JP2009191793A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気バルブのリフト量及び作用角の少なくとも一方を変更できる内燃機関においても、排気浄化性能を向上できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンＥＣＵは、Ｖｏ２を取得し（ステップＳ５１）、モニタ条件が成立していると判断したならば（ステップＳ５２）、モニタ時間Ｔｍをカウントアップする（ステップＳ５３）。そして、Ｖｏ２が所定値Ｋより小さければ（ステップＳ５４でＹｅｓ）、過小リーン時間ＴＬをカウントアップする（ステップＳ５５）。エンジンＥＣＵは、モニタ時間Ｔｍが基準時間Ｔｒを経過していると判断したならば（ステップＳ５６でＹｅｓ）、モニタ時間Ｔｍと過小リーン時間ＴＬとに基づいて過小リーン出現頻度Ｌｆを算出し（ステップＳ５７）、過小リーン出現頻度Ｌｆと吸気バルブ作用角とに基づいて補正量ガード値を算出する（ステップＳ５８）。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、車両に搭載される内燃機関の空燃比を制御する制御装置に関する。

従来、内燃機関により駆動される車両は、内燃機関の排気経路に排気浄化触媒及び空燃比センサを備えており、排気浄化触媒における排気浄化性能が高まるよう、空燃比センサによって検出された検出結果に基づいて内燃機関の空燃比を理論空燃比に近づける制御装置を搭載している。

この種の制御装置として、排気浄化触媒の上流側及び下流側に空燃比センサを備え、上流側の空燃比センサにより検出された空燃比に応じて空燃比のフィードバック制御を行い、下流側の空燃比センサにより検出された空燃比に応じて、フィードバック制御における制御値を補正するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載された従来の制御装置は、上流側の空燃比センサにより検出された空燃比に応じて内燃機関の気筒内に供給される燃料の噴射量を制御するメインフィードバック制御を実行するとともに、下流側の空燃比センサにより検出された空燃比に応じて上流側の空燃比センサにより検出された空燃比を補正する、所謂サブフィードバック制御を実行している。

このような従来の制御装置においては、フィードバック制御に対する過度の補正を防止するために、補正量に対してガード値を設けて、適切なフィードバック制御を実行していた。

さらに、このような従来の制御装置においては、下流側の空燃比センサに割れが発生すると、下流側センサの出力がリーン側に振れる。この場合、サブフィードバック制御は、メインフィードバック制御に対して空燃比がリッチ側になるよう補正し続けることとなり、空燃比が理論空燃比からリッチ側にずれていく。そこで、制御装置は、メインフィードバック制御に対する補正量にガード値を設定し、下流側の空燃比センサに異常が発生しても補正量をガード値以内に収める補正量ガード処理を行っていた。

このように構成された従来の制御装置は、下流側の空燃比センサにおいてリーン状態の検出頻度が所定値を超えた場合には、下流側の空燃比センサに割れが発生している可能性が高いため、リーン状態の検出頻度が所定値以下の場合よりも補正量が小さくなるようガード処理を実行することにより、下流側の空燃比センサの異常がメインフィードバック制御に与える影響を抑えるようになっていた。
特開平８−３１２７７４号公報

しかしながら、上述のような従来の制御装置にあっては、吸気バルブの作用角すなわち最大リフト量を変更できる内燃機関を考慮したものではなく、補正量に対するガード値が作用角によらず一定であった。そのため、このような内燃機関においては、内燃機関の実際の空燃比と空燃比センサにより検出される空燃比との差が作用角に応じて異なるにもかかわらず、一定のガード値によって補正量ガード処理が実行されると、作用角によっては補正量が不足したり、逆に補正量が大き過ぎたりし、排気浄化性能が低下するという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、吸気バルブの作用角すなわちリフト量を変更できる内燃機関においても、排気浄化性能を向上できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関の排気経路に設けられた排気浄化触媒の上流側に配置された第１の空燃比検出手段の検出結果に基づいて前記内燃機関の空燃比を補正する第１のフィードバック制御を実行するとともに、前記排気浄化触媒の下流側に配置された第２の空燃比検出手段の検出結果に基づいて前記第１のフィードバック制御を補正する第２のフィードバック制御を実行する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関に供給される空気量を調節可能な吸気バルブのリフト量及び作用角の少なくとも一方を可変制御する可変制御手段と、前記吸気バルブの最大リフト量及び作用角の少なくとも一方を検出又は推定する検出手段と、前記検出手段によって検出又は推定された前記吸気バルブの最大リフト量及び作用角の少なくとも一方に応じて、前記第２のフィードバック制御による補正量のガード値を設定するガード値設定手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、第１のフィードバック制御に対する補正量のガード値が吸気バルブの最大リフト量及び作用角の少なくとも一方に応じて適切に設定されるので、適切な補正量により第１のフィードバック制御が実行でき、排気浄化触媒における排気浄化性能を向上することが可能となる。

また、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、（２）前記ガード値設定手段が、前記吸気バルブの最大リフト量及び作用角の少なくとも一方が小さいほど前記ガード値を大きく設定することを特徴とする。

この構成により、吸気バルブの最大リフト量及び作用角の少なくとも一方が小さいほどリフト量又は作用角のばらつきの影響を受けやすく、第１の空燃比検出手段により検出される空燃比と内燃機関の実際の空燃比との差が大きいので、第２のフィードバック制御による補正量がばらつくため、最大リフト量及び作用角の少なくとも一方が小さいほどガード値を大きくすることにより、第１のフィードバック制御に対する補正量が不十分になることを防止でき、排気浄化触媒における排気浄化性能を向上することができる。

