JP2010209777A - Air quantity control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吸気バルブのバルブリフト量を可変にする可変動弁機構を備えた内燃機関の空気量制御装置に関し、特に、前記可変動弁機構の故障時におけるフェールセーフ走行に好適な内燃機関の空気量制御装置に関するものである。 The present invention relates to an air amount control device for an internal combustion engine provided with a variable valve mechanism that makes the valve lift amount of an intake valve variable, and more particularly, to an internal combustion engine suitable for fail-safe traveling when the variable valve mechanism fails. The present invention relates to an air amount control device.
従来から吸気バルブのバルブリフト量を可変にする可変動弁機構を備えて、可変動弁機構が吸気バルブの低リフト側で故障しても、機関の運転に要求される吸入空気量の確保しようとする内燃機関の空気量制御装置が提案されている(特許文献1参照)。 Conventionally, a variable valve mechanism that makes the valve lift amount of the intake valve variable is provided, and even if the variable valve mechanism breaks down on the low lift side of the intake valve, try to secure the intake air amount required for engine operation An air amount control device for an internal combustion engine is proposed (see Patent Document 1).
これは、吸気バルブのバルブリフト量を可変とする可変動弁機構の故障が判定されると、可変動弁機構の駆動を停止する。そして、機関回転速度が所定値を超え、かつ、吸入負圧が所定値よりも小さいときには、スロットルバルブの開度上限値を設定し、該開度上限値以下でスロットルバルブを制御して、機関の吸入空気量を制御するようにしている。 When the failure of the variable valve mechanism that makes the valve lift amount of the intake valve variable is determined, the drive of the variable valve mechanism is stopped. When the engine rotational speed exceeds a predetermined value and the suction negative pressure is smaller than the predetermined value, the throttle valve opening upper limit value is set, and the throttle valve is controlled below the opening upper limit value to control the engine The amount of intake air is controlled.
しかしながら、上記従来例では、可変動弁機構の故障により吸気バルブのバルブリフト量が所定リフト量以上確保されている状態では、スロットルバルブの開放により機関の吸入空気量が確保されて車両走行を継続可能であるが、吸気バルブの開閉が繰返されると制御軸が小リフト方向に付勢されて徐々にバルブリフト量が低下し、最小リフト量に規制するストッパ位置に戻されて、機関の吸入空気量を確保できなくなり、車両走行を継続できなくなる課題があった。 However, in the above conventional example, in the state where the valve lift amount of the intake valve is secured more than a predetermined lift amount due to the failure of the variable valve mechanism, the intake air amount of the engine is secured by opening the throttle valve and the vehicle continues to travel. Although it is possible, when the intake valve is repeatedly opened and closed, the control shaft is urged in the small lift direction, the valve lift amount gradually decreases, and is returned to the stopper position that regulates the minimum lift amount. There was a problem that the amount could not be secured and the vehicle could not be continued.
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、可変動弁機構の故障時においても機関の吸入空気量を確保して車両走行を継続させるに好適な内燃機関の空気量制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an air amount control device for an internal combustion engine suitable for ensuring the intake air amount of an engine and continuing vehicle travel even when a variable valve mechanism fails. The purpose is to provide.
本発明は、内燃機関に吸気バルブのバルブリフト量を可変にする吸気バルブ用可変動弁機構、及び、排気バルブのバルブタイミングを可変にする排気バルブ用可変動弁機構を備えると共に、前記内燃機関の排気通路に配置された触媒による排気浄化のために各排気バルブ下流に二次空気を供給する二次空気供給装置と、前記吸気バルブ用可変動弁機構の故障状態を判定する手段と、を備え、前記故障状態判定手段により吸気バルブ用可変動弁機構が故障したと判定された場合には、前記二次空気供給装置を排気行程または吸気行程に作動させると共に、前記排気バルブ用可変動弁機構により排気バルブのバルブタイミングを遅角制御してその閉弁時期を上死点以降に遅角させるようにした。 The present invention includes a variable valve mechanism for an intake valve that makes the valve lift amount of the intake valve variable in the internal combustion engine, and a variable valve mechanism for the exhaust valve that makes the valve timing of the exhaust valve variable. A secondary air supply device that supplies secondary air downstream of each exhaust valve for exhaust purification by a catalyst disposed in the exhaust passage, and means for determining a failure state of the variable valve mechanism for the intake valve. And when the failure state determination means determines that the intake valve variable valve mechanism has failed, the secondary air supply device is operated in an exhaust stroke or an intake stroke, and the exhaust valve variable valve is operated. The valve timing of the exhaust valve is retarded by the mechanism, and the valve closing timing is retarded after top dead center.
したがって、本発明では、前記故障状態判定手段により吸気バルブ用可変動弁機構が故障したと判定された場合には、二次空気供給装置を排気行程または吸気行程に作動させると共に、前記排気バルブ用可変動弁機構により排気バルブのバルブタイミングを遅角制御してその閉弁時期を上死点以降に遅角させるようにしたため、排気バルブの下流に噴射される二次空気が、吸気行程時に排気バルブを経由しても燃焼室に導入されることにより車両をフェール走行させることができる。 Therefore, in the present invention, when it is determined by the failure state determination means that the variable valve mechanism for the intake valve has failed, the secondary air supply device is operated in the exhaust stroke or the intake stroke, and the exhaust valve Since the valve timing of the exhaust valve is retarded by the variable valve mechanism so that the closing timing is retarded after top dead center, the secondary air injected downstream of the exhaust valve is exhausted during the intake stroke. Even when passing through the valve, the vehicle can be made to fail by being introduced into the combustion chamber.
