專利名稱：內(nèi)燃機的進氣量控制系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機的進氣量控制系統(tǒng)，其改變進氣門的氣門正時，由此根據(jù)需要來改變被吸入到汽缸中的進氣量，還涉及一種控制系統(tǒng)，其利用基于受控對象模型的控制算法確定對設(shè)備(plant)的輸入，來對該設(shè)備進行控制，該受控對象模型定義了對該設(shè)備的輸入與該設(shè)備的輸出之間的關(guān)系。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，專利文獻1中描述的內(nèi)燃機的進氣量控制系統(tǒng)被認為是上述類型的進氣量控制系統(tǒng)。該內(nèi)燃機對于每一個汽缸設(shè)置有電磁閥機構(gòu)和氣門升程傳感器，其根據(jù)需要改變各個汽缸的相對于氣門打開正時的氣門關(guān)閉正時。該氣門升程傳感器檢測各個汽缸的氣門升程量。如下文所述，在這種進氣量控制系統(tǒng)中，為了控制空轉(zhuǎn)速度，通過電磁閥機構(gòu)對各個進氣門的氣門關(guān)閉正時進行控制，由此控制進氣量。
更具體地，根據(jù)目標內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速來計算用于前饋控制的目標進氣量，此外，根據(jù)由氣門升程傳感器檢測的各個進氣門的氣門關(guān)閉正時，來計算所有汽缸的進氣門的氣門關(guān)閉正時的平均值。然后，計算該平均值與汽缸的氣門關(guān)閉正時之間的差值的絕對值的最大值。此外，根據(jù)該差值的絕對值的最大值，計算用于反饋控制的增益。根據(jù)該增益來計算用于反饋控制的目標進氣量，并且根據(jù)用于反饋控制和前饋控制等的兩個目標進氣量，來計算各個進氣門的氣門關(guān)閉正時，并通過所計算的氣門關(guān)閉正時對進氣門的氣門關(guān)閉正時進行控制。如上所述對各個進氣門的氣門關(guān)閉正時進行控制，由此來控制空轉(zhuǎn)速度，使其收斂為目標內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速。
根據(jù)傳統(tǒng)的進氣量控制系統(tǒng)，基于由氣門升程傳感器檢測的進氣門的氣門關(guān)閉正時，來計算用于反饋控制的增益，并且根據(jù)所計算的增益來計算用于反饋控制的目標進氣量。此外，根據(jù)用于反饋控制的該目標進氣量，僅對進氣門的氣門關(guān)閉正時進行控制。因此，不能對控制系統(tǒng)的停滯時間(例如電磁閥機構(gòu)的操作延遲)進行補償，這降低了空轉(zhuǎn)速度到目標內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速的收斂性，由此可控性變低。另外，不能對控制系統(tǒng)的動態(tài)特性的變化和老化(例如電磁閥機構(gòu)的動態(tài)特性的變化和老化)以及由于其老化而導致的氣門升程傳感器的輸出的漂移進行補償，這降低了控制系統(tǒng)的魯棒性。結(jié)果，在傳統(tǒng)的進氣量控制系統(tǒng)中，由于上述系統(tǒng)的低可控性和低魯棒性，使得進氣量控制變得不穩(wěn)定，這導致轉(zhuǎn)速變化，因此存在在空轉(zhuǎn)速度控制期間出現(xiàn)內(nèi)燃機停轉(zhuǎn)的顧慮，并且尾氣排放量由于燃油燃燒劣化而增大。此外，在將上述控制進氣量的方法應用于正常工作負載區(qū)域中的進氣量控制時，扭矩變化和轉(zhuǎn)速變化增大，并且燃燒的劣化程度也增大，因此駕駛性能和尾氣排放進一步劣化。在高負載區(qū)域或者在貧油操作期間(執(zhí)行EGR的過程中)，該問題變得顯著。
此外，專利文獻2中描述的控制系統(tǒng)被認為是上述類型的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)對作為設(shè)備的內(nèi)燃機的空燃比進行控制，并且包括LAF傳感器、氧濃度傳感器、狀態(tài)預測器、識別器，以及滑動模式控制器。LAF傳感器和氧濃度傳感器對表示內(nèi)燃機的廢氣通道中的廢氣的氧濃度的參數(shù)進行檢測，并且設(shè)置在廢氣通道中從上游側(cè)開始的各個位置。在這種控制系統(tǒng)中，對于受控對象模型，采用了離散時間系統(tǒng)模型作為受控對象模型，向該模型輸入LAF檢測器的檢測信號值與基準值之間的差值(以下稱為“LAF差”)，并從該模型輸出氧濃度傳感器的檢測信號值與預定的目標值之間的差值(以下稱為“O2差”)，由此如下來計算用于控制空燃比的控制輸入狀態(tài)預測器利用基于該受控對象模型的預定的預測算法來計算O2差的預定值，并且識別器通過貫序最小二乘法來識別該受控對象模型的模型參數(shù)。此外，滑動模式控制器利用滑動模式控制算法，根據(jù)O2差的預測值和模型參數(shù)的識別值來計算控制輸入，以使得作為狀態(tài)變量的O2差的時間序列數(shù)據(jù)收斂為值0。結(jié)果，對空燃比進行了控制，以使氧濃度傳感器的檢測信號值收斂為預定的目標值。通過滑動模式控制算法，將控制輸入計算為等效控制輸入、自適應法則輸入以及趨近法則輸入的總和。自適應法則輸入用于對受控對象模型的建模誤差進行補償。
根據(jù)傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，利用滑動模式控制算法，通過自適應法則輸入對受控對象模型的建模誤差進行補償。因此，當O2差的預測值與其實際值之間(即設(shè)備的輸出的預測值與其檢測值之間)出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)偏差(偏移)時，不能對該穩(wěn)態(tài)偏差進行補償，從而該穩(wěn)態(tài)偏差有可能保持。盡管這種穩(wěn)態(tài)偏差在上述空燃比控制中不會產(chǎn)生問題，但是在要求較高控制精度的控制(例如，用于定位致動器的控制)中，該控制系統(tǒng)可能由于該穩(wěn)態(tài)偏差的影響而無法實現(xiàn)所要求的控制精度。
提出本發(fā)明以解決以上問題，并且本發(fā)明的第一目的是提供一種內(nèi)燃機的進氣量控制系統(tǒng)，其能夠保證高的魯棒性并提高空燃比控制的可控性，由此提高駕駛性能并減少廢氣排放。
本發(fā)明的第二目的是提供一種控制系統(tǒng)，其能夠?qū)υO(shè)備的輸出的預測值與其檢測值之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行補償，由此提高控制精度。
日本特開專利公報(Kokai)No.2001-140661(第5頁和第6頁，圖6到18)[專利文獻2]日本特開專利公報(Kokai)No.2000-179385(第11至19頁，圖3)發(fā)明內(nèi)容為了實現(xiàn)以上目的，在本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于內(nèi)燃機3的進氣量控制系統(tǒng)1，其根據(jù)需要，通過可變進氣門正時裝置(可變進氣門致動組件40)對被吸入到汽缸#1至#4的進氣量進行可變控制，該可變進氣門正時裝置改變進氣門6的氣門正時，該進氣量控制系統(tǒng)1包括估計進氣量計算裝置(ECU 2；步驟16和30)，用于計算估計進氣量(汽缸進氣量Gcyl)，作為被吸入到汽缸中的進氣量的估計值；目標進氣量設(shè)定裝置(ECU 2；步驟16和31至33)，用于將目標進氣量Gcyl_cmd設(shè)定為進氣量要被控制到的目標；識別裝置(ECU 2；板載識別器223)，用于利用預定的識別算法[方程(8)至(13)]，根據(jù)受控對象模型[方程(2)](向其輸入用于對可變進氣門正時裝置進行控制的控制命令值(目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd)，并從其輸出估計進氣量)，對受控對象模型的所有模型參數(shù)a1、a2和b1(模型參數(shù)的向量θs)進行識別；控制命令值計算裝置(ECU 2；滑動模式控制器224；步驟80)，用于根據(jù)所識別的所有模型參數(shù)來計算控制命令值(目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd)，使得所估計的進氣量收斂為目標進氣量；以及控制裝置(ECU2；第二SPAS控制器225；步驟75)，用于根據(jù)所計算的控制命令值來控制可變進氣門正時裝置。
通過內(nèi)燃機的這種進氣量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，根據(jù)受控對象模型(向其輸入用于對可變進氣門正時裝置進行控制的控制命令值，并從其輸出估計進氣量)，利用預定的識別算法對受控對象模型的所有模型參數(shù)進行識別，并根據(jù)所識別的所有模型參數(shù)來計算控制命令值，使得所估計的進氣量收斂為目標進氣量。即，利用自適應控制算法來計算控制命令值，因此，即使在受控對象受到其動態(tài)特性的變化或者老化的影響時，也可以通過使用板載識別器作為識別裝置，使受控對象模型的動態(tài)特性適于其實際動態(tài)特性，同時防止該變化或老化的影響，由此可以使所估計的進氣量快速且穩(wěn)定地收斂為目標進氣量。因此，在該進氣量控制中，可以保證高的魯棒性并提高可控性，這使得可以避免出現(xiàn)扭矩變化和轉(zhuǎn)速變化，由此改善燃燒狀態(tài)。結(jié)果，可以提高操作性能并減少廢氣排放。
優(yōu)選地，控制命令值計算裝置利用預定的預測算法[方程(7)]來計算估計進氣量的預測值(預測進氣量Pre_Gcyl)，并進一步根據(jù)估計進氣量的預測值來計算控制命令值。
當如在該進氣量控制系統(tǒng)中那樣，通過可變進氣門正時裝置對進氣量進行控制時，通常，由于可變進氣門正時裝置的響應延遲，而使得在該可變進氣門正時裝置的實際操作與被吸入到汽缸中的進氣量之間存在停滯時間。因此，對于該優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)，利用預定的預測算法來計算估計進氣量的預測值，并且進一步根據(jù)估計進氣量的該預測值來計算控制命令值。這使得可以計算控制命令值，同時對上述停滯時間進行補償，由此可以提高估計進氣量到目標進氣量的收斂性。結(jié)果，可以進一步提高駕駛性能并進一步減少廢氣排放。
為了實現(xiàn)以上目的，在本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于內(nèi)燃機3的進氣量控制系統(tǒng)1，其根據(jù)需要，通過可變進氣門正時裝置對被吸入到汽缸#1至#4中的進氣量進行可變控制，該可變進氣門正時裝置改變進氣門6的氣門正時，該進氣量控制系統(tǒng)1包括估計進氣量計算裝置(ECU 2；步驟16和30)，用于計算估計進氣量(汽缸進氣量Gcyl)，作為被吸入到汽缸中的進氣量的估計值；目標進氣量設(shè)定裝置(ECU 2；步驟16和31至33)，用于將目標進氣量設(shè)定為進氣量要被控制成的目標；預測值計算裝置(ECU 2；狀態(tài)預測器222；步驟80)，用于利用預定的預測算法[方程(7)]來計算估計進氣量的預測值；控制命令值計算裝置(ECU 2；滑動模式控制器224；步驟80)，用于根據(jù)估計進氣量的該預測值來計算控制命令值(目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd)，使得估計進氣量收斂為目標進氣量；以及控制裝置(ECU 2；第二SPAS控制器225；步驟75)，用于根據(jù)所計算的控制命令值來控制可變進氣門正時裝置。
通過內(nèi)燃機的這種進氣量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，利用預定的預測算法來計算進氣量的預測值，并根據(jù)估計進氣量的預測值來計算控制命令值，使得估計進氣量收斂為目標進氣量。因此，可以計算控制命令值，同時對上述停滯時間進行補償，這使得可以提高估計進氣量到目標進氣量的收斂性。結(jié)果，可以提高駕駛性能并減少廢氣排放。
優(yōu)選地，該控制命令值計算裝置還利用響應指定控制算法[方程(15)至(21)]來計算控制命令值。
通過該優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)，還利用響應指定控制算法來計算控制命令值。因此，可以使估計進氣量快速且穩(wěn)定地收斂為目標進氣量，同時防止振蕩和過沖行為，這使得可以進一步提高駕駛性能，并進一步減少廢氣排放。
在本發(fā)明的第一和第二方面，優(yōu)選地，可變進氣門正時裝置包括進氣搖臂51，其可繞樞軸轉(zhuǎn)動地運動，由此對進氣門6進行致動，以打開和關(guān)閉該進氣門6；可移動樞軸(銷51c)，其可繞樞軸轉(zhuǎn)動地可移動地支撐該進氣搖臂；第一和第二進氣凸輪軸(主和輔助進氣凸輪軸41和42)，其以相同的轉(zhuǎn)速進行旋轉(zhuǎn)；可變進氣凸輪相位機構(gòu)(可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70)，其改變第一和第二進氣凸輪軸之間的相對相位；第一進氣凸輪(主進氣凸輪43)，其設(shè)置在第一進氣凸輪軸(主進氣凸輪軸41)上，以隨著第一進氣凸輪軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，由此使進氣搖臂相對于樞軸繞樞軸轉(zhuǎn)動地運動；以及第二進氣凸輪(輔助進氣凸輪44)，其設(shè)置在第二進氣凸輪軸(輔助進氣凸輪軸42)上，以隨著第二進氣凸輪軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，由此移動進氣搖臂的樞軸。
通過該優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)，在可變進氣門正時裝置中，第一凸輪隨著第一進氣凸輪軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，由此使進氣搖臂繞該進氣搖臂的樞軸可繞樞軸轉(zhuǎn)動地移動，由此對進氣門進行致動，以打開或關(guān)閉該進氣門。這樣，第二進氣凸輪隨著第二進氣凸輪軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動使進氣搖臂的樞軸移動，這使得可以根據(jù)需要來改變進氣門的氣門升程量。此外，可變進氣凸輪相位機構(gòu)改變第一和第二進氣凸輪軸之間的相對相位，這使得可以根據(jù)需要改變氣門關(guān)閉正時和進氣門的氣門升程量。即，通過使用這兩個進氣凸輪、兩個進氣凸輪軸，以及可變進氣凸輪相位機構(gòu)，可以實現(xiàn)可變進氣門正時裝置，其可以根據(jù)需要來改變氣門關(guān)閉正時和進氣門的氣門升程量。
更具體地，該可變進氣凸輪相位機構(gòu)由液壓驅(qū)動的可變進氣凸輪相位機構(gòu)(通過提供油壓Psd來進行驅(qū)動)構(gòu)成，并且該控制裝置對提供給該液壓驅(qū)動的可變進氣凸輪相位機構(gòu)的油壓進行控制。
通過該優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)，可變進氣凸輪相位機構(gòu)由液壓驅(qū)動的進氣門正時裝置(通過提供油壓來進行驅(qū)動)構(gòu)成。因此，可變進氣門正時裝置本身可以構(gòu)造為液壓驅(qū)動型。這使得與使用例如通過螺線管的電磁力來驅(qū)動進氣門的氣門元件這種類型的可變進氣門正時裝置的情況相比，可以在較高負載區(qū)域內(nèi)確定地打開和關(guān)閉進氣門，由此可以在較高負載區(qū)域內(nèi)確定地打開和關(guān)閉進氣門，并且降低功耗和進氣門的操作噪聲(nose)。
為了實現(xiàn)第二目的，在本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于控制設(shè)備的控制系統(tǒng)1，其包括輸出檢測裝置(ECU 2；氣流傳感器21)，用于檢測來自該設(shè)備的輸出(汽缸進氣量Gcyl)；目標值設(shè)定裝置(ECU 2；步驟16和33)，用于設(shè)定來自該設(shè)備的輸出的目標值(目標進氣量Gcyl_cmd)；以及預測裝置(ECU 2；狀態(tài)預測器222；步驟80)，用于利用預定的預測算法[方程(7)]來預測來自該設(shè)備的輸出的預測值(預測進氣量Pre_Gcyl)，該預定的預測算法是根據(jù)該設(shè)備的受控對象模型[方程(2)]而得到的，并且限定了該設(shè)備的輸入(輔助進氣凸輪相位θmsi)、輸出(汽缸進氣量Gcyl)，以及該設(shè)備的輸出的預測值(預測進氣量Pre_Gcyl)之間的關(guān)系，其中該預定的預測算法包括多個預測系數(shù)α1、α2、β1至βd，以及γ1，這些預測系數(shù)包括作為加項和減項之一的補償參數(shù)γ1，用于對該設(shè)備的輸出的預測值與該設(shè)備的輸出之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行補償，該控制系統(tǒng)還包括識別裝置(ECU 2；板載識別器223；步驟80)，用于利用預定的識別算法[方程(8)至(13)]來識別這些預測系數(shù)(預測系數(shù)向量θs)，使得該設(shè)備的輸出的預測值與該設(shè)備的檢測輸出之間的差值(識別誤差ide)變得最小；以及控制命令值確定裝置(ECU 2；滑動模式控制器224；步驟80)，用于根據(jù)所識別的預測系數(shù)，利用預定的控制算法[方程(15)至(21)]來確定用于對該設(shè)備的輸入進行控制的控制命令值(目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd)，使得該設(shè)備的檢測輸出收斂為所設(shè)定的目標值。
通過該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，利用預定的預測算法對該設(shè)備的輸出的預測值進行預測，該預定的預測算法是基于該設(shè)備的受控對象模型而得到的，并且限定了該設(shè)備的輸入、該設(shè)備的輸出，以及該輸出的預測值之間的關(guān)系。該預定的預測算法包括多個預測系數(shù)，并且這些預測系數(shù)包括作為加項和減項之一的補償參數(shù)，用于對該設(shè)備的輸出的預測值與該設(shè)備的輸出之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行補償。因此，可以將該設(shè)備的輸出的預測值計算為其中直接反映了該補償參數(shù)的值。此外，利用預定的識別算法對包括該補償參數(shù)在內(nèi)的預測系數(shù)進行識別，使得如上所述預測的該設(shè)備的輸出的預測值與該設(shè)備的檢測輸出之間的差值變得最小。因此，可以將這些預測系數(shù)識別為使得該設(shè)備的輸出的預測值的動態(tài)特性和檢測輸出的動態(tài)特性彼此精確匹配的值，由此可以對該設(shè)備的輸出的預測值與該設(shè)備的檢測輸出之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行補償。特別地，由于該補償參數(shù)作為加項或減項之一包括在這些預測系數(shù)中，所以可以使用該補償參數(shù)對該設(shè)備的輸出的預測值與該設(shè)備的檢測輸出之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行有效的補償。另外，由于如上所述，該補償參數(shù)可以直接反映在預測值中，所以可以提高該預測值的預測精度。此外，根據(jù)由此識別的預測系數(shù)，確定用于對該設(shè)備的輸入進行控制的控制命令值，以使該設(shè)備的檢測輸出收斂為該目標值，這使得可以適當?shù)厥乖撛O(shè)備的實際輸出收斂為目標值。
如上所述，通過該補償參數(shù)，可以對該設(shè)備的輸出的預測值與檢測輸出之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行有效的補償，并使得對該預測值的預測比現(xiàn)有技術(shù)更加準確。(在本說明書全文中，“對該設(shè)備的輸出的檢測”并不限于使用傳感器等對該設(shè)備的輸出進行直接檢測，而是包括通過計算對其進行估計。)優(yōu)選地，該預定控制算法是預定的響應指定控制算法[方程(15)至(21)]。
通過對于該優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)，利用預定的響應指定控制算法來確定控制命令值，以使該設(shè)備的輸出收斂為目標值，因此可以使該設(shè)備的輸出快速且穩(wěn)定地收斂為該目標值，同時防止振蕩和過沖行為。結(jié)果，可以進一步提高控制精度。
優(yōu)選地，通過該預定的響應指定控制算法，將控制命令值確定[方程(8)]為多個命令值分量(等效控制輸入Ueq、趨近法則輸入Urch，以及氣門控制輸入Uvt)的總和，并且這些命令值分量包括選擇命令值分量(氣門控制輸入Uvt)，用于當存在控制命令值的兩個解時選擇這兩個解中的一個。
通過該優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)，利用預定的響應指定控制算法將控制命令值確定為多個命令值分量的總和，并且這些命令值分量包括選擇命令值分量，用于當存在控制命令值的兩個解時選擇這兩個解中的一個。使用該選擇命令值分量，可以將這兩個解之一強制地選擇為控制命令值的解，由此例如通過執(zhí)行這些預測系數(shù)的板載識別，來提高收斂到該強制選擇的精確解的速度，因此即使當受控對象具有停滯時間特性時，也可以在短時間段內(nèi)穩(wěn)定地計算該強制選擇的精確解。
為了實現(xiàn)第二目的，在本發(fā)明的第四方面，提供了一種控制系統(tǒng)l，其根據(jù)需要，通過可變進氣門正時裝置(可變進氣門致動組件40)對被吸入到內(nèi)燃機3的汽缸#1至#4中的進氣量進行可變控制，該可變進氣門正時裝置改變進氣門6的氣門正時，該控制系統(tǒng)1包括汽缸進氣量檢測裝置(ECU 2；氣流傳感器21、進氣管絕對壓力傳感器24；步驟16和30)，用于將汽缸進氣量Gcyl檢測為被吸入到汽缸中的進氣量；目標值設(shè)定裝置(ECU 2；步驟16和33)，用于設(shè)定汽缸進氣量的目標值(目標汽缸進氣量Pre_Gcyl)；以及預測裝置(ECU 2；狀態(tài)預測器222；步驟80)，用于利用預定的預測算法[方程(7)]來預測汽缸進氣量的預測值，該預定的預測算法是基于受控對象模型[方程(2)]而得到的，其中向該受控對象模型輸入表示進氣門6的氣門正時的值(輔助進氣凸輪相位θmsi)，通過可變進氣門正時裝置來設(shè)定該值，并且從該受控對象模型輸出汽缸進氣量Gcyl，并且該受控對象模型限定了表示進氣門的氣門正時的值(輔助進氣凸輪相位θmsi)、汽缸進氣量Gcyl，以及汽缸進氣量的預測值(預測進氣量Pre_Gcyl之間的關(guān)系，其中該預定的預測算法包括多個預測系數(shù)α1、α2、β1至βd，以及γ1，這些預測系數(shù)包括作為加項和減項之一的補償參數(shù)γ1，用于對汽缸進氣量的預測值與汽缸進氣量之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行補償，該控制系統(tǒng)還包括識別裝置(ECU 2；223；步驟80)，用于利用預定的識別算法[方程(8)至(13)]來識別這些預測系數(shù)(預測系數(shù)向量θs)，使得汽缸進氣量的預測值與所檢測的汽缸進氣量之間的差值(識別誤差ide)變得最?。灰约翱刂泼钪荡_定裝置(ECU2；滑動模式控制器224；步驟80)，用于根據(jù)所識別的預測系數(shù)，利用預定的控制算法來控制可變進氣門正時裝置，使得所檢測的汽缸進氣量收斂為所設(shè)定的目標值。
