(57)【要約】      （修正有）【課題】吸入行程でのリフト量をより良好な精度で予測することにより、実際の駆動リフト量および燃料噴射量、しいては空燃比をより的確に制御する。【解決手段】吸気バルブのリフト量を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関において、リフト量とリフト量に関連する燃料噴射量とを制御するための制御装置を提供する。その制御装置は、目標リフト量と実リフト量とから予測リフト量を算出する手段５１と、予測リフト量に基づいて、次の制御周期において噴射すべき燃料噴射量を算出する手段５２と、実リフト量と遅延回路（１／Ｚ）５３によって１周期分遅らされた目標リフト量とからフィードバック制御によりリフト制御量を算出する手段５４と、リフト制御量に基づいて吸気バルブのリフトの駆動を制御する手段５５を備える。【選択図】図４
2011033009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブのリフト量を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関において、前記リフト量と該リフト量に関連する燃料噴射量とを制御するための制御装置であって、
吸気バルブの実リフト量を検出する手段と、
現在の制御周期（ｎ）における実リフト量と目標リフト量から、現在の制御周期（ｎ）での予測リフト量を算出する手段と、
前記予測リフト量に基づいて、次の制御周期（ｎ＋１）において噴射すべき燃料噴射量を算出する手段と、
現在の制御周期（ｎ）における実リフト量と１つ前の制御周期（ｎ−１）での目標リフト量とから、フィードバック制御により、現在の制御周期（ｎ）でのリフト制御量を算出する手段と、
前記リフト制御量に基づいて、前記吸気バルブのリフトの駆動を制御する手段と、
を備える、制御装置。
【請求項２】
さらに、前記１つ前の制御周期（ｎ−１）での目標リフト量に対して、当該制御周期に同期したローパスフィルタ処理をおこなう手段を備える、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
さらに、前記内燃機関の回転数と検出した現在の実リフト量のいずれか一方または双方に応じて、前記予測リフト量の算出あるいは前記リフト制御量の算出をおこなうか否かを判定する手段を備える、請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
さらに、前記目標リフト量の変化量を、前記吸気バルブのリフトの駆動に資するバッテリの電圧に応じて可変する手段を備える、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】
前記予測リフト量を算出する手段は、２次のローパスフィルタ処理を用いて前記予測リフト量を算出する、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】
この発明は、内燃機関の吸気バルブのリフト量と当該リフト量に関連する燃料噴射量を制御するための制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の内燃機関においては、吸気バルブのリフト量を変更可能な機構（可変動弁機構）を搭載し、該機構を利用して、内燃機関への吸入空気量を制御することが提案されている。特許文献１には、このような機構を搭載した内燃機関において、該機構の応答能力を超えるリフトカーブの変更が要求された場合には、アクセル開度に対応する目標吸入空気量を目標リフトカーブの決定のための基礎とはせずに、その目標吸入空気量になまし処理を施した最終目標吸入空気量を基礎とする手法が記載されている。リフト期間中の最終目標吸入空気量の時間平均値から推定吸入空気量を算出し、該推定吸入空気量に基づいて燃料噴射量を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２５００４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エンジンの吸入行程でリフト量が変化した場合、推定吸入空気量と実際の吸入空気量との間にずれが生じ、それにより所望の燃料量を供給することができずに空燃比が目標値からずれてしまう場合がある。これは、エンジンの回転数が低い、すなわち吸入行程の周期（ＴＤＣ周期）が長い場合に顕著になる。
【０００５】
また、この空燃比の目標値からのずれは、エンジンの回転数が低い場合に、エンジンの吸入行程でのリフト量の変化量を高回転数の場合と同様に大きく変化させてしまう場合にも顕著になる。
【０００６】
したがって、吸入行程でのリフト量をより良好な精度で予測することにより、実際の駆動リフト量および燃料噴射量、しいては空燃比をより的確に制御する手法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、吸気バルブのリフト量を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関において、リフト量とフト量に関連する燃料噴射量とを制御するための制御装置を提供する。その制御装置は、吸気バルブの実リフト量を検出する手段と、現在の制御周期（ｎ）における実リフト量と目標リフト量から、現在の制御周期（ｎ）での予測リフト量を算出する手段と、予測リフト量に基づいて、次の制御周期（ｎ＋１）において噴射すべき燃料噴射量を算出する手段と、現在の制御周期（ｎ）にける実リフト量と１つ前の制御周期（ｎ−１）での目標リフト量とから、フィードバック制御により、現在の制御周期（ｎ）でのリフト制御量を算出する手段と、前記リフト制御量に基づいて、前記吸気バルブのリフトの駆動を制御する手段と、を備える。