以下、本発明の内燃機関の空気量制御装置を各実施形態に基づいて説明する。
図1は、本発明を適用した内燃機関の空気量制御装置の第1実施形態を示す構成図である。
Hereinafter, an air amount control device for an internal combustion engine of the present invention will be described based on each embodiment.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an air amount control device for an internal combustion engine to which the present invention is applied.
図1において、V型内燃機関1の上流側の吸気通路2には、エンジンコントロールユニット(以下ECMという)10により開度制御される電制スロットル弁3が設置されている。前記電制スロットル弁3により制御された空気は、分岐して左右の各バンク1A、1Bに接続される吸気マニホールド2A、2Bに導入され、各気筒の吸気バルブ4を介して、燃焼室5に吸入される。
In FIG. 1, an electric throttle valve 3 whose opening degree is controlled by an engine control unit (hereinafter referred to as ECM) 10 is installed in an intake passage 2 upstream of the V-type
各気筒の吸気バルブ4は、吸気バルブ4のバルブ作動角(開期間)、詳しくは、バルブ作動角及びリフト量を連続的に変化させることができるバルブ作動角及びリフト量可変装置(VEL装置;VELアクチュエータ49R、49L)と、吸気バルブ4のバルブタイミング(バルブ作動角の中心位相)を連続的に変化させることができるバルブタイミング可変装置(VTC装置;VTCアクチュエータ51R、51L)と、を備える可変動弁装置により駆動される。
The intake valve 4 of each cylinder has a valve operation angle (open period) of the intake valve 4, more specifically, a valve operation angle and lift amount variable device (VEL device) capable of continuously changing the valve operation angle and the lift amount;
前記燃焼室5には、点火プラグ6と、図示しない燃料噴射弁7とが設置されている。前記燃料噴射弁7は、ECM10からエンジン回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、燃焼室5内に所定圧力に調圧された燃料を噴射する。
The
前記燃焼室5内に噴射された燃料は、燃焼室5に導入された空気と共に混合気を形成し、点火プラグ6によりECM10により決定された点火時期にて点火されて燃焼する。燃焼後の排気は、排気バルブ8を介して、排気通路9へ排出され、図2に示すように、前段触媒13R,13L・三元触媒14R,14L及びHCトラップ機能を備える下流側触媒15R,15Lにより浄化された後、図示しないマフラーを介して大気中に放出される。
The fuel injected into the
前記前段触媒13R,13L、三元触媒14R,14L及びHCトラップ機能を備える下流側触媒15R,15Lの排気浄化機能を促進させるために、燃焼室5出口である排気バルブ8の下流の排気マニホールド9Aの各入口には、二次空気を供給する二次エア噴射ノズル21が配置されている。この二次エア噴射ノズル21には、後述する二次エア噴射装置22より、二次エアが供給される。
In order to promote the exhaust purification function of the
また、前記前段触媒13R,13Lと三元触媒14R,14Lとの間の排気通路9には空燃比センサ23(A/Fセンサ)が装備され、三元触媒14R,14Lと下流側触媒15R,15Lとの間の排気通路9には酸素センサ24(O2センサ)が装備され、これらの信号はECM10に入力されて、前記燃料噴射弁7より供給する燃料量を最適に制御する空燃比フィードバック制御が実施される。
Further, an air-fuel ratio sensor 23 (A / F sensor) is provided in the
前記二次エア供給装置22は、図3に示すように、サブエアクリーナ31、導入通路32、エアポンプ33、供給管路34、左右バンクの供給バルブ35R,35Lを介して外気を導入し、前記各二次エア噴射ノズル21へ供給して、二次エア噴射ノズル21より各気筒の排気マニホールド9Aの入口へ噴射する構成を備える。前記エアポンプ33は、ECM10により開閉制御されるポンプリレー26のON作動により、電源25よりヒューズを介して供給される電力によりON−OFF制御される。また、前記供給バルブ35R,35Lは、ECM10により開閉制御されるバルブリレー27のON作動により、電源25よりヒューズを介して供給される電力によりON−OFF制御される。サブエアクリーナ31の下流には、導入される空気量を計測するエアフローメータ36が配置され、検出した空気量信号をECM10へ入力するよう構成している。
As shown in FIG. 3, the secondary
図1に戻り、前記排気バルブ8は、バンク毎の排気側カム軸8Aに設けたカムによって一定のバルブリフト量を保って開閉駆動される。そして、排気バルブ8のバルブタイミング(バルブ作動角の中心位相)を連続的に変化させることができるバルブタイミング可変装置(VTC装置;VTCアクチュエータ8B)よりなる可変動弁装置を備える。
Returning to FIG. 1, the
前記ECM10には、アクセルペダルセンサ11により検出されるアクセル開度APO、クランク角センサ12により検出されるエンジン回転数Ne、エアフローメータ13により検出される吸入空気量Qaなどのエンジン運転条件としての信号が入力されている。
The ECM 10 includes signals as engine operating conditions such as an accelerator opening APO detected by the accelerator pedal sensor 11, an engine speed Ne detected by the
前記吸気バルブ4の可変動弁装置は、各バンク毎に、図4に示すように構成されている。なお、図示例では、一方(例えば、右バンク)の可変動弁装置についてのみ図示しており、他方(例えば、左バンク)のバンクについては単にブロック形式で記載しているが、同様に構成されている。ここでは、一方のバンク(例えば、右バンク)についてのみ説明する。 The variable valve operating device of the intake valve 4 is configured as shown in FIG. 4 for each bank. In the illustrated example, only one (for example, the right bank) of the variable valve operating apparatus is illustrated, and the other (for example, the left bank) is simply described in a block format. ing. Here, only one bank (for example, the right bank) will be described.
