内燃机的进气量控制系统以及控制系统

摘要

一种内燃机的进气量控制系统，其能够保证高鲁棒性并提高进气量控制的可控性，由此提高驾驶性能并减少废气排放。内燃机(3)的控制系统(1)包括ECU(2)，该控制系统(1)根据需要通过可变进气门致动组件(40)，对被吸入到汽缸(#1至#4)中的进气量进行可变控制。ECU(2)计算汽缸进气量(Gcyl)和目标进气量(Gcyl_cmd)(步骤16)，根据受控对象模型[方程(2)]，利用识别算法[方程(8)至(13)]来识别该受控对象模型的所有模型参数的向量(θs)，根据该向量(θs)，利用滑动模式控制算法[方程(15)]来计算目标辅助进气凸轮相位(θmsi_cmd)(步骤80)，并根据目标辅助进气凸轮相位(θmsi_cmd)来控制可变进气门致动组件(40)。

权利要求

1.一种用于内燃机的进气量控制系统，其根据需要，通过可变进气门正时装置对被吸入到汽缸中的进气量进行可变控制，该可变进气门正时装置改变进气门的气门正时，该进气量控制系统包括：估计进气量计算装置，用于计算估计进气量，作为被吸入到汽缸中的进气量的估计值；

目标进气量设定装置，用于将目标进气量设定为所述进气量要被控制成的目标；

预测值计算装置，用于利用预定的预测算法来计算所述估计进气量的预测值；

控制命令值计算装置，用于根据所述估计进气量的预测值来计算所述控制命令值，使得所述估计进气量收敛为所述目标进气量；以及控制装置，用于根据所计算的控制命令值来控制所述可变进气门正时装置，其中所述可变进气门正时装置包括：进气摇臂，其可绕枢轴转动地运动，从而对所述进气门进行致动，以打开和关闭所述进气门；

可移动枢轴，其可绕枢轴转动地可移动地支撑所述进气摇臂；

第一和第二进气凸轮轴，其以相同的转速转动；

可变进气凸轮相位机构，其改变所述第一和第二进气凸轮轴之间的相对相位；

第一进气凸轮，其设置在所述第一进气凸轮轴上，以随着所述第一进气凸轮轴的转动而转动，由此使所述进气摇臂绕所述枢轴可绕枢轴转动地运动；以及第二进气凸轮，其设置在所述第二进气凸轮轴上，以随着所述第二进气凸轮轴的转动而转动，由此移动所述进气摇臂的所述枢轴。

2.根据权利要求1所述的进气量控制系统，其中所述控制命令值计算装置还利用预定的响应指定控制算法来计算所述控制命令值。

3.根据权利要求1所述的进气量控制系统，其中所述可变进气凸轮相位机构由液压驱动的可变进气凸轮相位机构形成，通过提供油压来驱动该液压驱动的可变进气凸轮相位机构，并且其中所述控制装置对提供给所述液压驱动的可变进气凸轮相位机构的油压进行控制。

说明书

内燃机的进气量控制系统以及控制系统

[0001] 本申请是原案申请号为200480019352.6的发明专利申请(国际申请号：PCT/JP2004/007355，申请日：2004年5月28日，发明名称：内燃机的进气量控制系统以及控制系统)的分案申请。

技术领域

[0002] 本发明涉及一种内燃机的进气量控制系统，其改变进气门的气门正时，由此根据需要来改变被吸入到汽缸中的进气量，还涉及一种控制系统，其利用基于受控对象模型的控制算法确定对设备(plant)的输入，来对该设备进行控制，该受控对象模型定义了对该设备的输入与该设备的输出之间的关系。

背景技术

[0003] 传统上，专利文献1中描述的内燃机的进气量控制系统被认为是上述类型的进气量控制系统。该内燃机对于每一个汽缸设置有电磁阀机构和气门升程传感器，其根据需要改变各个汽缸的相对于气门打开正时的气门关闭正时。该气门升程传感器检测各个汽缸的气门升程量。如下文所述，在这种进气量控制系统中，为了控制空转速度，通过电磁阀机构对各个进气门的气门关闭正时进行控制，由此控制进气量。

[0004] 更具体地，根据目标内燃机转速来计算用于前馈控制的目标进气量，此外，根据由气门升程传感器检测的各个进气门的气门关闭正时，来计算所有汽缸的进气门的气门关闭正时的平均值。然后，计算该平均值与汽缸的气门关闭正时之间的差值的绝对值的最大值。此外，根据该差值的绝对值的最大值，计算用于反馈控制的增益。根据该增益来计算用于反馈控制的目标进气量，并且根据用于反馈控制和前馈控制等的两个目标进气量，来计算各个进气门的气门关闭正时，并通过所计算的气门关闭正时对进气门的气门关闭正时进行控制。如上所述对各个进气门的气门关闭正时进行控制，由此来控制空转速度，使其收敛为目标内燃机转速。

[0005] 根据传统的进气量控制系统，基于由气门升程传感器检测的进气门的气门关闭正时，来计算用于反馈控制的增益，并且根据所计算的增益来计算用于反馈控制的目标进气量。此外，根据用于反馈控制的该目标进气量，仅对进气门的气门关闭正时进行控制。因此，不能对控制系统的停滞时间(例如电磁阀机构的操作延迟)进行补偿，这降低了空转速度到目标内燃机转速的收敛性，由此可控性变低。另外，不能对控制系统的动态特性的变化和老化(例如电磁阀机构的动态特性的变化和老化)以及由于其老化而导致的气门升程传感器的输出的漂移进行补偿，这降低了控制系统的鲁棒性。结果，在传统的进气量控制系统中，由于上述系统的低可控性和低鲁棒性，使得进气量控制变得不稳定，这导致转速变化，因此存在在空转速度控制期间出现内燃机停转的顾虑，并且尾气排放量由于燃油燃烧劣化而增大。此外，在将上述控制进气量的方法应用于正常工作负载区域中的进气量控制时，扭矩变化和转速变化增大，并且燃烧的劣化程度也增大，因此驾驶性能和尾气排放进一步劣化。在高负载区域或者在贫油操作期间(执行EGR的过程中)，该问题变得显著。

[0006] 此外，专利文献2中描述的控制系统被认为是上述类型的控制系统。该控制系统对作为设备的内燃机的空燃比进行控制，并且包括LAF传感器、氧浓度传感器、状态预测器、识别器，以及滑动模式控制器。LAF传感器和氧浓度传感器对表示内燃机的废气通道中的废气的氧浓度的参数进行检测，并且设置在废气通道中从上游侧开始的各个位置。在这种控制系统中，对于受控对象模型，采用了离散时间系统模型作为受控对象模型，向该模型输入LAF检测器的检测信号值与基准值之间的差值(以下称为“LAF差”)，并从该模型输出氧浓度传感器的检测信号值与预定的目标值之间的差值(以下称为“O2差”)，由此如下来计算用于控制空燃比的控制输入：

[0007] 状态预测器利用基于该受控对象模型的预定的预测算法来计算O2差的预定值，并且识别器通过贯序最小二乘法来识别该受控对象模型的模型参数。此外，滑动模式控制器利用滑动模式控制算法，根据O2差的预测值和模型参数的识别值来计算控制输入，以使得作为状态变量的O2差的时间序列数据收敛为值0。结果，对空燃比进行了控制，以使氧浓度传感器的检测信号值收敛为预定的目标值。通过滑动模式控制算法，将控制输入计算为等效控制输入、自适应法则输入以及趋近法则输入的总和。自适应法则输入用于对受控对象模型的建模误差进行补偿。

[0008] 根据传统的控制系统，利用滑动模式控制算法，通过自适应法则输入对受控对象模型的建模误差进行补偿。因此，当O2差的预测值与其实际值之间(即设备的输出的预测值与其检测值之间)出现稳态偏差(偏移)时，不能对该稳态偏差进行补偿，从而该稳态偏差有可能保持。尽管这种稳态偏差在上述空燃比控制中不会产生问题，但是在要求较高控制精度的控制(例如，用于定位致动器的控制)中，该控制系统可能由于该稳态偏差的影响而无法实现所要求的控制精度。

[0009] 提出本发明以解决以上问题，并且本发明的第一目的是提供一种内燃机的进气量控制系统，其能够保证高的鲁棒性并提高空燃比控制的可控性，由此提高驾驶性能并减少废气排放。

[0010] 本发明的第二目的是提供一种控制系统，其能够对设备的输出的预测值与其检测值之间的稳态偏差进行补偿，由此提高控制精度。

[0011] [专利文献1]

[0012] 日本特开专利公报(Kokai)No.2001-140661(第5页和第6页，图6到18)[0013] [专利文献2]

[0014] 日本特开专利公报(Kokai)No.2000-179385(第11至19页，图3)

发明内容

[0015] 为了实现以上目的，在本发明的第一方面，提供了一种用于内燃机3的进气量控制系统1，其根据需要，通过可变进气门正时装置(可变进气门致动组件40)对被吸入到汽缸#1至#4的进气量进行可变控制，该可变进气门正时装置改变进气门6的气门正时，该进气量控制系统1包括：估计进气量计算装置(ECU 2；步骤16和30)，用于计算估计进气量(汽缸进气量Gcyl)，作为被吸入到汽缸中的进气量的估计值；目标进气量设定装置(ECU2；步骤16和31至33)，用于将目标进气量Gcyl_cmd设定为进气量要被控制到的目标；识别装置(ECU 2；板载识别器223)，用于利用预定的识别算法[方程(8)至(13)]，根据受控对象模型[方程(2)](向其输入用于对可变进气门正时装置进行控制的控制命令值(目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd)，并从其输出估计进气量)，对受控对象模型的所有模型参数a1、a2和b1(模型参数的向量θs)进行识别；控制命令值计算装置(ECU 2；滑动模式控制器224；步骤80)，用于根据所识别的所有模型参数来计算控制命令值(目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd)，使得所估计的进气量收敛为目标进气量；以及控制装置(ECU2；第二SPAS控制器225；步骤75)，用于根据所计算的控制命令值来控制可变进气门正时装置。

[0016] 通过内燃机的这种进气量控制系统的结构，根据受控对象模型(向其输入用于对可变进气门正时装置进行控制的控制命令值，并从其输出估计进气量)，利用预定的识别算法对受控对象模型的所有模型参数进行识别，并根据所识别的所有模型参数来计算控制命令值，使得所估计的进气量收敛为目标进气量。即，利用自适应控制算法来计算控制命令值，因此，即使在受控对象受到其动态特性的变化或者老化的影响时，也可以通过使用板载识别器作为识别装置，使受控对象模型的动态特性适于其实际动态特性，同时防止该变化或老化的影响，由此可以使所估计的进气量快速且稳定地收敛为目标进气量。因此，在该进气量控制中，可以保证高的鲁棒性并提高可控性，这使得可以避免出现扭矩变化和转速变化，由此改善燃烧状态。结果，可以提高操作性能并减少废气排放。

[0017] 优选地，控制命令值计算装置利用预定的预测算法[方程(7)]来计算估计进气量的预测值(预测进气量Pre_Gcyl)，并进一步根据估计进气量的预测值来计算控制命令值。

[0018] 当如在该进气量控制系统中那样，通过可变进气门正时装置对进气量进行控制时，通常，由于可变进气门正时装置的响应延迟，而使得在该可变进气门正时装置的实际操作与被吸入到汽缸中的进气量之间存在停滞时间。因此，对于该优选实施例的结构，利用预定的预测算法来计算估计进气量的预测值，并且进一步根据估计进气量的该预测值来计算控制命令值。这使得可以计算控制命令值，同时对上述停滞时间进行补偿，由此可以提高估计进气量到目标进气量的收敛性。结果，可以进一步提高驾驶性能并进一步减少废气排放。

[0019] 为了实现以上目的，在本发明的第二方面，提供了一种用于内燃机3的进气量控制系统1，其根据需要，通过可变进气门正时装置对被吸入到汽缸#1至#4中的进气量进行可变控制，该可变进气门正时装置改变进气门6的气门正时，该进气量控制系统1包括：估计进气量计算装置(ECU 2；步骤16和30)，用于计算估计进气量(汽缸进气量Gcyl)，作为被吸入到汽缸中的进气量的估计值；目标进气量设定装置(ECU 2；步骤16和31至33)，用于将目标进气量设定为进气量要被控制成的目标；预测值计算装置(ECU 2；状态预测器222；步骤80)，用于利用预定的预测算法[方程(7)]来计算估计进气量的预测值；控制命令值计算装置(ECU 2；滑动模式控制器224；步骤80)，用于根据估计进气量的该预测值来计算控制命令值(目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd)，使得估计进气量收敛为目标进气量；以及控制装置(ECU 2；第二SPAS控制器225；步骤75)，用于根据所计算的控制命令值来控制可变进气门正时装置。

[0020] 通过内燃机的这种进气量控制系统的结构，利用预定的预测算法来计算进气量的预测值，并根据估计进气量的预测值来计算控制命令值，使得估计进气量收敛为目标进气量。因此，可以计算控制命令值，同时对上述停滞时间进行补偿，这使得可以提高估计进气量到目标进气量的收敛性。结果，可以提高驾驶性能并减少废气排放。

[0021] 优选地，该控制命令值计算装置还利用响应指定控制算法[方程(15)至(21)]来计算控制命令值。

[0022] 通过该优选实施例的结构，还利用响应指定控制算法来计算控制命令值。因此，可以使估计进气量快速且稳定地收敛为目标进气量，同时防止振荡和过冲行为，这使得可以进一步提高驾驶性能，并进一步减少废气排放。

[0023] 在本发明的第一和第二方面，优选地，可变进气门正时装置包括：进气摇臂51，其可绕枢轴转动地运动，由此对进气门6进行致动，以打开和关闭该进气门6；可移动枢轴(销51c)，其可绕枢轴转动地可移动地支撑该进气摇臂；第一和第二进气凸轮轴(主和辅助进气凸轮轴41和42)，其以相同的转速进行旋转；可变进气凸轮相位机构(可变辅助进气凸轮相位机构70)，其改变第一和第二进气凸轮轴之间的相对相位；第一进气凸轮(主进气凸轮43)，其设置在第一进气凸轮轴(主进气凸轮轴41)上，以随着第一进气凸轮轴的转动而转动，由此使进气摇臂相对于枢轴绕枢轴转动地运动；以及第二进气凸轮(辅助进气凸轮44)，其设置在第二进气凸轮轴(辅助进气凸轮轴42)上，以随着第二进气凸轮轴的转动而转动，由此移动进气摇臂的枢轴。

[0024] 通过该优选实施例的结构，在可变进气门正时装置中，第一凸轮随着第一进气凸轮轴的转动而转动，由此使进气摇臂绕该进气摇臂的枢轴可绕枢轴转动地移动，由此对进气门进行致动，以打开或关闭该进气门。这样，第二进气凸轮随着第二进气凸轮轴的转动而转动使进气摇臂的枢轴移动，这使得可以根据需要来改变进气门的气门升程量。此外，可变进气凸轮相位机构改变第一和第二进气凸轮轴之间的相对相位，这使得可以根据需要改变气门关闭正时和进气门的气门升程量。即，通过使用这两个进气凸轮、两个进气凸轮轴，以及可变进气凸轮相位机构，可以实现可变进气门正时装置，其可以根据需要来改变气门关闭正时和进气门的气门升程量。

[0025] 更具体地，该可变进气凸轮相位机构由液压驱动的可变进气凸轮相位机构(通过提供油压Psd来进行驱动)构成，并且该控制装置对提供给该液压驱动的可变进气凸轮相位机构的油压进行控制。

[0026] 通过该优选实施例的结构，可变进气凸轮相位机构由液压驱动的进气门正时装置(通过提供油压来进行驱动)构成。因此，可变进气门正时装置本身可以构造为液压驱动型。这使得与使用例如通过螺线管的电磁力来驱动进气门的气门元件这种类型的可变进气门正时装置的情况相比，可以在较高负载区域内确定地打开和关闭进气门，由此可以在较高负载区域内确定地打开和关闭进气门，并且降低功耗和进气门的操作噪声(nose)。

[0027] 为了实现第二目的，在本发明的第三方面，提供了一种用于控制设备的控制系统1，其包括：输出检测装置(ECU 2；气流传感器21)，用于检测来自该设备的输出(汽缸进气量Gcyl)；目标值设定装置(ECU 2；步骤16和33)，用于设定来自该设备的输出的目标值(目标进气量Gcyl_cmd)；以及预测装置(ECU2；状态预测器222；步骤80)，用于利用预定的预测算法[方程(7)]来预测来自该设备的输出的预测值(预测进气量Pre_Gcyl)，该预定的预测算法是根据该设备的受控对象模型[方程(2)]而得到的，并且限定了该设备的输入(辅助进气凸轮相位θmsi)、输出(汽缸进气量Gcyl)，以及该设备的输出的预测值(预测进气量Pre_Gcyl)之间的关系，其中该预定的预测算法包括多个预测系数α1、α2、β1至βd，以及γ1，这些预测系数包括作为加项和减项之一的补偿参数γ1，用于对该设备的输出的预测值与该设备的输出之间的稳态偏差进行补偿，该控制系统还包括：识别装置(ECU
2；板载识别器223；步骤80)，用于利用预定的识别算法[方程(8)至(13)]来识别这些预测系数(预测系数向量θs)，使得该设备的输出的预测值与该设备的检测输出之间的差值(识别误差ide)变得最小；以及控制命令值确定装置(ECU 2；滑动模式控制器224；步骤
80)，用于根据所识别的预测系数，利用预定的控制算法[方程(15)至(21)]来确定用于对该设备的输入进行控制的控制命令值(目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd)，使得该设备的检测输出收敛为所设定的目标值。

[0028] 通过该控制系统的结构，利用预定的预测算法对该设备的输出的预测值进行预测，该预定的预测算法是基于该设备的受控对象模型而得到的，并且限定了该设备的输入、该设备的输出，以及该输出的预测值之间的关系。该预定的预测算法包括多个预测系数，并且这些预测系数包括作为加项和减项之一的补偿参数，用于对该设备的输出的预测值与该设备的输出之间的稳态偏差进行补偿。因此，可以将该设备的输出的预测值计算为其中直接反映了该补偿参数的值。此外，利用预定的识别算法对包括该补偿参数在内的预测系数进行识别，使得如上所述预测的该设备的输出的预测值与该设备的检测输出之间的差值变得最小。因此，可以将这些预测系数识别为使得该设备的输出的预测值的动态特性和检测输出的动态特性彼此精确匹配的值，由此可以对该设备的输出的预测值与该设备的检测输出之间的稳态偏差进行补偿。特别地，由于该补偿参数作为加项或减项之一包括在这些预测系数中，所以可以使用该补偿参数对该设备的输出的预测值与该设备的检测输出之间的稳态偏差进行有效的补偿。另外，由于如上所述，该补偿参数可以直接反映在预测值中，所以可以提高该预测值的预测精度。此外，根据由此识别的预测系数，确定用于对该设备的输入进行控制的控制命令值，以使该设备的检测输出收敛为该目标值，这使得可以适当地使该设备的实际输出收敛为目标值。

[0029] 如上所述，通过该补偿参数，可以对该设备的输出的预测值与检测输出之间的稳态偏差进行有效的补偿，并使得对该预测值的预测比现有技术更加准确。(在本说明书全文中，“对该设备的输出的检测”并不限于使用传感器等对该设备的输出进行直接检测，而是包括通过计算对其进行估计。)

[0030] 优选地，该预定控制算法是预定的响应指定控制算法[方程(15)至(21)]。

[0031] 通过对于该优选实施例的结构，利用预定的响应指定控制算法来确定控制命令值，以使该设备的输出收敛为目标值，因此可以使该设备的输出快速且稳定地收敛为该目标值，同时防止振荡和过冲行为。结果，可以进一步提高控制精度。

[0032] 优选地，通过该预定的响应指定控制算法，将控制命令值确定[方程(8)]为多个命令值分量(等效控制输入Ueq、趋近法则输入Urch，以及气门控制输入Uvt)的总和，并且这些命令值分量包括选择命令值分量(气门控制输入Uvt)，用于当存在控制命令值的两个解时选择这两个解中的一个。

