JP2004138036A - Control device of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the fuel consumption reducing effect obtained by the intake air control by controlling a variable intake valve while ensuring the combustion stability. <P>SOLUTION: The throttle opening learned value GTA and the valve lift learned value GVL are set to be the throttle opening TA and the valve lift quantity VL, respectively. If the combustion instability calculated based on rotation fluctuation or the like is larger than a determination value Krough, the valve lift quantity VL is correctively increased, and if the combustion instability is not larger than the determination value Krough, the valve lift quantity VL is correctively decreased (Steps 101-108). In addition, the throttle opening TA is correctively decreased or increased so as to suppress changes in the engine speed NE (change in intake air quantity GN) caused by correction of the valve lift quantity VL (Steps 109-111), and the throttle opening learned value GTA and the valve lift learned value GVL are updated by the present throttle opening TA and valve lift quantity VL, respectively (Steps 112 and 113). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気バルブの制御量を可変することで吸入空気量を制御可能な可変吸気バルブ機構を備えた内燃機関の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、車両に搭載される内燃機関においては、吸気バルブのリフト量や開閉時期等のバルブ制御量を可変する可変吸気バルブ機構を設け、アクセル開度やエンジン運転状態等に応じて吸気バルブのバルブ制御量を可変することで吸入空気量を制御できるようにしたものがある。この可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御は、吸気バルブのリフト量や開弁期間を小さくすることによって、吸気通路をスロットルバルブで絞ることなく吸入空気量を少なくすることができるので、ポンピングロスを低減して燃費を向上させることができる利点がある。
【0003】
従来の一般的なスロットルバルブ制御による吸入空気量制御では、低負荷時にスロットルバルブの開度を小さくして吸入空気量を少なくするため、スロットルバルブ下流側の吸入空気の圧力がかなり負圧になるが、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御では、スロットルバルブを大きく開いた状態で、吸気バルブのリフト量や開弁期間を可変して筒内の充填空気量を制御するため、低負荷・高負荷を問わず、スロットルバルブ下流側の吸入空気の圧力がほぼ大気圧に保たれ、低負荷時でも、ほぼ大気圧の空気が吸気ポートから筒内に吸入されるようになる。このため、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御では、低負荷時に吸気ポートを流れる空気の流れがスロットルバルブ制御による吸入空気量制御と比較して緩やかとなり、吸気ポートの壁面等に付着した燃料(ウェット燃料)の気化特性や筒内混合気の流動特性が低下する傾向がある。しかも、低負荷時に吸気バルブの開弁時間を短くするように吸気バルブの閉弁タイミングを吸気下死点よりも進角するため、吸気バルブの閉弁後にもピストンが下降して、筒内混合気が膨脹して温度低下する傾向がある。これらの理由から、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御では、低負荷時に燃焼状態が悪化してドライバビリティや排気エミッションに悪影響を及ぼす可能性がある。
【0004】
この対策として、特許文献1(特開2001−159341号公報)に示すように、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御を行うと燃焼状態が悪化する可能性がある特定運転条件(例えばアイドル運転や冷機時の低負荷運転)のときに、吸入空気量制御モードを、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御からスロットルバルブ制御による吸入空気量制御に切り換えて、吸気バルブのリフト量や開弁期間を例えば最大値に固定した状態でスロットルバルブ制御によって吸入空気量を制御することで燃焼状態の悪化を防止し、特定運転条件以外の通常運転条件のときに、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御を行うようにしたものがある。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−159341号公報(第2頁等)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御を行うと燃焼状態が悪化する運転条件は、車両を取り巻く環境(温度、湿度、大気圧等)の変化等によって変化することがある。しかし、上記特許文献1の方法では、予め設定した特定運転条件のときに、常にスロットルバルブ制御による吸入空気量制御に切り換えてしまうため、環境変化等によって実際には燃焼状態が悪化しない運転条件でも、スロットルバルブ制御による吸入空気量制御に切り換えてしまうことがあり、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の効果を十分に活用することができないという欠点がある。
【0007】
また、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御では、低負荷時に吸気バルブのリフト量が小さくなるため、各気筒で目標リフト量に対する実リフト量のばらつき(各気筒の部品公差や組付公差によるばらつき)の割合が大きくなって、気筒間の吸入空気量ばらつきが大きくなる傾向がある。このため、低負荷時に気筒間の吸入空気量ばらつきの影響を受けて気筒間のトルクばらつきや空燃比ばらつきが大きくなることがあり、ドライバビリティや排気エミッションが悪化することがある。この問題に対しても、低負荷時に、スロットルバルブ制御による吸入空気量制御に切り換えることが考えられる。
【0008】
しかし、実リフト量のばらつきには、個体差や経時変化があるため、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の低負荷時に必ず気筒間の吸入空気量ばらつきが大きくなるとは限らない。従って、低負荷時に、常にスロットルバルブ制御による吸入空気量制御に切り換えてしまうと、実際には気筒間の吸入空気量ばらつきによる悪影響が発生しない場合でも、スロットルバルブ制御による吸入空気量制御に切り換えてしまうことがあり、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の効果を十分に活用することができなくなってしまう。
【0009】
本発明はこれらの事情を考慮してなされたものであり、第1の目的は、燃焼安定性を確保しながら、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の効果を増大させることであり、また、第2の目的は、気筒間の吸入空気量ばらつきを小さくしながら、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の効果を増大させることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記第1の目的を達成するために、本発明の請求項1の内燃機関の制御装置は、内燃機関の燃焼不安定度を燃焼不安定度検出手段により検出し、その燃焼不安定度に基づいて吸入空気量制御手段により吸気バルブの制御量及び/又はスロットルバルブの制御量を制御して吸入空気量を制御するようにしたものである。
【0011】
このようにすれば、実際に検出した燃焼不安定度に応じて吸気バルブの制御量やスロットルバルブの制御量を制御することができるので、燃焼状態が悪化傾向にあるときには、燃焼状態を安定させる方向(燃焼不安定度を小さくする方向)に吸気バルブの制御量やスロットルバルブの制御量を制御し、燃焼状態が安定しているときには、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の効果を増加させる方向に吸気バルブの制御量やスロットルバルブの制御量を制御することができる。これにより、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御によって発生する燃焼状態の悪化を防止しながら、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御で得られるポンピングロス低減、燃費向上の効果を増大させることができる。
【0012】
この場合、請求項2のように、回転変動、筒内圧力、イオン電流のうちの少なくとも1つに基づいて燃焼不安定度を検出すると良い。各気筒の燃焼状態に応じて回転変動、筒内圧力、イオン電流が変化するので、クランク角センサの出力信号に基づいて検出した回転変動、筒内圧力センサ等で検出した筒内圧力、点火プラグ等を介して検出したイオン電流を監視すれば、燃焼不安定度を精度良く検出することができる。
【0013】
ところで、本発明による吸入空気量制御は、燃焼状態が悪化する方向(燃焼不安定度が大きくなる方向)に変化するときには、燃焼状態を安定させる方向(燃焼不安定度を小さくする方向)に吸気バルブの制御量やスロットルバルブの制御量を制御するため、通常は、燃焼不安定度が小さくなっているが、運転条件等によって燃焼状態がある程度悪化した状態(燃焼不安定度がある程度大きくなった状態)で、吸気バルブの制御量を大きく変化させると、益々、燃焼状態が悪化する可能性がある。
【0014】
そこで、請求項3のように、燃焼不安定度検出手段で検出した燃焼不安定度が所定値以上のときには、制御量制限手段により吸気バルブの制御量の可変範囲を制限するようにしても良い。このようにすれば、燃焼状態がある程度悪化した状態(燃焼不安定度がある程度大きくなった状態)で、吸気バルブの制御量を無理に変化させて、益々、燃焼状態を悪化させてしまうという悪循環を回避することができ、燃焼安定性を確保することができる。
【0015】
この場合、燃焼不安定度が所定値以上のときに、吸気バルブの制御量の可変範囲を制限する手段としては、例えば、吸気バルブの制御量を所定のガード値でガード処理するようにしたり、或は、吸気バルブの制御量の可変範囲を狭めるようにしても良いが、請求項4のように、吸気バルブの制御量を所定値に固定すようにしても良い。このようにすれば、吸気バルブの制御量を設定する演算処理が容易になる利点がある。
【0016】
ところで、通常の運転中は、ポンピングロスを低減して燃費を向上させるために、スロットルバルブを大きく開いた状態で、吸気バルブの制御量(リフト量や開弁期間)を可変して吸入空気量を制御するため、スロットルバルブの開度は大きく開いた状態となっている。従って、スロットルバルブの開度が小さければ、吸入空気量制御系の構成部品に何等かの異常が発生していることが予想される。
【0017】
このような観点から、請求項5のように、異常判定手段によってスロットルバルブの開度が所定の異常判定値以下であるか否かを判定して吸入空気量制御系の構成部品の異常の有無を判定するようにしても良い。このようにすれば、吸入空気量制御系の構成部品の異常を診断する機能を、新たなセンサ類を追加することなく、実現することができる。
【0018】
この場合、請求項6のように、異常判定手段で異常を検出したときには、吸気バルブの制御量を固定してスロットルバルブの開度の制御によって吸入空気量を制御する異常時吸入空気量制御を実行するようにしても良い。つまり、スロットルバルブの駆動系・制御系は、可変吸気バルブ機構よりも故障の可能性が少ないと思われるため、異常検出時には、スロットル制御によって吸入空気量を制御した方が、可変バルブ制御によって吸入空気量を制御する場合よりも吸入空気量を精度良く制御できる可能性が高い。
【0019】
この際、請求項7のように、異常時吸入空気量制御の実行中に、燃焼不安定度検出手段で検出した燃焼不安定度が所定値より小さくなっているときに、可変吸気バルブ機構の異常と判定するようにしても良い。異常時吸入空気量制御の実行中は、スロットル制御によって吸入空気量を制御するため、異常時吸入空気量制御(スロットル制御)によって燃焼不安定度が小さくなるということは、スロットル制御による吸入空気量制御によって安定した燃焼状態が得られることを意味し、ひいては、スロットル制御によって吸入空気量が精度良く制御されていること(スロットルバルブの駆動系・制御系が正常であること)を意味する。従って、異常時吸入空気量制御の実行中に燃焼不安定度が小さくなれば、可変吸気バルブ機構の異常と判定することができる。
【0020】
また、請求項8のように、異常時吸入空気量制御の実行中に、燃焼不安定度検出手段で検出した燃焼不安定度が所定値以上となっているときに、可変吸気バルブ機構が正常に動作しているか否かを判定し、正常に動作していると判定されれば、可変吸気バルブ機構以外の構成部品の異常と判定するようにしても良い。つまり、異常時吸入空気量制御の実行中に、燃焼不安定度が大きくなるということは、スロットル制御による吸入空気量制御でも燃焼状態が良くならないことを意味し、スロットルバルブの駆動系・制御系が故障している可能性があることを意味する。この場合、スロットルバルブの駆動系・制御系と可変吸気バルブ機構の両方が故障している可能性もあるため、可変吸気バルブ機構が正常に動作しているか否かを判定し、正常に動作していると判定されれば、可変吸気バルブ機構以外の構成部品(スロットルバルブの駆動系・制御系)の異常と判定することができる。これにより、可変吸気バルブ機構の異常と、それ以外の構成部品の異常とを区別して判定することができる。
【0021】
この際、請求項9のように、可変吸気バルブ機構が正常に動作しているか否かを、吸気バルブの位置を検出するセンサの出力と該吸気バルブの制御量とを比較して判定するようにすると良い。このようにすれば、可変吸気バルブ機構が正常に動作しているか否かを正確に判定することができる。
【0022】
また、前記第2の目的を達成するために、請求項10のように、内燃機関の気筒間の吸入空気量ばらつきを表す気筒間ばらつき値を気筒間ばらつき検出手段により検出し、その気筒間ばらつき値に基づいて吸入空気量制御手段により吸気バルブの制御量及び/又はスロットルバルブの制御量を制御して吸入空気量を制御するようにしても良い。
【0023】
このようにすれば、実際に検出した気筒間ばらつき値に応じて吸気バルブの制御量やスロットルバルブの制御量を制御することができるので、気筒間ばらつき値が大きいときには、気筒間の吸入空気量ばらつきを小さくする方向に吸気バルブの制御量やスロットルバルブの制御量を制御し、気筒間ばらつき値が小さいときには、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の効果を増加させる方向に吸気バルブの制御量やスロットルバルブの制御量を制御することができる。これにより、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御によって発生する気筒間の吸入空気量ばらつきを小さくしながら、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の効果を増大させることができる。
【0024】
この場合、請求項11のように、吸入空気量、吸気管圧力、回転変動、筒内圧力、イオン電流、空燃比のうちの少なくとも1つに基づいて気筒間ばらつき値を検出すると良い。エアフローメータ等で検出した吸入空気量や吸気管圧力センサ等で検出した吸気管圧力は、各気筒の吸気行程に対応して変化するので、吸入空気量や吸気管圧力を監視すれば、気筒間の吸入空気量ばらつきを反映した気筒間ばらつき値を検出することができる。また、各気筒の吸入空気量に応じて各気筒の空燃比が変化するため、空燃比センサ等で検出した空燃比を監視すれば、気筒間の吸入空気量ばらつきを反映した気筒間ばらつき値を検出することができる。また、各気筒の吸入空気量に応じて各気筒の燃焼状態が変化し、その燃焼状態に応じて回転変動、筒内圧力、イオン電流が変化するため、回転変動、筒内圧力、イオン電流を監視すれば、気筒間の吸入空気量ばらつきを反映した気筒間ばらつき値を検出することができる。
【0025】
ところで、気筒間ばらつき値を用いた吸入空気量制御は、気筒間の吸入空気量ばらつき(気筒間ばらつき値)が大きくなる方向に変化するときには、気筒間の吸入空気量ばらつき(気筒間ばらつき値)を小さくする方向に吸気バルブの制御量やスロットルバルブの制御量を制御するため、通常の運転中は、気筒間の吸入空気量ばらつき(気筒間ばらつき値)が小さくなっているが、運転条件等によって気筒間の吸入空気量ばらつき(気筒間ばらつき値)がある程度大きくなった状態で、吸気バルブの制御量を大きく変化させると、益々、気筒間の吸入空気量ばらつき(気筒間ばらつき値)が大きくなる可能性がある。
【0026】
そこで、請求項12のように、気筒間ばらつき検出手段で検出した気筒間ばらつき値が所定値以上のときには、制御量制限手段により吸気バルブの制御量の可変範囲を制限するようにしても良い。このようにすれば、気筒間の吸入空気量ばらつき(気筒間ばらつき値)がある程度大きくなった状態で、吸気バルブの制御量を無理に変化させて、益々、気筒間の吸入空気量ばらつき(気筒間ばらつき値)を大きくしてしまうという悪循環を回避することができる。
【0027】
この場合、気筒間ばらつき値が所定値以上のときに、吸気バルブの制御量の可変範囲を制限する手段としては、例えば、吸気バルブの制御量を所定のガード値でガード処理するようにしたり、或は、吸気バルブの制御量の可変範囲を狭めるようにしても良いが、請求項13のように、吸気バルブの制御量を所定値に固定すようにしても良い。このようにすれば、吸気バルブの制御量を設定する演算処理が容易になる利点がある。
【0028】
また、請求項14のように、異常判定手段によってスロットルバルブの開度が所定の異常判定値以下であるか否かを判定して吸入空気量制御系の構成部品の異常の有無を判定するようにしても良い。通常は、ポンピングロスを低減して燃費を向上させるために、スロットルバルブを大きく開いた状態で、吸気バルブの制御量を可変して吸入空気量を制御するため、スロットルバルブの開度が所定の異常判定値以下であるか否かで、吸入空気量制御系の構成部品の異常の有無を簡単に判定することができる。
