專利名稱：控制裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種控制裝置，其通過可在預定控制范圍內(nèi)變更控制量的可動機構(gòu)，對控制量進行控制。
背景技術(shù)：
迄今為止，作為控制內(nèi)燃機的進氣門升程(以下稱為“氣門升程”)的控制裝置，在日本特開2003-254100號公報中所述的裝置已為眾所周知。該內(nèi)燃機對每個氣缸設置可變氣門升程機構(gòu)。該可變氣門升程機構(gòu)使氣門升程在預定的最小值與預定的最大值之間連續(xù)變化，并具有連接曲軸的驅(qū)動軸和平行于該驅(qū)動軸的控制軸等。在該驅(qū)動軸上，設置有搖擺凸輪和連桿臂等，這些搖擺凸輪和連桿臂分別連接到控制軸的搖臂上。
此外，控制軸由軸承支撐并可以自由旋轉(zhuǎn)，并在接近該軸承的部位，具有從圓周面向外方突出的銷。在該軸承上形成有突起，當控制軸沿預定方向旋轉(zhuǎn)時，銷抵接該突起，從而阻止控制軸的旋轉(zhuǎn)。此外，在控制軸上設置有驅(qū)動該控制軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)具有電動機和齒輪機構(gòu)等。當通過該旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動控制軸進行旋轉(zhuǎn)時，便可變更上述搖擺凸輪與連桿臂以及搖臂之間的相對的角度位置關系，從而變更氣門升程，特別地，當控制軸的銷保持在抵接軸承突起的狀態(tài)時，氣門升程被保持在預定的最小值。
另一方面，控制裝置具有各種傳感器、以及連接在這些各種傳感器和上述電動機上的控制器等。該控制器根據(jù)各種傳感器的檢測信號，判斷內(nèi)燃機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，根據(jù)該運轉(zhuǎn)狀態(tài)，通過可變氣門升程機構(gòu)控制氣門升程，從而，控制吸入的空氣量。此外，當判斷內(nèi)燃機處于怠速運轉(zhuǎn)等低負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，控制軸旋轉(zhuǎn)到該銷抵接軸承突起的位置，從而，將各氣缸的氣門升程被控制在預定的最小值。
根據(jù)上述現(xiàn)有的控制裝置，在氣門升程的控制中，當判斷內(nèi)燃機處于低負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，因為驅(qū)動控制軸，使該銷旋轉(zhuǎn)到抵接軸承突起的位置，所以如果其旋轉(zhuǎn)速度較大，則由于銷抵接突起時的沖擊力，銷和突起就有可能會變形。作為規(guī)避這些危險的措施，可以考慮為了減小沖擊力，而降低控制軸的旋轉(zhuǎn)速度、或者為了抑制沖擊力的影響，在銷和突起上設置緩沖材料等。但是，在降低控制軸的旋轉(zhuǎn)速度時，驅(qū)動到銷抵接突起的位置所需要的時間，亦即到達氣門升程最小值的控制時間就要延長，從而使吸入空氣量到達恰當值的控制時間就會延長。其結(jié)果，使吸入空氣量的控制性能降低，當處于怠速運轉(zhuǎn)中等低負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，有可能使發(fā)動機轉(zhuǎn)速處于不穩(wěn)定狀態(tài)。另一方面，當在銷和突起上設置緩沖材料時，制造成本相應地就要上升，并且，由于必須確保緩沖材料的空間，因此降低了設計的自由度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述課題而提出的，目的在于提供一種控制裝置，其在通過可動機構(gòu)對控制量進行控制的場合，在將該可動機構(gòu)的可動部驅(qū)動到其可動范圍的界限時，既可以降低其沖擊力，又可以縮短其驅(qū)動時間。
為達到上述目的而提供的控制裝置，具有可動機構(gòu)，其具有限制部、以及通過抵接在該限制部上而被限制可動范圍的可動部，通過在該可動范圍內(nèi)驅(qū)動該可動部，而在預定(predetermined)控制范圍內(nèi)變更控制量；位置檢測裝置，其用于檢測上述可動部的位置；控制量計算裝置，其根據(jù)該檢測出的可動部的位置，計算出上述控制量；目標控制量設定裝置，其用于設定作為上述控制量目標的目標控制量；以及控制輸入計算裝置，通過預定的控制算法，計算出用于控制上述可動機構(gòu)的控制輸入，以使上述控制量跟蹤上述目標控制量，上述預定的(predetermined)控制算法包含干擾抑制參數(shù)，該干擾抑制參數(shù)用于抑制施加到上述可動機構(gòu)的干擾的影響，上述控制輸入計算裝置具有干擾抑制參數(shù)設定裝置，其在上述控制量和上述目標控制量中的一方處于比上述預定控制范圍的界限值附近的預定值更接近該界限值一側(cè)時，或者在上述檢測出的上述可動部的位置比上述可動范圍的界限附近的預定位置更接近該界限一側(cè)時，與其他時候相比，將上述干擾抑制參數(shù)設定成，該干擾抑制參數(shù)對上述干擾的影響的抑制程度變得更小。
根據(jù)該控制裝置，為了使控制量跟蹤目標控制量，通過預定的控制算法，計算出用于控制可動機構(gòu)的控制輸入，該預定的控制算法包含有干擾抑制參數(shù)，其用于抑制施加到可動機構(gòu)的干擾的影響，并且，當控制量和目標控制量中的一方處于相對于界限值附近的預定值處于預定的控制范圍的界限值一側(cè)時，或者在所檢測出的可動部的位置相對于界限附近的預定位置處于可動范圍的界限一側(cè)時，設定干擾抑制參數(shù)，使其對干擾影響的抑制程度變得比上述情況以外的情況時更小。如該控制裝置那樣，在通過預定的控制算法計算用于控制可動機構(gòu)的控制輸入，以使控制量跟蹤目標控制量的情況下，當控制算法包含有干擾抑制參數(shù)，用以抑制施加到可動機構(gòu)的干擾的影響時，若設定干擾抑制參數(shù)，使其對干擾影響的抑制程度變大時，則為了一邊更有效地抑制干擾的影響，一邊確?？刂屏肯蚰繕丝刂屏康母櫺?，亦即控制量與目標控制量間的偏差值向值0的收斂性，該控制輸入作為使可動部的驅(qū)動力變得更大那樣的值被算出。與此相反，當干擾抑制參數(shù)被設定為對干擾影響的抑制程度減小時，為了使控制量與目標控制量間的偏差收斂到0值，該控制輸入作為使可動部的驅(qū)動力變得更小那樣值被算出。
基于以上理由，根據(jù)該控制裝置，當可動部被驅(qū)動向可動范圍的界限時，換句話說，當控制量被控制向預定控制范圍的界限值時，在可動部超過可動范圍的界限附近的預定位置后，當控制量與目標控制量產(chǎn)生偏差時，作用到可動部的驅(qū)動力的增大程度比超過預定位置前更小，在此狀態(tài)下，將可動部驅(qū)動到界限側(cè)。亦即，在可動部抵接限制部之前一刻，即使控制量與目標控制量間產(chǎn)生偏差，而使其收斂到值0，也不會在可動部上急劇作用很大的驅(qū)動力，因此可以降低可動部抵接限制部時的沖擊力，從而，可以避免可動部和限位部的變形等，并且，可以延長可動機構(gòu)的壽命。在此基礎上，由于不必降低可動部的驅(qū)動速度就可以減小沖擊力，因此可以避免驅(qū)動時間的延長。如上所述，既可以減小沖擊力，又可以縮短驅(qū)動時間。加之，由于不必進行設置緩沖材料等的結(jié)構(gòu)上的設計變更，因此在削減制造成本的同時，還可以使設計自由度提高。進一步，當控制量穿過界限值附近的預定值而被控制到界限值一側(cè)時，或者目標控制量被設定在比預定值更接近界限值一側(cè)時，與可動部超過可動范圍的界限附近的預定位置時相同，由于可動部以更小的驅(qū)動力被驅(qū)動到可動范圍的界限側(cè)，因此可以得到上述那樣的作用效果。
上述預定的控制算法優(yōu)選包含預定的應答指定型控制算法，上述干擾抑制參數(shù)，就是在該預定的應答指定型控制算法中，指定上述控制量與上述目標控制量間的偏差的收斂速度和收斂方式的應答指定參數(shù)。
一般地，在應答指定型控制算法中，應答指定參數(shù)用于指定控制量與目標控制量間的偏差的收斂速度和收斂方式，通過變更該應答指定參數(shù)的值，可以變更對施加到可動機構(gòu)的干擾影響的抑制程度。對此，根據(jù)該控制裝置，通過包含預定的應答指定型控制算法的控制算法，計算出控制輸入，并且，由于干擾抑制參數(shù)就是該預定的應答指定型控制算法中的應答指定參數(shù)，因此只要變更該應答指定參數(shù)的值，既不會損害控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又可以快速地變更干擾抑制能力。其結(jié)果可使控制性能得到提高。
上述預定的控制算法優(yōu)選包含預定的二自由度控制算法。
根據(jù)該控制裝置，由于控制輸入通過包含預定的二自由度控制算法的控制算法進行計算，因此，作為二自由度控制算法，例如當利用目標值濾波二自由度控制算法時，通過目標值濾波算法，可以恰當?shù)卦O定控制量對目標控制量的跟蹤速度，并且，通過反饋控制算法，可以恰當?shù)卦O定控制量對目標控制量的跟蹤方式。從而，可以一邊避免過調(diào)節(jié)(overshoot)的發(fā)生，一邊可以使控制量高精度地跟蹤目標控制量。其結(jié)果，當可動部被驅(qū)動向可動范圍的界限時，可以更加可靠地減小可動部抵接限制部時的沖擊力。
當要將上述可動部驅(qū)動到上述可動范圍的界限時，上述目標控制量設定裝置優(yōu)選將上述目標控制量設定為上述預定的控制范圍外的預定值。
一般地，在可動機構(gòu)中，當將其可動部驅(qū)動到可動范圍的界限時，若將目標控制量設定為預定范圍的界限值，則由于可動機構(gòu)個體間的動作特性的差異、以及長期緩慢老化等原因，有可能會使可動部不能到達可動范圍的界限。對此，根據(jù)該控制裝置，在必須將可動部驅(qū)動到可動范圍的界限時，將目標控制量設定為預定的控制范圍外的預定值，因此可以將可動部可靠地驅(qū)動到可動范圍的界限，可以使其可靠地抵接限制部。從而，可以有意識地作出使可動部抵接限制部的狀態(tài)，例如，在需要這樣的狀態(tài)對位置檢測裝置進行校準的情況下，可以正確地進行校準。
上述控制裝置優(yōu)選還具有判斷裝置，其根據(jù)上述檢測出的上述可動部的位置和上述計算出的控制量的至少一方，判斷上述可動部是否處于上述可動范圍的界限；校正值計算裝置，根據(jù)當通過上述判斷裝置判斷上述可動部處于上述可動范圍的界限時計算出的上述控制量與上述界限值的比較結(jié)果，計算用于校正該計算出的控制量的校正值。
根據(jù)該控制裝置，由于通過判斷裝置，根據(jù)檢測出的可動部的位置和計算出的控制量的至少一方，判斷可動部是否處于可動范圍的界限，并通過校正值計算裝置，在判斷可動部處于可動范圍的界限時，根據(jù)計算出的控制量與界限值的比較結(jié)果，計算用于校正所計算出的控制量的校正值，因此，在此之后，可以一邊使用由這樣計算出的校正值進行校正后的控制量，一邊進行控制。亦即，可以一邊反映出由于可動機構(gòu)的長期緩慢老化等引起的、所算出的控制量與實際值之間的偏差，一邊校正控制量，可以正確地進行位置檢測裝置的校準。其結(jié)果，可以使控制精度提高。
上述可動機構(gòu)優(yōu)選可變氣門升程機構(gòu)，其將作為內(nèi)燃機的進氣門和排氣門的至少一方的升程的氣門升程，作為上述控制量進行變更。
根據(jù)該控制裝置，當通過可變氣門升程機構(gòu)控制氣門升程時，可以得到如上所述的作用效果，從而，可以延長可變氣門升程機構(gòu)的壽命。
上述可動機構(gòu)優(yōu)選可變凸輪相位機構(gòu)，其將作為內(nèi)燃機的進氣凸輪和排氣凸輪的至少一方相對于曲軸的相位的凸輪相位，作為上述控制量進行變更。
根據(jù)該控制裝置，當通過可變凸輪相位機構(gòu)控制凸輪相位時，可以得到如上所述的作用效果，從而，可以延長可變凸輪相位機構(gòu)的壽命。
上述可動機構(gòu)優(yōu)選可變壓縮比機構(gòu)，其將內(nèi)燃機的壓縮比作為上述控制量進行變更。
根據(jù)該控制裝置，當通過可變壓縮比機構(gòu)控制壓縮比時，可以得到如上所述的作用效果，從而，可以延長可變壓縮比機構(gòu)的壽命。
上述可動機構(gòu)優(yōu)選節(jié)氣門機構(gòu)，其將設置在內(nèi)燃機的進氣通路中的節(jié)氣門開度，作為上述控制量進行變更。
根據(jù)該控制裝置，當通過節(jié)氣門機構(gòu)控制節(jié)氣門開度時，可以得到如上所述的作用效果，從而，可以延長節(jié)氣門機構(gòu)的壽命。
對本發(fā)明的上述以及其它目的、特征、和優(yōu)點，根據(jù)同樣符號表示圖中同樣部件的附加的附圖，通過下述的詳細說明，可以更加清楚地理解。


圖1是表示使用了本發(fā)明的第1實施方式的控制裝置的內(nèi)燃機的概略結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖2是表示控制裝置的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖3是表示內(nèi)燃機的可變式進氣門傳動機構(gòu)和排氣門傳動機構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖4是表示可變式進氣門傳動機構(gòu)的可變氣門升程機構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)的截面圖。
圖5A是表示升程調(diào)節(jié)器的短臂抵接最大升程擋塊的狀態(tài)圖。
圖5B是表示抵接最小升程擋塊的狀態(tài)圖。
圖6A是表示可變氣門升程機構(gòu)的下連桿處于最大升程位置時的進氣門的開啟狀態(tài)圖。
圖6B是表示處于最小升程位置時的進氣門的開啟狀態(tài)圖。
圖7是分別表示可變氣門升程機構(gòu)的下連桿處于最大升程位置時的進氣門的氣門升程曲線(實線)，以及處于最小升程位置時的氣門升程曲線(雙點劃線)的圖。
圖8是表示可變凸輪相位機構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖9是從沿圖8的A-A線方向觀察行星齒輪裝置的模式圖。
圖10是從沿圖8的B-B線方向觀察電磁制動器的模式圖。
圖11是表示可變凸輪相位機構(gòu)的動作特性的特性曲線圖。
圖12是分別表示通過可變凸輪相位機構(gòu)，將凸輪相位設定在最大滯后角值時的進氣門的氣門升程曲線(實線)，以及將凸輪相位設定在最大提前角值時的進氣門的氣門升程曲線(雙點劃線)的圖。
圖13A是表示壓縮比被設定在最低值時的可變壓縮比機構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)模式圖。
圖13B是表示壓縮比被設定在最高值時的可變壓縮比機構(gòu)中的壓縮比調(diào)節(jié)器附近的結(jié)構(gòu)圖。
圖14是表示氣門升程控制器的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖15是表示用于切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_1f的計算的圖表的一個例子的圖。
圖16是表示干擾被輸入到可變氣門升程機構(gòu)時的跟蹤誤差E_lf的變化的時間圖。
圖17是表示凸輪相位控制器的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖18是表示用于切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca的計算的圖表的一個例子的圖。
圖19是表示壓縮比控制器的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖20是表示用于切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr的計算的圖表的一個例子的圖。
圖21是表示可變機構(gòu)的控制處理的流程圖。
圖22是表示可變氣門升程機構(gòu)的初始化處理的流程圖。
圖23是表示初始化處理中，用于目標氣門升程Liftin_cmd的計算的圖表的一個例子的圖。
圖24是表示控制輸入計算處理的流程圖。
圖25是表示發(fā)動機起動中，用于目標氣門升程Liftin_cmd的計算的圖表的一個例子的圖。
圖26是表示發(fā)動機起動中，用于目標凸輪相位Cain_cmd的計算的圖表的一個例子的圖。
圖27是表示在催化劑預熱控制中，用于目標氣門升程Liftin_cmd的計算的映射圖表的一個例子的圖。
圖28是表示在催化劑預熱控制中，用于凸輪相位Cain_cmd的計算的映射圖表的一個例子的圖。
