JP2015021481A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサの検出結果を用いて、内燃機関に関連するデバイスの故障判定を精度良く行うことができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関３の排気管３０に排出された排ガス中の酸素濃度を検出するＬＡＦセンサ３２の検出結果を用いて、内燃機関３に関連するデバイスの故障判定を実行するとともに、吸気バルブ４の閉弁タイミングが変更可能な可変バルブタイミング機構８を有する内燃機関の制御装置１であって、内燃機関３の通常運転時に、吸気バルブ４の閉弁タイミングをピストンの下死点よりも遅角側に制御するとともに、故障判定の実行時に、吸気バルブ４の閉弁タイミングを通常運転時よりも進角側に制御する制御手段２を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関に関連するデバイスの故障判定を実行するとともに、吸気弁の閉弁タイミングを制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来、この種の内燃機関の制御装置として、例えば本出願人がすでに出願した特許文献１に記載されたものが知られている。この制御装置は、内燃機関の運転状態に応じて、クランクシャフトに対する吸気カム及び／又は排気カムのカム位相を変更することにより、吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを制御し、また、内燃機関に関連するデバイス、具体的には、内燃機関の排気管に設けられた比例型の酸素濃度センサ（以下「ＬＡＦセンサ」という）や排ガス浄化装置の故障判定を実行するものである。

また、この制御装置では、上記の故障判定を実行するときに、吸気カムのカム位相を最遅角位置に固定する。これにより、吸気バルブの開閉タイミングが最遅角位置に維持される。その結果、吸入空気量の変動が抑制されるので、混合気の空燃比の変動を抑制しながら、比較的安定した状態の排ガスの空燃比をＬＡＦセンサで検出でき、その検出結果に基づいて、ＬＡＦセンサなどの故障判定を精度良く行うようにしている。

特開２００３−５６３８７号公報

上述したように、従来の制御装置では、故障判定の実行時に、吸気バルブの開閉タイミングを最遅角位置に維持するように制御する。この場合、吸気バルブの閉弁タイミングが、内燃機関のピストンの下死点よりも遅角しているときには、燃焼サイクルが吸気行程から圧縮行程に移行する際に、気筒内から混合気の一部が吸気管側に吹き戻される。特に、吸気バルブの閉弁タイミングが大きく遅角している場合、混合気の吹き戻し量が多く、一定でないことから、気筒内に次回生成される混合気の空燃比がばらつきやすく、それにより、排ガスの空燃比もばらつきやすく、不安定になる。このため、そのような不安定な状態の排ガスの空燃比をＬＡＦセンサで検出した結果に基づいて、ＬＡＦセンサなどの故障判定を行うと、その判定を適正に行えないことがあり、この点において、上記の制御装置には改善の余地がある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサの検出結果を用いて、内燃機関に関連するデバイスの故障判定を精度良く行うことが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。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関３の排気系（実施形態における（以下、本項において同じ）排気管３０）に排出された排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ（ＬＡＦセンサ３２）の検出結果を用いて、内燃機関に関連するデバイス（インジェクタ２３、ＬＡＦセンサ３２、三元触媒３１、ＥＧＲ装置４１）の故障判定を実行するとともに、吸気弁（吸気バルブ４）の閉弁タイミングが変更可能な可変バルブタイミング機構（カム位相可変機構８）を有する内燃機関の制御装置１であって、内燃機関の通常運転時に、吸気弁の閉弁タイミングをピストンの下死点よりも遅角側に制御するとともに、故障判定の実行時に、吸気弁の閉弁タイミングを通常運転時よりも進角側に制御する制御手段（ＥＣＵ２）を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、酸素濃度センサによって排ガス中の酸素濃度を検出し、その検出結果を用いて、内燃機関に関連するデバイスの故障判定が実行される。また、可変バルブタイミング機構によって吸気弁の閉弁タイミングが変更可能であり、内燃機関の通常運転時には、吸気弁の閉弁タイミングがピストンの下死点よりも遅角側に制御される一方、故障判定の実行時には、吸気弁の閉弁タイミングが通常運転時よりも進角側に制御される。これにより、故障判定の実行時には、通常運転時に比べて、気筒内の混合気の吸気系への吹き戻し量を抑制でき、それにより、混合気の空燃比の安定化を図ることができる。このように、混合気の空燃比が安定することにより、排ガスの空燃比も安定するので、その空燃比を、酸素濃度センサを用いて検出し、その検出結果に基づいて、内燃機関に関連するデバイスの故障判定を精度良く行うことができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、可変バルブタイミング機構は、閉弁タイミングに加えて、吸気弁の開弁タイミングを変更可能に構成されており、排気系に排出された排ガスの一部を、内燃機関の吸気系（吸気管２０）に還流するための外部ＥＧＲ装置（ＥＧＲ装置４１）を、さらに備え、制御手段は、故障判定の実行時に、外部ＥＧＲ装置により還流する外部ＥＧＲ量を減少させるように制御することを特徴とする。