【0029】
この場合、請求項15のように、異常判定手段で異常を検出したときには、吸気バルブの制御量を固定してスロットルバルブの開度の制御によって吸入空気量を制御する異常時吸入空気量制御を実行するようにしても良い。このように、異常検出時に、スロットル制御によって吸入空気量を制御した方が、可変バルブ制御によって吸入空気量を制御する場合よりも吸入空気量を精度良く制御できる可能性が高い。
【0030】
この際、請求項16のように、異常時吸入空気量制御の実行中に、気筒間ばらつき検出手段で検出した気筒間ばらつき値が所定値より小さくなっているときに可変吸気バルブ機構の異常と判定するようにしても良い。異常時吸入空気量制御の実行中は、スロットル制御によって吸入空気量を制御するため、異常時吸入空気量制御(スロットル制御)によって気筒間ばらつき値が小さくなるということは、スロットル制御によって各気筒の吸入空気量が精度良く制御されていること(スロットルバルブの駆動系・制御系が正常であること)を意味する。従って、異常時吸入空気量制御の実行中に、気筒間ばらつき値が小さくなれば、可変吸気バルブ機構の異常と判定することができる。
【0031】
また、請求項17のように、異常時吸入空気量制御の実行中に、気筒間ばらつき検出手段で検出した気筒間ばらつき値が所定値以上となっているときに、可変吸気バルブ機構が正常に動作しているか否かを判定し、正常に動作していると判定されれば、可変吸気バルブ機構以外の構成部品の異常と判定するようにしても良い。つまり、異常時吸入空気量制御の実行中に、気筒間ばらつき値が大きくなるということは、スロットル制御による吸入空気量制御によっても気筒間の吸入空気量ばらつきが小さくならないことを意味し、スロットルバルブの駆動系・制御系が故障している可能性があることを意味する。この場合、スロットルバルブの駆動系・制御系と可変吸気バルブ機構の両方が故障している可能性もあるため、可変吸気バルブ機構が正常に動作しているか否かを判定し、正常に動作していると判定されれば、可変吸気バルブ機構以外の構成部品(スロットルバルブの駆動系・制御系)の異常と判定することができる。
【0032】
この際、請求項18のように、可変吸気バルブ機構が正常に動作しているか否かを、吸気バルブの位置を検出するセンサの出力と該吸気バルブの制御量とを比較して判定するようにすると良い。このようにすれば、可変吸気バルブ機構が正常に動作しているか否かを正確に判定することができる。
【0033】
また、請求項19のように、吸入空気量制御手段により設定した吸気バルブの制御量及び/又はスロットルバルブの制御量を学習手段により学習し、吸入空気量制御手段は、学習手段で学習した制御量に基づいて今回の制御量を設定するようにしても良い。このようにすれば、制御システムの製造ばらつきや経時変化等の影響を受けずに、吸気バルブの制御量やスロットルバルブの制御量を速やかに適正値に制御することができる。
【0034】
【発明の実施の形態】
《実施形態(1)》
以下、本発明の実施形態(1)を図1乃至図5に基づいて説明する。まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ14が設けられている。このエアフローメータ14の下流側には、DCモータ等によって開度調節されるスロットルバルブ15とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ16とが設けられている。
【0035】
更に、スロットルバルブ15の下流側には、サージタンク17が設けられ、このサージタンク17に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ18が設けられている。また、サージタンク17には、エンジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド19が設けられ、各気筒の吸気マニホールド19の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁20が取り付けられている。また、エンジン11のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ21が取り付けられ、各点火プラグ21の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【0036】
また、エンジン11の吸気バルブ28と排気バルブ29には、それぞれバルブリフト量を可変する可変バルブリフト機構30,31が設けられている。更に、吸気バルブ28と排気バルブ29に、それぞれバルブタイミング(開閉タイミング)を可変する可変バルブタイミング機構を設けるようにしても良い。尚、排気バルブ29には、可変バルブリフト機構31を設けずに、可変バルブタイミング機構のみを設けるようにしても良い。
【0037】
一方、エンジン11の排気管22には、排出ガス中のCO,HC,NOx等を浄化する三元触媒等の触媒23が設けられ、この触媒23の上流側に、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ24が設けられている。また、エンジン11のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ25や、エンジン11のクランク軸が一定クランク角(例えば30℃A)回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ26が取り付けられている。このクランク角センサ26の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【0038】
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路(以下「ECU」と表記する)27に入力される。このECU27は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたROM(記憶媒体)に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁20の燃料噴射量や点火プラグ21の点火時期を制御する。
【0039】
次に、図2に基づいて吸気バルブ28の可変バルブリフト機構(可変吸気バルブリフト機構)30の構成を説明する。尚、排気バルブ29の可変バルブリフト機構(可変排気バルブリフト機構)31は、可変吸気バルブリフト機構30と実質的に同一構成であるため、説明を省略する。
【0040】
図2に示すように、吸気バルブ28を駆動するためのカムシャフト32とロッカーアーム33との間に、リンクアーム34が設けられ、このリンクアーム34の上方に、ステッピングモータ等のモータ41で回動駆動されるコントロールシャフト35が設けられている。コントロールシャフト35には、偏心カム36が一体的に回動可能に設けられ、この偏心カム36の軸心に対して偏心した位置に、リンクアーム34が支持軸(図示せず)を介して揺動可能に支持されている。このリンクアーム34の中央部には、揺動カム38が設けられ、この揺動カム38の側面が、カムシャフト32に設けられたカム37の外周面に当接している。また、リンクアーム34の下端部には、押圧カム39が設けられ、この押圧カム39の下端面が、ロッカーアーム33の中央部に設けられたローラ40の上端面に当接している。
【0041】
これにより、カムシャフト32の回転によってカム37が回転すると、そのカム37の外周面形状に追従してリンクアーム34の揺動カム38が左右に移動して、リンクアーム34が左右に揺動する。リンクアーム34が左右に揺動すると、押圧カム39が左右に移動するため、押圧カム39の下端面形状に応じてロッカーアーム33のローラ40が上下に移動して、ロッカーアーム33が上下に揺動する。このロッカーアーム33の上下動によって吸気バブル28が上下動するようになっている。
【0042】
一方、コントロールシャフト35の回転によって偏心カム36が回転すると、リンクアーム34の支持軸の位置が移動して、リンクアーム34の押圧カム39とロッカーアーム33のローラ40との初期の接触点位置が変化する。また、リンクアーム34の押圧カム39の下端面は、左側部分にロッカーアーム33の押圧量が0(吸気バルブ28のバルブリフト量が0)となるような曲率でベース曲面39aが形成され、このベース曲面39aから右方に向かうに従ってロッカーアーム33の押圧量が大きくなる(吸気バルブ28のバルブリフト量が大きくなる)ような曲率で押圧曲面39bが形成されている。
【0043】
吸気バルブ28のバルブリフト量を大きくする高リフトモードの場合には、コントロールシャフト35の回転によってリンクアーム34の押圧カム39とロッカーアーム33のローラ40との初期の接触点位置を右方に移動させる。これにより、カム37の回転によって押圧カム39が左右に移動したときに押圧カム39の下端面のうちローラ40に接触する区間が右方に移動するため、ロッカーアーム33の最大押圧量が大きくなって吸気バルブ28の最大バルブリフト量が大きくなると共に、ロッカーアーム33が押圧される期間が長くなって吸気バブル28の開弁期間が長くなる。
【0044】
一方、吸気バルブ28のバルブリフト量を小さくする低リフトモードの場合には、コントロールシャフト35の回転によってリンクアーム34の押圧カム39とロッカーアーム33のローラ40との初期の接触点位置を左方に移動させる。これにより、カム37の回転によって押圧カム39が左右に移動したときに押圧カム39の下端面のうちローラ40に接触する区間が左方に移動するため、ロッカーアーム33の最大押圧量が小さくなって吸気バルブ28の最大バルブリフト量が小さくなると共に、ロッカーアーム33が押圧される期間が短くなって吸気バブル28の開弁期間が短くなる。
【0045】
以上説明した可変吸気バルブリフト機構30では、モータ41でコントロールシャフト35を回転させてリンクアーム34の押圧カム39とロッカーアーム33のローラ40との初期の接触点位置を連続的に移動させれば、全気筒の吸気バルブ28の最大バルブリフト量と開弁期間(以下単に「バルブリフト量」という)を一括して連続的に可変することができる。
【0046】
ECU27は、アクセル開度等に基づいて設定した目標吸入空気量に応じて可変吸気バルブリフト機構30を制御して、吸気バルブ28のバルブリフト量を連続的に可変して吸入空気量を制御する。尚、可変吸気バルブリフト機構30と可変吸気バルブタイミング機構を併用したシステムの場合には、バルブリフト量とバルブタイミングの両方を連続的に可変して吸入空気量を制御するようにしても良い。
【0047】
このような可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御では、前述したように、ポンピングロスを低減して燃費を向上させる効果があるが、バルブリフト量を小さくする低負荷時に燃焼状態が悪化してドライバビリティや排気エミッションに悪影響を及ぼす可能性がある。
【0048】
そこで、ECU27は、ROMに記憶された図3に示す吸入空気量制御プログラムを実行することで、回転変動等に基づいて燃焼不安定度を検出し、その燃焼不安定度が所定の判定値よりも大きく、燃焼状態が悪化傾向にあるときには、燃焼状態を安定させる方向にバルブリフト量やスロットル開度を補正する。一方、燃焼不安定度が所定の判定値以下で、燃焼状態が安定しているときには、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の効果を増加させる方向にバルブリフト量やスロットル開度を補正する。以下、ECU27が実行する図3の吸入空気量制御プログラムの処理内容を説明する。
【0049】
図3に示す吸入空気量制御プログラムは、イグニッションスイッチ(図示せず)のオン後に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう吸入空気量制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ101で、水温センサ25で検出した冷却水温が所定の暖機判定水温T0 (例えば80℃)よりも高いか否かによってエンジン11の暖機が完了したか否かを判定する。
【0050】
このステップ101で、暖機完了前と判定された場合には、ステップ102に進み、スロットルバルブ制御による吸入空気量制御を実行する。この場合、吸気バルブ28のバルブリフト量(最大バルブリフト量と開弁期間)を例えば最大値に固定した状態で、スロットル開度のみを可変して吸入空気量を制御する。
【0051】
その後、ステップ101で、暖機完了後と判定されると、ステップ103に進み、図4(a)に示すスロットル開度学習値GTAのマップを検索して、現在の運転状態(エンジン回転速度NEと目標吸入空気量GNtg)に対応する運転領域のスロットル開度学習値GTAを読み込み、それをスロットル開度TAとして設定する。
TA=GTA
【0052】
図4(a)のマップは、エンジン回転速度NEと目標吸入空気量GNtgとをパラメータとする複数の運転領域に区分され、各運転領域毎に、それぞれスロットル開度学習値GTAが記憶されている。
【0053】
この後、ステップ104に進み、図4(b)に示すバルブリフト学習値GVLのマップを検索して、現在の運転状態(エンジン回転速度NEと目標吸入空気量GNtg)に対応する運転領域のバルブリフト学習値GVLを読み込み、それをバルブリフト量VLとして設定する。
VL=GVL
【0054】
図4(b)のマップは、エンジン回転速度NEと目標吸入空気量GNtgとをパラメータとする複数の運転領域に区分され、各運転領域毎に、それぞれバルブリフト学習値GVLが記憶されている。
【0055】
この後、ステップ105に進み、燃焼不安定度を算出する。各気筒の燃焼状態に応じて回転変動の値が変化するという関係に着目して、このステップ105では、回転変動に基づいて燃焼不安定度を次のようにして算出する。まず、クランク角センサ26の出力信号に基づいてクランク軸が所定クランク角(例えば30℃A)回転するのに要した時間T30を算出し、各気筒の燃焼行程に対応する期間毎にT30の最大値と最小値の差に基づいて各気筒の回転変動ΔNEを算出する。そして、各気筒の回転変動ΔNEのばらつき度合(例えば標準偏差)を算出し、それを燃焼不安定度とする。このステップ105の処理が特許請求の範囲でいう燃焼不安定度検出手段としての役割を果たす。
【0056】
尚、各気筒の燃焼状態に応じて筒内圧力やイオン電流も変化するため、ステップ105で筒内圧力やイオン電流に基づいて燃焼不安定度を算出するようにしても良い。
【0057】
筒内圧力に基づいて燃焼不安定度を算出する場合は、各気筒にそれぞれ筒内圧力センサ(図示せず)を設け、各気筒の燃焼行程に対応する期間毎に各気筒の筒内圧力センサで検出した筒内圧力(図5参照)に基づいて筒内圧力特性値(例えば筒内圧力のピーク値、平均値、面積、所定クランク角の筒内圧力検出値等)を算出する。そして、各気筒の筒内圧力特性値のばらつき度合(例えば標準偏差)を算出して燃焼不安定度とする。
【0058】
一方、イオン電流に基づいて燃焼不安定度を算出する場合は、各気筒の燃焼行程に対応する期間毎に各気筒の点火プラグ21を介して検出したイオン電流に基づいてイオン電流特性値(ピーク値、平均値、面積、所定クランク角のイオン電流検出値等)を算出し、各気筒のイオン電流特性値のばらつき度合(例えば標準偏差)を算出して燃焼不安定度とする。
また、回転変動、筒内圧力、イオン電流のうちの2つ以上に基づいて燃焼不安定度を算出するようにしても良い。
【0059】
燃焼不安定度の算出後、ステップ106に進み、燃焼不安定度を所定の判定値Krough と比較して、燃焼不安定度が判定値Krough よりも大きければ、燃焼状態が悪化傾向にあると判断して、ステップ107に進み、燃焼状態を安定させるために、次式によりバルブリフト量VLを所定量kVL1 だけ増量補正する。
VL=VL+kVL1
【0060】
これに対して、ステップ106で、燃焼不安定度が判定値Krough 以下であると判定された場合には、燃焼状態が安定していると判断して、ステップ108に進み、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の効果を増加させるために、次式によりバルブリフト量VLを所定量kVL2 だけ減量補正する。
VL=VL−kVL2
【0061】
上記ステップ107又は108でバルブリフト量VLを増量補正又は減量補正した後、以下のステップ109〜111の処理によって、バルブリフト量VLの補正によるエンジン回転速度NEの変化(吸入空気量GNの変化)を抑えるように、スロットル開度TAを減量補正又は増量補正する。
【0062】
まず、ステップ109で、エンジン回転速度NEを目標回転速度NEtgと比較し、エンジン回転速度NEが目標回転速度NEtgよりも高ければ、ステップ110に進み、次式によりスロットル開度TAを所定量kTA1 だけ減量補正する。
TA=TA−kTA1
【0063】
これに対して、エンジン回転速度NEが目標回転速度NEtg以下であると判定された場合には、ステップ111に進み、次式によりスロットル開度TAを所定量kTA2 だけ増量補正する。
TA=TA+kTA2
【0064】
尚、上記ステップ109で、吸入空気量GNが目標吸入空気量GNtgよりも多いか否かを判定するようにしても良い。また、一般に、アイドル運転時は、出力トルクよりもエンジン回転速度NEの安定性を重要視し、アイドル運転以外の通常運転時は、エンジン回転速度NEの安定性よりも出力トルク(吸入空気量GN)を重要視するため、アイドル運転時には、上記ステップ109で、エンジン回転速度NEが目標回転速度NEtgよりも高いか否かを判定し、アイドル運転以外の通常運転時には、上記ステップ109で、吸入空気量GNが目標吸入空気量GNtgよりも多いか否かを判定するようにしても良い。
【0065】
上記ステップ110又は111でスロットル開度TAを減量補正又は増量補正した後、ステップ112に進み、上記ステップ103で読み込んだ運転領域のスロットル開度学習値GTAを補正後のスロットル開度TAで更新する。
GTA=TA
【0066】
この後、ステップ113に進み、上記ステップ104で読み込んだ運転領域のバルブリフト学習値GVLを補正後のバルブリフト量VLで更新する。
GVL=VL
これらのステップ112及び113の処理が特許請求の範囲でいう学習手段としての役割を果たす。
【0067】
以上説明した本実施形態(1)によれば、回転変動等に基づいて燃焼不安定度を検出し、その燃焼不安定度が判定値Krough よりも大きく、燃焼状態が悪化傾向にあるときには、燃焼状態を安定させるようにバルブリフト量VLを増量補正し、燃焼不安定度が判定値Krough 以下で、燃焼状態が安定しているときには、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の効果を増加させるようにバルブリフト量VLを減量補正する。更に、バルブリフト量VLの補正によるエンジン回転速度NEの変化(吸入空気量GNの変化)を抑えるように、スロットル開度TAを減量補正又は増量補正する。これにより、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御によって発生する燃焼状態の悪化を防止してドライバビリティや排気エミッションを向上させながら、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の燃費向上効果を増大させることができる。
【0068】