前記吸気バルブ4(1気筒につき2つ設けられる)の端部のバルブリフタ40の上方には、図外のクランク軸に連動して軸周りに回転駆動されるカム軸41が気筒列方向に延在している。前記カム軸41の外周には、吸気バルブ4に対応して揺動カム42が揺動可能に外装されており、この揺動カム42がバルブリフタ40に当接してこれを押圧することにより、吸気バルブ4が図外のバルブスプリングのバネ力に抗して開閉駆動される。
Above the
前記カム軸41と揺動カム42との間には、両者41、42を機械的に連携するリンクの姿勢を変化させて、吸気バルブ4のバルブ作動角(開期間)及びリフト量を連続的に可変制御可能なバルブ作動角及びリフト量可変装置(VEL装置)が設けられている。
Between the
前記VEL装置は、カム軸41に偏心して設けられてカム軸41と一体的に回転する駆動カム43と、この駆動カム43の外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンク44と、カム軸41と略平行に気筒列方向へ延在する制御軸45と、この制御軸45に偏心して設けられて制御軸45と一体的に回転する制御カム46と、この制御カム46の外周に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク44の先端と相対回転可能に連結されたロッカアーム47と、このロッカアーム47の他端と揺動カム42の先端とに回転可能に連結され、両者47、42を機械的に連携するロッド状リンク48と、を備える。
The VEL device includes a
前記カム軸41及び制御軸45は、軸受ブラケットを介してエンジン1のシリンダヘッド側へ回転可能に支持されている。前記制御軸45の一端にはバルブ作動角及びリフト量変更用のアクチュエータ(VELアクチュエータ)49の出力端が接続され、制御軸45はVELアクチュエータ49によって所定の制御角度範囲内で軸周りに回転駆動され且つ所定の回転位相に保持される。
The
上記した構成により、クランク軸に連動してカム軸41が回転すると、駆動カム43を介してリング状リンク44をカム軸41に直交する方向に往復移動するよう作動させ、それによりロッカアーム47が制御カム46周りを揺動し、ロッド状リンク48を介して揺動カム42を揺動させて、吸気バルブ4を開閉駆動する。
With the above configuration, when the
また、VELアクチュエータ49により制御軸45の回動位置を変化させることにより、ロッカアーム47の揺動中心となる制御カム46の中心位置が変化して、各リンク44、48等の姿勢が変化し、揺動カム42の揺動角度範囲が変化する。これにより、バルブ作動角の中心位相が略一定のままで、バルブ作動角及びリフト量が連続的に変化する。例えば、制御軸45を一方向へ回動することにより、バルブ作動角及びリフト量が増加し、他方向へ回動することによりバルブ作動角及びリフト量が減少するようになる。尚、バルブ作動角が決まれば、バルブリフト量は一義的に定まる。
Further, by changing the rotation position of the
従って、VELアクチュエータ49の通電量をデューティ制御することで、制御軸45の回転位置を変更して、吸気バルブ4のバルブ作動角及びリフト量を変更することができ(図5のA参照)、これによりバルブ作動角及びリフト量可変装置(VEL装置)が構成される。
Therefore, by duty-controlling the energization amount of the VEL actuator 49, the rotational position of the
一方、カム軸41は、クランク軸の回転がタイミングベルトによりスプロケット50に入力されて駆動されるが、バルブタイミング変更のために、スプロケット50とカム軸41との間に、これらの回転位相を制御可能なロータリー式のアクチュエータ(VTCアクチュエータ)51が装着されている。
On the other hand, the
従って、VTCアクチュエータ51の通電量をデューティ制御することで、クランク軸とカム軸41との回転位相を変更して、吸気バルブ4のバルブタイミング(バルブ作動角の中心位相)を変更することができ(図5のA参照)、これによりバルブタイミング可変装置(VTC装置)が構成される。
Therefore, by duty-controlling the energization amount of the VTC actuator 51, the rotational phase between the crankshaft and the
また、前記各バンクに設ける可変動弁装置のVTC装置は、図6に示すように、吸気バルブ4のVTC装置と同様に、排気カム軸8Aは、クランク軸の回転がタイミングベルトによりスプロケット52に入力されて駆動されるが、バルブタイミング変更のために、スプロケット52とカム軸8Aとの間に、これらの回転位相を制御可能なロータリー式のアクチュエータ(VTCアクチュエータ)8Bが装着されている。
Further, as shown in FIG. 6, the VTC device of the variable valve system provided in each bank is similar to the VTC device of the intake valve 4 in that the
従って、VTCアクチュエータ8Bの通電量をデューティ制御することで、クランク軸とカム軸8Aとの回転位相を変更して、排気バルブ8のバルブタイミング(バルブ作動角の中心位相)を変更することができ、これによりバルブタイミング可変装置(VTC装置)が構成される。
Therefore, duty control of the energization amount of the
前記左右バンクの吸気バルブ4及び排気バルブ8のVTC装置のVTCアクチュエータ51R,51L,8BR,8BLは、図7に制御系の構成を示すように、第1コントロールユニットであるECM10により制御するが、左右バンクの吸気バルブ4のVEL装置のVELアクチュエータ49R,49Lは、第1コントロールユニットであるECM10とは別の、第2コントロールユニット(以下VEL−C/Uという)20R,20Lにより制御する。
The VTC actuators 51R, 51L, 8BR, and 8BL of the VTC device of the left and right banks of the intake valve 4 and the