【０００８】
この発明によれば、２制御周期先の吸気バルブのリフト量を予測し、その予測値に基づいて燃料噴射量を制御するので、燃料噴射量の制御の精度を高めることができる。
【０００９】
この発明の一実施形態によると、制御装置は、さらに、１つ前の制御周期（ｎ−１）での目標リフト量に対して、当該制御周期に同期したローパスフィルタ処理をおこなう手段を備える。
【００１０】
この発明によれば、吸気バルブのリフトのモータ駆動ドライバの電流値を抑えることができる。これにより、特にエンジンの低回転において、吸入空気量が急激に変化して空燃比の制御ができにくくなってしまうことを防ぐことができる。
【００１１】
この発明の一実施形態によると、制御装置は、さらに、内燃機関の回転数と現在の実リフト量のいずれか一方または双方から、予測リフト量の算出あるいはリフト制御量の算出をおこなうか否かを判定する手段を備える。
【００１２】
この発明によれば、例えば、内燃機関の回転数が高い場合には、予測リフト量の算出あるいはリフト制御量の算出をおこなわずに、目量リフト量への応答速度を高めることができる。
【００１３】
この発明の一実施形態によると、制御装置は、さらに、制御周期毎の目標リフト量の変化量を、実リフト量の駆動に資するバッテリからの供給電圧に応じて可変する手段を備える。これによれば、バッテリからの供給電圧で駆動可能な範囲で、目標リフト量の変化量を設定することができるので、リフト量の予測精度を向上させることができる。
【００１４】
この発明の一実施形態によると、制御装置における予測リフト量を算出する手段は、２次のローパスフィルタ処理を用いて予測リフト量を算出する。これによれば、リフト量の予測の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施例に従う、内燃機関およびその制御装置を概略的に示す図である。
【図２】この発明の一実施例に従う、弁作動特性可変装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】この発明の一実施例に従う、第１の機構の構成を概略的に示す図である。
【図４】この発明の一実施例に従う、制御装置の機能ブロック図である。
【図５】この発明に従う制御周期毎の目標リフト量、予測リフト量および実リフト量の関係を説明するための図である。
【図６】この発明の一実施例に従う、制御装置による処理フローを示すブロック図である。
【図７】この発明の一実施例に従う、目標値フィルタによる制御を説明するための図である。
【図８】この発明の一実施例に従う、リフトの予測制御をおこなうか否かを判定するフロー図である。
【図９】この発明の一実施例に従う、リフト量、エンジン回転数、および吸入空気量の関係を示す図である。
【図１０】この発明の一実施例に従う、不完全微分ＰＤ制御の構成例を示す図である。
【図１１】この発明の一実施例に従う、スライディングモード制御を説明するための図である。
【図１２】この発明の一実施例に従う、制御プロセスのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の一実施形態に従う、内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）およびその制御装置の全体的な構成図である。
【００１７】
電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）およびメモリを備えるコンピュータである。メモリには、車両の様々な制御を実現するためのコンピュータ・プログラムおよび該プログラムの実施に必要なデータ（マップを含む）を格納することができる。ＥＣＵ１は、車両の各部から信号を受取ると共に、該メモリに記憶されたデータおよびプログラムに従って演算を行い、車両の各部を制御するための制御信号を生成する。
【００１８】
エンジン２は、たとえば４気筒を有するエンジンである。エンジン２には、吸気管３および排気管４が連結されている。吸気管４には、スロットル弁５が設けられている。スロットル弁５の開度は、ＥＣＵ１からの制御信号に従って制御される。スロットル弁５の開度を制御することにより、エンジン２に吸入される空気の量を制御することができる。スロットル弁５には、スロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度（θＴＨ）センサ６が連結されており、この検出値は、ＥＣＵ１に送られる。
【００１９】
燃料噴射弁７が、エンジン２とスロットル弁５との間であって、エンジン２の吸気バルブ（図示せず）の少し上流側に、気筒ごとに設けられている。燃料噴射弁７は、図示しない燃料ポンプに接続されている。燃料噴射弁７の燃料噴射時期および燃料噴射量は、ＥＣＵ１からの制御信号に従って変更される。代替的に、燃料噴射弁を、エンジン２の気筒内に臨むように取り付けてもよい。
【００２０】
スロットル弁５の上流には、吸気管３を流れる空気の量を検出するエアフローメータ（ＡＦＭ）８が設けられている。スロットル弁５の下流には、吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ１０が設けられており、吸気管内の圧力を検出する。また、吸気管内絶対圧センサ１０の下流には吸気温（ＴＡ）センサ１１が設けられており、吸気管内の温度を検出する。これらの検出値は、ＥＣＵ１に送られる。また、エンジン２には、エンジンの水温ＴＷを検出するためのエンジン水温センサ１２が設けられており、該センサの検出値は、ＥＣＵ１に送られる。