[0033] 通过该优选实施例的结构，利用预定的响应指定控制算法将控制命令值确定为多个命令值分量的总和，并且这些命令值分量包括选择命令值分量，用于当存在控制命令值的两个解时选择这两个解中的一个。使用该选择命令值分量，可以将这两个解之一强制地选择为控制命令值的解，由此例如通过执行这些预测系数的板载识别，来提高收敛到该强制选择的精确解的速度，因此即使当受控对象具有停滞时间特性时，也可以在短时间段内稳定地计算该强制选择的精确解。

[0034] 为了实现第二目的，在本发明的第四方面，提供了一种控制系统1，其根据需要，通过可变进气门正时装置(可变进气门致动组件40)对被吸入到内燃机3的汽缸#1至#4中的进气量进行可变控制，该可变进气门正时装置改变进气门6的气门正时，该控制系统1包括：汽缸进气量检测装置(ECU 2；气流传感器21、进气管绝对压力传感器24；步骤16和30)，用于将汽缸进气量Gcyl检测为被吸入到汽缸中的进气量；目标值设定装置(ECU 2；步骤16和33)，用于设定汽缸进气量的目标值(目标汽缸进气量Pre_Gcyl)；以及预测装置(ECU 2；状态预测器222；步骤80)，用于利用预定的预测算法[方程(7)]来预测汽缸进气量的预测值，该预定的预测算法是基于受控对象模型[方程(2)]而得到的，其中向该受控对象模型输入表示进气门6的气门正时的值(辅助进气凸轮相位θmsi)，通过可变进气门正时装置来设定该值，并且从该受控对象模型输出汽缸进气量Gcyl，并且该受控对象模型限定了表示进气门的气门正时的值(辅助进气凸轮相位θmsi)、汽缸进气量Gcyl，以及汽缸进气量的预测值(预测进气量Pre_Gcyl)之间的关系，其中该预定的预测算法包括多个预测系数α1、α2、β1至βd，以及γ1，这些预测系数包括作为加项和减项之一的补偿参数γ1，用于对汽缸进气量的预测值与汽缸进气量之间的稳态偏差进行补偿，该控制系统还包括：识别装置(ECU 2；223；步骤80)，用于利用预定的识别算法[方程(8)至(13)]来识别这些预测系数(预测系数向量θs)，使得汽缸进气量的预测值与所检测的汽缸进气量之间的差值(识别误差ide)变得最小；以及控制命令值确定装置(ECU2；滑动模式控制器
224；步骤80)，用于根据所识别的预测系数，利用预定的控制算法来控制可变进气门正时装置，使得所检测的汽缸进气量收敛为所设定的目标值。

[0035] 通过该控制系统的结构，利用预定的预测算法来预测汽缸进气量的预测值，该预定的预测算法是基于受控对象模型(向其输入表示进气门的气门正时的值(通过可变进气门正时装置来设定该值)，并且从其输出汽缸进气量)而得到的，并且限定了表示进气门的气门正时的值、汽缸进气量，以及汽缸进气量的预测值之间的关系。该预定的预测算法包括多个预测系数，这些预测系数包括作为加项和减项之一的补偿参数，用于对汽缸进气量的预测值与汽缸进气量之间的稳态偏差进行补偿。因此，可以将汽缸进气量的预测值计算为其中直接反映了该补偿参数的值。此外，利用预定的识别算法对包括该补偿参数在内的预测系数进行识别，使得如上所述预测的汽缸进气量的预测值与所检测的汽缸进气量之间的差值变得最小。因此，可以将这些预测系数识别为使得汽缸进气量的预测值的动态特性和所检测的汽缸进气量的动态特性彼此精确匹配的值，由此可以对汽缸进气量的预测值与所检测的汽缸进气量之间的稳态偏差进行补偿。特别地，由于该补偿参数作为加项或减项之一包括在这些预测系数中，所以如上所述，可以对汽缸进气量的预测值与所检测的汽缸进气量之间的稳态偏差进行有效的补偿。另外，由于如上所述，该补偿参数可以直接反映在汽缸进气量的预测值中，所以可以提高该预测值的预测精度。此外，根据由此识别的预测系数，确定用于对该可变进气门正时装置进行控制的控制命令值，以使所检测的汽缸进气量收敛为该目标值，这使得可以适当地使汽缸进气量收敛为目标值。

[0036] 如上所述，通过该补偿参数，可以对汽缸进气量的预测值与所检测的汽缸进气量之间的稳态偏差进行有效的补偿，并使得对汽缸进气量的预测值的预测比现有技术更加准确，由此可以使控制精度比现有技术更高。(在本说明书全文中，“对汽缸进气量的检测”并不限于使用传感器等对汽缸进气量进行直接检测，而是包括通过计算对其进行估计。)[0037] 优选地，该预定的控制算法是预定的响应指定控制算法[方程(15)至(21)]。

[0038] 通过该优选实施例的结构，利用预定的响应指定控制算法来确定控制命令值，以使该汽缸进气量收敛为其目标值，因此，可以使汽缸进气量快速且稳定地收敛为其该目标值，同时防止振荡和过冲行为。

[0039] 优选地，通过该预定的响应指定控制算法，将该控制命令值确定为多个命令值分量(等效控制输入Ueq、趋近法则输入Urch，以及气门控制输入Uvt)的总和，并且这些命令值分量包括选择命令值分量(气门控制输入Uvt)，用于当存在控制命令值的两个解时选择这两个解中的一个。

[0040] 通过该优选实施例的结构，利用预定的响应指定控制算法将控制命令值确定为多个命令值分量的总和，并且这些命令值分量包括选择命令值分量，用于当存在控制命令值的两个解时选择这两个解中的一个。因此，使用该选择命令值分量，可以将这两个解之一强制地选择为该控制命令值的解。此外，尽管内燃机的进气系统是例如通过执行这些预测系数的板载识别而具有停滞时间特性的系统，也可以提高收敛到该控制命令值的该强制选择解的速度。这使得例如当选择用于将进气门的气门正时设定为延迟关闭的值作为该控制命令值时，可以计算出满足该要求的控制命令值，并且可以使进气量在短时间段内稳定地收敛为该目标值。

附图说明

[0041] 图1示意地表示了应用根据本发明实施例的控制系统(进气量控制系统/控制系统)的内燃机的结构；

[0042] 图2示意地表示了用于该内燃机的可变进气门致动组件和可变排气门致动组件的结构；

[0043] 图3是示意地表示该控制系统的结构的框图；

[0044] 图4示意地表示了燃料蒸发冷却装置的结构；

[0045] 图5是示意地表示可变进气门致动组件和可变排气门致动组件的结构的平面图；

[0046] 图6示意地表示了可变进气门致动组件的进气门致动机构的结构；

[0047] 图7示意地表示了可变主进气凸轮相位机构的结构；

[0048] 图8示意地表示了可变辅助进气凸轮相位机构的结构；

[0049] 图9示意地表示了可变辅助进气凸轮相位机构的变型例的结构；

[0050] 图10示意地表示了可变进气凸轮间相位机构的结构；

[0051] 图11是用于说明主进气凸轮和辅助进气凸轮的凸轮轮廓的视图；

[0052] 图12A表示了进气门致动机构的操作状态，其中将辅助进气凸轮相位θmsi设定为0度；

[0053] 图12B表示了进气门的气门升程曲线等，其用于说明当将辅助进气凸轮相位θmsi设定为0度时进气门的操作；

[0054] 图13A表示了进气门致动机构的操作状态，其中将辅助进气凸轮相位θmsi设定为90度；

[0055] 图13B表示了进气门的气门升程曲线等，其用于说明当将辅助进气凸轮相位θmsi设定为90度时进气门的操作；

[0056] 图14A表示了进气门致动机构的操作状态，其中将辅助进气凸轮相位θmsi设定为120度；

[0057] 图14B表示了进气门的气门升程曲线等，其用于说明当将辅助进气凸轮相位θmsi设定为120度时进气门的操作；

[0058] 图15A表示了进气门致动机构的操作状态，其中将辅助进气凸轮相位θmsi设定为180度；

[0059] 图15B表示了进气门的气门升程曲线等，其用于说明当将辅助进气凸轮相位θmsi设定为180度时进气门的操作；

[0060] 图16表示了进气门的气门升程量的变化和气门正时，其用于说明当辅助进气凸轮相位θmsi从120度改变为180度时进气门的操作；

[0061] 图17是用于说明主排气凸轮和辅助排气凸轮的凸轮轮廓的视图；

[0062] 图18表示了排气门的气门升程曲线等，其用于说明当辅助排气凸轮相位θmse等于0度时排气门的操作；

[0063] 图19表示了排气门的气门升程曲线等，其用于说明当辅助排气凸轮相位θmse等于45度时排气门的操作；

[0064] 图20表示了排气门的气门升程曲线等，其用于说明当辅助排气凸轮相位θmse等于90度时排气门的操作；

[0065] 图21表示了排气门的气门升程曲线等，其用于说明当辅助排气凸轮相位θmse等于150度时排气门的操作；

[0066] 图22是示意地表示用于控制节气门机构、可变辅助进气凸轮相位机构和可变进气凸轮间相位机构的控制系统的部分结构的框图；

[0067] 图23是示意地表示辅助进气凸轮相位控制器的结构的框图；

[0068] 图24表示了用于计算汽缸进气量Gcyl的数学表达式、以及第一SPAS控制器的状态预测器的预测算法的数学表达式的各个组；

[0069] 图25表示了第一SPAS控制器的板载识别器的识别算法的数学表达式；

[0070] 图26表示了第一SPAS控制器的滑动模式控制器的滑动模式控制算法的数学表达式；

[0071] 图27表示了用于说明导出图26中的方程(19)的方法的数学表达式；

[0072] 图28表示了用于说明滑动模式控制算法的相平面和切换线；

[0073] 图29表示了当通过滑动模式控制器来改变切换函数设定参数Ss时所表现出的跟踪误差Es的收敛行为的示例；

[0074] 图30是示意地表示第二SPAS控制器的结构的框图；

[0075] 图31表示了第二SPAS控制器的状态预测器的预测算法的数学表达式；

[0076] 图32表示了第二SPAS控制器的板载识别器的识别算法的数学表达式；

[0077] 图33表示了第二SPAS控制器的滑动模式控制器的滑动模式控制算法的数学表达式；

[0078] 图34表示了通过气流传感器检测的进气的脉动；

[0079] 图35是用于说明一计算算法的示意图，进气凸轮间相位控制器的自适应观察器通过该计算算法来计算进气量变化系数φ#1至φ#4；

[0080] 图36表示了该计算算法的数学表达式，进气凸轮间相位控制器的自适应观察器通过该计算算法来计算进气量变化系数φ#1至φ#4；

[0081] 图37是示意地表示自适应观察器的结构的框图；

[0082] 图38表示了从自适应观察器的信号发生器输出的模拟值Gcyl_OS#1至Gcyl_OS#4；

[0083] 图39表示了进气凸轮间相位控制器的各个微分器用来计算差异Eφ#2至Eφb#4的数学表达式，以及进气凸轮间相位控制器的进气变化控制器用来计算目标进气凸轮间相位θssi#i_cmd的计算算法的数学表达式；

[0084] 图40是示意地表示进气变化控制器的结构的框图；

[0085] 图41是示意地表示辅助排气凸轮相位控制器的结构的框图；

[0086] 图42表示了辅助排气凸轮相位控制器的控制算法的数学表达式；

[0087] 图43是表示用于执行发动机控制处理的主程序的流程图；

[0088] 图44是表示用于执行燃料控制处理的子程序的流程图；

[0089] 图45表示了在计算所需驱动转矩TRQ_eng时使用的映象的示例；

[0090] 图46是表示用于执行计算汽缸进气量Gcyl和目标进气量Gcyl_cmd的处理的子程序的流程图；

[0091] 图47表示了在计算目标进气量的基值Gcyl_cmd_base时使用的映象的示例；

[0092] 图48表示了在计算空燃比校正系数Kgcyl_af时使用的表的示例；

[0093] 图49是在计算主燃料喷射率Rt_Pre中使用的表的示例的视图；

[0094] 图50是表示用于执行升压控制处理的子程序的流程图；

[0095] 图51表示了在计算对废气门(wastegate valve)的控制输入的基值Dut_wg_base时使用的表的示例；

[0096] 图52表示了在计算目标升压Pc_cmd时使用的表的示例；

[0097] 图53是表示用于执行进气门控制处理的子程序的流程图；

[0098] 图54是图53的流程图的继续；

[0099] 图55表示了在计算目标辅助进气凸轮相位的催化剂加热值θmsi_cw时使用的表的示例；

[0100] 图56表示了在计算目标主进气凸轮相位的正常操作值θmi_drv时使用的表的示例；

[0101] 图57表示了在计算目标辅助进气凸轮相位的基值θmsi_base时使用的映象的示例；

[0102] 图58是表示用于执行排气门控制处理的子程序的流程图；

[0103] 图59是图58的流程图的继续；

[0104] 图60表示了在计算目标辅助排气凸轮相位的催化剂加热值θmse_ast时使用的表的示例；

[0105] 图61表示了在计算目标主排气凸轮相位的正常操作值θme_drv时使用的表的示例；

[0106] 图62是表示用于执行节气门控制处理的子程序的流程图；

[0107] 图63表示了在计算目标开度的催化剂加热值THcmd_ast时使用的表的示例；

[0108] 图64表示了在计算目标开度的正常操作值THcmd_drv时使用的映象的示例；

[0109] 图65是表示在计算目标开度的可靠值THcmd_fs时使用的映象的示例；

[0110] 图66是表示在发动机起动和催化剂加热控制期间该控制系统执行的操作的示例的时序图；

[0111] 图67表示了该控制系统执行的用于控制发动机的操作的示例；以及[0112] 图68是示意地表示该控制系统的变型例的结构的框图。

具体实施方式

[0113] 下面，将参照表示本发明优选实施例的附图来详细描述本发明。首先参照图1和图2，示意地表示了应用了根据本实施例的控制系统1(进气量控制系统/控制系统)的内燃机3(以下简称为“发动机3”)的结构。图3示意地表示了控制系统1的结构。如图3所示，控制系统1包括ECU2。如下所述，ECU 2基于发动机3的工作状态来执行控制处理，包括用于控制进气门6和排气门7的气门正时的处理。

[0114] 发动机3是安装在汽车(未示出)上的直列四缸汽油发动机，并且具有第一汽缸#1至第四汽缸#4(参见图5)。另外，发动机3包括对于各个汽缸#1至#4设置的主燃料喷射阀4(只示出了其中一个)和火花塞5(只示出了其中一个)。主燃料喷射阀4和火花塞5均通过相应的汽缸盖3a安装。各个主燃料喷射阀4与ECU 2电连接，并且通过来自ECU
2的控制输入来控制其燃料喷射量和燃料喷射正时，以将燃料直接喷射到相关汽缸的燃烧室中。

[0115] 另外，各个火花塞5也与ECU 2电连接。当在与点火正时相对应的正时，基于来自ECU 2的信号向火花塞5施加高电压时，火花塞5导致火花放电，从而使燃烧室内的混合物燃烧。

[0116] 另外，发动机3对于每一个缸都包括：进气门6和排气门7，其分别打开和关闭进气口和排气口；可变进气门致动组件40，对进气门6进行致动，以使其打开和关闭，并同时改变进气门6的气门正时和气门升程量；以及可变排气门致动组件90，对排气门7进行致动，以使其打开和关闭，并同时改变排气门7的气门正时和气门升程量。在下文中将详细地描述可变进气门致动组件40和可变排气门致动组件90。另外，进气门6和排气门7分别由气门弹簧6a和7a沿气门关闭方向推动。

[0117] 磁性转子20a安装在发动机3的曲柄轴3b上。磁性转子20a与MRE(磁阻元件)传感器(pickup)20b一起构成曲柄角传感器20。曲柄角传感器20根据曲柄轴3b的转动，将均为脉冲信号的CRK信号和TDC信号传送给ECU 2。

[0118] 每当曲柄轴3b转过预定角度(例如，30度)时，生成CRK信号的各个脉冲。ECU 2基于该CRK信号确定发动机3的转速NE(以下称为“发动机速度NE”)。TDC信号表示相关汽缸中的各个活塞3c刚好处于在进气冲程开始时的TDC位置之前的预定曲柄角位置，并且每当曲柄轴3b转过预定角度(例如，在本实施例的示例中为180度)时，生成TDC信号的各个脉冲。

[0119] 在发动机3的进气管8中，将涡轮增压器装置10、中间冷却器11、燃料蒸发冷却装置12、节气门机构16等按所述顺序从上游到下游设置在进气管8的相应位置处。

[0120] 涡轮增压器装置10包括：压缩机叶片10a，其容纳在设置于进气管8的中间部分的压缩机壳体中；涡轮机叶片10b，其容纳在设置于排气管9的中间部分的涡轮机壳体中；轴10c，其与这两个叶片10a和10b形成为一体以与它们相连；以及废气门10d。

[0121] 在涡轮增压器装置10中，当涡轮机叶片10b被流经排气管9的废气驱动而转动时，与涡轮机叶片10b形成为一体的压缩机叶片10a也转动，从而对进气管8内的进气进行加压，即进行增压操作。

[0122] 另外，设置废气门10d以打开和关闭旁通排气通道9a，该旁通排气通道9a绕过横跨排气管9设置的涡轮机叶片10b，并且该废气门通过与ECU 2(参见图3)相连的螺线管控制阀来实现。该废气门10d通过来自ECU 2的控制输入Dut_wg来改变其开度，从而改变流经旁通排气通道9a的废气的流速(换言之，用于驱动涡轮机叶片10b的废气的流速)。因此，控制由涡轮增压器装置10产生的进气升压Pc。

[0123] 另外，在进气管8中压缩机叶片10a的上游位置处设置有气流传感器21(输出检测装置，汽缸进气量检测装置)。该气流传感器21由热线式气流计构成，用于检测流经节气门17的进气量Gth(以下称为“TH流经进气量Gth”)，并且将表示所检测的TH经过进气量Gth的信号传送给ECU 2。

[0124] 中间冷却器11是水冷式的。当进气经过中间冷却器11时，中间冷却器11对已经由涡轮增压器装置10的增压操作(加压操作)升温的进气进行冷却。

[0125] 另外，升压传感器22设置在进气管8中的中间冷却器11与燃料蒸发冷却装置12之间，其例如由半导体压力传感器形成。升压传感器22检测进气管8内的由涡轮增压器装置10进行了加压的进气的压力，即升压Pc(绝对压力)，并将表示所检测的升压Pc的信号传送给ECU 2。

[0126] 燃料蒸发冷却装置12使燃料蒸发以生成混合物，并且通过燃料的蒸发来降低进气的温度。如图4所示，燃料蒸发冷却装置12包括：设置在进气管8的中间部分处的壳体13；大量的亲油性膜板14(只示出了其中六个)，它们容纳在壳体13中，以使它们彼此平行并间隔开预定距离；以及辅助燃料喷射阀15。

[0127] 辅助燃料喷射阀15与ECU 2相连，并且通过来自ECU 2的控制输入来控制其燃料喷射量和燃料喷射正时，从而朝向该大量的亲油性膜板14喷射燃料。应该注意，如下面所述，基于发动机3的工作状态来确定待从辅助燃料喷射阀15和主燃料喷射阀4喷射的燃料的总燃料喷射量TOUT，并且基于发动机3的工作状态来确定待从主燃料喷射阀4喷射的燃料量与总燃料喷射量TOUT之比(以下称为主燃料喷射比Rt_Pre)、以及待从辅助燃料喷射阀15喷射的燃料量与总燃料喷射量TOUT之比。另外，在亲油性膜板14的表面上形成有具有燃料亲和性的亲油性膜。