また、本実施形態(1)では、燃焼不安定度に基づいて設定したバルブリフト量VL、スロットル開度TAをバルブリフト学習値GVL、スロットル開度学習値GTAとして記憶しておき、これらのバルブリフト学習値GVL、スロットル開度学習値GTAを補正して次のバルブリフト量VL、スロットル開度TAを設定するようにしたので、制御システムの製造ばらつきや経時変化等の影響を受けずに、バルブリフト量VLやスロットル開度TAを速やかに適正値に制御することができる。
【0069】
《実施形態(2)》
次に、本発明の実施形態(2)を図6及び図7を用いて説明する。
可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御では、バルブリフト量を小さくする低負荷時に、気筒間の吸入空気量ばらつきが大きくなって、気筒間のトルクばらつきや空燃比ばらつきが大きくなり、ドライバビリティや排気エミッションが悪化する懸念がある。
【0070】
そこで、本実施形態(2)では、図6に示す吸入空気量制御プログラムを実行することで、気筒間の吸入空気量ばらつきを表す気筒間ばらつき値を検出し、その気筒間ばらつき値が所定の判定値よりも大きいときには、気筒間ばらつきを小さくする方向にバルブリフト量やスロットル開度を補正する。一方、気筒間ばらつき値が所定の判定値以下のときには、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の効果を増加させる方向にバルブリフト量やスロットル開度を補正する。
【0071】
図6のプログラムは、前記実施形態(1)で説明した図3のプログラムのステップ105、106の処理をステップ105a,106aの処理に変更したものであり、それ以外の処理は図3と同じである。
【0072】
図6の吸入空気量制御プログラムが起動されると、ステップ101〜104で、暖機完了後に現在の運転状態に対応する運転領域のスロットル開度学習値GTAを読み込み、それをスロットル開度TAとして設定すると共に、現在の運転状態に対応する運転領域のバルブリフト学習値GVLを読み込み、それをバルブリフト量VLとして設定する。
【0073】
この後、ステップ105aに進み、気筒間の吸入空気量ばらつきを表す気筒間ばらつき値を算出する。図7に示すように、エンジン11の吸気管12内には、各気筒の吸気行程に対応して吸気脈動が発生するので、吸気管圧力センサ18で検出した吸気管圧力の波形は、各気筒の吸気行程に対応した脈動波形、つまり、各気筒の吸入空気量を反映した脈動波形となる。
【0074】
そこで、このステップ105aでは、吸気管圧力センサ18で検出した吸気管圧力に基づいて気筒間ばらつき値を算出する。この場合、各気筒の吸気行程に対応する期間毎に吸気管圧力センサ18で検出した吸気管圧力に基づいて吸気管圧力特性値(極小値、極大値、平均値、振幅値、面積、軌跡長等)を算出する。そして、各気筒の吸気管圧力特性値のばらつき度合(例えば標準偏差)を算出し、それを気筒間ばらつき値とする。このステップ105aの処理が特許請求の範囲でいう気筒間ばらつき検出手段としての役割を果たす。
【0075】
尚、吸入空気の逆流も検出可能なエアフロメータ14が用いられている場合は、エアフロメータ14で検出した吸入空気量の波形も、各気筒の吸気行程に対応した脈動波形、つまり、各気筒の吸入空気量を反映した脈動波形となるため、エアフロメータ14で検出した吸入空気量に基づいて気筒間ばらつき値を算出するようにしても良い。この場合、各気筒の吸気行程に対応する期間毎にエアフロメータ14で検出した吸入空気量に基づいて吸入空気量特性値(極小値、極大値、平均値、振幅値、面積、軌跡長等)を算出し、各気筒の吸入空気量特性値のばらつき度合(例えば標準偏差)を算出して気筒間ばらつき値を求める。
【0076】
或は、各気筒の吸気マニホールド19にそれぞれ吸入空気量センサを設け、各気筒の吸入空気量センサで検出した各気筒の吸入空気量に基づいて気筒間ばらつき値を算出するようにしても良い。
【0077】
また、各気筒の吸入空気量に応じて各気筒の排出ガスの空燃比が変化するため、空燃比センサ24で検出した排出ガスの空燃比に基づいて気筒間ばらつき値を算出するようにしても良い。この場合、エンジン11から排出された排出ガスが空燃比センサ24で検出されるまでに要する排気系の遅れ時間を考慮して、空燃比センサ24の出力信号に基づいて各気筒の空燃比を推定し、各気筒の推定空燃比のばらつき度合(例えば標準偏差)を算出して気筒間ばらつき値を求める。
【0078】
或は、各気筒の排気行程に対応する期間毎に空燃比センサ24で検出した空燃比に基づいて空燃比特性値(平均値、面積、軌跡長等)を算出し、各気筒の空燃比特性値のばらつき度合(例えば標準偏差)を算出して気筒間ばらつき値を求めるようにしても良い。
【0079】
また、各気筒の吸入空気量に応じて各気筒の燃焼状態が変化し、その燃焼状態に応じて回転変動、筒内圧力、イオン電流が変化するため、回転変動、筒内圧力、イオン電流に基づいて気筒間ばらつき値を算出するようにしても良い。
【0080】
回転変動に基づいて気筒間ばらつき値を算出する場合は、各気筒の燃焼行程に対応する期間毎にT30の最大値と最小値の差に基づいて各気筒の回転変動ΔNEを算出し、各気筒の回転変動ΔNEのばらつき度合(例えば標準偏差)を算出して気筒間ばらつき値を求める。
【0081】
筒内圧力に基づいて気筒間ばらつき値を算出する場合は、各気筒の燃焼行程に対応する期間毎に各気筒の筒内圧力センサで検出した筒内圧力(図5参照)に基づいて筒内圧力特性値(ピーク値、平均値、面積、軌跡長等)を算出し、各気筒の筒内圧力特性値のばらつき度合(例えば標準偏差)を算出して気筒間ばらつき値とする。
【0082】
或は、各気筒の点火直前の筒内圧力値又は点火前の所定期間の筒内圧力特性値(平均値、面積、軌跡長等)に基づいて気筒間ばらつき値を算出するようにしても良い。
【0083】
また、イオン電流に基づいて気筒間ばらつき値を算出する場合は、各気筒の燃焼行程に対応する期間毎に各気筒の点火プラグ21を介して検出したイオン電流に基づいてイオン電流特性値(ピーク値、平均値、面積等)を算出し、各気筒のイオン電流特性値のばらつき度合(例えば標準偏差)を算出して気筒間ばらつき値を求める。
また、吸気管圧力、吸入空気量、空燃比、回転変動、筒内圧力、イオン電流のうちの2つ以上に基づいて気筒間ばらつき値を算出するようにしても良い。
【0084】
気筒間ばらつき値の算出後、ステップ106aに進み、気筒間ばらつき値を判定値Krough と比較して、気筒間ばらつき値が判定値Krough よりも大きければ、ステップ107に進み、気筒間の吸入空気量ばらつきを小さくするために、バルブリフト量VLを所定量kVL1 だけ増量補正する。
【0085】
これに対して、ステップ106aで、気筒間ばらつき値が判定値Krough 以下であると判定された場合には、ステップ108に進み、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の効果を増加させるために、バルブリフト量VLを所定量kVL2 だけ減量補正する。
【0086】
この後、バルブリフト量VLの補正によるエンジン回転速度NEの変化(吸入空気量GNの変化)を抑えるように、スロットル開度TAを減量補正又は増量補正する(ステップ109〜111)。
【0087】
この後、スロットル開度学習値GTAを補正後のスロットル開度TAで更新すると共に、バルブリフト学習値GVLを補正後のバルブリフト量VLで更新する(ステップ112、113)。
【0088】
以上説明した本実施形態(2)では、気筒間の吸入空気量ばらつきを表す気筒間ばらつき値を検出し、その気筒間ばらつき値が判定値Krough よりも大きいときには、気筒間の吸入空気量ばらつきを小さくするようにバルブリフト量VLを増量補正し、気筒間ばらつき値が判定値Krough 以下のときには、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の効果を増加させるようにバルブリフト量VLを減量補正する。更に、バルブリフト量VLの補正によるエンジン回転速度NEの変化(吸入空気量GNの変化)を抑えるように、スロットル開度TAを減量補正又は増量補正する。これにより、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御によって発生する気筒間の吸入空気量ばらつきを少なくしてドライバビリティや排気エミッションを向上させながら、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の燃費向上効果を増大させることができる。
【0089】
尚、上記各実施形態(1)、(2)では、まず、燃焼不安定度(又は気筒間ばらつき値)に基づいてバルブリフト量VLを補正した後に、スロットル開度TAを補正したが、これとは逆に、まず、燃焼不安定度(又は気筒間ばらつき値)に基づいてスロットル開度TAを補正した後に、バルブリフト量VLを補正するようにしても良い。
【0090】
また、上記各実施形態(1)、(2)では、可変バルブリフト機構30,31の駆動源としてステッピングモータを用いたが、これ以外の電磁アクチュエータを用いたり、或は、油圧アクチュエータを用いても良い。或は、吸気バルブ28や排気バルブ29を電磁アクチュエータで直接駆動することによってバルブリフト量、バルブタイミング等を可変するようにしても良い。
【0091】
《実施形態(3)》
次に、本発明の実施形態(3)を図8乃至図11を用いて説明する。本実施形態(3)は、前記実施形態(1)又は前記実施形態(2)と組み合わせて実施すれば良い。
【0092】
本実施形態(3)では、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御の実行領域を、燃焼安定性をある程度確保できる領域(又は気筒間の吸入空気量ばらつきをある程度少なくできる領域)に限定すると共に、異常診断機能とフェールセーフ機能を持たせている。以下、これらの機能を実現する各プログラムの処理内容を説明する。
【0093】
[可変吸気バルブ制御実行フラグセット/リセット]
図8に示す可変吸気バルブ制御実行フラグセット/リセットプログラムは、イグニッションスイッチ(図示せず)のオン後に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう制御量制限制御手段としての役割も果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ201で、燃焼不安定度が所定値K1以上であるか否か(又は気筒間ばらつき値が所定値K2以上であるか否か)を判定する。ここで、所定値K1(又はK2)は、可変吸気バルブ制御の実行領域の境界を定める判定値であり、実験やシミュレーション等で適当な値を設定すれば良い。
【0094】
燃焼不安定度が所定値K1より小さい場合(又は気筒間ばらつき値が所定値K2よりも小さい場合)は、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御を行っても、燃焼安定性を確保できる(又は気筒間の吸入空気量ばらつきを小さくできる)と判断して、ステップ202に進み、可変吸気バルブ制御実行フラグを「1」にセットして、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御を実行する。
【0095】
これに対して、燃焼不安定度が所定値K1以上である場合(又は気筒間ばらつき値が所定値K2以上である場合)は、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御を行うと、燃焼状態が悪化する可能性(又は気筒間の吸入空気量ばらつきが大きくなる可能性)があると判断して、ステップ203に進み、可変吸気バルブ制御実行フラグを「0」にリセットして、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御を禁止して、バルブリフト量VLを最大バルブリフト量VLmaxに固定し、スロットル制御による吸入空気量制御を実行する。この際、バルブリフト量VLを最大バルブリフト量VLmax以外のリフト量に固定しても良い。
【0096】
尚、本プログラムでは、燃焼不安定度が所定値K1以上である場合(又は気筒間ばらつき値が所定値K2以上である場合)に可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御を禁止して、バルブリフト量VLを固定するようにしたが、燃焼不安定度が所定値K1以上である場合(又は気筒間ばらつき値が所定値K2以上である場合)に、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御を禁止せずに、可変吸気バルブ制御のバルブリフト量VLを所定のガード値でガード処理するようにしたり、或は、バルブリフト量VLの可変範囲を狭めるようにしても良く、要は、バルブリフト量VLの可変範囲を適度に制限するようにすれば良い。この際、可変吸気バルブ制御とスロットル制御とを併用して吸入空気量を制御するようにしても良い。
【0097】
[異常診断]
図9に示す異常診断プログラムは、イグニッションスイッチ(図示せず)のオン後に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう異常診断としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ211で、目標空気量に基づいてマップ等により異常判定値K3を算出する。この後、ステップ212、213で、次の2つの条件▲1▼、▲2▼を満たすか否かで、異常診断実行条件が成立しているか否かを判定する。
【0098】
▲1▼エンジン回転速度が所定範囲内であること(ステップ212)
▲2▼エンジン負荷が所定範囲内であること(ステップ213)
これら2つの条件▲1▼、▲2▼のいずれか一方でも満たさない条件があれば、異常診断実行条件が成立せず、そのまま本プログラムを終了する。
【0099】
これに対して、上記2つの条件▲1▼、▲2▼を同時に満たせば、異常診断実行条件が成立して、次のステップ214に進み、スロットル開度TAが前記ステップ211で算出した異常判定値K3以下であるか否かで、吸入空気量制御系の構成部品の異常の有無を判定する。その結果、スロットル開度TAが異常判定値K3以下と判定されれば、吸入空気量制御系の構成部品の異常有りと判断して、ステップ215に進み、異常判定フラグXfailを異常有りを意味する「1」にセットすると共に、可変吸気バルブ制御実行フラグを「0」にリセットして、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御を禁止して、バルブリフト量VLを最大バルブリフト量VLmaxに固定し、スロットル制御により吸入空気量を制御する異常時吸入空気量制御を実行する。この際、バルブリフト量VLを最大バルブリフト量VLmax以外のリフト量に固定しても良い。
【0100】
これに対して、上記ステップ214で、スロットル開度TAが異常判定値K3よりも大きいと判定されれば、吸入空気量制御系の構成部品の異常無しと判断して、ステップ216に進み、異常判定フラグXfailを異常無しを意味する「0」にリセットすると共に、可変吸気バルブ制御実行フラグを「1」にセットして、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御を実行する。
【0101】
[異常箇所判定]
図10に示す異常箇所判定プログラムは、イグニッションスイッチ(図示せず)のオン後に所定周期で実行され、前記図9の異常診断プログラムと共に特許請求の範囲でいう異常診断としての役割を果たす。
【0102】
本プログラムが起動されると、まず、ステップ221で、異常判定フラグXfailが異常有りを意味する「1」にセットされているか否かを判定し、異常判定フラグXfailが異常無しを意味する「0」であれば、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【0103】
これに対して、異常判定フラグXfailが異常有りを意味する「1」にセットされていれば、ステップ222に進み、燃焼不安定度が所定値K4以下であるか否か(又は気筒間ばらつき値が所定値K5以下であるか否か)を判定する。ここで、所定値K4(又はK5)は、可変吸気バルブリフト機構30の故障の有無を判定する判定値であり、実験やシミュレーション等で適当な値を設定すれば良い。
【0104】
このステップ222で、燃焼不安定度が所定値K4以下である(又は気筒間ばらつき値が所定値K5以下である)と判定されれば、ステップ223に進み、可変吸気バルブリフト機構30の故障と判定する。
【0105】
一方、燃焼不安定度が所定値K4よりも大きい(又は気筒間ばらつき値が所定値K5よりも大きい)と判定されれば、ステップ224に進み、後述する図11の可変吸気バルブリフト機構異常診断プログラムによる診断結果に基づいて、可変吸気バルブリフト機構30が正常であるか否かを判定する。その結果、可変吸気バルブリフト機構30が正常であると判定されれば、ステップ225に進み、可変吸気バルブリフト機構30以外の構成部品の故障と判定する。また、可変吸気バルブリフト機構30が正常でないと判定されれば、ステップ223に進み、可変吸気バルブリフト機構30の故障と判定する。
【0106】
[可変吸気バルブリフト機構異常診断]
図11に示す可変吸気バルブリフト機構異常診断プログラムは、イグニッションスイッチ(図示せず)のオン後に所定周期で実行され、前記図9及び図10のプログラムと共に特許請求の範囲でいう異常診断としての役割を果たす。本プログラムでは、実バルブリフト量が目標バルブリフト量に収束するのに要する時間に基づいて可変吸気バルブリフト機構30の故障の有無を次のようにして判定する。まず、ステップ231で、目標バルブリフト量の変化量が所定値K6以下であるか否かを判定し、もし、目標バルブリフト量の変化量が所定値K6よりも大きければ、以降の処理を行うことなく、本プログラムを終了する。
【0107】
これに対して、上記ステップ231で、目標バルブリフト量の変化量が所定値K6以下と判定されれば、ステップ232に進み、リフトセンサ(図示せず)で検出した吸気バルブ28の実バルブリフト量が目標バルブリフト量に所定時間K7以内に収束したか否かを判定する。ここで、所定時間K7は、目標バルブリフト量の変化量が所定値K6のときに実バルブリフト量が目標バルブリフト量に収束するのに要する時間の正常範囲の最長時間に相当し、実験やシミュレーション等で適当な値を設定すれば良い。
【0108】
上記ステップ232で、実バルブリフト量が目標バルブリフト量に所定時間K7以内に収束したと判定されれば、ステップ233に進み、可変吸気バルブリフト機構30が正常と判定する。これに対して、実バルブリフト量が目標バルブリフト量に所定時間K7以内に収束しなかったと判定されれば、ステップ234に進み、可変吸気バルブリフト機構30が故障と判定する。
【0109】
以上説明した本実施形態(3)によれば、運転条件等によって燃焼状態がある程度悪化した状態(又は気筒間の吸入空気量ばらつきがある程度大きくなった状態)で、バルブリフト量VLを変化させると、益々、燃焼状態が悪化する可能性がある(又は気筒間の吸入空気量ばらつきが大きくなる可能性がある)ことを考慮して、燃焼不安定度が所定値K1以上である場合(又は気筒間ばらつき値が所定値K2以上である場合)は、バルブリフト量VLを固定するようにしたので、燃焼状態がある程度悪化した状態(又は気筒間の吸入空気量ばらつきがある程度大きくなった状態)で、バルブリフト量VLを無理に変化させて、益々、燃焼状態を悪化させてしまう(又は気筒間の吸入空気量ばらつきを大きくしてしまう)という悪循環を回避することができる。
【0110】