上記各制御のため、ECM10には、VTCアクチュエータ51R,51Lの実位置を検出するVTC位置センサ51RS,51LS,8CR,8CLの信号を入力して、VTC実際値(実バルブタイミング)を検出する機能を持たせ、VEL−C/U20R,20Lには、VELアクチュエータ49R,49Lの実位置を検出するVEL位置センサ49RS,49LSの信号を入力して、VEL実際値(実バルブ作動角)を検出する機能を持たせている。
For each control described above, the
しかしながら、エンジン運転条件に応じてVEL目標値(目標バルブ作動角)を算出する機能と、エンジン運転条件に応じてVTC目標値(目標バルブタイミング)を算出する機能とは、エンジン運転条件に関する各種センサの信号が入力されるECM10に集中させている。
However, the function for calculating the VEL target value (target valve operating angle) according to the engine operating condition and the function for calculating the VTC target value (target valve timing) according to the engine operating condition include various sensors relating to the engine operating condition. Are concentrated on the
ECM10とVEL−C/U20R,20Lとは、通信手段(CAN)30により接続し、ECM10からVEL−C/U20R,20Lへ、VEL目標値(目標バルブ作動角)を送信するようにしている。前記CAN(Controller Area Network)は、それぞれのコントロールユニットを通信線でつないでシリアル通信することにより、コントロールユニット間でのデータの送受信を可能としている。
The
また、VEL−C/U20R,20LからECM10へは、VEL実際値(実バルブ作動角)を送信するようにしている。これは、ECM10にて吸入空気量の演算などに実バルブ作動角を用いるためである。
Further, the VEL actual value (actual valve operating angle) is transmitted from the VEL-C /
次に、前記吸入空気量制御系統であるVEL装置をバンク(気筒群)毎に2つ備えたV型内燃機関1において、本発明に係る吸入空気量制御系統故障時のフェールセーフ制御について説明する。
Next, in the V-type
具体的には、VEL装置について故障の有無を診断し、少なくとも一方のVEL装置が故障した場合には、二次エア供給装置22を排気行程から吸気行程に渡って作動させると共に故障したバンクの排気バルブ8のVTC装置のバルブタイミングを遅角制御させる。これにより、二次エア供給装置22より供給した二次エアを故障側バンクの排気バルブ8を経由させて燃焼室5に導入し、故障側バンクの吸入空気量制御を補償するフェールセーフ制御を行う。前記フェールセーフ制御を、図8、9のフローチャートを参照しつつ説明する。
Specifically, the presence or absence of a failure in the VEL device is diagnosed. If at least one of the VEL devices fails, the secondary
ステップS1では、左右バンクのVEL装置について故障診断を行い、ステップS2へ進む。この故障診断は、左右バンクのVEL位置センサ49RS,49LSの出力を監視し、ECM10のVEL目標値に対してVEL実際値が所定時間の経過後も変化しない場合に、VEL実際値が変化しないバンク側において故障していると判定する。この判定において、例えば、VELアクチュエータ49R,49Lが故障する場合においては、一方のバンクのVEL装置のみが故障する状態となる。しかしながら、例えば、VELアクチュエータ49R,49Lへの電力供給系統の故障に起因する場合においては、両方のバンクのVEL装置が故障する状態となる。
In step S1, failure diagnosis is performed on the VEL devices in the left and right banks, and the process proceeds to step S2. In this fault diagnosis, the outputs of the VEL position sensors 49RS and 49LS in the left and right banks are monitored, and the VEL actual value does not change when the VEL actual value does not change after a predetermined time with respect to the VEL target value of the
ステップS2では、ステップS1の診断結果から左右バンクのVEL装置が共に正常か否かを判定し、両バンクのVEL装置が共に正常である場合にはステップS3へ進み、通常制御を継続させて処理を終了する。しかしながら、いずれか一方のバンクのVEL装置が故障である場合にはステップS4へ進み、VEL故障制御を実行し、その後にステップS5へ進む。 In step S2, it is determined from the diagnosis result in step S1 whether or not the VEL devices in the left and right banks are normal. If both the VEL devices in both banks are normal, the process proceeds to step S3, and the normal control is continued and processed. Exit. However, if the VEL device in either bank is faulty, the process proceeds to step S4, VEL fault control is executed, and then the process proceeds to step S5.