[0128] 通过燃料蒸发冷却装置12的上述结构，从辅助燃料喷射阀15喷射的燃料通过亲油性膜板14的亲油性而在亲油性膜板14的表面上形成为薄膜，然后通过进气的热量而蒸发。结果，生成空气燃料混合物，并且通过除去用于使燃料蒸发的蒸发热而使进气冷却。由燃料蒸发冷却装置12提供的冷却效果使得可以提高注油效率并扩大发动机3的操作极限(在该极限内不会出现爆震(knocking))。例如，在发动机3的高负荷工作状态下，可以沿提前的方向使点火正时的极限(超过该极限就开始出现爆震)扩大预定曲柄角(例如，2度)，从而使得可以增加燃烧效率。

[0129] 节气门机构16包括节气门17、以及用于打开和关闭节气门17的TH致动器18。节气门17横跨进气管8的中间部分可绕枢轴转动地设置，从而节气门17可绕枢轴转动地运动以改变其开度，由此改变TH流经进气量Gth。TH致动器18可以由与ECU 2相连的电机(未示出)以及齿轮机构(未示出)的组合来实现，并且由来自ECU 2的控制输入DUTY_th(后面将描述)进行控制，从而改变节气门17的开度。

[0130] 节气门17上安装有两个弹簧(均未示出)，分别用于沿气门打开方向和气门关闭方向推动节气门17。当没有将控制输入DUTY_th输入给TH致动器18时，节气门17通过上述两个弹簧的推力而保持为预定的初始气门开度TH_def。将该初始气门开度TH_def设定为与几乎全闭状态相对应的值(例如，7度)，但是同时确保起动发动机3所需的进气量。

[0131] 在设置在进气管8中的节气门17的附近，设置有节气门开度传感器23(其例如由电位计来实现)。节气门开度传感器23检测节气门17的实际开度(以下称为“节气门开度”)TH，并且将表示所检测的节气门开度TH的电信号传送给ECU 2。

[0132] 进气管8的位于节气门17下游的部分形成了缓冲罐8a，进气管绝对压力传感器24(输出检测装置，汽缸进气量检测装置)插入在其中。进气管绝对压力传感器24例如由半导体压力传感器实现，并且检测进气管8中的绝对压力PBA(以下称为“进气管绝对压力PBA”)，并将表示所检测的进气管绝对压力PBA的信号传送给ECU 2。另外，进气管8的位于缓冲罐8a下游的部分形成了进气歧管8b(参见图22)，其具有分别与四个汽缸#1至#4相连通的四个分支部分。

[0133] 另一方面，在排气管9中，将第一催化转化器19a和第二催化转化器19b按照所述顺序从上游到下游设置在涡轮机叶片10b下游的相应位置处。催化转化器19a和19b从废气中除去NOx、HC和CO。

[0134] 将氧浓度传感器(以下称为“O2传感器”)26在第一催化转化器19a和第二催化转化器19b之间插入到排气管9中。O2传感器26包括氧化锆层和铂电极，并且检测包含在第一催化转化器19a下游的废气中的氧的浓度，以将表示所检测的氧浓度的信号传送给ECU 2。

[0135] 另外，将LAF传感器25在涡轮机叶片10b与第一催化转化器19a之间的位置处插入到排气管9中。LAF传感器25可以通过组合类似于O2传感器26的传感器和检测电路(例如，线性化电路)来实现，并且检测包含在从富油区域到贫油区域范围内成线性的宽范围的空燃比的废气中的氧的浓度，从而将与所检测的氧浓度成比例的检测信号传送给ECU2。ECU2响应于来自LAF传感器25和O2传感器26的输出而进行空燃比控制。

[0136] 接下来，将对上述可变进气门致动组件40(可变进气门正时装置)进行描述。参照图2、图5和图6，可变进气门致动组件40包括：主进气凸轮轴41和辅助进气凸轮轴42，用于对进气门6进行致动；对于各个汽缸设置的进气门致动机构50(只显示了其中一个)，用于根据主进气凸轮轴41和辅助进气凸轮轴42的转动而打开和关闭进气门6；可变主进气凸轮相位机构60；可变辅助进气凸轮相位机构70；以及三个可变进气凸轮间相位机构80。

[0137] 主进气凸轮轴41(第一进气凸轮轴)通过汽缸盖3a可转动地安装，从而使其沿着汽缸的设置方向延伸。主进气凸轮轴41包括对于各个汽缸设置的主进气凸轮43(第一进气凸轮)、设置在主进气凸轮轴41的一端的链轮47、设置在用于第一汽缸#1的主进气凸轮43与链轮47之间的主齿轮45。主进气凸轮43、主齿轮45和链轮47都同轴地安装在主进气凸轮轴41上，以与主进气凸轮轴41一致地转动。链轮47通过正时链48与曲柄轴3b相连，从而当曲柄轴3b转过720度时，主进气凸轮轴41如图6中所示顺时针(沿箭头“Y1”表示的方向)转过360度。

[0138] 另外，可变主进气凸轮相位机构60设置在主进气凸轮轴41的安装有链轮47的一端。可变主进气凸轮相位机构60使得主进气凸轮轴41相对于链轮47的相对相位(即，主进气凸轮轴41相对于曲柄轴3b的相对相位θmi(以下称为“主进气凸轮相位θmi”))连续地提前或延迟。后面将详细地描述可变主进气凸轮相位机构60的该操作。

[0139] 另外，主进气凸轮角传感器27设置在主进气凸轮轴41的另一端(其与安装有链轮47的一端相对)。与曲柄角传感器20相似，主进气凸轮角传感器27由磁性转子和MRE传感器(均未示出)实现，并且随着主进气凸轮轴41的转动将作为脉冲信号的主进气凸轮信号传送给ECU 2。每当主进气凸轮轴41转过预定凸轮角(例如，1度)时，生成主进气凸轮信号的各个脉冲，并且ECU 2基于该主进气凸轮信号和CRK信号来计算(检测)主进气凸轮相位θmi。

[0140] 与主进气凸轮轴41相似，辅助进气凸轮轴42(第二进气凸轮轴)也由汽缸的汽缸盖3a可转动地支撑，并且与主进气凸轮轴41平行地延伸。辅助进气凸轮轴42上安装有：用于各个汽缸的辅助进气凸轮44(第二进气凸轮)；和辅助齿轮46，其具有与主齿轮45的齿轮齿数相同的齿轮齿数以及与主齿轮45的直径相同的直径。辅助齿轮46同轴地安装在辅助进气凸轮轴42上，以与其一致地转动。

[0141] 主齿轮45和辅助齿轮46由相应的推动弹簧(未示出)推动，从而它们始终相互啮合，并被构造为通过啮合间隙补偿机构(未示出)来防止出现主齿轮45和辅助齿轮46的啮合间隙。由于主齿轮45和辅助齿轮46的啮合，辅助进气凸轮轴42与主进气凸轮轴41的转动一起，以与其相同的转速沿如图6中所示的逆时针方向(由箭头“Y2”表示的方向)转动。

[0142] 此外，可变辅助进气凸轮相位机构70(可变进气凸轮相位机构)设置在辅助进气凸轮轴42的朝向正时链48的一端。可变辅助进气凸轮相位机构70连续地改变辅助进气凸轮轴42相对于主进气凸轮轴41的相对相位(换言之，用于第一汽缸#1的辅助进气凸轮44相对于用于该汽缸的主进气凸轮43的相对相位θmsi(以下称为“辅助进气凸轮相位θmsi”))。后面将详细地描述可变辅助进气凸轮相位机构70。

[0143] 另外，辅助进气凸轮角传感器28设置在辅助进气凸轮轴42的另一端(其与设置有可变辅助进气凸轮相位机构70的一端相对)。与主进气凸轮角传感器27相似，辅助进气凸轮角传感器28也由磁性转子和MRE传感器(均未示出)实现，并且随着辅助进气凸轮轴42的转动将作为脉冲信号的辅助进气凸轮信号传送给ECU 2。每当辅助进气凸轮轴42转过预定凸轮角(例如，1度)时，生成辅助进气凸轮信号的各个脉冲，并且ECU 2基于该辅助进气凸轮信号、主进气凸轮信号和CRK信号来计算辅助进气凸轮相位θmsi(第一和第二进气凸轮轴之间的相对相位；对该设备的输入，表示进气门的气门正时的值)。

[0144] 在该四个辅助进气凸轮44中，用于第一汽缸#1的辅助进气凸轮44同轴地安装在辅助进气凸轮轴42上，以与其一致地转动，而用于第二汽缸#2至第四汽缸#4的其它辅助进气凸轮44分别通过可变进气凸轮间相位机构80与辅助进气凸轮轴42相连。可变进气凸轮间相位机构80彼此独立地连续改变用于第二汽缸#2至第四汽缸#4的辅助进气凸轮44相对于用于第一汽缸#1的辅助进气凸轮44的相应的相对相位θssi#i(以下称为“进气凸轮间相位θssi#i”)，这将在下面详细地描述。应该注意，在进气凸轮间相位θssi#i中使用的符号#i表示汽缸编号，并被设定为使得#i表示#2至#4中的任何一个。这同样适用于以下描述中使用符号#i的部分。

[0145] 另外，#2到#4三个辅助进气凸轮角传感器29至31与ECU 2电连接(参见图3)。各个#2辅助进气凸轮角传感器29至#4辅助进气凸轮角传感器31随着用于第二汽缸#2至第四汽缸#4的辅助进气凸轮44的转动，将作为脉冲信号的#2至#4辅助进气凸轮信号传送给ECU 2。每当用于第二汽缸#2至第四汽缸#4的辅助进气凸轮44转过预定凸轮角(例如，1度)时，生成辅助进气凸轮信号的各个脉冲，并且ECU 2基于#2至#4辅助进气凸轮信号、辅助进气凸轮信号、主进气凸轮信号和CRK信号来计算进 气凸轮间相位θssi#i。

[0146] 各个进气门致动机构50包括：相关的主进气凸轮43和辅助进气凸轮44；用于打开和关闭相关进气门6的进气摇臂51；以及支撑进气摇臂51的连杆机构52。后面将描述主进气凸轮43和辅助进气凸轮44的凸轮轮廓。

[0147] 连杆机构52是四连杆型，并且包括：基本平行于进气门6延伸的第一连杆53；彼此平行设置的上部第二连杆54和下部第二连杆54；偏压弹簧(bias spring)55；以及复位弹簧56。进气摇臂51的中央部分通过销51c可绕枢轴转动地安装在第一连杆53的下端，并且可旋转辊子53a设置在第一连杆53的上端。

[0148] 在进气摇臂51的朝向主进气凸轮43的一端设置有可旋转辊子51a，并且在进气摇臂51的朝向进气门6的一端安装有调节螺栓51b。如下文中所述，将调节螺栓51b的下端与进气门6的上端之间的气门间隙设定为预定值。另外，偏压弹簧55的一端固定在进气摇臂51上，而其另一端固定在第一连杆53上。进气摇臂51由偏压弹簧55的推力沿如图6中所示的顺时针方向推动，从而进气摇臂51始终通过辊子51a抵靠着主进气凸轮43。

[0149] 通过上述结构，当主进气凸轮43如图6所示顺时针转动时，辊子51a在主进气凸轮43的凸轮表面上滚动，从而进气摇臂51根据主进气凸轮43的凸轮轮廓围绕作为枢轴的销51c顺时针或逆时针地绕枢轴地运动。进气摇臂51的绕枢轴运动使得调节螺栓51b垂直地往复运动，以打开和关闭进气门6。

[0150] 另外，上部第二连杆54和下部第二连杆54中的每一个的一端通过销54a可绕枢轴转动地连接到相关汽缸盖3a，而其另一端通过销54b可绕枢轴转动地连接到第一连杆53的预定部分。另外，复位弹簧56的一端固定在上部第二连杆54上，而其另一端固定在相关汽缸盖3a上。上部第二连杆54由复位弹簧56的推力沿图6中所示的逆时针方向推动，从而第一连杆53始终通过辊子53a抵靠着相关的辅助进气凸轮44。

[0151] 通过上述结构，当辅助进气凸轮44如图6所示逆时针转动时，辊子53a在辅助进气凸轮44的凸轮表面上滚动，从而第一连杆53根据辅助进气凸轮44的凸轮轮廓垂直运动。结果，作为枢轴的销51c(进气摇臂51围绕销51c绕枢轴转动地运动)在其最下部位置(图6中所示的位置)与最上部位置(图15A中所示的位置)之间垂直运动。这改变了调节螺栓51b的位置，当进气摇臂51如上所述绕枢轴转动地运动时，通过进气摇臂51对调节螺栓51b进行致动，以进行往复运动。

[0152] 另外，使主进气凸轮43的凸轮尖高于辅助进气凸轮44的凸轮尖，并且将主进气凸轮43的凸轮尖的高度与辅助进气凸轮44的凸轮尖的高度之比设定为下述的值，该值与从调节螺栓51b到辊子51a的中心的距离与从调节螺栓51b到销51c的中心的距离之比相等。换言之，将这两个凸轮尖的高度之比设定为使得当进气摇臂51由主进气凸轮43和辅助进气凸轮44致动时，由主进气凸轮43的凸轮尖导致的调节螺栓51b的垂直运动量与由辅助进气凸轮44的凸轮尖导致的调节螺栓51b的垂直运动量彼此相等。

[0153] 接下来，将描述上述可变主进气凸轮相位机构60。参照图7，可变主进气凸轮相位机构60包括壳体61、三翼叶片62、油压泵63以及电磁阀机构64。

[0154] 壳体61与上述链轮47一体地形成，并由以相等间隔形成的三个分隔壁61a划分。叶片62同轴地安装在主进气凸轮轴41的安装有链轮47的一端上，从而叶片62从主进气凸轮轴41径向地向外延伸，并可转动地容纳在壳体61内。另外，壳体61具有三个提前腔室65和三个延迟腔室66，这些腔室中的每一个都形成在分隔壁61a之一与叶片62的三个翼中之一之间。

[0155] 油压泵63是与曲柄轴3b相连的机械泵。当曲柄轴3b转动时，油压泵63通过油通道67c的下部抽吸存储在发动机3的油盘3d中的润滑油以进行加压，并且将加压后的油通过油通道67c的其余部分提供给电磁阀机构64。

[0156] 通过组合滑阀机构64a和螺线管64b来形成电磁阀机构64，并且该电磁阀机构64通过提前油通道67a和延迟油通道67b与提前腔室65和延迟腔室66相连，从而将从油压泵63提供的油压输出到提前腔室65和延迟腔室66，作为提前油压Pad和延迟油压Prt。电磁阀机构64的螺线管64b与ECU 2电连接，并响应于来自ECU 2的控制输入DUTY_mi，以根据该控制输入DUTY_mi使得滑阀机构64a的滑阀元件在预定的运动范围内运动，从而改变提前油压Pad和延迟油压Prt。

[0157] 在如上构成的可变主进气凸轮相位机构60中，在油压泵63的操作期间，电磁阀机构64根据控制输入DUTY_mi进行操作，以将提前油压Pad提供给提前腔室65并将延迟油压Prt提供给延迟腔室66，从而叶片62与壳体64之间的相对相位朝向提前侧改变(即，提前)或者朝向延迟侧改变(即，延迟)。结果，上述的主进气凸轮相位θmi在预定范围内(例如，在从45至60度的凸轮角范围内)连续地提前或延迟。应该注意，可变主进气凸轮相位机构60包括锁定机构(未示出)，当从油压泵63提供的油压较低时，该锁定机构将可变主进气凸轮相位机构60的操作锁定。更具体地，禁止可变主进气凸轮相位机构60改变主进气凸轮相位θmi，从而将主进气凸轮相位θmi锁定为适合发动机3空转或起动的值。

[0158] 接下来，将描述上述的可变辅助进气凸轮相位机构70。参照图8，可变辅助进气凸轮相位机构70包括壳体71、单翼叶片72、油压活塞机构73和电机74。

[0159] 壳体71与辅助进气凸轮轴42的齿轮46一体地形成，并且其中限定有具有扇形截面的叶片腔室75。叶片72同轴地安装在辅助进气凸轮轴42的朝向正时链48的一端上，从而其从辅助进气凸轮轴42向外延伸，并且可转动地容纳在叶片腔室75内。叶片72将叶片腔室75分为第一叶片腔室75a和第二叶片腔室75b。

[0160] 另外，复位弹簧72a的一端固定在叶片72上，而其另一端固定在壳体71上。叶片72由复位弹簧72a沿如图8所示的逆时针方向，即沿减小第一叶片腔室75a的容积的方向推动。

[0161] 另一方面，油压活塞机构73包括缸体73a和活塞73b。缸体73a的内部空间通过油通道76与第一叶片腔室75a连通。缸体73a的内部空间、油通道76和第一叶片腔室75a填充有工作油。另外，第二叶片腔室75b与大气连通。

[0162] 活塞73b上接合有齿条77。与齿条77啮合的小齿轮78同轴地安装在电机74的驱动轴上。电机74与ECU 2电连接，并且响应于来自ECU 2的控制输入DUTY_msi，以驱动小齿轮78转动，从而活塞73b通过齿条77在缸体73a内滑动。这改变了第一叶片腔室75a内的油压Psd，并且叶片72根据上述变化的油压Psd与复位弹簧72a的推力之间的平衡而顺时针或逆时针转动。结果，使得辅助进气凸轮相位θmsi在预定范围内(例如，如下面所述，在从0至180度的凸轮角范围内)连续地提前或延迟。

[0163] 如上所述，可变辅助进气凸轮相位机构70使用油压活塞机构73和电机74而不是用于上述可变主进气凸轮相位机构60的油压泵63和电磁阀机构64，来改变辅助进气凸轮相位θmsi。这是因为由于可变辅助进气凸轮相位机构70用于调节被吸入到各个汽缸中的进气量，所以要求可变辅助进气凸轮相位机构70的响应度比可变主进气凸轮相位机构60高。因此，当可变辅助进气凸轮相位机构70不需要高响应度时(例如，如下面所述，在只需要执行进气门6的延迟关闭控制和提前关闭控制之一，以控制进气门6的气门正时的情况下)，与可变主进气凸轮相位机构60相似，可以采用油压泵63和电磁阀机构64而不是油压活塞机构73和电机74。

[0164] 应该注意，如图9所示，可变辅助进气凸轮相位机构70可以设置有复位弹簧72b，用于沿图9中所示的顺时针方向推动叶片72，将推力设定为与复位弹簧72a的推力相同的值，并且可以将图9中所示的叶片72的中性(neutral)位置设定为下述的位置，该位置与辅助进气凸轮相位θmsi的值(辅助进气凸轮相位θmsi被最频繁地控制为该值)相对应。通过可变辅助进气凸轮相位机构70的该结构，在可变辅助进气凸轮相位机构70的操作期间，可以使得将叶片72保持在其中性位置的时间段较长，从而可以确保使得电机74较长时间不处于工作状态，由此可以减少电能消耗。

[0165] 接下来，将描述上述的可变进气凸轮间相位机构80。由于该三个可变进气凸轮间相位机构80具有相同的结构，所以下面将以示例的方式描述用于改变第二汽缸#2的辅助进气凸轮44的进气凸轮间相位θssi#2的可变进气凸轮间相位机构80。可变进气凸轮间相位机构80用于调节汽缸之间的进气量的稳定状态变化，并且不需要具有高的响应度。因此，该机构80被构造为基本与上述可变主进气凸轮相位机构60相似。更具体地，如图10所示，可变进气凸轮间相位机构80包括壳体81、叶片82、油压泵83和电磁阀机构84。

[0166] 壳体81与用于第二汽缸#2的辅助进气凸轮44一体地形成，并设置有一个分隔壁81a。叶片82同轴地安装在辅助进气凸轮轴42的中间部分上，并可转动地容纳在壳体81内。另外，壳体81在分隔壁81a与叶片82的相对内壁之间形成有提前腔室85和延迟腔室
86。

[0167] 与上述油压泵63相似，油压泵83是与曲柄轴3b相连的机械泵。当曲柄轴3b转动时，油压泵83通过油通道87c的下部抽吸存储在发动机3的油盘3d中的润滑油，以进行加压，并且将经加压的油通过油通道87c的其余部分提供给电磁阀机构84。