また、通常の運転中は、ポンピングロスを低減して燃費を向上させるために、スロットルバルブ15を大きく開いた状態で、バルブリフト量VLを可変して吸入空気量を制御するため、スロットル開度は大きく開いた状態となっているという事情を考慮して、スロットル開度が異常判定値K3以下であるか否かで、吸入空気量制御系の構成部品の異常の有無を判定するようにしたので、新たなセンサ類を追加することなく、異常診断の機能を低コスト化の要求を満たしながら実現することができる。
【0111】
しかも、吸入空気量制御系の構成部品の異常を検出したときに、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御を禁止し、バルブリフト量VLを最大バルブリフト量VLmaxに固定して、信頼性の高いスロットル制御により吸入空気量を制御する異常時吸入空気量制御を実行するようにしたので、異常検出時に、可変吸気バルブ制御による吸入空気量制御を実行する場合よりも吸入空気量を精度良く制御できる可能性が高い。
【0112】
この異常時吸入空気量制御の実行中は、スロットル制御によって吸入空気量を制御するため、異常時吸入空気量制御(スロットル制御)によって燃焼不安定度が小さくなる(又は気筒間ばらつき値が小さくなる)ということは、スロットル制御による吸入空気量制御によって安定した燃焼状態が得られる(又は気筒間の吸入空気量ばらつきが小さくなる)ことを意味し、ひいては、スロットル制御によって吸入空気量が精度良く制御されていること(スロットルバルブ15の駆動系・制御系が正常であること)を意味する。
【0113】
この点を考慮して、本実施形態(3)では、異常時吸入空気量制御の実行中に燃焼不安定度が所定値K4以下であるか否か(又は気筒間ばらつき値が所定値K5以下であるか否か)によって、可変吸気バルブリフト機構30の故障の有無を判定するようにしたので、新たなセンサ類を追加することなく、可変吸気バルブリフト機構30の異常診断の機能を低コスト化の要求を満たしながら実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態(1)におけるエンジン制御システム全体の概略構成図
【図2】可変バルブリフト機構の正面図
【図3】実施形態(1)の吸入空気量制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図4】(a)はスロットル開度学習値GTAのマップを概念的に示す図、(b)はバルブリフト学習値GVLのマップを概念的に示す図
【図5】筒内圧力の挙動を示すタイムチャート
【図6】実施形態(2)の吸入空気量制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図7】吸気管圧力の挙動を示すタイムチャート
【図8】実施形態(3)の可変吸気バルブ制御実行フラグセット/リセットプログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図9】実施形態(3)の異常診断プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図10】実施形態(3)の異常箇所判定プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図11】実施形態(3)の可変吸気バルブリフト機構異常診断プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
11…エンジン(内燃機関)、12…吸気管、14…エアフローメータ、15…スロットルバルブ、18…吸気管圧力センサ、20…燃料噴射弁、21…点火プラグ、22…排気管、24…空燃比センサ、26…クランク角センサ、27…ECU(吸入空気量制御手段,燃焼不安定度検出手段,気筒間ばらつき検出手段,学習手段,制御量制限手段,異常判定手段)、28…吸気バルブ、29…排気バルブ、30,31…可変バルブリフト機構。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an internal combustion engine provided with a variable intake valve mechanism capable of controlling an intake air amount by varying a control amount of an intake valve of the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, in internal combustion engines mounted on vehicles, a variable intake valve mechanism that varies a valve control amount such as a lift amount and an opening / closing timing of an intake valve is provided, and a valve of the intake valve is controlled according to an accelerator opening degree and an engine operating state. In some cases, the intake air amount can be controlled by varying the control amount. In the intake air amount control by the variable intake valve control, the intake air amount can be reduced without narrowing the intake passage by the throttle valve by reducing the lift amount and the valve opening period of the intake valve. There is an advantage that the fuel consumption can be reduced and the fuel efficiency can be improved.
[0003]
In the conventional intake air amount control by the general throttle valve control, the pressure of the intake air downstream of the throttle valve becomes considerably negative because the opening degree of the throttle valve is reduced at a low load to reduce the intake air amount. However, in the intake air amount control by the variable intake valve control, the amount of air in the cylinder is controlled by changing the lift amount and the valve opening period of the intake valve while the throttle valve is widely opened. Regardless of the load, the pressure of the intake air downstream of the throttle valve is maintained at approximately atmospheric pressure, and even at low load, air at approximately atmospheric pressure is drawn into the cylinder from the intake port. For this reason, in the intake air amount control by the variable intake valve control, the flow of the air flowing through the intake port at a low load becomes slower than that of the intake air amount control by the throttle valve control, and the fuel ( The vaporization characteristics of wet fuel) and the flow characteristics of the air-fuel mixture in the cylinder tend to decrease. Furthermore, at low load, the closing timing of the intake valve is advanced from the intake bottom dead center so as to shorten the opening time of the intake valve, so that the piston descends even after the intake valve is closed, causing in-cylinder mixing. The air tends to expand and the temperature tends to decrease. For these reasons, in the intake air amount control by the variable intake valve control, the combustion state may be deteriorated at a low load, which may adversely affect drivability and exhaust emission.
[0004]
As a countermeasure against this, as shown in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-159341), when the intake air amount is controlled by the variable intake valve control, there is a possibility that the combustion state may be deteriorated. (Low-load operation during cold operation), the intake air amount control mode is switched from intake air amount control by variable intake valve control to intake air amount control by throttle valve control, and the lift amount and opening period of the intake valve are changed. For example, by controlling the intake air amount by throttle valve control in a state where the intake air amount is fixed at the maximum value, the deterioration of the combustion state is prevented, and the intake air amount control by the variable intake valve control is performed under normal operation conditions other than the specific operation condition. There's something we did.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-159341 A (page 2 etc.)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the operating conditions under which the combustion state deteriorates when the intake air amount is controlled by the variable intake valve control may change due to changes in the environment (temperature, humidity, atmospheric pressure, etc.) surrounding the vehicle. However, according to the method of Patent Document 1, the operation is always switched to the intake air amount control by the throttle valve control at the time of the specific operation condition set in advance. Therefore, even in the operation condition where the combustion state does not actually deteriorate due to an environmental change or the like. In some cases, the control may be switched to the intake air amount control by the throttle valve control, and the effect of the intake air amount control by the variable intake valve control cannot be fully utilized.
[0007]
In addition, in the intake air amount control by the variable intake valve control, since the lift amount of the intake valve becomes small at a low load, the variation of the actual lift amount with respect to the target lift amount in each cylinder (variation due to component tolerance or assembly tolerance of each cylinder). ) Tends to increase, and the variation in the amount of intake air between cylinders tends to increase. Therefore, when the load is low, the variation in the intake air amount between the cylinders may cause the variation in the torque and the variation in the air-fuel ratio between the cylinders, and the drivability and the exhaust emission may deteriorate. To solve this problem, switching to intake air amount control by throttle valve control at a low load may be considered.
[0008]
However, variations in the actual lift amount include individual differences and changes with time, so that the intake air amount variation among the cylinders does not always increase when the load of the intake air amount control by the variable intake valve control is low. Therefore, when the load is always switched to the control of the intake air amount by the throttle valve control at a low load, even if the adverse effect due to the variation of the intake air amount between the cylinders does not actually occur, the control is switched to the intake air amount control by the throttle valve control. And the effect of the intake air amount control by the variable intake valve control cannot be fully utilized.
[0009]
The present invention has been made in view of these circumstances, and a first object is to increase the effect of intake air amount control by variable intake valve control while ensuring combustion stability. A second object is to increase the effect of intake air amount control by variable intake valve control while reducing intake air amount variation between cylinders.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, a control device for an internal combustion engine according to claim 1 of the present invention detects the combustion instability of the internal combustion engine by a combustion instability detecting means, and based on the combustion instability. In this case, the intake air amount is controlled by controlling the control amount of the intake valve and / or the control amount of the throttle valve by the intake air amount control means.