圖29是通常運轉(zhuǎn)中，表示用于目標氣門升程Liftin_cmd的計算的映射圖表的一個例子的圖。
圖30是通常運轉(zhuǎn)中，表示用于目標凸輪相位Cain_cmd的計算的映射圖表的一個例子的圖。
圖31是通常運轉(zhuǎn)中，表示用于目標壓縮比Cr_cmd的計算的映射圖表的一個例子的圖。
圖32是表示實行可變氣門升程機構(gòu)的初始化處理時的控制結(jié)果例子的時間圖。
圖33是表示將氣門升程Liftin控制在最小值Liftin_L與最大值Liftin_H之間時的控制結(jié)果例子的時間圖。
圖34是表示本發(fā)明的第2實施方式的控制裝置以及使用該控制裝置的節(jié)氣門機構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖35是表示節(jié)氣門開度控制器的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖36是表示用于切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_th的計算的圖表的一例的圖。
具體實施例方式
以下，一邊參考附圖，一邊對本發(fā)明的第1實施方式的控制裝置進行說明。如圖2所示，該控制裝置1具有ECU_2，該ECU_2如后所述，根據(jù)內(nèi)燃機(以下稱為“發(fā)動機”)3的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，實行氣門升程控制、凸輪相位控制、以及壓縮比控制等控制處理。
如圖1和圖3所示，發(fā)動機3是具有4組氣缸3a和活塞3b(只圖示1組)的直列4缸DOHC(雙頂置凸輪軸)型的汽油發(fā)動機，其安裝在未圖示的車輛上。發(fā)動機3在每一個氣缸3a上設置有進氣門4和排氣門7，其分別開閉進氣口和排氣口；進氣凸輪軸5和進氣凸輪6，其用于驅(qū)動進氣門4；可變式進氣門傳動機構(gòu)40，其驅(qū)動進氣門4進行開閉；排氣凸輪軸8和排氣凸輪9，其用于驅(qū)動排氣門7；排氣門傳動機構(gòu)30，其驅(qū)動排氣門7進行開閉；可變壓縮比機構(gòu)80，其用于變更壓縮比；燃料噴射閥10；火花塞11(參考圖2)等。
進氣門4的氣門桿4a嵌合在氣門導管4b中并可自由滑動，該氣門導管4b固定在氣缸蓋3c上。進一步地，如圖4所示，進氣門4還具有上下彈簧座4c、4d；以及設置在它們之間的氣門彈簧4e。通過該氣門彈簧4e，向關閉氣門的方向賦予勢能。
此外，進氣凸輪軸5和排氣凸輪軸8分別通過未圖示的保持架，安裝在氣缸蓋3c上并可自由旋轉(zhuǎn)。在該進氣凸輪軸5的一個端部上，同軸配置有進氣鏈輪5a，并設置成可以自由旋轉(zhuǎn)(參考圖8)。該進氣鏈輪5a通過正時帶5b，連接到曲軸3d上，并通過后述的可變凸輪相位機構(gòu)70，連接進氣凸輪軸5(參考圖8)。通過以上結(jié)構(gòu)，曲軸3d每旋轉(zhuǎn)2周，進氣凸輪軸5便旋轉(zhuǎn)1周。此外，在每個氣缸3a上，將進氣凸輪6設置在進氣凸輪軸5上，并使它們可以一體旋轉(zhuǎn)。
進一步，可變式進氣門傳動機構(gòu)40伴隨進氣凸輪軸5的旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動各氣缸3a的進氣門4進行開閉，并且，可無級變更進氣門4的升程和氣門正時，關于其詳細內(nèi)容，以后敘述。并且，在本實施方式中，“進氣門4的升程(以下稱為‘氣門升程’)”表示進氣門4的最大行程。
另一方面，排氣門7的氣門桿7a嵌合在氣門導管7b上并可自由滑動，該氣門導管7b固定在氣缸蓋3c上。進一步，排氣門7還具有上下彈簧座7c、7d；以及設置在它們之間的氣門彈簧7e。通過該氣門彈簧7e，向關閉氣門的方向賦予勢能。
此外，排氣凸輪軸8具有與其一體的排氣鏈輪(未圖示)，并通過該排氣鏈輪和正時帶5b，連接到曲軸3d上，從而，曲軸3d每旋轉(zhuǎn)2周，排氣凸輪軸8就旋轉(zhuǎn)1周。進一步，在每個氣缸3a上，將排氣凸輪9設置在排氣凸輪軸8上，并使它們可以一體旋轉(zhuǎn)。
進一步，排氣門傳動機構(gòu)30具有搖臂31，通過該搖臂31伴隨排氣凸輪9的旋轉(zhuǎn)而進行的搖動，一邊抵抗氣門彈簧7e的彈力，一邊驅(qū)動排氣門7進行開閉。
另一方面，燃料噴射閥10設置在每個氣缸3a上，為了將燃料直接噴射到燃燒室內(nèi)，而以傾斜的狀態(tài)安裝在氣缸蓋3c上。亦即，發(fā)動機3構(gòu)成為直噴發(fā)動機。此外，燃料噴射閥10電連接到ECU2(電子控制單元2)上，通過ECU2，控制開啟時間和開啟正時，從而，實行燃料噴射的控制。
此外，在每個氣缸3a上也設置火花塞11，其安裝在氣缸蓋3c上?；鸹ㄈ?1電連接到ECU2上，通過ECU2控制放電狀態(tài)，通過對應點火時間的正時，使燃燒室內(nèi)的混合氣體燃燒，從而，實現(xiàn)點火時間的控制。
另一方面，在發(fā)動機3中，設置有曲軸角傳感器20和水溫傳感器21。該曲軸角傳感器20由磁性轉(zhuǎn)子和MRE(磁阻元件)拾取器(pickup)構(gòu)成，伴隨曲軸3d的旋轉(zhuǎn)，將所有作為脈沖信號的CRK(crank)信號(曲軸信號)和TDC信號(上止點信號)都輸出到ECU2。并且，在本實施方式中，曲軸角傳感器20相當于位置檢測裝置。
CRK信號在每轉(zhuǎn)過預定的曲軸角(例如10°)就輸出一個脈沖，ECU2根據(jù)該CRK信號，計算出發(fā)動機3的轉(zhuǎn)數(shù)(以下稱為“發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)”)NE。此外，TDC信號是表示各氣缸3a的活塞3b位于比進氣沖程的TDC位置提前若干預定曲軸角的位置的信號，每轉(zhuǎn)過預定的曲軸角便輸出一個脈沖。
此外，水溫傳感器21例如由熱敏電阻等構(gòu)成，將表示發(fā)動機水溫TW的檢測信號輸出到ECU2。該發(fā)動機水溫TW表示在發(fā)動機3的氣缸體3h內(nèi)循環(huán)的冷卻水的溫度。
進一步，在發(fā)動機3的進氣管12中省略了節(jié)氣門機構(gòu)，并且，該進氣通路12a形成為大口徑，根據(jù)這樣的設置，使流動阻力比通常的發(fā)動機更小。在該進氣管12中，設置有空氣流量傳感器22。該空氣流量傳感器22由熱敏式空氣流量計構(gòu)成，將表示流過進氣通路12a內(nèi)的空氣流量Gin的檢測信號輸出到ECU2。
下面，對上述可變式進氣門傳動機構(gòu)40進行說明。如圖4所示，該可變式進氣門傳動機構(gòu)40由進氣凸輪軸5、進氣凸輪6、可變氣門升程機構(gòu)50、以及可變凸輪相位機構(gòu)70等構(gòu)成。在本實施方式中，可變氣門升程機構(gòu)50和可變凸輪相位機構(gòu)70相當于可動機構(gòu)。
該可變氣門升程機構(gòu)50伴隨進氣凸輪軸5的旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動進氣門4進行開閉，并且，在預定的最大值Liftin_H和預定的最小值Liftin_L之間，對氣門升程Liftin進行無級變更，其具有四連桿搖臂機構(gòu)51，其設置在每個氣缸3a上；升程調(diào)節(jié)器60(參考圖5A、圖5B)，并且驅(qū)動這些搖臂機構(gòu)51；等等。
各搖臂機構(gòu)51由搖臂52、以及上、下連桿53、54等構(gòu)成。該上連桿53的一個端部通過上銷55，轉(zhuǎn)動自由地安裝到搖臂52的上端部，另一端部轉(zhuǎn)動自由地安裝在搖臂軸56上。該搖臂軸56通過未圖示的保持器，安裝在氣缸蓋3c上。
此外，在搖臂52的上銷55上，設置有自由旋轉(zhuǎn)的滾子57。該滾子57與進氣凸輪6的凸輪面抵接，當進氣凸輪6旋轉(zhuǎn)時，一邊被該凸輪面引導，一邊在進氣凸輪6上轉(zhuǎn)動。從而，搖臂52沿上下方向被驅(qū)動，并且，上連桿53以搖臂軸56為中心轉(zhuǎn)動。
進一步，在搖臂52的進氣門4一側(cè)的端部，安裝有調(diào)節(jié)螺栓52a。在伴隨進氣凸輪6的旋轉(zhuǎn)，搖臂52沿上下方向移動時，該調(diào)節(jié)螺栓52a一邊抵抗氣門彈簧4e的彈力，一邊沿上下方向驅(qū)動氣門桿4a，使進氣門4進行開閉。
此外，下連桿54的一個端部通過下銷58，轉(zhuǎn)動自由地安裝在搖臂52的下端部，在下連桿54的另一個端部，轉(zhuǎn)動自由地安裝有連接軸59。下連桿54通過該連接軸59，連接到升程調(diào)節(jié)器60的后述的短臂65上。
另一方面，升程調(diào)節(jié)器60由ECU2驅(qū)動，如圖5A、5B所示，其具有電動機61、螺母62、連桿63、長臂64以及短臂65等。該電動機61連接到ECU2上，被配置在發(fā)動機3的氣缸蓋罩3g的外側(cè)。電動機61的轉(zhuǎn)軸是形成有陽螺紋的螺紋軸61a，在該螺紋軸61a上，螺合著螺母62。該螺母62通過連桿63，連接到長臂64上。該連桿63的一個端部通過軸銷63a，轉(zhuǎn)動自由地安裝在螺母62上，另一個端部通過軸銷63b，轉(zhuǎn)動自由地安裝在長臂64的一個端部。
此外，長臂64的另一個端部通過轉(zhuǎn)軸66安裝在短臂65的一個端部。該轉(zhuǎn)軸66的截面形成為圓形，貫通發(fā)動機3的氣缸蓋罩3g，并且，轉(zhuǎn)動自由地被其支撐。伴隨該轉(zhuǎn)軸66的轉(zhuǎn)動，長臂64以及短臂65與其一體轉(zhuǎn)動。
進一步地，在短臂65的另一個端部上，轉(zhuǎn)動自由地安裝有前述連接軸59，從而，短臂65通過連接軸59，連接到下連桿54。此外，在短臂65的附近，設置有最小升程擋塊67a和最大升程擋塊67b，且使其相互保持一定間隔，通過這2個擋塊67a、67b，短臂65的轉(zhuǎn)動范圍如后所述那樣受到限制。并且，在本實施方式中，短臂65相當于可動部，最小升程擋塊67a和最大升程擋塊67b相當于限制部。
下面，對如上那樣構(gòu)成的可變氣門升程機構(gòu)50的動作進行說明。在該可變氣門升程機構(gòu)50中，當來自ECU2的后述的升程控制輸入Uliftin輸入到升程調(diào)節(jié)器60時，螺紋軸61a旋轉(zhuǎn)，通過與之相伴的螺母62的移動，長臂64以及短臂65以轉(zhuǎn)軸66為中心轉(zhuǎn)動，并且，伴隨該短臂65的轉(zhuǎn)動，搖臂機構(gòu)51的下連桿54以下軸銷58為中心轉(zhuǎn)動。亦即，通過升程調(diào)節(jié)器60，下連桿54被驅(qū)動。
如圖5A所示，當短臂65沿圖中的反時針方向轉(zhuǎn)動時，短臂65會抵接最大升程擋塊67b并被其卡止。從而，下連桿54也被卡止在圖4中實線所示的最大升程位置。另一方面，如圖5B所示，當短臂65沿圖中的順時針方向轉(zhuǎn)動時，短臂65抵接最小升程擋塊67a并被其卡止。從而，下連桿54也被卡止在圖4中雙點劃線所示的最小升程位置。
如上所述，通過2個擋塊67a、67b，短臂65的轉(zhuǎn)動范圍被限制在圖5A所示的最大升程位置和圖5B所示的最小升程位置之間，從而，下連桿54的轉(zhuǎn)動范圍也被限制在圖4中實線所示的最大升程位置和圖4中雙點劃線所示的最小升程位置之間。
當下連桿54處于最大升程位置時，通過搖臂軸56、上下銷55、58以及連接軸59構(gòu)成的四連桿機構(gòu)形成為，上銷55與下銷58的中心間距離比搖臂軸56與連接軸59的中心間距離長，從而，如圖6A所示，當進氣凸輪6旋轉(zhuǎn)時，調(diào)節(jié)螺栓52a的移動量比進氣凸輪6與滾子57的接觸點的移動量大。
另一方面，當下連桿54處于最小升程位置時，上述四連桿機構(gòu)形成為，上銷55與下銷58的中心間距離比搖臂軸56與連接軸59的中心間距離短，從而，如圖6B所示，當進氣凸輪6旋轉(zhuǎn)時，調(diào)節(jié)螺栓52a的移動量比進氣凸輪6與滾子57的接觸點的移動量小。
由于以上的原因，進氣門4在下連桿54處于最大升程位置時，與處于最小升程位置時相比，要以較大的氣門升程Liftin打開氣門。具體地，在進氣凸輪6旋轉(zhuǎn)中，當下連桿54處于最大升程位置時，進氣門4按照圖7的實線所示的氣門升程曲線打開氣門，氣門升程Liftin表示其最大值Liftin_H。另一方面，當下連桿54處于最小升程位置時，進氣門4按照圖7的雙點劃線所示的氣門升程曲線打開氣門，氣門升程Liftin表示其最小值Liftin_L。
如上述那樣，利用該可變氣門升程機構(gòu)50，通過升程調(diào)節(jié)器60，使下連桿54在最大升程位置與最小升程位置之間轉(zhuǎn)動，由此，可以使氣門升程Liftin在最大值Liftin_H和最小值Liftin_L之間進行無級變更。在本實施方式中，最大值Liftin_H和最小值Liftin_L相當于控制范圍的界限值。
并且，在該可變氣門升程機構(gòu)50中，設置有未圖示的鎖定機構(gòu)，通過該鎖定機構(gòu)，當升程控制輸入Uliftin被設定為后述的故障時用值Uliftin_fs時，或者因斷線等使來自ECU2的升程控制輸入Uliftin不能輸入到升程調(diào)節(jié)器60時，可變氣門升程機構(gòu)50就被鎖定。亦即，禁止由可變氣門升程機構(gòu)50使氣門升程Liftin變更，并且使氣門升程Liftin保持在最小值Liftin_L。另外，當凸輪相位Cain保持在后述的最大滯后角值Cain_L，并且壓縮比Cr保持在最低值Cr_L時，該最小值Liftin_L被設定為空氣吸入量可以確保預定的故障時用值那樣的值，該預定的故障時用值被設定為如下的空氣吸入量的值即，在停車中，可以充分地進行怠速運轉(zhuǎn)或發(fā)動機啟動，并且，在行駛中，能夠維持低速行駛的狀態(tài)。
此外，在發(fā)動機3中，設置有轉(zhuǎn)角傳感器23(參考圖2)，該轉(zhuǎn)角傳感器23用于檢測短臂65的轉(zhuǎn)角θlift，并將表示該轉(zhuǎn)角θlif的檢測信號輸出到ECU2。該短臂65的轉(zhuǎn)角θlift表示短臂65究竟處于最大升程位置與最小升程位置之間的什么位置，ECU2根據(jù)該轉(zhuǎn)角θlift計算出氣門升程Liftin。在本實施方式中，轉(zhuǎn)角傳感器23相當于位置檢測裝置。
下面，對前述可變凸輪相位機構(gòu)70進行說明。如以下所述，該可變凸輪相位機構(gòu)70是通過電磁力使凸輪相位Cain進行無級變更的電磁式機構(gòu)，如圖8～圖10所示，其具有行星齒輪裝置71和電磁制動器72等。
該行星齒輪裝置71用于在進氣凸輪軸5與進氣鏈輪5a之間傳遞旋轉(zhuǎn)，其具有齒圈71a、3個行星小齒輪71b、中心齒輪71c、以及行星支架71d。該齒圈71a連接到電磁制動器72的后述的外殼73上，并與其同軸且一體旋轉(zhuǎn)。此外，中心齒輪71c安裝在進氣凸輪軸5的端部，與其同軸并可一體旋轉(zhuǎn)。
另一方面，行星支架71d形成為大致三角形，在其3個角部，分別突出設置軸71e。行星支架71d通過這些軸71e，連接到進氣鏈輪5a，由此，形成與進氣鏈輪5a同軸且一體旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。
此外，各行星小齒輪71b旋轉(zhuǎn)自由地被支撐在行星支架71d的各軸71e上，配置在中心齒輪71c與齒圈71a之間，并始終與它們嚙合。
進一步，上述電磁制動器72由ECU2驅(qū)動，其具有外殼73、芯部74、電磁鐵75以及復位彈簧76。外殼73形成為中空，在其內(nèi)部設置有可相對自由轉(zhuǎn)動的芯部74。芯部74具有截面為圓形的基部74a、以及從基部74a呈放射狀延伸的2個臂74b、74b。芯部74的基部74a安裝在行星支架71d上，從而，其與行星支架71d同軸且一體旋轉(zhuǎn)。
另一方面，在外殼73的內(nèi)周面上，將一對最大滯后角擋塊73a和最大提前角擋塊73b作為一組，設置共計2組的擋塊73a、73b，使它們相互保持一定間隔。芯部74的各臂74b被配置在一對擋塊73a、73b之間，從而，芯部74構(gòu)成為，臂74b在抵接最大滯后角擋塊73a上而被卡止的最大滯后角位置(圖10中用實線表示的位置)，和抵接在最大提前角擋塊73b上而被卡止的最大提前角位置(圖10中用雙點劃線表示的位置)之間，可相對于外殼73進行轉(zhuǎn)動。在本實施方式中，臂74b相當于可動部，最大滯后角擋塊73a和最大提前角擋塊73b相當于限制部。
此外，復位彈簧76以壓縮狀態(tài)，被架設在一個最大提前角擋塊73b和與其相對的臂74b之間，通過該復位彈簧76的彈力Fspr，臂74b被向最大滯后角擋塊73a一側(cè)賦予勢能。