また、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の制御装置において、（３）前記第２の空燃比検出手段による検出結果に基づいて前記第２の空燃比検出手段の異常可能性の度合いを判断する異常可能性判断手段を備え、前記ガード値設定手段が、前記異常可能性判断手段によって判断された前記異常可能性の度合いと、前記検出手段によって検出された前記吸気バルブの最大リフト量及び作用角の少なくとも一方と、に応じて、前記第２のフィードバック制御における補正量のガード値を設定することを特徴とする。

この構成により、第２の空燃比検出手段の異常可能性の度合いが高い場合においても、第１のフィードバック制御に対する補正量のガード値が最大リフト量及び作用角の少なくとも一方に応じて適切に設定されるので、第２の空燃比検出手段の異常が第１のフィードバック制御に与える影響を抑えられることにより適切な第１のフィードバック制御が実行でき、結果として、排気浄化触媒における排気浄化性能を向上することができる。

また、上記（３）に記載の内燃機関の制御装置において、（４）前記異常可能性判断手段が、前記第２の空燃比検出手段によるリーン状態の検出頻度に応じて前記第２の空燃比検出手段の異常可能性の度合いを判断することを特徴とする。

この構成により、第２の空燃比検出手段に素子割れが発生した場合には第２の空燃比検出手段の出力がリーン側に振れるので、リーン状態の検出頻度に基づいて第２の空燃比検出手段の異常可能性を的確に判断することができる。

また、上記（１）から（４）に記載の内燃機関の制御装置において、（５）前記第１の空燃比検出手段が空燃比センサにより構成され、前記第２の空燃比検出手段がＯ２センサにより構成されることを特徴とする。

この構成により、第１のフィードバック制御においては、理論空燃比近傍における出力電圧の変化が緩やかな空燃比センサを使用するので、内燃機関内の実際の空燃比と理論空燃比との差を的確に検出できるとともに、第２のフィードバック制御においては、リッチ状態とリーン状態とにおける出力電圧の差が大きいＯ２センサを使用するので、内燃機関内の実際の空燃比がリーン状態あるいはリッチ状態のいずれに振れているのかを明確に検出できる。

本発明によれば、吸気バルブのリフト量及び作用角の少なくとも一方を変更できる内燃機関においても、排気浄化性能を向上できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を搭載した車両を模式的に示す概略構成図である。

図１に示すように、車両１は、内燃機関としてのエンジン１１を備えている。エンジン１１は、ガソリンエンジンにより構成されている。

エンジン１１は、複数の気筒１２を有しており、各気筒１２は、ピストン１３を往復動可能に収容している。ピストン１３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５と接続されており、ピストンの往復動がコネクティングロッド１４により回転運動に変換され、出力軸としてのクランクシャフト１５に伝達されるようになっている。

各気筒１２に形成された燃焼室１６は、吸気通路２０及び排気通路２６と接続されている。
吸気通路２０は、スロットルバルブ１７、サージタンク１８及び吸気マニホルド１９を有しており、車両１の外部の空気は、スロットルバルブ１７、サージタンク１８及び吸気マニホルド１９を介して燃焼室１６に供給されるようになっている。

スロットルバルブ１７は、吸気通路２０に回動可能に設置されており、アクチュエータ２１によって回動されるようになっている。アクチュエータ２１は、アクセルペダル２３の踏込み量に応じてスロットルバルブ１７を回動させる。

排気通路２６は、排気マニホルド２４と、三元触媒により構成される排気浄化触媒２５と、を有しており、燃焼室１６から排出された排気は、排気マニホルド２４、排気浄化触媒２５を介してエンジン１１の外部に排出される。なお、本実施の形態に係る排気通路は、本発明に係る排気経路を構成する。

排気浄化触媒２５の上流側の排気通路２６には、空燃比センサ７７が設置されている。この空燃比センサ７７は、検出対象となる排気中の酸素濃度及び燃料の未燃成分の濃度に基づいて、空燃比に応じた電圧Ｖａｆを後述するエンジンＥＣＵ８１に送信するようになっている。

また、排気浄化触媒２５の下流側の排気通路２６には、Ｏ２センサ７８が設置されている。このＯ２センサ７８は、検出対象となる排気中の酸素濃度に基づいて、空燃比に応じた電圧Ｖｏ２を後述するエンジンＥＣＵ８１に送信するようになっている。

ここで、本実施の形態に係る空燃比センサ７７は、本発明に係る第１の空燃比検出手段を構成し、本実施の形態に係るＯ２センサ７８は、本発明に係る第２の空燃比検出手段を構成する。

空燃比センサ７７は、理論空燃比の排気を検出した場合には、Ｖａｆ＝３．３［Ｖ］の電圧を出力する。また、Ｏ２センサ７８は、理論空燃比の排気を検出した場合には、基準電圧Ｖｏ２＝Ｖｒｅｆ＝０．４５［Ｖ］の電圧を出力するようになっている。

さらに、エンジン１１は、吸気通路２０と燃焼室１６とが接続される開口部を開閉するための吸気バルブ２７と、排気通路２６と燃焼室１６とが接続される開口部を開閉するための排気バルブ２８と、を備えている。

吸気バルブ２７及び排気バルブ２８は、バルブスプリング２９によって開口部を閉じる方向に付勢されている。

エンジン１１は、さらに、クランクシャフト１５により回転される吸気カムシャフト３０及び排気カムシャフト３１を備えている。吸気カムシャフト３０は、吸気バルブ２７の略上方に設置されており、排気カムシャフト３１は、排気バルブ２８の略上方に設置されている。

この吸気カムシャフト３０及び排気カムシャフト３１が回転すると、吸気バルブ２７及び排気バルブ２８をそれぞれ押し下げるようになっており、各バルブが押し下げられている状態において、開口部が開放されるようになっている。

