JP2005214073A - 可変バルブリフト制御システムの異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２つの気筒グループに設けた２系統の可変吸気バルブリフト装置のうち、いずれの系統の可変吸気バルブリフト装置が異常であるかを特定できるようにする。
【解決手段】 ＥＣＵ２３は、２つの気筒グループの可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常診断を行うときに、各気筒の空燃比変化量と、全気筒の空燃比の変化量とを算出し、各気筒の空燃比の変化量と全気筒の空燃比の変化量との比が異常判定値よりも小さいか否かによって、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常の有無を診断する。更に、全気筒の中で空燃比が最大（最リーン）となる気筒と空燃比が最小（最リッチ）となる気筒を求め、各気筒グループの可変吸気バルブリフト装置１７，１８の制御モードと、空燃比最大気筒が属する気筒グループと、空燃比最小気筒が属する気筒グループとの関係から、いずれの気筒グループの可変吸気バルブリフト装置が異常であるかを特定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブリフト特性を可変する可変バルブリフト制御システムの異常診断装置に関するものである。

近年、車両に搭載される内燃機関においては、例えば、特許文献１（特許第２６８４０１１号公報）に記載されているように、各気筒の排出ガスが集合して流れる排気集合部に設置した空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比（気筒別空燃比）を算出して、各気筒の空燃比に基づいて各気筒毎に空燃比をフィードバック制御すると共に、各気筒の空燃比フィードバック補正項に基づいて空燃比が異常な気筒を検出するようにしたものがある。

また、近年、車両に搭載される内燃機関においては、出力向上、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、吸気バルブや排気バルブのリフト量を可変する可変バルブリフト装置を搭載したものがある。また、可変バルブリフト装置の構成も様々であり、複数の気筒のバルブリフト量を１つの油圧駆動式の可変バルブリフト装置で一括して可変するものや、各気筒毎に電磁駆動バルブを設けて、各気筒毎にバルブリフト量を独立して可変するものもある。これらの可変バルブリフト装置についても、他の空燃比制御系と同様に、異常を検出する異常診断技術が要求されるようになってきている。
特許第２６８４０１１号公報（第１頁等）

上記特許文献１の異常診断技術では、各気筒の空燃比フィードバック補正項に基づいて空燃比が異常な気筒を検出するようにしているが、当該気筒の空燃比が異常になる原因は、燃料噴射弁等の燃料系の異常、空気系の異常、点火系の異常等が考えられるため、たとえ空燃比が異常な気筒を検出できたとしても、当該気筒の空燃比が異常になる原因は不明である。従って、上記特許文献１の異常診断技術では、可変バルブリフト装置が故障して空燃比が異常な気筒が発生しても、その原因を特定できず、適切なフェールセーフ処理を行うことができない。

また、油圧駆動式の可変バルブリフト装置では、１つの可変バルブリフト装置で複数の気筒のバルブリフト量を可変するようにしているが、気筒数が多くなると、１つの可変バルブリフト装置では十分な駆動油圧を確保することが困難であるため、複数の気筒グループに分け、各気筒グループ毎にそれぞれ独立して油圧駆動される可変バルブリフト装置を設けるようにしている。このような複数の可変バルブリフト装置を搭載したシステムでは、１つの気筒グループの可変バルブリフト装置のみが異常になる可能性があるため、いずれの気筒グループの可変バルブリフト装置が異常であるかを特定できる異常診断技術が要求されるようになってきている。

このような複数の可変バルブリフト装置を搭載したシステムに上記特許文献１の異常診断技術を適用すると、次のような問題が発生する。

１本の吸気管内を流れる空気が各気筒の吸気マニホールドによって各気筒に分配されるため、一方の気筒グループの可変バルブリフト装置が故障して、その故障気筒グループの吸入空気量が乱れると、その影響で、他方の正常な気筒グループの吸入空気量までも乱れてしまい、その結果、異常な気筒グループだけでなく、正常な気筒グループの空燃比までも乱れてしまい、空燃比が異常な気筒を誤検出する可能性がある。

そこで、各気筒グループの可変バルブリフト装置に、それぞれリフト量や油圧を検出するセンサを設けて、そのセンサの出力に基づいて、どの気筒グループの可変バルブリフト装置が異常であるかを特定することが考えられるが、この場合、リフト量や油圧を検出するセンサを新たに設ける必要があり、コストアップするという欠点がある。

そこで、本発明の第１の目的は、可変バルブリフト装置の異常を他の空気系・燃料系等の異常と区別して診断できるようにすることであり、また、第２の目的は、複数の可変バルブリフト装置を搭載した可変バルブリフト制御システムの異常診断装置において、異常箇所を特定した異常診断を行うことができると共に、低コスト化の要求を満たすことができるようにすることである。

上記第１の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、各気筒の空燃比を気筒別空燃比推定手段により推定し、各気筒の空燃比推定値と可変バルブリフト装置の制御状態とに基づいて該可変バルブリフト装置の異常の有無を異常診断手段により診断するようにしたものである。つまり、各気筒の空燃比推定値と可変バルブリフト装置の制御状態とを組み合わせて評価することで、可変バルブリフト装置の異常を他の空気系・燃料系等の異常と区別して診断できる。しかも、リフトセンサや油圧センサ等を新たに設ける必要がなく、低コスト化の要求も満たすことができる。