另一方面，電磁鐵75被安裝在與復位彈簧76相反一側(cè)的最大提前角擋塊73b上，在該最大提前角擋塊73b的、與臂74b相面對一側(cè)的端部設置成與該端部為同一平面的狀態(tài)。該電磁鐵75與ECU2電連接，當被來自ECU2的相位控制輸入Ucain(電壓信號)勵磁時，通過該電磁力Fsol，吸引所面對的臂74b一邊抵抗復位彈簧76的彈力Fspr，一邊向最大提前角擋塊73b側(cè)轉(zhuǎn)動。
對如上那樣構(gòu)成的可變凸輪相位機構(gòu)70的動作進行說明。在該可變凸輪相位機構(gòu)70中，當電磁制動器72的電磁鐵75沒有被勵磁時，芯部74通過復位彈簧76的彈力Fspr，使其臂74b保持在與最大滯后角擋塊73a相抵接的最大滯后角的位置，從而，凸輪相位Cain被保持在最大滯后角值Cain_L(參考圖11)。
在該狀態(tài)下，伴隨發(fā)動機運轉(zhuǎn)中的曲軸3d的旋轉(zhuǎn)，當進氣鏈輪5a沿圖10的箭頭Y1方向旋轉(zhuǎn)時，通過行星支架71d與齒圈71a一體旋轉(zhuǎn)，行星小齒輪71b不旋轉(zhuǎn)，而中心齒輪71c與行星支架71d和齒圈71a一體旋轉(zhuǎn)。亦即，進氣鏈輪5a與進氣凸輪軸5沿箭頭Y1方向一體旋轉(zhuǎn)。
此外，在芯部74保持在最大滯后角位置的狀態(tài)下，電磁鐵75被來自ECU2的相位控制輸入Ucain勵磁時，通過電磁鐵75的電磁力Fsol，芯部74的臂74b一邊抵抗復位彈簧76的彈力Fspr，一邊被吸引到最大提前角擋塊73b一側(cè)，即，最大提前角位置一側(cè)，并轉(zhuǎn)動到電磁力Fsol與彈力Fspr相互平衡的位置為止。即，外殼73相對于芯部74沿著與箭頭Y1相反的方向作相對轉(zhuǎn)動。
由此，齒圈71a相對于行星支架71d，沿著圖9的箭頭Y2方向作相對轉(zhuǎn)動，伴隨于此，由于行星小齒輪71b沿著圖9的箭頭Y3方向轉(zhuǎn)動，中心齒輪71c沿著圖9的箭頭Y4方向轉(zhuǎn)動。其結(jié)果，進氣凸輪軸5就會相對于進氣鏈輪5a沿鏈輪的旋轉(zhuǎn)方向(亦即圖9的箭頭Y2的反方向)進行相對轉(zhuǎn)動，凸輪相位Cain被提前。
在該情況下，由于外殼73的轉(zhuǎn)動通過齒圈71a、行星小齒輪71b和中心齒輪71c傳遞到進氣凸輪軸5，因此，通過行星齒輪裝置71的增速作用，進氣凸輪軸5相對于進氣鏈輪5a，轉(zhuǎn)動過相當于外殼73的轉(zhuǎn)動角度被增大后的角度。亦即，進氣凸輪軸5的凸輪相位Cain提前角量設定為將外殼73的旋轉(zhuǎn)角度增大后的值。原因是，由于電磁鐵75的電磁力Fsol的可作用距離有限，為了對其進行補償，以使凸輪相位Cain在更寬的范圍變化。
如上所述，在可變凸輪相位機構(gòu)70中，電磁力Fsol朝使凸輪相位Cain提前的方向作用，復位彈簧76的彈力Fspr朝使凸輪相位Cain滯后的方向作用，并且，當電磁力Fsol不變化時，凸輪相位Cain保持在電磁力Fsol與彈力Fspr相互平衡的值處。此外，通過2個擋塊73a、73b，芯部74的轉(zhuǎn)動范圍被限制在圖10中用實線表示的最大滯后角的位置和圖10中用雙點劃線表示的最大提前角的位置之間的范圍，由此，凸輪相位Cain的控制范圍也被限制在最大滯后角值Cain_L與最大提前角值Cain_H之間的范圍。在本實施方式中，最大滯后角值Cain_L與最大提前角值Cain_H相當于控制范圍的界限值。
下面，說明如上構(gòu)成的可變凸輪相位機構(gòu)70的動作特性。如圖11所示，在可變凸輪相位機構(gòu)70中，在對電磁鐵75的相位控制輸入Ucain比預定值Ucain1小的范圍內(nèi)，凸輪相位Cain被保持在最大滯后角值Cain_L處，而在比預定值Ucain2大的范圍內(nèi)，其被保持在最大提前角值Cain_H處。此外，在Ucain1≤Ucain≤Ucain2的范圍內(nèi)，凸輪相位Cain在最大滯后角值Cain_L(例如凸輪角0°)與最大提前角值Cain_H(例如凸輪角55°)之間連續(xù)地變化，由此，進氣門4的氣門正時在圖12中用實線表示的最大滯后角正時與圖12中用雙點劃線表示的最大提前角正時之間進行無級變更。并且，雖然沒有圖示，但是該可變凸輪相位機構(gòu)70具有相位控制輸入Ucain朝著增大方向時的凸輪相位Cain的值，與相位控制輸入Ucain朝著減小方向時的凸輪相位Cain的值相互間稍有差異的特性，即，所謂的遲滯(hysteresis)特性。
此外，在可變凸輪相位機構(gòu)70中，當相位控制輸入Ucain被設定為后述的故障時用值Uliftin_fs時，以及因斷線等使相位控制輸入Ucain不能輸入到電磁鐵75時，凸輪相位Cain就保持在最大滯后角值Cain_L處。該最大滯后角值Cain_L如前所述，當氣門升程Liftin保持在最小值Liftin_L，且壓縮比Cr保持在最低值Cr_L時，被設定為，作為空氣吸入量可確保預定的故障時用值的值。
如上述那樣，在本實施方式的可變式進氣門傳動機構(gòu)40中，通過可變氣門升程機構(gòu)50，氣門升程Liftin在上述的最大值Liftin H和最小值Liftin_L之間進行無級變更，并且，通過可變凸輪相位機構(gòu)70，凸輪相位Cain在最大滯后角值Cain_L與最大提前角值Cain_H之間進行無級變更。
另一方面，在進氣凸輪軸5的與可變凸輪相位機構(gòu)70的反對側(cè)的端部，設置有凸輪角傳感器24(參考圖2)。該凸輪角傳感器24例如可由磁性轉(zhuǎn)子和MRE拾取器構(gòu)成，伴隨進氣凸輪軸5的旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)過一個預定的凸輪角就向ECU2輸出一個作為沖信號的CAM信號。ECU2根據(jù)該CAM信號和上述CRK信號，計算出凸輪相位Cain。在本實施方式中，凸輪角傳感器24相當于位置檢測裝置。
其次，參考圖13A、13B，對上述可變壓縮比機構(gòu)80進行說明。該可變壓縮比機構(gòu)80通過變更活塞3b的上止點位置，亦即變更活塞3b的行程，可使壓縮比Cr在預定的最高值Cr_H與預定的最低值Cr_L之間進行無級變更，其由連接在各氣缸3a的活塞3b與曲軸3d之間的復合連桿機構(gòu)81、以及連接該復合連桿機構(gòu)81的壓縮比調(diào)節(jié)器85等構(gòu)成。在本實施方式中，可變壓縮比機構(gòu)80相當于可動機構(gòu)。
復合連桿機構(gòu)81由上連桿82、下連桿83、以及控制連桿84等構(gòu)成。上連桿82相當于所謂的活塞桿(connecting rod)，其上端部通過活塞銷3f轉(zhuǎn)動自由地連接到活塞3b上，下端部通過銷83a，轉(zhuǎn)動自由地連接到下連桿83的一個端部。
下連桿83具有三角形狀，與上連桿82連接的端部以外的2個端部分別通過曲軸銷83b，連接到曲軸3d，通過控制銷83c，轉(zhuǎn)動自由地連接到控制連桿84的一個端部。通過以上的結(jié)構(gòu)，活塞3b的往復運動通過復合連桿機構(gòu)81傳遞到曲軸3d，變換為曲軸3d的旋轉(zhuǎn)運動。
此外，壓縮比調(diào)節(jié)器85是將與ECU2連接的電動機和減速機構(gòu)(均未圖示)組合起來而構(gòu)成的，通過ECU2如后述那樣被驅(qū)動。壓縮比調(diào)節(jié)器85具有殼體85a、臂85b、以及控制軸85c等，在該殼體85a內(nèi)，內(nèi)設有電動機和減速機構(gòu)。臂85b的一個端被固定在減速機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸85d的前端部，從而，臂85b伴隨電動機的旋轉(zhuǎn)，以轉(zhuǎn)軸85d為中心進行轉(zhuǎn)動。
在臂85b的另一端，轉(zhuǎn)動自由地連接有控制軸85c?？刂戚S85c與曲軸3d相同，向圖中的縱深方向延伸，該控制軸85c上連接著控制連桿84的另一端。
進一步，在臂85b的附近，保持一定間隔地設置有最低壓縮比擋塊86a和最高壓縮比擋塊86b，通過這2個擋塊86a、86b，臂85b的轉(zhuǎn)動范圍被限制。即，當根據(jù)來自ECU2的后述的壓縮比控制輸入Ucr，電動機沿正反旋轉(zhuǎn)方向被驅(qū)動時，臂85b在抵接最低壓縮比擋塊86a而被卡止的最低壓縮比位置(圖13A所示的位置)，和抵接最高壓縮比擋塊86b而被卡止的最高壓縮比位置(圖13B所示的位置)之間的范圍內(nèi)進行轉(zhuǎn)動。在本實施方式中，臂85b相當于可動部，最低壓縮比擋塊86a和最高壓縮比擋塊86b相當于限制部。
通過以上結(jié)構(gòu)，在該可變壓縮比機構(gòu)80中，在臂85b處于最低壓縮比擋塊86a一側(cè)的狀態(tài)下，當壓縮比調(diào)節(jié)器85的轉(zhuǎn)軸85d沿圖中的反時針方向旋轉(zhuǎn)時，伴隨于此，臂85b沿圖中的反時針方向轉(zhuǎn)動。由此，伴隨著整個控制連桿84的下推，下連桿83以曲軸銷83b為中心沿圖中的順時針方向轉(zhuǎn)動，并且，上連桿82以活塞銷3f為中心沿圖中的反時針方向轉(zhuǎn)動。其結(jié)果，由于活塞銷3f、上銷83a和曲軸銷83b比最低壓縮比位置時更加接近直線狀，當活塞3b到達上止點時，連接活塞銷3f與曲軸銷83b的直線距離變長(亦即活塞3b的行程變長)，燃燒室的容積變小，因此壓縮比Cr變高。
另一方面，與上述相反，在臂85b處于最高壓縮比擋塊86b一側(cè)的狀態(tài)下，當壓縮比調(diào)節(jié)器85的轉(zhuǎn)軸85d沿圖中的順時針方向旋轉(zhuǎn)時，伴隨于此，臂85b沿圖中的順時針方向轉(zhuǎn)動，因而整個控制連桿84被提升。由此，通過與上述完全相反的動作，下連桿83沿反時針方向轉(zhuǎn)動，并且，上連桿82沿順時針方向轉(zhuǎn)動。其結(jié)果，當活塞3b到達上止點時，連接活塞銷3f與曲軸銷83b的直線距離變短(亦即活塞3b的行程變短)，燃燒室的容積變大，因此壓縮比Cr變低。如上述那樣，在可變壓縮比機構(gòu)80中，通過臂85b在最低壓縮比擋塊86a與最高壓縮比擋塊86b之間轉(zhuǎn)動，壓縮比Cr就會在上述最低值Cr_L與上述最高值Cr_H之間進行無級變更。在本實施方式中，最低值Cr_L和最高值Cr_H相當于控制范圍的界限值。
并且，在該可變壓縮比機構(gòu)80中，設置有未圖示的鎖定機構(gòu)，通過該鎖定機構(gòu)，當壓縮比控制輸入Ucr被設定為后述的故障時用值Ucr_fs時，以及因斷線等使壓縮比控制輸入Ucr不能輸入到壓縮比調(diào)節(jié)器85時，可變壓縮比機構(gòu)80的動作就被鎖定。亦即，禁止由可變壓縮比機構(gòu)80對壓縮比Cr進行變更，使壓縮比Cr保持在最低值Cr_L。如前所述，當氣門升程Liftin保持在最小值Liftin_L、且凸輪相位Cain保持在最大滯后角值Cain_L的情況下，該最低值Cr_L設定為，作為空氣吸入量能確保預定的故障時用值那樣的值。
此外，在壓縮比調(diào)節(jié)器85的殼體85a內(nèi)，設置有控制角傳感器25(參考圖2)，該控制角傳感器25將表示轉(zhuǎn)軸85d、亦即臂85b的轉(zhuǎn)角θcr的檢測信號輸出到ECU2。ECU2根據(jù)該控制角傳感器25的檢測信號，計算出壓縮比Cr。在本實施方式中，控制角傳感器25相當于位置檢測裝置。
進一步，如圖2所示，在ECU2上，連接有油門踏板(accel)開度傳感器26和點火開關(以下稱為“IG·SW”)27。該油門踏板開度傳感器26將表示車輛的未圖示的油門踏板的踏入量(以下稱為“油門踏板開度”)AP的檢測信號輸出到ECU2。此外，當IG·SW27通過點火鑰匙(未圖示)操作而實現(xiàn)ON/OFF(打開/關閉)，并且，將表示該ON/OFF狀態(tài)的信號輸出到ECU2。
ECU2由具有CPU、RAM、ROM以及I/O接口(均未圖示)等的微型計算機構(gòu)成，根據(jù)上述各種傳感器20～26的檢測信號，以及IG·SW27的輸出信號等，判別發(fā)動機3的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且，實施各種控制。具體地說，ECU2如后述那樣，通過可變氣門升程機構(gòu)50和可變凸輪相位機構(gòu)70，分別對氣門升程Liftin和凸輪相位Cain進行控制，并且，通過可變壓縮比機構(gòu)80，對壓縮比Cr進行控制。
并且，在本實施方式中，ECU2相當于控制量計算裝置、目標控制量設定裝置、控制輸入計算裝置、干擾抑制參數(shù)設定裝置、判斷裝置和校正值計算裝置。
下面，對本實施方式的控制裝置1進行說明。該控制裝置1具有氣門升程控制器100(參考圖14)，用于實行氣門升程控制；凸輪相位控制器110(參考圖16)，用于實行凸輪相位控制；以及壓縮比控制器120(參考圖18)，用于實行壓縮比控制，具體地說，這些都通過ECU2構(gòu)成。
首先，對氣門升程控制器100進行說明。該氣門升程控制器100計算用于控制可變氣門升程機構(gòu)50的升程控制輸入Uliftin，如圖14所示，其具有切換函數(shù)設定參數(shù)計算部101、以及二自由度滑動模式控制器(以下稱為二自由度SLD控制器)102。
在該切換函數(shù)設定參數(shù)計算部101中，根據(jù)氣門升程Liftin，通過檢索圖15所示的圖表，計算出切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf。在該圖15中，POLE_lf1被設定為接近于值0的負的預定值(例如值-0.2)，POLE_lf2被設定為接近于值-1的負的預定值(例如值-0.99)。
此外，在該圖中，Liftin_LL、Liftin_ML、Liftin_VPL、Liftin_VPH、Liftin_MH、Liftin_HH是設定為能使下式(1)、(2)成立的氣門升程Liftin的預定值。Liftin_LL、Liftin HH分別是預定的最小保持(hold)值和預定的最大保持值，其用于將上述的升程調(diào)節(jié)器60的短臂65保持在抵接最小升程擋塊67a和最大升程擋塊67b的狀態(tài)。此外，Liftin_VPL、Liftin_VPH是預定的(predetermined)閾值，下式(2)的DLiftin_vpole是正的預定值。
Liftin_LL＜Liftin_L＜Liftin_ML＜Liftin_VPL＜Liftin_VPH＜Liftin＜MH＜Liftin_H＜Liftin_HH…(1)Liftin_H-Liftin_VPH＝Liftin_VPL-Liftin_L＝Dlftin_vpole…(2)在該圖表中，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf在Liftin≤Liftin_ML，Liftin_MH≤Liftin的范圍內(nèi)，被設定為預定值POLE_lf2。在Liftin_VPL≤Liftin≤Liftin_VPH的范圍內(nèi)，被設定為預定值POLE_lf1。此外，在Liftin_ML＜Liftin＜Liftin_VPL的范圍內(nèi)，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf被設定為隨著氣門升程Liftin的增大而增大的值，在Liftin_VPH＜Liftin＜Liftin_MH的范圍內(nèi)，被設定為隨著氣門升程Liftin增大而減小的值。關于切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf如上述那樣進行設定的原因，將在后面論述。
在本實施方式中，氣門升程控制器100相當于控制輸入計算裝置，切換函數(shù)設定參數(shù)計算部101相當于干擾抑制參數(shù)設定裝置，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf相當于干擾抑制參數(shù)和應答指定參數(shù)。進一步，最小和最大保持值Liftin_LL、Liftin_HH相當于控制范圍外的預定值，閾值Liftin_VPL、Liftin_VPH相當于界限值附近的預定值。
另一方面，在二自由度SLD控制器102中，升程控制輸入Uliftin可根據(jù)氣門升程Liftin和目標氣門升程Liftin_cmd，通過以下式(3)～(10)中表示的目標值濾波(filter)二自由度滑動模式控制算法進行計算。亦即，升程控制輸入Uliftin作為用于使氣門升程Liftin跟蹤和收斂到目標氣門升程Liftin_cmd的值，被計算出。在以下的式(3)～(10)中，帶有符號(k)的各離散數(shù)據(jù)表示以后述的預定控制周期ΔT所采樣(或者計算出)的數(shù)據(jù)，符號k表示各離散數(shù)據(jù)的采樣周期的順序。例如，符號k表示在本次采樣定時所采樣的值，符號k-1表示在上次采樣定時所采樣的值。關于此點，在下面的離散數(shù)據(jù)中也相同。并且，在以下的說明中，各離散數(shù)據(jù)中的符號(k)適當加以省略。