ステップS4のVEL故障制御は、図9に示すように、ステップS8において二次エア供給装置22を排気行程から吸気行程に渡って作動させ、ステップS9において故障バンク側の排気バルブ8のVTC装置のバルブタイミングを遅角制御する。
As shown in FIG. 9, the VEL failure control in step S4 operates the secondary
これにより、片バンクのVEL装置が故障した場合には、二次エア噴射ノズル21から排気バルブ8の直ぐ下流に噴射された二次エアは、排気行程においては排気通路9の下流に向かって流れるも、吸気行程に移行した段階において、故障したバンク側の排気バルブ8が遅角制御されることにより開いているために、排気マニホールド9Aから排気バルブ8を経由して燃焼室5内に導入される。この場合に、正常なバンク側のVEL装置は正常に作動しているため、吸気マニホールド2A,2Bに導入された空気が吸気バルブ4を経由して燃焼室5に導入される。また、両バンクのVEL装置が故障した場合には、二次エア噴射ノズル21から排気バルブ8の直ぐ下流に噴射された二次エアは、排気行程においては排気通路9の下流に向かって流れるも、吸気行程に移行した段階において、両バンク側の排気バルブ8が遅角制御されることにより開いているために、両バンク共に排気マニホールド9Aから排気バルブ8を経由して燃焼室5内に導入される。
As a result, when the VEL device in one bank fails, the secondary air injected from the secondary
ステップS5では、ステップS1の診断結果から残りのバンク側のVEL装置は正常か否かを判定し、一方のバンクのVEL装置は正常である場合にはステップS6へ進み、ステップS6で片バンク故障制御を開始させる。ステップS5の判定が、両バンクのVEL装置の故障である場合にはステップS7へ進み、ステップS7で両バンク故障制御を開始させる。 In step S5, it is determined from the diagnosis result in step S1 whether or not the remaining bank-side VEL devices are normal. If the VEL device in one bank is normal, the process proceeds to step S6. Start control. If the determination in step S5 is a failure of the VEL devices in both banks, the process proceeds to step S7, and both bank failure control is started in step S7.
前記片バンク故障制御は、図10に示すように、ECM10により実行される。
The one-bank failure control is executed by the
先ずステップS21では、故障側バンクの気筒当たりの導入空気量を演算する。この場合の導入空気量は、排気バルブ8の吸気行程での開弁期間とリフト量との積、即ち、排気バルブ8の吸気行程時の開弁面積量に比例するため、この開弁面積量を演算する。
First, in step S21, the amount of air introduced per cylinder in the failed bank is calculated. The amount of introduced air in this case is proportional to the product of the valve opening period and the lift amount in the intake stroke of the
ステップS22では、前記ステップS21の排気バルブ8の吸気行程時の開弁面積量と同等となる、正常側バンクのVEL装置のVEL目標値を演算し、正常側バンクのVEL−C/U20R若しくは20Lへ出力する。
In step S22, the VEL target value of the VEL device in the normal bank that is equivalent to the valve opening area amount in the intake stroke of the
ステップS23では、正常側バンクの点火時期を、出力、熱効率が最大となる点火時期、即ち、MBT(Minimum advance for the Best Torque)となる最適な点火時期に設定する。即ち、低回転−高負荷側ほど遅れ(TDCに近づく)、高回転−低負荷側ほど進ませる。これは高負荷ほど残留ガス割合が減少し燃焼速度が速くなることと、高回転化とともに作動ガスの乱れレベルも強くなり、熱発生のクランク角度で見た期間は回転数によらずほぼ一定であるが、点火から熱発生開始までの絶対時間の変化は小さく、高速ほど必要なクランク角度は大きくなるため、点火時期を進める必要があるためである。 In step S23, the ignition timing of the normal bank is set to an optimal ignition timing at which the output and thermal efficiency are maximized, that is, an MBT (Minimum Advance for the Best Torque). That is, it is delayed (closer to TDC) toward the low rotation-high load side, and advanced toward the high rotation-low load side. This is because the higher the load, the lower the residual gas ratio and the higher the combustion speed, and the higher the rotation speed, the stronger the turbulence level of the working gas, and the period viewed from the heat generation crank angle is almost constant regardless of the rotation speed. However, the change in absolute time from ignition to the start of heat generation is small, and the higher the speed, the larger the required crank angle. Therefore, it is necessary to advance the ignition timing.
ステップS24では、前記ステップS22〜S23により、正常側バンクの出力トルクと故障側バンクの出力トルクとが同等となるよう制御する。これは、故障側バンクでの出力トルクと正常側バンクでの出力トルクとが、大きく相違する場合には、内燃機関出力トルクに変動が伴い騒音振動が大きくなり乗り心地を損なうためである。 In step S24, the output torque of the normal side bank and the output torque of the failure side bank are controlled to be equal to each other through steps S22 to S23. This is because when the output torque in the failure side bank and the output torque in the normal side bank are greatly different, the output torque of the internal combustion engine varies and noise vibration increases and the riding comfort is impaired.
ステップS25では、各バンクの排気通路9に配置されている酸素センサ24の出力値に基づいて、各バンクの排気の空燃比A/Fを検出する。
In step S25, the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas of each bank is detected based on the output value of the
ステップS26では、故障側バンクの排気通路9の空燃比が理論空燃比(ストイキ)に保持されるよう故障側バンクの燃料噴射量をフィードバック制御する。三元触媒14R,14Lは、燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比近傍の狭い範囲でのみ、排気中の主要有害成分(HC、CO、NOx)のすべてを酸化還元反応により効率的に浄化する。そうした三元触媒14R,14Lを有効に機能させるには、混合気の空燃比を上記理論空燃比近傍の狭い範囲の中心に合わせこむ、厳密な空燃比制御が必要となる。
In step S26, the fuel injection amount of the failure side bank is feedback controlled so that the air fuel ratio of the
このため、酸素センサ24の出力がリッチを示している間は、三元触媒14R,14L上流側の空燃比が一定量ずつリーン寄りに変化するように、すなわち三元触媒14R,14Lの上流側の空燃比が少しずつリーン側に近づいていくように、サブフィードバック補正量が一定量ずつマイナス側に増大される。一方、下流側酸素センサ24の出力がリーンを示している間は、三元触媒14R,14Lの上流側の空燃比が一定量ずつリッチ寄りに変化するように、すなわち三元触媒14R,14Lの上流側の空燃比が少しずつリッチ側に近づいていくように、サブフィードバック補正量が一定量ずつプラス側に増大される。このようなサブフィードバック制御により、三元触媒14R,14Lの浄化作用が有効に活用される。
For this reason, while the output of the
ステップS27では、故障側バンクの点火時期を熱効率が最大となる点火時期、即ち、MBTとなる最適な点火時期に設定してトルク調整を行う。 In step S27, torque adjustment is performed by setting the ignition timing of the failure side bank to an ignition timing at which the thermal efficiency is maximum, that is, an optimal ignition timing at which MBT is obtained.