この場合、複数系統の可変バルブリフト装置を搭載したシステムでは、前記第２の目的を達成するために、請求項２のように、各気筒の空燃比推定値の大小関係と複数系統の可変バルブリフト装置の制御状態とに基づいて前記複数系統の可変バルブリフト装置の中から異常な可変バルブリフト装置を特定するようにすると良い。いずれかの可変バルブリフト装置が異常になると、正常な気筒グループと異常な気筒グループとの間で空燃比推定値の差が大きくなる傾向がある。また、異常な可変バルブリフト装置で制御される気筒の空燃比推定値は、当該異常な可変バルブリフト装置の制御状態に対応しない傾向がある。従って、各気筒の空燃比推定値の大小関係と複数の可変バルブリフト装置の制御状態とに基づいて複数の可変バルブリフト装置のうちのいずれが異常であるかを特定することができる。

更に、請求項１０のように、各気筒の空燃比推定値の大小関係と全気筒の空燃比推定値の大小関係と複数系統の可変バルブリフト装置の制御状態とに基づいて複数系統の可変バルブリフト装置の中から異常な可変バルブリフト装置を特定するようにしても良い。

具体的には、請求項１１のように、各気筒の空燃比推定値の変化幅と全気筒の空燃比の変化幅とに基づく値と、複数系統の可変バルブリフト装置の制御状態とに基づいて複数系統の可変バルブリフト装置の中から異常な可変バルブリフト装置を特定することが考えられる。このようにすれば、異常な可変バルブリフト装置をより精度良く特定することができる。

また、１つの可変バルブリフト装置で制御する複数気筒の中で一部の気筒のバルブリフト動作のみが異常になる場合もあるため、請求項３のように、各気筒の空燃比推定値の大小関係と可変バルブリフト装置の制御状態とに基づいてバルブリフト動作が異常な気筒を特定するようにしても良い。このようにすれば、１つの可変バルブリフト装置で制御する複数気筒の中で一部の気筒のバルブリフト動作のみが異常になる場合でも、バルブリフト動作が異常な気筒を特定することができる。

また、複数系統の可変バルブリフト装置を搭載したシステムでは、請求項４のように、いずれかの系統の可変バルブリフト装置の制御状態を強制的に変更したときの各気筒の空燃比推定値の大小関係に基づいて複数系統の可変バルブリフト装置の中から異常な可変バルブリフト装置を特定するようにしても良い。すなわち、いずれかの系統の可変バルブリフト装置の制御状態を強制的に変更したときに、それに応じて当該系統の気筒グループの空燃比推定値が変化すれば、当該系統の可変バルブリフト装置が正常であることを意味する。従って、いずれかの系統の可変バルブリフト装置の制御状態を強制的に変更したときに、それに応じて当該系統の気筒グループの空燃比推定値が変化しなかったり、逆方向に変化したりすれば、当該系統の可変バルブリフト装置が異常であると判定することができる。

ところで、内燃機関の運転状態がバルブリフト特性の変化に対する吸入空気量の変化の小さい運転領域では、バルブリフト特性の変化に対する空燃比推定値の変化が小さくなる。従って、このような運転領域では、可変バルブリフト装置が正常な気筒グループと異常な気筒グループとの間で空燃比推定値の差が小さくなるため、可変バルブリフト装置の異常診断の精度が低下して誤診断する可能性がある。

そこで、請求項５のように、内燃機関の運転状態がバルブリフト特性の変化に対する吸入空気量の変化の小さい運転領域のときに、可変バルブリフト装置の異常診断を禁止又は異常判定条件を厳しくするようにしても良い。このようにすれば、可変バルブリフト装置の異常診断の精度が低下する運転領域のときに、可変バルブリフト装置の異常診断を禁止したり、異常判定条件を厳しくして異常と判定されにくくすることができ、誤診断を未然に防止することができる。

本発明は、気筒別空燃比をどの様な方法で推定しても良いが、請求項６のように、各気筒の排出ガスが集合して流れる排気集合部に空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力に基づいて気筒別空燃比を推定するようにすると良い。このようにすれば、１個の空燃比センサで各気筒の空燃比を推定することができ、低コスト化することができる。

また、請求項７のように、各気筒の吸入空気量を推定又は検出する気筒別吸入空気量推定手段を備えたシステムの場合には、各気筒の空燃比推定値の代わりに各気筒の吸入空気量（筒内充填空気量）を用いるようにしても良い。各気筒の吸入空気量は、各気筒の空燃比と相関関係があるためである。

或は、請求項８のように、各気筒の燃料噴射量を算出する気筒別燃料噴射量算出手段を備えたシステムの場合には、各気筒の空燃比推定値の代わりに各気筒の燃料噴射量又は該燃料噴射量に対する空燃比補正量を用いるようにしても良い。各気筒の燃料噴射量や空燃比補正量も、各気筒の空燃比と相関関係があるためである。

ところで、いずれかの可変バルブリフト装置が異常になると、気筒間の空燃比偏差が大きくなって、内燃機関の回転変動が大きくなるため、内燃機関の回転変動に基づいた失火検出の精度が低下する。また、いずれかの可変バルブリフト装置が異常になると、空燃比が乱れるため、空燃比に基づいた触媒劣化診断、燃料系異常診断、空燃比センサ異常診断等の診断精度が低下する。