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)Ueq_lf(k)=1b1_lf{(1-a1_lf-POLE_lf)·Liftin(k)]]>+(POLE_lf-a2_lf)·Liftin(k-1)-b2_lf·Uliftin(k-1)+Liftin_cmd_f(k)+(POLE_lf-1)·Liftin_cmd_f(k-1)-POLE_lf·Liftin_cmd_f(k-2)} …(5)Urch_lf(k)=-Krch_lfb1_lf·σ_lf(k)---(6)]]>Uadp_lf(k)=-Kadp_lfb1_lf·Σi=0kσ_lf(i)---(7)]]>Unl_lf(k)=-Knl_lfb1_lf·sgn(σ_lf(k))---(8)]]>σ_lf(k)＝E_lf(k)+POLE_lf·E_lf(k-1) …(9)E_lf(k)＝Liftin(k)-Liftin_cmd_f(k)…(10)在該控制算法中，首先，根據(jù)式(3)中表示的目標值濾波算法(目標值filter algorithm)，亦即一次延遲濾波算法(一次遟れfilteralgorithm)，計算出目標氣門升程的濾波值Liftin_cmd_f。在該式(3)中，POLE_f_lf是目標值濾波設定參數(shù)，被設定為使-1＜POLE_f_lf＜0的關系成立的值。
其次，通過式(4)～(10)表示的滑動模式控制算法，計算出升程控制輸入Uliftin。亦即，如式(4)所示，升程控制輸入Uliftin作為等價控制輸入Ueq_lf、到達則輸入Urch_lf、適應則輸入Uadp_lf、以及非線性輸入Unl_lf的總和被算出。
等價控制輸入Ueq_lf根據(jù)式(5)進行計算。在該式(5)中，a1_lf、a2_lf、b1_lf、b2_lf表示后述的式(11)的設備模型的模型參數(shù)，被設定為預定值。
此外，到達則輸入Urch_lf根據(jù)式(6)進行計算。在該式(6)中，Krch_lf表示預定的到達則增加(gain)，σ_lf是如式(9)那樣定義的切換函數(shù)。該式(9)的E_lf是根據(jù)式(10)計算出的跟蹤誤差(偏差)。
進一步地，適應則輸入Uadp_lf根據(jù)式(7)進行計算。在該式(7)中，Kadp_lf表示預定的適應則增加。此外，非線性輸入Unl_lf根據(jù)式(8)進行計算。在該式(8)中，Knl_lf表示預定的非線性增加，并且，Sgn(σ_lf)表示符號函數(shù)，其值為，當σ_lf≥0時，Sgn(σ_lf)＝1，σ_lf＜0時，Sgn(σ_lf)＝-1(并且，當σ_lf＝0時，也可以設定為Sgn(σ_lf)＝0)。
以上的式(3)～(10)可以如下推導出來。即，將設備定義為以升程控制輸入Uliftin作為輸入、以氣門升程Liftin作為控制量的系統(tǒng)，并且，若作為離散時間系統(tǒng)模型進行模型化，則可得到下式(11)。根據(jù)該式(11)的模型，為了使氣門升程Liftin跟蹤收斂到目標氣門升程Liftin_cmd，而應用目標值濾波二自由度滑動模式控制理論時，就可以導出上述式(3)～(10)。
Liftin(k+1)＝al_lf·Liftin(k)+a2_lf·Liftin(k-1)+b1_lf·Uliftin(k)+b2_lf·Uliftin(k-1) …(11)在以上的二自由度SLD控制器102的控制算法中，通過使切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf在-1＜POLE_lf＜0的范圍內(nèi)進行變更，可以變更跟蹤誤差E_lf向值0的收斂速度和收斂方式，并且，可以變更干擾抑制能力。參考圖16對該點進行具體說明。該圖中表示出在階躍狀的干擾輸入到可變氣門升程機構(gòu)50中的情況下，使切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf的值變化到3個預定值POLE_ref1～POLE_ref3時，跟蹤誤差E_lf的變化。此外，分別地，將預定值POLE_ref1設定為接近于值0的負值(例如-0.2)，將POLE_ref2設定為值0與值-1中間的值(例如-0.5)，將POLE_ref3設定為接近于值-1的負值(例如-0.99)。
參考該圖即可以看出，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf越接近值0，跟蹤誤差E_lf收斂到值0所要的時間變短，并且，跟蹤誤差E_lf的最大值變得更小，干擾抑制能力變高。換言之，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf越接近值-1，則跟蹤誤差E_lf收斂到值0所要的時間變長，并且，跟蹤誤差E_lf的最大值變得更大(亦即，氣門升程Liftin相對于目標氣門升程Liftin_cmd的背離程度變大)，干擾抑制能力變低。此外，在基于升程控制輸入Uliftin的可變氣門升程機構(gòu)50的控制中，即使在變更切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf的值的情況下，由于滑動模式控制算法的特性，可變氣門升程機構(gòu)50中的短臂65的轉(zhuǎn)動速度不會降低，可保持在變更前的值。
利用以上的控制算法的特性，在可變氣門升程機構(gòu)50中，為了減小短臂65抵接最小升程擋塊67a和最大升程擋塊67b時的沖擊力，在本實施方式中，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf如上述圖15所示的圖表那樣進行設定。亦即，當氣門升程Liftin被控制朝向減小一側(cè)的情況下，在低于最小值Liftin_L附近的閾值Liftin_VPL時，被設定為，氣門升程Liftin越小，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf越接近預定值POLE_lf2。亦即，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf被設定為，允許跟蹤誤差E_lf的增大化，使其干擾抑制能力變得更低。其結(jié)果，升程調(diào)節(jié)器60中的短臂65一邊保持切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf的設定變更前的轉(zhuǎn)動速度，一邊在相對于跟蹤誤差E_lf的增減，使短臂65的驅(qū)動力的增減靈敏度比設定變更前更低的狀態(tài)下(亦即相對于跟蹤誤差E_lf的增大，使短臂65的驅(qū)動力的增大程度較小的狀態(tài))，被驅(qū)動到最小升程擋塊67a一側(cè)，從而，可以減小短臂65抵接最小升程擋塊67a時的沖擊力。
另一方面，當氣門升程Liftin被控制朝向增大一側(cè)的情況下，當超過最大值Liftin_H附近的閾值Liftin_VPH時，與上述同樣，被設定為，氣門升程Liftin越大，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf越接近預定值POLE_lf2的值。亦即，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf被設定為，容許跟蹤誤差E_lf的增大化，使干擾抑制能力變低那樣的值。其結(jié)果，升程調(diào)節(jié)器60中的短臂65一邊保持切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf的設定變更前的轉(zhuǎn)動速度，一邊在相對于跟蹤誤差E_lf的增減，使短臂65的驅(qū)動力的增減靈敏度比設定變更前更低的狀態(tài)下，被驅(qū)動到最大升程擋塊67b一側(cè)，從而，可以減小短臂65抵接最大升程擋塊67b時的沖擊力。
此外，在Liftin_VPL≤Liftin≤Liftin_VPH的范圍內(nèi)，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf就被設定到接近值0的預定值POLE_lf1，從而，可以將氣門升程Liftin對目標氣門升程Liftin_cmd的跟蹤性、良好的收斂方式和干擾抑制能力均確保在高水平。
在本實施方式中，分別地，氣門升程Liftin相當于控制量，目標氣門升程Liftin_cmd相當于目標控制量，升程控制輸入Uliftin相當于控制輸入。
并且，在圖15的圖表中，也可以將閾值Liftin_VPL、Liftin_VPH設定為使(Liftin_VPL-Liftin_L)≠(Liftin_H-Liftin_VPH)那樣的值。此外，也可以構(gòu)成為，在切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf的計算中，代替氣門升程Liftin，根據(jù)目標氣門升程Liftin_cmd，來檢索圖15的圖表。
下面，對凸輪相位控制器110進行說明。該凸輪相位控制器110計算出用于控制可變凸輪相位機構(gòu)70的相位控制輸入Ucain，如圖17所示，其具有切換函數(shù)設定參數(shù)計算部111、以及二自由度SLD控制器112。
在該切換函數(shù)設定參數(shù)計算部111中，根據(jù)凸輪相位Cain，通過檢索圖18所示的圖表，由此，計算出切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca，在該圖中，POLE_ca1被設定為接近值0的負的預定值(例如-0.2)，POLE_ca2被設定為接近值-1的負的預定值(例如-0.99)。
此外，Cain_LL、Cain_ML、Cain_VPL、Cain_VPH、Cain_MH、Cain_HH是設定為使下式(12)、(13)成立的凸輪相位Cain的預定值。Cain_LL、Cain_HH分別是預定的最大滯后角保持值和最大提前角保持值，其用于將上述電磁制動器72的臂74b保持在抵接最大滯后角擋塊73a和最大提前角擋塊73b的狀態(tài)。此外，Cain_VPL、Cain_VPH是預定的閾值，下式的Dcain_vpole是正的預定值。
Cain_LL＜Cain_L＜Cain_ML＜Cain_VPL＜Cain_VPH＜Cain_MH＜Cain_H＜Cain_HH …(12)Cain_H-Cain_VPH＝Cain_VPL-Cain_L＝Dcain_vpole
…(13)在該圖表中，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca，在Cain≤Cain_ML，Cain_MH≤Cain的范圍內(nèi)，被設定為預定值POLE_ca2，在Cain_VPL≤Cain≤Cain_VPH的范圍內(nèi)，被設定為預定值POLE_ca1。此外，在Cain_ML＜Cain＜Cain_VPL的范圍內(nèi)，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca被設定為隨著凸輪相位Cain的增大而增大的值，在Cain_VPH＜Cain＜Cain_MH的范圍內(nèi)，被設定為隨著凸輪相位Cain的增大而減小的值。
在圖18的圖表中，如上述那樣設定切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca的原因，與在上述圖15的圖表中的切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf的設定原因相同，關于其詳細情況將在后面論述。
在本實施方式中，凸輪相位控制器110相當于控制輸入計算裝置，切換函數(shù)設定參數(shù)計算部111相當于干擾抑制參數(shù)設定裝置，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca相當于干擾抑制參數(shù)和應答指定參數(shù)。進一步，最大滯后角和最大提前角保持值Cain_LL、Cain_HH相當于控制范圍外的預定值，閾值Cain_VPL、Cain_VPH相當于界限值附近的預定值。
另一方面，在二自由度SLD控制器112中，相位控制輸入Ucain可根據(jù)凸輪相位Cain和目標凸輪相位Cain_cmd，通過以下的式(14)～(21)表示的目標值濾波二自由度滑動模式控制算法進行計算。亦即，相位控制輸入Ucain作為用于使凸輪相位Cain跟蹤·收斂到目標凸輪相位Cain_cmd的值被計算出。
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)Ueq_ca(k)=1b1_ca{(1-a1_ca-POLE_ca)·Cain(k)]]>+(POLE_ca-a2_ca)·Cain(k-1)-b2_ca·Ucain(k-1)+Cain_cmd_f(k)+(POLE_ca-1)·Cain_cmd_f(k-1)-POLE_ca·Cain_cmd_f(k-2)} …(16)Urch_ca(k)=-Krch_cab1_ca·σ_ca(k)----(17)]]>
Uadp_ca(k)=-Kadp_cab1_ca·Σi=0kσ_ca(i)---(18)]]>Unl_ca(k)=-Knl_cab1_ca·sgn(σ_ca(k))---(19)]]>σ_ca(k)＝E_ca(k)+POLE_ca·E_ca(k-1)…(20)E_ca(k)＝Cain(k)-Cain_cmd_f(k) …(21)在該控制算法中，首先，根據(jù)式(14)所示的目標值濾波算法，亦即一次延遲濾波算法，計算目標凸輪相位的濾波值Cain_cmd_f。在該式(14)中，POLE_f_ca是目標值濾波設定參數(shù)，將其設定為使關系-1＜POLE_f_ca＜0成立的值。
然后，根據(jù)式(15)～(21)表示的滑動模式控制算法，計算出相位控制輸入Ucain。亦即，如式(15)所示，相位控制輸入Ucain作為等價控制輸入Ueq_ca、到達則輸入Urch_ca、適應則輸入Uadp_ca、以及非線性輸入Unl_ca的總和被算出。
該等價控制輸入Ueq_ca根據(jù)式(16)進行計算。在該式(16)中，a1_ca、a2_ca、b1_ca、b2_ca表示后述式(22)的設備模型的模型參數(shù)，被設定為預定值。
此外，到達則輸入Urch_ca根據(jù)式(17)進行計算。在該式(17)中，Krch_ca表示預定的到達則增加，σ_ca是如式(20)那樣定義的切換函數(shù)。該式(20)的E_ca是根據(jù)式(21)計算出的跟蹤誤差(偏差)。
進一步，適應則輸入Uadp_ca根據(jù)式(18)進行計算。在該式(18)中，Kadp_ca表示預定的適應則增加。此外，非線性輸入Unl_ca根據(jù)式(19)進行計算。在該式(19)中，Knl_ca表示預定的非線性增加，并且，Sgn(σ_ca)表示符號函數(shù)，其值為，當σ_ca≥0時，Sgn(σ_ca)＝1，σ_ca＜0時，Sgn(σ_ca)＝-1(并且，當σ_ca＝0時，也可以設定為Sgn(σ_ca)＝0)。
以上的式(14)～(21)可以通過與上述式(3)～(10)的推導方法相同的方法推導出來。亦即，將設備定義為以相位控制輸入Ucain為輸入，以凸輪相位Cain作為控制量的系統(tǒng)，并且，當作為離散時間系統(tǒng)模型進行模型化時，可得到下式(22)。根據(jù)該式(22)的模型，為了使凸輪相位Cain收斂到目標凸輪相位Cain_cmd，當應用目標值濾波二自由度滑動模式控制理論時，就可以導出前述式(14)～(21)。