【００２１】
ＥＣＵ１には、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ１３およびエンジン１の吸気バルブを駆動するカムが連結されたカム軸の回転角度を検出するカム角センサ１４が接続されており、これらのセンサの検出値はＥＣＵ１に供給される。クランク角センサ１３は、所定のクランク角度（たとえば３０度）毎に１パルス（ＣＲＫ信号）を発生し、該パルスにより、クランク軸の回転角度位置を特定することができる。また、カム角センサ１４は、エンジン２の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（ＣＹＬ信号）と、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（ＴＤＣ信号）を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種の制御タイミングおよびエンジン回転数ＮＥの検出に使用される。なお、カム角センサ１４より出力されるＴＤＣ信号と、クランク角センサ１３より出力されるＣＲＫ信号との相対関係から、吸気バルブのカム軸の実際の位相が検出される。
【００２２】
弁作動特性可変装置２０には、吸気バルブのリフト量を制御する制御軸の回転角度位置を検出するための制御軸回転角度センサ（ＣＳＡ）センサ１５が設けられている。ＥＣＵ１は、上記各種センサからの入力信号に応じて、メモリに記憶されたプログラムおよびデータ（マップを含む）に従い、エンジン２の運転状態を検出すると共に、スロットル弁５、燃料噴射弁７、弁作動特性可変装置２０を制御するための制御信号を生成する。
【００２３】
図２は、弁作動特性可変装置２０の具体的な構成を示す。弁作動特性可変装置２０は、吸気バルブのリフト量および開角（以下、単にリフト量と呼ぶ）を連続的に変更することができる第１の機構２１と、吸気バルブを駆動するカムのクランク軸を基準とした位相を連続的に変更することができる第２の機構２２とを有する。第２の機構２２により吸気バルブを駆動するカムの位相が変更され、よって吸気バルブの位相が変更される。弁作動特性可変装置２０は、さらに、第１の機構２１を介して吸気バルブのリフト量を連続的に変更するためのモータ２３を備えるアクチュエータ２４と、該第２の機構２２を介して吸気バルブの位相を連続的に変更するために、その開度が連続的に変更可能な電磁弁２５を備えるアクチュエータ２６と、を備える。
【００２４】
吸気バルブの位相を示すパラメータとして、吸気バルブのカム軸の位相ＣＡＩＮが用いられる。電磁弁２５には、オイルパン２８の潤滑油がオイルポンプ２７により加圧されて供給される。モータ２３および電磁弁２５は、ＥＣＵ１からの制御信号に従って作動する。なお、第２の機構２２のより具体的な構成は、例えば特開２０００−２２７０１３号公報に示されている。
【００２５】
図３を参照して、図２の第１の機構２１を説明する。（ａ）に示すように、カム３２が設けられたカム軸３１と、シリンダヘッドに軸３５ａを中心として揺動可能に支持されるコントロールアーム３５と、コントロールアーム３５を揺動させるコントロールカム３７が設けられた制御軸３６と、コントロールアーム３５に支軸３３ｂを介して揺動可能に支持されると共に、カム３２に従動して揺動するサブカム３３と、サブカム３３に従動し、吸気バルブ４０を駆動するロッカーアーム３４とを備えている。ロッカーアーム３４は、コントロールアーム３５内に揺動可能に支持されている。
【００２６】
サブカム３３は、カム３２に当接するローラ３３ａを有し、カム軸３１の回転により、軸３３ｂを中心として揺動する。ロッカーアーム３４は、サブカム３３に当接するローラ３４ａを有し、サブカム３３の動きが、ローラ３４ａを介して、ロッカーアーム３４に伝達される。
【００２７】
コントロールアーム３５は、コントロールカム３７に当接するローラ３５ｂを有し、制御軸３６の回転により軸３５aを中心として揺動する。（ａ）に示す状態では、サブカム３３の動きはロッカーアーム３４にほとんど伝達されないため、吸気バルブ４０はほぼ全閉の状態を維持する。（ｂ）に示す状態では、サブカム３３の動きがロッカーアーム３４を介して吸気バルブ４０に伝達され、吸気バルブ４０は最大リフト量ＬＦＴＭＡＸ（たとえば１２ｍｍ）まで開弁する。
【００２８】
したがって、アクチュエータ２４のモータ２３（図２）の出力軸に、ギアを介して制御軸３６を接続し、該モータ２３によって制御軸３６を回転させることにより、吸気バルブ４０のリフト量を連続的に変更することができる。この実施形態では、第１の機構２１に、制御軸３６の回転角度位置を検出するＣＳＡセンサ１５（図１）が設けられており、該検出される回転角度位置ＣＳＡが、リフト量を示すパラメータとして使用される。なお、第１の機構２１のより詳細な構成は、本出願人による特許出願（特願２００６−１９７２５４号）に示されている。
【００２９】
なお、この発明は、図に示すような第１の機構２１に限定されず、吸気バルブのリフト量を可変に制御可能な機構を、任意の適切な手段で実現することができる点に注意されたい。また、上記の例では、第１の機構２１によって、リフト量だけでなく開角も変更されるが、リフト量のみを変更するような構成の機構でも、本発明は適用されうる。