[0011]
With this configuration, the control amount of the intake valve and the control amount of the throttle valve can be controlled in accordance with the actually detected degree of combustion instability. Therefore, when the combustion state tends to deteriorate, the combustion state is stabilized. The control amount of the intake valve and the control amount of the throttle valve are controlled in the direction (direction in which the combustion instability is reduced), and when the combustion state is stable, the effect of the intake air amount control by the variable intake valve control is increased. The control amount of the intake valve and the control amount of the throttle valve can be controlled in the direction. Thus, it is possible to prevent the deterioration of the combustion state caused by the intake air amount control by the variable intake valve control, and to increase the pumping loss reduction and the fuel efficiency improvement obtained by the intake air amount control by the variable intake valve control. .
[0012]
In this case, the degree of combustion instability may be detected based on at least one of the rotation fluctuation, the in-cylinder pressure, and the ion current. Rotational fluctuations, in-cylinder pressure, and ionic current change according to the combustion state of each cylinder.Rotation fluctuations detected based on the output signal of a crank angle sensor, in-cylinder pressure detected by an in-cylinder pressure sensor, etc. By monitoring the ion current detected via the above-described method, the degree of combustion instability can be accurately detected.
[0013]
By the way, when the intake air amount control according to the present invention changes in a direction in which the combustion state deteriorates (in a direction in which the combustion instability increases), the intake air is controlled in a direction in which the combustion state is stabilized (in a direction in which the combustion instability decreases). In order to control the control amount of the valve and the control amount of the throttle valve, the combustion instability is usually small, but the combustion state is deteriorated to some extent by operating conditions (the combustion instability has increased to some extent). (State), if the control amount of the intake valve is largely changed, the combustion state may be further deteriorated.
[0014]
Therefore, when the combustion instability detected by the combustion instability detecting means is equal to or more than a predetermined value, the variable range of the control amount of the intake valve may be limited by the control amount restricting means. . In this way, in a state in which the combustion state is deteriorated to some extent (in a state in which the combustion instability is increased to some extent), the control amount of the intake valve is forcibly changed, and the combustion state is further deteriorated. Can be avoided, and combustion stability can be ensured.
[0015]
In this case, when the degree of combustion instability is equal to or more than a predetermined value, as means for limiting the variable range of the control amount of the intake valve, for example, the control amount of the intake valve may be subjected to guard processing with a predetermined guard value, Alternatively, the variable range of the control amount of the intake valve may be narrowed, but the control amount of the intake valve may be fixed to a predetermined value. In this case, there is an advantage that the arithmetic processing for setting the control amount of the intake valve is facilitated.
[0016]
By the way, during normal operation, in order to reduce the pumping loss and improve the fuel efficiency, the control amount (lift amount and valve opening period) of the intake valve is varied while the throttle valve is largely opened, and the intake air amount is changed. Therefore, the opening of the throttle valve is largely open. Therefore, if the opening of the throttle valve is small, it is expected that some abnormality has occurred in the components of the intake air amount control system.
[0017]
From this point of view, as in claim 5, the abnormality determination means determines whether the opening of the throttle valve is equal to or less than a predetermined abnormality determination value and determines whether there is an abnormality in a component of the intake air amount control system. May be determined. With this configuration, the function of diagnosing an abnormality of a component of the intake air amount control system can be realized without adding a new sensor.
[0018]
In this case, when an abnormality is detected by the abnormality determining means, the abnormality-time intake air amount control in which the control amount of the intake valve is fixed and the amount of intake air is controlled by controlling the opening of the throttle valve is performed. It may be executed. In other words, the drive system and control system of the throttle valve are less likely to fail than the variable intake valve mechanism. There is a high possibility that the intake air amount can be controlled more accurately than when the air amount is controlled.
[0019]
At this time, when the combustion instability detected by the combustion instability detecting means is smaller than a predetermined value during the execution of the abnormal intake air amount control, the variable intake valve mechanism may be activated. It may be determined to be abnormal. During the execution of the abnormal-time intake air amount control, the intake air amount is controlled by the throttle control. Therefore, the combustion instability is reduced by the abnormal-time intake air amount control (throttle control). This means that a stable combustion state can be obtained by the control, and that the intake air amount is accurately controlled by the throttle control (the drive system and the control system of the throttle valve are normal). Therefore, if the combustion instability decreases during execution of the abnormal intake air amount control, it can be determined that the variable intake valve mechanism is abnormal.
[0020]
Further, when the combustion instability detected by the combustion instability detecting means is equal to or more than a predetermined value during execution of the abnormal intake air amount control, the variable intake valve mechanism operates normally. Or not, and if it is determined that it is operating normally, it may be determined that a component other than the variable intake valve mechanism is abnormal. In other words, the fact that the combustion instability increases during the execution of the abnormal intake air amount control means that the combustion state is not improved even with the intake air amount control by the throttle control. Means that it may be out of order. In this case, since there is a possibility that both the drive system / control system of the throttle valve and the variable intake valve mechanism have failed, it is determined whether or not the variable intake valve mechanism is operating normally, and the normal operation is performed. If it is determined that there is an abnormality, it can be determined that a component other than the variable intake valve mechanism (drive system / control system of the throttle valve) is abnormal. Thereby, it is possible to distinguish and determine the abnormality of the variable intake valve mechanism and the abnormality of the other components.
[0021]
At this time, whether or not the variable intake valve mechanism is operating normally is determined by comparing the output of a sensor for detecting the position of the intake valve with the control amount of the intake valve. It is good to This makes it possible to accurately determine whether or not the variable intake valve mechanism is operating normally.
[0022]
In order to achieve the second object, an inter-cylinder variation detecting means detects an inter-cylinder variation value representing a variation in intake air amount between cylinders of the internal combustion engine. The intake air amount control means may control the intake valve control amount and / or the throttle valve control amount based on the value to control the intake air amount.
[0023]
In this way, the control amount of the intake valve and the control amount of the throttle valve can be controlled in accordance with the actually detected inter-cylinder variation value. The control amount of the intake valve and the control amount of the throttle valve are controlled in the direction to reduce the variation, and when the variation value between cylinders is small, the control amount of the intake valve in the direction to increase the effect of the intake air amount control by the variable intake valve control. And the control amount of the throttle valve can be controlled. Thus, the effect of the intake air amount control by the variable intake valve control can be increased while reducing the intake air amount variation between cylinders caused by the intake air amount control by the variable intake valve control.
[0024]
In this case, it is preferable to detect the inter-cylinder variation value based on at least one of the intake air amount, the intake pipe pressure, the rotation fluctuation, the in-cylinder pressure, the ion current, and the air-fuel ratio. The amount of intake air detected by an air flow meter or the like or the intake pipe pressure detected by an intake pipe pressure sensor changes in accordance with the intake stroke of each cylinder. The variation value between the cylinders reflecting the variation in the intake air amount can be detected. In addition, since the air-fuel ratio of each cylinder changes according to the intake air amount of each cylinder, monitoring the air-fuel ratio detected by an air-fuel ratio sensor, etc., makes it possible to obtain the inter-cylinder variation value reflecting the intake air amount variation between the cylinders. Can be detected. Further, the combustion state of each cylinder changes according to the intake air amount of each cylinder, and the rotation fluctuation, the in-cylinder pressure, and the ionic current change according to the combustion state. By monitoring, it is possible to detect an inter-cylinder variation value reflecting the intake air amount variation between cylinders.
[0025]
By the way, in the intake air amount control using the inter-cylinder variation value, when the intake air amount variation between cylinders (inter-cylinder variation value) increases, the intake air amount variation between cylinders (inter-cylinder variation value) changes. In order to control the control amount of the intake valve and the control amount of the throttle valve in the direction of reducing the intake air amount, the variation in the intake air amount between cylinders (inter-cylinder variation value) during normal operation is small. If the control amount of the intake valve is greatly changed in a state where the intake air amount variation between cylinders (inter-cylinder variation value) has increased to some extent, the intake air amount variation between cylinders (inter-cylinder variation value) will increase more and more. Could be.
[0026]
Therefore, when the inter-cylinder variation value detected by the inter-cylinder variation detecting means is equal to or larger than a predetermined value, the variable range of the control amount of the intake valve may be limited by the control amount restricting means. With this arrangement, the control amount of the intake valve is forcibly changed in a state where the variation in the intake air amount between cylinders (inter-cylinder variation value) has increased to some extent, and the variation in the intake air amount between the cylinders (cylinder variation) has increased. A vicious cycle of increasing the inter-variation value) can be avoided.
[0027]
In this case, when the inter-cylinder variation value is equal to or greater than a predetermined value, as means for limiting the variable range of the control amount of the intake valve, for example, the control amount of the intake valve may be guard-processed with a predetermined guard value, Alternatively, the variable range of the control amount of the intake valve may be narrowed, but the control amount of the intake valve may be fixed to a predetermined value. In this case, there is an advantage that the arithmetic processing for setting the control amount of the intake valve is facilitated.
[0028]
According to a fourteenth aspect, the abnormality determining means determines whether or not the opening of the throttle valve is equal to or less than a predetermined abnormality determination value to determine whether or not there is an abnormality in a component of the intake air amount control system. You may do it. Normally, in order to reduce pumping loss and improve fuel economy, the throttle valve is widely opened and the intake air amount is controlled by varying the control amount of the intake valve. Whether or not there is an abnormality in a component of the intake air amount control system can be easily determined based on whether or not the value is equal to or less than the abnormality determination value.
[0029]
In this case, when an abnormality is detected by the abnormality determination means, the abnormality-time intake air amount control is performed by fixing the control amount of the intake valve and controlling the intake air amount by controlling the opening of the throttle valve. It may be executed. Thus, when the abnormality is detected, controlling the intake air amount by the throttle control is more likely to control the intake air amount more accurately than controlling the intake air amount by the variable valve control.
[0030]
In this case, when the inter-cylinder variation value detected by the inter-cylinder variation detection means is smaller than a predetermined value during the execution of the abnormal intake air amount control, an abnormality in the variable intake valve mechanism is determined. The determination may be made. During the execution of the abnormal intake air amount control, the intake air amount is controlled by the throttle control. Therefore, the fact that the inter-cylinder variation value becomes small by the abnormal intake air amount control (throttle control) means that the throttle control of each cylinder is performed. This means that the intake air amount is accurately controlled (the drive system and the control system of the throttle valve are normal). Therefore, if the inter-cylinder variation value decreases during execution of the abnormal intake air amount control, it can be determined that the variable intake valve mechanism is abnormal.
[0031]
In addition, when the inter-cylinder variation value detected by the inter-cylinder variation detection means is equal to or greater than a predetermined value during execution of the abnormal intake air amount control, the variable intake valve mechanism normally operates. It may be determined whether or not it is operating, and if it is determined that it is operating normally, it may be determined that a component other than the variable intake valve mechanism is abnormal. In other words, the fact that the inter-cylinder variation value increases during execution of the abnormal intake air amount control means that the inter-cylinder intake air amount variation does not become small even by the intake air amount control by the throttle control. Means that there is a possibility that the drive system / control system has failed. In this case, since there is a possibility that both the drive system / control system of the throttle valve and the variable intake valve mechanism have failed, it is determined whether or not the variable intake valve mechanism is operating normally, and the normal operation is performed. If it is determined that there is an abnormality, it can be determined that a component other than the variable intake valve mechanism (drive system / control system of the throttle valve) is abnormal.
[0032]
At this time, whether or not the variable intake valve mechanism is operating normally is determined by comparing the output of a sensor for detecting the position of the intake valve with the control amount of the intake valve. It is good to This makes it possible to accurately determine whether or not the variable intake valve mechanism is operating normally.
[0033]
The control amount of the intake valve and / or the control amount of the throttle valve set by the intake air amount control means is learned by the learning means, and the intake air amount control means learns the control learned by the learning means. The current control amount may be set based on the amount. With this configuration, the control amount of the intake valve and the control amount of the throttle valve can be quickly controlled to appropriate values without being affected by manufacturing variations of the control system or changes over time.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<< Embodiment (1) >>
Hereinafter, an embodiment (1) of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a schematic configuration of the entire engine control system will be described with reference to FIG. An air cleaner 13 is provided at the most upstream portion of an intake pipe 12 of an engine 11 which is an internal combustion engine, and an air flow meter 14 for detecting an intake air amount is provided downstream of the air cleaner 13. Downstream of the air flow meter 14, a throttle valve 15 whose opening is adjusted by a DC motor or the like and a throttle opening sensor 16 for detecting the throttle opening are provided.
[0035]
Further, on the downstream side of the throttle valve 15, a surge tank 17 is provided. In the surge tank 17, an intake pipe pressure sensor 18 for detecting an intake pipe pressure is provided. The surge tank 17 is provided with an intake manifold 19 for introducing air into each cylinder of the engine 11, and a fuel injection valve 20 for injecting fuel is attached near an intake port of the intake manifold 19 of each cylinder. I have. An ignition plug 21 is attached to a cylinder head of the engine 11 for each cylinder, and the air-fuel mixture in the cylinder is ignited by spark discharge of each ignition plug 21.
[0036]
Further, the intake valve 28 and the exhaust valve 29 of the engine 11 are provided with variable valve lift mechanisms 30 and 31 for varying the valve lift amount, respectively. Further, the intake valve 28 and the exhaust valve 29 may be provided with a variable valve timing mechanism for varying the valve timing (opening / closing timing). Note that the exhaust valve 29 may be provided with only the variable valve timing mechanism without providing the variable valve lift mechanism 31.
[0037]
On the other hand, a catalyst 23 such as a three-way catalyst for purifying CO, HC, NOx and the like in the exhaust gas is provided in an exhaust pipe 22 of the engine 11, and an air-fuel ratio of the exhaust gas is detected upstream of the catalyst 23. An air-fuel ratio sensor 24 is provided. A water temperature sensor 25 for detecting a cooling water temperature and a crank angle sensor 26 for outputting a pulse signal each time the crankshaft of the engine 11 rotates at a constant crank angle (for example, 30 ° C. A) are attached to the cylinder block of the engine 11. Has been. The crank angle and the engine speed are detected based on the output signal of the crank angle sensor 26.
[0038]
Outputs of these various sensors are input to an engine control circuit (hereinafter referred to as “ECU”) 27. The ECU 27 is mainly composed of a microcomputer, and executes various engine control programs stored in a built-in ROM (storage medium), thereby controlling the fuel injection amount of the fuel injection valve 20 according to the engine operating state. The ignition timing of the ignition plug 21 is controlled.
[0039]
Next, the configuration of the variable valve lift mechanism (variable intake valve lift mechanism) 30 of the intake valve 28 will be described with reference to FIG. Note that the variable valve lift mechanism (variable exhaust valve lift mechanism) 31 of the exhaust valve 29 has substantially the same configuration as the variable intake valve lift mechanism 30, and a description thereof will be omitted.