エンジン１１は、さらに電磁式の複数の燃料噴射弁３４を有しており、これらの燃料噴射弁３４は、吸気マニホルド１９に取付けられている。燃料噴射弁３４は、後述するエンジンＥＣＵ８１により通電されると開弁し、燃焼室１６に高圧燃料を噴射するようになっている。噴射された高圧燃料は、燃焼室１６内において吸入された空気と混ざり合うことにより混合気を構成する。

エンジン１１は、さらに点火プラグ３５と、点火プラグ３５に点火信号を送信するイグナイタ３６と、点火プラグ３５に高電圧を印加する点火コイル３７と、を備えている。
燃焼室１６内の混合気は、点火プラグ３５からの放電によって着火され、燃焼する。この燃焼により発生する高温高圧の燃焼ガスによりピストン１３が往復動させられ、コネクティングロッド１４を介し、クランクシャフト１５が回転させられ、結果としてエンジン１１の駆動力が得られるようになっている。

エンジン１１は、さらにクランクシャフト１５に対する吸気カムシャフト３０の相対回転位相を変化させ、吸気バルブ２７のバルブタイミングをクランク角に対して変更するためのバルブタイミング機構３９を備えている。

エンジン１１は、さらに吸気バルブ２７の作用角ＣＡをバルブ特性として可変とするための作用角可変機構４０を備えている。ここで、作用角とは、吸気バルブ２７の開弁期間を、吸気カムシャフト３０の回転に応じたクランク角で表したものである。

図２は、本実施の形態に係る吸気バルブの最大リフト量と作用角との関係を示す特性図である。

吸気バルブ２７は、作用角可変機構４０により作用角ＣＡが連続的に変更されると、下方への最大の移動量である最大リフト量も連続的に変更される。例えば、作用角ＣＡが小さくなると、最大リフト量も小さくなるようになっている。また、作用角ＣＡが小さくなるにしたがい、吸気バルブ２７の開弁時期ＩＶＯと閉弁時期ＩＶＣとが近づくようになっている。したがって、作用角ＣＡが小さいほど開弁期間が短くなるとともに最大リフト量も小さくなるため、気筒１２に吸入される空気の量が少なくなる。

このように、本実施の形態においては、作用角ＣＡに最大リフト量が対応している。したがって、本実施の形態に係るエンジン１１の制御装置においては、主に作用角を用いて説明している。

図１に戻り、作用角可変機構４０は、それぞれの気筒１２に設置される仲介駆動機構４１と、コントロールシャフト４３とを備えている。仲介駆動機構４１は、コントロールシャフト４３上に設置される入力アーム４４及び出力アーム４５と、コントロールシャフト４３、入力アーム４４及び出力アーム４５の間に介在される動力伝達用のスライダギヤ４６と、を備えている。

入力アーム４４は、吸気カムシャフト３０の回転に応じて、コントロールシャフト４３を支点として上下に揺動するようになっている。この入力アーム４４の揺動は、スライダギヤ４６を介して出力アーム４５に伝達されるので、出力アーム４５が上下に揺動され、結果として、吸気バルブ２７が出力アーム４５の揺動により駆動され開弁するようになっている。

コントロールシャフト４３は、電動アクチュエータ４７によって軸方向に移動されるようになっている。この電動アクチュエータ４７は、図示しない電動モータにより発生する回転運動を直線運動に変換しコントロールシャフト４３に伝達するようになっている。

コントロールシャフト４３が軸方向へ移動すると、スライダギヤ４６が同方向へ移動しながら回転するので、入力アーム４４と出力アーム４５との揺動方向における相対位相差が変更される。この相対位相差に応じて吸気バルブ２７の作用角ＣＡが連続的に変化するようになっている。

車両１は、さらに、作用角可変ＥＣＵ８２を備えている。作用角可変ＥＣＵ８２は、図示しない電動モータに通電することにより、作用角可変機構４０を制御し、吸気バルブ２７の作用角ＣＡを変更するようになっている。

車両１は、さらに、クランク角センサ７１と、カム角センサ７２と、作用角センサ７３と、エアフロメータ７４と、スロットルセンサ７５と、アクセルセンサ７６と、を備えている。

クランク角センサ７１は、クランクシャフト１５が一定角度回転するごとにパルス信号を発生するようになっている。カム角センサ７２は、吸気カムシャフト３０の回転角度を検出するようになっている。エアフロメータ７４は、吸気通路２０を流れる吸気量を検出するようになっている。スロットルセンサ７５は、スロットル開度を検出するようになっている。アクセルセンサ７６は、運転者によるアクセルペダルの踏込み量を検出するようになっている。

作用角センサ７３は、作用角可変ＥＣＵ８２と協働して作用角可変機構４０のいずれかの可動部の移動量に基づいて吸気バルブ２７の作用角ＣＡ及び最大リフト量の少なくとも一方を推定するようになっている。
本実施の形態においては、作用角センサ７３は、作用角可変ＥＣＵ８２と協働して図示しない電動モータのロータの回転角度に基づいて吸気バルブ２７の作用角ＣＡを推定するようになっている。ここで、作用角可変ＥＣＵ８２は、図示しない電動モータのロータの回転角度と、吸気バルブ２７の作用角ＣＡ及び最大リフト量の少なくとも一方とを対応付けたマップをＲＯＭに記憶するようにし、このマップと作用角センサ７３から入力されたロータの回転角度とに基づいて、作用角ＣＡ及び最大リフト量の少なくとも一方を推定するようになっている。ここで、作用角センサ７３が、吸気バルブ２７の作用角ＣＡ及び最大リフト量の少なくとも一方の値を直接検出するようにしてもよい。
なお、作用角センサ７３及び作用角可変ＥＣＵ８２は、本発明に係る検出手段を構成する。