通過該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，利用預定的預測算法來預測汽缸進氣量的預測值，該預定的預測算法是基于受控對象模型(向其輸入表示進氣門的氣門正時的值(通過可變進氣門正時裝置來設(shè)定該值)，并且從其輸出汽缸進氣量)而得到的，并且限定了表示進氣門的氣門正時的值、汽缸進氣量，以及汽缸進氣量的預測值之間的關(guān)系。該預定的預測算法包括多個預測系數(shù)，這些預測系數(shù)包括作為加項和減項之一的補償參數(shù)，用于對汽缸進氣量的預測值與汽缸進氣量之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行補償。因此，可以將汽缸進氣量的預測值計算為其中直接反映了該補償參數(shù)的值。此外，利用預定的識別算法對包括該補償參數(shù)在內(nèi)的預測系數(shù)進行識別，使得如上所述預測的汽缸進氣量的預測值與所檢測的汽缸進氣量之間的差值變得最小。因此，可以將這些預測系數(shù)識別為使得汽缸進氣量的預測值的動態(tài)特性和所檢測的汽缸進氣量的動態(tài)特性彼此精確匹配的值，由此可以對汽缸進氣量的預測值與所檢測的汽缸進氣量之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行補償。特別地，由于該補償參數(shù)作為加項或減項之一包括在這些預測系數(shù)中，所以如上所述，可以對汽缸進氣量的預測值與所檢測的汽缸進氣量之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行有效的補償。另外，由于如上所述，該補償參數(shù)可以直接反映在汽缸進氣量的預測值中，所以可以提高該預測值的預測精度。此外，根據(jù)由此識別的預測系數(shù)，確定用于對該可變進氣門正時裝置進行控制的控制命令值，以使所檢測的汽缸進氣量收斂為該目標值，這使得可以適當?shù)厥蛊走M氣量收斂為目標值。
如上所述，通過該補償參數(shù)，可以對汽缸進氣量的預測值與所檢測的汽缸進氣量之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行有效的補償，并使得對汽缸進氣量的預測值的預測比現(xiàn)有技術(shù)更加準確，由此可以使控制精度比現(xiàn)有技術(shù)更高。(在本說明書全文中，“對汽缸進氣量的檢測”并不限于使用傳感器等對汽缸進氣量進行直接檢測，而是包括通過計算對其進行估計。)優(yōu)選地，該預定的控制算法是預定的響應指定控制算法[方程(15)至(21)]。
通過該優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)，利用預定的響應指定控制算法來確定控制命令值，以使該汽缸進氣量收斂為其目標值，因此，可以使汽缸進氣量快速且穩(wěn)定地收斂為其該目標值，同時防止振蕩和過沖行為。
優(yōu)選地，通過該預定的響應指定控制算法，將該控制命令值確定為多個命令值分量(等效控制輸入Ueq、趨近法則輸入Urch，以及氣門控制輸入Uvt)的總和，并且這些命令值分量包括選擇命令值分量(氣門控制輸入Uvt)，用于當存在控制命令值的兩個解時選擇這兩個解中的一個。
通過該優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)，利用預定的響應指定控制算法將控制命令值確定為多個命令值分量的總和，并且這些命令值分量包括選擇命令值分量，用于當存在控制命令值的兩個解時選擇這兩個解中的一個。因此，使用該選擇命令值分量，可以將這兩個解之一強制地選擇為該控制命令值的解。此外，盡管內(nèi)燃機的進氣系統(tǒng)是例如通過執(zhí)行這些預測系數(shù)的板載識別而具有停滯時間特性的系統(tǒng)，也可以提高收斂到該控制命令值的該強制選擇解的速度。這使得例如當選擇用于將進氣門的氣門正時設(shè)定為延遲關(guān)閉的值作為該控制命令值時，可以計算出滿足該要求的控制命令值，并且可以使進氣量在短時間段內(nèi)穩(wěn)定地收斂為該目標值。


圖1示意地表示了應用根據(jù)本發(fā)明實施例的控制系統(tǒng)(進氣量控制系統(tǒng)/控制系統(tǒng))的內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)；圖2示意地表示了用于該內(nèi)燃機的可變進氣門致動組件和可變排氣門致動組件的結(jié)構(gòu)；圖3是示意地表示該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖；圖4示意地表示了燃料蒸發(fā)冷卻裝置的結(jié)構(gòu)；圖5是示意地表示可變進氣門致動組件和可變排氣門致動組件的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖6示意地表示了可變進氣門致動組件的進氣門致動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)；圖7示意地表示了可變主進氣凸輪相位機構(gòu)的結(jié)構(gòu)；圖8示意地表示了可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)的結(jié)構(gòu)；圖9示意地表示了可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)的變型例的結(jié)構(gòu)；圖10示意地表示了可變進氣凸輪間相位機構(gòu)的結(jié)構(gòu)；
圖11是用于說明主進氣凸輪和輔助進氣凸輪的凸輪輪廓的視圖；圖12A表示了進氣門致動機構(gòu)的操作狀態(tài)，其中將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為0度；圖12B表示了進氣門的氣門升程曲線等，其用于說明當將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為0度時進氣門的操作；圖13A表示了進氣門致動機構(gòu)的操作狀態(tài)，其中將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為90度；圖13B表示了進氣門的氣門升程曲線等，其用于說明當將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為90度時進氣門的操作；圖14A表示了進氣門致動機構(gòu)的操作狀態(tài)，其中將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為120度；圖14B表示了進氣門的氣門升程曲線等，其用于說明當將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為120度時進氣門的操作；圖15A表示了進氣門致動機構(gòu)的操作狀態(tài)，其中將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為180度；圖15B表示了進氣門的氣門升程曲線等，其用于說明當將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為180度時進氣門的操作；圖16表示了進氣門的氣門升程量的變化和氣門正時，其用于說明當輔助進氣凸輪相位θmsi從120度改變?yōu)?80度時進氣門的操作；圖17是用于說明主排氣凸輪和輔助排氣凸輪的凸輪輪廓的視圖；圖18表示了排氣門的氣門升程曲線等，其用于說明當輔助排氣凸輪相位θmse等于0度時排氣門的操作；圖19表示了排氣門的氣門升程曲線等，其用于說明當輔助排氣凸輪相位θmse等于45度時排氣門的操作；圖20表示了排氣門的氣門升程曲線等，其用于說明當輔助排氣凸輪相位θmse等于90度時排氣門的操作；圖21表示了排氣門的氣門升程曲線等，其用于說明當輔助排氣凸輪相位θmse等于150度時排氣門的操作；圖22是示意地表示用于控制節(jié)氣門機構(gòu)、可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)和可變進氣凸輪間相位機構(gòu)的控制系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)的框圖；圖23是示意地表示輔助進氣凸輪相位控制器的結(jié)構(gòu)的框圖；圖24表示了用于計算汽缸進氣量Gcyl的數(shù)學表達式、以及第一SPAS控制器的狀態(tài)預測器的預測算法的數(shù)學表達式的各個組；圖25表示了第一SPAS控制器的板載識別器的識別算法的數(shù)學表達式；圖26表示了第一SPAS控制器的滑動模式控制器的滑動模式控制算法的數(shù)學表達式；圖27表示了用于說明導出圖26中的方程(19)的方法的數(shù)學表達式；圖28表示了用于說明滑動模式控制算法的相平面和切換線；圖29表示了當通過滑動模式控制器來改變切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)Ss時所表現(xiàn)出的跟蹤誤差Es的收斂行為的示例；圖30是示意地表示第二SPAS控制器的結(jié)構(gòu)的框圖；圖31表示了第二SPAS控制器的狀態(tài)預測器的預測算法的數(shù)學表達式；圖32表示了第二SPAS控制器的板載識別器的識別算法的數(shù)學表達式；圖33表示了第二SPAS控制器的滑動模式控制器的滑動模式控制算法的數(shù)學表達式；圖34表示了通過氣流傳感器檢測的進氣的脈動；圖35是用于說明一計算算法的示意圖，進氣凸輪間相位控制器的自適應觀察器通過該計算算法來計算進氣量變化系數(shù)φ#1至φ#4；圖36表示了該計算算法的數(shù)學表達式，進氣凸輪間相位控制器的自適應觀察器通過該計算算法來計算進氣量變化系數(shù)φ#1至φ#4；圖37是示意地表示自適應觀察器的結(jié)構(gòu)的框圖；圖38表示了從自適應觀察器的信號發(fā)生器輸出的模擬值Gcyl_OS#1至Gcyl_OS#4；圖39表示了進氣凸輪間相位控制器的各個微分器用來計算差異Eφ#2至Eφ#4的數(shù)學表達式，以及進氣凸輪間相位控制器的進氣變化控制器用來計算目標進氣凸輪間相位θssi#i_cmd的計算算法的數(shù)學表達式；圖40是示意地表示進氣變化控制器的結(jié)構(gòu)的框圖；圖41是示意地表示輔助排氣凸輪相位控制器的結(jié)構(gòu)的框圖；圖42表示了輔助排氣凸輪相位控制器的控制算法的數(shù)學表達式；圖43是表示用于執(zhí)行發(fā)動機控制處理的主程序的流程圖；圖44是表示用于執(zhí)行燃料控制處理的子程序的流程圖；圖45表示了在計算所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng時使用的映象的示例；圖46是表示用于執(zhí)行計算汽缸進氣量Gcyl和目標進氣量Gcyl_cmd的處理的子程序的流程圖；圖47表示了在計算目標進氣量的基值Gcyl_cmd_base時使用的映象的示例；圖48表示了在計算空燃比校正系數(shù)Kgcyl_af時使用的表的示例；圖49是在計算主燃料噴射率Rt_Pre中使用的表的示例的視圖；圖50是表示用于執(zhí)行升壓控制處理的子程序的流程圖；圖51表示了在計算對廢氣門(wastegate valve)的控制輸入的基值Dut_wg_base時使用的表的示例；圖52表示了在計算目標升壓Pc_cmd時使用的表的示例；圖53是表示用于執(zhí)行進氣門控制處理的子程序的流程圖；圖54是圖53的流程圖的繼續(xù)；圖55表示了在計算目標輔助進氣凸輪相位的催化劑加熱值θmsi_cw時使用的表的示例；圖56表示了在計算目標主進氣凸輪相位的正常操作值θmi_drv時使用的表的示例；圖57表示了在計算目標輔助進氣凸輪相位的基值θmsi_base時使用的映象的示例；圖58是表示用于執(zhí)行排氣門控制處理的子程序的流程圖；圖59是圖58的流程圖的繼續(xù)；圖60表示了在計算目標輔助排氣凸輪相位的催化劑加熱值θmse_ast時使用的表的示例；圖61表示了在計算目標主排氣凸輪相位的正常操作值θme_drv時使用的表的示例；圖62是表示用于執(zhí)行節(jié)氣門控制處理的子程序的流程圖；圖63表示了在計算目標開度的催化劑加熱值THcmd_ast時使用的表的示例；圖64表示了在計算目標開度的正常操作值THcmd_drv時使用的映象的示例；圖65是表示在計算目標開度的可靠值THcmd_fs時使用的映象的示例；圖66是表示在發(fā)動機起動和催化劑加熱控制期間該控制系統(tǒng)執(zhí)行的操作的示例的時序圖；圖67表示了該控制系統(tǒng)執(zhí)行的用于控制發(fā)動機的操作的示例；以及圖68是示意地表示該控制系統(tǒng)的變型例的結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實施例方式
下面，將參照表示本發(fā)明優(yōu)選實施例的附圖來詳細描述本發(fā)明。首先參照圖1和圖2，示意地表示了應用了根據(jù)本實施例的控制系統(tǒng)1(進氣量控制系統(tǒng)/控制系統(tǒng))的內(nèi)燃機3(以下簡稱為“發(fā)動機3”)的結(jié)構(gòu)。圖3示意地表示了控制系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，控制系統(tǒng)1包括ECU2。如下所述，ECU 2基于發(fā)動機3的工作狀態(tài)來執(zhí)行控制處理，包括用于控制進氣門6和排氣門7的氣門正時的處理。
發(fā)動機3是安裝在汽車(未示出)上的直列四缸汽油發(fā)動機，并且具有第一汽缸#1至第四汽缸#4(參見圖5)。另外，發(fā)動機3包括對于各個汽缸#1至#4設(shè)置的主燃料噴射閥4(只示出了其中一個)和火花塞5(只示出了其中一個)。主燃料噴射閥4和火花塞5均通過相應的汽缸蓋3a安裝。各個主燃料噴射閥4與ECU 2電連接，并且通過來自ECU 2的控制輸入來控制其燃料噴射量和燃料噴射正時，以將燃料直接噴射到相關(guān)汽缸的燃燒室中。
另外，各個火花塞5也與ECU 2電連接。當在與點火正時相對應的正時，基于來自ECU 2的信號向火花塞5施加高電壓時，火花塞5導致火花放電，從而使燃燒室內(nèi)的混合物燃燒。
另外，發(fā)動機3對于每一個缸都包括進氣門6和排氣門7，其分別打開和關(guān)閉進氣口和排氣口；可變進氣門致動組件40，對進氣門6進行致動，以使其打開和關(guān)閉，并同時改變進氣門6的氣門正時和氣門升程量；以及可變排氣門致動組件90，對排氣門7進行致動，以使其打開和關(guān)閉，并同時改變排氣門7的氣門正時和氣門升程量。在下文中將詳細地描述可變進氣門致動組件40和可變排氣門致動組件90。另外，進氣門6和排氣門7分別由氣門彈簧6a和7a沿氣門關(guān)閉方向推動。
磁性轉(zhuǎn)子20a安裝在發(fā)動機3的曲柄軸3b上。磁性轉(zhuǎn)子20a與MRE(磁阻元件)傳感器(pickup)20b一起構(gòu)成曲柄角傳感器20。曲柄角傳感器20根據(jù)曲柄軸3b的轉(zhuǎn)動，將均為脈沖信號的CRK信號和TDC信號傳送給ECU 2。
每當曲柄軸3b轉(zhuǎn)過預定角度(例如，30度)時，生成CRK信號的各個脈沖。ECU 2基于該CRK信號確定發(fā)動機3的轉(zhuǎn)速NE(以下稱為“發(fā)動機速度NE”)。TDC信號表示相關(guān)汽缸中的各個活塞3c剛好處于在進氣沖程開始時的TDC位置之前的預定曲柄角位置，并且每當曲柄軸3b轉(zhuǎn)過預定角度(例如，在本實施例的示例中為180度)時，生成TDC信號的各個脈沖。
在發(fā)動機3的進氣管8中，將渦輪增壓器裝置10、中間冷卻器11、燃料蒸發(fā)冷卻裝置12、節(jié)氣門機構(gòu)16等按所述順序從上游到下游設(shè)置在進氣管8的相應位置處。
渦輪增壓器裝置10包括壓縮機葉片10a，其容納在設(shè)置于進氣管8的中間部分的壓縮機殼體中；渦輪機葉片10b，其容納在設(shè)置于排氣管9的中間部分的渦輪機殼體中；軸10c，其與這兩個葉片10a和10b形成為一體以與它們相連；以及廢氣門10d。
在渦輪增壓器裝置10中，當渦輪機葉片10b被流經(jīng)排氣管9的廢氣驅(qū)動而轉(zhuǎn)動時，與渦輪機葉片10b形成為一體的壓縮機葉片10a也轉(zhuǎn)動，從而對進氣管8內(nèi)的進氣進行加壓，即進行增壓操作。
另外，設(shè)置廢氣門10d以打開和關(guān)閉旁通排氣通道9a，該旁通排氣通道9a繞過橫跨排氣管9設(shè)置的渦輪機葉片10b，并且該廢氣門通過與ECU 2(參見圖3)相連的螺線管控制閥來實現(xiàn)。該廢氣門10d通過來自ECU 2的控制輸入Dut_wg來改變其開度，從而改變流經(jīng)旁通排氣通道9a的廢氣的流速(換言之，用于驅(qū)動渦輪機葉片10b的廢氣的流速)。因此，控制由渦輪增壓器裝置10產(chǎn)生的進氣升壓Pc。
另外，在進氣管8中壓縮機葉片10a的上游位置處設(shè)置有氣流傳感器21(輸出檢測裝置，汽缸進氣量檢測裝置)。該氣流傳感器21由熱線式氣流計構(gòu)成，用于檢測流經(jīng)節(jié)氣門17的進氣量Gth(以下稱為“TH流經(jīng)進氣量Gth”)，并且將表示所檢測的TH經(jīng)過進氣量Gth的信號傳送給ECU 2。
中間冷卻器11是水冷式的。當進氣經(jīng)過中間冷卻器11時，中間冷卻器11對已經(jīng)由渦輪增壓器裝置10的增壓操作(加壓操作)升溫的進氣進行冷卻。
另外，升壓傳感器22設(shè)置在進氣管8中的中間冷卻器11與燃料蒸發(fā)冷卻裝置12之間，其例如由半導體壓力傳感器形成。升壓傳感器22檢測進氣管8內(nèi)的由渦輪增壓器裝置10進行了加壓的進氣的壓力，即升壓Pc(絕對壓力)，并將表示所檢測的升壓Pc的信號傳送給ECU 2。
燃料蒸發(fā)冷卻裝置12使燃料蒸發(fā)以生成混合物，并且通過燃料的蒸發(fā)來降低進氣的溫度。如圖4所示，燃料蒸發(fā)冷卻裝置12包括設(shè)置在進氣管8的中間部分處的殼體13；大量的親油性膜板14(只示出了其中六個)，它們?nèi)菁{在殼體13中，以使它們彼此平行并間隔開預定距離；以及輔助燃料噴射閥15。
輔助燃料噴射閥15與ECU 2相連，并且通過來自ECU 2的控制輸入來控制其燃料噴射量和燃料噴射正時，從而朝向該大量的親油性膜板14噴射燃料。應該注意，如下面所述，基于發(fā)動機3的工作狀態(tài)來確定待從輔助燃料噴射閥15和主燃料噴射閥4噴射的燃料的總?cè)剂蠂娚淞縏OUT，并且基于發(fā)動機3的工作狀態(tài)來確定待從主燃料噴射閥4噴射的燃料量與總?cè)剂蠂娚淞縏OUT之比(以下稱為主燃料噴射比Rt_Pre)、以及待從輔助燃料噴射閥15噴射的燃料量與總?cè)剂蠂娚淞縏OUT之比。另外，在親油性膜板14的表面上形成有具有燃料親和性的親油性膜。
通過燃料蒸發(fā)冷卻裝置12的上述結(jié)構(gòu)，從輔助燃料噴射閥15噴射的燃料通過親油性膜板14的親油性而在親油性膜板14的表面上形成為薄膜，然后通過進氣的熱量而蒸發(fā)。結(jié)果，生成空氣燃料混合物，并且通過除去用于使燃料蒸發(fā)的蒸發(fā)熱而使進氣冷卻。由燃料蒸發(fā)冷卻裝置12提供的冷卻效果使得可以提高注油效率并擴大發(fā)動機3的操作極限(在該極限內(nèi)不會出現(xiàn)爆震(knocking))。例如，在發(fā)動機3的高負荷工作狀態(tài)下，可以沿提前的方向使點火正時的極限(超過該極限就開始出現(xiàn)爆震)擴大預定曲柄角(例如，2度)，從而使得可以增加燃燒效率。
節(jié)氣門機構(gòu)16包括節(jié)氣門17、以及用于打開和關(guān)閉節(jié)氣門17的TH致動器18。節(jié)氣門17橫跨進氣管8的中間部分可繞樞軸轉(zhuǎn)動地設(shè)置，從而節(jié)氣門17可繞樞軸轉(zhuǎn)動地運動以改變其開度，由此改變TH流經(jīng)進氣量Gth。TH致動器18可以由與ECU 2相連的電機(未示出)以及齒輪機構(gòu)(未示出)的組合來實現(xiàn)，并且由來自ECU 2的控制輸入DUTY_th(后面將描述)進行控制，從而改變節(jié)氣門17的開度。
節(jié)氣門17上安裝有兩個彈簧(均未示出)，分別用于沿氣門打開方向和氣門關(guān)閉方向推動節(jié)氣門17。當沒有將控制輸入DUTY_th輸入給TH致動器18時，節(jié)氣門17通過上述兩個彈簧的推力而保持為預定的初始氣門開度TH_def。將該初始氣門開度TH_def設(shè)定為與幾乎全閉狀態(tài)相對應的值(例如，7度)，但是同時確保起動發(fā)動機3所需的進氣量。
在設(shè)置在進氣管8中的節(jié)氣門17的附近，設(shè)置有節(jié)氣門開度傳感器23(其例如由電位計來實現(xiàn))。節(jié)氣門開度傳感器23檢測節(jié)氣門17的實際開度(以下稱為“節(jié)氣門開度”)TH，并且將表示所檢測的節(jié)氣門開度TH的電信號傳送給ECU 2。
進氣管8的位于節(jié)氣門17下游的部分形成了緩沖罐8a，進氣管絕對壓力傳感器24(輸出檢測裝置，汽缸進氣量檢測裝置)插入在其中。進氣管絕對壓力傳感器24例如由半導體壓力傳感器實現(xiàn)，并且檢測進氣管8中的絕對壓力PBA(以下稱為“進氣管絕對壓力PBA”)，并將表示所檢測的進氣管絕對壓力PBA的信號傳送給ECU 2。另外，進氣管8的位于緩沖罐8a下游的部分形成了進氣歧管8b(參見圖22)，其具有分別與四個汽缸#1至#4相連通的四個分支部分。
另一方面，在排氣管9中，將第一催化轉(zhuǎn)化器19a和第二催化轉(zhuǎn)化器19b按照所述順序從上游到下游設(shè)置在渦輪機葉片10b下游的相應位置處。催化轉(zhuǎn)化器19a和19b從廢氣中除去NOx、HC和CO。
將氧濃度傳感器(以下稱為“O2傳感器”)26在第一催化轉(zhuǎn)化器19a和第二催化轉(zhuǎn)化器19b之間插入到排氣管9中。O2傳感器26包括氧化鋯層和鉑電極，并且檢測包含在第一催化轉(zhuǎn)化器19a下游的廢氣中的氧的濃度，以將表示所檢測的氧濃度的信號傳送給ECU 2。
另外，將LAF傳感器25在渦輪機葉片10b與第一催化轉(zhuǎn)化器19a之間的位置處插入到排氣管9中。LAF傳感器25可以通過組合類似于O2傳感器26的傳感器和檢測電路(例如，線性化電路)來實現(xiàn)，并且檢測包含在從富油區(qū)域到貧油區(qū)域范圍內(nèi)成線性的寬范圍的空燃比的廢氣中的氧的濃度，從而將與所檢測的氧濃度成比例的檢測信號傳送給ECU 2。ECU2響應于來自LAF傳感器25和O2傳感器26的輸出而進行空燃比控制。
接下來，將對上述可變進氣門致動組件40(可變進氣門正時裝置)進行描述。參照圖2、圖5和圖6，可變進氣門致動組件40包括主進氣凸輪軸41和輔助進氣凸輪軸42，用于對進氣門6進行致動；對于各個汽缸設(shè)置的進氣門致動機構(gòu)50(只顯示了其中一個)，用于根據(jù)主進氣凸輪軸41和輔助進氣凸輪軸42的轉(zhuǎn)動而打開和關(guān)閉進氣門6；可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60；可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70；以及三個可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80。
主進氣凸輪軸41(第一進氣凸輪軸)通過汽缸蓋3a可轉(zhuǎn)動地安裝，從而使其沿著汽缸的設(shè)置方向延伸。主進氣凸輪軸41包括對于各個汽缸設(shè)置的主進氣凸輪43(第一進氣凸輪)、設(shè)置在主進氣凸輪軸41的一端的鏈輪47、設(shè)置在用于第一汽缸#1的主進氣凸輪43與鏈輪47之間的主齒輪45。主進氣凸輪43、主齒輪45和鏈輪47都同軸地安裝在主進氣凸輪軸41上，以與主進氣凸輪軸41一致地轉(zhuǎn)動。鏈輪47通過正時鏈48與曲柄軸3b相連，從而當曲柄軸3b轉(zhuǎn)過720度時，主進氣凸輪軸41如圖6中所示順時針(沿箭頭“Y1”表示的方向)轉(zhuǎn)過360度。
另外，可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60設(shè)置在主進氣凸輪軸41的安裝有鏈輪47的一端。可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60使得主進氣凸輪軸41相對于鏈輪47的相對相位(即，主進氣凸輪軸41相對于曲柄軸3b的相對相位θmi(以下稱為“主進氣凸輪相位θmi”))連續(xù)地提前或延遲。后面將詳細地描述可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60的該操作。