Cain(k+1)＝a1_ca·Cain(k)+a2_ca·Cain(k-1)+b1_ca·Ucain(k)+b2_ca·Ucain(k-1) …(22)在以上的二自由度SLD控制器112的控制算法中，如上所述，通過使切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca在-1＜POLE_ca＜0的范圍內(nèi)進行變更，就可以變更干擾抑制能力。從而，在上述圖18的圖表中，為了減小電磁制動器72的臂74b在抵接最大滯后角擋塊73a和最大提前角擋塊73b時的沖擊力，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca如前述那樣進行設定。亦即，在將凸輪相位Cain向最大滯后角值Cain_L一側(cè)進行控制的情況下，當相對于最大滯后角值Cain_L附近的閾值Cain_VPL，為更加滯后一側(cè)的值時，被設定為，凸輪相位Cain越是滯后一側(cè)的值，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca的值越接近預定值POLE_ca2。亦即，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca被設定為允許跟蹤誤差E_ca增大，使干擾抑制能力變得更小的那樣的值。從而，電磁制動器72的臂74b一邊保持切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca的設定變更前的轉(zhuǎn)動速度，一邊在相對于跟蹤誤差E_ca的增減，使臂74b的驅(qū)動力的增減靈敏度比設定變更前更低的狀態(tài)下，被驅(qū)動到最大滯后角擋塊73a一側(cè)，其結(jié)果，可以減小臂74b抵接最大滯后角擋塊73a時的沖擊力。
另一方面，與上述相反，在將凸輪相位Cain向提前角側(cè)進行控制的情況下，當相對于最大提前角值Cain_H附近的閾值Cain_VPH，為更加提前一側(cè)的值時，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca被設定為更加接近預定值POLE_ca2的值。亦即，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca被設定為允許跟蹤誤差E_ca增大，使干擾抑制能力變得更小的值。從而，電磁制動器72的臂74b一邊保持切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca的設定變更前的轉(zhuǎn)動速度，一邊在相對于跟蹤誤差E_ca的增減，使臂74b的驅(qū)動力的增減靈敏度比設定變更前更低的狀態(tài)下，被驅(qū)動到最大提前角擋塊73b一側(cè)，其結(jié)果，可以減小臂74b抵接最大提前角擋塊73b時的沖擊力。
此外，在Cain_VPL≤Cain≤Cain_VPH的范圍內(nèi)，通過將切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca設定為接近值0的預定值POLE_ca1，就可以將凸輪相位Cain對目標凸輪相位Cain_cmd的跟蹤性、良好的收斂方式和干擾抑制能力均確保在高水平。
在本實施方式中，分別地，凸輪相位Cain相當于控制量，目標凸輪相位Cain_cmd相當于目標控制量，相位控制輸入Ucain相當于控制輸入。
并且，在圖18的圖表中，也可以將閾值Cain_VPL、Cain_VPH設定為使(Cain_VPL-Cain_L)≠(Cain_H-Cain_VPH)那樣的值。此外，也可以構(gòu)成為，在切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca的計算中，代替相位控制輸入Ucain，根據(jù)目標凸輪相位Cain_cmd，來檢索圖18的圖表。
下面，對壓縮比控制器120進行說明。該壓縮比控制器120計算用于控制可變壓縮比機構(gòu)80的壓縮比控制輸入Ucr，如圖19所示，其具有切換函數(shù)設定參數(shù)計算部121、以及二自由度SLD控制器122。
在該切換函數(shù)設定參數(shù)計算部121中，根據(jù)壓縮比Cr，通過檢索圖20中所示的圖表，計算出切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr。在該圖中，POLE_cr1被設定為接近值0的負的預定值(例如-0.2)，POLE_cr2被設定為接近值-1的負的預定值(例如-0.99)。
此外，Cr_LL、Cr_ML、Cr_VPL、Cr_VPH、Cr_MH、Cr_HH是設定為使下式(23)、(24)成立的壓縮比Cr的預定值。Cr_LL、Cr_HH分別是預定的最低保持值和最高保持值，其用于將上述壓縮比調(diào)節(jié)器85的臂85b保持在抵接最低壓縮比擋塊86a和最高壓縮比擋塊86b的狀態(tài)。此外，Cr_VPL、Cr_VPH是預定的閾值，下式(24)的Dcr_vpole是正的預定值。
Cr_LL＜Cr_L＜Cr_ML＜Cr_VPL＜Cr_VPH＜Cr_MH＜Cr_H＜Cr_HH …(23)Cr_H-Cr_VPH＝Cr_VPL-Cr_L＝Dcr_vpole…(24)在該圖表中，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr，在Cr≤Cr_ML，Cr_MH≤Cr的范圍內(nèi)，被設定為預定值POLE_cr2，在Cr_VPL≤Cr≤Cr_VPH的范圍內(nèi)，被設定為預定值POLE_cr1。此外，在Cr_ML＜Cr＜Cr_VPL的范圍內(nèi)，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr被設定為隨著壓縮比Cr的增高而增大的值，在Cr_VPH＜Cr＜Cr_MH的范圍內(nèi)，被設定為隨著壓縮比Cr的增高而減小的值。
在圖20的圖表中，如上述那樣設定切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr的原因，與在上述圖15的圖表中的切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_if的設定原因相同，關于其詳細情況將在后面論述。
在本實施方式中，壓縮比控制器120相當于控制輸入計算裝置，切換函數(shù)設定參數(shù)計算部121相當于干擾抑制參數(shù)設定裝置，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr相當于外干抑制參數(shù)和應答指定參數(shù)。進一步，最低和最高保持值Cr_LL、Cr_HH相當于控制范圍外的預定值，閾值Cr_VPL、Cr_VPH相當于界限值附近的預定值。
另一方面，在二自由度SLD控制器122中，壓縮比控制輸入Ucr可根據(jù)壓縮比Cr和目標壓縮比Cr_cmd，通過下式(25)～(32)表示的目標值濾濾波二自由度滑動模式控制算法進行計算。亦即，壓縮比控制輸入Ucr作為用于使壓縮比Cr跟蹤·收斂到目標壓縮比Cr_cmd的值被計算出。
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)Ueq_cr(k)=1b1_cr{(1-a1_cr-POLE_cr)·Cr(k)]]>+(POLE_cr-a2_cr)·Cr(k-1)-b2_cr·Ucr(k-1)+Cr_cmd_f(k)+(POLE_cr-1)·Cr_cmd_f(k-1)-POLE_cr·Cr_cmd_f(k-2)}…(27)Urch_cr(k)=-Krch_crb1_cr·σ_cr(k)---(28)]]>Uadp_cr(k)=-Kadp_crb1_cr·Σi=0kσ_cr(i)---(29)]]>Unl_cr(k)=-Knl_crb1_cr·sgn(σ_cr(k))---(30)]]>σ_cr(k)＝E_cr(k)+POLE_cr·E_cr(k-1) …(31)E_cr(k)＝Cr(k)-Cr_cmd_f(k) …(32)
在該控制算法中，首先，根據(jù)式(25)所示的目標值濾波算法，亦即一次延遲濾波算法，計算目標壓縮比濾波值Cr_cmd_f。在該式(25)中，POLE_f_cr是目標值濾波設定參數(shù)，將其設定為使關系-1＜POLE_f_cr＜0成立的值。
其次，根據(jù)式(26)～(32)表示的滑動模式控制算法，計算出壓縮比控制輸入Ucr。亦即，如式(26)所示，壓縮比控制輸入Ucr作為等價控制輸入Ueq_cr、到達則輸入Urch_cr、適應則輸入Uadp_cr、以及非線性輸入Unl_cr的總和被算出。
該等價控制輸入Ueq_cr根據(jù)式(27)進行計算。在該式(27)中，a1_cr、a2_cr、b1_cr、b2_cr表示后述式(33)的設備模型的模型參數(shù)，被設定為預定值。
此外，到達則輸入Urch_cr根據(jù)式(28)進行計算。在該式(28)中，Krch_cr表示預定的到達則增加，σ_cr是如式(31)那樣定義的切換函數(shù)。該式(31)的E_cr是根據(jù)式(32)計算出的跟蹤誤差(偏差)。
進一步，適應則輸入Uadp_cr根據(jù)式(29)進行計算。在該式(29)中，Kadp_cr表示預定的適應則增加。此外，非線性輸入Unl_cr根據(jù)式(30)進行計算。在該式(30)中，Knl_cr表示預定的非線性增加，并且，Sgn(σ_cr)表示符號函數(shù)，其值為，當σ_cr≥0時，Sgn(σ_cr)＝1，當σ_cr＜0時，Sgn(σ_cr)＝-1(并且，當σ_cr＝0時，也可以設定為Sgn(σ_cr)＝0)。
以上的式(25)～(32)可以通過與上述式(3)～(10)的推導方法相同的方法推導出來。亦即，將設備定義作為以壓縮比控制輸入Ucr為輸入，以壓縮比Cr作為控制量的系統(tǒng)，并且，當作為離散時間系統(tǒng)模型進行模型化時，可得到下式(33)。根據(jù)該式(33)的模型，為了使壓縮比Cr收斂到目標壓縮比Cr_cmd，當應用目標值濾波二自由度滑動模式控制理論時，就可以導出上述式(25)～(32)。
Cr(k+1)＝a1_cr·Cr(k)+a2_cr·Cr(k-1)+b1_cr·Ucr(k)+b2_cr·Ucr(k-1) …(33)在以上的二自由度SLD控制器122的控制算法中，如上所述，通過使切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr在-1＜POLE_cr＜0的范圍內(nèi)進行變更，就可以變更干擾抑制能力。從而，在本實施方式中，在可變壓縮比機構(gòu)80中，為了減小壓縮比調(diào)節(jié)器85的臂85b在抵接最低壓縮比擋塊86a和最高壓縮比擋塊86b時的沖擊力，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr如前述的圖20的圖表那樣進行設定。亦即，在將壓縮比Cr朝向最低值Cr_L一側(cè)進行控制的情況下，當相對于最低值Cr_L附近的閾值Cr_VPL，為靠近最低值Cr_L一側(cè)的值時，被設定為，壓縮比Cr越是靠近最低值Cr_L側(cè)的值，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr就越接近預定值POLE_cr2的值。亦即，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr被設定為允許跟蹤誤差E_cr增大、使干擾抑制能力變得更小的那樣的值。從而，臂85b一邊保持切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr在設定變更前的轉(zhuǎn)動速度，一邊在相對于跟蹤誤差E_cr的增減，使臂85b的驅(qū)動力的增減靈敏度比設定變更前更低的狀態(tài)下，被驅(qū)動到最低壓縮比擋塊86a一側(cè)，其結(jié)果，可以減小臂85b接觸最低壓縮比擋塊86a時的沖擊力。
另一方面，與上述相反，在將壓縮比Cr向最高值Cr_H一側(cè)進行控制的情況下，當相對于最高值Cr_H附近的閾值Cr_VPH，為靠近最高值Cr_H一側(cè)的值時，被設定為，壓縮比Cr越是靠近最高值Cr_H一側(cè)，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr就越接近預定值POLE_cr2的值。亦即，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr被設定為允許跟蹤誤差E_cr的增大化、使干擾抑制能力變得更小的那樣的值。從而，壓縮比調(diào)節(jié)器85的臂85b一邊保持切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr的設定變更前的轉(zhuǎn)動速度，一邊在相對于跟蹤誤差E_cr的增減，使臂85b的驅(qū)動力的增減靈敏度比設定變更前更低的狀態(tài)下，被驅(qū)動到最高壓縮比擋塊86b一側(cè)，其結(jié)果，可以減小臂85b抵接最高壓縮比擋塊86b時的沖擊力。
此外，在Cr_VPL≤Cr≤Cr_VPH的范圍內(nèi)，通過將切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr設定為接近值0的預定值POLE_cr1，就可以將壓縮比Cr對目標壓縮比Cr_cmd的跟蹤性、良好的收斂方式和干擾抑制能力均確保在高水平。
在本實施方式中，分別地，壓縮比Cr相當于控制量，目標壓縮比Cr_cmd相當于目標控制量，壓縮比控制輸入Ucr相當于控制輸入。
并且，在圖20的圖表中，也可以將閾值Cr_VPL、Cr_VPH設定為使(Cr_VPL-Cr_L)≠(Cr_H-Cr_VPH)的值。此外，也可以構(gòu)成為，在切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr的計算中，代替壓縮比Cr，根據(jù)目標壓縮比Cr_cmd，來檢索圖20的圖表。
以下，參考圖21，對由ECU2實行的可變機構(gòu)控制處理進行說明。并且，在以下的說明中，將可變氣門升程機構(gòu)50、可變凸輪相位機構(gòu)70、以及可變壓縮比機構(gòu)80集中起來，稱為“3個可變機構(gòu)”。本處理對用于控制3個可變機構(gòu)的3個控制輸入Uliftin、Ucain、Ucr進行計算，以預定的控制周期ΔT(例如5毫秒)加以實行。
在該處理中，首先，在步驟1(圖中簡化為“S1”。以下相同)，根據(jù)轉(zhuǎn)角傳感器23的檢測信號，計算出氣門升程的檢測值Liftin_ad。
然后，進入步驟2，判別升程故障標志F_LIFTIN是否為“1”。該升程故障標志F_LIFTIN在IG·SW27從OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài)時被設定為“0”，當后述的條件成立時被設定為“1”。
當步驟2的判別結(jié)果為否(NO)時，例如在IG·SW27剛變?yōu)镺N之后時，進入步驟3，判別初始化結(jié)束標志F_ini_done是否為“1”。該初始化結(jié)束標志F_ini_done在IG·SW27從OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài)時，被設定為“0”，如后所述，當計算出升程校正值Comp_Liftin時被設定為“1”。
當步驟3的判別結(jié)果為否(NO)時，例如在IG·SW27剛變?yōu)镺N之后時，進入步驟4，將在步驟1算出的檢測值Liftin_ad設定為氣門升程Liftin。
接著，進入步驟5，實行可變氣門升程機構(gòu)50的初始化處理。該處理進行轉(zhuǎn)角傳感器23的校準，并且，還進行可變氣門升程機構(gòu)50的故障判斷，具體地，如圖22所示那樣加以實行。首先，在步驟10，根據(jù)初始化計時器(タイマ)的計時值Tm_ini，通過檢索如圖23所示的圖表，算出目標氣門升程Liftin_cmd。該初始化計時器用于對初始化的實行時間，亦即對IG·SW27從OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài)以后的時間進行計時，其由增計數(shù)器(up counter)式的計時器構(gòu)成。
在該圖23中，分別地，Tm1表示預定值，Liftin_inist表示預定的初始值，Liftin_iniok表示預定的閾值，這些值被設定為使Liftin_L＜Liftin_iniok＜Liftin_inist的關系成立的值。該閾值Liftin_iniok如后所述，是用于判別短臂65是否因冰凍等原因不能轉(zhuǎn)動到最小升程擋塊67a一側(cè)的值，因此，被設定為比升程的最小值Liftin_L略大一些的值。
在該圖表中，在Tm_ini＜Tm1的范圍內(nèi)，目標氣門升程Liftin_cmd就設定為隨著計時值Tm_ini增大而減小的值，在Tm1≤Tm_ini的范圍內(nèi)，被設定為上述最小保持值Liftin_LL。這是為了在IG·SW27從OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài)以后，使短臂65隨時間的經(jīng)過而向最小升程擋塊67a一側(cè)轉(zhuǎn)動，最終使其可靠地抵接在最小升程擋塊67a上。
在后續(xù)步驟10的步驟11中，通過根據(jù)氣門升程Liftin，檢索上述的圖15的圖表，計算出切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf。