この構成によれば、外部ＥＧＲ装置により、内燃機関の排気系に排出された排ガスの一部が、その内燃機関の吸気系に還流される。また、可変バルブタイミング機構が、吸気弁の閉弁タイミングに加えて、開弁タイミングも変更可能に構成されている。吸気弁の閉弁タイミングが進角側に制御されると、それに伴い、吸気弁の開弁タイミングが進角することがあり、その場合には、吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップが大きくなることによって、気筒内に残留する既燃ガスである内部ＥＧＲが増加する。その結果、外部ＥＧＲ及び内部ＥＧＲの総和である総ＥＧＲも増大し、それにより、燃焼が不安定になるおそれがある。したがって、上記構成によれば、故障判定の実行時に、外部ＥＧＲ量を減少させるので、吸気弁の閉弁タイミングの進角側への制御により、内部ＥＧＲ量が増加しても、総ＥＧＲ量の増大を抑制することができる。それにより、安定した燃焼を確保しながら、故障判定を実行することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、制御手段は、外部ＥＧＲ量を減少させてから、吸気弁の閉弁タイミングを進角側に制御することを特徴とする。

この構成によれば、外部ＥＧＲ量を減少させることによって、総ＥＧＲ量をあらかじめ減少させた状態で、吸気弁の閉弁タイミングを進角側に制御するので、その制御に伴い、内部ＥＧＲが増加しても、総ＥＧＲ量の増大を確実に防止することができる。

請求項４に係る発明は、請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置において、故障判定の実行時に、吸気弁の閉弁タイミングの進角量を設定する進角量設定手段（ＥＣＵ２）を、さらに備え、制御手段は、設定された進角量に応じて、外部ＥＧＲ量を減少させることを特徴とする。

この構成によれば、進角量設定手段により、故障判定の実行時に、吸気弁の閉弁タイミングの進角量が設定される。前述したように、吸気弁の閉弁タイミングが進角側に制御されるのに伴い、排気弁とのバルブオーバーラップが大きくなることで、内部ＥＧＲ量が増加するものの、例えば、設定された進角量に応じて、内部ＥＧＲ量の増加分、外部ＥＧＲ量を減少させることにより、総ＥＧＲ量を、吸気弁の進角側への制御前と同等に維持することができる。それにより、内燃機関において、その運転状態などに適した総ＥＧＲ量を確保しながら、良好な燃焼を行えるので、燃焼安定性及び燃費向上を両立することができる。

請求項５に係る発明は、請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置において、制御手段は、故障判定の実行時に、外部ＥＧＲ量を０に設定することを特徴とする。

この構成によれば、故障判定の実行時に、外部ＥＧＲ量を０に設定するので、前述した請求項４と異なり、減少させるべき外部ＥＧＲ量を演算することが不要であるため、その演算負荷を低減できるとともに、燃焼安定性を確保することができる。

本発明の一実施形態による内燃機関の制御装置の概略構成図である。 故障判定処理を示すメインルーチンである。 実行条件判定処理を示すサブルーチンである。 外部ＥＧＲ減少制御処理を示すサブルーチンである。 ＶＴＣによる吸気バルブの進角制御処理を示すサブルーチンである。 故障判定を実行する際の各フラグの推移の一例を示す図である。 図４の外部ＥＧＲ減少制御処理の変形例を示すサブルーチンである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による内燃機関の制御装置の概略構成を示している。同図に示すように、この制御装置１は、ＥＣＵ２（制御手段、進角量算出手段）を備えており、このＥＣＵ２が、内燃機関（以下「エンジン」という）３の運転状態に応じて、後述する故障判定処理を実行する。