另外，主進氣凸輪角傳感器27設(shè)置在主進氣凸輪軸41的另一端(其與安裝有鏈輪47的一端相對)。與曲柄角傳感器20相似，主進氣凸輪角傳感器27由磁性轉(zhuǎn)子和MRE傳感器(均未示出)實現(xiàn)，并且隨著主進氣凸輪軸41的轉(zhuǎn)動將作為脈沖信號的主進氣凸輪信號傳送給ECU 2。每當主進氣凸輪軸41轉(zhuǎn)過預定凸輪角(例如，1度)時，生成主進氣凸輪信號的各個脈沖，并且ECU 2基于該主進氣凸輪信號和CRK信號來計算(檢測)主進氣凸輪相位θmi。
與主進氣凸輪軸41相似，輔助進氣凸輪軸42(第二進氣凸輪軸)也由汽缸的汽缸蓋3a可轉(zhuǎn)動地支撐，并且與主進氣凸輪軸41平行地延伸。輔助進氣凸輪軸42上安裝有用于各個汽缸的輔助進氣凸輪44(第二進氣凸輪)；和輔助齒輪46，其具有與主齒輪45的齒輪齒數(shù)相同的齒輪齒數(shù)以及與主齒輪45的直徑相同的直徑。輔助齒輪46同軸地安裝在輔助進氣凸輪軸42上，以與其一致地轉(zhuǎn)動。
主齒輪45和輔助齒輪46由相應的推動彈簧(未示出)推動，從而它們始終相互嚙合，并被構(gòu)造為通過嚙合間隙補償機構(gòu)(未示出)來防止出現(xiàn)主齒輪45和輔助齒輪46的嚙合間隙。由于主齒輪45和輔助齒輪46的嚙合，輔助進氣凸輪軸42與主進氣凸輪軸41的轉(zhuǎn)動一起，以與其相同的轉(zhuǎn)速沿如圖6中所示的逆時針方向(由箭頭“Y2”表示的方向)轉(zhuǎn)動。
此外，可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70(可變進氣凸輪相位機構(gòu))設(shè)置在輔助進氣凸輪軸42的朝向正時鏈48的一端?？勺冚o助進氣凸輪相位機構(gòu)70連續(xù)地改變輔助進氣凸輪軸42相對于主進氣凸輪軸41的相對相位(換言之，用于第一汽缸#1的輔助進氣凸輪44相對于用于該汽缸的主進氣凸輪43的相對相位θmsi(以下稱為“輔助進氣凸輪相位θmsi”))。后面將詳細地描述可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70。
另外，輔助進氣凸輪角傳感器28設(shè)置在輔助進氣凸輪軸42的另一端(其與設(shè)置有可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70的一端相對)。與主進氣凸輪角傳感器27相似，輔助進氣凸輪角傳感器28也由磁性轉(zhuǎn)子和MRE傳感器(均未示出)實現(xiàn)，并且隨著輔助進氣凸輪軸42的轉(zhuǎn)動將作為脈沖信號的輔助進氣凸輪信號傳送給ECU 2。每當輔助進氣凸輪軸42轉(zhuǎn)過預定凸輪角(例如，1度)時，生成輔助進氣凸輪信號的各個脈沖，并且ECU 2基于該輔助進氣凸輪信號、主進氣凸輪信號和CRK信號來計算輔助進氣凸輪相位θmsi(第一和第二進氣凸輪軸之間的相對相位；對該設(shè)備的輸入，表示進氣門的氣門正時的值)。
在該四個輔助進氣凸輪44中，用于第一汽缸#1的輔助進氣凸輪44同軸地安裝在輔助進氣凸輪軸42上，以與其一致地轉(zhuǎn)動，而用于第二汽缸#2至第四汽缸#4的其它輔助進氣凸輪44分別通過可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80與輔助進氣凸輪軸42相連?？勺冞M氣凸輪間相位機構(gòu)80彼此獨立地連續(xù)改變用于第二汽缸#2至第四汽缸#4的輔助進氣凸輪44相對于用于第一汽缸#1的輔助進氣凸輪44的相應的相對相位θssi#i(以下稱為“進氣凸輪間相位θssi#i”)，這將在下面詳細地描述。應該注意，在進氣凸輪間相位θssi#i中使用的符號#i表示汽缸編號，并被設(shè)定為使得#i表示#2至#4中的任何一個。這同樣適用于以下描述中使用符號#i的部分。
另外，#2到#4三個輔助進氣凸輪角傳感器29至31與ECU 2電連接(參見圖3)。各個#2輔助進氣凸輪角傳感器29至#4輔助進氣凸輪角傳感器31隨著用于第二汽缸#2至第四汽缸#4的輔助進氣凸輪44的轉(zhuǎn)動，將作為脈沖信號的#2至#4輔助進氣凸輪信號傳送給ECU 2。每當用于第二汽缸#2至第四汽缸#4的輔助進氣凸輪44轉(zhuǎn)過預定凸輪角(例如，1度)時，生成輔助進氣凸輪信號的各個脈沖，并且ECU 2基于#2至#4輔助進氣凸輪信號、輔助進氣凸輪信號、主進氣凸輪信號和CRK信號來計算進氣凸輪間相位θssi#i。
各個進氣門致動機構(gòu)50包括相關(guān)的主進氣凸輪43和輔助進氣凸輪44；用于打開和關(guān)閉相關(guān)進氣門6的進氣搖臂51；以及支撐進氣搖臂51的連桿機構(gòu)52。后面將描述主進氣凸輪43和輔助進氣凸輪44的凸輪輪廓。
連桿機構(gòu)52是四連桿型，并且包括基本平行于進氣門6延伸的第一連桿53；彼此平行設(shè)置的上部第二連桿54和下部第二連桿54；偏壓彈簧(bias spring)55；以及復位彈簧56。進氣搖臂51的中央部分通過銷51c可繞樞軸轉(zhuǎn)動地安裝在第一連桿53的下端，并且可旋轉(zhuǎn)輥子53a設(shè)置在第一連桿53的上端。
在進氣搖臂51的朝向主進氣凸輪43的一端設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)輥子51a，并且在進氣搖臂51的朝向進氣門6的一端安裝有調(diào)節(jié)螺栓51b。如下文中所述，將調(diào)節(jié)螺栓51b的下端與進氣門6的上端之間的氣門間隙設(shè)定為預定值。另外，偏壓彈簧55的一端固定在進氣搖臂51上，而其另一端固定在第一連桿53上。進氣搖臂51由偏壓彈簧55的推力沿如圖6中所示的順時針方向推動，從而進氣搖臂51始終通過輥子51a抵靠著主進氣凸輪43。
通過上述結(jié)構(gòu)，當主進氣凸輪43如圖6所示順時針轉(zhuǎn)動時，輥子51a在主進氣凸輪43的凸輪表面上滾動，從而進氣搖臂51根據(jù)主進氣凸輪43的凸輪輪廓圍繞作為樞軸的銷51c順時針或逆時針地繞樞軸地運動。進氣搖臂51的繞樞軸運動使得調(diào)節(jié)螺栓51b垂直地往復運動，以打開和關(guān)閉進氣門6。
另外，上部第二連桿54和下部第二連桿54中的每一個的一端通過銷54a可繞樞軸轉(zhuǎn)動地連接到相關(guān)汽缸蓋3a，而其另一端通過銷54b可繞樞軸轉(zhuǎn)動地連接到第一連桿53的預定部分。另外，復位彈簧56的一端固定在上部第二連桿54上，而其另一端固定在相關(guān)汽缸蓋3a上。上部第二連桿54由復位彈簧56的推力沿圖6中所示的逆時針方向推動，從而第一連桿53始終通過輥子53a抵靠著相關(guān)的輔助進氣凸輪44。
通過上述結(jié)構(gòu)，當輔助進氣凸輪44如圖6所示逆時針轉(zhuǎn)動時，輥子53a在輔助進氣凸輪44的凸輪表面上滾動，從而第一連桿53根據(jù)輔助進氣凸輪44的凸輪輪廓垂直運動。結(jié)果，作為樞軸的銷51c(進氣搖臂51圍繞銷51c繞樞軸轉(zhuǎn)動地運動)在其最下部位置(圖6中所示的位置)與最上部位置(圖15A中所示的位置)之間垂直運動。這改變了調(diào)節(jié)螺栓51b的位置，當進氣搖臂51如上所述繞樞軸轉(zhuǎn)動地運動時，通過進氣搖臂51對調(diào)節(jié)螺栓51b進行致動，以進行往復運動。
另外，使主進氣凸輪43的凸輪尖高于輔助進氣凸輪44的凸輪尖，并且將主進氣凸輪43的凸輪尖的高度與輔助進氣凸輪44的凸輪尖的高度之比設(shè)定為下述的值，該值與從調(diào)節(jié)螺栓51b到輥子51a的中心的距離與從調(diào)節(jié)螺栓51b到銷51c的中心的距離之比相等。換言之，將這兩個凸輪尖的高度之比設(shè)定為使得當進氣搖臂51由主進氣凸輪43和輔助進氣凸輪44致動時，由主進氣凸輪43的凸輪尖導致的調(diào)節(jié)螺栓51b的垂直運動量與由輔助進氣凸輪44的凸輪尖導致的調(diào)節(jié)螺栓51b的垂直運動量彼此相等。
接下來，將描述上述可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60。參照圖7，可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60包括殼體61、三翼葉片62、油壓泵63以及電磁閥機構(gòu)64。
殼體61與上述鏈輪47一體地形成，并由以相等間隔形成的三個分隔壁61a劃分。葉片62同軸地安裝在主進氣凸輪軸41的安裝有鏈輪47的一端上，從而葉片62從主進氣凸輪軸41徑向地向外延伸，并可轉(zhuǎn)動地容納在殼體61內(nèi)。另外，殼體61具有三個提前腔室65和三個延遲腔室66，這些腔室中的每一個都形成在分隔壁61a之一與葉片62的三個翼中之一之間。
油壓泵63是與曲柄軸3b相連的機械泵。當曲柄軸3b轉(zhuǎn)動時，油壓泵63通過油通道67c的下部抽吸存儲在發(fā)動機3的油盤3d中的潤滑油以進行加壓，并且將加壓后的油通過油通道67c的其余部分提供給電磁閥機構(gòu)64。
通過組合滑閥機構(gòu)64a和螺線管64b來形成電磁閥機構(gòu)64，并且該電磁閥機構(gòu)64通過提前油通道67a和延遲油通道67b與提前腔室65和延遲腔室66相連，從而將從油壓泵63提供的油壓輸出到提前腔室65和延遲腔室66，作為提前油壓Pad和延遲油壓Prt。電磁閥機構(gòu)64的螺線管64b與ECU 2電連接，并響應于來自ECU 2的控制輸入DUTY_mi，以根據(jù)該控制輸入DUTY_mi使得滑閥機構(gòu)64a的滑閥元件在預定的運動范圍內(nèi)運動，從而改變提前油壓Pad和延遲油壓Prt。
在如上構(gòu)成的可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60中，在油壓泵63的操作期間，電磁閥機構(gòu)64根據(jù)控制輸入DUTY_mi進行操作，以將提前油壓Pad提供給提前腔室65并將延遲油壓Prt提供給延遲腔室66，從而葉片62與殼體64之間的相對相位朝向提前側(cè)改變(即，提前)或者朝向延遲側(cè)改變(即，延遲)。結(jié)果，上述的主進氣凸輪相位θmi在預定范圍內(nèi)(例如，在從45至60度的凸輪角范圍內(nèi))連續(xù)地提前或延遲。應該注意，可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60包括鎖定機構(gòu)(未示出)，當從油壓泵63提供的油壓較低時，該鎖定機構(gòu)將可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60的操作鎖定。更具體地，禁止可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60改變主進氣凸輪相位θmi，從而將主進氣凸輪相位θmi鎖定為適合發(fā)動機3空轉(zhuǎn)或起動的值。
接下來，將描述上述的可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70。參照圖8，可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70包括殼體71、單翼葉片72、油壓活塞機構(gòu)73和電機74。
殼體71與輔助進氣凸輪軸42的齒輪46一體地形成，并且其中限定有具有扇形截面的葉片腔室75。葉片72同軸地安裝在輔助進氣凸輪軸42的朝向正時鏈48的一端上，從而其從輔助進氣凸輪軸42向外延伸，并且可轉(zhuǎn)動地容納在葉片腔室75內(nèi)。葉片72將葉片腔室75分為第一葉片腔室75a和第二葉片腔室75b。
另外，復位彈簧72a的一端固定在葉片72上，而其另一端固定在殼體71上。葉片72由復位彈簧72a沿如圖8所示的逆時針方向，即沿減小第一葉片腔室75a的容積的方向推動。
另一方面，油壓活塞機構(gòu)73包括缸體73a和活塞73b。缸體73a的內(nèi)部空間通過油通道76與第一葉片腔室75a連通。缸體73a的內(nèi)部空間、油通道76和第一葉片腔室75a填充有工作油。另外，第二葉片腔室75b與大氣連通。
活塞73b上接合有齒條77。與齒條77嚙合的小齒輪78同軸地安裝在電機74的驅(qū)動軸上。電機74與ECU 2電連接，并且響應于來自ECU 2的控制輸入DUTY_msi，以驅(qū)動小齒輪78轉(zhuǎn)動，從而活塞73b通過齒條77在缸體73a內(nèi)滑動。這改變了第一葉片腔室75a內(nèi)的油壓Psd，并且葉片72根據(jù)上述變化的油壓Psd與復位彈簧72a的推力之間的平衡而順時針或逆時針轉(zhuǎn)動。結(jié)果，使得輔助進氣凸輪相位θmsi在預定范圍內(nèi)(例如，如下面所述，在從0至180度的凸輪角范圍內(nèi))連續(xù)地提前或延遲。
如上所述，可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70使用油壓活塞機構(gòu)73和電機74而不是用于上述可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60的油壓泵63和電磁閥機構(gòu)64，來改變輔助進氣凸輪相位θmsi。這是因為由于可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70用于調(diào)節(jié)被吸入到各個汽缸中的進氣量，所以要求可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70的響應度比可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60高。因此，當可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70不需要高響應度時(例如，如下面所述，在只需要執(zhí)行進氣門6的延遲關(guān)閉控制和提前關(guān)閉控制之一，以控制進氣門6的氣門正時的情況下)，與可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60相似，可以采用油壓泵63和電磁閥機構(gòu)64而不是油壓活塞機構(gòu)73和電機74。
應該注意，如圖9所示，可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70可以設(shè)置有復位彈簧72b，用于沿圖9中所示的順時針方向推動葉片72，將推力設(shè)定為與復位彈簧72a的推力相同的值，并且可以將圖9中所示的葉片72的中性(neutral)位置設(shè)定為下述的位置，該位置與輔助進氣凸輪相位θmsi的值(輔助進氣凸輪相位θmsi被最頻繁地控制為該值)相對應。通過可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70的該結(jié)構(gòu)，在可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70的操作期間，可以使得將葉片72保持在其中性位置的時間段較長，從而可以確保使得電機74較長時間不處于工作狀態(tài)，由此可以減少電能消耗。
接下來，將描述上述的可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80。由于該三個可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80具有相同的結(jié)構(gòu)，所以下面將以示例的方式描述用于改變第二汽缸#2的輔助進氣凸輪44的進氣凸輪間相位θssi#2的可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80?？勺冞M氣凸輪間相位機構(gòu)80用于調(diào)節(jié)汽缸之間的進氣量的穩(wěn)定狀態(tài)變化，并且不需要具有高的響應度。因此，該機構(gòu)80被構(gòu)造為基本與上述可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60相似。更具體地，如圖10所示，可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80包括殼體81、葉片82、油壓泵83和電磁閥機構(gòu)84。
殼體81與用于第二汽缸#2的輔助進氣凸輪44一體地形成，并設(shè)置有一個分隔壁81a。葉片82同軸地安裝在輔助進氣凸輪軸42的中間部分上，并可轉(zhuǎn)動地容納在殼體81內(nèi)。另外，殼體81在分隔壁81a與葉片82的相對內(nèi)壁之間形成有提前腔室85和延遲腔室86。
與上述油壓泵63相似，油壓泵83是與曲柄軸3b相連的機械泵。當曲柄軸3b轉(zhuǎn)動時，油壓泵83通過油通道87c的下部抽吸存儲在發(fā)動機3的油盤3d中的潤滑油，以進行加壓，并且將經(jīng)加壓的油通過油通道87c的其余部分提供給電磁閥機構(gòu)84。
與上述電磁閥機構(gòu)64相似，通過組合滑閥機構(gòu)84a和螺線管84b來形成電磁閥機構(gòu)84，并且該電磁閥機構(gòu)通過提前油通道87a和延遲油通道87b與提前腔室85和延遲腔室86相連，從而將從油壓泵83提供的油壓輸出到提前腔室85和延遲腔室86，作為提前油壓Pad和延遲油壓Prt。電磁閥機構(gòu)84的螺線管84b與ECU 2電連接，并響應于來自ECU 2的控制輸入DUTY_ssi#2，以根據(jù)該控制輸入DUTY_ssi#2使得滑閥機構(gòu)84a的滑閥元件在預定的運動范圍內(nèi)運動，從而改變提前油壓Pad和延遲油壓Prt。
在上述可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80中，在油壓泵83的操作期間，電磁閥機構(gòu)84根據(jù)控制輸入DUTY_ssi#2進行操作，以將提前油壓Pad和延遲油壓Prt分別提供給提前腔室85和延遲腔室86，從而使葉片82與殼體84之間的相對相位提前或延遲。結(jié)果，上述的進氣凸輪間相位θssi#2在預定范圍內(nèi)(例如，在從0至30度的凸輪角范圍內(nèi))連續(xù)地提前或延遲。應該注意，可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80設(shè)置有鎖定機構(gòu)(未示出)，當從油壓泵83提供的油壓較低時，該鎖定機構(gòu)將可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80的操作鎖定。更具體地，禁止可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80改變進氣凸輪間相位θssi#2，從而在該時間點將進氣凸輪間相位θssi#2鎖定為目標控制值(如下所述，0值)。
當需要以高響應度和高準確度控制各個汽缸的內(nèi)部EGR量和進氣量時，如在壓縮點火內(nèi)燃機中，可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80可以構(gòu)造成與可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70相似。
接下來，將描述如上構(gòu)造的可變進氣門致動組件40的操作。在下面的描述中，將以用于第一汽缸#1的主進氣凸輪43和輔助進氣凸輪44為例來描述主進氣凸輪43和輔助進氣凸輪44。圖11是用于說明主進氣凸輪43和輔助進氣凸輪44的凸輪輪廓的視圖，其表示可變進氣門致動組件40的操作狀態(tài)，其中通過可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為0度，即，其中在主進氣凸輪43和輔助進氣凸輪44之間沒有凸輪相位差。
圖11中由點劃線表示的曲線表示在主進氣凸輪43的轉(zhuǎn)動期間，主進氣凸輪43和進氣搖臂51彼此接觸的接觸點的運動量和正時，即輥子51a的運動量和正時，而圖11中由虛線表示的曲線表示在輔助進氣凸輪44的轉(zhuǎn)動期間，第一連桿53(即，銷51c)的運動量和正時。這同樣適用于圖12B至圖16(如下面所述)。
另外，圖11中由雙點劃線表示的曲線表示由奧托循環(huán)類型的一般發(fā)動機(奧托發(fā)動機)(即，進行操作以使得膨脹率和壓縮率彼此相等的發(fā)動機)的進氣凸輪(以下稱為“奧托進氣凸輪”)進行致動的調(diào)節(jié)螺栓51b的運動量和正時，用于進行比較。通過將與氣門間隙相關(guān)的因子結(jié)合在該曲線中而獲得的曲線與由奧托進氣凸輪致動的進氣門的氣門升程曲線相對應。因此，在下面描述中，根據(jù)需要將該曲線稱為奧托進氣凸輪的“氣門升程曲線”。
如圖11所示，主進氣凸輪43被構(gòu)成為所謂的延遲關(guān)閉凸輪，與由奧托進氣凸輪進行致動的進氣門6的情況相比較，其在壓縮沖程期間在相同的升程開始正時或氣門打開正時打開進氣門6，并且在稍后的升程終止正時或氣門關(guān)閉正時關(guān)閉進氣門6。另外，主進氣凸輪43的凸輪輪廓被構(gòu)造為使得最大氣門升程持續(xù)預定范圍(與例如150度的凸輪角相對應)。在下面的描述中，將其中在與奧托進氣凸輪相比較更晚的正時和更早的正時關(guān)閉進氣門6的狀態(tài)分別稱為進氣門6的“延遲關(guān)閉”和“提前關(guān)閉”。
另外，輔助進氣凸輪44的凸輪輪廓被構(gòu)造為使其氣門打開正時比主進氣凸輪43的早，并且最大氣門升程持續(xù)上述預定范圍(與例如150度的凸輪角相對應)。
接下來，將參照圖12A至圖16來描述在進氣門6實際由具有上述凸輪輪廓的主進氣凸輪43和輔助進氣凸輪44致動時，進氣門致動機構(gòu)50執(zhí)行的操作。圖12A和圖12B表示進氣門致動機構(gòu)50的操作的示例，其中將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為0度。在圖12B中，由實線表示的曲線表示調(diào)節(jié)螺栓51b的實際運動量和正時，并且通過結(jié)合與氣門間隙相關(guān)的因子而獲得的曲線與表示進氣門6的實際氣門升程量和正時的氣門升程曲線相對應。因此，在下面的描述中，根據(jù)需要將由實線表示的曲線稱為進氣門6的氣門升程曲線，并且將調(diào)節(jié)螺栓51b的運動量和正時分別稱為進氣門6的氣門升程量和氣門正時。如下面所述，這同樣適用于圖13A至圖16。
如圖12A所示，當將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為0度時，在主進氣凸輪43的凸輪尖的較高部分抵靠著進氣搖臂51的時間段期間，使輔助進氣凸輪44的凸輪尖的較高部分抵靠著第一連桿53。這意味著在由主進氣凸輪43進行的氣門打開操作期間，使進氣搖臂51的繞樞軸運動的樞軸保持在其最低位置。結(jié)果，如圖12B所示，在進氣門6的氣門升程量和氣門正時中，與由奧托進氣凸輪進行致動的進氣門6的情況相比較，氣門打開正時相同而氣門關(guān)閉正時延遲。這是由延遲關(guān)閉凸輪進行致動進氣門6的狀態(tài)。
圖13A至圖15B表示在通過可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70將輔助進氣凸輪相位θmsi分別設(shè)定為90度、120度和180度時，進氣門致動機構(gòu)50執(zhí)行的操作的示例。換言之，這些附圖表示在輔助進氣凸輪軸42的相位相對于主進氣凸輪軸41分別提前90度、120度和180度凸輪角時，進氣門致動機構(gòu)50的操作的示例。另外，圖16表示在輔助進氣凸輪相位θmsi從120度變?yōu)?80度時，進氣門致動機構(gòu)50執(zhí)行的操作的示例。
參照圖13A，當將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為90度時，在使得主進氣凸輪43的凸輪尖的較高部分抵靠著進氣搖臂51的時間段的后半部分期間，使得輔助進氣凸輪44的凸輪尖的較低部分而不是較高部分抵靠著第一連桿53。結(jié)果，如圖13B所示，使得進氣門6的氣門關(guān)閉正時(即，由主進氣凸輪43執(zhí)行的氣門打開操作的終止正時)比在將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為0度時要早，從而進氣門6的氣門正時變得與由奧托進氣凸輪進行致動的進氣門相同。