【００３０】
図４は、本願発明の一実施形態に従う、制御装置の機能ブロック図である。これらの機能ブロックは、図１のＥＣＵ１において実現される。図５は、本発明の制御周期毎の目標リフト量、予測リフト量および実リフト量の関係を説明するための図である。ここで図４と図５を参照する。
【００３１】
予測リフト量を算出する手段５１は、現在の制御周期（ｎ）での検出した実リフト量と目標リフト量から、現在の制御周期（ｎ）での予測リフト量を算出する。燃料噴射量を算出する手段５２は、予測リフト量に基づいて、次の制御周期（ｎ＋１）において噴射すべき燃料噴射量を算出する。算出された燃料噴射量は、ＥＣＵ１によって実現される燃料コントローラ（図示なし）に送られる。燃料コントローラは、次の制御周期（ｎ＋１）において、算出された噴射量分の燃料が噴射されるように燃料噴射弁７（図１）を駆動させる。
【００３２】
リフト制御量を算出する手段５４は、現在の制御周期（ｎ）での検出した実リフト量と、遅延回路（１／Ｚ）５３によって１周期分遅らされた１つ前の制御周期（ｎ−１）での目標リフト量とから、フィードバック制御により、現在の制御周期（ｎ）でのリフト制御量を算出する。リフト制御手段５５は、算出されたリフト制御量に基づいて、リフトの駆動を制御する。そのリフトの駆動制御の結果実リフト量が得られる。なお、実リフト量は、図３の吸気バルブ４０のリフト量を制御する制御軸３６の回転角度θｃｓとして得られる。図４の構成による制御の詳細についてはさらに後述する。
【００３３】
図５に例示されるように、リフト量および燃料噴射量の制御は、所定の制御周期に従って実行される。各制御周期において、エンジンの運転状態（例えば、アクセルペダルの開度等）に応じて目標リフト量が決定される。図５には、或る気筒について、連続する３つの制御周期（ｎ−１）〜（ｎ＋１）にわたる目標リフト量、実リフト量（ＣＳＡセンサ１５によって検出される）、および本発明に従って算出される予測リフト量の挙動が示されている。１制御周期の長さは、Ｓｔｉｍｅで表されている。以下の実施例では、制御周期の長さＳｔｉｍｅは一定である（例えば、１０ミリ秒）。
【００３４】
代替的に、制御周期をＴＤＣ信号に同期させ、ＴＤＣ信号に応じて制御を実行してもよい。この場合、制御周期の長さＳｔｉｍｅは、エンジン回転数に基づいて算出される。たとえば、ＴＤＣ信号が吸入行程の上死点で出力され、今回の制御周期ｎにおいて検出されたエンジン回転数がＮＥ（ｒｐｍ）である場合、制御周期（ｎ）の長さは、以下のように算出される。
【数１】
2011033009.tif 000003
【００３５】
制御周期（ｎ−１）を参照すると、目標リフト量はＸ（ｍｍ）であり、実リフト量はＺ（ｍｍ）である。目標リフト量および実リフト量に基づいて算出される予測リフト量はＹ（ｍｍ）である。制御周期（ｎ−１）において、次の制御周期（ｎ）で噴射すべき燃料噴射量は、該予測リフト量に基づいて決定される。制御周期（ｎ）において、実リフト量は、制御周期（ｎ−１）で算出された予測リフト量の値Ｙにほぼ到達するので、当該周期（ｎ）で実現された実リフト量に適した量の燃料噴射量が噴射されることとなる。
【００３６】
このように、燃料噴射量は、噴射時期よりも１制御周期前に算出されるので、制御周期（ｎ−１）において検出された実リフト量で燃料噴射量を算出すると、実際の噴射が行われる制御周期（ｎ）の実リフト量に適した量の燃料が噴射されないおそれがある。これは、空燃比のずれを招くおそれがある。本願発明によれば、１つ前の制御周期（ｎ−１）での目標リフト量を次の制御周期（ｎ）において予測リフトを算出するための目量リフト量として用いるので、結果として、２制御周期後のリフト量を予測し、該予測リフト量に基づいて燃料噴射量を算出することになり、実際の噴射が行われる時の実リフト量により適合する量の燃料を供給することができる。
【００３７】
図６は、本発明の制御装置による処理フローを示すブロック図である。ブロック６０において、目標吸入空気量（ＧＡＩＲ）から吸気バルブの目標リフト量ＬＩＦＴ＿ｏｂｊを算出する。目標吸入空気量（ＧＡＩＲ）は、例えばアクセルベダル（図示なし）の開度等から決定される。ブロック６２において、予め求めたリフト量ＬＩＦＴと制御軸３６の回転角度θｃｓの相関テーブルを利用して、目標リフト量ＬＩＦＴ＿ｏｂｊに対応する目標回転角度θｃｓ＿１求める。目標回転角度θｃｓ＿１は、ブロック６４の目標値フィルタとブロック６８の切替え器に入力される。
【００３８】
ブロック６４の目標値フィルタは、目標回転角度θｃｓ＿１の１制御周期での変化量（ゲイン）を制御する。図７は目標値フィルタによる制御を説明するための図である。図７において、目標回転角度θｃｓ＿１の変化１０１に対して、１制御周期での変化量の大きさ（ゲイン）１０２を決めて、実際の回転角度（実リフト量）１０３を、ゲイン１０２を超えないように段階的に変化させる（１０４）。実リフト量は、制御軸３６の回転を掌るモータ２３（図２）の最大駆動電流量を超えない範囲で、徐々に目標回転角度θｃｓ＿１に移行するように制御される。これにより、特にエンジンの低回転において、吸入空気量が急激に変化して空燃比の制御ができにくくなってしまうことを防ぐことができる。目標回転角度θｃｓ＿１の１制御周期での変化量は、目標回転角度θｃｓ＿２として目標値フィルタから出力される。
【００３９】