[0040]
As shown in FIG. 2, a link arm 34 is provided between the camshaft 32 for driving the intake valve 28 and the rocker arm 33, and is rotated above the link arm 34 by a motor 41 such as a stepping motor. A dynamically driven control shaft 35 is provided. An eccentric cam 36 is provided on the control shaft 35 so as to be integrally rotatable. The link arm 34 swings via a support shaft (not shown) at a position eccentric with respect to the axis of the eccentric cam 36. It is movably supported. A swing cam 38 is provided at the center of the link arm 34, and a side surface of the swing cam 38 is in contact with an outer peripheral surface of a cam 37 provided on the camshaft 32. A pressing cam 39 is provided at the lower end of the link arm 34, and the lower end surface of the pressing cam 39 is in contact with the upper end surface of a roller 40 provided at the center of the rocker arm 33.
[0041]
Thus, when the cam 37 rotates by the rotation of the camshaft 32, the swing cam 38 of the link arm 34 moves right and left following the outer peripheral surface shape of the cam 37, and the link arm 34 swings left and right. . When the link arm 34 swings left and right, the pressing cam 39 moves left and right, so that the roller 40 of the rocker arm 33 moves up and down according to the lower end surface shape of the pressing cam 39, and the rocker arm 33 swings up and down. Move. The vertical movement of the rocker arm 33 causes the intake bubble 28 to move up and down.
[0042]
On the other hand, when the eccentric cam 36 rotates by the rotation of the control shaft 35, the position of the support shaft of the link arm 34 moves, and the initial contact point position between the pressing cam 39 of the link arm 34 and the roller 40 of the rocker arm 33 is changed. Change. The lower end surface of the pressing cam 39 of the link arm 34 has a base curved surface 39a formed on the left side thereof with a curvature such that the pressing amount of the rocker arm 33 is 0 (the valve lift amount of the intake valve 28 is 0). The pressing curved surface 39b is formed with a curvature such that the pressing amount of the rocker arm 33 increases toward the right from the base curved surface 39a (the valve lift amount of the intake valve 28 increases).
[0043]
In the case of the high lift mode in which the valve lift amount of the intake valve 28 is increased, the initial contact point between the pressing cam 39 of the link arm 34 and the roller 40 of the rocker arm 33 is moved rightward by the rotation of the control shaft 35. Let it. As a result, when the pressing cam 39 moves left and right due to the rotation of the cam 37, the section of the lower end surface of the pressing cam 39 that contacts the roller 40 moves to the right, and the maximum pressing amount of the rocker arm 33 increases. As a result, the maximum valve lift amount of the intake valve 28 increases, and the period during which the rocker arm 33 is pressed becomes longer, so that the valve opening period of the intake bubble 28 becomes longer.
[0044]
On the other hand, in the low lift mode in which the valve lift of the intake valve 28 is reduced, the initial contact point between the pressing cam 39 of the link arm 34 and the roller 40 of the rocker arm 33 is moved to the left by the rotation of the control shaft 35. Move to Accordingly, when the pressing cam 39 moves left and right due to the rotation of the cam 37, the section of the lower end surface of the pressing cam 39 that contacts the roller 40 moves to the left, and the maximum pressing amount of the rocker arm 33 decreases. As a result, the maximum valve lift of the intake valve 28 is reduced, and the period during which the rocker arm 33 is pressed is shortened, so that the valve opening period of the intake bubble 28 is shortened.
[0045]
In the variable intake valve lift mechanism 30 described above, the control shaft 35 is rotated by the motor 41 to continuously move the initial contact point between the pressing cam 39 of the link arm 34 and the roller 40 of the rocker arm 33. The maximum valve lift amount and the valve opening period (hereinafter simply referred to as "valve lift amount") of the intake valves 28 of all cylinders can be varied continuously and collectively.
[0046]
The ECU 27 controls the variable intake valve lift mechanism 30 according to a target intake air amount set based on the accelerator opening and the like, and continuously varies the valve lift amount of the intake valve 28 to control the intake air amount. . In the case of a system using both the variable intake valve lift mechanism 30 and the variable intake valve timing mechanism, the intake air amount may be controlled by continuously varying both the valve lift amount and the valve timing.
[0047]
As described above, the intake air amount control by the variable intake valve control has an effect of reducing the pumping loss and improving the fuel efficiency, but the combustion state deteriorates at a low load when the valve lift amount is reduced, so that the driver is deteriorated. It may adversely affect the performance and exhaust emissions.
[0048]
Therefore, the ECU 27 detects the degree of combustion instability based on the rotation fluctuation and the like by executing the intake air amount control program shown in FIG. 3 stored in the ROM. When the combustion state is deteriorating, the valve lift and the throttle opening are corrected to stabilize the combustion state. On the other hand, when the combustion instability is equal to or less than the predetermined determination value and the combustion state is stable, the valve lift and the throttle opening are corrected in a direction to increase the effect of the intake air amount control by the variable intake valve control. Hereinafter, the processing content of the intake air amount control program of FIG. 3 executed by the ECU 27 will be described.
[0049]
The intake air amount control program shown in FIG. 3 is executed at a predetermined cycle after an ignition switch (not shown) is turned on, and plays a role as intake air amount control means referred to in the claims. When the program is started, first, in step 101, the warming-up of the engine 11 is completed based on whether the cooling water temperature detected by the water temperature sensor 25 is higher than a predetermined warming-up judging water temperature T0 (for example, 80 ° C.). It is determined whether or not.
[0050]
If it is determined in step 101 that the warm-up is not completed, the process proceeds to step 102, in which the intake air amount is controlled by throttle valve control. In this case, while the valve lift amount (the maximum valve lift amount and the valve opening period) of the intake valve 28 is fixed to, for example, the maximum value, only the throttle opening is varied to control the intake air amount.
[0051]
Thereafter, if it is determined in step 101 that the warm-up has been completed, the process proceeds to step 103, in which a map of the throttle opening learning value GTA shown in FIG. And the throttle opening learned value GTA in the operating region corresponding to the target intake air amount GNtg) and reads it as the throttle opening TA.
TA = GTA
[0052]
The map in FIG. 4A is divided into a plurality of operating regions using the engine speed NE and the target intake air amount GNtg as parameters, and the throttle opening learning value GTA is stored for each operating region. .
[0053]
Thereafter, the routine proceeds to step 104, where a map of the valve lift learning value GVL shown in FIG. 4B is searched, and the valve in the operating region corresponding to the current operating state (the engine rotational speed NE and the target intake air amount GNtg). The lift learning value GVL is read and set as the valve lift amount VL.
VL = GVL
[0054]
The map of FIG. 4B is divided into a plurality of operating regions using the engine speed NE and the target intake air amount GNtg as parameters, and the valve lift learning value GVL is stored for each operating region.
[0055]
Thereafter, the routine proceeds to step 105, where the degree of combustion instability is calculated. Focusing on the relationship that the value of the rotation fluctuation changes according to the combustion state of each cylinder, in this step 105, the combustion instability is calculated as follows based on the rotation fluctuation. First, a time T30 required for the crankshaft to rotate a predetermined crank angle (for example, 30 ° C. A) is calculated based on the output signal of the crank angle sensor 26, and the maximum T30 is calculated for each period corresponding to the combustion stroke of each cylinder. The rotation fluctuation ΔNE of each cylinder is calculated based on the difference between the value and the minimum value. Then, the degree of variation (for example, the standard deviation) of the rotation fluctuation ΔNE of each cylinder is calculated, and is set as the combustion instability. The processing of step 105 serves as a combustion instability detecting means referred to in the claims.
[0056]
Since the in-cylinder pressure and the ionic current change according to the combustion state of each cylinder, the degree of combustion instability may be calculated in step 105 based on the in-cylinder pressure and the ionic current.
[0057]
When calculating the combustion instability based on the in-cylinder pressure, an in-cylinder pressure sensor (not shown) is provided for each cylinder, and the in-cylinder pressure sensor for each cylinder is provided for each period corresponding to the combustion stroke of each cylinder. The in-cylinder pressure characteristic value (for example, a peak value, an average value, an area, an in-cylinder pressure detection value at a predetermined crank angle, and the like) of the in-cylinder pressure is calculated based on the in-cylinder pressure detected in (5). Then, the degree of variation (for example, the standard deviation) of the in-cylinder pressure characteristic value of each cylinder is calculated and set as the combustion instability.
[0058]
On the other hand, when the combustion instability is calculated based on the ion current, the ion current characteristic value (peak value) is calculated based on the ion current detected via the ignition plug 21 of each cylinder for each period corresponding to the combustion stroke of each cylinder. Value, average value, area, ion current detection value at a predetermined crank angle, etc.), and the degree of variation (for example, standard deviation) of the ion current characteristic value of each cylinder is calculated as the combustion instability.
Further, the combustion instability may be calculated based on two or more of the rotation fluctuation, the in-cylinder pressure, and the ion current.
[0059]
After the calculation of the combustion instability, the process proceeds to step 106, where the combustion instability is compared with a predetermined determination value Krough. If the combustion instability is larger than the determination value Krough, it is determined that the combustion state is deteriorating. Then, the routine proceeds to step 107, where the valve lift amount VL is increased by a predetermined amount kVL1 by the following equation in order to stabilize the combustion state.
VL = VL + kVL1
[0060]
On the other hand, if it is determined in step 106 that the combustion instability is equal to or smaller than the determination value Krough, it is determined that the combustion state is stable, and the process proceeds to step 108, where the variable intake valve control is performed. In order to increase the effect of the intake air amount control, the valve lift amount VL is corrected by a predetermined amount kVL2 by the following equation.
VL = VL−kVL2
[0061]
After the valve lift amount VL is increased or decreased in step 107 or 108, a change in the engine rotational speed NE (a change in the intake air amount GN) due to the correction of the valve lift amount VL is performed in steps 109 to 111 described below. The throttle opening TA is reduced or increased so as to suppress the throttle opening TA.
[0062]
First, in step 109, the engine rotation speed NE is compared with the target rotation speed NEtg. If the engine rotation speed NE is higher than the target rotation speed NEtg, the process proceeds to step 110, and the throttle opening TA is increased by a predetermined amount kTA1 according to the following equation. Correct for weight loss.
TA = TA-kTA1
[0063]
On the other hand, if it is determined that the engine rotation speed NE is equal to or lower than the target rotation speed NEtg, the routine proceeds to step 111, where the throttle opening TA is increased by a predetermined amount kTA2 according to the following equation.
TA = TA + kTA2
[0064]
In step 109, it may be determined whether the intake air amount GN is larger than the target intake air amount GNtg. In general, the stability of the engine speed NE is more important than the output torque during the idling operation, and the output torque (the intake air amount GN) is more important than the stability of the engine speed NE during the normal operation other than the idling operation. At the time of idling operation, it is determined in step 109 whether or not the engine speed NE is higher than the target speed NEtg. It may be determined whether or not the amount GN is larger than the target intake air amount GNtg.
[0065]
After the throttle opening TA is reduced or increased in step 110 or 111, the process proceeds to step 112, where the throttle opening learning value GTA of the operating region read in step 103 is updated with the corrected throttle opening TA. .
GTA = TA
[0066]
Thereafter, the routine proceeds to step 113, where the learned valve lift value GVL of the operating region read in step 104 is updated with the corrected valve lift amount VL.
GVL = VL
The processing of steps 112 and 113 plays a role as a learning means in the claims.
[0067]
According to the above-described embodiment (1), the degree of combustion instability is detected based on rotation fluctuation and the like. When the degree of combustion instability is larger than the determination value Krough and the combustion state is deteriorating, the combustion The valve lift amount VL is increased and corrected to stabilize the state, and when the combustion instability is equal to or less than the determination value Krough and the combustion state is stable, the effect of the intake air amount control by the variable intake valve control is increased. Then, the valve lift VL is reduced and corrected. Further, the throttle opening TA is reduced or increased so as to suppress a change in the engine rotation speed NE (a change in the intake air amount GN) due to the correction of the valve lift amount VL. This improves the drivability and exhaust emission by preventing the deterioration of the combustion state caused by the intake air amount control by the variable intake valve control, and increases the fuel efficiency improvement effect of the intake air amount control by the variable intake valve control. Can be.
[0068]
In this embodiment (1), the valve lift amount VL and the throttle opening TA set based on the combustion instability are stored as a valve lift learning value GVL and a throttle opening learning value GTA. Since the lift learning value GVL and the throttle opening learning value GTA are corrected to set the next valve lift amount VL and the throttle opening TA, the control system is not affected by manufacturing variations or changes over time, etc. The valve lift VL and the throttle opening TA can be quickly controlled to appropriate values.
[0069]
<< Embodiment (2) >>
Next, an embodiment (2) of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the intake air amount control by the variable intake valve control, when the load is small to reduce the valve lift, the intake air amount variation among the cylinders increases, the torque variation and the air-fuel ratio variation between the cylinders increase, and the drivability and the exhaust There is concern that emissions will worsen.
[0070]
Therefore, in the present embodiment (2), by executing the intake air amount control program shown in FIG. 6, an inter-cylinder variation value representing the variation in the intake air amount between the cylinders is detected, and the inter-cylinder variation value is set to a predetermined value. When it is larger than the determination value, the valve lift and the throttle opening are corrected in a direction to reduce the variation between cylinders. On the other hand, when the inter-cylinder variation value is equal to or less than the predetermined determination value, the valve lift and the throttle opening are corrected in a direction to increase the effect of the intake air amount control by the variable intake valve control.
[0071]
The program of FIG. 6 is obtained by changing the processing of steps 105 and 106 of the program of FIG. 3 described in the embodiment (1) to the processing of steps 105a and 106a, and the other processing is the same as that of FIG. is there.
[0072]
When the intake air amount control program of FIG. 6 is started, in steps 101 to 104, after the warm-up is completed, the throttle opening learning value GTA in the operating region corresponding to the current operating state is read, and is set as the throttle opening TA. At the same time, the valve lift learning value GVL in the operation region corresponding to the current operation state is read and set as the valve lift amount VL.
[0073]
Thereafter, the routine proceeds to step 105a, where an inter-cylinder variation value representing the intake air amount variation between cylinders is calculated. As shown in FIG. 7, an intake pulsation is generated in the intake pipe 12 of the engine 11 corresponding to the intake stroke of each cylinder, so that the waveform of the intake pipe pressure detected by the intake pipe pressure sensor 18 is Of the intake stroke, that is, a pulsation waveform reflecting the intake air amount of each cylinder.