さらに、車両１は、エンジン１１の冷却水温を測定するための図示しない冷却水温センサを有している。

エンジンＥＣＵ８１は、クランク角センサ７１、カム角センサ７２、作用角センサ７３、エアフロメータ７４、スロットルセンサ７５、アクセルセンサ７６、空燃比センサ７７及びＯ２センサ７８から信号を受信するようになっている。また、エンジンＥＣＵ８１は、これらのセンサから受信した信号に基づいて、エンジン１１における空燃比が理論空燃比に近づくようスロットルバルブ１７、燃料噴射弁３４、点火プラグ３５及び作用角可変機構４０を制御する。

すなわち、エンジンＥＣＵ８１は、空燃比センサ７７の検出結果に基づいて、エンジン１１の空燃比を補正するメインフィードバック制御を実行するとともに、Ｏ２センサ７８の検出結果に基づいて、空燃比センサ７７からエンジンＥＣＵ８１に入力された信号を補正することにより、メインフィードバック制御を補正するサブフィードバック制御を実行するようになっている。本実施の形態においては、フィードバック制御をＰＩＤ制御により実現する場合について説明する。

なお、エンジンＥＣＵ８１は、後述するように、本発明に係る制御装置、可変制御手段、ガード値設定手段及び異常可能性判断手段を構成する。
また、本実施の形態に係るメインフィードバック制御は、本発明に係る第１のフィードバック制御を構成し、本実施の形態に係るサブフィードバック制御は、本発明に係る第２のフィードバック制御を構成する。

以下、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を構成するエンジンＥＣＵの特徴的な構成について、図１を参照して説明する。

エンジン１１の制御装置を構成するエンジンＥＣＵ８１は、アクセルセンサ７６から入力された信号により算出されたアクセルペダルの踏込み量及びクランク角センサ７１から入力された信号により算出されたエンジン回転速度に基づき、エンジン１１に対する目標吸入空気量を算出し、ＲＯＭに予め記憶されているマップに基づき、作用角可変ＥＣＵ８２を介して吸気バルブ２７の作用角ＣＡすなわち最大リフト量を変更するようになっている。

したがって、エンジンＥＣＵ８１は、内燃機関に供給される空気量を調節可能な吸気バルブのリフト量及び作用角の少なくとも一方を可変制御する可変制御手段を構成している。

また、エンジンＥＣＵ８１は、Ｏ２センサ７８による空燃比の検出結果に基づいて、Ｏ２センサ７８の異常可能性を判断するようになっている。具体的には、エンジンＥＣＵ８１は、Ｏ２センサ７８から取得される出力電圧に基づいて、Ｏ２センサ７８による空燃比の所定のリーン状態の検出頻度を算出するようになっている。また、エンジンＥＣＵ８１は、所定のリーン状態の検出頻度が高い場合には、異常可能性の高いＯ２センサ７８の出力がメインフィードバック制御に影響を与えないよう、メインフィードバックの制御用Ａ／Ｆ（制御用空燃比）を求めるためのサブフィードバック量及びサブフィードバックの学習値のトータルに対するガード値をガード値マップとしてＲＯＭに記憶しており、このガード値マップに基づいて後述するガード値設定処理を実行するようになっている。

したがって、エンジンＥＣＵ８１は、第２の空燃比検出手段による検出結果に基づいて第２の空燃比検出手段の異常可能性の度合いを判断する異常可能性判断手段を構成している。

ここで、所定のリーン状態とは、Ｏ２センサ７８に割れが発生した際にＯ２センサによる検出が急増するリーン状態を意味し、本実施の形態においては、例えばＯ２センサ７８の出力電圧が０．０５［Ｖ］未満になる過小リーン状態のことである。

また、エンジンＥＣＵ８１は、作用角センサ７３から吸気バルブ２７の作用角ＣＡを表す信号を取得し、後述するガード値マップに基づいて、サブフィードバック制御による補正量のガード値を設定するようになっている。

したがって、エンジンＥＣＵ８１は、検出手段によって検出された吸気バルブの最大リフト量及び作用角の少なくとも一方に応じて、サブフィードバック制御による補正量のガード値を設定するガード値設定手段を構成している。

図３は、本実施の形態に係る空燃比制御処理を説明するためのフローチャートである。

なお、以下の処理は、エンジンＥＣＵ８１を構成するＣＰＵによって所定の時間間隔で実行されるとともに、ＣＰＵによって処理可能なプログラムを実現する。ここで、所定の時間間隔とは、クランクシャフト１５の一定回転を意味する。また、本実施の形態に係る空燃比制御処理の一部は、メインフィードバック制御を構成している。

エンジンＥＣＵ８１は、まず、サブフィードバック制御の実行条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１１）。具体的には、エンジンＥＣＵ８１は、エンジン１１が始動していること、エンジン冷却水温が所定値以上であること、暖機運転中でないこと、フュエルカットが実行されていないこと、及びＯ２センサ７８から入力された信号がリッチからリーンあるいはその逆に少なくとも１回以上切換わったことのすべての条件が満たされているならば、サブフィードバック制御の実行条件が成立していると判断する。

エンジンＥＣＵ８１は、サブフィードバック制御の実行条件が成立していると判断した場合には（ステップＳ１１でＹｅｓ）、ステップＳ１２に移行する。一方、サブフィードバック制御の実行条件が成立していないと判断した場合には（ステップＳ１１でＮｏ）、ステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１２において、エンジンＥＣＵ８１は、Ｏ２センサ７８の電圧信号Ｖｏ２を取得し、Ｏ２センサ７８の基準電圧Ｖｒｅｆとの差である出力電圧偏差ΔＶｏ２をサブフィードバック量として算出する。

次に、エンジンＥＣＵ８１は、サブフィードバック学習値として、ＰＩＤ制御における積分項に対応する出力電圧偏差ΔＶｏ２の積分値ＳＵＭと、なまし積分値ＡＳＵＭと、を算出する（ステップＳ１３）。具体的には、エンジンＥＣＵ８１は、前回算出されＲＡＭに記憶されている積分値ＳＵＭに、今回算出された出力電圧偏差ΔＶｏ２を加算して新たな積分値ＳＵＭを算出する。また、ＲＡＭに記憶されている積分値ＳＵＭを、算出された積分値ＳＵＭによって更新する。