図７の１制御周期でのゲイン１０４は、ブロック６６において、検出したバッテリ電圧ＶＢから算出される。この算出にあたっては、予め求められたバッテリ電圧ＶＢとゲイン（ＧＡＩＮ）の相関テーブルを利用する。ここで、バッテリ電圧ＶＢを参照するのは、制御軸３６の回転を掌るモータ２３（図２）の駆動力と相関するからである。算出されたゲイン（ＧＡＩＮ）は、ブロック６４の目標値フィルタに入力され、図７の目標回転角度θｃｓ＿１の１制御周期での変化量の大きさ１０４を決めるために使われる。
【００４０】
ブロック６８は、ブロック６２の出力である目標回転角度θｃｓ＿１またはブロック６４の出力である目標回転角度θｃｓ＿２を目標回転角度θｃｓ＿ｃｍｄとして切り換えて出力する。すなわち、ブロック６８は一種のスイッチ（ＳＷ）として働く。その出力の切り替えは、入力される制御許可フラグＦ＿ＨＡＬＩＦＴの値に応じて行われる。
【００４１】
図８は、リフトの予測制御をおこなうか否かを判定するフローチャートである。制御許可フラグＦ＿ＨＡＬＩＦＴの値は、このフローに従って決められる。ステップＳ１１において、エンジンの回転数が所定値より小さいかを判定する。所定値は任意に設定できるが、例えば３０００ｒｐｍである。この判定を行うのは、エンジンの回転数が比較的低い場合においてリフトの予測制御をおこなうためである。高回転、高負荷の場合は、現在のリフトをできるだけ速やかに目量リフト量まで引き上げることが望まれるので、リフトの予測制御をおこなわないようにするためである。回転数が所定値より大きい場合、ステップＳ１４において、制御許可フラグＦ＿ＨＡＬＩＦＴ＝０が設定される。
【００４２】
回転数が所定値より小さい場合、次のステップＳ１２において、現在のリフト量が所定値より小さいかを判定する。所定値は任意に設定できるが、例えば２．５ｍｍである。この判定を行うのは、リフト量が大きいときは、高回転、高負荷の場合であるから、同様にリフトの予測制御をおこなわないようにするためである。現在のリフト量が所定値より大きい場合、ステップＳ１４において、制御許可フラグＦ＿ＨＡＬＩＦＴ＝０が設定される。現在のリフト量が所定値より小さい場合、ステップＳ１３において、制御許可フラグＦ＿ＨＡＬＩＦＴ＝１が設定される。この場合、リフトの予測制御をおこなう。
【００４３】
図６に戻って、ブロック６８において、制御許可フラグＦ＿ＨＡＬＩＦＴ＝１の場合、すなわちリフトの予測制御をおこなう場合、目標回転角度θｃｓ＿ｃｍｄとして、目標値フィルタの出力である目標回転角度θｃｓ＿２を出力する。制御許可フラグＦ＿ＨＡＬＩＦＴ＝０の場合、すなわちリフトの予測制御をおこなわない場合、目標回転角度θｃｓ＿ｃｍｄとして、目標値フィルタ処理をしていないブロック６２の出力である目標回転角度θｃｓ＿１を出力する。
【００４４】
リフトの予測制御をおこなう場合（Ｆ＿ＨＡＬＩＦＴ＝１）、ブロック７０において、制御軸３６の回転角度の予測値である予測ＣＳ角度θｃｓ＿ｐを算出する。その算出にあたっては、次の制御用のモデル式（１）を利用する。式（１）中のθｃｓは検出されたＣＳ角度であり、ｎは制御周期を表す。式（１）は、前回周期（ｎ−１）と今回周期（ｎ）での検出ＣＳ角度θｃｓおよび目標ＣＳ角度θｃｓ＿ｃｍｄ（θｃｓ＿２）を用いて、次回周期（ｎ＋１）での予測ＣＳ角度θｃｓ＿ｐを算出する。式（１）についてはさらに後述する。
【数２】
2011033009.tif 000004
【００４５】
ブロック７２において、算出された予測ＣＳ角度θｃｓ＿ｐから対応する予測リフト量ＨＡＬＩＦＴを算出する。この算出にあたっては、予め求められたＣＳ角度θｃｓとリフト量ＬＩＦＴの相関テーブルを利用する。
【００４６】
次にブロック７４において、次回周期（ｎ＋１）で噴射すべき燃料量を算出する。今回の制御周期（ｎ）で検出されたエンジン回転数およびブロック７２で求めた予測リフト量ＨＡＬＩＦＴ値に基づいて所定のマップを参照し、吸入空気量を求める。該マップは、リフト量、エンジン回転数、および吸入空気量の３次元マップとなっている。該マップの一例を図９（ａ）に示す。エンジン回転数が高くなるほど、またリフト量が大きくなるほど、吸入空気量が増える。予測リフト量ＨＡＬＩＦＴに対応するマップを選択し、そのマップから検出されたエンジン回転数に対応する吸入空気量を求める。求めた吸入空気量に基づいて所定のマップを参照し、燃料噴射量を求める。該マップの一例を図９（ｂ）に示す。吸入空気量が大きくなるほど、燃料噴射量は増える。図９（ａ）および（ｂ）に示されるマップは、ＥＣＵ１のメモリに記憶される。
【００４７】
リフトの予測制御をおこなわない場合は、予測リフト量ＨＡＬＩＦＴ値の代わりに今回周期（ｎ）で検出された実リフト量を用いて、同様に図９のマップを参照して燃料噴射量を求める。
【００４８】
ブロック７６において、ＥＣＵ１によって実現される燃料コントローラ（図示なし）により、算出された噴射量分の燃料が噴射されるように燃料噴射弁７（図１）が駆動される。
【００４９】
ブロック７８において、目標回転角度θｃｓ＿ｃｍｄ（θｃｓ＿２）を１制御周期分遅延させるためにバッファリングする。すなわち、今回周期（ｎ）で得た目標ＣＳ角度θｃｓ＿ｃｍｄを１制御周期分遅延させて（バッファリングして）、次の周期（ｎ＋１）においてバッファから取り出して１つ前の周期（ｎ）での目標ＣＳ角度θｃｓ＿ｃｍｄとして利用する。これは、１つ前の制御周期（ｎ）での目標回転角度を次の制御周期（ｎ＋１）において予測リフト（回転角度）を算出するための目量回転角度として用いることにより、２制御周期後のリフトを予測させて、燃料噴射量の制御の精度を高めるためである。遅延した目標回転角度θｃｓ＿ｃｍｄは、ブロック８０のローパスフィルタ（ＬＰＦ）に入力される。ＬＰＦは、前回周期（ｎ−１）での目標ＣＳ角度θｃｓ＿ｃｍｄをフィルタリングして、実リフト量算出のための目標ＣＳ角度θｃｓ＿ｏｂｊとして出力する。ＬＰＦとしては、例えばＩＩＲフィルタが使われるが、他のフィルタを用いてもよい。これにより、吸気バルブのリフトのモータ駆動ドライバの電流値を抑えることができる。特にエンジンの低回転において、吸入空気量が急激に変化して空燃比の制御ができにくくなってしまうことを防ぐことができる。