ステップS28では、正常側バンクの排気通路9の空燃比が理論空燃比(ストイキ)に保持されるよう夫々のバンクの燃料噴射量をフィードバック制御する。同時に、点火時期を熱効率が最大となる点火時期、即ち、MBTとなる最適な点火時期に設定してトルク調整を行う。
In step S28, the fuel injection amount of each bank is feedback controlled so that the air-fuel ratio of the
ステップS29では、上記ステップS26〜S28の実行により、両バンクのトルクを同等として、車両をフェール走行させる。 In step S29, by executing the above steps S26 to S28, the torque of both banks is made equal and the vehicle is made to fail.
前記両バンク故障制御は、図11に示すように、ECM10により実行される。
The both bank failure control is executed by the
先ずステップS31では、各バンクの排気通路9に配置されている酸素センサ24の出力値に基づいて、各バンクの排気の空燃比A/Fを検出する。
First, in step S31, the air-fuel ratio A / F of the exhaust gas of each bank is detected based on the output value of the
ステップS32では、前記ステップS26と同様に、両バンクの排気通路9の空燃比が理論空燃比(ストイキ)に保持されるよう各バンクの燃料噴射量をフィードバック制御する。
In step S32, as in step S26, the fuel injection amount of each bank is feedback controlled so that the air-fuel ratio of the
ステップS33では、両バンクの点火時期を熱効率が最大となる点火時期、即ち、MBTとなる最適な点火時期に設定してトルク調整を行う。 In step S33, torque adjustment is performed by setting the ignition timing of both banks to an ignition timing at which the thermal efficiency is maximum, that is, an optimal ignition timing at which MBT is achieved.
ステップS34では、上記ステップS32〜S33の実行により、両バンクのトルクを同等として、車両をフェール走行させる。 In step S34, by executing the above steps S32 to S33, the torque of both banks is made equal and the vehicle is caused to fail.
図12及び図13は片バンク及び両バンクのVEL装置の故障時における排気バルブ8と吸気バルブ4の開閉タイミング及びリフト量の変化を説明する説明図である。
12 and 13 are explanatory diagrams for explaining changes in the opening / closing timings and lift amounts of the
図12に示す片バンクのVEL装置の故障時においては、正常時の排気バルブ8と吸気バルブ4の開閉タイミング及びリフト量を示すA状態から、VELアクチュエータ49の故障により、吸気バルブ4の開閉が繰返されると制御軸45が小リフト方向に付勢されて徐々にバルブリフト量が低下し、最小リフト量に規制するストッパ位置に戻されて、機関1の吸入空気量を確保できなくなる(B状態)。
When the VEL device in one bank shown in FIG. 12 fails, the intake valve 4 is opened and closed due to the failure of the VEL actuator 49 from the A state indicating the opening / closing timing and the lift amount of the
しかしながら、VEL故障制御のステップS8〜S9が実行されることにより、C状態に示すように、当該バンクの排気バルブ8のVTC装置によりそのバルブタイミングが遅角側に制御されると共に、排気バルブ8の下流直下に二次エア供給装置22により排気行程〜吸気行程において二次エアが噴射されることにより、吸気行程時に排気バルブ8を経由しても燃焼室5に空気が導入される。
However, by executing steps S8 to S9 of the VEL failure control, the valve timing is controlled to the retard side by the VTC device of the
従って、正常側バンク(D状態)の燃焼室5での燃焼と故障側バンク(C状態)の燃焼室5での燃焼とが交互に繰返されることにより車両をフェール走行させることができる。
Therefore, the combustion of the
しかも、ステップS21〜S24により正常側バンク(D状態)の燃焼室5での燃焼圧力と故障側バンク(C状態)の燃焼室5での燃焼圧力とが同等に制御されるため、内燃機関の出力変動が抑制されて走行フィーリングが阻害されることを防止できる。また、ステップS25〜S28が実行されるため、燃費性能及び排気の浄化性能を低下させることなくフェール走行させることができる。
Moreover, since the combustion pressure in the
図13に示す両バンクのVEL装置の故障時においては、正常時の排気バルブ8と吸気バルブ4の開閉タイミング及びリフト量を示すA状態から、両バンクのVELアクチュエータ49R,49Lの故障により、吸気バルブ4の開閉が繰返されると制御軸45が小リフト方向に付勢されて徐々にバルブリフト量が低下し、最小リフト量に規制するストッパ位置に戻されて、両バンクにおいて機関の吸入空気量を確保できなくなる(B状態)。
At the time of failure of the VEL devices in both banks shown in FIG. 13, from the state A indicating the opening / closing timing and the lift amount of the
しかしながら、VEL故障制御のステップS8〜S9が実行されることにより、C状態に示すように、両バンクの排気バルブ8のVTC装置によりそのバルブタイミングが遅角側に制御されると共に、排気バルブ8の下流直下に二次エア供給装置22により排気行程〜吸気行程において二次エアが噴射されることにより、吸気行程時に排気バルブ8を経由しても燃焼室5に空気が導入される。
However, by executing steps S8 to S9 of the VEL failure control, the valve timing is controlled to the retarded side by the VTC devices of the
従って、一方の故障側バンクの燃焼室5での燃焼と他方の故障側バンクの燃焼室5での燃焼とが交互に繰返されることにより車両をフェール走行させることができる。また、ステップS31〜S33が実行されるため、燃費性能及び排気の浄化性能を低下させることなくフェール走行させることができる。
Accordingly, the vehicle can be made to fail by repeating the combustion in the