エンジン３は、例えば車両用の４サイクルＤＯＨＣ型ガソリンエンジンであり、吸気カムシャフト６及び排気カムシャフト７を備えている。両カムシャフト６、７はそれぞれの従動スプロケット６ｂ、７ｂ及びタイミングチェーン（図示せず）を介して、クランクシャフト９に連結されており、クランクシャフト９の２回転当たり１回転の割合で回転駆動される。吸気カムシャフト６及び排気カムシャフト７には、吸気バルブ４（吸気弁）及び排気バルブ５をそれぞれ開閉駆動する複数の吸気カム６ａ及び排気カム７ａ（いずれも１つのみ図示）が一体に設けられている。

また、吸気カムシャフト６は、その従動スプロケット６ｂに所定角度の範囲で回転可能に連結されている。この従動スプロケット６ｂに対する吸気カムシャフト６の相対的角度を変更することにより、クランクシャフト９に対する吸気カム６ａの位相（以下、単に「カム位相」という）ＣＡＩＮが変更され、吸気バルブ４の開閉タイミング（バルブタイミング）が進角又は遅角する。また、吸気カムシャフト６の一端部には、カム位相ＣＡＩＮを制御するためのカム位相可変機構８（可変バルブタイミング機構）及び油圧制御弁１０が設けられている。

カム位相可変機構（以下「ＶＴＣ」という）８は、吸気カムシャフト６と一体のベーン（図示せず）の両側に画成された進角室及び遅角室（いずれも図示せず）を有しており、エンジン３で駆動されるオイルポンプ（図示せず）の油圧が、油圧制御弁１０の制御により、進角室又は遅角室に選択的に供給されることによって、吸気カムシャフト６を従動スプロケット６ｂに対し、進角方向又は遅角方向に回転駆動するように構成されている。

油圧制御弁１０は、コイルと、これにより駆動されるスプール（いずれも図示せず）などを備えるリニアソレノイド弁で構成されている。油圧制御弁１０は、ＥＣＵ２により制御されるコイルへの電流の出力デューティ比ＤＤＯＵＴに従って、スプールの位置が無段階に変化するように構成されており、その位置に応じて、ＶＴＣ８の進角室又は遅角室を開閉する。

上記のＶＴＣ８及び油圧制御弁１０により、吸気カム６ａのカム位相ＣＡＩＮが、所定の最遅角値と最進角値の間の位相範囲内で、連続的に変更可能になっている。したがって、この吸気カム６ａによって開閉駆動される吸気バルブ４の開閉タイミングは、所定の最進角位置と最遅角位置の間で変更可能であり、特に、吸気バルブ４の閉弁タイミングについては、例えば最進角位置がピストン（図示せず）の下死点に相当し、最遅角位置がその下死点から所定角度（例えば８０ｄｅｇ）遅角した位置である。

また、図１に示すように、吸気カムシャフト６のＶＴＣ８と反対側の端部には、カム角センサ１１が設けられている。このカム角センサ１１は、例えばマグネットロータ及びＭＲＥピックアップで構成されており、吸気カムシャフト６の回転に伴い、パルス信号であるＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１ｄｅｇ）ごとに、ＥＣＵ２に出力する。また、クランクシャフト９には、クランク角センサ１２が設けられている。このクランク角センサ１２は、カム角センサ１１と同様に構成されており、クランクシャフト９の回転に伴い、所定のクランク角（例えば１ｄｅｇ）ごとに、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号及び上記ＣＡＭ信号から実際のカム位相ＣＡＩＮを算出（検出）する（以下、このように実際に検出されたカム位相を適宜「実カム位相」という）。また、ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン回転数ＮＥを求める。

また、エンジン３の吸気管２０（吸気系）には、スロットル弁開度センサ２１を取り付けたスロットル弁２２が設けられており、その下流側にはさらに、インジェクタ２３、吸気温センサ２４、及び吸気圧センサ２５が取り付けられている。インジェクタ２３の燃料噴射時間（燃料噴射量）ＴＯＵＴは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御される。

吸気温センサ２４は吸気管２０内の吸入空気の温度である吸気温ＴＡを、吸気圧センサ２５は吸気管２０内の絶対圧ＰＢＡを、スロットル弁開度センサ２１はスロットル弁２２の開度θＴＨをそれぞれ検出し、それらの検出信号をＥＣＵ２に送る。

また、エンジン３の本体には、エンジン水温センサ２６が取り付けられており、このエンジン水温センサ２６は、エンジン３のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に送る。さらに、エンジン３が搭載された車両（図示せず）には、車速センサ２７が設けられており、この車速センサ２７が車両の速度である車速ＶＰを検出して、その検出信号をＥＣＵ２に送る。

