変カム位相機構７０が故障していると判定され、それ以外のときには、可変カム位相機構７０が正常であると判定される。
【０１７７】
さらに、可変圧縮比機構８０の故障判定は、以下のように実行される。すなわち、圧縮比Ｃｒと目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄとの偏差の絶対値が所定のしきい値を超える状態が所定時間以上、継続したとき、または圧縮比制御入力Ｕｃｒの絶対値が所定のしきい値を超える状態が、所定時間以上、継続したときには、可変圧縮比機構８０が故障していると判定され、それ以外のときには、可変圧縮比機構８０が正常であると判定される。
【０１７８】
ステップ７に続くステップ８で、以下に述べるように制御入力算出処理を実行した後、本処理を終了する。
【０１７９】
次に、図２４を参照しながら、上記制御入力算出処理について説明する。この処理では、まず、ステップ２０で、可変機構故障フラグＦ＿ＶＤＮＧが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、３つの可変機構がいずれも正常であるときには、ステップ２１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。
【０１８０】
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・ＳＷ２７の出力信号に応じて、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ものであり、具体的には、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。
【０１８１】
ステップ２１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２２に進み、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、エンジン水温ＴＷに応じて、図２５に示すテーブルを検索することにより算出する。
【０１８２】
このテーブルでは、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄは、エンジン水温ＴＷが所定値ＴＷＲＥＦ１より高い範囲では、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とともに、ＴＷ≦ＴＷＲＥＦ１の範囲では、所定値Ｌｉｆｔｉｎｒｅｆに設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが低い場合、可変バルブリフト機構５０のフリクションが増大するので、それを補償するためである。
【０１８３】
なお、ステップ２２における目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄの算出では、テーブル検索値が最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌになったときには、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌよりも小さい最小ホールド値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＬＬに設定されるとともに、テーブル検索値が最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈになったときには、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが、最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈよりも大きい最大ホールド値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＨＨに設定される。これは、前述したように、短アーム６５を最小および最大リフトストッパ６７ａ，６７ｂに確実に当接させるためであり、後述するステップ３３，３６のマップ検索においても、同じ理由により上記と同様の手法で、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが算出される。
【０１８４】
次いで、ステップ２３で、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄを、エンジン水温ＴＷに応じて、図２６に示すテーブルを検索することにより算出する。
【０１８５】
このテーブルでは、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄは、エンジン水温ＴＷが所定値ＴＷＲＥＦ２より高い範囲では、エンジン水温ＴＷが低いほど、より遅角側の値に設定されているとともに、ＴＷ≦ＴＷＲＥＦ２の範囲では、所定値Ｃａｉｎｒｅｆに設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが低い場合、カム位相Ｃａｉｎをエンジン水温ＴＷが高い場合よりも遅角側に制御し、バルブオーバーラップを小さくすることで、吸気流速を上昇させ、燃焼の安定化を図るためである。
【０１８６】
なお、ステップ２３における目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄの算出では、テーブル検索値が最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌになったときには、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄが最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌよりも遅角側の最遅角ホールド値Ｃａｉｎ＿ＬＬに設定されるとともに、テーブル検索値が最進角値Ｃａｉｎ＿Ｈになったときには、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄが、最進角値Ｃａｉｎ＿Ｈよりも進角側の最進角ホールド値Ｃａｉｎ＿ＨＨに設定される。これは、電磁ブレーキ７２のアーム７４ｂを最遅角および最進角ストッパ７３ａ，７３ｂに確実に当接させるためであり、後述するステップ３４，３７のマップ検索においても、同じ理由により上記と同様の手法で、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄが算出される。
【０１８７】
次に、ステップ２４で、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄを所定の始動時用値Ｃｒ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋに設定する。この始動時用値Ｃｒ＿ｃｍｄ＿ｃｒｋは、クランキング中のエンジン回転数ＮＥを上昇させ、未燃ＨＣの発生を抑制できるような低圧縮比側の値に設定されている。
【０１８８】
次いで、ステップ２５に進み、前述したように、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆを、バルブリフトＬｉｆｔｉｎに応じて、図１５に示すテーブルを検索することにより算出する。その後、ステップ２６で、前述した式（３）〜（１０）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、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを算出する。
【０１８９】
次に、ステップ２７に進み、前述したように、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａを、カム位相Ｃａｉｎに応じて、図１８に示すテーブルを検索することにより算出する。その後、ステップ２８で、前述した式（１４）〜（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、位相制御入力Ｕｃａｉｎを算出する。
【０１９０】