另外，在輔助進氣凸輪相位θmsi大于90度時，例如，在將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為120度時，如圖14A所示，在主進氣凸輪43的凸輪尖的較高部分抵靠著進氣搖臂51的時間段內(nèi)，使得輔助進氣凸輪44的凸輪尖的較高部分抵靠著第一連桿53的時間段比如上所述將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為90度時要短。結(jié)果，如圖14B所示，進氣門6的氣門關(guān)閉正時仍比在將輔助進氣凸輪相位θmsi設(shè)定為90度時要早，并且與由奧托進氣凸輪進行致動的進氣門的情況相比較，氣門打開正時相同，而氣門關(guān)閉正時較早。這是由提前關(guān)閉凸輪對進氣門6進行致動的狀態(tài)。
另外，如圖16所示，當輔助進氣凸輪相位θmsi從上述120度變?yōu)?80度時，在主進氣凸輪43的凸輪尖的較高部分抵靠著進氣搖臂51的時間段內(nèi)，使得輔助進氣凸輪44的凸輪尖的較高部分抵靠著第一連桿53的時間段逐漸減少。結(jié)果，使得進氣門6的氣門關(guān)閉正時逐漸變早，并且使得進氣門6的氣門升程量從其最大值逐漸減小。如上所述，當通過可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70設(shè)定輔助進氣凸輪相位θmsi以使得進氣門6的氣門升程量從其最大值逐漸減小時，可以增加流入到燃燒室中的進氣的流速以增加汽缸內(nèi)的混合物的流動性，從而可以提高燃燒效率。
最后，當輔助進氣凸輪相位θmsi變得等于180度時，如圖15A所示，在主進氣凸輪43的凸輪尖的較高部分抵靠著進氣搖臂51的時間段內(nèi)，輔助進氣凸輪44的凸輪尖的較低部分抵靠著第一連桿53。結(jié)果，如圖15B所示，使得調(diào)節(jié)螺栓51b的運動量非常小，并且使其最大值略小于氣門間隙。結(jié)果，當輔助進氣凸輪相位θmsi等于180度時，防止進氣門6由調(diào)節(jié)螺栓51b致動，從而使進氣門6保持為關(guān)閉狀態(tài)。
盡管上述可變進氣門致動組件40被構(gòu)造為使得當輔助進氣凸輪相位θmsi等于90度時，進氣門6的氣門升程曲線變?yōu)榕c由奧托進氣凸輪進行致動的進氣門相同，但是可以根據(jù)需要通過改變主進氣凸輪43和輔助進氣凸輪44的凸輪輪廓，來改變使得氣門升程量變得與由奧托進氣凸輪進行致動的進氣門相同的輔助進氣凸輪相位θmsi的值。
接下來，將描述可變排氣門致動組件90，該可變排氣門致動組件被構(gòu)造為與上述可變進氣門致動組件40基本相似，并且包括主排氣凸輪軸91和輔助排氣凸輪軸92，用于驅(qū)動排氣門7；對于各個汽缸設(shè)置的排氣門致動機構(gòu)100(在圖2中只顯示了其中一個)，用于根據(jù)主排氣凸輪軸91和輔助排氣凸輪軸92的轉(zhuǎn)動而打開和關(guān)閉相關(guān)的排氣門7；可變主排氣凸輪相位機構(gòu)110；可變輔助排氣凸輪相位機構(gòu)120；以及三個可變排氣凸輪間相位機構(gòu)130。
主排氣凸輪軸91包括對于各個汽缸設(shè)置的主排氣凸輪93、一體地安裝在其上的主齒輪95、以及設(shè)置在其一端的鏈輪97。與主進氣凸輪軸41的鏈輪47相似，鏈輪97通過正時鏈48與曲柄軸3b相連，從而當曲柄軸3b轉(zhuǎn)過720度時，主排氣凸輪軸91轉(zhuǎn)過360度。
可變主排氣凸輪相位機構(gòu)110使得主排氣凸輪軸91相對于鏈輪97的相對相位(即，主排氣凸輪軸91相對于曲柄軸3b的相對相位θme(以下稱為“主排氣凸輪相位θme”))連續(xù)地提前或延遲?？勺冎髋艢馔馆喯辔粰C構(gòu)110被構(gòu)造為與上述的可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60相似，因此將省略對其的詳細描述。
另外，主排氣凸輪角傳感器32設(shè)置在主排氣凸輪軸91的另一端(其與安裝有鏈輪97的一端相對)。與主進氣凸輪角傳感器27相似，主排氣凸輪角傳感器32由磁性轉(zhuǎn)子和MRE傳感器(均未示出)的組合來實現(xiàn)，并且隨著主排氣凸輪軸91的轉(zhuǎn)動將作為脈沖信號的主排氣凸輪信號傳送給ECU 2。每當主排氣凸輪軸91轉(zhuǎn)過預定凸輪角(例如，1度)時，生成主排氣凸輪信號的各個脈沖，并且ECU 2基于該主排氣凸輪信號和CRK信號來計算主排氣凸輪相位θme。
另一方面，輔助排氣凸輪軸92上安裝有用于各個汽缸的輔助排氣凸輪94；和輔助齒輪96，其具有與主齒輪95的齒輪齒數(shù)相同的齒輪齒數(shù)。與上述的主齒輪45和輔助齒輪46相似，主齒輪95和輔助齒輪96都由推動彈簧(未示出)推動，從而它們始終彼此嚙合，并且它們被構(gòu)造為通過嚙合間隙補償機構(gòu)(未示出)來防止出現(xiàn)主齒輪95和輔助齒輪96的嚙合間隙。齒輪95和96彼此嚙合，從而當主排氣凸輪軸91轉(zhuǎn)動時，輔助排氣凸輪軸92以與主排氣凸輪軸91相同的轉(zhuǎn)速沿著與其轉(zhuǎn)動方向相反的方向轉(zhuǎn)動。
可變輔助排氣凸輪相位機構(gòu)120連續(xù)地改變輔助排氣凸輪軸92相對于齒輪96的相對相位(換言之，輔助排氣凸輪軸92相對于主排氣凸輪軸91的相對相位θmse(以下稱為“輔助排氣凸輪相位θmse”))。可變輔助排氣凸輪相位機構(gòu)120被構(gòu)造為與上述可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70相似，因此將省略對其的詳細描述。
輔助排氣凸輪角傳感器33設(shè)置在輔助排氣凸輪軸92的一端(其與設(shè)置有可變輔助排氣凸輪相位機構(gòu)120的一端相對)。與主排氣凸輪角傳感器32相似，輔助排氣凸輪角傳感器33也由磁性轉(zhuǎn)子和MRE傳感器(均未示出)的組合來實現(xiàn)，并且隨著輔助排氣凸輪軸92的轉(zhuǎn)動將作為脈沖信號的輔助排氣凸輪信號傳送給ECU 2。每當輔助排氣凸輪軸92轉(zhuǎn)過預定凸輪角(例如，1度)時，生成輔助排氣凸輪信號的各個脈沖。ECU 2基于該輔助排氣凸輪信號、主排氣凸輪信號和CRK信號來計算輔助排氣凸輪相位θmse。
在該四個輔助排氣凸輪94中，用于第一汽缸#1的輔助排氣凸輪94同軸地安裝在輔助排氣凸輪軸92上，以與該輔助排氣凸輪軸92一致地轉(zhuǎn)動，而用于第二汽缸#2至第四汽缸#4的其它輔助排氣凸輪94分別通過相關(guān)的可變排氣凸輪間相位機構(gòu)130與輔助排氣凸輪軸92相連?？勺兣艢馔馆嗛g相位機構(gòu)130彼此獨立地連續(xù)地改變分別用于第二汽缸#2至第四汽缸#4的輔助排氣凸輪94的相對于用于第一汽缸#1的輔助排氣凸輪94的相對相位(以下稱為“排氣凸輪間相位)θsse#2至θsse#4。可變排氣凸輪間相位機構(gòu)130被構(gòu)造為與可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80相似，因此將省略對其的詳細描述。
另外，盡管沒有示出，但是被構(gòu)造為與上述#2輔助進氣凸輪角傳感器29至#4輔助進氣凸輪角傳感器31相似的#2至#4三個輔助排氣凸輪角傳感器與ECU 2電連接。#2至#4輔助進氣凸輪角傳感器隨著用于第二汽缸#2至第四汽缸#4的輔助排氣凸輪94的轉(zhuǎn)動，將作為脈沖信號的相應#2至#4輔助排氣凸輪信號傳送給ECU 2。每當相關(guān)的輔助排氣凸輪94轉(zhuǎn)過預定凸輪角(例如，1度)時，生成輔助排氣凸輪信號的各個脈沖。ECU2基于相應的#2至#4輔助排氣凸輪信號、輔助排氣凸輪信號、主排氣凸輪信號和CRK信號來計算排氣凸輪間相位θsse#2至θsse#4。
各個排氣門致動機構(gòu)100被構(gòu)造為與進氣門致動機構(gòu)50相似，并且包括相關(guān)的主排氣凸輪93和輔助排氣凸輪94；用于打開和關(guān)閉相關(guān)的排氣門7的排氣搖臂101；以及支撐排氣搖臂101的連桿機構(gòu)102。主排氣凸輪93和輔助排氣凸輪94分別具有與主進氣凸輪43和輔助進氣凸輪44相同的凸輪輪廓。另外，由于排氣搖臂101和連桿機構(gòu)102被構(gòu)造為分別與進氣搖臂51和連桿機構(gòu)52相似，因此省略對其的詳細描述，但是排氣搖臂101在其與安裝有主排氣凸輪93的一端相對的端部處安裝有類似于調(diào)節(jié)螺栓51b的調(diào)節(jié)螺栓101b，并且由第一連桿103可繞樞軸轉(zhuǎn)動地支撐。
接下來，將描述如上構(gòu)造的可變排氣門致動組件90的操作。在下面的描述中，將以用于第一汽缸#1的主排氣凸輪93和輔助排氣凸輪94為例來描述主排氣凸輪93和輔助排氣凸輪94。圖17是用于說明主排氣凸輪93和輔助排氣凸輪94的凸輪輪廓的視圖，其表示可變排氣門致動組件90在通過可變輔助排氣凸輪相位機構(gòu)120將輔助排氣凸輪相位θmse設(shè)定為0度時執(zhí)行的操作的示例。
圖17中由點劃線表示的曲線表示在主排氣凸輪93的轉(zhuǎn)動期間，主排氣凸輪93和排氣搖臂101彼此接觸的接觸點的運動量和正時，而圖17中由虛線表示的曲線表示在輔助排氣凸輪94的轉(zhuǎn)動期間，第一連桿103的運動量和正時。這同樣適用于圖18至圖21(如下面所述)。
另外，圖17中由雙點劃線表示的曲線表示由奧托循環(huán)類型的一般發(fā)動機(奧托發(fā)動機)的排氣凸輪(以下稱為“奧托排氣凸輪”)進行致動的調(diào)節(jié)螺栓101b的運動量和正時，用于進行比較。通過將與氣門間隙相關(guān)的因子結(jié)合到該曲線中而獲得的曲線與由奧托排氣凸輪進行致動的排氣門的氣門升程曲線相對應。因此，在下面的描述中，根據(jù)需要將該曲線稱為奧托排氣凸輪的“氣門升程曲線”。
如圖17所示，主排氣凸輪93被構(gòu)成為所謂的提前關(guān)閉凸輪，與奧托排氣凸輪相比較，其在膨脹沖程期間，在相同的氣門關(guān)閉正時關(guān)閉排氣門7，并且在較早的正時打開排氣門7。另外，主排氣凸輪93的凸輪輪廓被構(gòu)造為使得最大氣門升程持續(xù)預定范圍(與例如90度的凸輪角相對應)。在下面的描述中，將其中在與奧托排氣凸輪相比較更晚的正時和更早的正時打開排氣門7的狀態(tài)分別稱為排氣門7的“延遲打開”和“提前打開”。
另外，與主排氣凸輪93相比較，輔助排氣凸輪94的凸輪輪廓被構(gòu)造為使得打開排氣門7較長時間，并且最大氣門升程持續(xù)預定的較長范圍(與例如150度的凸輪角相對應)。
接下來，將參照圖18至圖21來描述排氣門致動機構(gòu)100在排氣門7實際上由具有上述凸輪輪廓的主排氣凸輪93和輔助排氣凸輪94進行致動時執(zhí)行的操作。圖18表示排氣門致動機構(gòu)100的操作的示例，其中將輔助排氣凸輪相位θmse設(shè)定為0度。應該注意，在圖18中由實線表示的曲線表示調(diào)節(jié)螺栓101b的實際運動量和正時，并且如上所述，基本上與排氣門7的氣門升程曲線相對應。因此，在下面的描述中，根據(jù)需要將由實線表示的曲線稱為排氣門7的氣門升程曲線，并且將調(diào)節(jié)螺栓101b的實際運動量和正時分別稱為排氣門7的氣門升程量和氣門正時。如下面所述，這同樣適用于圖19至圖21。
當輔助排氣凸輪相位θmse等于0度時，在主排氣凸輪93的凸輪尖，的較高部分抵靠著排氣搖臂101的時間段期間，輔助排氣凸輪94的凸輪尖的較低部分保持抵靠著第一連桿103。結(jié)果，如圖18所示，使得調(diào)節(jié)螺栓101b的運動量非常小，并且使其最大值略小于氣門間隙。因此，當輔助排氣凸輪相位θmse等于0度時，防止排氣門7由調(diào)節(jié)螺栓101b致動，從而使排氣門7保持為關(guān)閉狀態(tài)。
圖19至圖21表示排氣門7在通過可變輔助排氣凸輪相位機構(gòu)120將輔助排氣凸輪相位θmse分別設(shè)定為45度、90度和150度時執(zhí)行的操作的示例。換言之，這些附圖表示可變主排氣凸輪相位機構(gòu)110在輔助排氣凸輪軸92的相位相對于主排氣凸輪軸91分別提前與45度、90度和150度凸輪角相對應的各個量時執(zhí)行的操作的示例。
通過上述排氣門致動機構(gòu)100的結(jié)構(gòu)，當輔助排氣凸輪相位θmse增加時，換言之，當輔助排氣凸輪軸92的相位相對于主排氣凸輪軸91提前時，在主排氣凸輪93的凸輪尖的較高部分抵靠著排氣搖臂101的時間段期間，使得輔助排氣凸輪94的凸輪尖的較高部分保持抵靠著第一連桿103的時間段較長。結(jié)果，如圖19至圖21所示，當輔助排氣凸輪相位θmse增加時，使得排氣門7的氣門打開正時較早。
更具體地，在圖19的示例中，其中輔助排氣凸輪相位θmse等于45度，排氣門7處于由延遲打開凸輪進行致動的狀態(tài)，其中與由奧托排氣凸輪進行致動的排氣門7的情況相比較，氣門關(guān)閉正時相同而氣門打開正時較早。另外，在圖20的示例中，其中將輔助排氣凸輪相位θmse設(shè)定為90度(＝θmseott)，排氣門7的氣門正時與由奧托排氣凸輪進行致動的排氣門的相同。另外，當輔助排氣凸輪相位θmse大于90度時，例如當輔助排氣凸輪相位θmse等于150度時，如圖21所示，排氣門7處于由提前關(guān)閉凸輪進行致動的狀態(tài)，其中與由奧托排氣凸輪進行致動的排氣門7的情況相比較，氣門關(guān)閉正時相同而氣門打開正時較早。盡管沒有示出，但是排氣門致動機構(gòu)100被構(gòu)造為使得在從0至60度的輔助排氣凸輪相位θmse的范圍內(nèi)，當輔助排氣凸輪相位θmse增加時，排氣門7的氣門升程量增加。
現(xiàn)在，如圖3所示，進氣管溫度傳感器34、油門踏板開度傳感器35和點火開關(guān)(以下稱為“IG·SW”)36與ECU 2相連。進氣管溫度傳感器34檢測進氣管8中的空氣溫度TB，并且將表示所檢測的空氣溫度TB的信號傳送給ECU 2。油門踏板開度傳感器35檢測車輛的油門踏板(未示出)的踩踏量(以下稱為“油門踏板開度”)AP，并將表示所檢測的油門踏板開度AP的信號傳送給ECU 2。另外，通過點火鍵的操作來打開或關(guān)閉IG·SW 36，并將表示其開/關(guān)狀態(tài)的信號傳送給ECU 2。
接下來，將描述ECU 2。ECU 2由包括I/O接口、CPU、RAM和ROM(均未示出)的微計算機來實現(xiàn)。ECU 2基于從上述傳感器20至35和IG·SW 36傳送來的信號，確定發(fā)動機3的工作狀態(tài)。另外，ECU 2根據(jù)從ROM讀取的控制程序，使用存儲在RAM中的數(shù)據(jù)等，執(zhí)行將在后面詳細描述的控制處理。
應該注意，在本實施例中，ECU 2構(gòu)成估計進氣量計算裝置、目標進氣量設(shè)定裝置、識別裝置、控制命令值計算裝置、控制裝置、估計值計算裝置、輸出檢測裝置、目標值設(shè)定裝置、預測裝置、控制命令值確定裝置、以及汽缸進氣量檢測裝置。
參照圖22，根據(jù)本實施例的控制系統(tǒng)1包括DUTY_th計算部分200、Gcyl計算部分210、輔助進氣凸輪相位控制器220、以及進氣凸輪間相位控制器230(它們均由ECU 2來實現(xiàn))。在DUTY_th計算部分200中，如下面所述，根據(jù)目標進氣量Gcyl_cmd來計算作為節(jié)氣門開度TH的目標值的目標開度TH_cmd，并且進一步基于該目標開度TH_cmd計算對節(jié)氣門機構(gòu)16的控制輸入DUTY_th。
Gcyl計算部分210通過圖24中所示的方程(1)來計算已被吸入到汽缸中的估算進氣的汽缸進氣量Gcyl(估計進氣量)。在該方程(1)中，符號VB、R和TB分別表示進氣管8內(nèi)部的容積、預定的氣體常數(shù)和進氣管8內(nèi)的溫度。另外，符號n表示離散時間，并且表示帶有(n)、(n-1)等的各個離散數(shù)據(jù)(時間序列數(shù)據(jù))是以預定的重復周期(例如，與TDC信號的輸入同步，或者被設(shè)定為固定時間段)抽樣的數(shù)據(jù)。另外，帶有(n)的數(shù)據(jù)表示其具有當前值，而帶有(n-1)的數(shù)據(jù)表示其具有前一值。這也適用于下面描述的離散數(shù)據(jù)。另外，在整個說明書的描述中，可以適當?shù)厥÷苑?n)、(n-1)等，其表示具有符號(n)、(n-1)等的數(shù)據(jù)為離散數(shù)據(jù)。
輔助進氣凸輪相位控制器220根據(jù)由Gcyl計算部分210計算的汽缸進氣量Gcyl等，來計算對可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70的控制輸入DUTY_msi。后面將詳細地描述輔助進氣凸輪相位控制器220。
另外，進氣凸輪間相位控制器230計算對該三個可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80的各個控制輸入DUTY_ssi#2至DUTY_ssi#4，如后面所述，從而校正汽缸之間的進氣量的變化。后面將詳細地描述進氣凸輪間相位控制器230。
接下來，將描述輔助進氣凸輪相位控制器220。如圖23所示，輔助進氣凸輪相位控制器220包括用于計算目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd(控制命令值)的第一SPAS控制器221、以及用于計算控制輸入DUTY_msi的第二SPAS控制器225。
如下所述，第一SPAS控制器221基于汽缸進氣量Gcyl、目標進氣量Gcyl_cmd和所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng，通過自調(diào)預測極點配置控制算法(self-tuning prediction pole assignment control algorithm)來計算目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd。第一SPAS控制器221包括狀態(tài)預測器222、板載識別器223和滑動模式控制器224。
首先，將描述狀態(tài)預測器222(預測值計算裝置)。通過如下所述的預測算法，狀態(tài)預測器222預測(計算)預測進氣量Pre_Gcyl(從該設(shè)備輸出的預測值)，該預測進氣量Pre_Gcyl為汽缸進氣量Gcyl的預測值。
首先，當將控制對象(對該控制對象輸入了目標輔助進氣凸輪相位θmsi并從該控制對象輸出汽缸進氣量Gcyl)建模為ARX模型(外因輸入自回歸模型，該ARX模型是離散時間系統(tǒng)模型)時，可以獲得如圖24所示的方程(2)。在該方程(2)中，符號d表示取決于控制對象的特性確定的空載時間(dead time)。另外，符號a1、a2和b1表示由板載識別器223依次識別的模型參數(shù)，如下面所述。
然后，當方程(2)朝向?qū)韨?cè)偏移離散時間量[d-1]時，可以獲得圖24中所示的方程(3)。另外，當使用模型參數(shù)a1、a2和b1通過圖24中的方程(4)和(5)來定義矩陣A和B，并且通過重復使用方程(3)的遞推公式使方程(3)變化以消除方程(3)左側(cè)的將來值[Gcyl(n+d-2)，Gcyl(n+d-3)]時，可以獲得圖24中所示的方程(6)。
盡管可以使用方程(6)來計算預測進氣量Pre_Gcyl，但是模型的無序性、控制對象的非線性特性等會導致預測進氣量Pre_Gcyl中的穩(wěn)態(tài)偏差和模型誤差。
為了避免該問題，根據(jù)本實施例的狀態(tài)預測器222使用圖24中所示的方程(7)而不是方程(6)來計算預測進氣量Pre_Gcyl?？梢酝ㄟ^向方程(6)的右側(cè)加入用于補償預測進氣量Pre_Gcyl與汽缸進氣量Gcyl之間的穩(wěn)態(tài)偏差(由受控對象的建模誤差和非線性特性而導致)的補償參數(shù)γ1來獲得該方程(7)。該補償參數(shù)γ1被設(shè)置為加項(或減項)。
接下來，將描述板載識別器223(識別裝置)。通過下面所述的順序識別算法，板載識別器223識別上述方程(7)中的作為模型參數(shù)的矩陣分量α1、α2和βj的向量的預測系數(shù)向量θs，從而使得識別誤差ide(其是預測進氣量Pre_Gcyl與汽缸進氣量Gcyl之差)最小(即，使得預測進氣量Pre_Gcyl盡可能地與汽缸進氣量Gcyl相匹配)。
更具體地，使用圖25中所示的方程(8)至(13)來計算預測系數(shù)向量θs(n)。通過圖25中所示的方程(12)來定義預測系數(shù)向量θs(n)的轉(zhuǎn)置矩陣。另外，在方程(8)中，符號KPs(n)表示增益系數(shù)的向量，并且通過方程(9)來計算增益系數(shù)KPs(n)。在方程(9)中，符號Ps(n)表示由方程(10)定義的(d+2)階方陣，并且符號ζs(n)表示下述的向量，該向量的轉(zhuǎn)置矩陣由方程(13)定義。另外，通過方程(11)來計算方程(8)中的識別誤差ide(n)。
在上述識別算法中，通過設(shè)定方程(10)中的加權(quán)參數(shù)λ1和λ2，選擇以下識別算法中的一個λ1＝1，λ2＝0固定增益算法；λ1＝1，λ2＝1最小二乘法算法；λ1＝1，λ2＝λ遞減增益算法；以及λ1＝λ，λ2＝1加權(quán)最小二乘法算法，其中，λ是被設(shè)定為滿足0＜λ＜1的預定值。
應該注意，在本實施例中，采用加權(quán)最小二乘法算法，以最佳地確保識別精度和收斂速度(向量θs以該收斂速度收斂為最佳值)。
接下來，將描述滑動模式控制器(以下稱為“SLD控制器”)224。SLD控制器224(控制命令值確定裝置、控制命令值計算裝置)基于滑動模式控制算法來計算目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd，以使汽缸進氣量Gcyl收斂為目標進氣量Gcyl_cmd(該設(shè)備的輸出的目標值、或者汽缸進氣量的目標值)，同時輔助進氣凸輪相位θmsi被約束為基值θmsi_base。下面，將描述滑動模式控制算法。
首先，在滑動模式控制算法中，使用圖26中所示的方程(14)作為控制對象模型。通過將圖24中的上述方程(6)朝向?qū)韨?cè)移動離散時間量[1]而獲得該方程(14)。
當使用由方程(14)表示的控制對象模型時，將切換函數(shù)σs設(shè)定為如下如由圖26中的方程(15)所表示的，當將跟蹤誤差Es定義為汽缸進氣量Gcyl與目標進氣量Gcyl_cmd之差時，如圖26中的方程(16)所表示的，將切換函數(shù)σs設(shè)定為跟蹤誤差Es的時序數(shù)據(jù)(離散數(shù)據(jù))的線性函數(shù)。應該注意，在方程(16)中使用的符號Ss表示切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)。
在該滑動模式控制算法中，當如在本實施例中，切換函數(shù)σs由兩個狀態(tài)變量[Es(n)，Es(n-1)]構(gòu)成時，如圖28所示，由這兩個狀態(tài)變量構(gòu)成的相空間是具有分別由這些狀態(tài)變量限定的縱軸和橫軸的二維相平面，并且在該相平面上，滿足條件σs＝0的狀態(tài)變量的二值組合位于被稱為切換線的直線上，其表示為數(shù)學表達式[Es(n)＝-Ss·Es(n-1)]。
上述數(shù)學表達式[Es(n)＝-Ss·Es(n-1)]表示沒有輸入的一階延遲系統(tǒng)(lag system)。因此，如果例如將切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)Ss設(shè)定為滿足-1＜Ss＜1，并同時使該一階延遲系統(tǒng)穩(wěn)定，則這兩個狀態(tài)變量[Es(n)，Es(n-1)]的組合隨著時間的過去而收斂到平衡點，在該平衡點處，這兩個值均等于值0。更具體地，通過這樣使跟蹤誤差Es收斂為值0，可以使汽缸進氣量Gcyl收斂(滑動)為目標進氣量Gcyl_cmd。應該注意，狀態(tài)變量[Es(n)，Es(n-1)]的兩個值到切換線的漸進方法被稱為“趨近(reaching)模式”，而這兩個值到平衡點的滑動行為被稱為“滑動模式”。