エンジン３の排気管３０（排気系）には、三元触媒３１が設けられている。この三元触媒３１は、エンジン３から排出された排ガス中の酸素濃度が比較的高い状態では、排ガス中の酸素を蓄積し、逆に、排ガス中の酸素濃度が低く、ＨＣ及びＣＯ成分が多い状態では、蓄積した酸素により、排ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化する機能を有している。また、排気管３０の三元触媒３１よりも上流側には、ＬＡＦセンサ３２（酸素濃度センサ）が設けられている。このＬＡＦセンサ３２は、排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、その酸素濃度に比例する検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＬＡＦセンサ３２で検出された酸素濃度に基づいて、排ガスの空燃比を算出する。

また、エンジン３には、ＮＯｘの低減などのために、排ガスの一部を外部ＥＧＲとして排気側から吸気側に再循環させるためのＥＧＲ装置４１（外部ＥＧＲ装置）が設けられている。このＥＧＲ装置４１は、排ガスを循環させるためのＥＧＲ管４２と、その途中に設けられたＥＧＲ制御弁４３を備えている。ＥＧＲ管４２は、吸気管２０のスロットル弁２２よりも下流側と、排気管３０の三元触媒３１よりも上流側との間に接続されている。また、ＥＧＲ制御弁４３は、リニア電磁弁で構成されており、そのバルブリフト量ＬＡＣＴがＥＣＵ２からの駆動信号によりリニアに制御されることによって、ＥＧＲ管４２の開閉及び開度、すなわち外部ＥＧＲの作動・停止及び外部ＥＧＲ量を制御する。

ＥＧＲ制御弁４３のバルブリフト量ＬＡＣＴは、バルブリフトセンサ４４で検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。ＥＣＵ２は、エンジン３の運転状態に応じて外部ＥＧＲ量を算出するとともに、算出した外部ＥＧＲ量に基づいて目標バルブリフト量ＬＣＭＤを算出し、これに基づく駆動信号をＥＧＲ制御弁４３に出力することによって、実際のバルブリフト量ＬＡＣＴが目標バルブリフト量ＬＣＭＤになるように制御する。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース，ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＣＰＵは、各種のセンサからの入力信号に応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラム及びデータ、並びにＲＡＭに記憶されたデータに従って、以下に述べるようにして、エンジン３に関連するデバイスの故障判定を実行する。

図２は、故障判定処理を示すメインルーチンである。この故障判定処理は、所定時間（例えば１００ｍｓｅｃ）ごとに実行される。図２のステップ１（図では「Ｓ１」と表示。以下同じ）ではまず、故障判定の実行条件判定処理を実行する。図３に示すように、この実行条件判定処理ではまず、運転領域フラグＦ＿ＲＰＭＣＮＤが「１」であるか否かを判別する（ステップ２１）。この運転領域フラグＦ＿ＲＰＭＣＮＤは、エンジン３又はこれが搭載された車両が、所定の運転領域で運転中であるときに、「１」にセットされるものである。具体的には、この運転領域は、排ガスがある程度のボリュームをもって排気管３０に排出されることで、その排ガスの空燃比をＬＡＦセンサ３２で適切に検出可能であればよく、例えば、エンジン３の暖機後、エンジン回転数ＮＥが所定回転数範囲（例えば１５００〜４０００ｒｐｍ）、エンジン３が中〜高負荷、車速ＶＰが所定の速度範囲（例えば４０〜１２０ｋｍ／ｈ）、又は車両が弱加速からクルーズ走行するときなどである。

ステップ２１の判別結果がＮＯのときには、エンジン３が故障判定に適した運転領域で運転されていないので、故障判定を実行すべきでないとして、故障判定許可フラグＦ＿ＰＧＣ６１Ａを「０」にセットし（ステップ２７）、本処理を終了する。一方、ステップ２１の判別結果がＹＥＳのときには、タイマセット済みフラグＦ＿ＴＭＳＥＴが「１」であるか否かを判別する（ステップ２２）。