接著，在步驟12中，根據(jù)上述式(3)～(10)的算法，計算出升程控制輸入Uliftin。然后，進入步驟13，將氣門升程的本次的值Liftin與上次的值LiftinZ(＝Liftin(k-1))的偏差設定為升程變化量Dliftin。
接著，在步驟14中，判別Dliftin＜Dliftin_stp、以及Liftin＜Liftin_iniok是否都能成立。，這2個條件是具體用于判別短臂65是否被保持在抵接最小升程擋塊67a的狀態(tài)，Dliftin_stp是用于判別氣門升程Liftin不發(fā)生變化的預定的閾值。
當該步驟14的判別結(jié)果為否(NO)時，亦即氣門升程Liftin沒有達到閾值Liftin_iniok，或者氣門升程Liftin正在變化時，進入步驟17，判別初始化計時器的計時值Tm_ini是否大于預定的故障判斷值TM_INI_N6。當該判別結(jié)果為否(NO)時，就此結(jié)束本處理。
另一方面，當步驟14的判別結(jié)果為是(YES)時，亦即在氣門升程Liftin小于閾值Liftin_iniok并且不發(fā)生變化，短臂65處于抵接最小升程擋塊67a的狀態(tài)時，進入步驟15，將升程校正值Comp_Liftin設定為從氣門升程檢測值減去最小值后所得的值(Liftin_ad-Liftin_L)。如后所述，該升程校正值Comp_Liftin用于校正氣門升程檢測值Liftin_ad。即，用于校準轉(zhuǎn)角傳感器23。
然后，進入步驟16，為了表示初始化處理已經(jīng)結(jié)束，在使初始化結(jié)束標志F_ini_done設定為“1”之后，結(jié)束本處理。
另一方面，當步驟17的判別結(jié)果為是(YES)時，由于無論經(jīng)過多長時間，氣門升程Liftin都沒有達到閾值Liftin_iniok，或者其變化程度較大，則作為可變氣門升程機構(gòu)50處于故障狀態(tài)，進入步驟18，為了表示它們，在使升程故障標志F_LIFTIN設定為“1”后，結(jié)束本處理。
返回圖22，如上那樣實行步驟5的初始化處理之后，結(jié)束本處理。
另一方面，當步驟3的判別結(jié)果為是(YES)時，亦即，在上述步驟5的初始化處理中，已經(jīng)計算出升程校正值Comp_Liftin時，進入步驟6，將氣門升程Liftin設定為從氣門升程檢測值中減去升程校正值后的值(Liftin_ad-Comp_Liftin)。亦即，通過用升程校正值Comp_Liftin校正檢測值Liftin_ad，計算出氣門升程Liftin，這樣地進行轉(zhuǎn)角傳感器23的校準。如上所述那樣，在步驟6計算出氣門升程Liftin后，進入步驟7。另一方面，當步驟2的判別結(jié)果為是(YES)時，也進入步驟7。
在接在步驟2或步驟6之后的步驟7中，實行故障判斷處理。在該故障判斷處理中，如下所述，判斷3個可變機構(gòu)的至少一個是否發(fā)生故障，并且，當判斷至少有1個發(fā)生故障時，為表示該狀況，將可變機構(gòu)故障標志F_VDNG設定為“1”，否則，將可變機構(gòu)故障標志F_VDNG設定為“0”。
更具體地說，可變氣門升程機構(gòu)50的故障判斷根據(jù)上述升程故障標志F_LIFTIN的值來進行。此外，可變凸輪相位機構(gòu)70的故障判斷以如下方式實行。亦即，當凸輪相位Cain與目標凸輪相位Cain_cmd之間的偏差的絕對值超過預定的狀態(tài)已持續(xù)預定以上的時間時，或者相位控制輸入Ucain的絕對值超過預定閾值的狀態(tài)已持續(xù)預定以上的時間時，就判斷可變凸輪相位機構(gòu)70產(chǎn)生故障，否則，判斷可變凸輪相位機構(gòu)70為正常。
進一步，可變壓縮比機構(gòu)80的故障判斷可如下這樣實行。亦即，當壓縮比Cr與目標壓縮比Cr_cmd之間的偏差的絕對值超過預定閾值的狀態(tài)已繼續(xù)預定以上的時間時，或者壓縮比控制輸入Ucr的絕對值超過預定閾值的狀態(tài)已繼續(xù)預定以上的時間時，就判斷可變壓縮比機構(gòu)80產(chǎn)生故障，否則，判斷可變壓縮比機構(gòu)80為正常。
在接著步驟7的步驟8中，在實行了如下所述的控制輸入計算處理后，結(jié)束本處理。
下面，參考圖24，對上述控制輸入計算處理進行說明。在該處理中，首先，在步驟20，判別可變機構(gòu)故障標志F_VDNG是否為“1”。如該判別結(jié)果為否(NO)，3個可變機構(gòu)都為正常時，進入步驟21，判別發(fā)動機起動標志F_ENGSTART是否為“1”。
該發(fā)動機起動標志F_ENGSTART通過在未圖示的判斷處理中，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)NE和IG·SW27的輸出信號，判斷是否處于發(fā)動機起動控制中，亦即曲軸轉(zhuǎn)動(cranking)中而進行設定。具體地，在處于發(fā)動機起動控制中時，設定為“1”，否則設定為“0”。
當步驟21的判別結(jié)果為是(YES)，處于發(fā)動機起動控制中時，進入步驟22，根據(jù)發(fā)動機水溫TW，檢索如圖25所示的圖表，由此，計算出目標氣門升程Liftin_cmd。
在該圖表中，目標氣門升程Liftin_cmd被設定為，在發(fā)動機水溫TW高于預定值TWREF1的范圍內(nèi)，隨著發(fā)動機水溫TW降低而增大的值，并且，在TW≤TWREF1的范圍內(nèi)，被其設定為預定值Liftinref。這是因為當發(fā)動機水溫TW較低時，由于可變氣門升程機構(gòu)50的摩擦增大，因此要對其進行補償。
并且，在步驟22中的目標氣門升程Liftin_cmd的計算過程中，當圖表檢索值成為最小值Liftin_L時，目標氣門升程Liftin_cmd被設定為比最小值Liftin_L小的最小保持值Liftin_LL，并且，當圖表檢索值成為最大值Liftin_H時，目標氣門升程Liftin_cmd被設定為比最大值Liftin_H大的最大保持值Liftin_HH。這與上述相同，為了使短臂65可靠地抵接最小升程擋塊67a和最大升程擋塊67b，即使在后述的步驟33、36的映射(マツプ)圖表檢索中，也根據(jù)同樣的理由，采用與上述同樣的方法，計算出目標氣門升程Liftin_cmd。
接著，在步驟23，根據(jù)發(fā)動機水溫TW，檢索如圖26所示的圖表，由此，計算出目標凸輪相位Cain_cmd。
在該圖表中，目標凸輪相位Cain_cmd被設定為，，當發(fā)動機水溫TW在高于預定值TWREF2的范圍內(nèi)，隨著發(fā)動機水溫TW越低就越滯后的值，并且，在TW≤TWREF2的范圍內(nèi)，被設定為預定值Cainref。這是因為當發(fā)動機水溫TW較低時，由于將凸輪相位Cain控制在比發(fā)動機水溫TW較高時更加滯后一側(cè)，減小氣門重疊(valve overlap)，所以使進氣流速上升，實現(xiàn)燃燒的穩(wěn)定。
并且，在步驟23中的目標凸輪相位Cain_cmd的計算過程中，當圖表檢索值為最大滯后角值Cain_L時，目標凸輪相位Cain_cmd被設定為比最大滯后角值Cain_L更加滯后的最大滯后角保持值Cain_LL，并且，當圖表檢索值為最大提前角值Cain_H時，目標凸輪相位Cain_cmd被設定為比最大提前角值Cain_H更加提前的最大提前角保持值Cain_HH。這是為了使電磁制動器72的臂74b可靠地抵接最大滯后角擋塊73a和最大提前角擋塊73b，即使在后述的步驟34、37的映射檢索中，也根據(jù)同樣的理由，采用與上述同樣的方法，計算出目標凸輪相位Cain_cmd。
然后，在步驟24，將目標壓縮比Cr_cmd設定為預定的起動時用值Cr_cmd_crk。該起動時用值Cr_cmd_crk被設定為使曲軸轉(zhuǎn)動中的發(fā)動機轉(zhuǎn)速NE上升、并且可抑制未燃HC(碳氫化合物)發(fā)生那樣的低壓縮比一側(cè)的值。
接著，進入步驟25，如前所述，根據(jù)氣門升程Liftin，通過檢索圖15所示的圖表，計算出切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf。然后，在步驟26，通過上述式(3)～(10)的目標值濾波二自由度滑動模式控制算法，計算出升程控制輸入Uliftin。
接著，進入步驟27，如前所述，根據(jù)凸輪相位Cain，通過檢索圖18所示的圖表，計算出切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca。然后，在步驟28，通過上述式(14)～(21)的目標值濾波二自由度滑動模式控制算法，計算出相位控制輸入Ucain。
接著，進入步驟29，如前所述，根據(jù)壓縮比Cr，通過檢索圖20所示的圖表，計算出切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr。然后，在步驟30，通過上述式(25)～(32)的目標值濾波二自由度滑動模式控制算法，計算出壓縮比控制輸入Ucr。在上面的步驟30，在計算出壓縮比控制輸入Ucr之后，結(jié)束本處理。
另一方面，當步驟21的判別結(jié)果為否(NO)，未處于發(fā)動機起動控制中時，進入步驟31，判別油門踏板開度AP是否小于預定值APREF。若該判別結(jié)果為是(YES)，油門踏板未被踏下時，進入步驟32，判別催化劑預熱定時器的計時值Tcat是否小于預定值Tcatlmt。該催化劑預熱計時器用于對催化劑預熱控制處理的實行時間進行計時，由增計數(shù)器式計時器構(gòu)成。
若該判別結(jié)果為是(YES)，Tcat＜Tcatlmt時，作為應當實行催化劑預熱控制處理，進入步驟33，根據(jù)催化劑預熱計時器的計時值Tcat以及發(fā)動機水溫TW，通過檢索如圖27所示的映射圖表，計算出目標氣門升程Liftin_cmd。該圖中，TW1～TW3表示使TW1＜TW2＜TW3的關系成立的發(fā)動機水溫TW的預定值，關于此點，即使在以下的說明中也同樣。
在該映射圖表中，目標氣門升程Liftin_cmd就設定為隨著發(fā)動機水溫TW降低而增大的值。這是因為，由于發(fā)動機水溫TW越低，催化劑活性化所需要的時間就越長，從而通過加大排氣容積，以縮短催化劑活性化所需要的時間。在此基礎上，在該映射圖表中，在催化劑預熱計時器的計時值Tcat較小的區(qū)域，被設定為，目標氣門升程Liftin_cmd隨著計時值Tcat增大而增大的值，在計時值Tcat較大的區(qū)域，被設定為隨著計時值Tcat增大而減小的值。這是因為，在催化劑預熱控制的實行隨著時間的經(jīng)過，發(fā)動機3通過進行預熱，而使摩擦降低的情況下，如果不減少吸入空氣量，則為了將發(fā)動機轉(zhuǎn)速(回転數(shù))NE維持在目標值，點火時間就變?yōu)辄c火過延遲控制狀態(tài)，燃燒狀態(tài)變得很不穩(wěn)定，因此要避免這種狀態(tài)的發(fā)生。
接著，在步驟34，根據(jù)催化劑預熱計時器的計時值Tcat以及發(fā)動機水溫TW，檢索如圖28所示的映射圖表，由此，計算出目標凸輪相位Cain_cmd。
在該映射圖表中，目標凸輪相位Cain_cmd被設定為發(fā)動機水溫TW越低，越提前的值。這是因為，如上所述，由于發(fā)動機水溫TW越低，催化劑活性化所需要的時間就越長，從而，通過使泵氣損失減小，使吸入空氣量增大，以縮短催化劑活性化所需要的時間。在此基礎上，在該映射圖表中，在催化劑預熱計時器的計時值Tcat較小的區(qū)域，目標凸輪相位Cain_cmd被設定為計時值Tcat越大，越滯后的值；在計時值Tcat較大的區(qū)域，其被設定為，計時值Tcat越大，就越提前的值。這是根據(jù)與在圖27的說明中所述的同樣的理由。
接著，在步驟35，將目標壓縮比Cr_cmd設定為預定的預熱控制用值Cr_cmd_ast。為了縮短催化劑活性化所需要的時間，該預熱控制用值Cr_cmd_ast被設定為能使熱效率降低、且可以提高排氣溫度那樣的低壓縮比一側(cè)的值。
在步驟35之后，如前所述，在實行步驟25至步驟30之后，結(jié)束本處理。
另一方面，當步驟31或步驟32的判別結(jié)果為否(NO)時，亦即，當油門踏板被踏下時，或者在Tcat≥Tcatlmt時，進入步驟36，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)NE以及油門踏板開度AP，通過檢索如圖29所示的映射圖表，計算出目標氣門升程Liftin_cmd。該圖中，AP1～AP3表示使AP1＜AP2＜AP3的關系成立的油門踏板開度AP的預定值，關于此點，在以下的說明中也是同樣的。
在該映射圖表中，目標氣門升程Liftin_cmd被設定為，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)NE增高或者隨著油門踏板開度AP增大，而增大的值。這是因為，發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)NE越高，或者油門踏板開度AP越大，要求發(fā)動機3的輸出就越大，從而就要求更大的吸入空氣量。
接著，在步驟37，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)NE以及油門踏板開度AP，檢索如圖30所示的映射圖表，計算出目標凸輪相位Cain_cmd。在該映射圖表中，當油門踏板開度AP較小且處于中等轉(zhuǎn)速區(qū)域時，目標凸輪相位Cain_cmd被設定為比其它情況更加提前的值。這是由于在這樣的運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，必須使內(nèi)部EGR(排氣再循環(huán))量增大、使泵氣損失減小。
然后，在步驟38，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)NE以及油門踏板開度AP，通過檢索如圖31所示的射映圖表，計算出目標壓縮比Cr_cmd。在該映射圖表中，目標壓縮比Cr_cmd設定為，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)數(shù)NE增高，或者隨著油門踏板開度AP增大而減大，而減小的值。這是由于越在高負載區(qū)域，亦即越容易發(fā)生爆燃時，越要通過降低壓縮比，以避免點火時間成為點火過延遲控制狀態(tài)，避免燃燒效率的降低。
并且，在步驟38中的目標壓縮比Cr_cmd的計算過程中，當射映圖表檢索值成為最低值Cr_L時，目標壓縮比Cr_cmd被設定為比最低值Cr_L低的最低保持值Cr_LL，并且，當映射圖表檢索值成為最高值Cr_H時，目標壓縮比Cr_cmd被設定為比最高值Cr_H高的最高保持值Cr_HH。這是為了使臂85b可靠地抵接最低壓縮比擋塊86a和最高壓縮比擋塊86b。
如前所述，接著步驟38，在實行步驟25～30之后，結(jié)束本處理。
另一方面，當步驟20的判別結(jié)果為是(YES)，3個可變機構(gòu)的至少一個發(fā)生故障時，進入步驟39，分別將升程控制輸入Uliftin設定為預定的故障時用值Uliftin_fs，將相位控制輸入Ucain設定為預定的故障時用值Ucain_fs，將壓縮比控制輸入Ucr設定為預定的故障時用值Ucr_fs，然后結(jié)束本處理。從而，如前所述，分別將氣門升程Liftin保持在最小值Liftin_L，將凸輪相位Cain保持在最大滯后角值Cain_L，將壓縮比Cr保持在最低值Cr_L，從而，在停車中能夠可靠地實行怠速運轉(zhuǎn)或發(fā)動機起動，并且，在行駛中可以維持低速行駛狀態(tài)。
下面，對具有如上結(jié)構(gòu)的本實施方式的控制裝置1的控制結(jié)果進行說明。圖32表示進行上述可變氣門升程機構(gòu)50的初始化處理時的控制結(jié)果的例子。如該圖所示，IG·SW27從OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài)以后(時間t0以后)，隨時間的經(jīng)過，目標氣門升程Liftin_cmd向最小保持值Liftin_LL一側(cè)變化，當最終變?yōu)樽钚”３种礚iftin_LL時，氣門升程Liftin亦即檢測值Liftin_ad穿過閾值Liftin_iniok，在低于閾值Liftin_VPL的時刻(時間t1)以后，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf從預定值POLE_lf1向預定值POLE_lf2一側(cè)變化，最終被設定為預定值POLE_lf2。