【００５０】
ブロック８２において、入力された目標ＣＳ角度θｃｓ＿ｏｂｊを不完全微分ＰＤ制御に適用して、操作量となるθｐｄを求める。図１０は不完全微分ＰＤ制御の構成例である。図１０で、Ｋｐは比例ゲインを示し、Ｋｄは微分ゲインを示す。ライン１１０において、目標リフト量目標θｏｂｊと検出された実リフト量θｃｓの差分Δθｃｓに比例ゲインＫｐを乗算して値θｐが得られる。ライン１１２において、当該差分ΔθｃｓにＬＰＦ処理（１１４）をした後、微分して（１１６）、さらに微分ゲインＫｄを乗算した値θｄが得られる。得られた値θｐとθｄは、加算されて操作量θｐｄとして出力される。不完全微分ＰＤ制御を利用するのは、完全微分だと微分結果がインパルスになる結果、ＰＤ制御の出力値がインパルス状になってしまい、アクチュエータに悪影響を及ぼすことになるので、これを避けるためである。図１０の構成では、ＬＰＦ１１４と微分回路１１６で不完全微分を得ている。ＬＰＦとしては、例えば１次ＩＩＲフィルタを使用するが、他のフィルタを用いてもよい。
【００５１】
リフトの予測制御をおこなわない場合（Ｆ＿ＨＡＬＩＦＴ＝０）、ブロック８４において、目標回転角度θｃｓ＿ｃｍｄ（θｃｓ＿１）を目標ＣＳ角度θｃｓ＿ｏｂｊとして、スライディングモード制御により制御量θｓｄを求める。以下でスライディングモード制御について説明する。
【００５２】
図６の操作対象であるＣＳ制御系８８は、たとえば下記の式（２）のようにモデル化することができる。ｎは制御周期を示す。ＣＳＡＣＴは実ＣＳ角度を示し、Ｕｃｓは、スライディングモード制御部８４によって算出される制御量（この実施例では、ＣＳ角度）を示す。Ａ１、Ａ２、Ｂ１およびＢ２は、モデルパラメータを示す。モデルパラメータは、シミュレーション等によって予め決めてもよいし、逐次的に同定してもよい。逐次的に算出する手法の一例は、たとえば特開２００４−２７０６５６号公報に記載されている。
【数３】
2011033009.tif 000005
【００５３】
スライディングモード制御部８４は、モデル式（２）に基づいて、実ＣＳ角度ＣＳＡＣＴが目標ＣＳ角度ＣＳＣＭＤに収束するための制御量Ｕｃｓを算出する。なお、式（２）では、式（１）との混同を避けるため、文字変数としてＣＳＡＣＴ（実ＣＳ角）とＣＳＣＭＤ（目標ＣＳ角度）を用いている。ＣＳＡＣＴとＣＳＣＭＤは、それぞれ図６や式（１）のθｃｓとθｃｓ＿ｃｍｄと同義である。実ＣＳ角度ＣＳＡＣＴは、ＣＳＡセンサ１５により検出され、目標ＣＳ角度ＣＳＣＭＤは、エンジンの運転状態に応じて、任意の適切な手法により決定することができる。
【００５４】
この実施例では、２自由度のスライディングモード制御を用いる。該制御では、制御出力（実ＣＳ角度）の目標値（目標ＣＳ角度）に対する追従速度と、ＣＳ制御系８８に外乱が印加された時の該制御出力の目標値に対する偏差の収束速度を、個別に指定することができる。
【００５５】
スライディングモード制御部８４によって実行される演算を、以下に示す。
【数４】
2011033009.tif 000006
【００５６】
上記の式について説明する。まず、式（８）に示されるように、目標値応答指定パラメータＰＯＬＥ＿ｆを用いて、目標ＣＳ角度ＣＳＣＭＤに一次遅れフィルタ（ローパスフィルタ）を適用し、フィルタ済み目標ＣＳ角度ＣＳＣＭＤ＿ｆを算出する。目標値応答指定パラメータＰＯＬＥ＿ｆは、制御出力の目標値への追従速度を規定するパラメータであり、好ましくは−１＜ＰＯＬＥ＿ｆ＜０を満たすように設定される。
【００５７】
スライディングモード制御では、式（６）に示すように、切り換え関数σが定義される。Ｅは、式（７）に示されるように、実ＣＳ角度ＣＳＡＣＴと、フィルタ済み目標ＣＳ角度ＣＳＣＭＤ＿ｆとの偏差である。ＰＯＬＥは、外乱が印加された時の偏差Ｅの収束速度を規定するパラメータであり、好ましくは−１＜ＰＯＬＥ＜０を満たすよう設定される。ＰＯＬＥの絶対値を小さくするほど、収束速度が速くなる。
【００５８】
ここで、切換関数σの特性を説明する。切換関数σ（ｎ）＝０とした式は等価入力系と呼ばれ、制御出力（ここでは、上述した偏差Ｅ）の収束特性を規定する。σ（ｎ）＝０とすると、式（６）は、式（９）のように表される。式（９）は、入力の無い一次遅れ系を示す。すなわち、２自由度のスライディングモード制御は、偏差Ｅを式（９）に示される一次遅れ系に拘束するように制御する。
【数５】
2011033009.tif 000007
【００５９】
ここで図１１を参照すると、縦軸がＥ（ｎ）および横軸がＥ（ｎ−１）の位相平面上に、式（９）が線１２０で表現されている。この線１２０を切換線と呼ぶ。Ｅ（ｎ−１）およびＥ（ｎ）の組合せからなる状態量（Ｅ（ｎ−１）、Ｅ（ｎ））の初期値が、点１２２で表されているとする。スライディングモード制御は、点１２２で表される状態量を、切換線１２０上に載せることにより、該状態量を、外乱等の影響されることなく、安定的に位相平面上の原点０に収束させる。言い換えると、状態量（Ｅ（ｎ−１）、Ｅ（ｎ））を、式（９）に示される入力の無い安定系に拘束することにより、外乱に対して比較的ロバストに偏差Ｅをゼロに収束させることができる。