この判別結果がＮＯで、アップカウントタイマである安定化タイマＴＣ６１Ａが、未だセットされていないときには、そのタイマＴＣ６１Ａのタイマ値を値０にセットする（ステップ２３）とともに、そのことを表すために、タイマセット済みフラグＦ＿ＴＭＳＥＴを「１」にセットし（ステップ２４）、ステップ２５に進む。一方、ステップ２２の判別結果がＹＥＳで、安定化タイマＴＣ６１Ａのタイマ値がすでにセットされ、カウントアップが開始されているときには、前記ステップ２３及び２４をスキップし、ステップ２５に進む。

ステップ２５において、安定化タイマＴＣ６１Ａのタイマ値が所定時間ＴＭＡ（例えば２ｓｅｃ）を経過したか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、前記ステップ２７を実行し、本処理を終了する。一方、ステップ２５の判別結果がＹＥＳのときには、エンジン３が故障判定に適した運転領域で運転されている状態になってから、所定時間ＴＭＡが経過することで、故障判定の実行可能な状態が安定化したとして、故障判定許可フラグＦ＿ＰＧＣ６１Ａを「１」にセットし（ステップ２６）、本処理を終了する。

図２に戻り、続くステップ２において、前記ステップ２６又は２７でセットされた故障判定許可フラグＦ＿ＰＧＣ６１Ａが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、故障判定の実行条件が成立しているときには、故障判定終了フラグＦ＿ＪＤＧＥＮＤが「１」であるか否かを判別する（ステップ３）。この故障判定終了フラグＦ＿ＪＤＧＥＮＤは、後述するステップ８の故障判定が実行され、それが終了したときに「１」にセットされるものである。上記のステップ３の判別結果がＮＯで、故障判定が未だ実行されていないときには、続くステップ４において、外部ＥＧＲ減少制御を実行する。

図４に示すように、この外部ＥＧＲ減少制御処理ではまず、外部ＥＧＲの停止による燃焼改善フラグＦ＿ＥＧＲＫが「１」であるか否かを判別する（ステップ３１）。この燃焼改善フラグＦ＿ＥＧＲＫは、外部ＥＧＲを停止させることによって、エンジン３における燃焼が改善し得る状態のときに、「１」にセットされるものである。例えば、故障判定の１つとして、後述するインバランス故障の判定を行う際に、外部ＥＧＲの停止によって燃焼が改善するので、このインバランス故障の判定を行う際には、燃焼改善フラグＦ＿ＥＧＲＫが「１」にセットされる。

上記のステップ３１の判別結果がＮＯのときには、外部ＥＧＲを停止すべきでないとして、外部ＥＧＲ停止済みフラグＦ＿ＥＧＲＳＴＰを「０」にセットし（ステップ３７）、本処理を終了する。一方、ステップ３１の判別結果がＹＥＳのときには、続くステップ３２において、外部ＥＧＲ減少中フラグＦ＿ＥＧＲＤＥＣが「１」であるか否かを判別する。この外部ＥＧＲ減少中フラグＦ＿ＥＧＲＤＥＣは、外部ＥＧＲの減少（停止を含む。以下同じ）要求があったときに「１」にセットされ、それにより、本実施形態では、外部ＥＧＲ量を０にするように、すなわち、外部ＥＧＲを停止させるように、ＥＧＲ制御弁４３が制御される。上記のステップ３２の判別結果がＮＯのときには、外部ＥＧＲ減少中フラグＦ＿ＥＧＲＤＥＣを「１」にセットする（ステップ３３）とともに、アップカウントタイマである安定化タイマＴＥＧＲＯＦＦのタイマ値を値０にセットし（ステップ３４）、続くステップ３５に進む。一方、前記ステップ３２の判別結果がＹＥＳで、前回の本処理のループ時に、前記ステップ３３の実行によって、外部ＥＧＲを減少させるように制御されているときには、ステップ３３及び３４をスキップし、ステップ３５に進む。

ステップ３５において、安定化タイマＴＥＧＲＯＦＦが所定時間ＴＭＢ（例えば１ｓｅｃ）を経過したか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、前記ステップ３７を実行し、本処理を終了する。一方、ステップ３５の判別結果がＹＥＳのときには、外部ＥＧＲを停止させるように制御を開始してから、所定時間ＴＭＢが経過したことで、外部ＥＧＲの停止が完了したとして、そのことを表すために、外部ＥＧＲ停止済みフラグＦ＿ＥＧＲＳＴＰを「１」にセットし（ステップ３６）、本処理を終了する。