次いで、ステップ２９に進み、前述したように、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒを、圧縮比Ｃｒに応じて、図２０に示すテーブルを検索することにより算出する。その後、ステップ３０で、前述した式（２５）〜（３２）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、圧縮比制御入力Ｕｃｒを算出する。以上のステップ３０で、圧縮比制御入力Ｕｃｒを算出した後、本処理を終了する。
【０１９１】
一方、ステップ２１の判別結果がＮＯで、エンジン始動制御中でないときには、ステップ３１に進み、アクセル開度ＡＰが所定値ＡＰＲＥＦより小さいか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、アクセルペダルが踏まれていないときには、ステップ３２に進み、触媒暖機タイマの計時値Ｔｃａｔが所定値Ｔｃａｔｌｍｔより小さいか否かを判別する。この触媒暖機タイマは、触媒暖機制御処理の実行時間を計時するものであり、アップカウント式のタイマで構成されている。
【０１９２】
この判別結果がＹＥＳで、Ｔｃａｔ＜Ｔｃａｔｌｍｔのときには、触媒暖機制御を実行すべきであるとして、ステップ３３に進み、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを、触媒暖機タイマの計時値Ｔｃａｔおよびエンジン水温ＴＷに応じて、図２７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、ＴＷ１〜ＴＷ３は、ＴＷ１＜ＴＷ２＜ＴＷ３の関係が成立するエンジン水温ＴＷ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。
【０１９３】
このマップでは、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄは、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、エンジン水温ＴＷが低いほど、触媒の活性化に要する時間が長くなるので、排気ガスボリュームを大きくすることで、触媒の活性化に要する時間を短縮するためである。これに加えて、このマップでは、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄは、触媒暖機タイマの計時値Ｔｃａｔが小さい領域では、計時値Ｔｃａｔが大きいほど、より大きな値に設定され、計時値Ｔｃａｔが大きい領域では、計時値Ｔｃａｔが大きいほど、より小さな値に設定されている。これは、触媒暖機制御の実行時間が経過するのに伴い、エンジン３の暖機が進むことで、フリクションが低下した場合において、吸入空気量を低減しないと、エンジン回転数ＮＥを目標値に維持するために点火時期が過剰にリタード制御された状態となり、燃焼状態が不安定になってしまうので、それを回避するためである。
【０１９４】
次いで、ステップ３４で、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄを、触媒暖機タイマの計時値Ｔｃａｔおよびエンジン水温ＴＷに応じて、図２８に示すマップを検索することにより算出する。
【０１９５】
このマップでは、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄは、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、エンジン水温ＴＷが低いほど、上述したように触媒の活性化に要する時間が長くなるので、ポンピングロスを減少させ、吸入空気量を増大させることで、触媒の活性化に要する時間を短縮するためである。これに加えて、このマップでは、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄは、触媒暖機タイマの計時値Ｔｃａｔが小さい領域では、計時値Ｔｃａｔが大きいほど、より遅角側の値に設定され、計時値Ｔｃａｔが大きい領域では、計時値Ｔｃａｔが大きいほど、より進角側の値に設定されている。これは、図２７の説明で述べたのと同じ理由による。
【０１９６】
次に、ステップ３５で、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄを所定の暖機制御用値Ｃｒ＿ｃｍｄ＿ａｓｔに設定する。この暖機制御用値Ｃｒ＿ｃｍｄ＿ａｓｔは、触媒の活性化に要する時間を短縮するために、熱効率を低下させ、排ガス温度を高めることができるような低圧縮比側の値に設定されている。
【０１９７】
ステップ３５に続いて、前述したように、ステップ２５〜３０を実行した後、本処理を終了する。
【０１９８】
一方、ステップ３１または３２の判別結果がＮＯのとき、すなわちアクセルペダルが踏まれているとき、またはＴｃａｔ≧Ｔｃａｔｌｍｔであるときには、ステップ３６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２９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。
【０１９９】
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。
【０２００】
次いで、ステップ３７で、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３０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。
【０２０１】
次に、ステップ３８で、目標圧縮比Ｃｒ＿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３１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、目標圧縮比Ｃｒ＿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、より小さな値に設定されている。これは、高負荷域になるほど、すなわちノッキングが発生しやすくなるほど、低圧縮比化することで、点火時期が過剰にリタード制御された状態となるのを回避し、燃焼効率の低下を回避するためである。
【０２０２】
なお、ステップ３８における目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄの算出では、マップ検索値が最低値Ｃｒ＿Ｌになったときには、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄが最低値Ｃｒ＿Ｌよりも最低ホールド値Ｃｒ＿ＬＬに設定されるとともに、マップ検索値が最高値Ｃｒ＿Ｈになったときには、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄが、最高値Ｃｒ＿Ｈよりも高い最高ホールド値Ｃｒ＿ＨＨに設定される。これは、アーム８５ｂを最低圧縮比および最高圧縮比ストッパ８６ａ，８６ｂに確実に当接させるためである。
【０２０３】
ステップ３８に続いて、前述したように、ステップ２５〜３０を実行した後、本処理を終了する。
【０２０４】
一方、ステップ２０の判別結果がＹＥＳで、３つの可変機構の少なくとも１つが故障しているときには、ステップ３９に進み、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎを所定の故障時用値Ｕｌｉｆｔｉｎ＿ｆｓに、位相制御入力Ｕｃａｉｎを所定の故障時用値Ｕｃａｉｎ＿ｆｓに、圧縮比制御入力Ｕｃｒを所定の故障時用値Ｕｃｒ＿ｆｓにそれぞれ設定した後、本処理を終了する。これにより、前述したように、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌに、カム位相Ｃａｉｎが最遅角値Ｃａｉｎ＿Ｌに、圧縮比Ｃｒが最低値Ｃｒ＿Ｌにそれぞれ保持され、それにより、停車中はアイドル運転やエンジン始動を適切に実行できると同時に、走行中は低速走行状態を維持することができる。
【０２０５】