このような事情を考慮して、請求項９のように、可変バルブリフト装置の異常有りと判定されたときに、他の装置の異常診断を禁止するようにしても良い。このようにすれば、可変バルブリフト装置の異常によって、失火検出、触媒劣化診断、燃料系異常診断、空燃比センサ異常診断等の異常診断の精度が低下する可能性があるときに、それらの異常診断を禁止することができ、可変バルブリフト装置の異常に起因する他の装置の誤った異常診断を未然に防止することができる。

以下、本発明を直列６気筒エンジンに適用した２つの実施例１，２を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図８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。内燃機関である例えば直列６気筒のエンジン１１は、第１気筒〜第６気筒の６つの気筒を有し、このエンジン１１の各気筒の吸気マニホールド１２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１３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１４が取り付けられ、各点火プラグ１４の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

また、エンジン１１には、２系統（２つの気筒グループ）の可変吸気バルブリフト装置１７，１８が搭載されている。一方の系統の可変吸気バルブリフト装置１７は、例えば第１気筒、第２気筒、第４気筒の気筒グループ（以下「Ａグループ」と表記する）の吸気バルブ１５のリフト量を可変し、他方の系統の可変吸気バルブリフト装置１８は、例えば第３気筒、第５気筒、第６気筒の気筒グループ（以下「Ｂグループ」と表記する）の吸気バルブ１５のリフト量を可変する。各気筒グループの可変吸気バルブリフト装置１７，１８には、それぞれ油圧制御弁２４，２５が設けられ、各油圧制御弁２４，２５で各気筒グループの可変吸気バルブリフト装置１７，１８の駆動油圧を制御することで、各気筒グループの吸気バルブ１５のリフト量を可変するようになっている。

一方、エンジン１１の各気筒の排気マニホールド１９が集合する排気集合部２０には、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２１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、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２２が取り付けられている。このクランク角センサ２２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。

上述した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）２３に入力される。このＥＣＵ２３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１３の燃料噴射量や点火プラグ１４の点火時期を制御する。

次に、図２に基づいて各気筒グループの可変吸気バルブリフト装置１７，１８の構成について説明する。

図２に示すように、吸気バルブ１５側のカムシャフト３６には、カムプロフィールが異なる低リフト用カム３７と高リフト用カム３８とが一体的に回動可能に設けられている。カムシャフト３６の下方には、ロッカシャフト３９が設けられ、このロッカシャフト３９を支軸としてロッカアーム４０が上下方向に揺動可能に設けられている。このロッカアーム４０の先端部には、吸気バルブ１５の上端部が当接し、ロッカアーム４０の上下方向の揺動によって吸気バルブ１５が上下方向にリフト動作するようになっている。

また、ロッカアーム４０には、低リフト用カム３７に当接して押圧される低リフト用カム押圧部（図示せず）と、高リフト用カム３８に当接して押圧される高リフト用カム押圧部（図示せず）とが設けられている。低リフト用カム３７は、ロッカアーム４０（低リフト用カム押圧部）の押圧量が小さくなると共にその押圧期間が短くなるように外周面形状が形成され、高リフト用カム３８は、ロッカアーム４０（高リフト用カム押圧部）の押圧量が大きくなると共にその押圧期間が長くなるように外周面形状が形成されている。

更に、ロッカアーム４０には、油圧駆動式のカム切換機構４１が設けられている。このカム切換機構４１は、低リフト用カム３７でロッカアーム４０（低リフト用カム押圧部）を押圧して吸気バルブ１５を駆動する低リフト用カム有効状態と、高リフト用カム３８でロッカアーム４０（高リフト用カム押圧部）を押圧して吸気バルブ１５を駆動する高リフト用カム有効状態との間で切り換えられるようになっている。

各可変吸気バルブリフト装置１７，１８の制御モードを、吸気バルブ１５のリフト量を小さくする低リフトモードに切り換える場合には、カム切換機構４１を低リフト用カム有効状態に切り換えて、低リフト用カム３７でロッカアーム４０（低リフト用カム押圧部）を押圧して吸気バルブ１５を駆動する。これにより、ロッカアーム４０の押圧量が小さくなって吸気バルブ１５のリフト量が小さくなると共に、ロッカアーム４０の押圧期間が短くなって吸気バルブ１５の開弁期間が短くなる。

一方、各可変吸気バルブリフト装置１７，１８の制御モードを、吸気バルブ１５のリフト量を大きくする高リフトモードに切り換える場合には、カム切換機構４１を高リフト用カム有効状態に切り換えて、高リフト用カム３８でロッカアーム４０（高リフト用カム押圧部）を押圧して吸気バルブ１５を駆動する。これにより、ロッカアーム４０の押圧量が大きくなって吸気バルブ１５のリフト量が大きくなると共に、ロッカアーム４０の押圧期間が長くなって吸気バルブ１５の開弁期間が長くなる。

ＥＣＵ２３は、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度、エンジン負荷等）に応じて各気筒グループの可変吸気バルブリフト装置１７，１８の油圧制御弁２４，２５に出力するバルブリフト制御指令を低リフトモード指令と高リフトモード指令との間で切り換えることで、各気筒グループの可変吸気バルブリフト装置１７，１８の制御モードを低リフトモードと高リフトモードとの間で切り換える。