図２に戻り、続くステップ５において、図４の前記ステップ３６又は３７においてセットされた外部ＥＧＲ停止済みフラグＦ＿ＥＧＲＳＴＰが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、外部ＥＧＲの停止が未だ完了していないので、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ５の判別結果がＹＥＳで、Ｆ＿ＥＧＲＳＴＰ＝１のときには、ＶＴＣ進角制御を実行する（ステップ６）。

図５に示すように、このＶＴＣ進角制御ではまず、ステップ４１において、進角中フラグＦ＿ＶＴＡＤが「１」であるか否かを判別する。この進角中フラグＦ＿ＶＴＡＤは、ＶＴＣ８の進角側への作動要求があったときに「１」にセットされ、それにより、吸気カム６ａのカム位相ＣＡＩＮが進角側に制御され、これに伴い、吸気バルブ４の開閉タイミングも進角側に制御される。上記のステップ４１の判別結果がＮＯで、吸気カム６ａが進角中でないときには、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクに応じて、吸気カム６ａの目標カム位相ＣＡＩＮＣＭＤを算出し（ステップ４２）、進角中フラグＦ＿ＶＴＡＤを「１」にセットする（ステップ４３）。これにより、吸気カム６ａのカム位相ＣＡＩＮが目標カム位相ＣＡＩＮＣＭＤになるように、進角制御が開始される。一方、ステップ４１の判別結果がＹＥＳで、吸気カム６ａの進角制御がすでに開始されているときには、前記ステップ４２及び４３をスキップし、ステップ４４に進む。

ステップ４４において、実カム位相ＣＡＩＮが目標カム位相ＣＡＩＮＣＭＤになったか否かを判別する（ステップ４４）。この判別結果がＮＯのときには、吸気カム６ａの進角が未だ完了していないとして、進角済みフラグＦ＿ＶＴＣを「０」にセットして（ステップ４６）、本処理を終了する。一方、ステップ４４の判別結果がＹＥＳで、実カム位相ＣＡＩＮが目標カム位相ＣＡＩＮＣＭＤになったときには、吸気カム６ａの進角が完了し、それを表すために、進角済みフラグＦ＿ＶＴＣを「１」にセットし（ステップ４５）、本処理を終了する。上記のように、吸気カム６ａの実カム位相ＣＡＩＮが目標カム位相ＣＡＩＮＣＭＤに制御されることにより、吸気バルブ４の閉弁タイミングが、後述するＶＴＣ通常制御時よりも、進角側に制御される。

なお、上記のＶＴＣ進角制御では、実カム位相ＣＡＩＮが目標カム位相ＣＡＩＮＣＭＤになったときに、吸気カム６ａの進角が完了したとしたが、これに代えて、前述した外部ＥＧＲ減少制御と同様に安定化タイマを用い、進角制御の開始から所定時間（例えば２ｓｅｃ）経過したときに、進角が完了したとして、進角済みフラグＦ＿ＶＴＣを「１」にセットするようにしてもよい。

図２に戻り、続くステップ７において、図５の前記ステップ４５又は４６においてセットされた進角済みフラグＦ＿ＶＴＣが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ７の判別結果がＹＥＳのときには、故障判定を実行し（ステップ８）、本処理を終了する。

この故障判定は、ＬＡＦセンサ３２の検出結果を用いて、エンジン３に関連する各種のデバイスの故障を判定するものである。具体的には例えば、複数の気筒間における混合気の空燃比の不均衡であるインバランスの度合に基づいて、インジェクタ２３などの故障（以下「インバランス故障」という）を判定したり、ＬＡＦセンサ３２の応答性に基づいて、ＬＡＦセンサ３２の故障を判定したり、三元触媒３１の劣化故障を判定したり、さらにはＥＧＲ量に基づいて、ＥＧＲ装置４１の故障を判定したりする。

ここで、上記のインバランス故障の判定について、簡単に説明する。インバランス故障の判定ではまず、エンジン回転数ＮＥに対応する周波数の１／２の周波数である０．５次周波数とは異なる所定の設定周波数によって、ＬＡＦセンサ３２で検出された空燃比を振動させる空燃比振動制御を実行する。この空燃比振動制御の実行中において、ＬＡＦセンサ３２の出力信号に含まれる０．５次周波数成分の強度、及び設定周波数成分の強度を算出し、これらの周波数成分の強度に応じて、判定パラメータを算出する。そして、この判定パラメータを所定の判定閾値と比較することにより、空燃比が許容限度を超えてばらついた状態であるインバランス故障の有無を判定する。