這樣，由于通過將切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf的值設定為接近于值-1的預定值POLE_lf2側(cè)的值，而成為使干擾抑制能力降低，允許跟蹤誤差E_lf增大的狀態(tài)，因此，在使短臂65向最小升程擋塊67a側(cè)的轉(zhuǎn)動速度保持預定值POLE_lf1時的值的狀態(tài)下，可以降低升程控制輸入Uliftin對短臂65的驅(qū)動力，從而可減小短臂65抵接最小升程擋塊67a的沖擊力。加之，通過將目標氣門升程Liftin_cmd設定為最小保持值Liftin_LL，使短臂65保持在可靠地抵接最小升程擋塊67a的狀態(tài)，從而，正確地計算出校正值Comp_Liftin。其結(jié)果，計算出不會受到可變氣門升程機構(gòu)50的長期緩慢老化等的影響的、作為表示實際氣門升程值的氣門升程Liftin。亦即，正確地進行轉(zhuǎn)角傳感器23的校準。
此外，圖33是表示通過可變氣門升程機構(gòu)50，將氣門升程Liftin控制在最小值Liftin_L與最大值Liftin_H之間的控制結(jié)果的例子。如該圖所示，當目標氣門升程Liftin_cmd的圖表檢索值、或者映射圖表檢索值變?yōu)樽畲笾礚iftin_H時(時間t10)，目標氣門升程Liftin_cmd被設定為最大保持值Liftin_HH。進一步，在氣門升程Liftin穿過預定的閾值Liftin_VPH的時刻(時間t11)，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf被設定為從預定值POLE_lf1向接近值-1的預定值POLE_lf2進行變化。從而，在使短臂65向最大升程擋塊67b側(cè)的旋轉(zhuǎn)速度保持著切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf的變化前的值的狀態(tài)下，可降低升程控制輸入Uliftin對短臂65的驅(qū)動力，從而可減小短臂65抵接最大升程擋塊67b的沖擊力。
此外，如果目標氣門升程Liftin_cmd的圖表檢索值或映射圖表檢索值低于最大值Liftin_H(時間t12)，則目標氣門升程Liftin_cmd被設定為該檢索值。進一步，在氣門升程Liftin穿過預定的閾值Liftin_VPH的時刻(時間t13)，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf被設定為從預定值POLE_lf2向接近于值O的POLE_lf1值一側(cè)進行變化。從而，使短臂65的向最小升程擋塊67a一側(cè)的驅(qū)動力增大。此后，如果目標氣門升程Liftin_cmd的圖表或映射圖表檢索值變?yōu)樽钚≈礚iftin_L(時間t14)，則目標氣門升程Liftin_cmd被設定為最小保持值Liftin_LL。進一步，在氣門升程Liftin穿過預定的閾值Liftin_VPL的時刻(時間t15)，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf被設定為從預定值POLE_lf1向接近于值-1的預定值POLE_lf2一側(cè)進行變化。從而，可減小短臂65抵接最小升程擋塊67a的沖擊力。
如上述那樣，根據(jù)本實施方式的控制裝置1，根據(jù)式(3)～(10)的目標值濾波二自由度滑動模式控制算法計算出用于控制可變氣門升程機構(gòu)50的升程控制輸入Uliftin，以使氣門升程Liftin跟蹤·收斂到目標氣門升程Liftin_cmd。由于該控制算法包含滑動模式控制算法，因此，只要使切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf在-1＜POLE_lf＜0的范圍內(nèi)進行變更，就不會損害控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以快速地變更干擾抑制能力。更具體地，以將切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf設定為越接近值-1的值，就越使干擾抑制能力變小，來計算升程控制輸入Uliftin。在此情況下，如前所述，當切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf處于Liftin＜Liftin_VPL、Liftin VPH＜Liftin的范圍內(nèi)時，與處于該范圍以外的范圍的時候相比，被設定為更接近值-1側(cè)的值，特別地，在Liftin≤Liftin_ML，Liftin_MH≤Liftin的范圍內(nèi)，被設定為接近于值-1的預定值POLE_lf2。
從而，當升程調(diào)節(jié)器60的短臂65被驅(qū)動到最小升程擋塊67a一側(cè)或者最大升程擋塊67b一側(cè)時，且當氣門升程Liftin達到閾值Liftin_VPL或閾值Liftin_VPH時，亦即短臂65到達最小升程擋塊67a或最大升程擋塊67b附近的位置時，在相對于跟蹤誤差E_lf的增減使短臂65的驅(qū)動力的增減靈敏度比設定變更前低的狀態(tài)下，升程調(diào)節(jié)器60的短臂65被驅(qū)動到最小升程擋塊67a或最大升程擋塊67b一側(cè)。其結(jié)果，可以減小抵接最小升程擋塊67a或最大升程擋塊67b時的沖擊力，從而，可以避免短臂65、以及最小升程擋塊67a和最大升程擋塊67b的變形等，并且，可以延長可變氣門升程機構(gòu)50的壽命。在此基礎上，根據(jù)控制算法的特性，由于不使短臂65的轉(zhuǎn)動速度降低、而可以減小沖擊力，因此可以避免使驅(qū)動時間變長。如上述那樣，即可使減小沖擊力，又可以縮短驅(qū)動時間。在此基礎上，由于沒有必要在短臂65、最小升程擋塊67a和最大升程擋塊67b上設置緩沖材料等，進行結(jié)構(gòu)的設計變更，因此可以削減制造成本，并且，可以使設計自由度得到提高。
此外，如上所述，由于升程控制輸入Uliftin根據(jù)目標值濾波二自由度滑動模式控制算法進行計算，因此根據(jù)目標值濾波算法，可以正確地設定氣門升程Liftin跟蹤目標氣門升程Liftin_cmd的速度，并且，根據(jù)滑動模式控制算法，可以正確地設定氣門升程Liftin對目標氣門升程的濾波值Liftin_cmd_f的跟蹤行為，亦即氣門升程Liftin對目標氣門升程Liftin_cmd的跟蹤行為。從而，可以使氣門升程Liftin一邊避免過調(diào)節(jié)(overshoot)的發(fā)生，一邊高精度地跟蹤目標氣門升程Liftin_cmd。其結(jié)果，當短臂65被驅(qū)動到最小升程擋塊67a一側(cè)或者最大升程擋塊67b一側(cè)時，可以更加可靠地減小短臂65抵接最小升程擋塊67a側(cè)或最大升程擋塊67b時的沖擊力。
此外，一般地，在可變氣門升程機構(gòu)50等可動機構(gòu)中，當將短臂65驅(qū)動到最小升程擋塊67a或最大升程擋塊67b時，如果將目標氣門升程Liftin_cmd設定到最小值Liftin_L或最大值Liftin_H，則由于可變氣門升程機構(gòu)50的個體間的動作特性的差異，以及長期緩慢老化等原因，存在短臂65不能到達最小升程擋塊67a或最大升程擋塊67b的可能性。對此，若根據(jù)該控制裝置1，當目標氣門升程Liftin_cmd的圖表檢索值或映射圖表檢索值成為最大值Liftin_H時，由于將目標氣門升程Liftin_cmd設定為比最大值Liftin_H大的預定的最大保持值Liftin_HH，因此，能夠可靠地驅(qū)動短臂65使其抵接到最大升程擋塊67b。與此相同，當目標氣門升程Liftin_cmd的圖表檢索值或映射圖表檢索值成為最小值Liftin_L時，由于將目標氣門升程Liftin_cmd設定為比最小值Liftin_L小的預定的最小保持值Liftin_LL，因此，能夠可靠地驅(qū)動短臂65使其抵接到最小升程擋塊67a。
從而，在前述初始化處理中，有意識地作出使短臂65抵接最小升程擋塊67a的狀態(tài)，可以正確地計算出升程校正值Comp_Liftin，并且，可以一邊利用由該升程校正值Comp_Liftin校正后的氣門升程Liftin，一邊實行氣門升程控制。亦即，一邊反映由于可變氣門升程機構(gòu)50的長期緩慢老化等引起的檢測值Liftin_ad與實際值Liftin之間的偏差，一邊對氣門升程Liftin進行校正，可以正確地進行轉(zhuǎn)角傳感器23的校準，從而，可以使控制精度提高。
此外，相位控制輸入Ucain也用與上述升程控制輸入Uliftin同樣的控制算法[式(14)～(21)]進行計算，并且，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca也與切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf同樣地進行設定，因此，可以得到前述的作用效果。亦即，在將電磁制動器72的臂74b驅(qū)動到2個擋塊73a、73b側(cè)時，可以使抵接擋塊73a、73b時沖擊力的減小和驅(qū)動時間的縮短兩者兼顧。
進一步，壓縮比控制輸入Ucr也用與上述升程控制輸入Uliftin同樣的控制算法[式(25)～(32)]進行計算，并且，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_cr也與切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf同樣地進行設定，因此，可以得到前述的作用效果。亦即，可以使壓縮比調(diào)節(jié)器85的臂85b抵接2個擋塊86a、86b時沖擊力的減小和驅(qū)動時間的縮短兩者兼顧。
并且，第1實施方式是將本發(fā)明的控制裝置1應用到使可動部抵接2個限制部的可動機構(gòu)的例子，但本發(fā)明的控制裝置1并不限于此，也可以適用于使可動部抵接1個或3個或3個以上限制部的可動機構(gòu)。例如，作為可動機構(gòu)，也可以利用只具有最大升程擋塊67b的可變氣門升程機構(gòu)50。進一步，在可變氣門升程機構(gòu)50中，也可以構(gòu)成為，在短臂65的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的最大升程擋塊67b與最小升程擋塊67a之間的位置，設置可以伸縮的擋塊，根據(jù)需要，使短臂65抵接該擋塊。
此外，第1實施方式是構(gòu)成為通過檢索圖15的圖表，在將短臂65驅(qū)動到最小升程擋塊67a附近或最大升程擋塊67b附近時，將切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf的值從預定值POLE_lf1變更到預定值POLE_lf2的例子，但切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf的值的變更方法并不僅限于此，只要是在將短臂65驅(qū)動到最小升程擋塊67a附近或最大升程擋塊67b附近時，將切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf的值從預定值POLE_lf1變更到預定值POLE_lf2的方法即可。例如，也可以構(gòu)成為，將圖15的圖表中的橫軸置換為由轉(zhuǎn)角傳感器23所檢測的短臂65的轉(zhuǎn)角θlift的預定值，利用該圖表，根據(jù)轉(zhuǎn)角θlift的檢測值，通過檢索該圖表，計算出切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf的值，并且，當轉(zhuǎn)角θlift是表示短臂65被驅(qū)動到最小升程擋塊67a附近或最大升程擋塊67b附近的值時，使切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf從預定值POLE_lf1變更到預定值POLE_lf2。
進一步，作為計算出用于控制可動機構(gòu)的控制輸入以使控制量跟蹤目標控制量的預定的控制算法，第1實施方式是利用目標值濾波二自由度滑動模式控制算法的例子。但預定的控制算法并不限于此，只要能計算出控制輸入，使控制量跟蹤目標控制即可。例如，也可以采用PID控制算法等一般的反饋控制算法。
此外，作為應答指定型控制算法，第1實施方式是利用滑動模式控制算法的例子，但應答指定型控制算法并不限于此，也可以是逆推(BackStepping)控制算法等能指定控制量對目標控制量的應答速度的控制算法。
進一步，作為二自由度控制算法，第1實施方式是利用目標值濾波二自由度滑動模式控制算法的例子，當然，二自由度控制算法并不限于此，例如，作為二自由度控制算法，也可以采用將1次延遲濾波算法等的目標值濾波算法與PID控制算法等的反饋控制算法組合的控制算法。
此外，第1實施方式是將3個控制輸入Uliftin、Ucain、Ucr分別輸入到3個可變機構(gòu)的例子，但也可以構(gòu)成為將通過其它電路或控制器等對各控制輸入進行處理后的值輸入到各可變機構(gòu)。例如，也可以通過基于Δ∑調(diào)整算法的控制算法，對相位控制輸入Ucain進行調(diào)整，將該調(diào)整后的值輸入可變凸輪相位機構(gòu)70。
進一步，第1實施方式是當IG·SW27從OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài)時實行可變氣門升程機構(gòu)50的初始化處理的例子，當然，初始化處理的實行正時并不僅限于此。例如，也可以在發(fā)送機3停止后、切斷燃油(fuel cut)運轉(zhuǎn)中、怠速運轉(zhuǎn)中，實行初始化處理。還可以通過與圖22的可變氣門升程機構(gòu)50的初始化處理相同的方法，實行可變凸輪相位機構(gòu)70、以及可變壓縮比機構(gòu)80的初始化處理。
下面，參考圖34～36，對本發(fā)明的第2實施方式的控制裝置1A進行說明。本實施方式的控制裝置1A用于對設置在內(nèi)燃機進氣管12內(nèi)的節(jié)氣門機構(gòu)90進行控制。并且，在以下的說明中，關于與第1實施方式相同的結(jié)構(gòu)，均賦予同樣的符號，并省略其說明。
如圖34所示，節(jié)氣門機構(gòu)90是電子控制式節(jié)氣門機構(gòu)，其具有節(jié)氣門91，其設置在進氣管12的途中；TH(節(jié)氣門)調(diào)節(jié)器92，用于驅(qū)動節(jié)氣門91進行開閉；全開擋塊93，用于限制節(jié)氣門91的轉(zhuǎn)動；等等。在本實施方式中，節(jié)氣門機構(gòu)90相當于可動機構(gòu)，節(jié)氣門91相當于可動部，進氣管12和全開擋塊93相當于限制部。
節(jié)氣門91的結(jié)構(gòu)具有轉(zhuǎn)軸91a，其旋轉(zhuǎn)自由地安裝在進氣管12上；閥芯91b，其與轉(zhuǎn)軸91a一體旋轉(zhuǎn)；等等。該節(jié)氣門91被設置成可在閥芯91b抵接進氣管12內(nèi)壁的全閉位置(圖34中用實線表示的位置)、以及閥芯91b抵接全開擋塊93的全開位置(圖34中用點劃線表示的位置)之間自由轉(zhuǎn)動。當節(jié)氣門91處于全閉位置時，通過節(jié)氣門91，使進氣通路12a保持在全閉狀態(tài)，并且，當處于全開位置時，流過進氣通路12a內(nèi)的空氣流量Gin就表示其最大值。在節(jié)氣門91的轉(zhuǎn)軸91a上，固定有截面為扇形的齒輪91c。
此外，TH調(diào)節(jié)器92具有電動機92a，其連接到ECU2；齒輪92b，其固定在電動機92a的轉(zhuǎn)軸的一端；等等。該齒輪92b設置成始終與上述齒輪91c相嚙合。TH調(diào)節(jié)器92由來自ECU2的開度控制輸入Uth進行驅(qū)動，使節(jié)氣門91在全閉位置與全開位置之間轉(zhuǎn)動。從而，使流過進氣通路12a內(nèi)的空氣流量Gin發(fā)生變化。
此外，在節(jié)氣門91的轉(zhuǎn)軸91a上，安裝有分別對節(jié)氣門91朝向開閥方向和閉閥方向賦予勢能的2個彈簧(均未圖示)，通過這2個彈簧的彈力，當開度控制輸入Uth沒有輸入到TH調(diào)節(jié)器92，或開度控制輸入Uth設定為后述的故障時用值Uth_fs時，節(jié)氣門91被保持在預定的初始開度。該初始開度被設定為接近全閉位置且能確保發(fā)動機3起動時所需要的吸入空氣量的值(例如6°)。
進一步，在TH調(diào)節(jié)器92上，設置有例如由電位計等構(gòu)成的節(jié)氣門開度傳感器28。該節(jié)氣門開度傳感器28將表示節(jié)氣門91的轉(zhuǎn)軸91a的轉(zhuǎn)動角度θth的檢測信號輸出到ECU2。該轉(zhuǎn)軸91a的轉(zhuǎn)動角度θth表示節(jié)氣門91處于全閉位置與全開位置之間的什么位置，ECU2根據(jù)該轉(zhuǎn)動角度θth，計算出節(jié)氣門開度TH。在本實施方式中，節(jié)氣門開度傳感器28相當于位置檢測裝置。