上記実施形態では、バンク毎に可変動弁装置を備えてフェールセーフ制御のため特別追加する必要もないV型内燃機関に適用したものについて説明したが、直列型内燃機関にも適用するものであってもよく、その場合は、例えば6気筒機関の場合、♯1気筒〜♯3気筒の気筒群と、♯4気筒〜♯6気筒の気筒群に対して、それぞれ1個ずつ可変動弁装置に設ける構成とすればよい。さらに、全気筒を1個の可変動弁装置で制御する直列型内燃機関に適用するものであってもよい。
In the above embodiment, the description has been given of the application to the V-type internal combustion engine that includes the variable valve device for each bank and does not need to be added specially for fail-safe control. In this case, for example, in the case of a six-cylinder engine, one each for the cylinder group of
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。 In the present embodiment, the following effects can be achieved.
(ア)内燃機関1に吸気バルブ4のバルブリフト量を可変にする吸気バルブ用可変動弁機構、及び、排気バルブ8のバルブタイミングを可変にする排気バルブ用可変動弁機構を備えると共に、前記内燃機関1の排気通路9に配置された触媒による排気浄化のために各排気バルブ8下流に二次空気を供給する二次空気供給装置22と、前記吸気バルブ用可変動弁機構の故障状態を判定する手段としてのステップS1と、前記各可変動弁機構及び二次空気供給装置を制御する制御手段としてのECM10と、を備え、前記制御手段は、前記故障状態判定手段により吸気バルブ用可変動弁機構が故障したと判定された場合には、前記二次空気供給装置22を排気行程または吸気行程に作動させると共に、前記排気バルブ用可変動弁機構により排気バルブ8のバルブタイミングを遅角制御してその閉弁時期を上死点以降に遅角させるようにした。このため、排気バルブ8の下流に噴射される二次空気が、吸気行程時に排気バルブ8を経由しても燃焼室5に導入されることにより車両をフェール走行させることができる。
(A) The
(イ)吸気バルブ用可変動弁機構は複数の気筒群毎に設けられ、前記排気バルブ用可変動弁機構は複数の気筒群毎に設けられ、前記制御手段は、前記故障状態判定手段によりいずれかの気筒群の吸気バルブ用可変動弁機構が故障したと判定された場合には、前記二次空気供給装置22を排気行程から吸気行程に渡って作動させると共に、当該気筒群の排気バルブ用可変動弁機構により当該気筒群の排気バルブ8のバルブタイミングを遅角制御してその閉弁時期を上死点以降に遅角させるようにした。このため、排気バルブ8の下流に噴射される二次空気が、吸気行程時に排気バルブ8を経由しても燃焼室5に導入され、正常側気筒群の燃焼室5での燃焼と故障側気筒群の燃焼室5での燃焼とが交互に繰返されることにより車両をフェール走行させることができる。
(A) The variable valve mechanism for intake valve is provided for each of a plurality of cylinder groups, the variable valve mechanism for exhaust valve is provided for each of a plurality of cylinder groups, and the control means is controlled by the failure state determination means. When it is determined that the variable valve mechanism for the intake valve of the cylinder group has failed, the secondary
(ウ)制御手段としてのECM10は、吸気バルブ用可変動弁機構が故障した気筒群の導入空気量に応じて、正常な気筒群の吸気バルブ用可変動弁機構のバルブリフト量を調整するため、故障側気筒群と正常側気筒群との交互の燃焼圧力に段差がなく円滑なフェールセーフ走行が可能となる。
(C) The
(エ)制御手段としてのECM10は、吸気バルブ用可変動弁機構が故障した気筒群の導入空気量に応じて当該気筒群の燃料噴射量を補正すると共に、前記正常な吸気バルブ用可変動弁機構の補正したバルブリフト特性に応じて対応する気筒群の燃料噴射量を補正するため、燃費性能及び排気の浄化性能を低下させることなくフェール走行させることができる。
(D) The
(オ)制御手段としてのECM10は、前記故障状態判定手段により吸気バルブ用可変動弁機構が故障したと判定された場合に、導入空気量に応じて燃料噴射量を補正するため、吸気バルブ用可変動弁機構が故障した場合においても燃費性能及び排気の浄化性能を低下させることなくフェール走行させることができる。
(E) The
(カ)吸気バルブ用可変動弁機構は、クランク軸に同期し回転するカム軸41と、前記カム軸8Aに固定された駆動カム43と、揺動することで吸気バルブ4を開閉作動する揺動カム42と、一端で前記駆動カム43側と連係し他端で前記揺動カム42側と連係する伝達機構44,47,48と、前記伝達機構の姿勢を変化させる制御カム46を有する制御軸45と、前記制御軸45を回動するアクチュエータ49からなり、前記アクチュエータ49により前記制御軸45を回動制御することにより吸気バルブ4のリフト特性を変化しえる構成を有するため、前記吸気バルブリフト特性を変化しえる構成を有した可変動弁機構により、各可変動弁機構で制御される気筒群の吸入空気量を制御することができる。
(F) The variable valve mechanism for the intake valve swings the
(キ)内燃機関1の気筒群は、V型内燃機関の各バンク毎に備えるため、予めバンク毎に吸入空気量制御系統を備えることになり、フェールセーフ制御のため特別追加する必要もないため、簡易かつ低コストで実施できる。
(G) Since the cylinder group of the
1 内燃機関、エンジン
2 吸気通路
3 電制スロットル弁
4 吸気バルブ
5 燃焼室
6 点火プラグ
7 燃料噴射弁
8 排気バルブ
9 排気通路
10 ECM
20,20R,20L VEL−C/U
DESCRIPTION OF
20, 20R, 20L VEL-C / U
Claims (7)
排気バルブのバルブタイミングを可変にする排気バルブ用可変動弁機構と、
前記内燃機関の排気通路に配置された触媒による排気浄化のために各排気バルブ下流に二次空気を供給する二次空気供給装置と、
前記吸気バルブ用可変動弁機構の故障状態を判定する手段と、
前記各可変動弁機構及び二次空気供給装置を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記故障状態判定手段により吸気バルブ用可変動弁機構が故障したと判定された場合には、前記二次空気供給装置を排気行程または吸気行程に作動させると共に、前記排気バルブ用可変動弁機構により排気バルブのバルブタイミングを遅角制御してその閉弁時期を上死点以降に遅角させることを特徴とする内燃機関の空気量制御装置。 A variable valve mechanism for an intake valve that makes the valve lift amount of the intake valve variable in the internal combustion engine;