在這種情況下，當將切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)Ss設(shè)定為正值時，由方程[Es(n)＝-Ss·Es(n-1)]表示的一階延遲系統(tǒng)變?yōu)檎袷幏€(wěn)定系統(tǒng)，其對于狀態(tài)變量[Es(n)，Es(n-1)]的收斂行為并不是優(yōu)選的。因此，在本實施例中，如圖26中的方程(17)所表示的，對切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)Ss進行設(shè)定。當如上設(shè)定切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)Ss時，如圖29所示，由于切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)Ss的絕對值較小，所以跟蹤誤差Es收斂為值0的收斂速度(即，汽缸進氣量Gcyl收斂為目標進氣量Gcyl_cmd的收斂速度)較高。如上所述，在該滑動模式控制中，切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)Ss使得可以根據(jù)需要指定汽缸進氣量Gcyl(應該使其收斂為目標進氣量Gcyl_cmd)的收斂行為和收斂速度。
另外，如由圖26中的方程(18)所表示的，用于將狀態(tài)變量[Es(n)，Es(n-1)]的組合設(shè)置在切換線上的控制輸入Uspas(n)[＝θmsi_cmd(n)]被定義為作為命令值分量的等效控制輸入Ueq(n)、趨近律輸入Urch(n)和氣門控制輸入Uvt(n)的總和。
等效控制輸入Ueq(n)用于將[Es(n)，Es(n-1)]的組合約束在切換直線上，并且具體地，由圖26中的方程(19)限定。方程(19)是如下導出的當基于上述方程(16)改變圖27中所示的方程(22)時，可以得到圖27中所示的方程(23)。然后，當通過重復地使用方程(23)的遞推公式來改變方程(23)時，可以獲得圖27中所示的方程(24)。另外，當集中改變方程(24)中的輔助進氣凸輪相位θmsi的多個項時，可以獲得圖27中所示的方程(25)。接著，在方程(25)中，通過等效控制輸入Ueq(n)來替換其左側(cè)的輔助進氣凸輪相位θmsi(n)，并同時基于上述的關(guān)系Pre_Gcyl(n)Gcyl(n+d-1)，通過預測值Pre_Gcyl來替換其右側(cè)的汽缸進氣量的將來值Gcyl(n+d-1)等，從而導出方程(19)。
趨近律輸入Urch(n)用于在[Es(n)，Es(n-1)]的組合由于干擾或模型誤差而偏離該切換直線時，使得該組合收斂到該切換直線上，具體地，由圖26中所示的方程(20)對其進行限定。
另外，作為選擇命令值分量的氣門控制輸入Uvt(n)是用于將輔助進氣凸輪相位θmsi約束為其基值θmsi_base的前饋輸入。更具體地，如圖26中的方程(21)所表示的，將其定義為與基值θmsi_base相等的值。應該注意，如下面所述，根據(jù)所需的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng來計算該基值θmsi_base。
如上所述，在第一SPAS控制器221中，狀態(tài)預測器222通過增加了補償參數(shù)γ1的狀態(tài)預測算法來計算預測進氣量Pre_Gcyl，并且板載識別器223隨后識別該補償參數(shù)γ1，從而可以準確地將預測進氣量Pre_Gcyl的動態(tài)特性與汽缸進氣量Gcyl的動態(tài)特性進行匹配。這使得可以精確地計算預測進氣量Pre_Gcyl，同時對預測進氣量Pre_Gcyl與汽缸進氣量Gcyl之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行補償。
另外，SLD控制器224計算作為趨近律輸入Urch、等效控制輸入Ueq以及氣門控制輸入Uvt的總和的目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd，這使得可以通過趨近律輸入Urch、等效控制輸入Ueq使以下誤差收斂Es收斂為值0。即，可以使得汽缸進氣量Gcyl收斂到目標進氣量Gcyl_cmd，并同時根據(jù)需要通過構(gòu)造切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)Ss來指定其收斂行為和收斂速度。這使得可以根據(jù)控制對象(包括輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70等的進氣系統(tǒng))的特性，將汽缸進氣量Gcyl收斂到目標進氣量Gcyl_cmd的收斂速度設(shè)定為適當?shù)闹?，從而使得汽缸進氣量Gcyl快速且穩(wěn)定地收斂為目標進氣量Gcyl_cmd，同時防止振蕩和過沖行為。因此可以提高本系統(tǒng)的可控制性。
另外，氣門控制輸入Uvt使得可以將輔助進氣凸輪相位θmsi約束為其基值θmsi_base，并且即使在存在對于目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd的兩個解(一個位于延遲關(guān)閉側(cè)，而另一個位于提前關(guān)閉側(cè))時，該氣門控制輸入Uvt也使得可以強制地選擇這兩個解之一作為該目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd的值。此外，由于補償參數(shù)γ1包含在由板載識別器223識別的預測系數(shù)向量θs中，所以可以使汽缸進氣量Gcyl適當?shù)厥諗繛槟繕诉M氣量Gcyl_cmd，同時對氣門控制輸入Uvt的影響進行補償。
接下來，將描述上述的第二SPAS控制器225(控制裝置)。第二SPAS控制器225根據(jù)輔助進氣凸輪相位θmsi和目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd，通過與第一SPAS控制器221相似(除了其部分之外)的控制算法來計算控制輸入DUTY_msi，并且如圖30所示，第二SPAS控制器225包括狀態(tài)預測器226、板載識別器227和滑動模式控制器228。
通過與狀態(tài)預測器222相同的預測算法，狀態(tài)預測器226預測(計算)預測輔助進氣凸輪相位Pre_θmsi(作為輔助進氣凸輪相位θmsi的預測值)。
更具體地，使用圖31中所示的方程(26)作為控制對象模型。在方程(26)中，符號dx表示根據(jù)控制對象的特性確定的空載時間，并且符號a1′、a2′和b1′表示模型參數(shù)。另外，符號m表示離散時間，并且表示帶有符號(m)等的各個離散數(shù)據(jù)是以預定的重復周期抽樣的數(shù)據(jù)，該預定的重復周期比前述的用于對帶有符號(n)的離散數(shù)據(jù)進行抽樣的抽樣周期短。這也適用于下面描述的離散數(shù)據(jù)。在本說明書的描述中，將適當?shù)厥÷苑?m)和其它類似符號，該符號(m)和其它類似符號表示具有符號(m)和其它類似符號的數(shù)據(jù)為離散數(shù)據(jù)。應該注意，將方程(26)中用于對各個離散數(shù)據(jù)進行抽樣的抽樣周期設(shè)定為比上述方程(2)中用于對各個離散數(shù)據(jù)進行抽樣的抽樣周期短的周期的原因如下如果第二SPAS控制器225使輔助進氣凸輪相位θmsi收斂到目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd的收斂速度低于第一SPAS控制器221使汽缸進氣量Gcyl收斂為目標進氣量Gcyl_cmd的收斂速度，則該系統(tǒng)的可控制性退化，因此為了避免該退化并確保系統(tǒng)的良好可控制性，使得方程(26)中用于對各個離散數(shù)據(jù)進行抽樣的抽樣周期較短。
當使用模型參數(shù)a1′、a2′和b1′通過圖31中的方程(27)和(28)來定義矩陣A′和B′，并且以與上述狀態(tài)預測器222的情況相似地改變方程(26)時，可以導出圖31中所示的方程(29)。在方程(29)中，與補償參數(shù)γ1類似，符號γ′表示用于對穩(wěn)態(tài)偏差和模型誤差進行補償?shù)难a償參數(shù)。
另外，板載識別器227也通過與板載識別器223相似的順序識別算法，識別上述方程(29)中的模型參數(shù)的矩陣分量α1′、α2′和βj′的向量θs′以及補償參數(shù)γ1′，從而使得識別誤差ide′(其是預測輔助進氣凸輪相位Pre_θmsi與輔助進氣凸輪相位θmsi之差)最小(即，使得預測輔助進氣凸輪相位Pre_θmsi變得等于輔助進氣凸輪相位θmsi)。
更具體地，通過圖32中所示的方程(30)至(35)來計算向量θs′(m)。這些方程(30)至(35)被構(gòu)造為與上述方程(8)至(13)相似，因此省略對其的描述。
接下來，將描述滑動模式控制器(以下稱為“SLD控制器”)228。SLD控制器228基于滑動模式控制算法來計算控制輸入DUTY_msi，以使輔助進氣凸輪相位θmsi收斂為目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd。
更具體地，通過由圖33中的方程(36)至(41)表示的算法來計算該控制輸入DUTY_msi。即，當將跟蹤誤差Es′定義為輔助進氣凸輪相位θmsi與目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd之差時，如圖33中的方程(36)所表示的，分別由方程(37)和(38)來定義切換函數(shù)σs′和切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)Ss′。另外，如圖33中的方程(39)所表示的，將控制輸入DUTY_msi定義為等效控制輸入Ueq′和趨近律輸入Urch′的總和。分別由方程(40)和(41)來定義等效控制輸入Ueq′和趨近律輸入Urch′。如方程(39)所表示的，僅需要SLD控制器228控制輔助進氣凸輪相位θmsi，以使其收斂為目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd，因此從控制輸入DUTY_msi的輸入分量省略了上述氣門控制輸入Uvt。
如上所述，同樣在第二SPAS控制器225中，狀態(tài)預測器226通過增加了補償參數(shù)γ1′的狀態(tài)預測算法來計算預測輔助進氣凸輪相位Pre_θmsi，并且板載識別器227隨后識別該補償參數(shù)γ1′，從而可以準確地計算預測輔助進氣凸輪相位Pre_θmsi，同時對穩(wěn)態(tài)偏差和模型誤差進行補償。
另外，通過趨近律輸入Urch′和等效控制輸入Ueq′，SLD控制器227能夠使輔助進氣凸輪相位θmsi收斂為目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd，并同時能夠根據(jù)需要通過構(gòu)造切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)Ss′來指定輔助進氣凸輪相位θmsi的收斂行為和收斂速度。結(jié)果，可以根據(jù)控制對象(包括可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70的系統(tǒng))的特性，將輔助進氣凸輪相位θmsi收斂為目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd的收斂速度設(shè)定為適當?shù)闹?，從而提高該系統(tǒng)的可控制性。
應該注意，當將上述兩個切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)Ss和Ss′的值設(shè)定為使它們具有關(guān)系-1＜Ss＜Ss′＜0時，與第一SPAS控制器221的控制響應相比，可以提高第二SPAS控制器225的控制響應，從而使得可以提高輔助進氣凸輪相位控制器220的可控制性，即汽缸進氣量Gcyl到目標進氣量Gcyl_cmd的收斂性。
接下來，將描述進氣凸輪間相位控制器230。如圖34所示，當通過氣流傳感器21檢測TH流經(jīng)進氣量Gth時，也檢測到由于各個汽缸的進氣行為而導致的進氣的脈動。當汽缸之間的進氣量出現(xiàn)變化時，如圖34所示，進氣量的脈動變得不規(guī)則。即，圖34表示下述的情況，其中第四汽缸#4中的TH流經(jīng)進氣量Gth比其它汽缸的小。
進氣凸輪間相位控制器230估計汽缸之間的進氣量的變化，并且為了消除該變化，計算對該三個可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80的各個控制輸入DUTY_ssi#2至DUTY_ssi#4。進氣凸輪間相位控制器230包括自適應觀察器240、三個微分器250以及進氣變化控制器260(參見圖22)。在進氣凸輪間相位控制器230中，通過下面描述的算法，自適應觀察器240逐個汽缸地計算四個進氣量變化系數(shù)φ#1至φ#4；所述三個微分器250分別計算三個差值Eφ#2至Eφ#4；此外，進氣變化控制器260計算三個控制輸入DUTY_ssi#2至DUTY_ssi#4。
接下來，將描述自適應觀察器240的算法。首先，如圖35所示，將發(fā)動機3的進氣系統(tǒng)視為下述的系統(tǒng)，該系統(tǒng)由四個模擬值Gcyl_OS#1至Gcyl_OS#4以及四個進氣量變化系數(shù)φ#1至φ#4表示。這些模擬值Gcyl_OS#i(i＝1至4)是逐個汽缸地模擬進氣的進氣開始正時和進氣行為的值，并且進氣量變化系數(shù)φ#i(i＝1至4)表示汽缸之間的進氣量的變化以及進氣行為的變換量。當將該系統(tǒng)建模為離散時間系統(tǒng)模型時，可以獲得如圖36所示的方程(42)。
在方程(42)中，符號k表示離散時間，并且表示帶有符號(k)的各個離散數(shù)據(jù)是每當生成TDC信號的脈沖時所抽樣的數(shù)據(jù)(各個離散數(shù)據(jù)可以是每當生成CRK信號的脈沖時所抽樣的數(shù)據(jù))。另外，符號d′表示空氣從進氣傳感器21通過進氣管8流到各個汽缸所需的空載時間，并且在本實施例中將其設(shè)定為預定的固定值?？梢愿鶕?jù)發(fā)動機3的工作狀態(tài)(例如，發(fā)動機速度NE等)來設(shè)定空載時間d′。
在根據(jù)當前實施例的自適應觀察器240中，通過將方程(42)左側(cè)替換為TH流經(jīng)進氣量的估計值Gth_est(k)而形成的方程被用作模型，并且如下面所述，信號發(fā)生器241生成模擬值Gcyl_OS#i。同時，通過由圖36中的方程(44)至(50)表示的序貫最小二乘法，來識別作為方程(43)的模型參數(shù)的進氣量變化系數(shù)φ#i的向量ψ(k)，從而使得估計值Gth_est(k)等于TH流經(jīng)進氣量Gth(k-d′)。
上述向量ψ(k)的轉(zhuǎn)置矩陣由圖36中的方程(49)來定義。另外，在方程(44)中，符號KR(k)表示增益系數(shù)的向量，并且通過方程(45)來計算該增益系數(shù)KR(k)。在方程(45)中，符號R(k)表示由方程(48)定義的4階方陣，并且符號ζ′(k)表示其轉(zhuǎn)置矩陣由方程(50)定義的向量。另外，方程(44)中的符號ide′(k)表示識別誤差。由方程(46)和(47)來計算該識別誤差ide′(k)。
如上所述，自適應觀察器240通過基于由方程(44)至(50)表示的序貫最小二乘法的算法，來識別進氣量變化系數(shù)φ#i的向量ψ(k)。這使得可以從進氣量變化系數(shù)φ#i中去除(濾掉)例如由于發(fā)動機3工作狀態(tài)的突然變化而導致的進氣行為的類似噪聲的波動分量，從而將進氣量變化系數(shù)φ#i計算為基本上表示汽缸之間的進氣量變化的值。
通過圖37中的框圖來表示自適應觀察器240的構(gòu)造。即，如圖37所示，在自適應觀察器240中，信號發(fā)生器241生成模擬值Gcyl_OS#i的向量ζ′(k)。更具體地，如圖38所示，信號發(fā)生器241生成模擬值Gcyl_OS#i作為下述的信號值，這些信號值分別具有交替波(例如，三角波和梯形波)的組合的波形，并被形成為使得模擬值的總和恒等于值1。另外，乘法器242生成TH流經(jīng)進氣量的估計值Gth_est(k)，作為通過將模擬值的向量ζ′(k)乘以進氣量變化系數(shù)的向量ψ(k-1)(通過使用延遲元件243使向量ψ(k)延遲而得到的)而得到的值。然后，差分器244生成識別誤差ide′(k)，作為TH流經(jīng)進氣量Gth(k-d′)(通過使用延遲元件245使TH流經(jīng)進氣量Gth(k)延遲而得到的)與估計值Gth_est(k)之差。
另外，邏輯單元246基于模擬值的向量ζ′(k)而生成增益系數(shù)的向量KR(k)，并且乘法器247生成識別誤差ide′(k)與增益系數(shù)的向量KR(k)的積[ide′(k)·KR(k)]。然后，加法器248生成進氣量變化系數(shù)的向量ψ(k)，作為積[ide′(k)·KR(k)]與進氣量變化系數(shù)的向量ψ(k-1)(通過使用延遲元件243使向量ψ(k)延遲而得到的)之和。
如上所述，自適應觀察器240計算該四個進氣量變化系數(shù)φ#1至φ#4，并且上述三個微分器250通過圖39中的方程(51)基于進氣量變化系數(shù)φ#1至φ#4來分別計算三個差值Eφ#2至Eφ#4。
接下來，將描述進氣變化控制器260。參照圖40，進氣變化控制器260包括目標進氣凸輪間相位控制器261和第三SPAS控制器262。目標進氣凸輪間相位控制器261計算目標進氣凸輪間相位θssi#i_cmd，從而消除汽缸之間的TH流經(jīng)進氣量Gth的變化。
更具體地，通過由圖39中的方程(52)和(53)表示的響應指定(或極點配置)控制算法(滑動模式控制算法或反推(back-stepping)控制算法)，基于所述三個差值Eφ#2至Eφ#4來計算目標進氣凸輪間相位θssi#i_cmd。應該注意，方程(52)中的符號σ′(k)表示切換函數(shù)。目標進氣凸輪間相位控制器261通過響應指定控制算法來計算目標進氣凸輪間相位θssi#i_cmd(#i＝2至4)，從而使得Eφ#i(#i＝2至4)等于值0。換言之，計算目標進氣凸輪間相位θssi#i_cmd，以使得第二汽缸#2至第四汽缸#4的各個進氣量變化系數(shù)φ#2至φ#4等于第一汽缸#1的進氣量變化系數(shù)φ#1。
另外，第三SPAS控制器262計算對各個可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80的控制輸入DUTY_ssi#i，從而使進氣凸輪間相位θssi#i收斂為上面計算的目標進氣凸輪間相位θssi#i_cmd。更具體地，通過與上述第二SPAS控制器225的控制算法相同的算法來計算控制輸入DUTY_ssi#i，并因此省略對其的描述。
如上所述，進氣凸輪間相位控制器230計算目標進氣凸輪間相位θssi#i_cmd，以使得第二汽缸#2至第四汽缸#4的進氣量變化系數(shù)φ#2至φ#4等于第一汽缸#1的進氣量變化系數(shù)φ#1。另外，控制器230計算控制輸入DUTY_ssi#i，以使得進氣凸輪間相位θssi#i收斂為目標進氣凸輪間相位θssi#i_cmd。換言之，進氣凸輪間相位控制器230控制第二汽缸#2至第四汽缸#4的各進氣量，以使得它們等于第一汽缸#1的進氣量，從而使得可以消除汽缸之間的進氣量的變化。
應該注意，如圖34所示，即使當通過進氣管絕對壓力傳感器24檢測進氣管絕對壓力PBA時，也可以檢測進氣的脈動，從而通過其中將上述方程(42)至(53)中由進氣量“Gth”表示的參數(shù)替換為由進氣管絕對壓力“PBA”表示的參數(shù)的算法，并使用由進氣管絕對壓力傳感器24檢測的進氣管絕對壓力PBA，可以形成進氣凸輪間相位控制器230以消除汽缸之間的進氣量的變化。
參照圖41，控制系統(tǒng)1還包括輔助排氣凸輪相位控制器280。該輔助排氣凸輪相位控制器280計算在催化劑加熱控制中對可變輔助排氣凸輪相位機構(gòu)120的控制輸入DUTY_mse(如下面描述)，并且包括目標輔助排氣凸輪相位控制器281和第四SPAS控制器282。
目標輔助排氣凸輪相位控制器281基于發(fā)動機速度NE和目標發(fā)動機速度NE_cmd來計算目標輔助排氣凸輪相位θmse_cmd。更具體地，通過由圖42中的方程(54)至(56)表示的控制算法來計算該目標輔助排氣凸輪相位θmse_cmd。在圖42的方程(54)中，符號θmse_ast表示催化劑加熱值，如下面所述，通過查表將目標輔助排氣凸輪相位設(shè)定為該值，并且符號dθmse表示通過由圖42中的方程(55)和(56)表示的響應指定控制算法(滑動模式控制算法或反推控制算法)計算的校正量。在方程(55)中，符號Kastr和Kasta表示反饋增益，并且符號σast表示由方程(56)定義的切換函數(shù)。另外，在方程(56)中，符號Sast表示被設(shè)定為在-1＜Sast＜0的范圍內(nèi)的值的切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)，并且符號NE_cmd表示被設(shè)定為預定固定值(例如，1800rpm)的目標發(fā)動機速度。
第四SPAS控制器282計算對可變輔助排氣凸輪相位機構(gòu)120的控制輸入DUTY_θmse，以使得輔助排氣凸輪相位θmse收斂為上面計算的目標輔助排氣凸輪相位θmse_cmd。具體地，通過與上述第二SPAS控制器225的控制算法相同的算法來計算控制輸入DUTY_θmse，并因此省略對其的描述。
如上所述，輔助排氣凸輪相位控制器280基于發(fā)動機速度NE和目標發(fā)動機速度NE_cmd來計算目標輔助排氣凸輪相位θmse_cmd，并且確定對可變輔助排氣凸輪相位機構(gòu)120的控制輸入DUTY_θmse，以使得輔助排氣凸輪相位θmse收斂為目標輔助排氣凸輪相位θmse_cmd。這使得可以將發(fā)動機速度NE準確地控制為目標發(fā)動機速度NE_cmd。
下面將參照圖43來描述由ECU 2執(zhí)行的發(fā)動機控制處理。該附圖表示用于執(zhí)行發(fā)動機控制處理的主程序的流程圖。在該程序中，首先，在步驟1(在圖43中簡寫為S1后續(xù)步驟也以簡寫形式表示)中，執(zhí)行燃料控制處理，執(zhí)行該處理以根據(jù)發(fā)動機3的工作狀態(tài)來計算所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng、主燃料噴射率Rt_Pre、汽缸進氣量Gcyl、目標進氣量Gcyl_cmd以及燃料噴射量TOUT_main和Tout_sub。在后面將描述該處理的細節(jié)。
接下來，在步驟2中，執(zhí)行升壓控制處理。該處理用于根據(jù)發(fā)動機3的工作狀態(tài)來計算對廢氣門10d的控制輸入Dut_wg，并在后面將對其進行詳細描述。
接下來，在步驟3中，執(zhí)行進氣門控制處理。該處理用于根據(jù)發(fā)動機3的工作狀態(tài)來計算上述控制輸入DUTY_mi、DUTY_msi和DUTY_ssi#2至DUTY_ssi#4，并在后面將對其進行詳細描述。
接下來，在步驟4中，執(zhí)行排氣門控制處理。該處理用于根據(jù)發(fā)動機3的工作狀態(tài)來計算上述控制輸入DUTY_mse、DUTY_mse和DUTY_sse#2至DUTY_sse#4，并在后面將對其進行詳細描述。
接下來，在步驟5中，執(zhí)行節(jié)氣門控制處理。該處理用于根據(jù)發(fā)動機3的工作狀態(tài)來計算上述控制輸入DUTY_th，并在后面將對其進行詳細描述。
接下來，在步驟6中，執(zhí)行點火正時控制處理，然后結(jié)束本程序。盡管省略了對該點火正時控制處理的詳細描述，但是該處理用于根據(jù)發(fā)動機3的工作狀態(tài)來計算點火正時θig，其中由火花塞5點燃混合物。更具體地，在發(fā)動機3的起動控制(發(fā)動機起動控制)期間，將點火正時θig設(shè)定為相對于用于正?？辙D(zhuǎn)的值θigidle(參見圖66)提前的值，然后在發(fā)動機3起動之后的執(zhí)行催化劑加熱控制的過程中，將其設(shè)定為相對于值θigidle延遲的值，即執(zhí)行點火正時的延遲控制。另外，在發(fā)動機3的正常工作期間，根據(jù)發(fā)動機3的工作狀態(tài)來設(shè)定點火正時θig。
接下來，將參照圖44來描述在步驟1中執(zhí)行的燃料控制處理。如圖44所示，在本程序中，首先，在步驟10中確定進氣/排氣門故障標志F_VLVNG或節(jié)氣門故障標志F_THNG是否等于1。進氣/排氣門故障標志F_VLVNG在可變進氣門致動組件40或可變排氣門致動組件90產(chǎn)生故障時被設(shè)置為1，而當單元40和90均正常時被設(shè)置為0。另外，節(jié)氣門故障標志F_THNG在節(jié)氣門機構(gòu)16產(chǎn)生故障時被設(shè)置為1，而當節(jié)氣門機構(gòu)16正常時被設(shè)置為0。