次に、以上のように構成された本実施形態の制御装置１による制御結果について説明する。図３２は、前述した可変バルブリフト機構５０の初期化処理を実行した際の制御結果例を示している。同図に示すように、ＩＧ・ＳＷ２７がＯＦＦ状態からＯＮされた以降（時刻ｔ０以降）、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが、時間の経過に伴って最小ホールド値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＬＬ側に変化し、最終的に最小ホールド値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＬＬになると、バルブリフトＬｉｆｔｉｎすなわち検出値Ｌｉｆｔｉｎ＿ａｄがしきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ｉｎｉｏｋを横切り、しきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬを下回った時点（時刻ｔ１）以降、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ１から所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ２側に変化し、最終的に所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ２に設定される。
【０２０６】
このように、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの値が値−１に近い所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ２側の値に設定されることで、外乱抑制能力が低下し、追従誤差Ｅ＿ｌｆの増大を許容する状態となるので、短アーム６５の最小リフトストッパ６７ａ側への回動速度を、所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ１のときの値を保ったままで、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎによる短アーム６５の駆動力が低減され、短アーム６５が最小リフトストッパ６７ａに当接する際の衝撃力が低減される。これに加えて、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが最小ホールド値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＬＬに設定されることにより、短アーム６５が最小リフトストッパ６７ａに確実に当接した状態に保持され、それにより、補正値Ｃｏｍｐ＿Ｌｉｆｔｉｎが適切に算出される。その結果、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが、可変バルブリフト機構５０の経年変化などの影響を受けることのない、実際のバルブリフトの値を示すものとして算出される。すなわち、回動角センサ２３の較正が適切に行われる。
【０２０７】
また、図３３は、可変バルブリフト機構５０を介して、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌと最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈとの間で制御した場合の制御結果例を示している。同図に示すように、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄのテーブル検索値またはマップ検索値が最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈになると（時刻ｔ１０）、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが最大ホールド値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＨＨに設定される。そして、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが所定のしきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨを横切った時点（時刻ｔ１１）で、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ１から値−１に近い所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ２側に変化するように設定される。これにより、短アーム６５の最大リフトストッパ６７ｂ側への回動速度を、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの変化前の値を保持したままで、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎによる短アーム６５の駆動力が低減され、短アーム６５が最大リフトストッパ６７ｂに当接する際の衝撃力が低減される。
【０２０８】
また、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄのテーブル検索値またはマップ検索値が最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈを下回ると（時刻ｔ１２）、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄがその検索値に設定される。そして、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが所定のしきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨを横切った時点（時刻ｔ１３）で、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ２から値０に近い所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ１値側に変化するように設定される。これにより、短アーム６５の最小リフトストッパ６７ａ側への駆動力が増大する。その後、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄのテーブルまたはマップ検索値が最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌになると（時刻ｔ１４）、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが最小ホールド値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＬＬに設定される。そして、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが所定のしきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬを横切った時点（時刻ｔ１５）で、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ１から値−１に近い所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ２側に変化するように設定される。それにより、短アーム６５が最小リフトストッパ６７ａに当接する際の衝撃力が低減される。
【０２０９】