【００６０】
式（４）で表される等価制御入力Ｕｅｑは、上記状態量を切り換え線１２０上に拘束するよう動作する。したがって、次の式（１０）を満たす必要がある。
【数６】
2011033009.tif 000008
【００６１】
式（１０）とモデル式（２）に基づき、等価制御入力Ｕｅｑは、式（４）のように求められる。スライディングモード制御部８４は、さらに、式（５）に従って到達則入力Ｕｒｃｈを算出する。到達則入力Ｕｒｃｈは、状態量を切り換え線上に載せるための入力である。Ｋｒｃｈはフィードバックゲインを示し、シミュレーション等によって予め定められることができる。スライディングモード制御部８４は、式（３）に示されるように、等価制御入力Ｕｅｑおよび到達則入力Ｕｒｃｈを加算し、制御入力Ｕｃｓを算出する。該制御入力Ｕｃｓが、目標角速度を表す。制御入力Ｕｃｓは、図６のスライディングモード制御部８４から操作量θｓｄとして出力される（θｓｄ＝Ｕｃｓ）。
【００６２】
スライディングモードについての一形態を説明したが、スライディングモード制御を含む応答指定型制御の様々な変形形態を、制御部によって実現することができる。たとえば、切換関数σの積分値にフィードバックゲインＫａｄｐを乗算した項（適応則入力と呼ばれる）を、到達則入力に加算することにより、制御入力Ｕｃｓを算出してもよい。該適応則入力を用いた応答指定型制御（スライディングモード制御）の一例は、たとえば特開２００５−１４６９８８号公報に記載されている。また、代替的に、自由度が１のスライディングモード制御でもよく、この場合、式（９）に示される目標値のフィルタリングは必要とされず、他の式中のフィルタ済み目標値ＣＳＣＭＤ＿ｆは、目標値ＣＳＣＭＤで置き換えられる。
【００６３】
図６に戻って、ブロック８６の切替え部において、リフトの予測制御の有無（Ｆ＿ＨＡＬＩＦＴ＝０または１）に応じて、最終的な操作量Ｕｃｓとして、ブロック８２の出力θｐｄまたはブロック８４の出力θｓｄを選択して出力する。具体的には、リフトの予測制御をする場合（Ｆ＿ＨＡＬＩＦＴ＝１）、θｐｄを操作量Ｕｃｓとして選択して出力する。リフトの予測制御をしない場合（Ｆ＿ＨＡＬＩＦＴ＝０）、θｓｄを操作量Ｕｃｓとして選択して出力する。
【００６４】
ブロック８８において、入力された操作量Ｕｃｓに基づいて、ＣＳ制御系が制御軸３６を回転させる。その回転角度（θｃｓ）に応じて、ブロック９０のＬＩＦＴ駆動系、すなわち図２、図３の弁作動特性可変装置２０において、モータ２３によって制御軸３６を回転させることにより、吸気バルブ４０のリフト量を調整する。
【００６５】
次に、図６のブロック７０のＣＳ角度の予測値を求める際に利用した制御用のモデル式（１）について説明する。図６のブロック８０のＬＰＦ、ブロック８２のＰＤ制御、ブロック８８のＣＳ制御の各々の伝達関数を、ラプラス演算子ｓを用いて、Ｆ（ｓ）、Ｇ（ｓ）、Ｐ（ｓ）とおく。この３つの伝達関数の合成伝達関数Ｈ（ｓ）を考える。最初に伝達関数Ｇ（ｓ）とＰ（ｓ）の合成伝達関数Ｈｇｐ（ｓ）は、式（１１）で表わすことができる。この場合、目標ＣＳ角度θｃｓ＿ｃｍｄに時定数τｇｐの１次ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を施すことにより、予測ＣＳ角度θｃｓ＿ｐ１を得ることができる。
Ｈｇｐ（ｓ）＝１／（τｇｐ・ｓ＋１）      （１１）
【００６６】
さらに、ＬＰＦ８０の伝達関数Ｆ（ｓ）を式（１２）とした場合、全体の合成伝達関数Ｈ（ｓ）は、式（１３）となり、目標ＣＳ角度θｃｓ＿ｃｍｄに式（１３）のフィルタ処理を施すことにより、予測ＣＳ角度θｃｓ＿ｐを得ることができる。
Ｆ（ｓ）＝１／（τｆ・ｓ＋１）      （１２）
Ｈ（ｓ）＝Ｆ（ｓ）・Ｈｇｐ（ｓ）
＝１／（（τｇｐ・ｓ＋１）・（τｆ・ｓ＋１））  （１３）
【００６７】
モデル式（１）は、合成伝達関数（１３）を既存の離散化手法によって離散化することにより得ることができる。例えば、ラプラス演算子ｓを単純微分として扱う簡単な近似によって以下のように得ることができる。簡単化のため、式（１３）のτｇｐとτｆが同じτ１とする。また、サンプルタイム、すなわち１制御周期の長さ（Ｓｔｉｍｅ）をＴとする。予測したい伝達関数は式（１４）となる。
Ｈ（ｓ）＝１／（（τ１・ｓ＋１）・（τ１・ｓ＋１））    （１４）
【００６８】
離散化のために、次式のようにＳを定義すると、伝達関数Ｈ（ｓ）は、式（１５）のようになる。
【数７】
2011033009.tif 000009
【００６９】
ここで、ｇ１を次のように定義すると、伝達関数Ｈは、さらに式（１６）のようになる。
【数８】
2011033009.tif 000010
【００７０】
式（１６）のＺ関数を以下のように差分方程式（１７）に変換する。
【数９】
2011033009.tif 000011
【００７１】
式（１７）において、ｙ（ｎ）を予測ＣＳ角度θｃｓ_ｐ、ｙ（ｎ−１）とｙ（ｎ−２）を検出ＣＳ角度θｃｓ（ｎ−１）とθｃｓ（ｎ−２）、ｕ（ｎ）を目標ＣＳ角度θｃｓ＿ｃｍｄとすると、（１）式のａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２は次のようになり、式（１）を導くことができる。
【数１０】
2011033009.tif 000012
【００７２】