また、エンジンＥＣＵ８１は、積分値ＳＵＭの加重平均値を算出し、なまし積分値ＡＳＵＭとしてＲＡＭに記憶する。具体的には、エンジンＥＣＵ８１は、なまし積分値ＡＳＵＭを以下のように算出する。

ＡＳＵＭ ← (（ｎ−１）・ＡＳＵＭ ＋ ＳＵＭ)／ｎ （１）
ここで、ｎは１以上の値である。また、右辺におけるＳＵＭ及びＡＳＵＭは、それぞれ前回算出されＲＡＭに記憶されている積分値及びなまし積分値である。

次に、エンジンＥＣＵ８１は、ＰＩＤ制御における微分項に対応する出力電圧偏差ΔＶｏ２の変化量ｄΔＶｏ２を算出する（ステップＳ１４）。具体的には、エンジンＥＣＵ８１は、前回算出されＲＡＭに記憶されている出力電圧偏差ΔＶｏ２と、今回算出された出力電圧偏差ΔＶｏ２との差を変化量ｄΔＶｏ２として算出する。また、ＲＡＭに記憶されている変化量ｄΔＶｏ２を、算出された変化量ｄΔＶｏ２によって更新する。

次に、エンジンＥＣＵ８１は、空燃比センサ７７の出力電圧Ｖａｆを補正するための補正量ｄＶａｆを算出する（ステップＳ１５）。

具体的には、エンジンＥＣＵ８１は、ステップＳ１２において算出したサブフィードバック量としての出力電圧偏差ΔＶｏ２と、ステップＳ１３において算出したサブフィードバック学習値としての積分値ＳＵＭと、ステップＳ１４において算出した変化量ｄΔＶｏ２と、に基づいて、補正量ｄＶａｆを以下のように算出する。

ｄＶａｆ ← ＫＰ・ΔＶｏ２ ＋ ＫＩ・ＳＵＭ ＋ ＫＤ・ｄΔＶｏ２ （２）
ここで、ＫＰ、ＫＩ、ＫＤは、それぞれ比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインであり、予め実験的な測定などにより求められ、ＲＯＭに記憶されている。なお、サブフィードバック量およびサブフィードバック学習値のみに基づいて空燃比センサ７７の出力電圧Ｖａｆを補正する場合には、微分ゲインＫＤを０とする。

一方、エンジンＥＣＵ８１は、サブフィードバック制御の実行条件が成立していないと判断した場合には（ステップＳ１１でＮｏ）、ＲＡＭに記憶されている前回のなまし積分値ＡＳＵＭを読込み、補正量ｄＶａｆを以下のように算出する（ステップＳ１６）。

ｄＶａｆ ← ＫＩ・ＡＳＵＭ （３）
なお、ここでいう前回のなまし積分値ＡＳＵＭとは、ステップＳ１１においてサブフィードバック制御の実行条件が最後に成立していたときに算出されＲＡＭに記憶されたなまし積分値ＡＳＵＭを意味する。

また、空燃比制御処理の上記のステップＳ１２ないしステップＳ１６においては、エンジンＥＣＵ８１は、出力電圧偏差ΔＶｏ２、積分値ＳＵＭ、なまし積分値ＡＳＵＭ及び空燃比センサ７７の出力電圧Ｖａｆに対する補正量ｄＶａｆを、吸気バルブ２７の作用角ＣＡが１４０°より小さいときに小カム用サブフィードバック量、小カム用サブフィードバック学習値、また、作用角ＣＡが１４０°以上のときに大カム用サブフィードバック量、大カム用サブフィードバック学習値として記憶されるようにする。エンジンＥＣＵ８１は、作用角センサ７３から取得した作用角ＣＡがいずれの区分に属するかを判断し、属する区分に対応する出力電圧偏差ΔＶｏ２、積分値ＳＵＭ、なまし積分値ＡＳＵＭ及び空燃比センサ７７の出力電圧Ｖａｆに対する補正量ｄＶａｆを算出し、ＲＡＭに記憶するようにする。

次に、エンジンＥＣＵ８１は、ステップＳ１５あるいはステップＳ１６で算出されたｄＶａｆに対し、図４に示すガード処理を行う（ステップＳ１７）。具体的には、空燃比センサ７７の出力電圧Ｖａｆに対する補正量ｄＶａｆ、すなわちサブフィードバック量としての出力電圧偏差ΔＶｏ２及びサブフィードバック学習値としての積分値ＳＵＭ、なまし積分値ＡＳＵＭから求まる補正量ｄＶａｆに対してガードをかけるためのガード処理を行う。

図４は、本実施の形態に係るガード処理を説明するためのフローチャートである。

ガード処理において、エンジンＥＣＵ８１は、まず、ステップＳ１５（図３参照）あるいはステップＳ１６（図３参照）においてサブフィードバック量およびサブフィードバック学習値などに基づいて算出された、空燃比センサ７７の出力電圧Ｖａｆに対する補正量ｄＶａｆが０以上か否かを判断する（ステップＳ３１）。

エンジンＥＣＵ８１は、補正量ｄＶａｆが０以上であると判断した場合には（ステップＳ３１でＹｅｓ）、補正量ｄＶａｆが後述するガード値設定処理により算出されるプラス側ガード値Ｖｇｒｄｐｌｓ以下であるか否かを判断する（ステップＳ３２）。