[0074]
Therefore, in step 105a, an inter-cylinder variation value is calculated based on the intake pipe pressure detected by the intake pipe pressure sensor 18. In this case, based on the intake pipe pressure detected by the intake pipe pressure sensor 18 for each period corresponding to the intake stroke of each cylinder, the intake pipe pressure characteristic value (minimum value, maximum value, average value, amplitude value, area, trajectory length) Etc.). Then, a degree of variation (for example, a standard deviation) of the intake pipe pressure characteristic value of each cylinder is calculated, and the calculated degree is set as an inter-cylinder variation value. The processing in step 105a plays a role as an inter-cylinder variation detecting means referred to in the claims.
[0075]
When the air flow meter 14 that can detect the backflow of the intake air is used, the waveform of the intake air amount detected by the air flow meter 14 also has a pulsating waveform corresponding to the intake stroke of each cylinder, that is, the waveform of each cylinder. Since the pulsation waveform reflects the intake air amount, the inter-cylinder variation value may be calculated based on the intake air amount detected by the air flow meter 14. In this case, based on the intake air amount detected by the air flow meter 14 for each period corresponding to the intake stroke of each cylinder, the intake air amount characteristic value (minimum value, maximum value, average value, amplitude value, area, trajectory length, etc.) Is calculated, and a degree of variation (for example, a standard deviation) of the intake air amount characteristic value of each cylinder is calculated to obtain an inter-cylinder variation value.
[0076]
Alternatively, an intake air amount sensor may be provided in each intake manifold 19 of each cylinder, and the inter-cylinder variation value may be calculated based on the intake air amount of each cylinder detected by the intake air amount sensor of each cylinder.
[0077]
Further, since the air-fuel ratio of the exhaust gas of each cylinder changes according to the intake air amount of each cylinder, the inter-cylinder variation value may be calculated based on the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor 24. good. In this case, the air-fuel ratio of each cylinder is estimated based on the output signal of the air-fuel ratio sensor 24 in consideration of the delay time of the exhaust system required until the exhaust gas discharged from the engine 11 is detected by the air-fuel ratio sensor 24. Then, a degree of variation (for example, a standard deviation) of the estimated air-fuel ratio of each cylinder is calculated to obtain an inter-cylinder variation value.
[0078]
Alternatively, air-fuel ratio characteristic values (average value, area, trajectory length, etc.) are calculated based on the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 24 for each period corresponding to the exhaust stroke of each cylinder, and the air-fuel ratio characteristics of each cylinder are calculated. The degree of variation (for example, standard deviation) of the values may be calculated to obtain the inter-cylinder variation value.
[0079]
In addition, the combustion state of each cylinder changes according to the intake air amount of each cylinder, and the rotation fluctuation, the in-cylinder pressure, and the ionic current change according to the combustion state. The inter-cylinder variation value may be calculated based on this.
[0080]
When the inter-cylinder variation value is calculated based on the rotation fluctuation, the rotation fluctuation ΔNE of each cylinder is calculated based on the difference between the maximum value and the minimum value of T30 for each period corresponding to the combustion stroke of each cylinder, and each cylinder is calculated. The degree of variation (for example, the standard deviation) of the rotational fluctuation ΔNE is calculated to obtain an inter-cylinder variation value.
[0081]
When calculating the inter-cylinder variation value based on the in-cylinder pressure, the in-cylinder pressure is detected based on the in-cylinder pressure (see FIG. 5) detected by the in-cylinder pressure sensor of each cylinder for each period corresponding to the combustion stroke of each cylinder. The pressure characteristic values (peak value, average value, area, trajectory length, etc.) are calculated, and the degree of variation (for example, standard deviation) of the in-cylinder pressure characteristic value of each cylinder is calculated to be the inter-cylinder variation value.
[0082]
Alternatively, the inter-cylinder variation value may be calculated based on the in-cylinder pressure value immediately before ignition of each cylinder or the in-cylinder pressure characteristic value (average value, area, trajectory length, etc.) during a predetermined period before ignition. .
[0083]
When the inter-cylinder variation value is calculated based on the ion current, the ion current characteristic value (peak value) is calculated based on the ion current detected via the ignition plug 21 of each cylinder for each period corresponding to the combustion stroke of each cylinder. Value, average value, area, etc.), and the degree of variation (for example, standard deviation) of the ion current characteristic value of each cylinder is calculated to obtain the inter-cylinder variation value.
Further, the inter-cylinder variation value may be calculated based on two or more of the intake pipe pressure, the intake air amount, the air-fuel ratio, the rotation fluctuation, the in-cylinder pressure, and the ion current.
[0084]
After calculating the inter-cylinder variation value, the process proceeds to step 106a, where the inter-cylinder variation value is compared with a determination value Krough. If the inter-cylinder variation value is greater than the determination value Krough, the process proceeds to step 107, and the intake air amount between the cylinders In order to reduce the variation, the valve lift amount VL is increased and corrected by a predetermined amount kVL1.
[0085]
On the other hand, if it is determined in step 106a that the inter-cylinder variation value is equal to or smaller than the determination value Krough, the process proceeds to step 108, in order to increase the effect of the intake air amount control by the variable intake valve control. The valve lift amount VL is reduced and corrected by a predetermined amount kVL2.
[0086]
Thereafter, the throttle opening TA is reduced or increased so as to suppress a change in the engine speed NE (a change in the intake air amount GN) due to the correction of the valve lift amount VL (steps 109 to 111).
[0087]
Thereafter, the throttle opening learning value GTA is updated with the corrected throttle opening TA, and the valve lift learning value GVL is updated with the corrected valve lift amount VL (steps 112 and 113).
[0088]
In the above-described embodiment (2), the inter-cylinder variation value representing the variation in the intake air amount between the cylinders is detected. When the inter-cylinder variation value is equal to or smaller than the determination value Krough, the valve lift amount VL is increased and corrected so that the effect of the intake air amount control by the variable intake valve control is increased. Further, the throttle opening TA is reduced or increased so as to suppress a change in the engine rotation speed NE (a change in the intake air amount GN) due to the correction of the valve lift amount VL. This reduces the variation in intake air amount between cylinders generated by intake air amount control by variable intake valve control, thereby improving drivability and exhaust emissions, while improving the fuel efficiency of intake air amount control by variable intake valve control. Can be increased.
[0089]
In the above embodiments (1) and (2), first, the valve lift amount VL is corrected based on the combustion instability (or the inter-cylinder variation value), and then the throttle opening TA is corrected. Conversely, the valve lift amount VL may be corrected after first correcting the throttle opening TA based on the combustion instability (or the inter-cylinder variation value).
[0090]
Further, in each of the above embodiments (1) and (2), a stepping motor is used as a drive source of the variable valve lift mechanisms 30 and 31, but other electromagnetic actuators or hydraulic actuators are used. Is also good. Alternatively, the valve lift, valve timing, and the like may be varied by directly driving the intake valve 28 and the exhaust valve 29 with an electromagnetic actuator.
[0091]
<< Embodiment (3) >>
Next, an embodiment (3) of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment (3) may be implemented in combination with the embodiment (1) or the embodiment (2).
[0092]
In the present embodiment (3), the execution area of the intake air amount control by the variable intake valve control is limited to an area where combustion stability can be secured to some extent (or an area where intake air amount variation between cylinders can be reduced to some extent). It has an abnormality diagnosis function and a fail-safe function. Hereinafter, processing contents of each program for realizing these functions will be described.
[0093]
[Variable intake valve control execution flag set / reset]
The variable intake valve control execution flag set / reset program shown in FIG. 8 is executed at a predetermined cycle after an ignition switch (not shown) is turned on, and also serves as a control amount limitation control means described in the claims. When the program is started, first, in step 201, it is determined whether or not the degree of combustion instability is equal to or more than a predetermined value K1 (or whether or not the inter-cylinder variation value is equal to or more than a predetermined value K2). Here, the predetermined value K1 (or K2) is a determination value that determines the boundary of the execution region of the variable intake valve control, and may be set to an appropriate value through experiments, simulations, or the like.
[0094]
When the combustion instability is smaller than the predetermined value K1 (or when the inter-cylinder variation value is smaller than the predetermined value K2), the combustion stability can be ensured even if the intake air amount control by the variable intake valve control is performed (or In step 202, the variable intake valve control execution flag is set to "1", and the intake air amount control by the variable intake valve control is executed.
[0095]
On the other hand, when the combustion instability is equal to or higher than the predetermined value K1 (or when the inter-cylinder variation value is equal to or higher than the predetermined value K2), if the intake air amount control by the variable intake valve control is performed, the combustion state is changed. It is determined that there is a possibility of deterioration (or a possibility that the variation in the intake air amount between cylinders becomes large), and the routine proceeds to step 203, where the variable intake valve control execution flag is reset to “0”, and the variable intake valve control is performed. , The valve lift amount VL is fixed at the maximum valve lift amount VLmax, and the intake air amount control by throttle control is executed. At this time, the valve lift VL may be fixed to a lift other than the maximum valve lift VLmax.
[0096]
In this program, when the combustion instability is equal to or more than a predetermined value K1 (or when the inter-cylinder variation value is equal to or more than a predetermined value K2), the intake air amount control by the variable intake valve control is prohibited and the valve lift is controlled. Although the amount VL is fixed, the intake air amount control by the variable intake valve control is prohibited when the combustion instability is equal to or more than the predetermined value K1 (or when the inter-cylinder variation value is equal to or more than the predetermined value K2). Instead, the valve lift amount VL of the variable intake valve control may be subjected to guard processing with a predetermined guard value, or the variable range of the valve lift amount VL may be narrowed. What is necessary is just to appropriately limit the variable range of VL. At this time, the intake air amount may be controlled by using both the variable intake valve control and the throttle control.
[0097]
[Abnormal diagnosis]
The abnormality diagnosis program shown in FIG. 9 is executed at a predetermined cycle after an ignition switch (not shown) is turned on, and plays a role as abnormality diagnosis in the claims. When the program is started, first, in step 211, an abnormality determination value K3 is calculated by a map or the like based on the target air amount. Thereafter, in steps 212 and 213, it is determined whether or not the following two conditions (1) and (2) are satisfied to determine whether or not the abnormality diagnosis execution condition is satisfied.
[0098]
(1) The engine speed is within a predetermined range (step 212).
(2) The engine load is within a predetermined range (step 213).
If there is a condition that does not satisfy either one of these two conditions (1) and (2), the abnormality diagnosis execution condition is not satisfied, and the program is terminated as it is.
[0099]
On the other hand, if the above two conditions (1) and (2) are satisfied at the same time, the abnormality diagnosis execution condition is satisfied, and the routine proceeds to the next step 214, where the throttle opening TA is determined by the abnormality determination calculated in the step 211. It is determined whether or not the component of the intake air amount control system is abnormal based on whether or not the value is equal to or less than the value K3. As a result, if it is determined that the throttle opening TA is equal to or less than the abnormality determination value K3, it is determined that there is an abnormality in a component of the intake air amount control system, and the routine proceeds to step 215, where the abnormality determination flag Xfail indicates that there is an abnormality. Set to “1”, reset the variable intake valve control execution flag to “0”, inhibit the intake air amount control by the variable intake valve control, and fix the valve lift amount VL to the maximum valve lift amount VLmax. Then, the abnormal-time intake air amount control for controlling the intake air amount by the throttle control is executed. At this time, the valve lift VL may be fixed to a lift other than the maximum valve lift VLmax.
[0100]
On the other hand, if it is determined in step 214 that the throttle opening TA is larger than the abnormality determination value K3, it is determined that there is no abnormality in the components of the intake air amount control system, and the process proceeds to step 216. The determination flag Xfail is reset to “0” meaning no abnormality, the variable intake valve control execution flag is set to “1”, and the intake air amount control by the variable intake valve control is executed.
[0101]
[Abnormal point judgment]
The abnormality location determination program shown in FIG. 10 is executed at a predetermined cycle after an ignition switch (not shown) is turned on, and plays a role of abnormality diagnosis in the claims together with the abnormality diagnosis program of FIG.
[0102]
When the program is started, first, in step 221, it is determined whether or not the abnormality determination flag Xfail is set to “1” indicating that there is an abnormality, and the abnormality determination flag Xfail is set to “0” which indicates that there is no abnormality. ", The program is terminated without performing the subsequent processing.
[0103]
On the other hand, if the abnormality determination flag Xfail is set to “1” indicating that there is an abnormality, the process proceeds to step 222, and determines whether the combustion instability is equal to or less than the predetermined value K4 (or the inter-cylinder variation value). Is less than or equal to a predetermined value K5). Here, the predetermined value K4 (or K5) is a determination value for determining whether or not there is a failure in the variable intake valve lift mechanism 30, and may be set to an appropriate value through experiments, simulations, or the like.
[0104]
If it is determined in step 222 that the degree of combustion instability is equal to or less than the predetermined value K4 (or the inter-cylinder variation value is equal to or less than the predetermined value K5), the process proceeds to step 223, where the failure of the variable intake valve lift mechanism 30 is determined. judge.
[0105]
On the other hand, if it is determined that the degree of combustion instability is larger than the predetermined value K4 (or the inter-cylinder variation value is larger than the predetermined value K5), the process proceeds to step 224, and the variable intake valve lift mechanism abnormality diagnosis of FIG. It is determined whether or not the variable intake valve lift mechanism 30 is normal based on the diagnosis result by the program. As a result, if it is determined that the variable intake valve lift mechanism 30 is normal, the process proceeds to step 225, and it is determined that a component other than the variable intake valve lift mechanism 30 has failed. If it is determined that the variable intake valve lift mechanism 30 is not normal, the process proceeds to step 223, and it is determined that the variable intake valve lift mechanism 30 has failed.
[0106]
[Variable intake valve lift mechanism abnormality diagnosis]
The variable intake valve lift mechanism abnormality diagnosis program shown in FIG. 11 is executed at a predetermined cycle after an ignition switch (not shown) is turned on, and serves as an abnormality diagnosis in the claims together with the programs of FIGS. 9 and 10. Fulfill. In this program, the presence or absence of a failure of the variable intake valve lift mechanism 30 is determined as follows based on the time required for the actual valve lift to converge to the target valve lift. First, in step 231, it is determined whether or not the change amount of the target valve lift amount is equal to or less than a predetermined value K6. If the change amount of the target valve lift amount is larger than the predetermined value K6, the subsequent processing is performed. Without this program, end this program.
[0107]
On the other hand, if it is determined in step 231 that the change amount of the target valve lift amount is equal to or smaller than the predetermined value K6, the process proceeds to step 232, where the actual valve lift of the intake valve 28 detected by the lift sensor (not shown) is detected. It is determined whether the amount has converged to the target valve lift amount within a predetermined time K7. Here, the predetermined time K7 corresponds to the longest time in the normal range of the time required for the actual valve lift to converge on the target valve lift when the amount of change in the target valve lift is the predetermined value K6. An appropriate value may be set by a simulation or the like.