以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、可変バルブリフト機構５０を制御するためのリフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが、バルブリフトＬｉｆｔｉｎが目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに追従・収束するように、式（３）〜（１０）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。この制御アルゴリズムは、スライディングモード制御アルゴリズムを含んでいるので、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの値を−１＜ＰＯＬＥ＿ｌｆ＜０の範囲内で変更するだけで、制御系の安定性を損なうことなく、外乱抑制能力を迅速に変更することができる。より具体的には、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆが値−１に近い値に設定されるほど、外乱抑制能力がより小さくなるように、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎが算出される。この場合、前述したように、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆは、Ｌｉｆｔｉｎ＜Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨ＜Ｌｉｆｔｉｎの範囲にあるときには、それ以外の範囲にあるときよりも値−１側の値に設定され、特に、Ｌｉｆｔｉｎ≦Ｌｉｆｔｉｎ＿ＭＬ，Ｌｉｆｔｉｎ＿ＭＨ≦Ｌｉｆｔｉｎの範囲では、値−１に近い所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ２に設定される。
【０２１０】
したがって、アクチュエータ６０の短アーム６５が最小リフトストッパ６７ａ側または最大リフトストッパ６７ｂ側に駆動される際、バルブリフトＬｉｆｔｉｎがしきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬまたはしきい値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨに達したとき、すなわち短アーム６５が最小リフトストッパ６７ａまたは最大リフトストッパ６７ｂ付近の位置に達したときには、アクチュエータ６０の短アーム６５が、追従誤差Ｅ＿ｌｆの増減に対する短アーム６５の駆動力の増減感度が設定変更前よりも低い状態で、最小リフトストッパ６７ａまたは最大リフトストッパ６７ｂ側に駆動される。その結果、最小リフトストッパ６７ａまたは最大リフトストッパ６７ｂに当接する際の衝撃力を低減することができ、それにより、短アーム６５、最小リフトストッパ６７ａおよび最大リフトストッパ６７ｂの変形などを回避できるとともに、可変バルブリフト機構５０の寿命を延ばすことができる。これに加えて、制御アルゴリズムの特性により、短アーム６５の回動速度を低下させることなく、衝撃力を低減できるので、駆動時間が長くなるのを回避できる。以上のように、衝撃力の低減および駆動時間の短縮を両立させることができる。これに加えて、短アーム６５、最小リフトストッパ６７ａおよび最大リフトストッパ６７ｂに緩衝材を設けるなどの構造上の設計変更を行う必要がないので、製造コストを削減できるとともに、設計の自由度を向上させることができる。
【０２１１】
また、前述したように、リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎ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、目標値フィルタアルゴリズムにより、バルブリフトＬｉｆｔｉｎの目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄへの追従速度を適切に設定することができるとともに、スライディングモード制御アルゴリズムにより、バルブリフトＬｉｆｔｉｎの目標バルブリフトのフィルタ値Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ＿ｆへの追従挙動、すなわちバルブリフトＬｉｆｔｉｎの目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄへの追従挙動を適切に設定することができる。それにより、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを、オーバーシュートの発生を回避しながら、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄに精度良く追従させることができる。その結果、短アーム６５が最小リフトストッパ６７ａ側または最大リフトストッパ６７ｂ側に駆動された場合、短アーム６５が最小リフトストッパ６７ａ側または最大リフトストッパ６７ｂに当接する際の衝撃力をより確実に低減することができる。
【０２１２】
また、一般に、可変バルブリフト機構５０などの可動機構では、短アーム６５を最小リフトストッパ６７ａまたは最大リフトストッパ６７まで駆動する際、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄを最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌまたは最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈに設定すると、可変バルブリフト機構５０の個体間の動作特性のばらつきおよび経年変化などに起因して、短アーム６５が最大リフトストッパ６７ｂまたは最大リフトストッパ６７ｂまで到達しない可能性がある。これに対して、この制御装置１によれば、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄのテーブル検索値またはマップ検索値が最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈになったときには、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈよりも大きい所定の最大ホールド値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＨＨに設定されるので、短アーム６５を、最大リフトストッパ６７ｂまで確実に駆動し、当接させることができる。これと同様に、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄのテーブル検索値またはマップ検索値が最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌになったときには、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄが最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌよりも小さい所定の最小ホールド値Ｌｉｆｔｉｎ＿ＬＬに設定されるので、短アーム６５を、最小リフトストッパ６７ａまで確実に駆動し、当接させることができる。
【０２１３】
それにより、前述した初期化処理において、短アーム６５を最小リフトストッパ６７ａに当接した状態を意図的に作り出し、リフト補正値Ｃｏｍｐ＿Ｌｉｆｔｉｎを適切に算出することができるとともに、このリフト補正値Ｃｏｍｐ＿Ｌｉｆｔｉｎで検出値Ｌｉｆｔｉｎ＿ａｄを補正したバルブリフトＬｉｆｔｉｎを用いながら、バルブリフト制御を実行することができる。すなわち、可変バルブリフト機構５０の経年変化などに起因する検出値Ｌｉｆｔｉｎ＿ａｄと実際の値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌとのずれを反映させながら、バルブリフトＬｉｆｔｉｎを補正でき、回動角センサ２３の較正を適切に行うことができる。それにより、制御精度を向上させることができる。
【０２１４】
また、位相制御入力Ｕｃａｉｎも、上記リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎの場合と同様の制御アルゴリズム［式（１４）〜（２１）］で算出されるとともに、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａも、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆと同様に設定されるので、前述した作用効果を得ることができる。すなわち、電磁ブレーキ７２のアーム７４ｂを２つのストッパ７３ａ，７３ｂ側に駆動する場合、ストッパ７３ａ，７３ｂに当接する際の衝撃力の低減および駆動時間の短縮を両立させることができる。
【０２１５】