[0168] 与上述电磁阀机构64相似，通过组合滑阀机构84a和螺线管84b来形成电磁阀机构84，并且该电磁阀机构通过提前油通道87a和延迟油通道87b与提前腔室85和延迟腔室86相连，从而将从油压泵83提供的油压输出到提前腔室85和延迟腔室86，作为提前油压Pad和延迟油压Prt。电磁阀机构84的螺线管84b与ECU 2电连接，并响应于来自ECU2的控制输入DUTY_ssi#2，以根据该控制输入DUTY_ssi#2使得滑阀机构84a的滑阀元件在预定的运动范围内运动，从而改变提前油压Pad和延迟油压Prt。

[0169] 在上述可变进气凸轮间相位机构80中，在油压泵83的操作期间，电磁阀机构84根据控制输入DUTY_ssi#2进行操作，以将提前油压Pad和延迟油压Prt分别提供给提前腔室85和延迟腔室86，从而使叶片82与壳体84之间的相对相位提前或延迟。结果，上述的进气凸轮间相位θssi#2在预定范围内(例如，在从0至30度的凸轮角范围内)连续地提前或延迟。应该注意，可变进气凸轮间相位机构80设置有锁定机构(未示出)，当从油压泵83提供的油压较低时，该锁定机构将可变进气凸轮间相位机构80的操作锁定。更具体地，禁止可变进气凸轮间相位机构80改变进气凸轮间相位θssi#2，从而在该时间点将进气凸轮间相位θssi#2锁定为目标控制值(如下所述，0值)。

[0170] 当需要以高响应度和高准确度控制各个汽缸的内部EGR量和进气量时，如在压缩点火内燃机中，可变进气凸轮间相位机构80可以构造成与可变辅助进气凸轮相位机构70相似。

[0171] 接下来，将描述如上构造的可变进气门致动组件40的操作。在下面的描述中，将以用于第一汽缸#1的主进气凸轮43和辅助进气凸轮44为例来描述主进气凸轮43和辅助进气凸轮44。图11是用于说明主进气凸轮43和辅助进气凸轮44的凸轮轮廓的视图，其表示可变进气门致动组件40的操作状态，其中通过可变辅助进气凸轮相位机构70将辅助进气凸轮相位θmsi设定为0度，即，其中在主进气凸轮43和辅助进气凸轮44之间没有凸轮相位差。

[0172] 图11中由点划线表示的曲线表示在主进气凸轮43的转动期间，主进气凸轮43和进气摇臂51彼此接触的接触点的运动量和正时，即辊子51a的运动量和正时，而图11中由虚线表示的曲线表示在辅助进气凸轮44的转动期间，第一连杆53(即，销51c)的运动量和正时。这同样适用于图12B至图16(如下面所述)。

[0173] 另外，图11中由双点划线表示的曲线表示由奥托循环类型的一般发动机(奥托发动机)(即，进行操作以使得膨胀率和压缩率彼此相等的发动机)的进气凸轮(以下称为“奥托进气凸轮”)进行致动的调节螺栓51b的运动量和正时，用于进行比较。通过将与气门间隙相关的因子结合在该曲线中而获得的曲线与由奥托进气凸轮致动的进气门的气门升程曲线相对应。因此，在下面描述中，根据需要将该曲线称为奥托进气凸轮的“气门升程曲线”。

[0174] 如图11所示，主进气凸轮43被构成为所谓的延迟关闭凸轮，与由奥托进气凸轮进行致动的进气门6的情况相比较，其在压缩冲程期间在相同的升程开始正时或气门打开正时打开进气门6，并且在稍后的升程终止正时或气门关闭正时关闭进气门6。另外，主进气凸轮43的凸轮轮廓被构造为使得最大气门升程持续预定范围(与例如150度的凸轮角相对应)。在下面的描述中，将其中在与奥托进气凸轮相比较更晚的正时和更早的正时关闭进气门6的状态分别称为进气门6的“延迟关闭”和“提前关闭”。

[0175] 另外，辅助进气凸轮44的凸轮轮廓被构造为使其气门打开正时比主进气凸轮43的早，并且最大气门升程持续上述预定范围(与例如150度的凸轮角相对应)。

[0176] 接下来，将参照图12A至图16来描述在进气门6实际由具有上述凸轮轮廓的主进气凸轮43和辅助进气凸轮44致动时，进气门致动机构50执行的操作。图12A和图12B表示进气门致动机构50的操作的示例，其中将辅助进气凸轮相位θmsi设定为0度。在图12B中，由实线表示的曲线表示调节螺栓51b的实际运动量和正时，并且通过结合与气门间隙相关的因子而获得的曲线与表示进气门6的实际气门升程量和正时的气门升程曲线相对应。因此，在下面的描述中，根据需要将由实线表示的曲线称为进气门6的气门升程曲线，并且将调节螺栓51b的运动量和正时分别称为进气门6的气门升程量和气门正时。如下面所述，这同样适用于图13A至图16。

[0177] 如图12A所示，当将辅助进气凸轮相位θmsi设定为0度时，在主进气凸轮43的凸轮尖的较高部分抵靠着进气摇臂51的时间段期间，使辅助进气凸轮44的凸轮尖的较高部分抵靠着第一连杆53。这意味着在由主进气凸轮43进行的气门打开操作期间，使进气摇臂51的绕枢轴运动的枢轴保持在其最低位置。结果，如图12B所示，在进气门6的气门升程量和气门正时中，与由奥托进气凸轮进行致动的进气门6的情况相比较，气门打开正时相同而气门关闭正时延迟。这是由延迟关闭凸轮进行致动进气门6的状态。

[0178] 图13A至图15B表示在通过可变辅助进气凸轮相位机构70将辅助进气凸轮相位θmsi分别设定为90度、120度和180度时，进气门致动机构50执行的操作的示例。换言之，这些附图表示在辅助进气凸轮轴42的相位相对于主进气凸轮轴41分别提前90度、120度和180度凸轮角时，进气门致动机构50的操作的示例。另外，图16表示在辅助进气凸轮相位θmsi从120度变为180度时，进气门致动机构50执行的操作的示例。

[0179] 参照图13A，当将辅助进气凸轮相位θmsi设定为90度时，在使得主进气凸轮43的凸轮尖的较高部分抵靠着进气摇臂51的时间段的后半部分期间，使得辅助进气凸轮44的凸轮尖的较低部分而不是较高部分抵靠着第一连杆53。结果，如图13B所示，使得进气门6的气门关闭正时(即，由主进气凸轮43执行的气门打开操作的终止正时)比在将辅助进气凸轮相位θmsi设定为0度时要早，从而进气门6的气门正时变得与由奥托进气凸轮进行致动的进气门相同。

[0180] 另外，在辅助进气凸轮相位θmsi大于90度时，例如，在将辅助进气凸轮相位θmsi设定为120度时，如图14A所示，在主进气凸轮43的凸轮尖的较高部分抵靠着进气摇臂51的时间段内，使得辅助进气凸轮44的凸轮尖的较高部分抵靠着第一连杆53的时间段比如上所述将辅助进气凸轮相位θmsi设定为90度时要短。结果，如图14B所示，进气门6的气门关闭正时仍比在将辅助进气凸轮相位θmsi设定为90度时要早，并且与由奥托进气凸轮进行致动的进气门的情况相比较，气门打开正时相同，而气门关闭正时较早。这是由提前关闭凸轮对进气门6进行致动的状态。

[0181] 另外，如图16所示，当辅助进气凸轮相位θmsi从上述120度变为180度时，在主进气凸轮43的凸轮尖的较高部分抵靠着进气摇臂51的时间段内，使得辅助进气凸轮44的凸轮尖的较高部分抵靠着第一连杆53的时间段逐渐减少。结果，使得进气门6的气门关闭正时逐渐变早，并且使得进气门6的气门升程量从其最大值逐渐减小。如上所述，当通过可变辅助进气凸轮相位机构70设定辅助进气凸轮相位θmsi以使得进气门6的气门升程量从其最大值逐渐减小时，可以增加流入到燃烧室中的进气的流速以增加汽缸内的混合物的流动性，从而可以提高燃烧效率。

[0182] 最后，当辅助进气凸轮相位θmsi变得等于180度时，如图15A所示，在主进气凸轮43的凸轮尖的较高部分抵靠着进气摇臂51的时间段内，辅助进气凸轮44的凸轮尖的较低部分抵靠着第一连杆53。结果，如图15B所示，使得调节螺栓51b的运动量非常小，并且使其最大值略小于气门间隙。结果，当辅助进气凸轮相位θmsi等于180度时，防止进气门6由调节螺栓51b致动，从而使进气门6保持为关闭状态。

[0183] 尽管上述可变进气门致动组件40被构造为使得当辅助进气凸轮相位θmsi等于90度时，进气门6的气门升程曲线变为与由奥托进气凸轮进行致动的进气门相同，但是可以根据需要通过改变主进气凸轮43和辅助进气凸轮44的凸轮轮廓，来改变使得气门升程量变得与由奥托进气凸轮进行致动的进气门相同的辅助进气凸轮相位θmsi的值。

[0184] 接下来，将描述可变排气门致动组件90，该可变排气门致动组件被构造为与上述可变进气门致动组件40基本相似，并且包括：主排气凸轮轴91和辅助排气凸轮轴92，用于驱动排气门7；对于各个汽缸设置的排气门致动机构100(在图2中只显示了其中一个)，用于根据主排气凸轮轴91和辅助排气凸轮轴92的转动而打开和关闭相关的排气门7；可变主排气凸轮相位机构110；可变辅助排气凸轮相位机构120；以及三个可变排气凸轮间相位机构130。

[0185] 主排气凸轮轴91包括对于各个汽缸设置的主排气凸轮93、一体地安装在其上的主齿轮95、以及设置在其一端的链轮97。与主进气凸轮轴41的链轮47相似，链轮97通过正时链48与曲柄轴3b相连，从而当曲柄轴3b转过720度时，主排气凸轮轴91转过360度。

[0186] 可变主排气凸轮相位机构110使得主排气凸轮轴91相对于链轮97的相对相位(即，主排气凸轮轴91相对于曲柄轴3b的相对相位θme(以下称为“主排气凸轮相位θme”))连续地提前或延迟。可变主排气凸轮相位机构110被构造为与上述的可变主进气凸轮相位机构60相似，因此将省略对其的详细描述。

[0187] 另外，主排气凸轮角传感器32设置在主排气凸轮轴91的另一端(其与安装有链轮97的一端相对)。与主进气凸轮角传感器27相似，主排气凸轮角传感器32由磁性转子和MRE传感器(均未示出)的组合来实现，并且随着主排气凸轮轴91的转动将作为脉冲信号的主排气凸轮信号传送给ECU 2。每当主排气凸轮轴91转过预定凸轮角(例如，1度)时，生成主排气凸轮信号的各个脉冲，并且ECU 2基于该主排气凸轮信号和CRK信号来计算主排气凸轮相位θme。

[0188] 另一方面，辅助排气凸轮轴92上安装有：用于各个汽缸的辅助排气凸轮94；和辅助齿轮96，其具有与主齿轮95的齿轮齿数相同的齿轮齿数。与上述的主齿轮45和辅助齿轮46相似，主齿轮95和辅助齿轮96都由推动弹簧(未示出)推动，从而它们始终彼此啮合，并且它们被构造为通过啮合间隙补偿机构(未示出)来防止出现主齿轮95和辅助齿轮96的啮合间隙。齿轮95和96彼此啮合，从而当主排气凸轮轴91转动时，辅助排气凸轮轴
92以与主排气凸轮轴91相同的转速沿着与其转动方向相反的方向转动。

[0189] 可变辅助排气凸轮相位机构120连续地改变辅助排气凸轮轴92相对于齿轮96的相对相位(换言之，辅助排气凸轮轴92相对于主排气凸轮轴91的相对相位θmse(以下称为“辅助排气凸轮相位θmse”))。可变辅助排气凸轮相位机构120被构造为与上述可变辅助进气凸轮相位机构70相似，因此将省略对其的详细描述。

[0190] 辅助排气凸轮角传感器33设置在辅助排气凸轮轴92的一端(其与设置有可变辅助排气凸轮相位机构120的一端相对)。与主排气凸轮角传感器32相似，辅助排气凸轮角传感器33也由磁性转子和MRE传感器(均未示出)的组合来实现，并且随着辅助排气凸轮轴92的转动将作为脉冲信号的辅助排气凸轮信号传送给ECU 2。每当辅助排气凸轮轴92转过预定凸轮角(例如，1度)时，生成辅助排气凸轮信号的各个脉冲。ECU 2基于该辅助排气凸轮信号、主排气凸轮信号和CRK信号来计算辅助排气凸轮相位θmse。

[0191] 在该四个辅助排气凸轮94中，用于第一汽缸#1的辅助排气凸轮94同轴地安装在辅助排气凸轮轴92上，以与该辅助排气凸轮轴92一致地转动，而用于第二汽缸#2至第四汽缸#4的其它辅助排气凸轮94分别通过相关的可变排气凸轮间相位机构130与辅助排气凸轮轴92相连。可变排气凸轮间相位机构130彼此独立地连续地改变分别用于第二汽缸#2至第四汽缸#4的辅助排气凸轮94的相对于用于第一汽缸#1的辅助排气凸轮94的相对相位(以下称为“排气凸轮间相位)θsse#2至θsse#4。可变排气凸轮间相位机构130被构造为与可变进气凸轮间相位机构80相似，因此将省略对其的详细描述。

[0192] 另外，尽管没有示出，但是被构造为与上述#2辅助进气凸轮角传感器29至#4辅助进气凸轮角传感器31相似的#2至#4三个辅助排气凸轮角传感器与ECU 2电连接。#2至#4辅助进气凸轮角传感器随着用于第二汽缸#2至第四汽缸#4的辅助排气凸轮94的转动，将作为脉冲信号的相应#2至#4辅助排气凸轮信号传送给ECU 2。每当相关的辅助排气凸轮94转过预定凸轮角(例如，1度)时，生成辅助排气凸轮信号的各个脉冲。ECU2基于相应的#2至#4辅助排气凸轮信号、辅助排气凸轮信号、主排气凸轮信号和CRK信号来计算排气凸轮间相位θsse#2至θsse#4。

[0193] 各个排气门致动机构100被构造为与进气门致动机构50相似，并且包括：相关的主排气凸轮93和辅助排气凸轮94；用于打开和关闭相关的排气门7的排气摇臂101；以及支撑排气摇臂101的连杆机构102。主排气凸轮93和辅助排气凸轮94分别具有与主进气凸轮43和辅助进气凸轮44相同的凸轮轮廓。另外，由于排气摇臂101和连杆机构102被构造为分别与进气摇臂51和连杆机构52相似，因此省略对其的详细描述，但是排气摇臂101在其与安装有主排气凸轮93的一端相对的端部处安装有类似于调节螺栓51b的调节螺栓101b，并且由第一连杆103可绕枢轴转动地支撑。

[0194] 接下来，将描述如上构造的可变排气门致动组件90的操作。在下面的描述中，将以用于第一汽缸#1的主排气凸轮93和辅助排气凸轮94为例来描述主排气凸轮93和辅助排气凸轮94。图17是用于说明主排气凸轮93和辅助排气凸轮94的凸轮轮廓的视图，其表示可变排气门致动组件90在通过可变辅助排气凸轮相位机构120将辅助排气凸轮相位θmse设定为0度时执行的操作的示例。

[0195] 图17中由点划线表示的曲线表示在主排气凸轮93的转动期间，主排气凸轮93和排气摇臂101彼此接触的接触点的运动量和正时，而图17中由虚线表示的曲线表示在辅助排气凸轮94的转动期间，第一连杆103的运动量和正时。这同样适用于图18至图21(如下面所述)。

[0196] 另外，图17中由双点划线表示的曲线表示由奥托循环类型的一般发动机(奥托发动机)的排气凸轮(以下称为“奥托排气凸轮”)进行致动的调节螺栓101b的运动量和正时，用于进行比较。通过将与气门间隙相关的因子结合到该曲线中而获得的曲线与由奥托排气凸轮进行致动的排气门的气门升程曲线相对应。因此，在下面的描述中，根据需要将该曲线称为奥托排气凸轮的“气门升程曲线”。

[0197] 如图17所示，主排气凸轮93被构成为所谓的提前关闭凸轮，与奥托排气凸轮相比较，其在膨胀冲程期间，在相同的气门关闭正时关闭排气门7，并且在较早的正时打开排气门7。另外，主排气凸轮93的凸轮轮廓被构造为使得最大气门升程持续预定范围(与例如90度的凸轮角相对应)。在下面的描述中，将其中在与奥托排气凸轮相比较更晚的正时和更早的正时打开排气门7的状态分别称为排气门7的“延迟打开”和“提前打开”。

[0198] 另外，与主排气凸轮93相比较，辅助排气凸轮94的凸轮轮廓被构造为使得打开排气门7较长时间，并且最大气门升程持续预定的较长范围(与例如150度的凸轮角相对应)。

[0199] 接下来，将参照图18至图21来描述排气门致动机构100在排气门7实际上由具有上述凸轮轮廓的主排气凸轮93和辅助排气凸轮94进行致动时执行的操作。图18表示排气门致动机构100的操作的示例，其中将辅助排气凸轮相位θmse设定为0度。应该注意，在图18中由实线表示的曲线表示调节螺栓101b的实际运动量和正时，并且如上所述，基本上与排气门7的气门升程曲线相对应。因此，在下面的描述中，根据需要将由实线表示的曲线称为排气门7的气门升程曲线，并且将调节螺栓101b的实际运动量和正时分别称为排气门7的气门升程量和气门正时。如下面所述，这同样适用于图19至图21。

[0200] 当辅助排气凸轮相位θmse等于0度时，在主排气凸轮93的凸轮尖的较高部分抵靠着排气摇臂101的时间段期间，辅助排气凸轮94的凸轮尖的较低部分保持抵靠着第一连杆103。结果，如图18所示，使得调节螺栓101b的运动量非常小，并且使其最大值略小于气门间隙。因此，当辅助排气凸轮相位θmse等于0度时，防止排气门7由调节螺栓101b致动，从而使排气门7保持为关闭状态。

[0201] 图19至图21表示排气门7在通过可变辅助排气凸轮相位机构120将辅助排气凸轮相位θmse分别设定为45度、90度和150度时执行的操作的示例。换言之，这些附图表示可变主排气凸轮相位机构110在辅助排气凸轮轴92的相位相对于主排气凸轮轴91分别提前与45度、90度和150度凸轮角相对应的各个量时执行的操作的示例。

[0202] 通过上述排气门致动机构100的结构，当辅助排气凸轮相位θmse增加时，换言之，当辅助排气凸轮轴92的相位相对于主排气凸轮轴91提前时，在主排气凸轮93的凸轮尖的较高部分抵靠着排气摇臂101的时间段期间，使得辅助排气凸轮94的凸轮尖的较高部分保持抵靠着第一连杆103的时间段较长。结果，如图19至图21所示，当辅助排气凸轮相位θmse增加时，使得排气门7的气门打开正时较早。

[0203] 更具体地，在图19的示例中，其中辅助排气凸轮相位θmse等于45度，排气门7处于由延迟打开凸轮进行致动的状态，其中与由奥托排气凸轮进行致动的排气门7的情况相比较，气门关闭正时相同而气门打开正时较早。另外，在图20的示例中，其中将辅助排气凸轮相位θmse设定为90度(＝θmseott)，排气门7的气门正时与由奥托排气凸轮进行致动的排气门的相同。另外，当辅助排气凸轮相位θmse大于90度时，例如当辅助排气凸轮相位θmse等于150度时，如图21所示，排气门7处于由提前关闭凸轮进行致动的状态，其中与由奥托排气凸轮进行致动的排气门7的情况相比较，气门关闭正时相同而气门打开正时较早。尽管没有示出，但是排气门致动机构100被构造为使得在从0至60度的辅助排气凸轮相位θmse的范围内，当辅助排气凸轮相位θmse增加时，排气门7的气门升程量增加。

[0204] 现在，如图3所示，进气管温度传感器34、油门踏板开度传感器35和点火开关(以下称为“IG·SW”)36与ECU 2相连。进气管温度传感器34检测进气管8中的空气温度TB，并且将表示所检测的空气温度TB的信号传送给ECU 2。油门踏板开度传感器35检测车辆的油门踏板(未示出)的踩踏量(以下称为“油门踏板开度”)AP，并将表示所检测的油门踏板开度AP的信号传送给ECU 2。另外，通过点火键的操作来打开或关闭IG·SW 36，并将表示其开/关状态的信号传送给ECU 2。