[0108]
If it is determined in step 232 that the actual valve lift has converged to the target valve lift within the predetermined time K7, the process proceeds to step 233, where the variable intake valve lift mechanism 30 is determined to be normal. On the other hand, if it is determined that the actual valve lift has not converged to the target valve lift within the predetermined time K7, the process proceeds to step 234, and it is determined that the variable intake valve lift mechanism 30 has failed.
[0109]
According to the above-described embodiment (3), when the valve lift amount VL is changed in a state where the combustion state has deteriorated to some extent due to operating conditions or the like (or a state where the variation in the intake air amount between the cylinders has increased to some extent). When the combustion instability is equal to or more than the predetermined value K1 in consideration of the possibility that the combustion state may worsen (or the variation in the intake air amount between cylinders may increase) (or the cylinder). When the inter-variation value is equal to or more than the predetermined value K2), the valve lift amount VL is fixed, so that the combustion state deteriorates to some extent (or the intake air amount variation between cylinders increases to some extent). The vicious cycle of forcibly changing the valve lift amount VL to further deteriorate the combustion state (or increasing the variation in intake air amount between cylinders) is avoided. It is possible.
[0110]
Also, during normal operation, in order to reduce the pumping loss and improve fuel efficiency, the throttle valve 15 is widely opened and the valve lift VL is varied to control the intake air amount. In consideration of the fact that the throttle valve is largely opened, the presence or absence of an abnormality in the components of the intake air amount control system is determined based on whether or not the throttle opening is equal to or less than the abnormality determination value K3. Therefore, it is possible to realize the abnormality diagnosis function without adding new sensors while satisfying the demand for cost reduction.
[0111]
In addition, when an abnormality of a component of the intake air amount control system is detected, the intake air amount control by the variable intake valve control is prohibited, and the valve lift amount VL is fixed to the maximum valve lift amount VLmax, thereby achieving high reliability. Since the abnormal intake air amount control that controls the intake air amount by the throttle control is executed, the intake air amount can be controlled more accurately than the case where the intake air amount control by the variable intake valve control is executed when the abnormality is detected. Probability is high.
[0112]
During the execution of the abnormal-time intake air amount control, the intake air amount is controlled by the throttle control. Therefore, the combustion instability is reduced by the abnormal-time intake air amount control (throttle control) (or the inter-cylinder variation value is reduced). ) Means that a stable combustion state can be obtained by the intake air amount control by the throttle control (or the variation in the intake air amount among the cylinders becomes small), and thus the intake air amount can be accurately controlled by the throttle control. (The drive system and control system of the throttle valve 15 are normal).
[0113]
In consideration of this point, in the present embodiment (3), it is determined whether the combustion instability is equal to or less than the predetermined value K4 during the execution of the abnormal intake air amount control (or the inter-cylinder variation value is equal to or less than the predetermined value K5). ), The presence or absence of a failure in the variable intake valve lift mechanism 30 is determined. Therefore, the function of diagnosing abnormality of the variable intake valve lift mechanism 30 can be reduced at a low cost without adding new sensors. It can be realized while satisfying the requirements of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an entire engine control system according to an embodiment (1) of the present invention.
FIG. 2 is a front view of a variable valve lift mechanism.
FIG. 3 is a flowchart showing a processing flow of an intake air amount control program according to the embodiment (1).
4A is a diagram conceptually showing a map of a throttle opening learning value GTA, and FIG. 4B is a diagram conceptually showing a map of a valve lift learning value GVL;
FIG. 5 is a time chart showing the behavior of in-cylinder pressure.
FIG. 6 is a flowchart showing a processing flow of an intake air amount control program according to the embodiment (2).
FIG. 7 is a time chart showing the behavior of the intake pipe pressure.
FIG. 8 is a flowchart showing the flow of processing of a variable intake valve control execution flag set / reset program according to the embodiment (3).
FIG. 9 is a flowchart showing the flow of processing of an abnormality diagnosis program according to the embodiment (3).
FIG. 10 is a flowchart showing the flow of processing of an abnormal point determination program according to the embodiment (3).
FIG. 11 is a flowchart showing a processing flow of a variable intake valve lift mechanism abnormality diagnosis program according to the embodiment (3).
[Explanation of symbols]
11 engine (internal combustion engine), 12 intake pipe, 14 air flow meter, 15 throttle valve, 18 intake pipe pressure sensor, 20 fuel injection valve, 21 spark plug, 22 exhaust pipe, 24 air-fuel ratio Sensors, 26: crank angle sensor, 27: ECU (intake air amount control means, combustion instability detection means, inter-cylinder variation detection means, learning means, control amount restriction means, abnormality determination means), 28 ... intake valve, 29 ... exhaust valve, 30, 31 ... variable valve lift mechanism.

Claims (19)

内燃機関の吸気バルブの制御量を可変することで吸入空気量を制御可能な可変吸気バルブ機構を備えた内燃機関の制御装置において、
内燃機関の燃焼不安定度を検出する燃焼不安定度検出手段と、
前記燃焼不安定度に基づいて前記吸気バルブの制御量及び/又はスロットルバルブの制御量を制御して吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
In a control device for an internal combustion engine having a variable intake valve mechanism capable of controlling an intake air amount by varying a control amount of an intake valve of the internal combustion engine,
Combustion instability detecting means for detecting the combustion instability of the internal combustion engine;
An intake air amount control means for controlling an intake air amount by controlling a control amount of the intake valve and / or a control amount of the throttle valve based on the combustion instability. Control device.
前記燃焼不安定度検出手段は、回転変動、筒内圧力、イオン電流のうちの少なくとも1つに基づいて前記燃焼不安定度を検出することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。The control of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the combustion instability detecting means detects the combustion instability based on at least one of a rotation fluctuation, a cylinder pressure, and an ion current. apparatus. 前記燃焼不安定度検出手段で検出した燃焼不安定度が所定値以上のときに前記吸気バルブの制御量の可変範囲を制限する制御量制限手段を備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。2. The control device according to claim 1, further comprising a control amount limiting unit configured to limit a variable range of the control amount of the intake valve when the combustion instability detected by the combustion instability detecting unit is equal to or more than a predetermined value. 3. The control device for an internal combustion engine according to 2. 前記制御量制限手段は、前記燃焼不安定度検出手段で検出した燃焼不安定度が所定値以上のときに前記吸気バルブの制御量を所定値に固定することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の制御装置。The control amount limiting means fixes the control amount of the intake valve to a predetermined value when the combustion instability detected by the combustion instability detecting means is equal to or more than a predetermined value. Internal combustion engine control device. 前記スロットルバルブの開度が所定の異常判定値以下であるか否かで吸入空気量制御系の構成部品の異常の有無を判定する異常判定手段を備えていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。An abnormality determining means for determining whether or not there is an abnormality in a component of the intake air amount control system based on whether or not the opening of the throttle valve is equal to or less than a predetermined abnormality determination value. 5. The control device for an internal combustion engine according to any one of 4. 前記吸入空気量制御手段は、前記異常判定手段で異常を検出したときに前記吸気バルブの制御量を固定して前記スロットルバルブの開度の制御により吸入空気量を制御する異常時吸入空気量制御を実行することを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の制御装置。The abnormal intake air amount control means for fixing the control amount of the intake valve and controlling the intake air amount by controlling the opening of the throttle valve when the abnormality determining means detects an abnormality. The control device for an internal combustion engine according to claim 5, wherein 前記異常判定手段は、前記異常時吸入空気量制御の実行中に前記燃焼不安定度検出手段で検出した燃焼不安定度が所定値より小さくなっているときに前記可変吸気バルブ機構の異常と判定することを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の制御装置。The abnormality determination unit determines that the variable intake valve mechanism is abnormal when the combustion instability detected by the combustion instability detection unit during execution of the abnormal intake air amount control is smaller than a predetermined value. The control device for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the control is performed. 前記異常判定手段は、前記異常時吸入空気量制御の実行中に前記燃焼不安定度検出手段で検出した燃焼不安定度が所定値以上となっているときに、前記可変吸気バルブ機構が正常に動作しているか否かを判定し、正常に動作していると判定されれば、前記可変吸気バルブ機構以外の構成部品の異常と判定することを特徴とする請求項6又は7に記載の内燃機関の制御装置。The abnormality determination unit is configured to normally operate the variable intake valve mechanism when the combustion instability detected by the combustion instability detection unit during execution of the abnormal intake air amount control is equal to or greater than a predetermined value. 8. The internal combustion engine according to claim 6, wherein it is determined whether or not the internal combustion engine is operating, and if it is determined that the internal combustion engine is operating normally, it is determined that a component other than the variable intake valve mechanism is abnormal. Engine control device. 前記異常判定手段は、前記可変吸気バルブ機構が正常に動作しているか否かを、前記吸気バルブの位置を検出するセンサの出力と該吸気バルブの制御量とを比較して判定することを特徴とする請求項8に記載の内燃機関の制御装置。The abnormality determining means determines whether or not the variable intake valve mechanism is operating normally by comparing an output of a sensor for detecting a position of the intake valve with a control amount of the intake valve. The control device for an internal combustion engine according to claim 8, wherein 内燃機関の吸気バルブの制御量を可変することで吸入空気量を制御可能な可変吸気バルブ機構を備えた内燃機関の制御装置において、
内燃機関の気筒間の吸入空気量ばらつきを表す気筒間ばらつき値を検出する気筒間ばらつき検出手段と、
前記気筒間ばらつき値に基づいて前記吸気バルブの制御量及び/又はスロットルバルブの制御量を制御して吸入空気量を制御する吸入空気量制御手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
In a control device for an internal combustion engine having a variable intake valve mechanism capable of controlling an intake air amount by varying a control amount of an intake valve of the internal combustion engine,
An inter-cylinder variation detecting means for detecting an inter-cylinder variation value representing an intake air amount variation between cylinders of the internal combustion engine,
An intake air amount control means for controlling an intake air amount by controlling a control amount of the intake valve and / or a control amount of the throttle valve based on the inter-cylinder variation value. Control device.
前記気筒間ばらつき検出手段は、吸入空気量、吸気管圧力、回転変動、筒内圧力、イオン電流、空燃比のうちの少なくとも1つに基づいて前記気筒間ばらつき値を検出することを特徴とする請求項10に記載の内燃機関の制御装置。The inter-cylinder variation detecting means detects the inter-cylinder variation value based on at least one of an intake air amount, an intake pipe pressure, a rotation variation, an in-cylinder pressure, an ion current, and an air-fuel ratio. The control device for an internal combustion engine according to claim 10. 前記気筒間ばらつき検出手段で検出した気筒間ばらつき値が所定値以上のときに前記吸気バルブの制御量の可変範囲を制限する制御量制限手段を備えていることを特徴とする請求項10又は11に記載の内燃機関の制御装置。12. A control amount limiter for limiting a variable range of a control amount of the intake valve when an inter-cylinder variation value detected by the inter-cylinder variation detector is equal to or greater than a predetermined value. 3. The control device for an internal combustion engine according to claim 1. 前記制御量制限手段は、前記気筒間ばらつき検出手段で検出した気筒間ばらつき値が所定値以上のときに前記吸気バルブの制御量を所定値に固定することを特徴とする請求項12に記載の内燃機関の制御装置。13. The control method according to claim 12, wherein the control amount limiting unit fixes the control amount of the intake valve to a predetermined value when the inter-cylinder variation value detected by the inter-cylinder variation detection unit is equal to or more than a predetermined value. Control device for internal combustion engine. 前記スロットルバルブの開度が所定の異常判定値以下であるか否かで吸入空気量制御系の構成部品の異常の有無を判定する異常判定手段を備えていることを特徴とする請求項10乃至13のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。11. An abnormality judging means for judging the presence or absence of an abnormality in a component of the intake air flow control system based on whether or not the opening of the throttle valve is equal to or less than a predetermined abnormality determination value. A control device for an internal combustion engine according to any one of claims 13 to 13. 前記吸入空気量制御手段は、前記異常判定手段で異常を検出したときに前記吸気バルブの制御量を固定して前記スロットルバルブの開度の制御により吸入空気量を制御する異常時吸入空気量制御を実行することを特徴とする請求項14に記載の内燃機関の制御装置。The abnormal intake air amount control means for fixing the control amount of the intake valve and controlling the intake air amount by controlling the opening of the throttle valve when the abnormality determining means detects an abnormality. The control device for an internal combustion engine according to claim 14, wherein the control is performed. 前記異常判定手段は、前記異常時吸入空気量制御の実行中に前記気筒間ばらつき検出手段で検出した気筒間ばらつき値が所定値より小さくなっているときに前記可変吸気バルブ機構の異常と判定することを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の制御装置。The abnormality determination unit determines that the variable intake valve mechanism is abnormal when the inter-cylinder variation value detected by the inter-cylinder variation detection unit during execution of the abnormal intake air amount control is smaller than a predetermined value. The control device for an internal combustion engine according to claim 6, wherein: 前記異常判定手段は、前記異常時吸入空気量制御の実行中に前記気筒間ばらつき検出手段で検出した気筒間ばらつき値が所定値以上となっているときに、前記可変吸気バルブ機構が正常に動作しているか否かを判定し、正常に動作していると判定されれば、前記可変吸気バルブ機構以外の構成部品の異常と判定することを特徴とする請求項15又は16に記載の内燃機関の制御装置。The abnormality determining means operates the variable intake valve mechanism normally when the inter-cylinder variation value detected by the inter-cylinder variation detecting means during execution of the abnormal intake air amount control is equal to or greater than a predetermined value. 17. The internal combustion engine according to claim 15, wherein it is determined whether or not the internal combustion engine is operating normally. If it is determined that the internal combustion engine is operating normally, it is determined that a component other than the variable intake valve mechanism is abnormal. Control device. 前記異常判定手段は、前記可変吸気バルブ機構が正常に動作しているか否かを、前記吸気バルブの位置を検出するセンサの出力と該吸気バルブの制御量とを比較して判定することを特徴とする請求項17に記載の内燃機関の制御装置。The abnormality determining means determines whether or not the variable intake valve mechanism is operating normally by comparing an output of a sensor for detecting a position of the intake valve with a control amount of the intake valve. The control device for an internal combustion engine according to claim 17, wherein 前記吸入空気量制御手段により設定した前記吸気バルブの制御量及び/又は前記スロットルバルブの制御量を学習する学習手段を備え、
前記吸入空気量制御手段は、前記学習手段で学習した制御量に基づいて次の制御量を設定することを特徴とする請求項1乃至18のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
Learning means for learning a control amount of the intake valve and / or a control amount of the throttle valve set by the intake air amount control means;
19. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the intake air amount control unit sets a next control amount based on the control amount learned by the learning unit.
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