また、ＥＣＵ２３は、後述する気筒別空燃比推定モデルを用いて空燃比センサ２１の検出値（排気集合部２０を流れる排出ガスの実空燃比）に基づいて各気筒の空燃比（気筒別空燃比）を推定し、気筒間の空燃比ばらつきを小さくするように気筒別空燃比補正量を算出し、この気筒別空燃比補正量によって各気筒の燃料噴射量（及び／又は吸入空気量）を補正することで、各気筒に供給する混合気の空燃比を気筒毎に補正するようにしている。

ここで、空燃比センサ２１の検出値（排気集合部２０を流れる排出ガスの実空燃比）に基づいて各気筒の空燃比を推定するモデル（以下「気筒別空燃比推定モデル」という）の具体例を説明する。

排気集合部２０におけるガス交換に着目して、空燃比センサ２１の検出値を、排気集合部２０における各気筒の空燃比の履歴と空燃比センサ２１の検出値の履歴とにそれぞれ所定の重みを乗じて加算したものとしてモデル化し、該モデルを用いて各気筒の空燃比を推定するようにしている。尚、オブザーバとしてはカルマンフィルタを用いる。

より具体的には、排気集合部２０におけるガス交換のモデルを次の（１）式にて近似する。
ｙs(t)＝ｋ1 ×ｕ(t-1) ＋ｋ2 ×ｕ(t-2) −ｋ3 ×ｙs(t-1)−ｋ4 ×ｙs(t-2)
……（１）
ここで、ｙS は空燃比センサ２１の検出値、ｕは排気集合部２０に流入するガスの空燃比、ｋ1 〜ｋ4 は定数である。

排気系では、排気集合部２０におけるガス流入及び混合の一次遅れ要素と、空燃比センサ２１の応答遅れによる一次遅れ要素とが存在する。そこで、上記（１）式では、これらの一次遅れ要素を考慮して過去２回分の履歴を参照することとしている。

上記（１）式を状態空間モデルに変換すると、次の（２ａ）、（２ｂ）式が導き出される。
Ｘ(t+1) ＝Ａ・Ｘ(t) ＋Ｂ・ｕ(t) ＋Ｗ(t) ……（２ａ）
Ｙ(t) ＝Ｃ・Ｘ(t) ＋Ｄ・ｕ(t) ……（２ｂ）
ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはモデルのパラメータ、Ｙは空燃比センサ２１の検出値、Ｘは状態変数としての気筒別空燃比、Ｗはノイズである。

更に、上記（２ａ）、（２ｂ）式によりカルマンフィルタを設計すると、次の（３）式が得られる。
Ｘ＾(k+1｜k)＝Ａ・Ｘ＾(k｜k-1)＋Ｋ｛Ｙ(k) −Ｃ・Ａ・Ｘ＾(k｜k-1)｝ ……（３） ここで、Ｘ＾（エックスハット）は各気筒の空燃比の推定値、Ｋはカルマンゲインである。Ｘ＾(k+1｜k)の意味は、時間(k) の推定値により時間(k+1) の推定値を求めることを表す。

以上のようにして、気筒別空燃比推定モデルをカルマンフィルタ型オブザーバにて構成することにより、燃焼サイクルの進行に伴い各気筒の空燃比を順次推定できる。

更に、ＥＣＵ２３は、後述する図３乃至図５に示す各ルーチンを実行することで、次のようにして２系統の可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常診断を行う。図８に示すように、まず、各気筒毎に空燃比の最大値ＡＦmax と最小値ＡＦmin を算出すると共に、全気筒の空燃比の最大値ＡＡＦmax と最小値ＡＡＦmin （つまり各気筒毎の空燃比の最大値ＡＦmax の中の最大値ＡＡＦmax と各気筒毎の空燃比の最小値ＡＦmin の中の最小値ＡＡＦmin ）を算出する。

この後、各気筒の空燃比の変化量ΔＡＦ（＝ＡＦmax −ＡＦmin ）と、全気筒の空燃比の変化量ΔＡＡＦ（＝ＡＡＦmax −ＡＡＦmin ）とを算出し、各気筒の空燃比の変化量ΔＡＦと全気筒の空燃比の変化量ΔＡＡＦとの比が異常判定値よりも小さいか否かによって、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常の可能性があるか否かを判定する。そして、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常の可能性有りと判定された場合には、各気筒の空燃比の大小関係と可変吸気バルブリフト装置１７，１８の制御状態（バルブリフト制御指令）とに基づいて、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常の有無をその他の空気系・燃料系等の異常と区別して判定すると共に、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常の場合には、いずれの気筒グループの可変吸気バルブリフト装置が異常であるかを特定する。

図７及び図８に示すように、一般に、一方の気筒グループの可変吸気バルブリフト装置が故障すると、可変吸気バルブリフト装置が正常な気筒グループと異常な気筒グループとの間で空燃比の差が大きくなって空燃比が大きい気筒グループと小さい気筒グループとに分かれる傾向がある。その際、空燃比がバルブリフト制御指令（可変吸気バルブリフト装置の制御モード）に反する方向に変化している方が可変吸気バルブリフト装置の異常な気筒グループと判定することができる。

例えば、可変吸気バルブリフト装置の制御モードが高リフトモードであるときに、当該可変吸気バルブリフト装置が故障によって低リフトモードで駆動されると、当該気筒グループの吸入空気量が少なくなって空燃比がリッチ方向に変化するため、空燃比がリッチ方向に変化している気筒グループの可変吸気バルブリフト装置が異常であると判定することができる。