さらに、圧縮比制御入力Ｕｃｒも、上記リフト制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎの場合と同様の制御アルゴリズム［式（２５）〜（３２）］で算出されるとともに、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒも、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆと同様に設定されるので、前述した作用効果を得ることができる。すなわち、圧縮比アクチュエータ８５のアーム８５ｂが２つのストッパ８６ａ，８６ｂに当接する際の衝撃力の低減および駆動時間の短縮を両立させることができる。
【０２１６】
なお、第１実施形態は、本発明の制御装置１を、可動部を２つの規制部に当接させる可動機構に適用した例であるが、本発明の制御装置１はこれに限らず、可動部を１つまたは３つ以上の規制部に当接させる可動機構に適用可能である。例えば、可動機構として、最大リフトストッパ６７ｂのみを備えた可変バルブリフト機構５０を用いてもよい。さらに、可変バルブリフト機構５０において、出没可能なストッパを、短アーム６５の回動範囲における、最大リフトストッパ６７ｂと最小リフトストッパ６７ａとの間の位置に設け、必要に応じて、短アーム６５をこのストッパに当接させるように構成してもよい。
【０２１７】
また、第１実施形態は、図１５のテーブルを検索することにより、短アーム６５が最小リフトストッパ６７ａ付近または最大リフトストッパ６７付近まで駆動された際、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの値を所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ１から所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ２に変更するように構成した例であるが、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの値を変更する手法はこれに限らず、短アーム６５が最小リフトストッパ６７ａ付近または最大リフトストッパ６７付近まで駆動された際、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの値が所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ１から所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ２に変更される手法であればよい。例えば、図１５のテーブルにおける横軸を、回動角センサ２３により検出された短アーム６５の回動角θｌｉｆｔの所定値に置き換えたテーブルを用い、回動角θｌｉｆｔの検出値に応じて、そのテーブルを検索することにより、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの値を算出するとともに、回動角θｌｉｆｔが、短アーム６５が最小リフトストッパ６７ａ付近または最大リフトストッパ６７付近まで駆動されたことを表す値のときには、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆを、所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ１から所定値ＰＯＬＥ＿ｌｆ２に変更するように構成してもよい。
【０２１８】
さらに、第１実施形態は、制御量が目標制御量に追従するように、可動機構を制御するための制御入力を算出する所定の制御アルゴリズムとして、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムを用いた例であるが、所定の制御アルゴリズムはこれに限らず、制御量が目標制御量に追従するように制御入力を算出できるものであればよい。例えば、ＰＩＤ制御アルゴリズムなどの一般的なフィードバック制御アルゴリズムを用いてもよい。
【０２１９】
また、第１実施形態は、応答指定型制御アルゴリズムとして、スライディングモード制御アルゴリズムを用いた例であるが、応答指定型制御アルゴリズムはこれに限らず、バックステッピング制御アルゴリズムなどの、制御量の目標制御量への応答速度を指定できる制御アルゴリズムであればよい。
【０２２０】
さらに、第１実施形態は、２自由度制御アルゴリズムとして、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御アルゴリズムを用いた例であるが、２自由度制御アルゴリズムはこれに限らないことは言うまでもない。例えば、２自由度制御アルゴリズムとして、１次遅れフィルタアルゴリズムなどの目標値フィルタアルゴリズムに、ＰＩＤ制御アルゴリズムなどのフィードバック制御アルゴリズムを組み合わせたものを用いてもよい。
【０２２１】
また、第１実施形態は、３つの制御入力Ｕｌｉｆｔｉｎ，Ｕｃａｉｎ，Ｕｃｒをそれぞれ３つの可変機構にそのまま入力した例であるが、各制御入力を他の電気回路およびコントローラなどにより処理した値を各可変機構に入力するように構成してもよい。例えば、位相制御入力ＵｃａｉｎをΔΣ変調アルゴリズムに基づく制御アルゴリズムにより変調し、その変調した値を可変カム位相機構７０に入力するようにしてもよい。
【０２２２】
さらに、第１実施形態は、可変バルブリフト機構５０の初期化処理をＩＧ・ＳＷ２７がＯＦＦ状態からＯＮされたときに実行した例であるが、初期化処理の実行タイミングはこれに限らないことは言うまでもない。例えば、初期化処理を、エンジン３の停止後や、フューエルカット運転中、アイドル運転中に実行するようにしてもよい。さらに、可変カム位相機構７０および可変圧縮比機構８０の初期化処理を、図２２の可変バルブリフト機構５０の初期化処理と同様の手法により実行してもよい。
【０２２３】
次に、図３４〜３６を参照しながら、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。本実施形態の制御装置１Ａは、内燃機関の吸気管１２に設けられたスロットル弁機構９０を制御するものである。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。
【０２２４】
図３４に示すように、スロットル弁機構９０は、電子制御式のものであり、吸気管１２の途中に設けられたスロットル弁９１と、これを開閉駆動するＴＨアクチュエータ９２と、スロットル弁９１の回動を規制する全開ストッパ９３などを備えている。本実施形態では、スロットル弁機構９０が可動機構に相当し、スロットル弁９１が可動部に相当し、吸気管１２および全開ストッパ９３が規制部に相当する。
【０２２５】
スロットル弁９１は、吸気管１２に回動自在に取り付けられた回動軸９１ａと、これと一体に回動する弁体９１ｂなどで構成されており、弁体９１ｂが吸気管１２の内壁に当接する全閉位置（図３４に実線で示す位置）と、弁体９１ｂが全開ストッパ９３に当接する全開位置（図３４に２点鎖線で示す位置）との間で回動自在に設けられている。スロットル弁９１が全閉位置にあるときには、スロットル弁９１により吸気通路１２ａが全閉状態に保持されるとともに、全開位置にあるときには、吸気通路１２ａ内を流れる空気の流量Ｇｉｎがその最大値を示すようになっている。スロットル弁９１の回動軸９１ａには、断面扇形のギヤ９１ｃが固定されている。
【０２２６】
また、ＴＨアクチュエータ９２は、ＥＣＵ２に接続されたモータ９２ａと、その回転軸の一端部に固定されたギヤ９２ｂなどを備えており、このギヤ９２ｂは、上記ギヤ９１ｃと常に噛み合うように設けられている。ＴＨアクチュエータ９２は、ＥＣＵ２からの開度制御入力Ｕｔｈで駆動されることにより、スロットル弁９１を全閉位置と全開位置との間で回動させ、それにより、吸気通路１２ａ内を流れる空気の流量Ｇｉｎを変化させる。
【０２２７】
また、スロットル弁９１の回動軸９１ａには、スロットル弁９１を開弁方向および閉弁方向にそれぞれ付勢する２つのばね（いずれも図示せず）が取り付けられており、これら２つのばねの付勢力により、スロットル弁９１は、開度制御入力ＵｔｈがＴＨアクチュエータ９２に入力されていないとき、または開度制御入力Ｕｔｈが後述する故障時用値Ｕｔｈ＿ｆｓに設定されているときには、所定の初期開度に保持される。この初期開度は、全閉位置に近くかつエンジン３の始動に必要な吸入空気量を確保できる値（例えば６゜）に設定されている。