[0205] 接下来，将描述ECU 2。ECU 2由包括I/O接口、CPU、RAM和ROM(均未示出)的微计算机来实现。ECU 2基于从上述传感器20至35和IG·SW 36传送来的信号，确定发动机3的工作状态。另外，ECU 2根据从ROM读取的控制程序，使用存储在RAM中的数据等，执行将在后面详细描述的控制处理。

[0206] 应该注意，在本实施例中，ECU 2构成估计进气量计算装置、目标进气量设定装置、识别装置、控制命令值计算装置、控制装置、估计值计算装置、输出检测装置、目标值设定装置、预测装置、控制命令值确定装置、以及汽缸进气量检测装置。

[0207] 参照图22，根据本实施例的控制系统1包括DUTY_th计算部分200、Gcyl计算部分210、辅助进气凸轮相位控制器220、以及进气凸轮间相位控制器230(它们均由ECU 2来实现)。在DUTY_th计算部分200中，如下面所述，根据目标进气量Gcyl_cmd来计算作为节气门开度TH的目标值的目标开度TH_cmd，并且进一步基于该目标开度TH_cmd计算对节气门机构16的控制输入DUTY_th。

[0208] Gcyl计算部分210通过图24中所示的方程(1)来计算已被吸入到汽缸中的估算进气的汽缸进气量Gcyl(估计进气量)。在该方程(1)中，符号VB、R和TB分别表示进气管8内部的容积、预定的气体常数和进气管8内的温度。另外，符号n表示离散时间，并且表示带有(n)、(n-1)等的各个离散数据(时间序列数据)是以预定的重复周期(例如，与TDC信号的输入同步，或者被设定为固定时间段)抽样的数据。另外，带有(n)的数据表示其具有当前值，而带有(n-1)的数据表示其具有前一值。这也适用于下面描述的离散数据。另外，在整个说明书的描述中，可以适当地省略符号(n)、(n-1)等，其表示具有符号(n)、(n-1)等的数据为离散数据。

[0209] 辅助进气凸轮相位控制器220根据由Gcyl计算部分210计算的汽缸进气量Gcyl等，来计算对可变辅助进气凸轮相位机构70的控制输入DUTY_msi。后面将详细地描述辅助进气凸轮相位控制器220。

[0210] 另外，进气凸轮间相位控制器230计算对该三个可变进气凸轮间相位机构80的各个控制输入DUTY_ssi#2至DUTY_ssi#4，如后面所述，从而校正汽缸之间的进气量的变化。后面将详细地描述进气凸轮间相位控制器230。

[0211] 接下来，将描述辅助进气凸轮相位控制器220。如图23所示，辅助进气凸轮相位控制器220包括用于计算目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd(控制命令值)的第一SPAS控制器221、以及用于计算控制输入DUTY_msi的第二SPAS控制器225。

[0212] 如下所述，第一SPAS控制器221基于汽缸进气量Gcyl、目标进气量Gcyl_cmd和所需驱动转矩TRQ_eng，通过自调预测极点配置控制算法(self-tuning prediction pole assignment control algorithm)来计算目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd。第一SPAS控制器221包括状态预测器222、板载识别器223和滑动模式控制器224。

[0213] 首先，将描述状态预测器222(预测值计算装置)。通过如下所述的预测算法，状态预测器222预测(计算)预测进气量Pre_Gcyl(从该设备输出的预测值)，该预测进气量Pre_Gcyl为汽缸进气量Gcyl的预测值。

[0214] 首先，当将控制对象(对该控制对象输入了目标辅助进气凸轮相位θmsi并从该控制对象输出汽缸进气量Gcyl)建模为ARX模型(外因输入自回归模型，该ARX模型是离散时间系统模型)时，可以获得如图24所示的方程(2)。在该方程(2)中，符号d表示取决于控制对象的特性确定的空载时间(dead time)。另外，符号a1、a2和b1表示由板载识别器223依次识别的模型参数，如下面所述。

[0215] 然后，当方程(2)朝向将来侧偏移离散时间量[d-1]时，可以获得图24中所示的方程(3)。另外，当使用模型参数a1、a2和b1通过图24中的方程(4)和(5)来定义矩阵A和B，并且通过重复使用方程(3)的递推公式使方程(3)变化以消除方程(3)左侧的将来值[Gcyl(n+d-2)，Gcyl(n+d-3)]时，可以获得图24中所示的方程(6)。

[0216] 尽管可以使用方程(6)来计算预测进气量Pre_Gcyl，但是模型的无序性、控制对象的非线性特性等会导致预测进气量Pre_Gcyl中的稳态偏差和模型误差。

[0217] 为了避免该问题，根据本实施例的状态预测器222使用图24中所示的方程(7)而不是方程(6)来计算预测进气量Pre_Gcyl。可以通过向方程(6)的右侧加入用于补偿预测进气量Pre_Gcyl与汽缸进气量Gcyl之间的稳态偏差(由受控对象的建模误差和非线性特性而导致)的补偿参数γ1来获得该方程(7)。该补偿参数γ1被设置为加项(或减项)。

[0218] 接下来，将描述板载识别器223(识别装置)。通过下面所述的顺序识别算法，板载识别器223识别上述方程(7)中的作为模型参数的矩阵分量α1、α2和βj的向量的预测系数向量θs，从而使得识别误差ide(其是预测进气量Pre_Gcyl与汽缸进气量Gcyl之差)最小(即，使得预测进气量Pre_Gcyl尽可能地与汽缸进气量Gcyl相匹配)。

[0219] 更具体地，使用图25中所示的方程(8)至(13)来计算预测系数向量θs(n)。通过图25中所示的方程(12)来定义预测系数向量θs(n)的转置矩阵。另外，在方程(8)中，符号KPs(n)表示增益系数的向量，并且通过方程(9)来计算增益系数KPs(n)。在方程(9)中，符号Ps(n)表示由方程(10)定义的(d+2)阶方阵，并且符号ζs(n)表示下述的向量，该向量的转置矩阵由方程(13)定义。另外，通过方程(11)来计算方程(8)中的识别误差ide(n)。

[0220] 在上述识别算法中，通过设定方程(10)中的加权参数λ1和λ2，选择以下识别算法中的一个：

[0221] λ1＝1，λ2＝0：固定增益算法；

[0222] λ1＝1，λ2＝1：最小二乘法算法；

[0223] λ1＝1，λ2＝λ：递减增益算法；以及

[0224] λ1＝λ，λ2＝1：加权最小二乘法算法，

[0225] 其中，λ是被设定为满足0＜λ＜1的预定值。

[0226] 应该注意，在本实施例中，采用加权最小二乘法算法，以最佳地确保识别精度和收敛速度(向量θs以该收敛速度收敛为最佳值)。

[0227] 接下来，将描述滑动模式控制器(以下称为“SLD控制器”)224。SLD控制器224(控制命令值确定装置、控制命令值计算装置)基于滑动模式控制算法来计算目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd，以使汽缸进气量Gcyl收敛为目标进气量Gcyl_cmd(该设备的输出的目标值、或者汽缸进气量的目标值)，同时辅助进气凸轮相位θmsi被约束为基值θmsi_base。下面，将描述滑动模式控制算法。

[0228] 首先，在滑动模式控制算法中，使用图26中所示的方程(14)作为控制对象模型。通过将图24中的上述方程(6)朝向将来侧移动离散时间量[1]而获得该方程(14)。

[0229] 当使用由方程(14)表示的控制对象模型时，将切换函数σs设定为如下：如由图26中的方程(15)所表示的，当将跟踪误差Es定义为汽缸进气量Gcyl与目标进气量Gcyl_cmd之差时，如图26中的方程(16)所表示的，将切换函数σs设定为跟踪误差Es的时序数据(离散数据)的线性函数。应该注意，在方程(16)中使用的符号Ss表示切换函数设定参数。

[0230] 在该滑动模式控制算法中，当如在本实施例中，切换函数σs由两个状态变量[Es(n)，Es(n-1)]构成时，如图28所示，由这两个状态变量构成的相空间是具有分别由这些状态变量限定的纵轴和横轴的二维相平面，并且在该相平面上，满足条件σs＝0的状态变量的二值组合位于被称为切换线的直线上，其表示为数学表达式[Es(n)＝-Ss·Es(n-1)]。

[0231] 上述数学表达式[Es(n)＝-Ss·Es(n-1)]表示没有输入的一阶延迟系统(lag system)。因此，如果例如将切换函数设定参数Ss设定为满足-1＜Ss＜1，并同时使该一阶延迟系统稳定，则这两个状态变量[Es(n)，Es(n-1)]的组合随着时间的过去而收敛到平衡点，在该平衡点处，这两个值均等于值0。更具体地，通过这样使跟踪误差Es收敛为值0，可以使汽缸进气量Gcyl收敛(滑动)为目标进气量Gcyl_cmd。应该注意，状态变量[Es(n)，Es(n-1)]的两个值到切换线的渐进方法被称为“趋近(reaching)模式”，而这两个值到平衡点的滑动行为被称为“滑动模式”。

[0232] 在这种情况下，当将切换函数设定参数Ss设定为正值时，由方程[Es(n)＝-Ss·Es(n-1)]表示的一阶延迟系统变为振荡稳定系统，其对于状态变量[Es(n)，Es(n-1)]的收敛行为并不是优选的。因此，在本实施例中，如图26中的方程(17)所表示的，对切换函数设定参数Ss进行设定。当如上设定切换函数设定参数Ss时，如图29所示，由于切换函数设定参数Ss的绝对值较小，所以跟踪误差Es收敛为值0的收敛速度(即，汽缸进气量Gcyl收敛为目标进气量Gcyl_cmd的收敛速度)较高。如上所述，在该滑动模式控制中，切换函数设定参数Ss使得可以根据需要指定汽缸进气量Gcyl(应该使其收敛为目标进气量Gcyl_cmd)的收敛行为和收敛速度。

[0233] 另外，如由图26中的方程(18)所表示的，用于将状态变量[Es(n)，Es(n-1)]的组合设置在切换线上的控制输入Uspas(n)[＝θmsi_cmd(n)]被定义为作为命令值分量的等效控制输入Ueq(n)、趋近律输入Urch(n)和气门控制输入Uvt(n)的总和。

[0234] 等效控制输入Ueq(n)用于将[Es(n)，Es(n-1)]的组合约束在切换直线上，并且具体地，由图26中的方程(19)限定。方程(19)是如下导出的：当基于上述方程(16)改变图27中所示的方程(22)时，可以得到图27中所示的方程(23)。然后，当通过重复地使用方程(23)的递推公式来改变方程(23)时，可以获得图27中所示的方程(24)。另外，当集中改变方程(24)中的辅助进气凸轮相位θmsi的多个项时，可以获得图27中所示的方程(25)。接着，在方程(25)中，通过等效控制输入Ueq(n)来替换其左侧的辅助进气凸轮相位θmsi(n)，并同时基于上述的关系Pre_Gcyl(n) Gcyl(n+d-1)，通过预测值Pre_Gcyl来替换其右侧的汽缸进气量的将来值Gcyl(n+d-1)等，从而导出方程(19)。

[0235] 趋近律输入Urch(n)用于在[Es(n)，Es(n-1)]的组合由于干扰或模型误差而偏离该切换直线时，使得该组合收敛到该切换直线上，具体地，由图26中所示的方程(20)对其进行限定。

[0236] 另外，作为选择命令值分量的气门控制输入Uvt(n)是用于将辅助进气凸轮相位θmsi约束为其基值θmsi_base的前馈输入。更具体地，如图26中的方程(21)所表示的，将其定义为与基值θmsi_base相等的值。应该注意，如下面所述，根据所需的驱动转矩TRQ_eng来计算该基值θmsi_base。

[0237] 如上所述，在第一SPAS控制器221中，状态预测器222通过增加了补偿参数γ1的状态预测算法来计算预测进气量Pre_Gcyl，并且板载识别器223随后识别该补偿参数γ1，从而可以准确地将预测进气量Pre_Gcyl的动态特性与汽缸进气量Gcyl的动态特性进行匹配。这使得可以精确地计算预测进气量Pre_Gcyl，同时对预测进气量Pre_Gcyl与汽缸进气量Gcyl之间的稳态偏差进行补偿。

[0238] 另外，SLD控制器224计算作为趋近律输入Urch、等效控制输入Ueq以及气门控制输入Uvt的总和的目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd，这使得可以通过趋近律输入Urch、等效控制输入Ueq使以下误差收敛Es收敛为值0。即，可以使得汽缸进气量Gcyl收敛到目标进气量Gcyl_cmd，并同时根据需要通过构造切换函数设定参数Ss来指定其收敛行为和收敛速度。这使得可以根据控制对象(包括辅助进气凸轮相位机构70等的进气系统)的特性，将汽缸进气量Gcyl收敛到目标进气量Gcyl_cmd的收敛速度设定为适当的值，从而使得汽缸进气量Gcyl快速且稳定地收敛为目标进气量Gcyl_cmd，同时防止振荡和过冲行为。因此可以提高本系统的可控制性。

[0239] 另外，气门控制输入Uvt使得可以将辅助进气凸轮相位θmsi约束为其基值θmsi_base，并且即使在存在对于目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd的两个解(一个位于延迟关闭侧，而另一个位于提前关闭侧)时，该气门控制输入Uvt也使得可以强制地选择这两个解之一作为该目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd的值。此外，由于补偿参数γ1包含在由板载识别器223识别的预测系数向量θs中，所以可以使汽缸进气量Gcyl适当地收敛为目标进气量Gcyl_cmd，同时对气门控制输入Uvt的影响进行补偿。

[0240] 接下来，将描述上述的第二SPAS控制器225(控制装置)。第二SPAS控制器225根据辅助进气凸轮相位θmsi和目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd，通过与第一SPAS控制器221相似(除了其部分之外)的控制算法来计算控制输入DUTY_msi，并且如图30所示，第二SPAS控制器225包括状态预测器226、板载识别器227和滑动模式控制器228。

[0241] 通过与状态预测器222相同的预测算法，状态预测器226预测(计算)预测辅助进气凸轮相位Pre_θmsi(作为辅助进气凸轮相位θmsi的预测值)。

[0242] 更具体地，使用图31中所示的方程(26)作为控制对象模型。在方程(26)中，符号dx表示根据控制对象的特性确定的空载时间，并且符号a1′、a2′和b1′表示模型参数。另外，符号m表示离散时间，并且表示带有符号(m)等的各个离散数据是以预定的重复周期抽样的数据，该预定的重复周期比前述的用于对带有符号(n)的离散数据进行抽样的抽样周期短。这也适用于下面描述的离散数据。在本说明书的描述中，将适当地省略符号(m)和其它类似符号，该符号(m)和其它类似符号表示具有符号(m)和其它类似符号的数据为离散数据。应该注意，将方程(26)中用于对各个离散数据进行抽样的抽样周期设定为比上述方程(2)中用于对各个离散数据进行抽样的抽样周期短的周期的原因如下：如果第二SPAS控制器225使辅助进气凸轮相位θmsi收敛到目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd的收敛速度低于第一SPAS控制器221使汽缸进气量Gcyl收敛为目标进气量Gcyl_cmd的收敛速度，则该系统的可控制性退化，因此为了避免该退化并确保系统的良好可控制性，使得方程(26)中用于对各个离散数据进行抽样的抽样周期较短。

[0243] 当使用模型参数a1′、a2′和b1′通过图31中的方程(27)和(28)来定义矩阵A′和B′，并且以与上述状态预测器222的情况相似地改变方程(26)时，可以导出图31中所示的方程(29)。在方程(29)中，与补偿参数γ1类似，符号γ′表示用于对稳态偏差和模型误差进行补偿的补偿参数。

[0244] 另外，板载识别器227也通过与板载识别器223相似的顺序识别算法，识别上述方程(29)中的模型参数的矩阵分量α1′、α2′和βj′的向量θs′以及补偿参数γ1′，从而使得识别误差ide′(其是预测辅助进气凸轮相位Pre_θmsi与辅助进气凸轮相位θmsi之差)最小(即，使得预测辅助进气凸轮相位Pre_θmsi变得等于辅助进气凸轮相位θmsi)。

[0245] 更具体地，通过图32中所示的方程(30)至(35)来计算向量θs′(m)。这些方程(30)至(35)被构造为与上述方程(8)至(13)相似，因此省略对其的描述。

[0246] 接下来，将描述滑动模式控制器(以下称为“SLD控制器”)228。SLD控制器228基于滑动模式控制算法来计算控制输入DUTY_msi，以使辅助进气凸轮相位θmsi收敛为目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd。

[0247] 更具体地，通过由图33中的方程(36)至(41)表示的算法来计算该控制输入DUTY_msi。即，当将跟踪误差Es′定义为辅助进气凸轮相位θmsi与目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd之差时，如图33中的方程(36)所表示的，分别由方程(37)和(38)来定义切换函数σs′和切换函数设定参数Ss′。另外，如图33中的方程(39)所表示的，将控制输入DUTY_msi定义为等效控制输入Ueq′和趋近律输入Urch′的总和。分别由方程(40)和(41)来定义等效控制输入Ueq′和趋近律输入Urch′。如方程(39)所表示的，仅需要SLD控制器228控制辅助进气凸轮相位θmsi，以使其收敛为目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd，因此从控制输入DUTY_msi的输入分量省略了上述气门控制输入Uvt。

[0248] 如上所述，同样在第二SPAS控制器225中，状态预测器226通过增加了补偿参数γ1′的状态预测算法来计算预测辅助进气凸轮相位Pre_θmsi，并且板载识别器227随后识别该补偿参数γ1′，从而可以准确地计算预测辅助进气凸轮相位Pre_θmsi，同时对稳态偏差和模型误差进行补偿。

[0249] 另外，通过趋近律输入Urch′和等效控制输入Ueq′，SLD控制器227能够使辅助进气凸轮相位θmsi收敛为目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd，并同时能够根据需要通过构造切换函数设定参数Ss′来指定辅助进气凸轮相位θmsi的收敛行为和收敛速度。结果，可以根据控制对象(包括可变辅助进气凸轮相位机构70的系统)的特性，将辅助进气凸轮相位θmsi收敛为目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd的收敛速度设定为适当的值，从而提高该系统的可控制性。

[0250] 应该注意，当将上述两个切换函数设定参数Ss和Ss′的值设定为使它们具有关系-1＜Ss＜Ss′＜0时，与第一SPAS控制器221的控制响应相比，可以提高第二SPAS控制器225的控制响应，从而使得可以提高辅助进气凸轮相位控制器220的可控制性，即汽缸进气量Gcyl到目标进气量Gcyl_cmd的收敛性。

[0251] 接下来，将描述进气凸轮间相位控制器230。如图34所示，当通过气流传感器21检测TH流经进气量Gth时，也检测到由于各个汽缸的进气行为而导致的进气的脉动。当汽缸之间的进气量出现变化时，如图34所示，进气量的脉动变得不规则。即，图34表示下述的情况，其中第四汽缸#4中的TH流经进气量Gth比其它汽缸的小。

[0252] 进气凸轮间相位控制器230估计汽缸之间的进气量的变化，并且为了消除该变化，计算对该三个可变进气凸轮间相位机构80的各个控制输入DUTY_ssi#2至DUTY_ssi#4。进气凸轮间相位控制器230包括自适应观察器240、三个微分器250以及进气变化控制器
260(参见图22)。在进气凸轮间相位控制器230中，通过下面描述的算法，自适应观察器
240逐个汽缸地计算四个进气量变化系数φ#1至φ#4；所述三个微分器250分别计算三个差值Eφ#2至Eφ#4；此外，进气变化控制器260计算三个控制输入DUTY_ssi#2至DUTY_ssi#4。