A variable valve mechanism for the exhaust valve that makes the valve timing of the exhaust valve variable;
A secondary air supply device for supplying secondary air downstream of each exhaust valve for exhaust purification by a catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine;
Means for determining a failure state of the variable valve mechanism for the intake valve;
Control means for controlling each of the variable valve mechanisms and the secondary air supply device,
When the failure state determination means determines that the intake valve variable valve mechanism has failed, the control means operates the secondary air supply device in the exhaust stroke or the intake stroke, and An air quantity control device for an internal combustion engine, characterized in that a valve timing of an exhaust valve is retarded by a variable valve mechanism, and the valve closing timing is retarded after top dead center.
前記排気バルブ用可変動弁機構は複数の気筒群毎に設けられ、
前記制御手段は、前記故障状態判定手段によりいずれかの気筒群の吸気バルブ用可変動弁機構が故障したと判定された場合には、前記二次空気供給装置を排気行程または吸気行程に作動させると共に、当該気筒群の排気バルブ用可変動弁機構により当該気筒群の排気バルブのバルブタイミングを遅角制御してその閉弁時期を上死点以降に遅角させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の空気量制御装置。 The intake valve variable valve mechanism is provided for each of a plurality of cylinder groups;
The exhaust valve variable valve mechanism is provided for each of a plurality of cylinder groups,
The control means operates the secondary air supply device in the exhaust stroke or the intake stroke when the failure state determining means determines that the intake valve variable valve mechanism of any of the cylinder groups has failed. In addition, the valve timing of the exhaust valve of the cylinder group is retarded by the variable valve mechanism for the exhaust valve of the cylinder group, and the valve closing timing is retarded after top dead center. An air amount control device for an internal combustion engine according to claim 1.
クランク軸に同期し回転するカム軸と、
前記カム軸に固定された駆動カムと、
揺動することで吸気バルブを開閉作動する揺動カムと、
一端で前記駆動カム側と連係し他端で前記揺動カム側と連係する伝達機構と、
前記伝達機構の姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、
前記制御軸を回動するアクチュエータからなり、
前記アクチュエータにより前記制御軸を回動制御することにより吸気バルブのリフト特性を変化しえる構成を有することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一つに記載の内燃機関の空気量制御装置。 The variable valve mechanism for the intake valve is
A camshaft rotating in synchronization with the crankshaft;
A drive cam fixed to the camshaft;
A swing cam that opens and closes the intake valve by swinging;
A transmission mechanism linked to the drive cam side at one end and linked to the swing cam side at the other end;
A control shaft having a control cam for changing the attitude of the transmission mechanism;
An actuator that rotates the control shaft,
The air amount of the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the lift characteristic of the intake valve can be changed by controlling the rotation of the control shaft by the actuator. Control device.
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JP2009056283A JP2010209777A (en) | 2009-03-10 | 2009-03-10 | Air quantity control device for internal combustion engine |
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US9587531B2 (en) | 2014-12-04 | 2017-03-07 | Hyundai Motor Company | Variable valve lift apparatus |
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2009
- 2009-03-10 JP JP2009056283A patent/JP2010209777A/en active Pending
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US9587531B2 (en) | 2014-12-04 | 2017-03-07 | Hyundai Motor Company | Variable valve lift apparatus |
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