【０２２８】
さらに、ＴＨアクチュエータ９２には、例えばポテンショメータなどで構成されたスロットル弁開度センサ２８が設けられている。このスロットル弁開度センサ２８は、スロットル弁９１の回動軸９１ａの回動角度θｔｈを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。この回動軸９１ａの回動角θｔｈは、スロットル弁９１が全閉位置と全開位置との間のどの位置にあるかを表すものであり、ＥＣＵ２は、この回動角θｔｈに基づき、スロットル弁開度ＴＨを算出する。本実施形態では、スロットル弁開度センサ２８が位置検出手段に相当する。
【０２２９】
以上のスロットル弁機構９０では、ＴＨアクチュエータ９２により、スロットル弁９１が全閉位置と全開位置との間で駆動され、それにより、スロットル弁開度ＴＨが所定の全閉値ＴＨ＿Ｌと所定の全開値ＴＨ＿Ｈとの間で変化する。本実施形態では、全閉値ＴＨ＿Ｌおよび全開値ＴＨ＿Ｈが制御範囲の限界値に相当する。
【０２３０】
次に、本実施形態の制御装置１Ａについて説明する。この制御装置１Ａは、図３５に示すように、スロットル弁開度コントローラ１３０を備えており、このスロットル弁開度コントローラ１３０は、スロットル弁機構を制御するための開度制御入力Ｕｔｈを算出するものである。同図に示すように、スロットル弁開度コントローラ１３０は、切換関数設定パラメータ算出部１３１および２自由度ＳＬＤコントローラ１３２を備えており、これらは、具体的にはＥＣＵ２により構成されている。
【０２３１】
この切換関数設定パラメータ算出部１３１では、スロットル弁開度ＴＨに応じて、図３６に示すテーブルを検索することにより、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｔｈが算出される。同図において、ＰＯＬＥ＿ｔｈ１は、値０に近い負の所定値（例えば値−０．２）に設定され、ＰＯＬＥ＿ｔｈ２は、値−１に近い負の所定値（例えば値−０．９９）に設定されている。
【０２３２】
また、ＴＨ＿ＬＬ，ＴＨ＿ＭＬ，ＴＨ＿ＶＰＬ，ＴＨ＿ＶＰＨ，ＴＨ＿ＭＨ，ＴＨ＿ＨＨは、下式（３４），（３５）が成立するように設定されたスロットル弁開度ＴＨの所定値である。ＴＨ＿ＬＬ，ＴＨ＿ＨＨはそれぞれ、所定の全閉ホールド値（制御範囲外の所定値）および全開ホールド値（制御範囲外の所定値）であり、スロットル弁９１を全閉位置および全開位置（すなわち吸気管１２の内壁および全開ストッパ９３に当接した状態）に保持するために用いられる。また、ＴＨ＿ＶＰＬ，ＴＨ＿ＶＰＨは、所定のしきい値（限界値付近の所定値）であり、下式（３５）のＤｔｈ＿ｖｐｏｌｅは、正の所定値である。
【０２３３】
【数７】
2006065692.tif 000009
【０２３４】
このテーブルでは、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｔｈは、ＴＨ≦ＴＨ＿ＭＬ，ＴＨ＿ＭＨ≦ＴＨの範囲では、所定値ＰＯＬＥ＿ｔｈ２に設定され、ＴＨ＿ＶＰＬ≦ＴＨ≦ＴＨ＿ＶＰＨの範囲では、所定値ＰＯＬＥ＿ｔｈ１に設定されている。また、ＴＨ＿ＭＬ＜ＴＨ＜ＴＨ＿ＶＰＬの範囲では、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｔｈは、スロットル弁開度ＴＨが大きいほど、より大きい値に設定され、ＴＨ＿ＶＰＨ＜ＴＨ＜ＴＨ＿ＭＨの範囲では、スロットル弁開度ＴＨが大きいほど、より小さい値に設定されている。
【０２３５】
図３６のテーブルにおいて、以上のように切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｔｈが設定されている理由は、前述した図１５のテーブルにおける切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの設定理由と同じであり、その詳細については後述する。
【０２３６】
本実施形態では、スロットル弁開度コントローラ１３０が制御入力算出手段に相当し、切換関数設定パラメータ算出部１３１が外乱抑制パラメータ設定手段に相当し、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｔｈが外乱抑制パラメータおよび応答指定パラメータに相当する。さらに、全閉および全開ールド値ＴＨ＿ＬＬ，ＴＨ＿ＨＨが、制御範囲外の所定値に相当し、しきい値ＴＨ＿ＶＰＬ，ＴＨ＿ＶＰＨが限界値付近の所定値に相当する。
【０２３７】
一方、２自由度ＳＬＤコントローラ１３２では、開度制御入力Ｕｔｈが、スロットル弁開度ＴＨおよび目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに基づき、以下の式（３６）〜（４３）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算出される。すなわち、開度制御入力Ｕｔｈは、スロットル弁開度ＴＨを目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに追従・収束させるための値として算出される。
【０２３８】
TH_cmd_f(k)＝−POLE_f_th・TH_cmd_f(k-1)
＋(1＋POLE_f_th)・TH_cmd(k)                        ……（３６）
Uth(k)＝Ueq_th(k)＋Urch_th(k)＋Uadp_th(k)＋Unl_th(k)            ……（３７）
【０２３９】
【数８】
2006065692.tif 000010
【０２４０】
σ_th(k)＝E_th(k)＋POLE_th・E_th(k-1)                           ……（４２）
E_th(k)＝TH(k)−TH_cmd_f(k)                                     ……（４３）
【０２４１】
この制御アルゴリズムでは、まず、式（３６）に示す目標値フィルタアルゴリズムすなわち一次遅れフィルタアルゴリズムにより、目標スロットル弁開度のフィルタ値ＴＨ＿ｃｍｄ＿ｆが算出される。同式（３６）において、ＰＯＬＥ＿ｆ＿ｔｈは、目標値フィルタ設定パラメータであり、−１＜ＰＯＬＥ＿ｆ＿ｔｈ＜０の関係が成立する値に設定される。
【０２４２】
次いで、式（３７）〜（４３）に示すスライディングモード制御アルゴリズムにより、開度制御入力Ｕｔｈが算出される。すなわち、式（３７）に示すように、開度制御入力Ｕｔｈは、等価制御入力Ｕｅｑ＿ｔｈ、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｔｈ、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｔｈおよび非線形入力Ｕｎｌ＿ｔｈの総和として算出される。
【０２４３】
この等価制御入力Ｕｅｑ＿ｔｈは、式（３８）により算出される。同式（３８）において、ａ１＿ｔｈ，ａ２＿ｔｈ，ｂ１＿ｔｈ，ｂ２＿ｔｈは、後述する式（４４）のプラントモデルのモデルパラメータを示しており、所定値に設定されている。
【０２４４】
また、到達則入力Ｕｒｃｈ＿ｔｈは、式（３９）により算出される。同式（３９）において、Ｋｒｃｈ＿ｔｈは、所定の到達則ゲインを表しており、σ＿ｔｈは、式（４２）のように定義される切換関数である。同式（４２）のＥ＿ｔｈは、式（４３）により算出される追従誤差（偏差）である。
【０２４５】
さらに、適応則入力Ｕａｄｐ＿ｔｈは、式（４０）により算出される。同式（４０）において、Ｋａｄｐ＿ｔｈは、所定の適応則ゲインを表している。また、非線形入力Ｕｎｌ＿ｔｈは、式（４１）により算出される。同式（４１）において、Ｋｎｌ＿ｔｈは、所定の非線形ゲインを表しているとともに、ｓｇｎ（σ＿ｔｈ）は、符号関数を表しており、その値は、σ＿ｔｈ≧０のときにはｓｇｎ（σ＿ｔｈ）＝１となり、σ＿ｔｈ＜０のときにはｓｇｎ（σ＿ｔｈ）＝−１となる（なお、σ＿ｔｈ＝０のときに、ｓｇｎ（σ＿ｔｈ）＝０と設定してもよい）。
【０２４６】