そして、上記のいずれかの故障判定が終了したときには、そのことを表すために、前述した故障判定終了フラグＦ＿ＪＤＧＥＮＤが「１」にセットされる。

前記ステップ２の判別結果がＮＯで、故障判定許可フラグＦ＿ＰＧＣ６１Ａが「１」でないとき、又は前記ステップ３の判別結果がＹＥＳで、ステップ８における故障判定が終了したときには、ステップ９に進み、ＶＴＣ８の通常制御を実行する。

この通常制御は、エンジン３の通常運転時におけるＶＴＣ８の制御である。また、この通常制御では、エンジン３の運転状態、具体的にはエンジン回転数ＮＥ及び要求トルクに応じて、吸気カム６ａのカム位相ＣＡＩＮが制御され、吸気バルブ４の開閉タイミングが制御される。特に、吸気バルブ４の閉弁タイミングは、ピストンの下死点よりも遅角側に制御される。したがって、故障判定を実行するために、吸気カム６ａのカム位相ＣＡＩＮが進角側に制御されることで、吸気バルブ４の閉弁タイミングが進角側に制御されているときには、遅角側に戻される。そして、ステップ９において、ＶＴＣ８が通常制御に移行されたときには、それを表すために、通常制御移行済みフラグＦ＿ＶＴが「１」にセットされる。

続くステップ１０において、上記の通常制御移行済みフラグＦ＿ＶＴが「１」であるか否かを判別し、その判別結果がＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。一方、ステップ１０の判別結果がＹＥＳで、ＶＴＣ８が通常制御に移行済みであるときには、ステップ１１において、外部ＥＧＲの通常制御を実行し、本処理を終了する。この外部ＥＧＲの通常制御では、エンジン３の運転状態に応じて、外部ＥＧＲ量が制御される。すなわち、故障判定を実行するために、外部ＥＧＲが停止されていたときには、その停止が解除され、外部ＥＧＲの還流が再開される。

図６は、故障判定を実行するまでの前述した各フラグの推移の一例を示している。同図に示すように、運転領域フラグＦ＿ＲＰＭＣＮＤが「１」にセットされると（時刻ｔ１、図３のステップ２１：ＹＥＳ）、安定化タイマＴＣ６１Ａのカウントアップが開始され、所定時間ＴＭＡが経過したときに（時刻ｔ２、ステップ２５：ＹＥＳ）、故障判定許可フラグＦ＿ＰＧＣ６１が「１」にセットされる（ステップ２６）。次いで、外部ＥＧＲ減少中フラグＦ＿ＥＧＲＤＥＣが「１」にセットされると（時刻ｔ３、図４のステップ３３）、外部ＥＧＲの停止制御が開始されるとともに、安定化タイマＴＥＧＲＯＦＦのカウントアップが開始され、所定時間ＴＭＢが経過したときに（時刻ｔ４、ステップ３５：ＹＥＳ）、外部ＥＧＲ停止済みフラグＦ＿ＥＧＲＳＴＰが「１」にセットされる（ステップ３６）。そして、進角中フラグＦ＿ＶＴＡＤが「１」にセットされる（時刻ｔ５、図５のステップ４３）ことにより、ＶＴＣ８の進角制御が開始され、実カム位相ＣＡＩＮが目標カム位相ＣＡＩＮＣＭＤになったときに（時刻ｔ６、ステップ４４：ＹＥＳ）、進角済みフラグＦ＿ＶＴＣが「１」にセットされ（ステップ４５）、故障判定が実行される（ステップ８）。

以上詳述したように、本実施形態によれば、故障判定の実行時には、吸気バルブ４の閉弁タイミングがエンジン３の通常運転時よりも進角側に制御される。これにより、エンジン３に関連する前述したデバイスの故障判定の実行時に、吸気バルブ４の閉弁タイミングを通常運転時のそれよりも進角側に制御することにより、気筒内の混合気の吸気管２０への吹き戻し量を抑制でき、それにより、混合気の空燃比の安定化を図ることができる。このように、混合気の空燃比が安定することにより、排ガスの空燃比も安定するので、その空燃比を、ＬＡＦセンサ３２を用いて検出し、その検出結果に基づいて、故障判定を精度良く行うことができる。