エンジンＥＣＵ８１は、補正量ｄＶａｆがＶｇｒｄｐｌｓ以下であると判断したならば（ステップＳ３２でＹｅｓ）、Ｒｅｔｕｒｎに進む。一方、補正量ｄＶａｆがＶｇｒｄｐｌｓより大きいと判断したならば（ステップＳ３２でＮｏ）、補正量ｄＶａｆをＶｇｒｄｐｌｓの値に書換える（ステップＳ３３）。

また、エンジンＥＣＵ８１は、ステップＳ３１においてｄＶａｆが０より小さいと判断したならば（ステップＳ３１でＮｏ）、補正量ｄＶａｆが後述するガード値設定処理により算出されるマイナス側ガード値Ｖｇｒｄｍｎｓ以上であるか否かを判断する（ステップＳ３４）。

エンジンＥＣＵ８１は、補正量ｄＶａｆがＶｇｒｄｍｎｓ以上であると判断したならば（ステップＳ３４でＹｅｓ）、Ｒｅｔｕｒｎに進む。一方、エンジンＥＣＵ８１は、ｄＶａｆがＶｇｒｄｍｎｓより小さいと判断したならば（ステップＳ３４でＮｏ）、補正量ｄＶａｆをＶｇｒｄｍｎｓの値に書換える（ステップＳ３５）。

図３に戻り、エンジンＥＣＵ８１は、空燃比センサ７７の出力電圧Ｖａｆを、ガード処理により算出されたｄＶａｆにより、以下のように補正して、制御用電圧値Ｖａｆｃを算出する。（ステップＳ１８）。

Ｖａｆｃ ← Ｖａｆ ＋ ｄＶａｆ （４）
したがって、サブフィードバック量がプラスであるならば、空燃比センサ７７の出力電圧Ｖａｆを、ｄＶａｆの分だけリッチ側に補正することとなり、サブフィードバック量がマイナスであるならば、空燃比センサ７７の出力電圧Ｖａｆを、ｄＶａｆの分だけリーン側に補正することとなる。
次に、エンジンＥＣＵ８１は、エアフロメータ７４から取得した信号及びステップＳ１８で算出した制御用電圧値Ｖａｆｃに基づいて、制御用Ａ／Ｆ（制御用空燃比）を算出し、目標Ａ／Ｆ（目標空燃比）に合うように、燃料噴射量Ｆｉｊを算出する（ステップＳ１９）。具体的には、エンジンＥＣＵ８１は、算出した制御用Ａ／Ｆ（制御用空燃比）に基づいて、目標Ａ／Ｆ（目標空燃比）に合うように、燃料噴射量Ｆｉｊを制御するメインフィードバックを実行する。この際、制御用電圧値Ｖａｆｃ及び吸気量と燃料噴射量Ｆｉｊとを対応付けたマップをＲＯＭに予め記憶しており、算出されたＶａｆｃ及び吸気量とこのマップとに基づいて燃料噴射量Ｆｉｊを取得する。

次に、エンジンＥＣＵ８１は、燃料噴射量Ｆｉｊの燃料が燃焼室１６に噴射されるよう燃料噴射弁３４を制御する（ステップＳ２０）。

図５は、本実施の形態に係るガード値設定処理を説明するためのフローチャートである。

なお、以下の処理は、エンジンＥＣＵ８１を構成するＣＰＵによって所定の時間間隔で実行されるとともに、ＣＰＵによって処理可能なプログラムを実現する。

エンジンＥＣＵ８１は、まず、Ｏ２センサ７８から出力された電圧信号Ｖｏ２を取得する（ステップＳ５１）。

次に、エンジンＥＣＵ８１は、過小リーン出現頻度を算出するためのモニタ条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ５２）。具体的には、エンジンＥＣＵ８１は、車速が所定値以上であること、サブフィードバック制御の実行中であること、図示しない自動変速機がアイドル状態でないこと、フュエルカット中でないこと又はフュエルカット実施後に所定の時間が経過したこと、及び吸気通路２０を流れる吸気量が所定値以上であることのすべての条件が満たされているならば、モニタ条件が成立していると判断する。

エンジンＥＣＵ８１は、モニタ条件が成立していると判断した場合には（ステップＳ５２でＹｅｓ）、モニタ時間Ｔｍをカウントアップし（ステップＳ５３）、ステップＳ５４に移行する。一方、エンジンＥＣＵ８１は、モニタ条件が成立していないと判断した場合には（ステップＳ５２でＮｏ）、Ｒｅｔｕｒｎに進む。

ステップＳ５４において、エンジンＥＣＵ８１は、Ｏ２センサ７８から出力された電圧信号Ｖｏ２が所定値Ｋより低いか否かを判断する。所定値Ｋとしては、０．０５［Ｖ］など、Ｏ２センサ７８の素子割れ時に電圧信号Ｖｏ２の出現頻度が急激に高まる値の近傍に設定される。

エンジンＥＣＵ８１は、Ｏ２センサ７８から出力された電圧信号Ｖｏ２が所定値Ｋより低いと判断した場合には（ステップＳ５４でＹｅｓ）、過小リーン時間ＴＬのカウントアップを行い（ステップＳ５５）、ステップＳ５６に移行する。一方、エンジンＥＣＵ８１は、Ｏ２センサ７８の電圧信号Ｖｏ２が所定値Ｋ以上であると判断した場合には（ステップＳ５４でＮｏ）、ステップＳ５６に移行する。

ステップＳ５６において、エンジンＥＣＵ８１は、モニタ時間Ｔｍが基準時間Ｔｒ以上であるか否かを判断する。基準時間Ｔｒは、例えば１００［ｓ］のように、十分なモニタ時間が得られるよう設定される。

エンジンＥＣＵ８１は、モニタ時間Ｔｍが基準時間Ｔｒ以上であると判断した場合には（ステップＳ５６でＹｅｓ）、ステップＳ５７に移行する。一方、エンジンＥＣＵ８１は、モニタ時間Ｔｍが基準時間Ｔｒに達していないと判断した場合には（ステップＳ５６でＮｏ）、Ｒｅｔｕｒｎに進む。