以上の式（３６）〜（４３）は、前述した手法と同様の手法により導出される。すなわち、プラントを、開度制御入力Ｕｔｈを入力とし、スロットル弁開度ＴＨ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（４４）が得られる。この式（４４）のモデルに基づき、スロットル弁開度ＴＨが目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに収束するように、目標値フィルタ型２自由度スライディングモード制御理論を適用すると、前述した式（３６）〜（４３）が導出される。
TH(k+1)＝a1_th・TH(k)＋a2_th・TH(k-1)
＋b1_th・Uth(k)＋b2_th・Uth(k-1)                       ……（４４）
【０２４７】
以上の２自由度ＳＬＤコントローラ１３２の制御アルゴリズムでは、前述したように、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｔｈを−１＜ＰＯＬＥ＿ｔｈ＜０の範囲内で変更することにより、外乱抑制能力を変更することができる。したがって、前述した図３６のテーブルでは、スロットル弁９１が吸気管１２の内壁および全開ストッパ９３に当接する際の衝撃力を低減するために、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａが前述したように設定されている。すなわち、スロットル弁開度ＴＨが、全閉値ＴＨ＿Ｌ側に制御されている場合において、全閉値ＴＨ＿Ｌ付近のしきい値ＴＨ＿ＶＰＬよりも全閉値ＴＨ＿Ｌ側の値になったときには、スロットル弁開度ＴＨが全閉値ＴＨ＿Ｌ側の値であるほど、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｔｈが所定値ＰＯＬＥ＿ｔｈ２により近い値に設定される。すなわち、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｔｈが、追従誤差Ｅ＿ｔｈの増大化を許容し、外乱抑制能力がより小さくなるような値に設定される。それにより、スロットル弁９１が、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｔｈの設定変更前の回動速度を保ちながら、追従誤差Ｅ＿ｔｈの増減に対するスロットル弁９１の駆動力の増減感度が設定変更前よりも低い状態で、吸気管１２の内壁側に駆動されることになり、その結果、スロットル弁９１が吸気管１２の内壁に当接する際の衝撃力を低減することができる。
【０２４８】
一方、スロットル弁開度ＴＨが、全開値ＴＨ＿Ｈ側に制御されている場合において、全開値ＴＨ＿Ｈ付近のしきい値ＴＨ＿ＶＰＨよりも全開値ＴＨ＿Ｈ側の値になったときにも、上記と同様に、スロットル弁開度ＴＨが全開値ＴＨ＿Ｈ側の値であるほど、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｔｈが所定値ＰＯＬＥ＿ｔｈ２により近い値に設定される。すなわち、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｔｈが、追従誤差Ｅ＿ｔｈの増大化を許容し、外乱抑制能力がより小さくなるような値に設定される。それにより、スロットル弁９１が、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｔｈの設定変更前の回動速度を保ちながら、追従誤差Ｅ＿ｔｈの増減に対するスロットル弁９１の駆動力の増減感度が設定変更前よりも低い状態で、全開位置ストッパ９３側に駆動されることになり、その結果、スロットル弁９１が全開位置ストッパ９３に当接する際の衝撃力を低減することができる。
【０２４９】
また、ＴＨ＿ＶＰＬ≦ＴＨ≦ＴＨ＿ＶＰＨの範囲では、切換関数設定パラメータＰＯＬＥが値０に近い所定値ＰＯＬＥ＿ｔｈ１に設定されることにより、スロットル弁開度ＴＨの目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄへの追従性、良好な収束挙動および外乱抑制能力をいずれも高いレベルで確保することができる。
【０２５０】
本実施形態では、スロットル弁開度ＴＨが制御量に、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄが目標制御量に、開度制御入力Ｕｔｈが制御入力にそれぞれ相当する。
【０２５１】
なお、図３６のテーブルにおいて、しきい値ＴＨ＿ＶＰＬ，ＴＨ＿ＶＰＨを、ＴＨ＿ＶＰＬ−ＴＨ＿Ｌ≠ＴＨ＿Ｈ−ＴＨ＿ＶＰＨとなるような値に設定してもよい。また、切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｔｈの算出において、スロットル弁開度ＴＨに代えて、目標スロットル弁開度ＴＨ＿ｃｍｄに応じて、図３６のテーブルを検索するように構成してもよい。
【０２５２】
また、スロットル弁機構９０の制御処理に関しては、その具体的な内容は図示しないが、前述した図２１〜２５の制御処理と同様に実行される。特に、スロットル弁機構９０の初期化処理は、図２２の可変バルブリフト機構５０の初期化処理と同様の手法により実行される。
【０２５３】
以上のような第２実施形態の制御装置１Ａによれば、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。すなわち、スロットル弁９１を全閉位置側または全開位置側に駆動する場合において、吸気管１２の内壁および全開ストッパ９３に当接する際の衝撃力の低減と、駆動時間の短縮とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０２５４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る制御装置を適用し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ストッパに当接している状態と（ｂ）最小リフトストッパに当接してい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】遊星歯車装置を図８のＡ−Ａ線に沿う方向から見た模式図である。
【図１０】電磁ブレーキを図８のＢ−Ｂ線に沿う方向から見た模式図である。
【図１１】可変カム位相機構の動作特性を示す特性曲線である。
【図１２】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１３】（ａ）圧縮比が最低値に設定されているときの可変圧縮比機構の全体構成を模式的に示す図と、（ｂ）圧縮比が最高値に設定されているときの可変圧縮比機構における圧縮比アクチュエータ付近の構成を示す図である。
【図１４】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１５】切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｌｆの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図１６】外乱が可変バルブリフト機構に入力された際の追従誤差Ｅ＿ｌｆの変化を示すタイミングチャートである。
【図１７】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１８】切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃａの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図１９】圧縮比コントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図２０】切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｃｒの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図２１】可変機構の制御処理を示すフローチャートである。
【図２２】可変バルブリフト機構の初期化処理を示すフローチャートである。
【図２３】初期化処理中、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図２４】制御入力算出処理を示すフローチャートである。