そこで、本実施例１では、全気筒の中で空燃比が最大（最リーン）となる気筒と空燃比が最小（最リッチ）となる気筒を求め、各気筒グループの可変吸気バルブリフト装置１７，１８の制御モード（バルブリフト制御指令）と、空燃比最大気筒が属する気筒グループと、空燃比最小気筒が属する気筒グループを判定して、それらの関係から、いずれの気筒グループの可変吸気バルブリフト装置が異常であるかを特定するようにしている。

以下、ＥＣＵ２３が可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常診断のために実行する図３乃至図５の各ルーチンの処理内容を説明する。

［異常診断メインルーチン］
図３に示す異常診断メインルーチンは、エンジン運転中に所定周期（例えば３０℃Ａ周期）で実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、気筒別空燃比推定ルーチン（図示せず）を実行し、前記気筒別空燃比推定モデルを用いて、空燃比センサ２１の検出値（排気集合部２０を流れる排出ガスの実空燃比）に基づいて各気筒の空燃比ＡＦを推定する。このステップ１０１の処理が特許請求の範囲でいう気筒別空燃比推定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０２に進み、今回のサンプリング開始から所定時間（例えば３〜５ｓｅｃ）が経過したか否かを判定し、所定時間が経過していなければ、ステップ１０３に進み、今回のサンプリング期間における各気筒の空燃比の最大値ＡＦmax と最小値ＡＦmin を算出した後、ステップ１０４に進み、今回のサンプリング期間における全気筒の空燃比の最大値ＡＡＦmax と最小値ＡＡＦmin を算出して、本ルーチンを終了する。

その後、上記ステップ１０２で、今回のサンプリング開始から所定時間が経過したと判定されたときに、ステップ１０６に進み、後述する図４に示す異常診断サブルーチンを実行して、今回のサンプリング期間における各気筒の空燃比の最大値ＡＦmax と最小値ＡＦmin 、全気筒の空燃比の最大値ＡＡＦmax と最小値ＡＡＦmin を用いて可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常の有無をその他の異常と区別して判定する。

この後、ステップ１０７に進み、各気筒の空燃比の最大値ＡＦmax と最小値ＡＦmin 、全気筒の空燃比の最大値ＡＡＦmax と最小値ＡＡＦmin をクリアする。

［異常診断サブルーチン］
図４に示す異常診断サブルーチン（図３のステップ１０６）は、エンジン運転中に所定周期（例えば１８０℃Ａ周期）で実行され、特許請求の範囲でいう異常診断手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と吸気管圧力、吸入空気量等のエンジン負荷）が異常診断禁止領域であるか否かを判定する。この異常診断禁止領域は、図６に示すように、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の制御モードの切り換え（つまりバルブリフト特性の変化）に対する吸入空気量の変化の小さい運転領域に設定されている。

このステップ２０１で、エンジン運転状態が異常診断禁止領域であると判定された場合には、ステップ２０２以降の異常診断に関する処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ２０１で、エンジン運転状態が異常診断禁止領域ではないと判定された場合には、ステップ２０２以降の異常診断に関する処理を次のようにして実行する。まず、ステップ２０２で、各気筒毎に空燃比の変化量ΔＡＦを次式により算出する。
ΔＡＦ＝ＡＦmax −ＡＦmin

この後、ステップ２０３に進み、全気筒の空燃比の変化量ΔＡＡＦを次式により算出する。
ΔＡＡＦ＝ＡＡＦmax −ＡＡＦmin

この後、ステップ２０４に進み、各気筒の空燃比の変化量ΔＡＦと全気筒の空燃比の変化量ΔＡＡＦとの比が異常判定値よりも小さいか否かを判定する。この異常判定値は、固定値としても良いが、エンジン回転速度、吸入空気量、吸気バルブタイミング等に応じて変更するようにしても良い。

このステップ２０４で、各気筒の空燃比の変化量ΔＡＦと全気筒の空燃比の変化量ΔＡＡＦとの比が異常判定値よりも小さいと判定された場合には、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常の可能性があると判断して、ステップ２０５に進み、後述する図５に示す異常部位特定ルーチンを実行して、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常の有無をその他の異常と区別して判定すると共に、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常の場合には、いずれの気筒グループの可変バルブリフト装置が異常であるかを特定する。

この後、ステップ２０６に進み、運転席のインストルメントパネルに設けられた警告ランプ２６（図１参照）を点灯したり、或はインストルメントパネルの警告表示部（図示せず）に警告表示して運転者に警告した後、ステップ２０７に進み、その異常情報（異常コード等）をＥＣＵ２３のバックアップＲＡＭ（図示せず）等の書き換え可能な不揮発性メモリに記憶する。

この後、ステップ２０８に進み、失火検出、触媒劣化診断、燃料系異常診断、空燃比センサ異常診断等の異常診断を禁止して、本ルーチンを終了する。

これに対して、上記ステップ２０４で、各気筒の空燃比の変化量ΔＡＦと全気筒の空燃比の変化量ΔＡＡＦとの比が異常判定値以上であると判定された場合には、ステップ２０９に進み、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常無し（正常）と判定して、本ルーチンを終了する。