[0253] 接下来，将描述自适应观察器240的算法。首先，如图35所示，将发动机3的进气系统视为下述的系统，该系统由四个模拟值Gcyl_OS#1至Gcyl_OS#4以及四个进气量变化系数φ#1至φ#4表示。这些模拟值Gcyl_OS#i(i＝1至4)是逐个汽缸地模拟进气的进气开始正时和进气行为为的值，并且进气量变化第数φ#(i＝1至4)表示汽缸之间的进气量的变化以及进气行为的变换量。当将该系统建模为离散时间系统模型时，可以获得如图36所示的方程(42)。

[0254] 在方程(42)中，符号k表示离散时间，并且表示带有符号(k)的各个离散数据是每当生成TDC信号的脉冲时所抽样的数据(各个离散数据可以是每当生成CRK信号的脉冲时所抽样的数据)。另外，符号d′表示空气从进气传感器21通过进气管8流到各个汽缸所需的空载时间，并且在本实施例中将其设定为预定的固定值。可以根据发动机3的工作状态(例如，发动机速度NE等)来设定空载时间d′。

[0255] 在根据当前实施例的自适应观察器240中，通过将方程(42)左侧替换为TH流经进气量的估计值Gth_est(k)而形成的方程被用作模型，并且如下面所述，信号发生器241生成模拟值Gcyl_OS#i。同时，通过由图36中的方程(44)至(50)表示的序贯最小二乘法，来识别作为方程(43)的模型参数的进气量变化系数φ#i的向量φ(k)，从而使得估计值Gth_est(k)等于TH流经进气量Gth(k-d′)。

[0256] 上述向量φ(k)的转置矩阵由图36中的方程(49)来定义。另外，在方程(44)中，符号KR(k)表示增益系数的向量，并且通过方程(45)来计算该增益系数KR(k)。在方程(45)中，符号R(k)表示由方程(48)定义的4阶方阵，并且符号ζ′(k)表示其转置矩阵由方程(50)定义的向量。另外，方程(44)中的符号ide′(k)表示识别误差。由方程(46)和(47)来计算该识别误差ide′(k)。

[0257] 如上所述，自适应观察器240通过基于由方程(44)至(50)表示的序贯最小二乘法的算法，来识别进气量变化系数φ#i的向量φ(k)。这使得可以从进气量变化系数φ#i中去除(滤掉)例如由于发动机3工作状态的突然变化而导致的进气行为的类似噪声的波动分量，从而将进气量变化系数φ#i计算为基本上表示汽缸之间的进气量变化的值。

[0258] 通过图37中的框图来表示自适应观察器240的构造。即，如图37所示，在自适应观察器240中，信号发生器241生成模拟值Gcyl_OS#i的向量ζ′(k)。更具体地，如图38所示，信号发生器241生成模拟值Gcyl_OS#i作为下述的信号值，这些信号值分别具有交替波(例如，三角波和梯形波)的组合的波形，并被形成为使得模拟值的总和恒等于值1。另外，乘法器242生成TH流经进气量的估计值Gth_est(k)，作为通过将模拟值的向量ζ′(k)乘以进气量变化系数的向量φ(k-1)(通过使用延迟元件243使向量φ(k)延迟而得到的)而得到的值。然后，差分器244生成识别误差ide′(k)，作为TH流经进气量Gth(k-d′)(通过使用延迟元件245使TH流经进气量Gth(k)延迟而得到的)与估计值Gth_est(k)之差。

[0259] 另外，逻辑单元246基于模拟值的向量ζ′(k)而生成增益系数的向量KR(k)，并且乘法器247生成识别误差ide′(k)与增益系数的向量KR(k)的积[ide′(k)·KR(k)]。然后，加法器248生成进气量变化系数的向量φ(k)，作为积[ide′(k)·KR(k)]与进气量变化系数的向量φ(k-1)(通过使用延迟元件243使向量φ(k)延迟而得到的)之和。

[0260] 如上所述，自适应观察器240计算该四个进气量变化系数φ#1至φ#4，并且上述三个微分器250通过图39中的方程(51)基于进气量变化系数φ#1至φ#4来分别计算三个差值Eφ#2至Eφ#4。

[0261] 接下来，将描述进气变化控制器260。参照图40，进气变化控制器260包括目标进气凸轮间相位控制器261和第三SPAS控制器262。目标进气凸轮间相位控制器261计算目标进气凸轮间相位θssi#i_cmd，从而消除汽缸之间的TH流经进气量Gth的变化。

[0262] 更具体地，通过由图39中的方程(52)和(53)表示的响应指定(或极点配置)控制算法(滑动模式控制算法或反推(back-stepping)控制算法)，基于所述三个差值Eφ#2至Eφ#4来计算目标进气凸轮间相位θssi#i_cmd。应该注意，方程(52)中的符号σ′(k)表示切换函数。目标进气凸轮间相位控制器261通过响应指定控制算法来计算目标进气凸轮间相位θssi#i_cmd(#i＝2至4)，从而使得Eφ#i(#i＝2至4)等于值0。换言之，计算目标进气凸轮间相位θssi#i_cmd，以使得第二汽缸#2至第四汽缸#4的各个进气量变化系数φ#2至φ#4等于第一汽缸#1的进气量变化系数φ#1。

[0263] 另外，第三SPAS控制器262计算对各个可变进气凸轮间相位机构80的控制输入DUTY_ssi#i，从而使进气凸轮间相位θssi#i收敛为上面计算的目标进气凸轮间相位θssi#i_cmd。更具体地，通过与上述第二SPAS控制器225的控制算法相同的算法来计算控制输入DUTY_ssi#i，并因此省略对其的描述。

[0264] 如上所述，进气凸轮间相位控制器230计算目标进气凸轮间相位θssi#i_cmd，以使得第二汽缸#2至第四汽缸#4的进气量变化系数φ#2至φ#4等于第一汽缸#1的进气量变化系数φ#1。另外，控制器230计算控制输入DUTY_ssi#i，以使得进气凸轮间相位θssi#i收敛为目标进气凸轮间相位θssi#i_cmd。换言之，进气凸轮间相位控制器230控制第二汽缸#2至第四汽缸#4的各进气量，以使得它们等于第一汽缸#1的进气量，从而使得可以消除汽缸之间的进气量的变化。

[0265] 应该注意，如图34所示，即使当通过进气管绝对压力传感器24检测进气管绝对压力PBA时，也可以检测进气的脉动，从而通过其中将上述方程(42)至(53)中由进气量“Gth”表示的参数替换为由进气管绝对压力“PBA”表示的参数的算法，并使用由进气管绝对压力传感器24检测的进气管绝对压力PBA，可以形成进气凸轮间相位控制器230以消除汽缸之间的进气量的变化。

[0266] 参照图41，控制系统1还包括辅助排气凸轮相位控制器280。该辅助排气凸轮相位控制器280计算在催化剂加热控制中对可变辅助排气凸轮相位机构120的控制输入DUTY_mse(如下面描述)，并且包括目标辅助排气凸轮相位控制器281和第四SPAS控制器282。

[0267] 目标辅助排气凸轮相位控制器281基于发动机速度NE和目标发动机速度NE_cmd来计算目标辅助排气凸轮相位θmse_cmd。更具体地，通过由图42中的方程(54)至(56)表示的控制算法来计算该目标辅助排气凸轮相位θmse_cmd。在图42的方程(54)中，符号θmse_ast表示催化剂加热值，如下面所述，通过查表将目标辅助排气凸轮相位设定为该值，并且符号dθmse表示通过由图42中的方程(55)和(56)表示的响应指定控制算法(滑动模式控制算法或反推控制算法)计算的校正量。在方程(55)中，符号Kastr和Kasta表示反馈增益，并且符号σast表示由方程(56)定义的切换函数。另外，在方程(56)中，符号Sast表示被设定为在-1＜Sast＜0的范围内的值的切换函数设定参数，并且符号NE_cmd表示被设定为预定固定值(例如，1800rpm)的目标发动机速度。

[0268] 第四SPAS控制器282计算对可变辅助排气凸轮相位机构120的控制输入DUTY_θmse，以使得辅助排气凸轮相位θmse收敛为上面计算的目标辅助排气凸轮相位θmse_cmd。具体地，通过与上述第二SPAS控制器225的控制算法相同的算法来计算控制输入DUTY_θmse，并因此省略对其的描述。

[0269] 如上所述，辅助排气凸轮相位控制器280基于发动机速度NE和目标发动机速度NE_cmd来计算目标辅助排气凸轮相位θmse_cmd，并且确定对可变辅助排气凸轮相位机构120的控制输入DUTY_θmse，以使得辅助排气凸轮相位θmse收敛为目标辅助排气凸轮相位θmse_cmd。这使得可以将发动机速度NE准确地控制为目标发动机速度NE_cmd。

[0270] 下面将参照图43来描述由ECU 2执行的发动机控制处理。该附图表示用于执行发动机控制处理的主程序的流程图。在该程序中，首先，在步骤1(在图43中简写为S1：后续步骤也以简写形式表示)中，执行燃料控制处理，执行该处理以根据发动机3的工作状态来计算所需驱动转矩TRQ_eng、主燃料喷射率Rt_Pre、汽缸进气量Gcyl、目标进气量Gcyl_cmd以及燃料喷射量TOUT_main和Tout_sub。在后面将描述该处理的细节。

[0271] 接下来，在步骤2中，执行升压控制处理。该处理用于根据发动机3的工作状态来计算对废气门10d的控制输入Dut_wg，并在后面将对其进行详细描述。

[0272] 接下来，在步骤3中，执行进气门控制处理。该处理用于根据发动机3的工作状态来计算上述控制输入DUTY_mi、DUTY_msi和DUTY_ssi#2至DUTY_ssi#4，并在后面将对其进行详细描述。

[0273] 接下来，在步骤4中，执行排气门控制处理。该处理用于根据发动机3的工作状态来计算上述控制输入DUTY_mse、DUTY_mse和DUTY_sse#2至DUTY_sse#4，并在后面将对其进行详细描述。

[0274] 接下来，在步骤5中，执行节气门控制处理。该处理用于根据发动机3的工作状态来计算上述控制输入DUTY_th，并在后面将对其进行详细描述。

[0275] 接下来，在步骤6中，执行点火正时控制处理，然后结束本程序。尽管省略了对该点火正时控制处理的详细描述，但是该处理用于根据发动机3的工作状态来计算点火正时θig，其中由火花塞5点燃混合物。更具体地，在发动机3的起动控制(发动机起动控制)期间，将点火正时θig设定为相对于用于正常空转的值θigidle(参见图66)提前的值，然后在发动机3起动之后的执行催化剂加热控制的过程中，将其设定为相对于值θigidle延迟的值，即执行点火正时的延迟控制。另外，在发动机3的正常工作期间，根据发动机3的工作状态来设定点火正时θig。

[0276] 接下来，将参照图44来描述在步骤1中执行的燃料控制处理。如图44所示，在本程序中，首先，在步骤10中确定进气/排气门故障标志F_VLVNG或节气门故障标志F_THNG是否等于1。进气/排气门故障标志F_VLVNG在可变进气门致动组件40或可变排气门致动组件90产生故障时被设置为1，而当单元40和90均正常时被设置为0。另外，节气门故障标志F_THNG在节气门机构16产生故障时被设置为1，而当节气门机构16正常时被设置为0。

[0277] 如果步骤10的问题的答案为否定的(否)，即如果可变进气门致动组件40、可变排气门致动组件90和节气门机构16都正常，则程序进行到步骤11，其中通过搜索图45中所示的映像根据发动机速度NE和油门踏板开度AP来计算所需驱动转矩TRQ_eng。

[0278] 将图45中的油门踏板开度AP的预定值AP1至AP3设定为使得它们具有关系AP1＞AP2＞AP3，并且将预定值AP1设定为油门踏板开度AP的最大值，即油门踏板的最大踩踏量。如图45所示，在该映像中，当发动机速度NE较高并且油门踏板开度AP较大时，将所需驱动转矩TRQ_eng设定为在NE≤NER2(预定值)范围内的较大值。这是因为当发动机3上的负荷较大时所需发动机转矩较大。应该注意，当满足AP＝AP1时，将所需驱动转矩TRQ_eng设定为NER1(预定值)＜NE≤NER2的范围内的最大值。另外，在NER2＜NE的范围内，当油门踏板开度AP较大时，将所需驱动转矩TRQ_eng设定为较大值，并且在发动机速度NE较高时将其设定为较小值。这是因为发动机转矩相对于发动机速度NE的输出特性。

[0279] 在步骤11之后的步骤12中，确定在步骤11中计算的所需驱动转矩TRQ_eng是否小于预定的分层燃烧操作阈值TRQ_disc。应该注意，术语“分层燃烧操作”是指下述的操作，在该操作中，在活塞的压缩冲程期间执行从主燃料喷射阀4向各个汽缸喷射燃料，从而使得混合物分层燃烧。

[0280] 如果步骤12的问题的答案为肯定的(是)，即，如果应该进行分层燃烧操作，则程序进行到步骤13，其中根据所需驱动转矩TRQ_eng通过查表(未示出)来计算用于分层燃烧操作的目标空燃比KCMD_disc。在该表中，将用于分层燃烧操作的目标空燃比KCMD_disc设定为在预定的甚贫油区域内的值(例如，A/F＝30至40)。

[0281] 然后，程序进行到步骤14，其中将目标空燃比KCMD设定为用于分层燃烧操作的目标空燃比KCMD_disc。此后，程序进行到步骤15，其中将主燃料喷射率Rt_Pre设定为预定的最大值Rtmax(100％)。如下面所述，这使得从辅助燃料喷射阀15进行的燃料喷射停止。然后，程序进行到步骤16，其中计算汽缸进气量Gcyl和目标进气量Gcyl_cmd。

[0282] 具体地，通过图46中所示的程序来计算汽缸进气量Gcyl和目标进气量Gcyl_cmd。即，首先在图46的步骤30中，通过上述方程(1)计算汽缸进气量Gcyl。

[0283] 然后，在步骤31中，通过搜索图47中所示的映像，根据发动机速度NE和所需驱动转矩TRQ_eng来计算目标进气量的基值Gcyl_cmd_base。应该注意，将该映像中的所需驱动转矩的预定值TRQ_eng1至TRQ_eng3设定为使得它们具有关系TRQ_eng1＞TRQ_eng2＞TRQ_eng3。如图47所示，当发动机速度NE较高或者所需驱动转矩TRQ_eng较大时，将目标进气量的基值Gcyl_cmd_base设定为较大值。这是因为当发动机3上的负荷较大时，需要较大的发动机输出，这需要较大的进气量。

[0284] 然后，在步骤32中，通过查找图48中所示的表，根据目标空燃比KCMD来计算空燃比校正系数Kgcyl_af。在该表中，当目标空燃比KCMD为较富油的值时，将空燃比校正系数Kgcyl_af设定为较小值。这是因为当将混合物的空燃比控制为较富油时，所需的进气量变得较小。应该注意，图48中的值KCMDST与化学计量的空燃比相对应。

[0285] 接下来，程序进行到步骤33，其中将目标进气量的基值和空燃比校正系数的积(Kgcyl_af·Gcyl_cmd_base)设置为目标进气量Gcyl_cmd，然后结束当前程序。

[0286] 再次参照图44，在如上所述执行步骤16之后，程序进行到步骤17，其中执行燃料喷射控制处理。该处理用于以如下方式来计算对主燃料喷射阀4和辅助燃料喷射阀15的控制输入：

[0287] 首先，计算作为主燃料喷射阀4的燃料喷射量的主燃料喷射量TOUT_main以及作为辅助燃料喷射阀15的燃料喷射量的辅助燃料喷射量TOUT_sub。更具体地，基于发动机3的工作状态和上述目标空燃比KCMD，对于各个汽缸计算最终的逐个汽缸的总燃料喷射量TOUT，然后通过下面方程(57)和(58)分别计算主燃料喷射量TOUT_main和辅助燃料喷射量TOUT_sub：

[0288] TOUT_main＝[TOUT·Rt_Pre]/100 (57)

[0289] TOUT_sub＝[TOUT·(100-Rt_Pre)]/100 (58)

[0290] 参照方程(58)，当满足Rt_Pre＝Rtmax(100(％))时，满足TOUT_sub＝0，据此可以理解，已停止从辅助燃料喷射阀15喷射燃料。

[0291] 然后，通过查找相应的表(未示出)，根据主燃料喷射量TOUT_main和辅助燃料喷射量TOUT_sub，来计算对主燃料喷射阀4和辅助燃料喷射阀15的控制输入。在如上所述执行步骤17之后，当前程序结束。

[0292] 另一方面，如果步骤12的问题的答案为否定的(否)，则判定发动机3不应该以分层燃烧操作模式进行操作，而应该以作为均匀燃烧操作模式之一的预混合物贫油操作(premixture lean operation)模式来进行操作，并且程序进行到步骤18，其中通过查表(未示出)，根据所需驱动转矩TRQ_eng来计算用于预混合物贫油操作的目标空燃比KCMD_lean。应该注意，在该表中，将用于预混合物贫油操作的目标空燃比KCMD_lean设定为在预定贫油区域内的值(例如，A/F＝18至21)。

[0293] 接下来，程序进行到步骤19，其中将目标空燃比KCMD设定为用于预混合物贫油操作的目标空燃比KCMD_lean。然后，在步骤20中，通过查找图49中所示的表，根据所需驱动转矩TRQ_eng来计算主燃料喷射率Rt_Pre。在下面的表和映像(包括图49中的映像)中，将所需驱动转矩TRQ_eng的预定值TRQ_idle、TRQ_disc、TRQott以及TRQ1至TRQ4设定为使得它们具有关系TRQ_idle＜TRQ_disc＜TRQ1＜TRQott＜TRQ2＜TRQ3＜TRQ4。另外，TRQ_idle表示用于发动机3的空转操作的预定值。

[0294] 如图49所示，在该表中，在TRQ1＜TRQ_eng＜TRQ4的范围内，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，将主燃料喷射率Rt_Pre设定为较小值。这是因为以下原因：当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，将升压Pc控制为较高，这使得进气的温度升高，从而易于在发动机3中出现爆震。因此，为了防止出现这种爆震，必须通过增加辅助燃料喷射阀15的燃料喷射量TOUT_sub来增加由燃料蒸发冷却装置12对进气进行冷却的效果。因此，如上设定主燃料喷射率Rt_Pre。

[0295] 另外，在该表中，在其中所需驱动转矩TRQ_eng不小于预定值TRQ4的范围内，将主燃料喷射率Rt_Pre设定为预定的最小值Rtmin(10(％))，而在其中所需驱动转矩TRQ_eng不大于预定值TRQ1的范围内，将其设定为预定的最大值Rtmax。

[0296] 在执行步骤20之后，执行步骤16和17，然后结束当前程序。

[0297] 另一方面，如果步骤10的问题的答案为肯定的(是)，即，如果可变进气门致动组件40、可变排气门致动组件90和节气门机构16中的任何一个出现故障，则程序进行到步骤21，其中将所需驱动转矩TRQ_eng设定为用于故障时间的预定值TRq_fs。然后，程序进行到步骤22，其中将主燃料喷射率Rt_Pre设定为设定为上述最大值Rtmax。然后，如上所述执行步骤16和17，然后当前程序结束。

[0298] 接下来，将参照图50来描述升压控制处理。如图50所示，在用于该处理的程序中，首先，在步骤40中确定进气/排气门故障标志F_VLVNG或节气门故障标志F_THNG是否等于1。

[0299] 如果上述问题的答案为否定的(否)，即，如果可变进气门致动组件40、可变排气门致动组件90和节气门机构16都正常，则程序进行到步骤41，其中确定发动机起动标志F_ENGSTART是否等于1。通过在确定处理(未示出)中根据发动机速度NE和IG·SW 36的输出来确定是否正在执行发动机起动控制(即，发动机3的起动)，来设定该发动机起动标志F_ENGSTART。更具体地，当正在执行发动机起动控制时，将发动机起动标志F_ENGSTART设置为1，否则设置为0。

[0300] 如果步骤41的问题的答案为肯定的(是)，即，如果正在执行发动机起动控制，则程序进行到步骤43，其中将对废气门10d的控制输入Dut_wg设定为预定的全开值Dut_wgmax，然后结束当前程序。结果，将废气门10d控制为全开状态，从而使涡轮增压器装置10的增压操作基本停止。