【図２５】エンジン始動中、目標バルブリフトＬｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図２６】エンジン始動中、目標カム位相Ｃａｉｎ＿ｃｍｄの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【図２７】触媒暖機制御中、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２８】触媒暖機制御中、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２９】通常運転中、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３０】通常運転中、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３１】通常運転中、目標圧縮比Ｃｒ＿ｃｍｄの算出に用いるマップの一例を示す図である。
【図３２】可変バルブリフト機構の初期化処理を実行した際の制御結果例を示すタイミングチャートである。
【図３３】バルブリフトＬｉｆｔｉｎを最小値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌと最大値Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈとの間で制御した場合の制御結果例を示すタイミングチャートである。
【図３４】本発明の第２実施形態に係る制御装置およびこれを適用したスロットル弁機構の概略構成を示す模式図である。
【図３５】スロットル弁開度コントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図３６】切換関数設定パラメータＰＯＬＥ＿ｔｈの算出に用いるテーブルの一例を示す図である。
【符号の説明】
【０２５５】
１，１Ａ  制御装置
２    ＥＣＵ（制御量算出手段、目標制御量設定手段、制御入力算出手段、外乱抑
制パラメータ設定手段、判定手段、補正値算出手段）
３    内燃機関
３ｄ  クランクシャフト
４    吸気弁
６    吸気カム
７    排気弁
９    排気カム
１２    吸気管（規制部）
１２ａ  吸気通路
２０    クランク角センサ（位置検出手段）
２３    回動角センサ（位置検出手段）
２４    カム角センサ（位置検出手段）
２５    制御角センサ（位置検出手段）
２８    スロットル弁開度センサ（位置検出手段）
５０    可変バルブリフト機構（可動機構）
６５    短アーム（可動部）
６７ａ  最小リフトストッパ（規制部）
６７ｂ  最大リフトストッパ（規制部）
７０    可変カム位相機構（可動機構）
７３ａ  最遅角ストッパ（規制部）
７３ｂ  最進角ストッパ（規制部）
７４ｂ  アーム（可動部）
８０    可変圧縮比機構（可動機構）
８５ｂ  アーム（可動部）
８６ａ  最低圧縮比ストッパ（規制部）
８６ｂ  最高圧縮比ストッパ（規制部）
９０    スロットル弁機構（可動機構）
９１    スロットル弁（可動部）
９３    全開ストッパ（規制部）
１００    バルブリフトコントローラ（制御入力算出手段）
１０１    切換関数設定パラメータ算出部（外乱抑制パラメータ設定手段）
１１０    カム位相コントローラ（制御入力算出手段）
１１１    切換関数設定パラメータ算出部（外乱抑制パラメータ設定手段）
１２０    圧縮比コントローラ（制御入力算出手段）
１２１    切換関数設定パラメータ算出部（外乱抑制パラメータ設定手段）
１３０    スロットル弁開度コントローラ（制御入力算出手段）
１３１    切換関数設定パラメータ算出部（外乱抑制パラメータ設定手段）
Ｌｉｆｔｉｎ  バルブリフト（制御量）
Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｌ  最小値（制御範囲の限界値）
Ｌｉｆｔｉｎ＿Ｈ  最大値（制御範囲の限界値）
Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＬ  所定のしきい値（限界値付近の所定値）
Ｌｉｆｔｉｎ＿ＶＰＨ  所定のしきい値（限界値付近の所定値）
Ｌｉｆｔｉｎ＿ＬＬ  最小ホールド値（制御範囲外の所定値）
Ｌｉｆｔｉｎ＿ＨＨ  最大ホールド値（制御範囲外の所定値）
Ｌｉｆｔｉｎ＿ｃｍｄ  目標バルブリフト（目標制御量）
Ｕｌｉｆｔｉｎ  リフト制御入力（制御入力）
ＰＯＬＥ＿ｌｆ  切換関数設定パラメータ（外乱抑制パラメータ、応答指定パラ
メータ）
Ｅ＿ｌｆ  追従誤差（偏差）
Ｃｏｍｐ＿Ｌｉｆｔｉｎ  リフト補正値（補正値）
Ｃａｉｎ  カム位相（制御量）
Ｃａｉｎ＿Ｌ  最遅角値（制御範囲の限界値）
Ｃａｉｎ＿Ｈ  最進角値（制御範囲の限界値）
Ｃａｉｎ＿ＶＰＬ  所定のしきい値（限界値付近の所定値）
Ｃａｉｎ＿ＶＰＨ  所定のしきい値（限界値付近の所定値）
Ｃａｉｎ＿ＬＬ  最遅角ホールド値（制御範囲外の所定値）
Ｃａｉｎ＿ＨＨ  最進角ホールド値（制御範囲外の所定値）
Ｃａｉｎ＿ｃｍｄ  目標カム位相（目標制御量）
Ｕｃａｉｎ  位相制御入力（制御入力）
ＰＯＬＥ＿ｃａ  切換関数設定パラメータ（外乱抑制パラメータ、応答指定パラ
メータ）
Ｅ＿ｃａ  追従誤差（偏差）
Ｃｒ  圧縮比（制御量）
Ｃｒ＿Ｌ  最低値（制御範囲の限界値）
Ｃｒ＿Ｈ  最高値（制御範囲の限界値）
Ｃｒ＿ＶＰＬ  所定のしきい値（限界値付近の所定値）
Ｃｒ＿ＶＰＨ  所定のしきい値（限界値付近の所定値）
Ｃｒ＿ＬＬ  最低ホールド値（制御範囲外の所定値）
Ｃｒ＿ＨＨ  最高ホールド値（制御範囲外の所定値）
Ｃｒ＿ｃｍｄ  目標圧縮比（目標制御量）
Ｕｃｒ  圧縮比制御入力（制御入力）
ＰＯＬＥ＿ｃｒ  切換関数設定パラメータ（外乱抑制パラメータ、応答指定パラ
メータ）
Ｅ＿ｃｒ  追従誤差（偏差）
ＴＨ  スロットル弁の開度（制御量）
ＴＨ＿Ｌ  全閉値（制御範囲の限界値）
ＴＨ＿Ｈ  全開値（制御範囲の限界値）
ＴＨ＿ＶＰＬ  所定のしきい値（限界値付近の所定値）
ＴＨ＿ＶＰＨ  所定のしきい値（限界値付近の所定値）
ＴＨ＿ＬＬ  全閉ホールド値（制御範囲外の所定値）
ＴＨ＿ＨＨ  全開ホールド値（制御範囲外の所定値）
ＴＨ＿ｃｍｄ  目標スロットル弁開度（目標制御量）
Ｕｔｈ  開度制御入力（制御入力）
ＰＯＬＥ＿ｔｈ  切換関数設定パラメータ（外乱抑制パラメータ、応答指定パラ
メータ）
Ｅ＿ｔｈ  追従誤差（偏差）
【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】
2006065692.tif 000016
【図７】
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【図８】
2006065692.tif 000018
【図９】
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【図１０】
2006065692.tif 000020
【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】
2006065692.tif 000029
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
2006065692.tif 000033
【図２４】
2006065692.tif 000034
【図２５】
2006065692.tif 000035
【図２６】
2006065692.tif 000036
【図２７】
2006065692.tif 000037
【図２８】
2006065692.tif 000038
【図２９】
2006065692.tif 000039
【図３０】
2006065692.tif 000040
【図３１】
2006065692.tif 000041
【図３２】
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【図３３】
2006065692.tif 000043
【図３４】
2006065692.tif 000044
【図３５】
2006065692.tif 000045
【図３６】
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