如果步驟10的問題的答案為否定的(否)，即如果可變進氣門致動組件40、可變排氣門致動組件90和節(jié)氣門機構(gòu)16都正常，則程序進行到步驟11，其中通過搜索圖45中所示的映像根據(jù)發(fā)動機速度NE和油門踏板開度AP來計算所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng。
將圖45中的油門踏板開度AP的預定值A(chǔ)P1至AP3設(shè)定為使得它們具有關(guān)系A(chǔ)P1＞AP2＞AP3，并且將預定值A(chǔ)P1設(shè)定為油門踏板開度AP的最大值，即油門踏板的最大踩踏量。如圖45所示，在該映像中，當發(fā)動機速度NE較高并且油門踏板開度AP較大時，將所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng設(shè)定為在NE≤NER2(預定值)范圍內(nèi)的較大值。這是因為當發(fā)動機3上的負荷較大時所需發(fā)動機轉(zhuǎn)矩較大。應該注意，當滿足AP＝AP1時，將所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng設(shè)定為NER1(預定值)＜NE≤NER2的范圍內(nèi)的最大值。
另外，在NER2＜NE的范圍內(nèi)，當油門踏板開度AP較大時，將所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng設(shè)定為較大值，并且在發(fā)動機速度NE較高時將其設(shè)定為較小值。這是因為發(fā)動機轉(zhuǎn)矩相對于發(fā)動機速度NE的輸出特性。
在步驟11之后的步驟12中，確定在步驟11中計算的所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng是否小于預定的分層燃燒操作閾值TRQ_disc。應該注意，術(shù)語“分層燃燒操作”是指下述的操作，在該操作中，在活塞的壓縮沖程期間執(zhí)行從主燃料噴射閥4向各個汽缸噴射燃料，從而使得混合物分層燃燒。
如果步驟12的問題的答案為肯定的(是)，即，如果應該進行分層燃燒操作，則程序進行到步驟13，其中根據(jù)所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng通過查表(未示出)來計算用于分層燃燒操作的目標空燃比KCMD_disc。在該表中，將用于分層燃燒操作的目標空燃比KCMD_disc設(shè)定為在預定的甚貧油區(qū)域內(nèi)的值(例如，A/F＝30至40)。
然后，程序進行到步驟14，其中將目標空燃比KCMD設(shè)定為用于分層燃燒操作的目標空燃比KCMD_disc。此后，程序進行到步驟15，其中將主燃料噴射率Rt_Pre設(shè)定為預定的最大值Rtmax(100％)。如下面所述，這使得從輔助燃料噴射閥15進行的燃料噴射停止。然后，程序進行到步驟16，其中計算汽缸進氣量Gcyl和目標進氣量Gcyl_cmd。
具體地，通過圖46中所示的程序來計算汽缸進氣量Gcyl和目標進氣量Gcyl_cmd。即，首先在圖46的步驟30中，通過上述方程(1)計算汽缸進氣量Gcyl。
然后，在步驟31中，通過搜索圖47中所示的映像，根據(jù)發(fā)動機速度NE和所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng來計算目標進氣量的基值Gcyl_cmd_base。應該注意，將該映像中的所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的預定值TRQ_engl至TRQ_eng3設(shè)定為使得它們具有關(guān)系TRQ_engl＞TRQ_eng2＞TRQ_eng3。如圖47所示，當發(fā)動機速度NE較高或者所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，將目標進氣量的基值Gcyl_cmd_base設(shè)定為較大值。這是因為當發(fā)動機3上的負荷較大時，需要較大的發(fā)動機輸出，這需要較大的進氣量。
然后，在步驟32中，通過查找圖48中所示的表，根據(jù)目標空燃比KCMD來計算空燃比校正系數(shù)Kgcyl_af。在該表中，當目標空燃比KCMD為較富油的值時，將空燃比校正系數(shù)Kgcyl_af設(shè)定為較小值。這是因為當將混合物的空燃比控制為較富油時，所需的進氣量變得較小。應該注意，圖48中的值KCMDST與化學計量的空燃比相對應。
接下來，程序進行到步驟33，其中將目標進氣量的基值和空燃比校正系數(shù)的積(Kgcyl_af·Gcyl_cmd_base)設(shè)置為目標進氣量Gcyl_cmd，然后結(jié)束當前程序。
再次參照圖44，在如上所述執(zhí)行步驟16之后，程序進行到步驟17，其中執(zhí)行燃料噴射控制處理。該處理用于以如下方式來計算對主燃料噴射閥4和輔助燃料噴射閥15的控制輸入首先，計算作為主燃料噴射閥4的燃料噴射量的主燃料噴射量TOUT_main以及作為輔助燃料噴射閥15的燃料噴射量的輔助燃料噴射量TOUT_sub。更具體地，基于發(fā)動機3的工作狀態(tài)和上述目標空燃比KCMD，對于各個汽缸計算最終的逐個汽缸的總?cè)剂蠂娚淞縏OUT，然后通過下面方程(57)和(58)分別計算主燃料噴射量TOUT_main和輔助燃料噴射量TOUT_subTOUT_main＝[TOUT·Rt_Pre]/100 (57)TOUT_sub＝[TOUT·(100-Rt_Pre)]/100 (58)參照方程(58)，當滿足Rt_Pre＝Rtmax(100(％))時，滿足TOUT_sub＝0，據(jù)此可以理解，已停止從輔助燃料噴射閥15噴射燃料。
然后，通過查找相應的表(未示出)，根據(jù)主燃料噴射量TOUT_main和輔助燃料噴射量TOUT_sub，來計算對主燃料噴射閥4和輔助燃料噴射閥15的控制輸入。在如上所述執(zhí)行步驟17之后，當前程序結(jié)束。
另一方面，如果步驟12的問題的答案為否定的(否)，則判定發(fā)動機3不應該以分層燃燒操作模式進行操作，而應該以作為均勻燃燒操作模式之一的預混合物貧油操作(premixture lean operation)模式來進行操作，并且程序進行到步驟18，其中通過查表(未示出)，根據(jù)所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng來計算用于預混合物貧油操作的目標空燃比KCMD_lean。應該注意，在該表中，將用于預混合物貧油操作的目標空燃比KCMD_lean設(shè)定為在預定貧油區(qū)域內(nèi)的值(例如，A/F＝18至21)。
接下來，程序進行到步驟19，其中將目標空燃比KCMD設(shè)定為用于預混合物貧油操作的目標空燃比KCMD_lean。然后，在步驟20中，通過查找圖49中所示的表，根據(jù)所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng來計算主燃料噴射率Rt_Pre。在下面的表和映像(包括圖49中的映像)中，將所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng的預定值TRQ_idle、TRQ_disc、TRQott以及TRQ1至TRQ4設(shè)定為使得它們具有關(guān)系TRQ_idle＜TRQ_disc＜TRQ1＜TRQott＜TRQ2＜TRQ3＜TRQ4。另外，TRQ_idle表示用于發(fā)動機3的空轉(zhuǎn)操作的預定值。
如圖49所示，在該表中，在TRQ1＜TRQ_eng＜TRQ4的范圍內(nèi)，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，將主燃料噴射率Rt_Pre設(shè)定為較小值。這是因為以下原因當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，將升壓Pc控制為較高，這使得進氣的溫度升高，從而易于在發(fā)動機3中出現(xiàn)爆震。因此，為了防止出現(xiàn)這種爆震，必須通過增加輔助燃料噴射閥15的燃料噴射量TOUT_sub來增加由燃料蒸發(fā)冷卻裝置12對進氣進行冷卻的效果。因此，如上設(shè)定主燃料噴射率Rt_Pre。
另外，在該表中，在其中所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng不小于預定值TRQ4的范圍內(nèi)，將主燃料噴射率Rt_Pre設(shè)定為預定的最小值Rtmin(10(％))，而在其中所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng不大于預定值TRQ1的范圍內(nèi)，將其設(shè)定為預定的最大值Rtmax。
在執(zhí)行步驟20之后，執(zhí)行步驟16和17，然后結(jié)束當前程序。
另一方面，如果步驟10的問題的答案為肯定的(是)，即，如果可變進氣門致動組件40、可變排氣門致動組件90和節(jié)氣門機構(gòu)16中的任何一個出現(xiàn)故障，則程序進行到步驟21，其中將所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng設(shè)定為用于故障時間的預定值TRQ_fs。然后，程序進行到步驟22，其中將主燃料噴射率Rt_Pre設(shè)定為設(shè)定為上述最大值Rtmax。然后，如上所述執(zhí)行步驟16和17，然后當前程序結(jié)束。
接下來，將參照圖50來描述升壓控制處理。如圖50所示，在用于該處理的程序中，首先，在步驟40中確定進氣/排氣門故障標志F_VLVNG或節(jié)氣門故障標志F_THNG是否等于1。
如果上述問題的答案為否定的(否)，即，如果可變進氣門致動組件40、可變排氣門致動組件90和節(jié)氣門機構(gòu)16都正常，則程序進行到步驟41，其中確定發(fā)動機起動標志F_ENGSTART是否等于1。通過在確定處理(未示出)中根據(jù)發(fā)動機速度NE和IG·SW 36的輸出來確定是否正在執(zhí)行發(fā)動機起動控制(即，發(fā)動機3的起動)，來設(shè)定該發(fā)動機起動標志F_ENGSTART。更具體地，當正在執(zhí)行發(fā)動機起動控制時，將發(fā)動機起動標志F_ENGSTART設(shè)置為1，否則設(shè)置為0。
如果步驟41的問題的答案為肯定的(是)，即，如果正在執(zhí)行發(fā)動機起動控制，則程序進行到步驟43，其中將對廢氣門10d的控制輸入Dut_wg設(shè)定為預定的全開值Dut_wgmax，然后結(jié)束當前程序。結(jié)果，將廢氣門10d控制為全開狀態(tài)，從而使渦輪增壓器裝置10的增壓操作基本停止。
另一方面，如果步驟41的問題的答案是否定的(否)，即，如果沒有執(zhí)行發(fā)動機起動控制，則程序進行到步驟42，其中確定用于測量執(zhí)行催化劑加熱控制并且由緊接著發(fā)動機3起動結(jié)束之后所經(jīng)過的時間段來表示的時間段的執(zhí)行時間段Tcat是否短于預定的時間段Tcatlmt(例如，30秒)。在發(fā)動機3起動之后執(zhí)行催化劑加熱控制，以快速地使催化轉(zhuǎn)化器19a和19b中的催化劑活化。
如果步驟42的問題的答案為肯定的(是)，即，如果滿足Tcat＜Tcatlmt，則程序進行到步驟44，其中確定油門踏板開度AP是否小于預定值A(chǔ)PREF。該預定值A(chǔ)PREF用于確定沒有踩油門踏板，并且被設(shè)定為下述的值(例如，1度)，根據(jù)該值可以確定沒有踩油門踏板。
如果步驟44的問題的答案為肯定的(是)，即，如果沒有踩油門踏板，則判定應該執(zhí)行催化劑加熱控制，從而程序進行到步驟45，其中與步驟43相似，將對廢氣門10d的控制輸入Dut_wg設(shè)定為上述全開值Dut_wgmax，然后結(jié)束當前程序。
另一方面，如果步驟42或步驟44的問題的答案為否定的(否)，即，如果沒有執(zhí)行發(fā)動機起動控制，并且同時，如果滿足Tcat≥Tcatlmt或者如果踩下了油門踏板，則程序進行到步驟46，其中通過查找圖51中所示的表，根據(jù)所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng來計算控制輸入Dut_wg的基值Dut_wg_bs。
如圖51所示，在該表中，在TRQ1＜TRQ_eng＜TRQ2的范圍內(nèi)，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，將基值Dut_wg_bs設(shè)定為較小值。這是由于為了通過增壓操作來提高充氣效率，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，需要使升壓Pc較高。另外，在TRQ2≤TRQ_eng≤TRQ3的范圍內(nèi)，將基值Dut_wg_bs設(shè)定為預定的全閉值Dut_wgmin。這是為了響應于在高負荷區(qū)域中的發(fā)動機負荷而獲得最大增壓效果。另外，在TRQ3＜TRQ_eng的范圍內(nèi)，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，將基值Dut_wg_bs設(shè)定為較小值。這是為了防止在發(fā)動機3中出現(xiàn)爆震。
接下來，在步驟47中，通過查找圖52中所示的表，根據(jù)所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng來計算目標升壓Pc_cmd。如圖52所示，在該表中，在TRQ_idle＜TRQ_eng＜TRQ2的范圍內(nèi)，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，將目標升壓Pc_cmd設(shè)定為較大值。如上所述，這是為了通過升壓操作來提高充氣效率。另外，在TRQ2≤TRQ_eng≤TRQ3的范圍內(nèi)，將目標升壓Pc_cmd設(shè)定為預定值。如上所述，這是為了獲得最大增壓效果。另外，在TRQ3＜TRQ_eng＜TRQ4的范圍內(nèi)，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，將目標升壓Pc_cmd設(shè)定為較小值。這是為了防止在發(fā)動機3中出現(xiàn)爆震。圖52中的符號Patm表示大氣壓。這同樣適用于后續(xù)的圖53等(后面描述)。
接下來，程序進行到步驟48，其中通過由以下方程(59)表示的I-P控制算法來計算控制輸入Dut_wg，然后結(jié)束當前程序。因此，對升壓Pc進行反饋控制，以使其收斂為目標升壓Pc_cmd。
Dut_wg＝Dut_wg_bs+Kpwg·Pc+Kiwg·∑(Pc-Pc_cmd) (59)其中，Kpwg表示P項增益，而Kiwg表示I項增益。
另一方面，如果步驟40的問題的答案為肯定的(是)，即，如果可變進氣門致動組件40、可變排氣門致動組件90和節(jié)氣門機構(gòu)16中的任何一個出現(xiàn)故障，則程序進行到步驟49，其中與上述步驟43和45相似，將對廢氣門10d的控制輸入Dut_wg設(shè)定為全開值Dut_wgmax，然后結(jié)束當前程序。
接下來，將參照圖53和54來描述步驟3中的上述進氣門控制處理。，如圖53所示，在用于該處理的程序中，首先，在步驟60中確定進氣/排氣門故障標志F_VLVNG是否等于1。如果該問題的答案為否定的(否)，即，如果可變進氣門致動組件40和可變排氣門致動組件90都正常，則程序進行到步驟61，其中確定發(fā)動機起動標志F_VNGSTART是否等于1。
如果該問題的答案為肯定的(是)，即，如果正在執(zhí)行發(fā)動機起動控制，則程序進行到步驟62，其中將作為主進氣凸輪相位θmi的目標值的目標主進氣凸輪相位θmi_cmd設(shè)定為用于發(fā)動機3的空轉(zhuǎn)的預定空轉(zhuǎn)值θmi_idle。
然后，程序進行到步驟63，其中將目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd設(shè)定為用于起動發(fā)動機3的預定起動值θmsi_st。將該預定起動值θmsi_st設(shè)定作為用于進氣門6的延遲關(guān)閉的預定值。此后，程序進行到步驟64，其中將目標進氣凸輪間相位θssi#i_cmd(#i＝#2至#4)均設(shè)置為0。
接下來，程序進行到圖54中的步驟65，其中通過查表(未示出)，根據(jù)目標主進氣凸輪相位θmi_cmd來計算對可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60的控制輸入DUTY_mi。此后，在后續(xù)步驟66中，通過查表(未示出)，根據(jù)目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd來計算對可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70的控制輸入DUTY_msi。應該注意，在步驟66中，可以與在下述步驟75中采用的相同方法來計算控制輸入DUTY_msi。
然后，在步驟67中，通過查表(未示出)，根據(jù)目標進氣凸輪間相位θssi#i_cmd來計算對可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80的控制輸入DUTY_ssi#i，然后結(jié)束當前程序。
再次參照圖53，如果步驟61的問題的答案為否定的(否)，即，如果沒有正在執(zhí)行發(fā)動機起動控制，則程序進行到步驟68，其中確定用于催化劑加熱控制的上述執(zhí)行時間段Tcat是否小于預定值Tcatlmt。如果該問題的答案為肯定的(是)，則程序進行到步驟69，其中確定油門踏板開度AP是否小于預定值A(chǔ)PREF。
如果步驟69的問題的答案為肯定的(是)，即，如果沒有踩下油門踏板，則判定應該進行催化劑加熱控制，從而程序進行到步驟70，其中將目標主進氣凸輪相位θmi_cmd設(shè)定為上述預定的空轉(zhuǎn)值θmi_idle。
然后，程序進行到步驟71，其中通過查找圖55中所示的表，根據(jù)用于催化劑加熱控制的執(zhí)行時間段Tcat，來計算目標輔助進氣凸輪相位的催化劑加熱值θmsi_cw。在該附圖中，符號θmsiott表示輔助進氣凸輪相位θmsi的奧托相位值(＝90度凸輪角)，這使得進氣門6的氣門正時與由奧托進氣凸輪驅(qū)動的進氣門的氣門正時一致。這同樣適用于下面的描述。
然后，在步驟72中，將目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd設(shè)定為催化劑加熱值θmsi_cw，此后，在步驟73中，與上述步驟64相似，將目標進氣凸輪間相位θssi#i_cmd(#i＝#2至#4)均設(shè)置為0。
接下來，程序進行到圖54中的步驟74，其中根據(jù)目標主進氣凸輪相位θmi_cmd和主進氣凸輪相位θmi來計算對可變主進氣凸輪相位機構(gòu)60的控制輸入DUTY_mi。通過與第二SPAS控制器225的上述控制算法相同的算法來計算該控制輸入DUTY_mi。
然后，在步驟75中，通過第二SPAS控制器225的控制算法，計算對可變輔助進氣凸輪相位機構(gòu)70的控制輸入DUTY_msi。更具體地，通過由方程(29)表示的預測算法、由方程(30)至(35)表示的識別算法以及由方程(36)至(41)表示的滑動模式控制算法，來計算該控制輸入DUTY_msi。
接下來，在步驟76中，根據(jù)在步驟73中計算的目標進氣凸輪間相位θssi#i_cmd和進氣凸輪間相位θssi#i，使用第三SPAS控制器262的控制算法來計算對可變進氣凸輪間相位機構(gòu)80的控制輸入DUTY_ssi#i(#i＝#2至#4)，然后結(jié)束當前程序。通過與如上所述的第二SPAS控制器225的控制算法相同的算法，即用于計算控制輸入DUTY_msi的控制算法，來計算該控制輸入DUTY_ssi#i。
再次參照圖53，如果步驟68或步驟69的問題的答案為否定的(否)，即，如果沒有正在執(zhí)行發(fā)動機起動控制，并同時如果滿足Tcat≥Tcatlmt，或者如果踩下了油門踏板，則程序進行到步驟77，其中通過搜索圖56中所示的映像，根據(jù)所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng和發(fā)動機速度NE來計算目標進氣凸輪相位的正常操作值θmi_drv。
在圖56中，將發(fā)動機速度NE的預定值NE1至NE3設(shè)定為使得它們具有關(guān)系NE1＞NE2＞NE3。這同樣適用于下面的描述。在該映像中，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大或者發(fā)動機速度NE較高時，將正常操作值θmi_drv設(shè)定為更提前的值。這是為了在發(fā)動機的負荷較高時，通過提前主進氣凸輪相位θmi并由此提前進氣門6的打開/關(guān)閉正時，來適當?shù)卮_保發(fā)動機3的輸出。
然后，在步驟78中，將目標主進氣凸輪相位θmi_cmd設(shè)定為正常操作值θmi_drv。此后，程序進行到步驟79，其中通過查找圖57中所示的表，根據(jù)所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng來計算輔助進氣凸輪相位θmsi的上述基值θmsi_base。
如圖57所示，在該表中，在TRQ_eng＜TRQ_disc的范圍內(nèi)，即，在發(fā)動機3的分層燃燒操作區(qū)域中，將基值θmsi_base設(shè)定為延遲關(guān)閉側(cè)的固定值。這是為了穩(wěn)定在執(zhí)行分層燃燒操作的低負荷區(qū)域中的燃燒狀態(tài)。另外，將基值θmsi_base設(shè)定為使得在TRQ_disc≤TRQ_eng≤TRQott的范圍內(nèi)，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，進氣門6的延遲關(guān)閉的程度變小。這是為了在所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，避免根據(jù)進氣門6的延遲關(guān)閉的程度而導致的反吹到進氣歧管中的燃料量增加。另外，當滿足TRQ_eng＝TRQott時，將基值θmsi_base設(shè)置為奧托相位值θmsiott。
另外，將基值θmsi_base設(shè)定為使得在TRQott＜TRQ_eng＜TRQ2的范圍內(nèi)，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，進氣門6的提前關(guān)閉的程度變大。這是為了通過高膨脹率循環(huán)操作來提高燃燒效率。
另外，將基值θmsi_base設(shè)定為使得在TRQ2≤TRQ_eng＜TRQ4的范圍內(nèi)，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，進氣門6的提前關(guān)閉的程度變小。這是由于以下原因在如TRQ2≤TRQ_eng＜TRQ4的范圍內(nèi)的這種高負荷區(qū)域中，限制增壓操作以防止在發(fā)動機3中出現(xiàn)爆震，如下所述，從而如果在通過限制增壓操作而降低充氣效率的狀態(tài)下，將進氣門6的提前關(guān)閉的程度控制為較大，則由發(fā)動機3產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩減小。因此，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，為了對由發(fā)動機3產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩減小進行補償，將基值θmsi_base設(shè)定為使得進氣門6的提前關(guān)閉的程度變小。
在步驟79之后的步驟80中，通過第一SPAS控制器221的上述控制算法來計算目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd。更具體地，通過由方程(7)表示的預測算法、由方程(8)至(13)表示的識別算法以及由方程(15)至(21)表示的滑動模式控制算法，來計算該目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd。