次に、エンジンＥＣＵ８１は、過小リーン時間ＴＬの出現頻度を算出する（ステップＳ５７）。具体的には、エンジンＥＣＵ８１は、カウントされたモニタ時間Ｔｍと過小リーン時間ＴＬとを参照し、モニタ時間Ｔｍに対する過小リーン時間ＴＬの割合（以下、過小リーン出現頻度という）Ｌｆ＝ＴＬ／Ｔｍ・１００［％］を算出する。

次に、エンジンＥＣＵ８１は、プラス側ガード値Ｖｇｒｄｐｌｓ及びマイナス側ガード値Ｖｇｒｄｍｎｓを算出する（ステップＳ５８）。

具体的には、エンジンＥＣＵ８１は、作用角センサ７３から取得した吸気バルブ２７の作用角ＣＡと、ステップＳ５７で算出した過小リーン出現頻度と、ＲＯＭに記憶された後述するガード値マップと、に基づいて、サブフィードバック量およびサブフィードバック学習値などから算出した空燃比センサ７７の出力電圧Ｖａｆに対する補正量ｄＶａｆに対するプラス側ガード値Ｖｇｒｄｐｌｓ及びマイナス側ガード値Ｖｇｒｄｍｎｓを算出する。

図６は、本実施の形態に係るプラス側のガード値マップを示す模式図である。

エンジンＥＣＵ８１は、図６（ａ）に示すように、作用角ＣＡが最小値に設定されている場合に対応する第１のガード値マップと、図６（ｂ）に示すように、作用角ＣＡが最大値に設定されている場合に対応する第２のガード値マップをＲＯＭに記憶している。

作用角可変のエンジン１１においては、組付け等に起因する各気筒１２の空燃比のばらつきが生じ、この空燃比のばらつきは、吸気バルブ２７の作用角が小さいほど相対的に大きくなる。しかも、空燃比センサ７７に対する各気筒１２からのガスあたりにばらつきがあるため、空燃比センサ７７により検出される空燃比とエンジン１１における実際の空燃比との差が広がることとなる。この差を補正するために、作用角ＣＡに応じてプラス側ガード値Ｖｇｒｄｐｌｓが設定されるわけであるが、このことは、Ｏ２センサ７８の素子割れが発生した際においても同様である。

したがって、Ｏ２センサ７８の素子割れ発生時に、吸気バルブ２７の作用角ＣＡが小さい場合においてもエンジン１１における実際の空燃比と空燃比センサ７７により検出される空燃比との間の差を補正できるよう、作用角ＣＡが最小値に設定されている場合に対応する第１のガード値マップのガード値は、作用角ＣＡが最大値に設定されている場合に対応する第２のガード値マップのガード値より大きく設定されている。

例えば、プラス側ガード値Ｖｇｒｄｐｌｓは、第１のガード値マップにおいては、Ｌｆ≦７０［％］の範囲で２００［ｍＶ］となっており、Ｌｆ＞７１［％］の範囲においては、６０［ｍＶ］となっている。

一方、第２のガード値マップにおいては、プラス側ガード値ＶｇｒｄｐｌｓはＬｆ≦７０［％］の範囲で１００［ｍＶ］となっており、Ｌｆ＞７１［％］の範囲においては、４０［ｍＶ］となっている。

さらに、エンジンＥＣＵ８１は、作用角ＣＡに応じたプラス側ガード値Ｖｇｒｄｐｌｓを、第１及び第２のガード値マップから補間により算出する。補間方法は、図６（ｃ）に示す点Ａおよび点Ｂの値を、過小リーン出現頻度Ｌｆに応じて図６（ａ）および（ｂ）からそれぞれ求め、ＡＢ間の値は、直線により補間する線形補間８４により求める。なお、エンジンＥＣＵ８１は、作用角ＣＡに対応する係数を表す１次元の係数マップを予めＲＯＭに記憶させておき、線形補間８４により得られる直線の値に係数を掛けて求める係数補間８５を実行するようにしてもよい。

また、マイナス側ガード値Ｖｇｒｄｍｎｓも、プラス側ガード値Ｖｇｒｄｐｌｓと同様作用角ＣＡに応じて設定される。図示しないマイナス側のガード値マップは、マイナス側ガード値Ｖｇｒｄｍｎｓを最小作用角において−２００［ｍＶ］、最大作用角において−１００［ｍＶ］に設定している。

図５に戻り、エンジンＥＣＵ８１は、モニタ時間Ｔｍ及び過小リーン時間ＴＬをクリアする（ステップＳ５９）。

なお、以上のガード値設定処理の説明において、ステップＳ５１からステップＳ５８までの処理が、本発明に係る異常可能性判断手段としての処理に相当する。

以上のように、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置においては、吸気バルブ２７の最大リフト量及び作用角の少なくとも一方が小さいほど空燃比センサ７７により検出される空燃比とエンジン１１内の空燃比との差が大きいので、最大リフト量及び作用角の少なくとも一方が小さいほどガード値を大きくすることにより、メインフィードバック制御に対する補正量が不十分になることを防止でき、排気浄化触媒２５における排気浄化性能を向上することができる。一方、吸気バルブ２７の最大リフト量及び作用角の少なくとも一方が大きいほどガード値を小さくすることにより、メインフィードバック制御に対する補正量が過大になることを防止でき、排気浄化触媒２５における排気浄化性能を向上することができる。

また、Ｏ２センサ７８の異常可能性の度合いが高い場合においても、メインフィードバック制御に対する補正量のガード値が最大リフト量及び作用角の少なくとも一方に応じて適切に設定されるので、Ｏ２センサ７８の異常がメインフィードバック制御に与える影響を抑えられることにより適切なメインフィードバック制御が実行でき、結果として、排気浄化触媒２５における排気浄化性能を向上することができる。