[0301] 另一方面，如果步骤41的问题的答案是否定的(否)，即，如果没有执行发动机起动控制，则程序进行到步骤42，其中确定用于测量执行催化剂加热控制并且由紧接着发动机3起动结束之后所经过的时间段来表示的时间段的执行时间段Tcat是否短于预定的时间段Tcatlmt(例如，30秒)。在发动机3起动之后执行催化剂加热控制，以快速地使催化转化器19a和19b中的催化剂活化。

[0302] 如果步骤42的问题的答案为肯定的(是)，即，如果满足Tcat＜Tcatlmt，则程序进行到步骤44，其中确定油门踏板开度AP是否小于预定值APREF。该预定值APREF用于确定没有踩油门踏板，并且被设定为下述的值(例如，1度)，根据该值可以确定没有踩油门踏板。

[0303] 如果步骤44的问题的答案为肯定的(是)，即，如果没有踩油门踏板，则判定应该执行催化剂加热控制，从而程序进行到步骤45，其中与步骤43相似，将对废气门10d的控制输入Dut_wg设定为上述全开值Dut_wgmax，然后结束当前程序。

[0304] 另一方面，如果步骤42或步骤44的问题的答案为否定的(否)，即，如果没有执行发动机起动控制，并且同时，如果满足Tcat≥Tcatlmt或者如果踩下了油门踏板，则程序进行到步骤46，其中通过查找图51中所示的表，根据所需驱动转矩TRQ_eng来计算控制输入Dut_wg的基值Dut_wg_bs。

[0305] 如图51所示，在该表中，在TRQ1＜TRQ_eng＜TRQ2的范围内，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，将基值Dut_wg_bs设定为较小值。这是由于为了通过增压操作来提高充气效率，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，需要使升压Pc较高。另外，在TRQ2≤TRQ_eng≤TRQ3的范围内，将基值Dut_wg_bs设定为预定的全闭值Dut_wgmin。这是为了响应于在高负荷区域中的发动机负荷而获得最大增压效果。另外，在TRQ3＜TRQ_eng的范围内，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，将基值Dut_wg_bs设定为较小值。这是为了防止在发动机3中出现爆震。

[0306] 接下来，在步骤47中，通过查找图52中所示的表，根据所需驱动转矩TRQ_eng来计算目标升压Pc_cmd。如图52所示，在该表中，在TRQ_idle＜TRQ_eng＜TRQ2的范围内，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，将目标升压Pc_cmd设定为较大值。如上所述，这是为了通过升压操作来提高充气效率。另外，在TRQ2≤TRQ_eng≤TRQ3的范围内，将目标升压Pc_cmd设定为预定值。如上所述，这是为了获得最大增压效果。另外，在TRQ3＜TRQ_eng＜TRQ4的范围内，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，将目标升压Pc_cmd设定为较小值。这是为了防止在发动机3中出现爆震。图52中的符号Patm表示大气压。这同样适用于后续的图53等(后面描述)。

[0307] 接下来，程序进行到步骤48，其中通过由以下方程(59)表示的I-P控制算法来计算控制输入Dut_wg，然后结束当前程序。因此，对升压Pc进行反馈控制，以使其收敛为目标升压Pc_cmd。

[0308] Dut_wg＝Dut_wg_bs+Kpwg·Pc+Kiwg·∑(Pc-Pc_cmd) (59)

[0309] 其中，Kpwg表示P项增益，而Kiwg表示I项增益。

[0310] 另一方面，如果步骤40的问题的答案为肯定的(是)，即，如果可变进气门致动组件40、可变排气门致动组件90和节气门机构16中的任何一个出现故障，则程序进行到步骤49，其中与上述步骤43和45相似，将对废气门10d的控制输入Dut_wg设定为全开值Dut_wgmax，然后结束当前程序。

[0311] 接下来，将参照图53和54来描述步骤3中的上述进气门控制处理。如图53所示，在用于该处理的程序中，首先，在步骤60中确定进气/排气门故障标志F_VLVNG是否等于1。如果该问题的答案为否定的(否)，即，如果可变进气门致动组件40和可变排气门致动组件90都正常，则程序进行到步骤61，其中确定发动机起动标志F_ENGSTART是否等于1。

[0312] 如果该问题的答案为肯定的(是)，即，如果正在执行发动机起动控制，则程序进行到步骤62，其中将作为主进气凸轮相位θmi的目标值的目标主进气凸轮相位θmi_cmd设定为用于发动机3的空转的预定空转值θmi_idle。

[0313] 然后，程序进行到步骤63，其中将目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd设定为用于起动发动机3的预定起动值θmsi_st。将该预定起动值θmsi_st设定作为用于进气门6的延迟关闭的预定值。此后，程序进行到步骤64，其中将目标进气凸轮间相位θssi#i_cmd(#i＝#2至#4)均设置为0。

[0314] 接下来，程序进行到图54中的步骤65，其中通过查表(未示出)，根据目标主进气凸轮相位θmi_cmd来计算对可变主进气凸轮相位机构60的控制输入DUTY_mi。此后，在后续步骤66中，通过查表(未示出)，根据目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd来计算对可变辅助进气凸轮相位机构70的控制输入DUTY_msi。应该注意，在步骤66中，可以与在下述步骤75中采用的相同方法来计算控制输入DUTY_msi。

[0315] 然后，在步骤67中，通过查表(未示出)，根据目标进气凸轮间相位θssi#i_cmd来计算对可变进气凸轮间相位机构80的控制输入DUTY_ssi#i，然后结束当前程序。

[0316] 再次参照图53，如果步骤61的问题的答案为否定的(否)，即，如果没有正在执行发动机起动控制，则程序进行到步骤68，其中确定用于催化剂加热控制的上述执行时间段Tcat是否小于预定值Tcatlmt。如果该问题的答案为肯定的(是)，则程序进行到步骤69，其中确定油门踏板开度AP是否小于预定值APREF。

[0317] 如果步骤69的问题的答案为肯定的(是)，即，如果没有踩下油门踏板，则判定应该进行催化剂加热控制，从而程序进行到步骤70，其中将目标主进气凸轮相位θmi_cmd设定为上述预定的空转值θmi_idle。

[0318] 然后，程序进行到步骤71，其中通过查找图55中所示的表，根据用于催化剂加热控制的执行时间段Tcat，来计算目标辅助进气凸轮相位的催化剂加热值θmsi_cw。在该附图中，符号θmsiott表示辅助进气凸轮相位θmsi的奥托相位值(＝90度凸轮角)，这使得进气门6的气门正时与由奥托进气凸轮驱动的进气门的气门正时一致。这同样适用于下面的描述。

[0319] 然后，在步骤72中，将目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd设定为催化剂加热值θmsi_cw，此后，在步骤73中，与上述步骤64相似，将目标进气凸轮间相位θssi#i_cmd(#i＝#2至#4)均设置为0。

[0320] 接下来，程序进行到图54中的步骤74，其中根据目标主进气凸轮相位θmi_cmd和主进气凸轮相位θmi来计算对可变主进气凸轮相位机构60的控制输入DUTY_mi。通过与第二SPAS控制器225的上述控制算法相同的算法来计算该控制输入DUTY_mi。

[0321] 然后，在步骤75中，通过第二SPAS控制器225的控制算法，计算对可变辅助进气凸轮相位机构70的控制输入DUTY_msi。更具体地，通过由方程(29)表示的预测算法、由方程(30)至(35)表示的识别算法以及由方程(36)至(41)表示的滑动模式控制算法，来计算该控制输入DUTY_msi。

[0322] 接下来，在步骤76中，根据在步骤73中计算的目标进气凸轮间相位θssi#i_cmd和进气凸轮间相位θssi#i，使用第三SPAS控制器262的控制算法来计算对可变进气凸轮间相位机构80的控制输入DUTY_ssi#i(#i＝#2至#4)，然后结束当前程序。通过与如上所述的第二SPAS控制器225的控制算法相同的算法，即用于计算控制输入DUTY_msi的控制算法，来计算该控制输入DUTY_ssi#i。

[0323] 再次参照图53，如果步骤68或步骤69的问题的答案为否定的(否)，即，如果没有正在执行发动机起动控制，并同时如果满足Tcat≥Tcatlmt，或者如果踩下了油门踏板，则程序进行到步骤77，其中通过搜索图56中所示的映像，根据所需驱动转矩TRQ_eng和发动机速度NE来计算目标进气凸轮相位的正常操作值θmi_drv。

[0324] 在图56中，将发动机速度NE的预定值NE1至NE3设定为使得它们具有关系NE1＞NE2＞NE3。这同样适用于下面的描述。在该映像中，当所需驱动转矩TRQ_eng较大或者发动机速度NE较高时，将正常操作值θmi_drv设定为更提前的值。这是为了在发动机的负荷较高时，通过提前主进气凸轮相位θmi并由此提前进气门6的打开/关闭正时，来适当地确保发动机3的输出。

[0325] 然后，在步骤78中，将目标主进气凸轮相位θmi_cmd设定为正常操作值θmi_drv。此后，程序进行到步骤79，其中通过查找图57中所示的表，根据所需驱动转矩TRQ_eng来计算辅助进气凸轮相位θmsi的上述基值θmsi_base。

[0326] 如图57所示，在该表中，在TRQ_eng＜TRQ_disc的范围内，即，在发动机3的分层燃烧操作区域中，将基值θmsi_base设定为延迟关闭侧的固定值。这是为了稳定在执行分层燃烧操作的低负荷区域中的燃烧状态。另外，将基值θmsi_base设定为使得在TRQ_disc≤TRQ_eng≤TRQott的范围内，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，进气门6的延迟关闭的程度变小。这是为了在所需驱动转矩TRQ_eng较大时，避免根据进气门6的延迟关闭的程度而导致的反吹到进气歧管中的燃料量增加。另外，当满足TRQ_eng＝TRQott时，将基值θmsi_base设置为奥托相位值θmsiott。

[0327] 另外，将基值θmsi_base设定为使得在TRQott＜TRQ_eng＜TRQ2的范围内，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，进气门6的提前关闭的程度变大。这是为了通过高膨胀率循环操作来提高燃烧效率。

[0328] 另外，将基值θmsi_base设定为使得在TRQ2≤TRQ_eng＜TRQ4的范围内，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，进气门6的提前关闭的程度变小。这是由于以下原因：在如TRQ2≤TRQ_eng＜TRQ4的范围内的这种高负荷区域中，限制增压操作以防止在发动机3中出现爆震，如下所述，从而如果在通过限制增压操作而降低充气效率的状态下，将进气门6的提前关闭的程度控制为较大，则由发动机3产生的转矩减小。因此，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，为了对由发动机3产生的转矩减小进行补偿，将基值θmsi_base设定为使得进气门6的提前关闭的程度变小。

[0329] 在步骤79之后的步骤80中，通过第一SPAS控制器221的上述控制算法来计算目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd。更具体地，通过由方程(7)表示的预测算法、由方程(8)至(13)表示的识别算法以及由方程(15)至(21)表示的滑动模式控制算法，来计算该目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd。

[0330] 然后，在步骤81中，通过上述进气凸轮间相位控制器230的控制算法来计算目标进气凸轮间相位θssi#i_cmd(#i＝#2至#4)。更具体地，通过由方程(44)至(50)表示的识别算法来识别进气量变化系数Φ#1至Φ#4；通过方程(51)来计算相对于进气量变化系数Φ#1的进气量变化系数Φ#2至Φ#4的差值EΦ#2至EΦ#4；并且通过由方程(52)和(53)表示的响应指定控制算法来计算目标进气凸轮间相位θssi#i_cmd，以使得差值EΦ#2至EΦ#4收敛为值0。然后，如前所述执行图54中的步骤74至76，然后结束当前程序。

[0331] 再次参照图53，如果步骤60的问题的答案为肯定的(是)，即，如果可变进气门致动组件40或可变排气门致动组件90出现故障，则程序进行到步骤82，其中将目标主进气凸轮相位θmi_cmd设定为预定的空转值θmi_idle。然后，程序进行到步骤83，其中将目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd设定为预定的可靠值θmsi_fs。

[0332] 然后，程序进行到步骤84，其中与步骤64和73相似，将目标进气凸轮间相位θssi#i_cmd(#i＝#2至#4)均设置为0。此后，如上所述，执行图54中的步骤65至67，然后结束当前程序。

[0333] 接下来，将参照图58和59来描述步骤4中的上述排气门控制处理。如图58所示，在该程序中，首先，在步骤90中确定进气/排气门故障标志F_VLVNG是否等于1。如果该问题的答案为否定的(否)，即，如果可变进气门致动组件40和可变排气门致动组件90都正常，则程序进行到步骤91，其中确定发动机起动标志F_ENGSTART是否等于1。

[0334] 如果该问题的答案为肯定的(是)，即，如果正在执行发动机起动控制，则程序进行到步骤92，其中将作为主排气凸轮相位θme的目标值的目标主排气凸轮相位θme_cmd设定为用于发动机3的空转的预定空转值θme_idle。

[0335] 然后，程序进行到步骤93，其中将目标辅助排气凸轮相位θmse_cmd设定为用于起动发动机3的预定起动值θmse_st。将该预定起动值θmse_st设定作为用于排气门7的延迟关闭的预定值。此后，程序进行到步骤94，其中将目标排气凸轮间相位θsse#i_cmd(#i＝#2至#4)均设置为0。

[0336] 接下来，程序进行到图59中的步骤95，其中通过查表(未示出)，根据目标主排气凸轮相位θme_cmd来计算对可变主排气凸轮相位机构110的控制输入DUTY_me。然后，在步骤96中，通过查表(未示出)，根据目标辅助排气凸轮相位θmse_cmd来计算对可变辅助排气凸轮相位机构120的控制输入DUTY_mse。应该注意，在步骤96中，可以通过与在下述步骤106中采用的相同方法来计算控制输入DUTY_mse。

[0337] 接着，在步骤97中，通过查表(未示出)，根据目标排气凸轮间相位θsse#i_cmd来计算对可变排气凸轮间相位机构130的控制输入DUTY_sse#i，然后结束当前程序。

[0338] 再次参照图58，如果步骤91的问题的答案为否定的(否)，即，如果没有正在执行发动机起动控制，则程序进行到步骤98，其中确定用于催化剂加热控制的上述执行时间段Tcat是否小于预定值Tcatlmt。如果该问题的答案为肯定的(是)，则程序进行到步骤99，其中确定油门踏板开度AP是否小于预定值APREF。

[0339] 如果该问题的答案为肯定的(是)，即，如果没有踩下油门踏板，则判定应该进行催化剂加热控制，从而程序进行到步骤100，其中将目标主排气凸轮相位θme_cmd设定为上述预定的空转值θme_idle。

[0340] 然后，程序进行到步骤101，其中通过查找图60中所示的表，根据用于催化剂加热控制的上述执行时间段Tcat，来计算目标辅助排气凸轮相位的催化剂加热值θmse_ast。在该附图中，符号θmseott表示辅助排气凸轮相位θmse的奥托相位值(＝90度)，这使得排气门7的气门正时与由奥托排气凸轮进行致动的排气门的气门正时一致。如图60所示，将目标辅助排气凸轮相位的催化剂加热值θmse_ast设定为延迟打开侧的值，直到执行时间段Tcat达到预定值Tcatref为止，此后将其设定为提前打开侧的值。如此将催化剂加热值设定为提前打开侧的值的原因在于，在相关活塞的膨胀冲程期间打开排气门7，从而向催化转化器19a和19b提供高温废气，由此快速地使催化转化器19a和19b中的催化剂活化。

[0341] 在步骤101之后的步骤102中，通过由方程(55)和(56)表示的响应指定控制算法来计算目标辅助排气凸轮相位的校正量dθmse。

[0342] 然后，程序进行到步骤103，其中使用在步骤101和102中计算的值θmse_ast和θmse，通过上述方程(54)来计算目标辅助排气凸轮相位θmse_cmd。

[0343] 然后，在步骤104中，与步骤94类似，将目标排气凸轮间相位θsse#i_cmd(#i＝#2至#4)均设置为0。此后，程序进行到图59中的步骤105，其中根据目标主排气凸轮相位θme_cmd和主排气凸轮相位θme来计算对可变主排气凸轮相位机构110的控制输入DUTY_me。通过与第二SPAS控制器225的上述控制算法相同的算法来计算该控制输入DUTY_me。

[0344] 然后，在步骤106中，通过第四SPAS控制器282的控制算法来计算对可变辅助排气凸轮相位机构120的控制输入DUTY_mse。更具体地，如上所述，通过与第二SPAS控制器225的控制算法相同的算法来计算该控制输入DUTY_mse。

[0345] 接下来，程序进行到步骤107，其中根据目标进气凸轮间相位θsse#i_cmd和进气凸轮间相位θsse#i来计算对可变排气凸轮间相位机构130的控制输入DUTY_sse#i(#i＝#2至#4)，然后结束当前程序。应该注意，通过与用于计算上述控制输入DUTY_mse的控制算法相同的算法来计算该控制输入DUTY_sse#i。

[0346] 再次参照图58，如果步骤98或步骤99的问题的答案为否定的(否)，即，如果没有执行发动机起动控制，并同时如果满足Tcat≥Tcatlmt或者如果踩下了油门踏板，则程序进行到步骤108，其中通过查找图61中所示的映像，根据所需驱动转矩TRQ_eng和发动机速度NE来计算目标主排气凸轮相位的正常操作值θme_drv。

[0347] 如图61所示，在该映像中，当所需驱动转矩TRQ_eng较大或者发动机速度NE较高时，将正常操作值θme_drv设定为更提前的值。这是为了在发动机的负荷较大时，通过提前主排气凸轮相位θme并由此提前排气门7的打开/关闭正时，来提高废气排出效率以适当地确保发动机3的输出。

[0348] 然后，在步骤109中，将目标主排气凸轮相位θme_cmd设定为正常操作值θme_drv。此后，程序进行到步骤110，其中将目标辅助排气凸轮相位θmse_cmd设定为预定值θmse_base。将该预定值θmse_base设定为这样的值(90度)，以使得排气门7的气门正时与由奥托排气凸轮进行致动的排气门的气门正时一致。

[0349] 在步骤110之后的步骤111中，通过搜索映像(未示出)，根据所需驱动转矩TRQ_eng和发动机速度NE来计算目标排气凸轮间相位θsse#i_cmd(#i＝#2至#4)。在该映像中，将各个目标排气凸轮间相位θsse#i_cmd设定为下述的值，该值能够对由于排气系统的脉动效果而导致的汽缸之间的排气效率的变化进行补偿。然后，如上所述执行图59中的步骤105至107，随后结束当前程序。

[0350] 再次参照图58，如果步骤90的问题的答案为肯定的(是)，即，如果可变进气门致动组件40或可变排气门致动组件90出现故障，则程序进行到步骤112，其中将目标主排气凸轮相位θme_cmd设定为上述预定的空转值θme_idle。然后，程序进行到步骤113，其中将目标辅助排气凸轮相位θmse_cmd设定为预定的可靠值θmse_fs。将该预定的可靠值θmse_fs设定为这样的值(90度)，以使得排气门7的气门正时与由奥托排气凸轮进行致动的排气门的气门正时一致。

[0351] 然后，程序进行到步骤114，其中与步骤94或104相似，将目标排气凸轮间相位θsse#i_cmd(#i＝#2至#4)均设置为0。此后，如上所述，执行图59中的步骤95至97，然后结束当前程序。

[0352] 接下来，将参照图62来描述步骤5中的上述节气门控制处理。如图62所示，在该处理的程序中，首先，在步骤120中确定进气/排气门故障标志F_VLVNG是否等于1。如果该问题的答案为否定的(否)，即，如果可变进气门致动组件40和可变排气门致动组件90都正常，则程序进行到步骤121，其中确定发动机起动标志F_ENGSTART是否等于1。