然后，在步驟81中，通過上述進氣凸輪間相位控制器230的控制算法來計算目標進氣凸輪間相位θssi#i_cmd(#i＝#2至#4)。更具體地，通過由方程(44)至(50)表示的識別算法來識別進氣量變化系數(shù)Φ#1至Φ#4；通過方程(51)來計算相對于進氣量變化系數(shù)Φ#1的進氣量變化系數(shù)Φ#2至Φ#4的差值EΦ#2至EΦ#4；并且通過由方程(52)和(53)表示的響應指定控制算法來計算目標進氣凸輪間相位θssi#i_cmd，以使得差值EΦ#2至EΦ#4收斂為值0。然后，如前所述執(zhí)行圖54中的步驟74至76，然后結(jié)束當前程序。
再次參照圖53，如果步驟60的問題的答案為肯定的(是)，即，如果可變進氣門致動組件40或可變排氣門致動組件90出現(xiàn)故障，則程序進行到步驟82，其中將目標主進氣凸輪相位θmi_cmd設(shè)定為預定的空轉(zhuǎn)值θmi_idle。然后，程序進行到步驟83，其中將目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd設(shè)定為預定的可靠值θmsi_fs。
然后，程序進行到步驟84，其中與步驟64和73相似，將目標進氣凸輪間相位θssi#i_cmd(#i＝#2至#4)均設(shè)置為0。此后，如上所述，執(zhí)行圖54中的步驟65至67，然后結(jié)束當前程序。
接下來，將參照圖58和59來描述步驟4中的上述排氣門控制處理。如圖58所示，在該程序中，首先，在步驟90中確定進氣/排氣門故障標志F_VLVNG是否等于1。如果該問題的答案為否定的(否)，即，如果可變進氣門致動組件40和可變排氣門致動組件90都正常，則程序進行到步驟91，其中確定發(fā)動機起動標志F_ENGSTART是否等于1。
如果該問題的答案為肯定的(是)，即，如果正在執(zhí)行發(fā)動機起動控制，則程序進行到步驟92，其中將作為主排氣凸輪相位θme的目標值的目標主排氣凸輪相位θme_cmd設(shè)定為用于發(fā)動機3的空轉(zhuǎn)的預定空轉(zhuǎn)值θme_idle。
然后，程序進行到步驟93，其中將目標輔助排氣凸輪相位θmse_cmd設(shè)定為用于起動發(fā)動機3的預定起動值θmse_st。將該預定起動值θmse_st設(shè)定作為用于排氣門7的延遲關(guān)閉的預定值。此后，程序進行到步驟94，其中將目標排氣凸輪間相位θsse#i_cmd(#i＝#2至#4)均設(shè)置為0。
接下來，程序進行到圖59中的步驟95，其中通過查表(未示出)，根據(jù)目標主排氣凸輪相位θme_cmd來計算對可變主排氣凸輪相位機構(gòu)110的控制輸入DUTY_me。然后，在步驟96中，通過查表(未示出)，根據(jù)目標輔助排氣凸輪相位θmse_cmd來計算對可變輔助排氣凸輪相位機構(gòu)120的控制輸入DUTY_mse。應該注意，在步驟96中，可以通過與在下述步驟106中采用的相同方法來計算控制輸入DUTY_mse。
接著，在步驟97中，通過查表(未示出)，根據(jù)目標排氣凸輪間相位θsse#i_cmd來計算對可變排氣凸輪間相位機構(gòu)130的控制輸入DUTY_sse#i，然后結(jié)束當前程序。
再次參照圖58，如果步驟91的問題的答案為否定的(否)，即，如果沒有正在執(zhí)行發(fā)動機起動控制，則程序進行到步驟98，其中確定用于催化劑加熱控制的上述執(zhí)行時間段Tcat是否小于預定值Tcatlmt。如果該問題的答案為肯定的(是)，則程序進行到步驟99，其中確定油門踏板開度AP是否小于預定值A(chǔ)PREF。
如果該問題的答案為肯定的(是)，即，如果沒有踩下油門踏板，則判定應該進行催化劑加熱控制，從而程序進行到步驟100，其中將目標主排氣凸輪相位θme_cmd設(shè)定為上述預定的空轉(zhuǎn)值θme_idle。
然后，程序進行到步驟101，其中通過查找圖60中所示的表，根據(jù)用于催化劑加熱控制的上述執(zhí)行時間段Tcat，來計算目標輔助排氣凸輪相位的催化劑加熱值θmse_ast。在該附圖中，符號θmseott表示輔助排氣凸輪相位θmse的奧托相位值(＝90度)，這使得排氣門7的氣門正時與由奧托排氣凸輪進行致動的排氣門的氣門正時一致。如圖60所示，將目標輔助排氣凸輪相位的催化劑加熱值θmse_ast設(shè)定為延遲打開側(cè)的值，直到執(zhí)行時間段Tcat達到預定值Tcatref為止，此后將其設(shè)定為提前打開側(cè)的值。如此將催化劑加熱值設(shè)定為提前打開側(cè)的值的原因在于，在相關(guān)活塞的膨脹沖程期間打開排氣門7，從而向催化轉(zhuǎn)化器19a和19b提供高溫廢氣，由此快速地使催化轉(zhuǎn)化器19a和19b中的催化劑活化。
在步驟101之后的步驟102中，通過由方程(55)和(56)表示的響應指定控制算法來計算目標輔助排氣凸輪相位的校正量dθmse。
然后，程序進行到步驟103，其中使用在步驟101和102中計算的值θmse_ast和θmse，通過上述方程(54)來計算目標輔助排氣凸輪相位θmse_cmd。
然后，在步驟104中，與步驟94類似，將目標排氣凸輪間相位θsse#i_cmd(#i＝#2至#4)均設(shè)置為0。此后，程序進行到圖59中的步驟105，其中根據(jù)目標主排氣凸輪相位θme_cmd和主排氣凸輪相位θme來計算對可變主排氣凸輪相位機構(gòu)110的控制輸入DUTY_me。通過與第二SPAS控制器225的上述控制算法相同的算法來計算該控制輸入DUTY_me。
然后，在步驟106中，通過第四SPAS控制器282的控制算法來計算對可變輔助排氣凸輪相位機構(gòu)120的控制輸入DUTY_mse。更具體地，如上所述，通過與第二SPAS控制器225的控制算法相同的算法來計算該控制輸入DUTY_mse。
接下來，程序進行到步驟107，其中根據(jù)目標進氣凸輪間相位θsse#i_cmd和進氣凸輪間相位θsse#i來計算對可變排氣凸輪間相位機構(gòu)130的控制輸入DUTY_sse#i(#i＝#2至#4)，然后結(jié)束當前程序。應該注意，通過與用于計算上述控制輸入DUTY_mse的控制算法相同的算法來計算該控制輸入DUTY_sse#i。
再次參照圖58，如果步驟98或步驟99的問題的答案為否定的(否)，即，如果沒有執(zhí)行發(fā)動機起動控制，并同時如果滿足Tcat≥Tcatlmt或者如果踩下了油門踏板，則程序進行到步驟108，其中通過查找圖61中所示的映像，根據(jù)所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng和發(fā)動機速度NE來計算目標主排氣凸輪相位的正常操作值θme_drv。
如圖61所示，在該映像中，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大或者發(fā)動機速度NE較高時，將正常操作值θme_drv設(shè)定為更提前的值。這是為了在發(fā)動機的負荷較大時，通過提前主排氣凸輪相位θme并由此提前排氣門7的打開/關(guān)閉正時，來提高廢氣排出效率以適當?shù)卮_保發(fā)動機3的輸出。
然后，在步驟109中，將目標主排氣凸輪相位θme_cmd設(shè)定為正常操作值θme_drv。此后，程序進行到步驟110，其中將目標輔助排氣凸輪相位θmse_cmd設(shè)定為預定值θmse_base。將該預定值θmse_base設(shè)定為這樣的值(90度)，以使得排氣門7的氣門正時與由奧托排氣凸輪進行致動的排氣門的氣門正時一致。
在步驟110之后的步驟111中，通過搜索映像(未示出)，根據(jù)所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng和發(fā)動機速度NE來計算目標排氣凸輪間相位θsse#i_cmd(#i＝#2至#4)。在該映像中，將各個目標排氣凸輪間相位θsse#i_cmd設(shè)定為下述的值，該值能夠?qū)τ捎谂艢庀到y(tǒng)的脈動效果而導致的汽缸之間的排氣效率的變化進行補償。然后，如上所述執(zhí)行圖59中的步驟105至107，隨后結(jié)束當前程序。
再次參照圖58，如果步驟90的問題的答案為肯定的(是)，即，如果可變進氣門致動組件40或可變排氣門致動組件90出現(xiàn)故障，則程序進行到步驟112，其中將目標主排氣凸輪相位θme_cmd設(shè)定為上述預定的空轉(zhuǎn)值θme_idle。然后，程序進行到步驟113，其中將目標輔助排氣凸輪相位θmse_cmd設(shè)定為預定的可靠值θmse_fs。將該預定的可靠值θmse_fs設(shè)定為這樣的值(90度)，以使得排氣門7的氣門正時與由奧托排氣凸輪進行致動的排氣門的氣門正時一致。
然后，程序進行到步驟114，其中與步驟94或104相似，將目標排氣凸輪間相位θsse#i_cmd(#i＝#2至#4)均設(shè)置為0。此后，如上所述，執(zhí)行圖59中的步驟95至97，然后結(jié)束當前程序。
接下來，將參照圖62來描述步驟5中的上述節(jié)氣門控制處理。如圖62所示，在該處理的程序中，首先，在步驟120中確定進氣/排氣門故障標志F_VLVNG是否等于1。如果該問題的答案為否定的(否)，即，如果可變進氣門致動組件40和可變排氣門致動組件90都正常，則程序進行到步驟121，其中確定發(fā)動機起動標志F_ENGSTART是否等于1。
如果該問題的答案為肯定的(是)，即，如果執(zhí)行了發(fā)動機起動控制，則程序進行到步驟122，其中將目標開度TH_cmd設(shè)定為預定的起動值THcmd_st。如下面所述，將該預定起動值THcmd_st設(shè)定為稍大于空轉(zhuǎn)值THcmd_idle的值。然后，程序進行到步驟123，其中計算對節(jié)氣門機構(gòu)16的控制輸入DUTY_th，隨后結(jié)束當前程序。通過查表(未示出)，根據(jù)目標開度TH_cmd，具體地計算該控制輸入DUTY_th。
另一方面，如果步驟121的問題的答案為否定的(否)，即，如果沒有執(zhí)行發(fā)動機起動控制，則程序進行到步驟124，其中確定用于催化劑加熱控制的上述執(zhí)行時間段Tcat是否小于預定值Tcatlmt。如果該問題的答案為肯定的(是)，則程序進行到步驟125，其中確定油門踏板開度AP是否小于預定值A(chǔ)PREF。
如果步驟125的問題的答案為肯定的(是)，即，如果沒有踩下油門踏板，則判定應該進行催化劑加熱控制，從而程序進行到步驟126，其中通過查找圖63中所示的表，根據(jù)用于催化劑加熱控制的上述執(zhí)行時間段Tcat，來計算目標開度的催化劑加熱值THcmd_ast。
在圖63中，符號THcmd_idle表示用于發(fā)動機3的空轉(zhuǎn)的空轉(zhuǎn)值。如圖63所示，在該表中，在執(zhí)行時間段Tcat達到預定值Tcat1之前，當執(zhí)行時間段Tcat較短時，將催化劑加熱值THcmd_ast設(shè)定為較大值，而在執(zhí)行時間段Tcat達到預定值Tcat1之后，將催化劑加熱值THcmd_ast設(shè)定為空轉(zhuǎn)值THcmd_idle。
然后，程序進行到步驟127，其中將目標開度TH_cmd設(shè)定為催化劑加熱值THcmd_ast。然后，如上所述執(zhí)行步驟123，隨后結(jié)束當前程序。
另一方面，如果步驟124或步驟125的問題的答案為否定的(否)，即，如果沒有正在執(zhí)行發(fā)動機起動控制，并同時如果滿足Tcat≥Tcatlmt或者如果踩下了油門踏板，則程序進行到步驟128，其中通過搜索圖64中所示的映像，根據(jù)所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng和發(fā)動機速度NE來計算目標開度的正常操作值THcmd_drv。
如圖64所示，在該映像中，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大或者發(fā)動機速度NE較高時，將正常操作值THcmd_drv設(shè)定為較大值。這是因為當發(fā)動機3的負荷較高時，需要更大量的進氣以確保發(fā)動機的較大輸出。
然后，在步驟129中，將目標開度TH_cmd設(shè)定為正常操作值THcmd_drv。此后，如上所述執(zhí)行步驟123，隨后結(jié)束當前程序。
另一方面，如果步驟120的問題的答案為肯定的(是)，即，如果可變進氣門致動組件40或可變排氣門致動組件90出現(xiàn)故障，則程序進行到步驟130，其中通過搜索圖65中所示的映像，根據(jù)油門踏板開度AP和發(fā)動機速度NE，來計算目標開度的可靠值THcmd_fs。如圖65所示，在該映像中，當油門踏板開度AP較大或者發(fā)動機速度NE較高時，將該可靠值THcmd_fs設(shè)定為較大值。其原因與上述的計算正常操作值THcmd_drv的相同。
接下來，程序進行到步驟131，其中將目標開度TH_cmd設(shè)為故障時間值THcmd_fs。然后，如上所述執(zhí)行步驟123，隨后結(jié)束當前程序。
應該注意，通過上述控制處理，將各個控制輸入DUTY_mi、DUTY_msi、DUTY_ssi#i、DUTY_me、DUTY_mse、DUTY_sse#i和DUTY_th設(shè)定為脈沖信號、電流信號和電壓信號中的任何一種，根據(jù)計算結(jié)果來設(shè)定它們的占空比。
接下來，將參照圖66來描述由控制系統(tǒng)執(zhí)行的上述發(fā)動機控制的操作，主要是在發(fā)動機起動和催化劑加熱控制期間執(zhí)行的操作。
如圖66所示，在發(fā)動機起動控制期間(從t0至t1)，將目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd設(shè)定為預定的起動值θmsi_st(步驟63)，從而將輔助進氣凸輪相位θmsi控制為延遲關(guān)閉側(cè)的值，并同時將目標開度TH_cmd設(shè)定為預定的起動值THcmd_st(步驟122)。因此，將節(jié)氣門開度TH控制為半開狀態(tài)。結(jié)果，將汽缸進氣量Gcyl控制為較小但足夠大以起動發(fā)動機3的值。因此，在發(fā)動機3起動時，可以將不能僅由節(jié)氣門17的節(jié)流進行控制的汽缸進氣量Gcyl減小為僅足以起動發(fā)動機3的值，從而可以相應地減少燃料噴射量。這使得可以減少廢氣的體積，從而使得可以減少在發(fā)動機起動控制期間排出的、廢氣中的未燃燒部分的總量。
另外，由于將目標輔助排氣凸輪相位θmse_cmd設(shè)定為預定的起動值θmse_st(步驟93)，因此可以將輔助排氣凸輪相位θmse控制在延遲打開側(cè)，從而可以將燃氣保持在汽缸內(nèi)較長時間，由此使得可以減少廢氣中的未燃燒HC。另外，將目標空燃比KCMD控制為比與化學計量的空燃比相對應的值KCMDST稍微富油的值，并同時將點火正時θig控制為相對于用于發(fā)動機3的正常空轉(zhuǎn)的值θigidle提前的值，從而可以提高混合物的可燃性。
當通過發(fā)動機起動控制使發(fā)動機3完全起動(起動以進行完全燃燒)時(時間t1)，開始執(zhí)行催化劑加熱控制。更具體地，將目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd設(shè)定為催化劑加熱值θmsi_cw(步驟72)，從而將輔助進氣凸輪相位θmsi控制為使其變得從延遲關(guān)閉側(cè)接近奧托相位值θmsiott。這減小了進氣門6的延遲關(guān)閉的程度，從而增加了汽缸進氣量Gcyl，導致廢氣體積增加。另外，由于將目標輔助排氣凸輪相位θmse_cmd設(shè)定為催化劑加熱值θmse_ast和校正量dθmse的總和(步驟103)，所以將輔助排氣凸輪相位θmse控制為使其從延遲打開側(cè)變化到提前打開側(cè)，從而在相關(guān)活塞的壓縮沖程期間排出高溫廢氣。另外，由于點火正時θig延遲了預定值dθig，所以廢氣的溫度升高。這使得可以快速地使催化轉(zhuǎn)化器19a和19b中的催化劑活化。
另外，由于將目標空燃比KCMD控制為貧油側(cè)的值，所以可以減少廢氣中的未燃燒HC。此外，將發(fā)動機速度NE控制為等于目標發(fā)動機速度NE_cmd。
另外，在催化劑加熱控制結(jié)束之后(在t2之后)，基于上述程序，根據(jù)發(fā)動機3的工作狀態(tài)(包括所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng)來執(zhí)行正常操作控制。
接下來，對于所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng的以下各個范圍(L1)至(L6)，將參照圖67來描述在正常操作控制期間由控制系統(tǒng)執(zhí)行的操作。
(L1)TRQ_idle≤TRQ_eng＜TRQ_disc在該范圍內(nèi)，根據(jù)上述基值θmsi_base的設(shè)定，將輔助進氣凸輪相位θmsi控制為延遲關(guān)閉側(cè)的大致固定值。另外，由于沒有通過節(jié)氣門17減少進氣量，所以將進氣管絕對壓力PBA控制為稍低于大氣壓Patm的大致固定值。另外，將汽缸進氣量Gcyl控制為大致固定值。將主燃料噴射率Rt_Pre設(shè)定為最大值Rtmax；將目標空燃比KCMD設(shè)定為在上述甚貧油區(qū)域內(nèi)的值；并且執(zhí)行分層燃燒操作。
(L2)TRQ_disc≤TRQ_eng＜TRQ1在該范圍內(nèi)，根據(jù)上述基值θmsi_base的設(shè)定，將輔助進氣凸輪相位θmsi控制為相對于其在所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng處于上述范圍(L1)內(nèi)時設(shè)定的值大大延遲的值，并同時當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時使得進氣門6的延遲關(guān)閉的程度變小。另外，將汽缸進氣量Gcyl控制為比其在范圍(L1)內(nèi)的值小的值，并同時當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時使其變大。另外，將目標空燃比KCMD控制為保持上述貧油區(qū)域內(nèi)的值，該值比在所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng處于范圍(L1)內(nèi)時設(shè)定的值要富油。將進氣管絕對壓力PBA和主燃料噴射率Rt_Pre都控制為保持其在所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng處于范圍(L1)內(nèi)時設(shè)定的值。
(L3)TRQ1＜TRQ_eng≤TRQott在該范圍內(nèi)，根據(jù)上述基值θmsi_base的設(shè)定，將輔助進氣凸輪相位θmsi控制為使其具有與在所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng處于范圍(L2)內(nèi)時相同的趨勢。具體地，當滿足TRQ_eng＝TRQott時，將輔助進氣凸輪相位θmsi控制為奧托相位值θmsiott，這意味著將發(fā)動機3控制為奧托循環(huán)操作。另外，將目標空燃比KCMD和汽缸進氣量Gcyl控制為使得它們具有與在所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng處于范圍(L2)內(nèi)時相同的趨勢。另外，在該范圍(L3)內(nèi)，通過渦輪增壓器裝置10執(zhí)行增壓操作，從而當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，將進氣管絕對壓力PBA控制為較高值。另外，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，將主燃料噴射率Rt_Pre控制為較小值。換言之，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，將輔助燃料噴射閥15的燃料噴射量Tout_sub控制為較大值。這是為了通過燃料蒸發(fā)冷卻裝置12來獲得冷卻效果。
(L4)TRQott＜TRQ_eng＜TRQ2在該范圍內(nèi)，將輔助進氣凸輪相位θmsi控制為使得當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，進氣門6的提前關(guān)閉的程度變大。如上所述，這是為了通過高膨脹率循環(huán)操作來提高燃燒效率。另外，將汽缸進氣量Gcyl、目標空燃比KCMD、主燃料噴射率Rt_Pre和進氣管絕對壓力PBA控制為使得它們具有與在所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng處于范圍(L3)內(nèi)時相同的趨勢。具體地，與上面類似，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，將進氣管絕對壓力PBA控制為較大值。這是為了通過增壓操作來提高充氣效率，以增大由發(fā)動機3產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，從而對將輔助進氣凸輪相位θmsi控制在提前關(guān)閉側(cè)時導致的轉(zhuǎn)矩減小進行補償。
(L5)TRQ2≤TRQ_eng＜TRQ4在該范圍內(nèi)，將輔助進氣凸輪相位θmsi控制為使得當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，進氣門6的提前關(guān)閉的程度變大，這導致進氣的有效壓縮體積增加。這是為了通過控制輔助進氣凸輪相位θmsi來對由發(fā)動機3產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩減小進行補償，由于如上所述，所以當在通過限制增壓操作而降低充氣效率的狀態(tài)下將進氣門6的提前關(guān)閉的程度控制為較大時，由發(fā)動機3產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩減小。
另外，將進氣管絕對壓力PBA控制為保持TRQ2≤TRQ_eng＜TRQ3的范圍內(nèi)的固定值，并且當在TRQ3＜TRQ_eng＜TRQ4的范圍內(nèi)所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，將其控制為較小值。另外，與在范圍(L3)中相似，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，將主燃料噴射率Rt_Pre控制為較小值。如上所述，在范圍(L5)內(nèi)，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，限制由渦輪增壓器裝置10執(zhí)行的增壓操作，并同時將由燃料蒸發(fā)冷卻裝置12實現(xiàn)的冷卻效果控制為增加。這使得可以在不進行用于延遲點火正時的延遲控制的情況下，防止在發(fā)動機3中出現(xiàn)爆震。應該注意，在配備有渦輪增壓器裝置的傳統(tǒng)發(fā)動機的情況下，如果不進行用于延遲點火正時的延遲控制，則在所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng的該范圍(L5)內(nèi)，在發(fā)動機中會出現(xiàn)爆震。
(L6)TRQ4≤TRQ_eng該范圍與非常高的負荷區(qū)域相對應，從而不能通過限制渦輪增壓器裝置10的增壓操作和燃料蒸發(fā)冷卻裝置12的冷卻效果，來防止在發(fā)動機3中出現(xiàn)爆震。因此，執(zhí)行用于延遲點火正時的延遲控制。更具體地，當所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng較大時，將目標空燃比KCMD控制為較富油的值。同時，將輔助進氣凸輪相位θmsi控制為奧托相位值θmsiott；將汽缸進氣量Gcyl控制為大致固定值；將主燃料噴射率Rt_Pre控制為最小值Rtmin；并且將進氣管絕對壓力PBA控制為保持大致固定值。