また、上記の故障判定の実行時に、吸気バルブ４の閉弁タイミングが進角側に制御されるのに伴い、吸気バルブ４の開弁タイミングも進角すると、吸気バルブ４と排気バルブ５のバルブオーバーラップが大きくなることによって、気筒内に残留する既燃ガスである内部ＥＧＲが増加する。その結果として、外部ＥＧＲ及び内部ＥＧＲの総和である総ＥＧＲも増大することで、燃焼が不安定になるおそれがあるものの、故障判定の実行時に、外部ＥＧＲ量を減少させてから、吸気バルブ４の閉弁タイミングの進角側への制御を行うので、内部ＥＧＲ量が増加しても、総ＥＧＲ量の増大を確実に防止することができる。それにより、安定した燃焼を確保しながら、故障判定を実行することができる。

また、故障判定の終了後には、ＶＴＣ８を通常制御に移行することで、吸気バルブ４の閉弁タイミングを遅角側に制御してから、外部ＥＧＲの還流が再開されるので、故障判定の実行時と同様、総ＥＧＲ量の増大を防止することができ、安定した燃焼を確保することができる。

なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、故障判定の実行時における外部ＥＧＲ減少制御において、外部ＥＧＲを停止させることで、外部ＥＧＲ量を０にしたが、これに代えて、吸気バルブ４の閉弁タイミングの進角量に応じて、外部ＥＧＲ量を減少させるようにしてもよい。

図７は、前述した図４の外部ＥＧＲ減少制御処理の変形例を示している。図７に示すように、ステップ３２の判別結果がＮＯのときには、吸気バルブ４の閉弁タイミングの進角量を設定する（ステップ３２Ａ）。この進角量は、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクに応じて、図示しないマップを検索することによって設定される。次いで、その設定された進角量に応じて、外部ＥＧＲ量を減少させる（ステップ３２Ｂ）。この減少させるべき外部ＥＧＲ量は、進角量に応じて、図示しないマップを検索することによって算出される。そして、その算出結果に基づき、ＥＧＲ装置４１のＥＧＲ制御弁４３の開度が制御されることにより、外部ＥＧＲ量が減少される。

また、実施形態では、本発明の制御装置を車両用のガソリンエンジンに適用したが、本発明の制御装置が適用される内燃機関はこれに限定されるものではなく、車両用のディーゼルエンジンの他、船舶用の内燃機関など、産業用の種々の内燃機関に適用することができる。さらに、実施形態で示した制御装置１の細部の構成などは、あくまで例示であり、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することができる。

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（制御手段、進角量設定手段）
３ 内燃機関
４ 吸気バルブ（吸気弁）
５ 排気バルブ
６ 吸気カムシャフト
６ａ 吸気カム
８ カム位相可変機構（可変バルブタイミング機構）
２０ 吸気管（吸気系）
３０ 排気管（排気系）
３１ 三元触媒
３２ ＬＡＦセンサ（酸素濃度センサ）
４１ ＥＧＲ装置（外部ＥＧＲ装置）
４２ ＥＧＲ管
４３ ＥＧＲ制御弁
ＣＡＩＮ カム位相
ＣＡＩＮＣＭＤ 目標カム位相
ＮＥ エンジン回転数

Claims (5)

1. 内燃機関の排気系に排出された排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサの検出結果を用いて、当該内燃機関に関連するデバイスの故障判定を実行するとともに、吸気弁の閉弁タイミングが変更可能な可変バルブタイミング機構を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の通常運転時に、前記吸気弁の閉弁タイミングをピストンの下死点よりも遅角側に制御するとともに、前記故障判定の実行時に、前記吸気弁の閉弁タイミングを前記通常運転時よりも進角側に制御する制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記可変バルブタイミング機構は、前記閉弁タイミングに加えて、前記吸気弁の開弁タイミングを変更可能に構成されており、
   前記排気系に排出された排ガスの一部を、前記内燃機関の吸気系に還流するための外部ＥＧＲ装置を、さらに備え、
   前記制御手段は、前記故障判定の実行時に、前記外部ＥＧＲ装置により還流する外部ＥＧＲ量を減少させるように制御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. 前記制御手段は、前記外部ＥＧＲ量を減少させてから、前記吸気弁の閉弁タイミングを進角側に制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記故障判定の実行時に、前記吸気弁の閉弁タイミングの進角量を設定する進角量設定手段を、さらに備え、
   前記制御手段は、前記設定された進角量に応じて、前記外部ＥＧＲ量を減少させることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記制御手段は、前記故障判定の実行時に、前記外部ＥＧＲ量を０に設定することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。

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