また、Ｏ２センサ７８に素子割れが発生した場合にはＯ２センサ７８の出力がリーン側に振れるので、リーン状態の検出頻度に基づいてＯ２センサの異常可能性を的確に検出することができる。

なお、以上の説明においては、エンジンＥＣＵ８１が、プラス側のガード値マップとして図６に示す複数の１次元マップを記憶する場合について説明した。しかしながら、エンジンＥＣＵ８１が、プラス側のガード値として、図７に示す２次元マップを記憶するようにしてもよい。

図７は、本実施の形態に係るプラスの側ガード値マップのその他の例を示す模式図である。

プラス側のガード値マップは、過小リーン出現頻度Ｌｆ及び吸気バルブ２７の作用角ＣＡに応じてプラス側ガード値Ｖｇｒｄｐｌｓが得られる２次元マップにより構成されている。作用角ＣＡが小さいほどガード値が大きく設定されるようになっている。

例えば、プラス側ガード値Ｖｇｒｄｐｌｓは、作用角ＣＡが最小値に設定されている場合には、Ｌｆ≦７０［％］の範囲で２００［ｍＶ］となっており、Ｌｆ＞７１［％］の範囲においては、６０［ｍＶ］となっている。一方、作用角ＣＡが最大値に設定されている場合には、プラス側ガード値ＶｇｒｄｐｌｓはＬｆ≦７０［％］の範囲で１００［ｍＶ］となっており、Ｌｆ＞７１［％］の範囲においては、４０［ｍＶ］となっている。

また、上記の各処理が、エンジンＥＣＵ８１を構成するＣＰＵによって所定の時間間隔で実行される場合について説明したが、これに限定されず、作用角可変ＥＣＵ８２によって所定の時間間隔で実行されてもよい。この場合、作用角可変ＥＣＵ８２は、各センサからの信号を、エンジンＥＣＵ８１を介して取得するようにする。

また、本実施の形態においては、車両１がエンジンＥＣＵ８１及び作用角可変ＥＣＵ８２を備える場合について説明したが、これに限らず、１つのＥＣＵがエンジンＥＣＵ８１及び作用角可変ＥＣＵ８２としての機能を併せ持つようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気バルブのリフト量及び作用角の少なくとも一方を変更できる内燃機関においても、排気浄化性能を向上できるという効果を奏するものであり、作用角可変の内燃機関を制御する制御装置に有用である。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を搭載した車両を模式的に示す概略構成図である。 本実施の形態に係る吸気バルブの最大リフト量と作用角との関係を示す特性図である。 本実施の形態に係る空燃比制御処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るガード処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態に係るガード値設定処理を説明するためのフローチャートである。 本実施の形態に係るプラス側のガード値マップを示す模式図である。 本実施の形態に係るプラス側のガード値マップのその他の例を示す模式図である。

符号の説明

１ 車両
１１ エンジン（内燃機関）
１２ 気筒
１３ ピストン
１４ コネクティングロッド
１５ クランクシャフト
１６ 燃焼室
１７ スロットルバルブ
２０ 吸気通路
２１ アクチュエータ
２４ 排気マニホルド
２５ 排気浄化触媒
２６ 排気通路（排気経路）
２７ 吸気バルブ
２８ 排気バルブ
２９ バルブスプリング
３０ 吸気カムシャフト
３１ 排気カムシャフト
３４ 燃料噴射弁
３９ バルブタイミング機構
４０ 作用角可変機構
４１ 仲介駆動機構
７３ 作用角センサ（検出手段）
７４ エアフロメータ
７５ スロットルセンサ
７６ アクセルセンサ
７７ 空燃比センサ（第１の空燃比検出手段）
７８ Ｏ２センサ（第２の空燃比検出手段）
８１ エンジンＥＣＵ（制御装置、異常可能性判断手段、可変制御手段、ガード値設定手段）
８２ 作用角可変ＥＣＵ（検出手段）

Claims (5)

1. 内燃機関の排気経路に設けられた排気浄化触媒の上流側に配置された第１の空燃比検出手段の検出結果に基づいて前記内燃機関の空燃比を補正する第１のフィードバック制御を実行するとともに、前記排気浄化触媒の下流側に配置された第２の空燃比検出手段の検出結果に基づいて前記第１のフィードバック制御を補正する第２のフィードバック制御を実行する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関に供給される空気量を調節可能な吸気バルブのリフト量及び作用角の少なくとも一方を可変制御する可変制御手段と、
   前記吸気バルブの最大リフト量及び作用角の少なくとも一方を検出又は推定する検出手段と、
   前記検出手段によって検出又は推定された前記吸気バルブの最大リフト量及び作用角の少なくとも一方に応じて、前記第２のフィードバック制御による補正量のガード値を設定するガード値設定手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記ガード値設定手段が、前記吸気バルブの最大リフト量及び作用角の少なくとも一方が小さいほど前記ガード値を大きく設定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。
3. 前記第２の空燃比検出手段による検出結果に基づいて前記第２の空燃比検出手段の異常可能性の度合いを判断する異常可能性判断手段を備え、
   前記ガード値設定手段が、前記異常可能性判断手段によって判断された前記異常可能性の度合いと、前記検出手段によって検出された前記吸気バルブの最大リフト量及び作用角の少なくとも一方と、に応じて、前記第２のフィードバック制御における補正量のガード値を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記異常可能性判断手段が、前記第２の空燃比検出手段によるリーン状態の検出頻度に応じて前記第２の空燃比検出手段の異常可能性の度合いを判断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。
5. 前記第１の空燃比検出手段が空燃比センサにより構成され、前記第２の空燃比検出手段がＯ２センサにより構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の制御装置。

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