如上所述，根據(jù)本實施例的控制系統(tǒng)1，基于由方程(2)表示的受控對象模型，通過由方程(8)至(13)表示的識別算法來識別模型參數(shù)的向量θs，并且SLD控制器224根據(jù)該模型參數(shù)的向量θs來計算目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd，使得汽缸進氣量Gcyl收斂為目標進氣量Gcyl_cmd。因此，利用自適應控制算法來計算目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd，因此即使由于氣流傳感器21的老化或者可變進氣門致動組件40的動態(tài)特性的變化或老化，而使受控對象的動態(tài)特性受到變化或者老化的影響，也可以使受控對象模型的動態(tài)特性適于其實際動態(tài)特性，同時避免受其影響，由此使得汽缸進氣量Gcyl快速且穩(wěn)定地收斂為目標進氣量Gcyl_cmd。這使得可以保證高的魯棒性，并提高空燃比控制的可控性，由此可以避免出現(xiàn)扭矩變化和轉(zhuǎn)速變化，并改善燃燒狀態(tài)。結(jié)果，可以提高駕駛性能并減少廢氣排放。
此外，狀態(tài)預測器22根據(jù)由方程(2)表示的受控對象模型，利用由方程(7)表示的預測算法來計算預測進氣量Pre_Gcyl。這使得可以將預測進氣量Pre_Gcyl計算為其中對受控對象的停滯時間“d”進行了補償?shù)闹?，并且由于使用由此計算的預測進氣量Pre_Gcyl來執(zhí)行由板載識別器223進行的識別計算以及由SLD控制器224進行的目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd的計算，所以可以計算出目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd，同時對受控對象的停滯時間“d”進行補償。這使得可以改善汽缸進氣量Gcyl到目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd的收斂性，結(jié)果，可以進一步提高駕駛性能并進一步減少廢氣排放。
此外，SLD控制器224利用由方程(15)至(22)表示的滑動模式控制算法來計算目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd，使得汽缸進氣量Gcyl收斂為目標進氣量Gcyl_cmd。因此，可以通過設(shè)定切換函數(shù)設(shè)定參數(shù)Ss，根據(jù)需要來指定汽缸進氣量Gcyl到目標進氣量Gcyl_cmd的收斂行為和收斂速度。因此，可以根據(jù)受控對象的特性，將汽缸進氣量Gcyl收斂為目標進氣量Gcyl_cmd的收斂速度設(shè)定為適當?shù)闹担纱丝梢允蛊走M氣量Gcyl快速且穩(wěn)定地收斂為目標進氣量Gcyl_cmd，同時防止振蕩和過沖行為。結(jié)果，可以進一步提高駕駛性能并進一步減少廢氣排放。
如上所述，根據(jù)本實施例的控制系統(tǒng)1，利用由方程(7)表示的預測算法來計算預測進氣量Pre_Gcyl，并且包括用于對預測進氣量Pre_Gcyl和汽缸進氣量Gcyl之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行補償?shù)难a償參數(shù)γ1，作為預測方程(7)中的多個預測系數(shù)中的加項，從而可以將預測計算進氣量Pre_Gcyl計算為其中直接反映了補償參數(shù)γ1的值。此外，利用由方程(8)至(13)表示的識別算法來識別包括補償參數(shù)γ1在內(nèi)的預測系數(shù)向量θs，使得識別誤差ide(預測進氣量Pre_Gcyl和汽缸進氣量Gcyl之間的差值)最小，因此可以將預測系數(shù)向量θs識別為用于使預測進氣量Pre_Gcyl的動態(tài)特性與汽缸進氣量Gcyl的動態(tài)特性精確匹配的值，由此使得可以對預測進氣量Pre_Gcyl和汽缸進氣量Gcyl之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行補償。具體地，如上所述識別的補償參數(shù)γ1作為加項包含在預測方程(7)中，這使得可以對預測進氣量Pre_Gcyl和汽缸進氣量Gcyl之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行有效的補償。此外，如上所述，由于如上識別的補償參數(shù)γ1可以直接反映在預測進氣量Pre_Gcyl中，所以可以提高預測進氣量Pre_Gcyl的預測精度。
此外，根據(jù)如上識別的預測系數(shù)向量θs，利用由方程(15)至(21)表示的滑動模式控制算法來計算目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd，使得汽缸進氣量Gcyl收斂為目標進氣量Gcyl_cmd。因此，可以使汽缸進氣量Gcyl快速且穩(wěn)定地收斂為目標進氣量Gcyl_cmd，同時防止振蕩和過沖行為。此外，當采用滑動模式控制算法時，將目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd計算為包括氣門控制輸入Uvt(其為前饋項)在內(nèi)的三個輸入的總和(Ueq+Urch+Uvt)，從而即使存在作為對于目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd的解的兩個解(位于提前關(guān)閉側(cè)和延遲關(guān)閉側(cè)的值)時，氣門控制輸入Uvt也使得可以強制地選擇這兩個解之一，作為目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd的解。此外，由于補償參數(shù)γ1包括在由板載識別器223識別的預測系數(shù)向量θs中，所以如上所述，可以使汽缸進氣量Gcyl收斂為目標進氣量Gcyl_cmd，同時對氣門控制輸入Uvt的不利影響進行補償。
此外，由于可變進氣門致動組件40被形成為液壓驅(qū)動型，所以與使用其中進氣門6的氣門元件由螺線管的電磁力來驅(qū)動的類型的可變進氣門致動組件的情況相比，可以在較高負載區(qū)域內(nèi)更加確定地打開和關(guān)閉進氣門6，并且可以減少進氣門6的功耗和操作噪聲。
此外，進氣門致動組件50(包括主進氣凸輪43和輔助進氣凸輪44、主進氣凸輪軸41和輔助進氣凸輪軸42、連桿50，以及進氣搖臂51)和可變輔助進氣凸輪相位裝置70的組合可以實現(xiàn)能夠根據(jù)需要改變輔助進氣凸輪相位θmsi的結(jié)構(gòu)，即，可以根據(jù)需要改變進氣門6的氣門關(guān)閉正時和氣門升程的結(jié)構(gòu)。
應該注意，當不需要輔助進氣凸輪相位變化機構(gòu)70具有高的響應性時(例如，當在上述進氣門控制處理中，僅需要執(zhí)行進氣門6的延遲關(guān)閉控制和提前關(guān)閉控制之一時)，與主進氣凸輪相位變化機構(gòu)60相似，可以使用油壓泵63和電磁閥機構(gòu)64來代替油壓活塞機構(gòu)73和電極74。在這種情況下，控制系統(tǒng)1可以被構(gòu)造為如圖68所示。
如圖68所示，該控制系統(tǒng)1設(shè)置有DUTY_msi計算部分300和節(jié)氣門打開控制器301，而不是DUTY_th計算部分200和輔助進氣凸輪相位控制器220。在DUTY_msi計算部分300中，根據(jù)所需驅(qū)動轉(zhuǎn)矩TRQ_eng，通過查表來計算目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd，然后根據(jù)所計算的目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd，通過查表來計算控制輸入DUTY_msi。另外，在節(jié)氣門打開控制器301中，根據(jù)汽缸進氣量Gcyl和目標進氣量Gcyl_cmd，通過與上述第一SPAS控制器221相同的控制算法來計算目標開度TH_cmd，然后根據(jù)所計算的目標開度TH_cmd，通過與上述第二SPAS控制器225相同的控制算法來計算控制輸入DUTY_th。當如上構(gòu)造控制系統(tǒng)1時，即使輔助進氣凸輪相位改變機構(gòu)70的響應性較低，也可以適當?shù)乜刂戚o助進氣凸輪相位θmsi，同時防止輔助進氣凸輪相位改變機構(gòu)70的低響應性的不利影響。
此外，盡管在以上實施例中，輔助進氣凸輪相位控制器220配備有第一SPAS控制器221和第二SPAS控制器225，但是并不限于此，而是可以采用僅配備有第一SPAS控制器221的輔助進氣凸輪相位控制器。在這種情況下，僅需要例如通過參照一表，根據(jù)由第一SPAS控制器221計算的目標輔助進氣凸輪相位θmsi_cmd來計算控制輸入DUTY_msi。
此外，盡管在上述實施例中，通過示例的方式，在第一和第二SPAS控制器221和225中使用滑動模式控制算法作為響應指定控制算法，但是并不限于此，而是可以采用反推控制算法等，只要其為響應指定控制算法。
此外，盡管在上述實施例中，通過示例的方式，將可變進氣門致動組件40用作可變進氣門正時裝置，但是并不限于此，而是可以使用任意裝置，只要它能夠通過改變進氣門6的氣門正時來改變被吸入到汽缸中的進氣量。例如，可以采用通過電磁力來驅(qū)動進氣門6的氣門正時的電磁驅(qū)動氣門機構(gòu)作為可變進氣門正時裝置。
此外，盡管在以上實施例中，將根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)應用于汽車內(nèi)燃機(作為設(shè)備)的進氣系統(tǒng)，但是并不限于此，而是應該理解為，根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)可以應用于作為設(shè)備的各種工業(yè)機器。此外，根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)不僅可以應用于汽車的內(nèi)燃機(根據(jù)上述實施例)，而且可以應用于諸如安裝在船只上的內(nèi)燃機。
工業(yè)適用性如上所述，根據(jù)本發(fā)明第一和第二方面的用于內(nèi)燃機的進氣量控制系統(tǒng)使得可以保證高魯棒性并提高進氣量控制的可控性，由此可以將其用于包括汽車內(nèi)燃機在內(nèi)的各種內(nèi)燃機，作為可以提高駕駛性能并減少廢氣排放的進氣控制系統(tǒng)。此外，根據(jù)本發(fā)明第三和第四方面的控制系統(tǒng)使得可以對設(shè)備輸出的預定值與該輸出的檢測值之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行補償，由此可以將其用于作為設(shè)備的各種工業(yè)設(shè)備，包括車輛內(nèi)燃機的進氣系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機的進氣量控制系統(tǒng)，其根據(jù)需要，通過可變進氣門正時裝置對被吸入到汽缸中的進氣量進行可變控制，該可變進氣門正時裝置改變進氣門的氣門正時，該進氣量控制系統(tǒng)包括估計進氣量計算裝置，用于計算估計進氣量，作為被吸入到汽缸中的進氣量的估計值；目標進氣量設(shè)定裝置，用于將目標進氣量設(shè)定為所述進氣量要被控制成的目標；識別裝置，用于利用預定的識別算法，根據(jù)受控對象模型對該受控對象模型的所有模型參數(shù)進行識別，其中對該受控對象模型輸入用于對所述可變進氣門正時裝置進行控制的控制命令值，并從該受控對象模型輸出所述估計進氣量；控制命令值計算裝置，用于根據(jù)所識別的所有模型參數(shù)來計算所述控制命令值，使得所述估計進氣量收斂為所述目標進氣量；以及控制裝置，用于根據(jù)所計算的控制命令值來控制所述可變進氣門正時裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進氣量控制系統(tǒng)，其中所述控制命令值計算裝置利用預定的預測算法來計算所述估計進氣量的預測值，并進一步根據(jù)所述估計進氣量的預測值來計算所述控制命令值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的進氣量控制系統(tǒng)，其中所述控制命令值計算裝置還利用預定的響應指定控制算法來計算所述控制命令值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進氣量控制系統(tǒng)，其中所述可變進氣門正時裝置包括進氣搖臂，其可繞樞軸轉(zhuǎn)動地運動，由此對所述進氣門進行致動，以打開和關(guān)閉所述進氣門；可移動樞軸，其可繞樞軸轉(zhuǎn)動地可移動地支撐所述進氣搖臂；第一和第二進氣凸輪軸，其以相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動；可變進氣凸輪相位機構(gòu)，其改變所述第一和第二進氣凸輪軸之間的相對相位；第一進氣凸輪，其設(shè)置在所述第一進氣凸輪軸上，以隨著所述第一進氣凸輪軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，由此使所述進氣搖臂繞所述樞軸可繞樞軸轉(zhuǎn)動地運動；以及第二進氣凸輪，其設(shè)置在所述第二進氣凸輪軸上，以隨著所述第二進氣凸輪軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，由此移動所述進氣搖臂的所述樞軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進氣量控制系統(tǒng)，其中所述可變進氣門正時裝置包括進氣搖臂，其可繞樞軸轉(zhuǎn)動地運動，由此對所述進氣門進行致動，以打開和關(guān)閉所述進氣門；可移動樞軸，其可繞樞軸轉(zhuǎn)動地可移動地支撐所述進氣搖臂；第一和第二進氣凸輪軸，其以相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動；可變進氣凸輪相位機構(gòu)，其改變所述第一和第二進氣凸輪軸之間的相對相位；第一進氣凸輪，其設(shè)置在所述第一進氣凸輪軸上，以隨著所述第一進氣凸輪軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，由此使所述進氣搖臂繞所述樞軸可繞樞軸轉(zhuǎn)動地運動；以及第二進氣凸輪，其設(shè)置在所述第二進氣凸輪軸上，以隨著所述第二進氣凸輪軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，由此移動所述進氣搖臂的所述樞軸。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的進氣量控制系統(tǒng)，其中所述可變進氣凸輪相位機構(gòu)由液壓驅(qū)動的可變進氣凸輪相位機構(gòu)形成，通過提供油壓來驅(qū)動該液壓驅(qū)動的可變進氣凸輪相位機構(gòu)，并且其中所述控制裝置對提供給所述液壓驅(qū)動的可變進氣凸輪相位機構(gòu)的油壓進行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的進氣量控制系統(tǒng)，其中所述可變進氣凸輪相位機構(gòu)由液壓驅(qū)動的可變進氣凸輪相位機構(gòu)形成，通過提供油壓來驅(qū)動該液壓驅(qū)動的可變進氣凸輪相位機構(gòu)，并且其中所述控制裝置對提供給所述液壓驅(qū)動的可變進氣凸輪相位機構(gòu)的油壓進行控制。
8.一種用于內(nèi)燃機的進氣量控制系統(tǒng)，其根據(jù)需要，通過可變進氣門正時裝置對被吸入到汽缸中的進氣量進行可變控制，該可變進氣門正時裝置改變進氣門的氣門正時，該進氣量控制系統(tǒng)包括估計進氣量計算裝置，用于計算估計進氣量，作為被吸入到汽缸中的進氣量的估計值；目標進氣量設(shè)定裝置，用于將目標進氣量設(shè)定為所述進氣量要被控制成的目標；預測值計算裝置，用于利用預定的預測算法來計算所述估計進氣量的預測值；控制命令值計算裝置，用于根據(jù)所述估計進氣量的預測值來計算所述控制命令值，使得所述估計進氣量收斂為所述目標進氣量；以及控制裝置，用于根據(jù)所計算的控制命令值來控制所述可變進氣門正時裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的進氣量控制系統(tǒng)，其中所述控制命令值計算裝置還利用預定的響應指定控制算法來計算所述控制命令值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的進氣量控制系統(tǒng)，其中所述可變進氣門正時裝置包括進氣搖臂，其可繞樞軸轉(zhuǎn)動地運動，從而對所述進氣門進行致動，以打開和關(guān)閉所述進氣門；可移動樞軸，其可繞樞軸轉(zhuǎn)動地可移動地支撐所述進氣搖臂；第一和第二進氣凸輪軸，其以相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動；可變進氣凸輪相位機構(gòu)，其改變所述第一和第二進氣凸輪軸之間的相對相位；第一進氣凸輪，其設(shè)置在所述第一進氣凸輪軸上，以隨著所述第一進氣凸輪軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，由此使所述進氣搖臂繞所述樞軸可繞樞軸轉(zhuǎn)動地運動；以及第二進氣凸輪，其設(shè)置在所述第二進氣凸輪軸上，以隨著所述第二進氣凸輪軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，由此移動所述進氣搖臂的所述樞軸。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的進氣量控制系統(tǒng)，其中所述可變進氣門正時裝置包括進氣搖臂，其可繞樞軸轉(zhuǎn)動地運動，從而對所述進氣門進行致動，以打開和關(guān)閉所述進氣門；可移動樞軸，其可繞樞軸轉(zhuǎn)動地可移動地支撐所述進氣搖臂；第一和第二進氣凸輪軸，其以相同的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動；可變進氣凸輪相位機構(gòu)，其改變所述第一和第二進氣凸輪軸之間的相對相位；第一進氣凸輪，其設(shè)置在所述第一進氣凸輪軸上，以隨著所述第一進氣凸輪軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，由此使所述進氣搖臂繞所述樞軸可繞樞軸轉(zhuǎn)動地運動；以及第二進氣凸輪，其設(shè)置在所述第二進氣凸輪軸上，以隨著所述第二進氣凸輪軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，由此移動所述進氣搖臂的所述樞軸。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的進氣量控制系統(tǒng)，其中所述可變進氣凸輪相位機構(gòu)由液壓驅(qū)動的可變進氣凸輪相位機構(gòu)形成，通過提供油壓來驅(qū)動該液壓驅(qū)動的可變進氣凸輪相位機構(gòu)，并且其中所述控制裝置對提供給所述液壓驅(qū)動的可變進氣凸輪相位機構(gòu)的油壓進行控制。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的進氣量控制系統(tǒng)，其中所述可變進氣凸輪相位機構(gòu)由液壓驅(qū)動的可變進氣凸輪相位機構(gòu)形成，通過提供油壓來驅(qū)動該液壓驅(qū)動的可變進氣凸輪相位機構(gòu)，并且其中所述控制裝置對提供給所述液壓驅(qū)動的可變進氣凸輪相位機構(gòu)的油壓進行控制。
14.一種用于控制設(shè)備的控制系統(tǒng)，其包括輸出檢測裝置，用于檢測來自所述設(shè)備的輸出；目標值設(shè)定裝置，用于設(shè)定來自所述設(shè)備的輸出的目標值；以及預測裝置，用于利用預定的預測算法來預測來自所述設(shè)備的輸出的預測值，該預定的預測算法是根據(jù)所述設(shè)備的受控對象模型而得到的，并且限定了對所述設(shè)備的輸入、所述設(shè)備的輸出，以及所述設(shè)備的輸出的預測值之間的關(guān)系，其中所述預定的預測算法包括多個預測系數(shù)，這些預測系數(shù)包括作為加項和減項之一的補償參數(shù)，用于對所述設(shè)備的輸出的預測值與所述設(shè)備的輸出之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行補償，所述控制系統(tǒng)還包括識別裝置，用于利用預定的識別算法來識別所述預測系數(shù)，使得所述設(shè)備的輸出的預測值與所述設(shè)備的檢測輸出之間的差值變得最??；以及控制命令值確定裝置，用于根據(jù)所識別的預測系數(shù)，利用預定的控制算法來確定用于控制對所述設(shè)備的輸入的控制命令值，使得所述設(shè)備的檢測輸出收斂為所設(shè)定的目標值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的控制系統(tǒng)，其中所述預定的控制算法是預定的響應指定控制算法。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制系統(tǒng)，其中利用所述預定的響應指定控制算法，將所述控制命令值確定為多個命令值分量的總和，并且其中所述多個命令值分量包括選擇命令值分量，用于當存在所述控制命令值的兩個解時選擇這兩個解中的一個。
17.一種控制系統(tǒng)，其根據(jù)需要，通過可變進氣門正時裝置對被吸入到汽缸中的進氣量進行可變控制，該可變進氣門正時裝置改變進氣門的氣門正時，該控制系統(tǒng)包括汽缸進氣量檢測裝置，用于檢測汽缸進氣量，作為被吸入到汽缸中的進氣量；目標值設(shè)定裝置，用于設(shè)定所述汽缸進氣量的目標值；以及預測裝置，用于利用預定的預測算法來預測所述汽缸進氣量的預測值，該預定的預測算法是基于受控對象模型而得到的，其中向該受控對象模型輸入表示所述進氣門的氣門正時的值，該值是通過所述可變進氣門正時裝置來設(shè)定的，并且從該受控對象模型輸出所述汽缸進氣量，并且該受控對象模型限定了表示所述進氣門的氣門正時的值、所述汽缸進氣量，以及所述汽缸進氣量的預測值之間的關(guān)系，其中所述預定的預測算法包括多個預測系數(shù)，這些預測系數(shù)包括作為加項和減項之一的補償參數(shù)，用于對所述汽缸進氣量的預測值與所述汽缸進氣量之間的穩(wěn)態(tài)偏差進行補償，所述控制系統(tǒng)還包括識別裝置，用于利用預定的識別算法來識別這些預測系數(shù)，使得所述汽缸進氣量的預測值與所檢測的汽缸進氣量之間的差值變得最??；以及控制命令值確定裝置，用于根據(jù)所識別的預測系數(shù)，利用預定的控制算法來確定用于對所述可變進氣門正時裝置進行控制的控制命令值，使得所檢測的汽缸進氣量收斂為所設(shè)定的目標值。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的控制系統(tǒng)，其中所述預定的控制算法是預定的響應指定控制算法。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的控制系統(tǒng)，其中通過所述預定的響應指定控制算法，將所述控制命令值確定為多個命令值分量的總和，并且其中所述多個命令值分量包括選擇命令值分量，用于當存在所述控制命令值的兩個解時選擇這兩個解中的一個。
全文摘要
一種內(nèi)燃機的進氣量控制系統(tǒng)，其能夠保證高魯棒性并提高進氣量控制的可控性，由此提高駕駛性能并減少廢氣排放。內(nèi)燃機(3)的控制系統(tǒng)(1)包括ECU(2)，該控制系統(tǒng)(1)根據(jù)需要通過可變進氣門致動組件(40)，對被吸入到汽缸(#1至#4)中的進氣量進行可變控制。ECU(2)計算汽缸進氣量(Gcyl)和目標進氣量(Gcyl_cmd)(步驟16)，根據(jù)受控對象模型[方程(2)]，利用識別算法[方程(8)至(13)]來識別該受控對象模型的所有模型參數(shù)的向量(θs)，根據(jù)該向量(θs)，利用滑動模式控制算法[方程(15)]來計算目標輔助進氣凸輪相位(θmsi_cmd)(步驟80)，并根據(jù)目標輔助進氣凸輪相位(θmsi_cmd)來控制可變進氣門致動組件(40)。
文檔編號F01L13/00GK1816689SQ20048001935
公開日2006年8月9日 申請日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月7日
發(fā)明者安井裕司, 米川明之 申請人:本田技研工業(yè)株式會社