[0353] 如果该问题的答案为肯定的(是)，即，如果执行了发动机起动控制，则程序进行到步骤122，其中将目标开度TH_cmd设定为预定的起动值THcmd_st。如下面所述，将该预定起动值THcmd_st设定为稍大于空转值THcmd_idle的值。然后，程序进行到步骤123，其中计算对节气门机构16的控制输入DUTY_th，随后结束当前程序。通过查表(未示出)，根据目标开度TH_cmd，具体地计算该控制输入DUTY_th。

[0354] 另一方面，如果步骤121的问题的答案为否定的(否)，即，如果没有执行发动机起动控制，则程序进行到步骤124，其中确定用于催化剂加热控制的上述执行时间段Tcat是否小于预定值Tcatlmt。如果该问题的答案为肯定的(是)，则程序进行到步骤125，其中确定油门踏板开度AP是否小于预定值APREF。

[0355] 如果步骤125的问题的答案为肯定的(是)，即，如果没有踩下油门踏板，则判定应该进行催化剂加热控制，从而程序进行到步骤126，其中通过查找图63中所示的表，根据用于催化剂加热控制的上述执行时间段Tcat，来计算目标开度的催化剂加热值THcmd_ast。

[0356] 在图63中，符号THcmd_idle表示用于发动机3的空转的空转值。如图63所示，在该表中，在执行时间段Tcat达到预定值Tcat1之前，当执行时间段Tcat较短时，将催化剂加热值THcmd_ast设定为较大值，而在执行时间段Tcat达到预定值Tcat1之后，将催化剂加热值THcmd_ast设定为空转值THcmd_idle。

[0357] 然后，程序进行到步骤127，其中将目标开度TH_cmd设定为催化剂加热值THcmd_ast。然后，如上所述执行步骤123，随后结束当前程序。

[0358] 另一方面，如果步骤124或步骤125的问题的答案为否定的(否)，即，如果没有正在执行发动机起动控制，并同时如果满足Tcat≥Tcatlmt或者如果踩下了油门踏板，则程序进行到步骤128，其中通过搜索图64中所示的映像，根据所需驱动转矩TRQ_eng和发动机速度NE来计算目标开度的正常操作值THcmd_drv。

[0359] 如图64所示，在该映像中，当所需驱动转矩TRQ_eng较大或者发动机速度NE较高时，将正常操作值THcmd_drv设定为较大值。这是因为当发动机3的负荷较高时，需要更大量的进气以确保发动机的较大输出。

[0360] 然后，在步骤129中，将目标开度TH_cmd设定为正常操作值THcmd_drv。此后，如上所述执行步骤123，随后结束当前程序。

[0361] 另一方面，如果步骤120的问题的答案为肯定的(是)，即，如果可变进气门致动组件40或可变排气门致动组件90出现故障，则程序进行到步骤130，其中通过搜索图65中所示的映像，根据油门踏板开度AP和发动机速度NE，来计算目标开度的可靠值THcmd_fs。如图65所示，在该映像中，当油门踏板开度AP较大或者发动机速度NE较高时，将该可靠值THcmd_fs设定为较大值。其原因与上述的计算正常操作值THcmd_drv的相同。

[0362] 接下来，程序进行到步骤131，其中将目标开度TH_cmd设为故障时间值THcmd_fs。然后，如上所述执行步骤123，随后结束当前程序。

[0363] 应该注意，通过上述控制处理，将各个控制输入DUTY_mi、DUTY_msi、DUTY_ssi#i、DUTY_me、DUTY_mse、DUTY_sse#i和DUTY_th设定为脉冲信号、电流信号和电压信号中的任何一种，根据计算结果来设定它们的占空比。

[0364] 接下来，将参照图66来描述由控制系统执行的上述发动机控制的操作，主要是在发动机起动和催化剂加热控制期间执行的操作。

[0365] 如图66所示，在发动机起动控制期间(从t0至t1)，将目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd设定为预定的起动值θmsi_st(步骤63)，从而将辅助进气凸轮相位θmsi控制为延迟关闭侧的值，并同时将目标开度TH_cmd设定为预定的起动值THcmd_st(步骤122)。因此，将节气门开度TH控制为半开状态。结果，将汽缸进气量Gcyl控制为较小但足够大以起动发动机3的值。因此，在发动机3起动时，可以将不能仅由节气门17的节流进行控制的汽缸进气量Gcyl减小为仅足以起动发动机3的值，从而可以相应地减少燃料喷射量。这使得可以减少废气的体积，从而使得可以减少在发动机起动控制期间排出的、废气中的未燃烧部分的总量。

[0366] 另外，由于将目标辅助排气凸轮相位θmse_cmd设定为预定的起动值θmse_st(步骤93)，因此可以将辅助排气凸轮相位θmse控制在延迟打开侧，从而可以将燃气保持在汽缸内较长时间，由此使得可以减少废气中的未燃烧HC。另外，将目标空燃比KCMD控制为比与化学计量的空燃比相对应的值KCMDST稍微富油的值，并同时将点火正时θig控制为相对于用于发动机3的正常空转的值θigidle提前的值，从而可以提高混合物的可燃性。

[0367] 当通过发动机起动控制使发动机3完全起动(起动以进行完全燃烧)时(时间t1)，开始执行催化剂加热控制。更具体地，将目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd设定为催化剂加热值θmsi_cw(步骤72)，从而将辅助进气凸轮相位θmsi控制为使其变得从延迟关闭侧接近奥托相位值θmsiott。这减小了进气门6的延迟关闭的程度，从而增加了汽缸进气量Gcyl，导致废气体积增加。另外，由于将目标辅助排气凸轮相位θmse_cmd设定为催化剂加热值θmse_ast和校正量dθmse的总和(步骤103)，所以将辅助排气凸轮相位θmse控制为使其从延迟打开侧变化到提前打开侧，从而在相关活塞的压缩冲程期间排出高温废气。另外，由于点火正时θig延迟了预定值dθig，所以废气的温度升高。这使得可以快速地使催化转化器19a和19b中的催化剂活化。

[0368] 另外，由于将目标空燃比KCMD控制为贫油侧的值，所以可以减少废气中的未燃烧HC。此外，将发动机速度NE控制为等于目标发动机速度NE_cmd。

[0369] 另外，在催化剂加热控制结束之后(在t2之后)，基于上述程序，根据发动机3的工作状态(包括所需驱动转矩TRQ_eng)来执行正常操作控制。

[0370] 接下来，对于所需驱动转矩TRQ_eng的以下各个范围(L1)至(L6)，将参照图67来描述在正常操作控制期间由控制系统执行的操作。

[0371] (L1)TRQ_idle≤TRQ_eng＜TRQ_disc

[0372] 在该范围内，根据上述基值θmsi_base的设定，将辅助进气凸轮相位θmsi控制为延迟关闭侧的大致固定值。另外，由于没有通过节气门17减少进气量，所以将进气管绝对压力PBA控制为稍低于大气压Patm的大致固定值。另外，将汽缸进气量Gcyl控制为大致固定值。将主燃料喷射率Rt_Pre设定为最大值Rtmax；将目标空燃比KCMD设定为在上述甚贫油区域内的值；并且执行分层燃烧操作。

[0373] (L2)TRQ_disc≤TRQ_eng＜TRQ1

[0374] 在该范围内，根据上述基值θmsi_base的设定，将辅助进气凸轮相位θmsi控制为相对于其在所需驱动转矩TRQ_eng处于上述范围(L1)内时设定的值大大延迟的值，并同时当所需驱动转矩TRQ_eng较大时使得进气门6的延迟关闭的程度变小。另外，将汽缸进气量Gcyl控制为比其在范围(L1)内的值小的值，并同时当所需驱动转矩TRQ_eng较大时使其变大。另外，将目标空燃比KCMD控制为保持上述贫油区域内的值，该值比在所需驱动转矩TRQ_eng处于范围(L1)内时设定的值要富油。将进气管绝对压力PBA和主燃料喷射率Rt_Pre都控制为保持其在所需驱动转矩TRQ_eng处于范围(L1)内时设定的值。

[0375] (L3)TRQ1＜TRQ_eng≤TRQott

[0376] 在该范围内，根据上述基值θmsi_base的设定，将辅助进气凸轮相位θmsi控制为使其具有与在所需驱动转矩TRQ_eng处于范围(L2)内时相同的趋势。具体地，当满足TRQ_eng＝TRQott时，将辅助进气凸轮相位θmsi控制为奥托相位值θmsiott，这意味着将发动机3控制为奥托循环操作。另外，将目标空燃比KCMD和汽缸进气量Gcyl控制为使得它们具有与在所需驱动转矩TRQ_eng处于范围(L2)内时相同的趋势。另外，在该范围(L3)内，通过涡轮增压器装置10执行增压操作，从而当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，将进气管绝对压力PBA控制为较高值。另外，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，将主燃料喷射率Rt_Pre控制为较小值。换言之，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，将辅助燃料喷射阀15的燃料喷射量Tout_sub控制为较大值。这是为了通过燃料蒸发冷却装置12来获得冷却效果。

[0377] (L4)TRQott＜TRQ_eng＜TRQ2

[0378] 在该范围内，将辅助进气凸轮相位θmsi控制为使得当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，进气门6的提前关闭的程度变大。如上所述，这是为了通过高膨胀率循环操作来提高燃烧效率。另外，将汽缸进气量Gcyl、目标空燃比KCMD、主燃料喷射率Rt_Pre和进气管绝对压力PBA控制为使得它们具有与在所需驱动转矩TRQ_eng处于范围(L3)内时相同的趋势。具体地，与上面类似，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，将进气管绝对压力PBA控制为较大值。这是为了通过增压操作来提高充气效率，以增大由发动机3产生的转矩，从而对将辅助进气凸轮相位θmsi控制在提前关闭侧时导致的转矩减小进行补偿。

[0379] (L5)TRQ2≤TRQ_eng＜TRQ4

[0380] 在该范围内，将辅助进气凸轮相位θmsi控制为使得当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，进气门6的提前关闭的程度变大，这导致进气的有效压缩体积增加。这是为了通过控制辅助进气凸轮相位θmsi来对由发动机3产生的转矩减小进行补偿，由于如上所述，所以当在通过限制增压操作而降低充气效率的状态下将进气门6的提前关闭的程度控制为较大时，由发动机3产生的转矩减小。

[0381] 另外，将进气管绝对压力PBA控制为保持TRQ2≤TRQ_eng＜TRQ3的范围内的固定值，并且当在TRQ3＜TRQ_eng＜TRQ4的范围内所需驱动转矩TRQ_eng较大时，将其控制为较小值。另外，与在范围(L3)中相似，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，将主燃料喷射率Rt_Pre控制为较小值。如上所述，在范围(L5)内，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，限制由涡轮增压器装置10执行的增压操作，并同时将由燃料蒸发冷却装置12实现的冷却效果控制为增加。这使得可以在不进行用于延迟点火正时的延迟控制的情况下，防止在发动机3中出现爆震。应该注意，在配备有涡轮增压器装置的传统发动机的情况下，如果不进行用于延迟点火正时的延迟控制，则在所需驱动转矩TRQ_eng的该范围(L5)内，在发动机中会出现爆震。

[0382] (L6)TRQ4≤TRQ_eng

[0383] 该范围与非常高的负荷区域相对应，从而不能通过限制涡轮增压器装置10的增压操作和燃料蒸发冷却装置12的冷却效果，来防止在发动机3中出现爆震。因此，执行用于延迟点火正时的延迟控制。更具体地，当所需驱动转矩TRQ_eng较大时，将目标空燃比KCMD控制为较富油的值。同时，将辅助进气凸轮相位θmsi控制为奥托相位值θmsiott；将汽缸进气量Gcyl控制为大致固定值；将主燃料喷射率Rt_Pre控制为最小值Rtmin；并且将进气管绝对压力PBA控制为保持大致固定值。

[0384] 如上所述，根据本实施例的控制系统1，基于由方程(2)表示的受控对象模型，通过由方程(8)至(13)表示的识别算法来识别模型参数的向量θs，并且SLD控制器224根据该模型参数的向量θs来计算目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd，使得汽缸进气量Gcyl收敛为目标进气量Gcyl_cmd。因此，利用自适应控制算法来计算目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd，因此即使由于气流传感器21的老化或者可变进气门致动组件40的动态特性的变化或老化，而使受控对象的动态特性受到变化或者老化的影响，也可以使受控对象模型的动态特性适于其实际动态特性，同时避免受其影响，由此使得汽缸进气量Gcyl快速且稳定地收敛为目标进气量Gcyl_cmd。这使得可以保证高的鲁棒性，并提高空燃比控制的可控性，由此可以避免出现扭矩变化和转速变化，并改善燃烧状态。结果，可以提高驾驶性能并减少废气排放。

[0385] 此外，状态预测器22根据由方程(2)表示的受控对象模型，利用由方程(7)表示的预测算法来计算预测进气量Pre_Gcyl。这使得可以将预测进气量Pre_Gcyl计算为其中对受控对象的停滞时间“d”进行了补偿的值，并且由于使用由此计算的预测进气量Pre_Gcyl来执行由板载识别器223进行的识别计算以及由SLD控制器224进行的目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd的计算，所以可以计算出目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd，同时对受控对象的停滞时间“d”进行补偿。这使得可以改善汽缸进气量Gcyl到目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd的收敛性，结果，可以进一步提高驾驶性能并进一步减少废气排放。

[0386] 此外，SLD控制器224利用由方程(15)至(22)表示的滑动模式控制算法来计算目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd，使得汽缸进气量Gcyl收敛为目标进气量Gcyl_cmd。因此，可以通过设定切换函数设定参数Ss，根据需要来指定汽缸进气量Gcyl到目标进气量Gcyl_cmd的收敛行为和收敛速度。因此，可以根据受控对象的特性，将汽缸进气量Gcyl收敛为目标进气量Gcyl_cmd的收敛速度设定为适当的值，由此可以使汽缸进气量Gcyl快速且稳定地收敛为目标进气量Gcyl_cmd，同时防止振荡和过冲行为。结果，可以进一步提高驾驶性能并进一步减少废气排放。

[0387] 如上所述，根据本实施例的控制系统1，利用由方程(7)表示的预测算法来计算预测进气量Pre_Gcyl，并且包括用于对预测进气量Pre_Gcyl和汽缸进气量Gcyl之间的稳态偏差进行补偿的补偿参数γ1，作为预测方程(7)中的多个预测系数中的加项，从而可以将预测计算进气量Pre_Gcyl计算为其中直接反映了补偿参数γ1的值。此外，利用由方程(8)至(13)表示的识别算法来识别包括补偿参数γ1在内的预测系数向量θs，使得识别误差ide(预测进气量Pre_Gcyl和汽缸进气量Gcyl之间的差值)最小，因此可以将预测系数向量θs识别为用于使预测进气量Pre_Gcyl的动态特性与汽缸进气量Gcyl的动态特性精确匹配的值，由此使得可以对预测进气量Pre_Gcyl和汽缸进气量Gcyl之间的稳态偏差进行补偿。具体地，如上所述识别的补偿参数γ1作为加项包含在预测方程(7)中，这使得可以对预测进气量Pre_Gcyl和汽缸进气量Gcyl之间的稳态偏差进行有效的补偿。此外，如上所述，由于如上识别的补偿参数γ1可以直接反映在预测进气量Pre_Gcyl中，所以可以提高预测进气量Pre_Gcyl的预测精度。

[0388] 此外，根据如上识别的预测系数向量θs，利用由方程(15)至(21)表示的滑动模式控制算法来计算目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd，使得汽缸进气量Gcyl收敛为目标进气量Gcyl_cmd。因此，可以使汽缸进气量Gcyl快速且稳定地收敛为目标进气量Gcyl_cmd，同时防止振荡和过冲行为。此外，当采用滑动模式控制算法时，将目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd计算为包括气门控制输入Uvt(其为前馈项)在内的三个输入的总和(Ueq+Urch+Uvt)，从而即使存在作为对于目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd的解的两个解(位于提前关闭侧和延迟关闭侧的值)时，气门控制输入Uvt也使得可以强制地选择这两个解之一，作为目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd的解。此外，由于补偿参数γ1包括在由板载识别器223识别的预测系数向量θs中，所以如上所述，可以使汽缸进气量Gcyl收敛为目标进气量Gcyl_cmd，同时对气门控制输入Uvt的不利影响进行补偿。

[0389] 此外，由于可变进气门致动组件40被形成为液压驱动型，所以与使用其中进气门6的气门元件由螺线管的电磁力来驱动的类型的可变进气门致动组件的情况相比，可以在较高负载区域内更加确定地打开和关闭进气门6，并且可以减少进气门6的功耗和操作噪声。

[0390] 此外，进气门致动组件50(包括主进气凸轮43和辅助进气凸轮44、主进气凸轮轴41和辅助进气凸轮轴42、连杆50，以及进气摇臂51)和可变辅助进气凸轮相位装置70的组合可以实现能够根据需要改变辅助进气凸轮相位θmsi的结构，即，可以根据需要改变进气门6的气门关闭正时和气门升程的结构。

[0391] 应该注意，当不需要辅助进气凸轮相位变化机构70具有高的响应性时(例如，当在上述进气门控制处理中，仅需要执行进气门6的延迟关闭控制和提前关闭控制之一时)，与主进气凸轮相位变化机构60相似，可以使用油压泵63和电磁阀机构64来代替油压活塞机构73和电极74。在这种情况下，控制系统1可以被构造为如图68所示。

[0392] 如图68所示，该控制系统1设置有DUTY_msi计算部分300和节气门打开控制器301，而不是DUTY_th计算部分200和辅助进气凸轮相位控制器220。在DUTY_msi计算部分
300中，根据所需驱动转矩TRQ_eng，通过查表来计算目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd，然后根据所计算的目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd，通过查表来计算控制输入DUTY_msi。
另外，在节气门打开控制器301中，根据汽缸进气量Gcyl和目标进气量Gcyl_cmd，通过与上述第一SPAS控制器221相同的控制算法来计算目标开度TH_cmd，然后根据所计算的目标开度TH_cmd，通过与上述第二SPAS控制器225相同的控制算法来计算控制输入DUTY_th。当如上构造控制系统1时，即使辅助进气凸轮相位改变机构70的响应性较低，也可以适当地控制辅助进气凸轮相位θmsi，同时防止辅助进气凸轮相位改变机构70的低响应性的不利影响。

[0393] 此外，尽管在以上实施例中，辅助进气凸轮相位控制器220配备有第一SPAS控制器221和第二SPAS控制器225，但是并不限于此，而是可以采用仅配备有第一SPAS控制器221的辅助进气凸轮相位控制器。在这种情况下，仅需要例如通过参照一表，根据由第一SPAS控制器221计算的目标辅助进气凸轮相位θmsi_cmd来计算控制输入DUTY_msi。

[0394] 此外，尽管在上述实施例中，通过示例的方式，在第一和第二SPAS控制器221和225中使用滑动模式控制算法作为响应指定控制算法，但是并不限于此，而是可以采用反推控制算法等，只要其为响应指定控制算法。

[0395] 此外，尽管在上述实施例中，通过示例的方式，将可变进气门致动组件40用作可变进气门正时装置，但是并不限于此，而是可以使用任意装置，只要它能够通过改变进气门6的气门正时来改变被吸入到汽缸中的进气量。例如，可以采用通过电磁力来驱动进气门6的气门正时的电磁驱动气门机构作为可变进气门正时装置。

[0396] 此外，尽管在以上实施例中，将根据本发明的控制系统应用于汽车内燃机(作为设备)的进气系统，但是并不限于此，而是应该理解为，根据本发明的控制系统可以应用于作为设备的各种工业机器。此外，根据本发明的控制系统不仅可以应用于汽车的内燃机(根据上述实施例)，而且可以应用于诸如安装在船只上的内燃机。

[0397] 工业适用性

[0398] 如上所述，根据本发明第一和第二方面的用于内燃机的进气量控制系统使得可以保证高鲁棒性并提高进气量控制的可控性，由此可以将其用于包括汽车内燃机在内的各种内燃机，作为可以提高驾驶性能并减少废气排放的进气控制系统。此外，根据本发明第三和第四方面的控制系统使得可以对设备输出的预定值与该输出的检测值之间的稳态偏差进行补偿，由此可以将其用于作为设备的各种工业设备，包括车辆内燃机的进气系统。