［異常部位特定ルーチン］
次に、図４の異常診断サブルーチンのステップ２０５で実行される図５の異常部位特定ルーチンの処理内容を説明する。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、全気筒の中で空燃比が最大となる気筒（空燃比最大気筒）を求めた後、ステップ３０２に進み、全気筒の中で空燃比が最小となる気筒（空燃比最小気筒）を求める。

この後、ステップ３０３〜３０６で、Ａ，Ｂ両グループの可変吸気バルブリフト装置１７，１８の制御モード（バルブリフト制御指令）と、最大気筒が属する気筒グループと、空燃比最小気筒が属する気筒グループを判定する。

その結果、ステップ３０３で、Ａ，Ｂ両グループの制御モードが低リフトモード、且つ、空燃比最大気筒がＡグループ、且つ、空燃比最小気筒がＢグループであると判定された場合には、Ａ，Ｂ両グループの制御モードが低リフトモードであるにも拘らず、Ｂグループの実際の駆動状態が高リフトモードのままであると判断して、ステップ３０７に進み、Ｂグループの可変吸気バルブリフト装置１８の異常であると判定する。

また、ステップ３０４で、Ａ，Ｂ両グループの制御モードが低リフトモード、且つ、空燃比最大気筒がＢグループ、且つ、空燃比最小気筒がＡグループであると判定された場合には、Ａ，Ｂ両グループの制御モードが低リフトモードであるにも拘らず、Ａグループの実際の駆動状態が高リフトモードのままであると判断して、ステップ３０８に進み、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７の異常であると判定する。

また、ステップ３０５で、Ａ，Ｂ両グループの制御モードが高リフトモード、且つ、空燃比最大気筒がＡグループ、且つ、空燃比最小気筒がＢグループであると判定された場合には、Ａ，Ｂ両グループの制御モードが高リフトモードであるにも拘らず、Ｂグループの実際の駆動状態が低リフトモードのままであると判断して、ステップ３０７に進み、Ｂグループの可変吸気バルブリフト装置１８の異常であると判定する。

また、ステップ３０６で、Ａ，Ｂ両グループの制御モードがが高リフトモード、且つ、空燃比最大気筒がＢグループ、且つ、空燃比最小気筒がＡグループであると判定された場合には、Ａ，Ｂ両グループの制御モードが高リフトモードであるにも拘らず、Ａグループの実際の駆動状態が低リフトモードのままであると判断して、ステップ３０８に進み、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７の異常であると判定する。

上記ステップ３０３〜３０６で、いずれも「Ｎｏ」と判定された場合には、ステップ３０９に進み、その他の空気系・燃料系等の異常と判定する。

以上説明した本実施例１では、各気筒の空燃比推定値と２系統の可変バルブリフト装置１７，１８の制御モードとを組み合わせて異常診断するようにしたので、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常を他の空気系・燃料系等の異常と区別して診断できる。

また、一方の気筒グループの可変吸気バルブリフト装置が故障すると、可変吸気バルブリフト装置が正常な気筒グループと異常な気筒グループとの間で空燃比の差が大きくなってリッチ空燃比の気筒グループとリーン空燃比の気筒グループとに分かれる傾向があることに着目して、各気筒の空燃比の大小関係と可変吸気バルブリフト装置の制御モード（バルブリフト制御指令）とに基づいて、いずれの気筒グループの可変吸気バルブリフト装置が異常であるかを特定するようにしたので、異常な可変吸気バルブリフト装置を精度良く特定することができる。しかも、異常な可変吸気バルブリフト装置を特定するためのセンサを新たに設ける必要がなく、低コスト化の要求も満たすことができる。

ところで、エンジン運転状態がバルブリフト特性の変化に対する吸入空気量の変化の小さい運転領域では、バルブリフト特性の変化に対する各気筒の空燃比の変化が小さくなる。従って、このような運転領域では、可変吸気バルブリフト装置１７，１８が正常な気筒グループと異常な気筒グループとの間でバルブリフト特性が異なっていても、空燃比推定値の差が小さいため、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常診断の精度が低下して誤診断する可能性がある。

そこで、本実施例１では、バルブリフト特性の変化に対する吸入空気量の変化の小さい運転領域を異常診断禁止領域として設定し、エンジン運転状態が異常診断禁止領域のときに、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常診断を禁止するようにしたので、エンジン運転状態がバルブリフト特性の変化に対する吸入空気量の変化の小さい運転領域、つまり、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常診断の精度が低下する運転領域のときには、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常診断を行わないようにすることができ、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常診断の誤診断を未然に防止することができる。

尚、異常診断禁止領域で、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常診断を禁止する代わりに、異常判定条件を厳しくするようにしても良い。具体的には、異常診断禁止領域で、図４のステップ２０４で用いる異常判定値を小さくしてステップ２０４で「Ｙｅｓ」と判定しにくくするようにしても良い。このようにしても、誤診断を未然に防止することができる。

また、本実施例１では、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常有りと判定されたときに、失火検出、触媒劣化診断、燃料系異常診断、空燃比センサ異常診断等の他の異常診断を禁止するようにしたので、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常によって、失火検出、触媒劣化診断、燃料系異常診断、空燃比センサ異常診断等の異常診断の精度が低下する可能性があるときに、それらの異常診断を禁止することができ、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常に起因する他の異常診断の誤診断を未然に防止することができる。