離散化手法として、Ｔｕｓｔｉｎ変換（双一次変換）を用いた場合は次のようになる。なお、同様に、式（１３）のτｇｐとτｆが同じτ１とし、また、サンプルタイム、すなわち１制御周期の長さ（Ｓｔｉｍｅ）をＴとする。離散化のために、次のようにＳを定義すると、伝達関数Ｈ（ｓ）は、式（１８）のようになる。
【数１１】
2011033009.tif 000013
【００７３】
ここで、ｋｄとｋｎを次のように定義すると、伝達関数Ｈは、さらに式（１９）のようになる。
【数１２】
2011033009.tif 000014
【００７４】
式（１９）のＺ関数を上述した式（１６）の場合と同様に差分方程式に変換することにより、式（１）を導くことができる。
【００７５】
図１２は、本願発明の一実施例に従う、制御プロセスのフローチャートである。該プロセスは、上述した制御周期に従って、ＥＣＵ１により実行され、より具体的には、図４あるいは図６に示される機能ブロックによって実現される。
【００７６】
ステップＳ２０において、目標吸入空気量（ＧＡＩＲ）から吸気バルブの目標リフト量を求める。ステップＳ２２において、予め求めたリフト量ＬＩＦＴと制御軸３６の回転角度θｃｓの相関テーブルを利用して、目標リフト量ＬＩＦＴ＿ｏｂｊに対応する目標回転角度θｃｓ１求める。ステップＳ２４において、目標値フィルタにより、目標回転角度θｃｓ１の１制御周期での変化量（ゲイン）が調整される（図７）。このゲイン調整は、ステップＳ２６において、検出したバッテリ電圧ＶＢから算出される。フィルタ処理後の目標回転角度θｃｓ２は次のステップＳ２８に入力される。一方、ステップＳ２２において求められた目標回転角度θｃｓ１は、ステップＳ２４を迂回してそのままステップＳ２８にも入力される。
【００７７】
ステップＳ２８において、リフトの予測制御をおこなうか否かを判定する。その判定は既出の図８のフローに従って行われる。予測制御をおこなう場合、フィルタ処理後の目標回転角度θｃｓ２を選択して次のテップＳ３０、Ｓ３６に出力する。予測制御をおこなわない場合、フィルタ処理をしていない目標回転角度θｃｓ１を選択して次のステップＳ４２に出力する。ステップＳ２８は、出力を切り換えるスイッチングの働きをする。
【００７８】
予測制御をおこなう場合、ステップＳ３０において、目標回転角度θｃｓ２を用いて、制御軸３６の回転角度の予測値である予測ＣＳ角度θｃｓ＿ｐを算出する。ステップＳ３２において、算出された予測ＣＳ角度θｃｓ＿ｐから対応する予測リフト量ＨＡＬＩＦＴを算出する。この算出にあたっては、予め求められたＣＳ角度θｃｓとリフト量ＬＩＦＴの相関テーブルを利用する。ステップＳ３４において、次回周期で噴射すべき燃料量を算出する。燃料量の算出手順はすでに図６のブロック７４において説明した通りである。
【００７９】
予測制御をおこなう場合、さらにステップＳ３６において、目標回転角度θｃｓ２を１制御周期分遅延させるためにバッファリングする。バッファリング（遅延）された目標回転角度θｃｓ２は制御周期に応じて取り出され、次のステップＳ３８において、ＬＰＦによりフィルタリングされて、実リフト量算出のための目標ＣＳ角度θｃｓ＿ｏｂｊとして出力される。ステップＳ４０において、入力された目標ＣＳ角度θｃｓ＿ｏｂｊを不完全微分ＰＤ制御に適用して、操作量となるθｐｄが求められる。予測制御をおこなわない場合、ステップＳ４２において、目標回転角度θｃｓ１を目標ＣＳ角度θｃｓ＿ｏｂｊとして、スライディングモード制御により操作量θｓｄを求める。不完全微分ＰＤ制御およびスライディングモード制御については既に説明した通りである。
【００８０】
ステップＳ４４において、ステップＳ２８と同様に、図８のフローに従って、リフトの予測制御をおこなうか否かを判定する。予測制御をおこなう場合、不完全微分ＰＤ制御により得られた操作量θｐｄを選択して次のテップＳ４６に出力する。予測制御をおこなわない場合、スライディングモード制御により得られた操作量θｓｄを選択して次のステップＳ４６に出力する。ステップＳ４４は、ステップＳ２８と同様に、出力を切り換えるスイッチの働きをする。
【００８１】
ステップＳ４６において、入力された操作量に基づいて、ＣＳ制御系が制御軸３６を回転させる。その回転角度（θｃｓ）に応じて、図２、図３の弁作動特性可変装置２０において、モータ２３によって制御軸３６を回転させることにより、吸気バルブ４０のリフト量を調整する。
【００８２】
この発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。また、上記実施形態は、車両や汎用の（例えば、船外機等の）内燃機関に適用可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１  ＥＣＵ    ２  エンジン
３  吸気管    １５  ＣＳＡセンサ
２０  弁作動特性可変装置
２３  モータ    ３６  制御軸
４０  吸気バルブ
【図１】
2011033009.tif 000015
【図２】
2011033009.tif 000016
【図３】
2011033009.tif 000017
【図４】
2011033009.tif 000018
【図５】
2011033009.tif 000019
【図６】
2011033009.tif 000020
【図７】
2011033009.tif 000021
【図８】
2011033009.tif 000022
【図９】
2011033009.tif 000023
【図１０】
2011033009.tif 000024
【図１１】
2011033009.tif 000025
【図１２】
2011033009.tif 000026