在以上的節(jié)氣門機構(gòu)90中，通過TH調(diào)節(jié)器92，在全閉位置與全開位置之間驅(qū)動節(jié)氣門91，從而，節(jié)氣門開度TH在預定的全閉值TH_L與預定的全開值TH_H之間變化。在本實施方式中，全閉值TH_L與全開值TH_H相當于控制范圍的界限值。
下面，對實施方式的控制裝置1A進行說明。該控制裝置1A如圖35所示，具有節(jié)氣門開度控制器130，該節(jié)氣門開度控制器130計算用于控制節(jié)氣門機構(gòu)的開度控制輸入Uth。如該圖所示，節(jié)氣門開度控制器130具有切換函數(shù)設定參數(shù)計算部131、以及二自由度SLD控制器132，具體地，這些均通過ECU2構(gòu)成。
根據(jù)節(jié)氣門開度TH，通過檢索圖36所示的圖表，在該切換函數(shù)設定參數(shù)計算部131中計算出切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_th。在該圖中，POLE_th1被設定為接近值0的負的預定值(例如-0.2)，POLE_th2被設定為接近值-1的負的預定值(例如-0.99)。
此外，TH_LL、TH_ML、TH_VPL、TH_VPH、TH_MH、TH_HH是被設定為能使下式(34)、(35)成立的節(jié)氣門開度TH的預定值。TH_LL、TH_HH分別是預定的全閉保持值(控制范圍以外的預定值)和預定的全開保持值(控制范圍以外的預定值)，其用于將節(jié)氣門91保持在全閉位置與全開位置(亦即，抵接進氣管12內(nèi)壁和全開擋塊93的狀態(tài))。此外，TH_VPL、TH_VPH是預定的閾值(界限值附近的預定值)，下式(35)的Dth_vpole是正的預定值。
TH_LL＜TH_L＜TH_ML＜TH_VPL＜TH_VPH＜TH_MH＜TH_H＜TH_HH …(34)TH_H-TH_VPH＝TH_VPL-TH_L＝Dth_vpole…(35)在該圖表中，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_th在TH≤TH_ML，TH_MH≤TH的范圍內(nèi)，被設定為預定值POLE_th2。并且，在TH_VPL≤TH≤TH_VPH的范圍內(nèi)，被設定為預定值POLE_th1。此外，在TH_ML＜TH＜TH_VPL的范圍內(nèi)，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_th被設定為隨著節(jié)氣門開度TH增大而增大的值，在TH_VPH＜TH＜TH_MH的范圍內(nèi)，被設定為，隨著節(jié)氣門開度TH增大而減小的值。
在圖36的圖表中，關于切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_th如上述那樣進行設定的理由，與前述圖15的圖表中的切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf的設定理由相同，關于其詳細情況，將在后面論述。
在本實施方式中，節(jié)氣門開度控制器130相當于控制輸入計算裝置，切換函數(shù)設定參數(shù)計算部131相當于干擾抑制參數(shù)設定裝置，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_th相當于干擾抑制參數(shù)和應答指定參數(shù)，全閉和全開保持值TH_LL、TH_HH相當于控制范圍外的預定值，閾值TH_VPL、TH_VPH相當于界限值附近的預定值。
另一方面，在二自由度SLD控制器132中，根據(jù)節(jié)氣門開度TH和目標節(jié)氣門開度TH_cmd，通過以下的式(36)～(43)表示的目標值濾波二自由度滑動模式控制算法，計算出開度控制輸入Uth。亦即，開度控制輸入Uth作為用于使節(jié)氣門開度TH跟蹤·收斂到目標節(jié)氣門開度TH_cmd的值被算出。
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)Ueq_th(k)=1b1_th{(1-a1_th-POLE_th)·TH(k)]]>+(POLE_th-a2_th)·TH(k-1)-b2_th·Uth(k-1)+TH_cmd_f(k)+(POLE_th-1)·TH_cmd_f(k-1)-POLE_th·TH_cmd_f(k-2)}…(38)Urch_th(k)=-Krch_thb1_th·σ_th(k)---(39)]]>Uadp_th(k)=-Kadp_thb1_th·Σi=0kσ_th(i)---(40)]]>Unl_th(k)=-Knl_thb1_th·sgn(σ_th(k))---(41)]]>σ_th(k)＝E_th(k)+POLE_th·E_th(k-1)…(42)
E_th(k)＝TH(k)-TH_cmd_f(k) …(43)在該控制算法中，首先，根據(jù)式(36)中表示的目標值濾波算法，亦即根據(jù)一次延遲濾波算法，計算出目標節(jié)氣門開度濾波值TH_cmd_f。在該式(36)中，POLE_f_th是目標值濾波設定參數(shù)，被設定為使-1＜POLE_f_th＜0的關系成立的值。
然后，通過式(37)～(43)表示的滑動模式控制算法，計算出開度控制輸入Uth。亦即，如式(37)所示，開度控制輸入Uth作為等價控制輸入Ueq_th、到達則輸入Urch_th、適應則輸入Uadp_th、以及非線性輸入Unl_th的總和被算出。
該等價控制輸入Ueq_th根據(jù)式(38)進行計算。在該式(38)中，a1_th、a2_th、b1_th、b2_th表示后述式(44)的設備模型的模型參數(shù)，被設定為預定值。
此外，到達則輸入Urch_th根據(jù)式(39)進行計算。在該式(39)中，Krch_th表示預定的到達則增加，σ_th是如式(42)那樣定義的切換函數(shù)。該式(42)的E_th是根據(jù)式(43)計算出的跟蹤誤差(偏差)。
進一步地，適應則輸入Uadp_th根據(jù)式(40)進行計算。在該式(40)中，Kadp_th表示預定的適應則增加。此外，非線性輸入Unl_th根據(jù)式(41)進行計算。在該式(41)中，Knl_th表示預定的非線性增加，并且，Sgn(σ_th)表示符號函數(shù)，其值為，當σ_th≥0時，Sgn(σ-th＝1，σ_th＜0時，Sgn(σ_th)＝-1(并且，當σ_th＝0時，也可以設定為Sgn(σ_th)＝0)。
以上的式(36)～(43)可以通過與上述同樣的方法推導出來。亦即，將設備定義為以開度控制輸入Uth作為輸入，以節(jié)氣門開度TH作為控制量的系統(tǒng)，并且，當作為離散時間系統(tǒng)模型進行模型化時，可得到下式(44)。根據(jù)該式(44)的模型，為了使節(jié)氣門開度TH收斂到目標節(jié)氣門開度TH_cmd，應用目標值濾波二自由度滑動模式控制理論時，就可以導出上述式(36)～(43)。
TH(k+1)＝al_th·TH(k)+a2_th·TH(k-1)+b1_th·Uth(k)+b2_th·Uth(k-1) …(44)
在以上的二自由度SLD控制器132的控制算法中，如上所述，通過使切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_th在-1＜POLE_th＜0的范圍內(nèi)變更，可以變更干擾抑制能力。從而，在上述圖36的圖表中，為了減小節(jié)氣門91抵接進氣管12的內(nèi)壁和全開擋塊93時的沖擊力，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_ca如前所述那樣進行設定。亦即，在節(jié)氣門開度TH被向全閉值TH_L一側(cè)進行控制的情況下，當相對于全閉值TH_L附近的閾值TH_VPL，其為靠近全閉值TH_L一側(cè)的值時，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_th被設定為，節(jié)氣門開度TH越接近全閉值TH_L一側(cè)的值，其越接近預定值POLE_th2。亦即，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_th被設定為允許跟蹤誤差E_th增大，干擾抑制能力變低那樣的值。從而，節(jié)氣門91一邊保持切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_th的設定變更前的轉(zhuǎn)動速度，一邊在相對于跟蹤誤差E_th的增減使節(jié)氣門91的驅(qū)動力的增減靈敏度比設定變更前低的狀態(tài)下，被驅(qū)動到進氣管12的內(nèi)壁一側(cè)，其結(jié)果，可以減小節(jié)氣門91抵接進氣管12的內(nèi)壁時的沖擊力。
另一方面，在節(jié)氣門開度TH被向全開值TH_H一側(cè)進行控制的情況下，當相對于全開值TH_H附近的閾值TH_VPH，其為靠近全開值TH_H一側(cè)的值時，也與上述相同，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_th被設定為，節(jié)氣門開度TH越接近全開值TH_H的值，其越接近預定值POLE_th2的值。亦即，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_th被設定為允許跟蹤誤差E_th增大、干擾抑制能力變低那樣的值。從而，節(jié)氣門91一邊保持切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_th的設定變更前的轉(zhuǎn)動速度，一邊在相對于跟蹤誤差E_th的增減使節(jié)氣門91的驅(qū)動力的增減靈敏度比設定變更前低的狀態(tài)下，被驅(qū)動到全開擋塊93一側(cè)，其結(jié)果，可以減小節(jié)氣門91抵接全開擋塊93時的沖擊力。
此外，在TH_VPL≤TH≤TH_VPH的范圍內(nèi)，切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_th就被設定到接近值0的預定值POLE_th1，從而，可以將節(jié)氣門開度TH對目標節(jié)氣門開度TH_cmd的跟蹤性、良好的收斂方式和干擾抑制能力均確保在高水平。
在本實施方式中，分別地，節(jié)氣門開度TH相當于控制量，目標節(jié)氣門開度TH_cmd相當于目標控制量，開度控制輸入Uth相當于控制輸入。
并且，在圖36的圖表中，也可以將閾值TH_VPL、TH_VPH設定為使TH_VPL-TH_L≠TH_H-TH_VPH的值。此外，也可以構(gòu)成為，在切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_th的計算中，代替節(jié)氣門開度TH，根據(jù)目標節(jié)氣門開度TH_cmd，來檢索圖36的圖表。
此外，關于節(jié)氣門機構(gòu)90的控制處理，雖然其具體內(nèi)容沒有圖示，但是可以與上述圖21～25的控制處理同樣地實行。特別地，節(jié)氣門機構(gòu)90的初始化處理，可通過與圖22的可變氣門升程機構(gòu)50的初始化處理同樣的方法來進行。
根據(jù)如上那樣的第2實施方式的控制裝置1A，可以得到與第1實施方式的控制裝置1同樣的作用效果。亦即，當將節(jié)氣門91驅(qū)動到全閉位置側(cè)或全開位置側(cè)時，可以使抵接進氣管12的內(nèi)壁和全開擋塊93時沖擊力的減小和驅(qū)動時間的縮短兩者兼顧。
以上是本發(fā)明的最佳實施方式的說明，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以進行的種種變更，能夠為本領域技術(shù)人員所理解。
權(quán)利要求
1.一種控制裝置，具有可動機構(gòu)，其具有限制部、以及通過抵接在該限制部上而被限制可動范圍的可動部，并通過在該可動范圍內(nèi)驅(qū)動該可動部，在預定控制范圍內(nèi)改變控制量；位置檢測裝置，其用于檢測所述可動部的位置；控制量計算裝置，其根據(jù)該檢測出的可動部的位置，計算所述控制量；目標控制量設定裝置，其用于設定作為所述控制量目標的目標控制量；以及控制輸入計算裝置，通過預定的控制算法，計算用于控制所述可動機構(gòu)的控制輸入，以使所述控制量追蹤所述目標控制量，所述預定的控制算法包含干擾抑制參數(shù)，該干擾控制參數(shù)用于抑制施加到所述可動機構(gòu)的干擾的影響，所述控制輸入計算裝置具有干擾抑制參數(shù)設定裝置，該干擾抑制參數(shù)設定裝置，在所述控制量和所述目標控制量中的一方相對于界限值附近的預定值處于所述預定控制范圍的界限值一側(cè)時或者所述可動部的檢測出的位置相對于該界限附近的預定位置位于所述可動范圍的界限一側(cè)時，與其他時候相比，將所述干擾抑制參數(shù)設定成，使該干擾抑制參數(shù)對所述干擾的影響的抑制程度變得更小。
2.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述預定的控制算法包含預定的應答指定型控制算法，所述干擾抑制參數(shù)，就是在該預定的應答指定型控制算法中，指定所述控制量與所述目標控制量間的偏差的收斂速度和收斂行為的應答指定參數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述預定的控制算法包含預定的二自由度控制算法。
4.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，當要將所述可動部驅(qū)動到所述可動范圍的界限時，所述目標控制量設定裝置將所述目標控制量設定成所述預定的控制范圍外的預定值。
5.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，還具有判斷裝置，其根據(jù)所述檢測出的所述可動部的位置和所述計算出的控制量中的至少一方，判斷所述可動部是否處于所述可動范圍的界限；校正值計算裝置，根據(jù)當通過所述判斷裝置判斷所述可動部處于所述可動范圍的界限時計算出的所述控制量與所述界限值的比較結(jié)果，計算用于校正該計算出的控制量的校正值。
6.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述可動機構(gòu)是可變氣門升程機構(gòu)，其將作為內(nèi)燃機的進氣門和排氣門中的至少一方的升程的氣門升程，作為所述控制量進行變更。
7.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述可動機構(gòu)是可變凸輪相位機構(gòu)，其將作為內(nèi)燃機的進氣凸輪和排氣凸輪的至少一方相對于曲軸的相位的凸輪相位，作為所述控制量進行變更。
8.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述可動機構(gòu)是可變壓縮比機構(gòu)，其將內(nèi)燃機的壓縮比，作為所述控制量進行變更。
9.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述可動機構(gòu)是節(jié)氣門機構(gòu)，其將設置在內(nèi)燃機的進氣通路中的節(jié)氣門的開度，作為所述控制量進行變更。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控制裝置，在通過可動機構(gòu)來對控制量進行控制的情況下，當將可動機構(gòu)的可動部向該可動范圍的界限驅(qū)動時，其既可以減小沖擊力，又可以縮短驅(qū)動時間。當Liftin＜Liftin_VPL、Liftin_VPH＜Liftin時，控制裝置(1)的ECU(2)計算切換函數(shù)設定參數(shù)POLE_lf，將其作為接近值－1的預定值POLE_lf2側(cè)的值(步驟25)，利用該值，根據(jù)式(3)～(10)，計算出用于控制可變氣門升程機構(gòu)(50)的升程控制輸入Uliftin(步驟26)。
文檔編號F02D41/04GK1740539SQ20051009595
公開日2006年3月1日 申請日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月27日
發(fā)明者安井裕司, 下城孝名子 申請人:本田技研工業(yè)株式會社