次に、図９を用いて本発明の実施例２を説明する。
本実施例２では、図９に示す異常部位特定ルーチンを実行することで、２つの気筒グループの可変吸気バルブリフト装置１７，１８のうち一方の気筒グループの可変吸気バルブリフト装置の制御モードを強制的に変更したときの各気筒の空燃比推定値の大小関係に基づいて、制御モードを強制的に変更した気筒グループの可変吸気バルブリフト装置が正常に動作したか否か（バルブリフト特性が正常に変化したか否か）を判定することによって、いずれの気筒グループの可変吸気バルブリフト装置が異常であるかを特定するようにしている。

図９に示す異常部位特定ルーチンでは、まず、ステップ４０１で、Ａ，Ｂ両グループの可変吸気バルブリフト装置１７，１８の制御モードが低リフトモードであるか否かを判定し、低リフトモードであると判定された場合には、ステップ４０２に進み、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７の制御モードを強制的に高リフトモードに切り換える。

この後、ステップ４０３に進み、各気筒の空燃比の変化量ΔＡＦと全気筒の空燃比の変化量ΔＡＡＦとの比が異常判定値よりも小さいか否かを判定する。尚、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７の制御モードを変更する前は、前述した図４のステップ２０４で、各気筒の空燃比の変化量ΔＡＦと全気筒の空燃比の変化量ΔＡＡＦとの比が異常判定値よりも小さいと判定されている。

このステップ４０３で、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７の制御モードを強制的に高リフトモードに変更した後も、引き続き各気筒の空燃比の変化量ΔＡＦと全気筒の空燃比の変化量ΔＡＡＦとの比が異常判定値よりも小さいと判定された場合には、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７が正常に動作していないと判断して、ステップ４０４に進み、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７の異常であると判定する。この後、ステップ４１０に進み、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７の制御モードを通常の制御モード（この場合は低リフトモード）に復帰させる。

これに対して、上記ステップ４０３で、各気筒の空燃比の変化量ΔＡＦと全気筒の空燃比の変化量ΔＡＡＦとの比が異常判定値以上であると判定された場合には、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７が正常に動作したと判断して、ステップ４０５に進み、Ｂグループの可変吸気バルブリフト装置１８の異常であると判定する。この後、ステップ４１０に進み、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７の制御モードを通常の制御モード（この場合は低リフトモード）に復帰させる。

一方、上記ステップ４０１で、各気筒グループの可変吸気バルブリフト装置１７，１８の制御モードが低リフトモードではないと判定された場合、つまり、高リフトモードである場合には、ステップ４０６に進み、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７の制御モードを強制的に低リフトモードに切り換える。

この後、ステップ４０７に進み、各気筒の空燃比の変化量ΔＡＦと全気筒の空燃比の変化量ΔＡＡＦとの比が異常判定値よりも小さいか否かを判定する。

このステップ４０７で、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７の制御モードを強制的に低リフトモードに変更した後も、引き続き各気筒の空燃比の変化量ΔＡＦと全気筒の空燃比の変化量ΔＡＡＦとの比が異常判定値よりも小さいと判定された場合には、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７が正常に動作していないと判断して、ステップ４０８に進み、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７の異常であると判定する。この後、ステップ４１０に進み、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７の制御モードを通常の制御モード（この場合は高リフトモード）に復帰させる。

これに対して、上記ステップ４０７で、各気筒の空燃比の変化量ΔＡＦと全気筒の空燃比の変化量ΔＡＡＦとの比が異常判定値以上であると判定された場合には、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７が正常に動作したと判断して、ステップ４０９に進み、Ｂグループの可変吸気バルブリフト装置１８の異常であると判定する。この後、ステップ４１０に進み、Ａグループの可変吸気バルブリフト装置１７の制御モードを通常の制御モード（この場合は高リフトモード）に復帰させる。

以上説明した本実施例２では、２つの気筒グループの可変吸気バルブリフト装置１７，１８のうちの一方の気筒グループの可変吸気バルブリフト装置の制御モードを強制的に変更したときの各気筒の空燃比推定値の大小関係に基づいて、いずれの気筒グループの可変吸気バルブリフト装置が異常であるかを特定するようにしたので、異常な可変吸気バルブリフト装置を精度良く特定することができると共に、異常な可変吸気バルブリフト装置を特定するためのセンサ類を新たに設ける必要がなく、低コスト化の要求も満たすことができる。

尚、各気筒の吸入空気量（筒内充填空気量）を推定又は検出する気筒別吸入空気量推定手段を備えたシステムに本発明を適用する場合は、可変吸気バルブリフト装置１７，１８の異常診断に際して、各気筒の空燃比推定値の代わりに、各気筒の吸入空気量を用いるようにしても良い。各気筒の吸入空気量は、各気筒の空燃比と相関関係があるためである。

或は、各気筒の空燃比推定値の代わりに各気筒の燃料噴射量又は該燃料噴射量に対する空燃比補正量を用いるようにしても良い。各気筒の燃料噴射量や空燃比補正量も、各気筒の空燃比と相関関係があるためである。

また、上記各実施例１，２では、本発明を各気筒グループ毎に可変吸気バルブリフト装置を設けたシステムに適用して、いずれの気筒グループの可変吸気バルブリフト装置が異常であるかを特定するようにしたが、可変吸気バルブリフト装置のうちのいずれの気筒が異常であるかを特定するようにしても良い。

また、１つの可変バルブリフト装置で制御する複数気筒の中で一部の気筒のバルブリフト動作のみが異常になる場合もあるため、各気筒の空燃比推定値の大小関係と可変バルブリフト装置の制御モードとに基づいてバルブリフト動作が異常な気筒を特定するようにしても良い。このようにすれば、１つの可変バルブリフト装置で制御する複数気筒の中で一部の気筒のバルブリフト動作のみが異常になる場合でも、バルブリフト動作が異常な気筒を特定することができる。

また、上記各実施例１，２では、吸気バルブ側の可変吸気バルブリフト装置を制御するするシステムに本発明を適用したが、排気バルブ側の可変排気バルブリフト装置を制御するするシステムに本発明を適用しても良い。また、各気筒毎に電磁駆動バルブを設けて、各気筒毎にバルブリフト量を独立して可変するシステムに本発明を適用しても良い。

その他、本発明は、６気筒エンジンに限定されず、５気筒以下のエンジン又は７気筒以上のエンジンに適用しても良く、また、直列エンジンに限定されず、Ｖ型エンジンや水平対向エンジン等、様々な型式のエンジンに適用することができる。

本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 可変吸気バルブリフト装置の正面図 実施例１の異常診断メインルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の異常診断サブルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の異常部位特定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 異常診断禁止領域を説明するための図である。 気筒別空燃比の挙動を示すタイムチャートである。 実施例１の異常部位特定方法を説明するために気筒別空燃比の挙動を模式的に示すタイムチャートである。 実施例２の異常部位特定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１３…燃料噴射弁、１５…吸気バルブ、１７，１８…可変吸気バルブリフト装置、１９…排気マニホールド、２０…排気集合部、２１…空燃比センサ、２３…ＥＣＵ（気筒別空燃比推定手段，異常診断手段）

Claims (11)

1. 内燃機関の各気筒の吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブリフト特性を可変する可変バルブリフト装置を搭載した可変バルブリフト制御システムの異常診断装置において、 各気筒の空燃比を推定する気筒別空燃比推定手段と、
   前記気筒別空燃比推定手段により求められた各気筒の空燃比推定値と前記可変バルブリフト装置の制御状態とに基づいて該可変バルブリフト装置の異常の有無を診断する異常診断手段と
   を備えていることを特徴とする可変バルブリフト制御システムの異常診断装置。
2. 複数系統の可変バルブリフト装置を搭載し、
   前記異常診断手段は、前記各気筒の空燃比推定値の大小関係と前記複数系統の可変バルブリフト装置の制御状態とに基づいて前記複数系統の可変バルブリフト装置の中から異常な可変バルブリフト装置を特定する手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブリフト制御システムの異常診断装置。
3. 前記異常診断手段は、前記各気筒の空燃比推定値の大小関係と前記可変バルブリフト装置の制御状態とに基づいてバルブリフト動作が異常な気筒を特定する手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブリフト制御システムの異常診断装置。
4. 複数系統の可変バルブリフト装置を搭載し、
   前記異常診断手段は、いずれかの系統の可変バルブリフト装置の制御状態を強制的に変更したときの各気筒の空燃比推定値の大小関係に基づいて前記複数系統の可変バルブリフト装置の中から異常な可変バルブリフト装置を特定する手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブリフト制御システムの異常診断装置。
5. 前記異常診断手段は、内燃機関の運転状態が前記バルブリフト特性の変化に対する吸入空気量の変化の小さい運転領域のときに前記可変バルブリフト装置の異常診断を禁止又は異常判定条件を厳しくする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可変バルブリフト制御システムの異常診断装置。
6. 各気筒の排出ガスが集合して流れる排気集合部に、該排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサが設けられ、
   前記気筒別空燃比推定手段は、前記空燃比センサの出力に基づいて各気筒の空燃比を推定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の可変バルブリフト制御システムの異常診断装置。
7. 各気筒の吸入空気量を推定又は検出する気筒別吸入空気量推定手段を備え、
   前記異常診断手段は、前記各気筒の空燃比推定値の代わりに前記各気筒の吸入空気量を用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の可変バルブリフト制御システムの異常診断装置。
8. 各気筒の燃料噴射量を算出する気筒別燃料噴射量算出手段を備え、
   前記異常診断手段は、前記各気筒の空燃比推定値の代わりに前記各気筒の燃料噴射量又は該燃料噴射量に対する空燃比補正量を用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の可変バルブリフト制御システムの異常診断装置。
9. 前記異常診断手段により前記可変バルブリフト装置の異常有りと判定されたときに、他の装置の異常診断を禁止する手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の可変バルブリフト制御システムの異常診断装置。
10. 複数系統の可変バルブリフト装置を搭載し、
    前記異常診断手段は、前記各気筒の空燃比推定値の大小関係と前記全気筒の空燃比推定値の大小関係と前記複数系統の可変バルブリフト装置の制御状態とに基づいて前記複数系統の可変バルブリフト装置の中から異常な可変バルブリフト装置を特定する手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブリフト制御システムの異常診断装置。
11. 前記異常診断手段は、前記各気筒の空燃比推定値の変化幅と前記全気筒の空燃比の変化幅とに基づく値と、前記複数系統の可変バルブリフト装置の制御状態とに基づいて前記複数系統の可変バルブリフト装置の中から異常な可変バルブリフト装置を特定する手段を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の可変バルブリフト制御システムの異常診断装置。

Images