JP4415571B2

JP4415571B2 - Control device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP4415571B2
Application number: JP2003159168A
Authority: JP
Inventors: 健司笠島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: JP2004360548A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、吸気バルブや排気バルブのバルブ特性を可変設定する可変動弁機構と、排気再循環機構とを備える内燃機関にあって、前記可変動弁機構の駆動を制御する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の出力や排気エミッション等の向上を目的として、バルブタイミング（開閉時期）やバルブリフト量等の吸・排気バルブのバルブ特性を可変とする可変動弁機構が知られている。特に車載用内燃機関には、例えば、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更することで、吸・排気バルブのバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構等が可変動弁機構として広く採用されている。
【０００３】
この可変動弁機構を備える内燃機関では、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバラップ量を調整することができる。そのため、同バルブオーバラップ量を機関運転状態に応じて最適化することで、内部排気還流量（以下、内部ＥＧＲ量という）が好適に調量され、排気エミッションを向上させることができる。
【０００４】
他方、排気の一部を吸気中に再循環させることにより排気エミッションを向上させる排気再循環機構（以下、ＥＧＲ機構という）もよく知られている。このＥＧＲ機構は、内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通する連通通路や同連通通路の途中に設けられて外部排気還流量（吸気中に導入される排気の量）を調量するＥＧＲ弁等から構成されている。そして、このＥＧＲ弁の開度を機関運転状態に応じて最適化することで、外部排気還流量（以下、外部ＥＧＲ量という）が好適に調量され、排気エミッションを向上させることができる。
【０００５】
ここで、可変動弁機構及びＥＧＲ機構をともに備える内燃機関にあって、可変動弁機構が故障すると、内部ＥＧＲ量を機関運転状態に応じて調量することが困難になる。特に可変動弁機構の故障時にあってスロットル弁の開度が小さくされるとき（車両減速時など）には、吸入空気量に対する総排気還流量（内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量との和であり、以下総ＥＧＲ量という）の割合が過度に大きくなることもある。この場合には燃焼が不安定になり、これに起因して例えば失火やエンジンストールなどが誘発されるおそれがある。そこで、特許文献１に記載の装置では、可変動弁機構が故障した場合には上記ＥＧＲ弁の開度を小さくするなどして外部ＥＧＲ量を減量することにより、総ＥＧＲ量を減量し、もって燃焼状態の悪化を抑制するようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３０３９９９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記ＥＧＲ装置が故障すると外部ＥＧＲ量の調量が困難になるため、可変動弁機構の故障時と同様に燃焼が不安定になるおそれがある。しかし、上記従来の装置は可変動弁機構の故障に起因する不都合を解消することのみを狙ったものであり、ＥＧＲ弁の故障等、ＥＧＲ装置の故障についてはこれに対処することができなかった。
【０００８】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気再循環機構の故障時における燃焼状態の悪化を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１に記載の発明は、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方についてそのバルブ特性を可変設定することにより内部排気還流量を調量する可変動弁機構と、吸気中に導入される外部排気還流量を調量する調量弁を備えた排気再循環機構とを有し、機関運転状態に基づいて前記可変動弁機構の駆動を制御する内燃機関の制御装置において、前記調量弁の故障の有無を診断する診断手段と、同診断手段によって前記調量弁に故障有りと診断されるのを条件に前記機関運転状態に基づく前記可変動弁機構の駆動制御に代えて、前記内部排気還流量が減量するように前記可変動弁機構を駆動制御する制御手段とを備えることをその要旨とする。
【００１０】
同構成では、内部排気還流量を調量する可変動弁機構と外部排気還流量を調量する調量弁を備えた排気再循環機構とを内燃機関に備えるようにしている。また、上記可変動弁機構は機関運転状態に基づき駆動制御されることにより、外部排気還流量は機関運転状態に応じたものに調量される。ここで上記構成では、排気再循環機構の調量弁に故障有りと診断されると、上記制御手段によって内部排気還流量が減量するように可変動弁機構が駆動制御される。そのため、総ＥＧＲ量を減量することができ、もって排気再循環機構の調量弁の故障時における燃焼状態の悪化を抑制することができるようになる。
【００１１】
このような内部排気還流量は、吸気バルブの開閉時期を遅角方向に変更する、あるいは排気バルブの開閉時期を進角方向に変更するといったように、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方についてそのバルブタイミングを変更し、両バルブのバルブオーバラップ量を減少させることによって実際に減量することができる。そこで、請求項２に記載の発明によるように、前記可変動弁機構は吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方についてそのバルブタイミングを可変設定する機構であり、前記制御手段は前記吸気バルブ及び排気バルブの開弁期間についてそのバルブオーバラップ量が減少するように前記可変動弁機構を駆動制御する、といった構成を採用することにより、好適に請求項１に記載の作用効果が得られるようになる。
【００１２】
また、内部排気還流量は、吸気バルブや排気バルブのバルブリフト量を減少させることによっても実際に減量することができる。そこで、請求項３に記載の発明によるように、前記可変動弁機構は吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方についてそのバルブリフト量を可変設定する機構であり、前記制御手段は前記バルブリフト量が減少するように前記可変動弁機構を駆動制御する、といった構成を採用しても、好適に請求項１に記載の作用効果が得られるようになる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方についてそのバルブ特性を可変設定することにより内部排気還流量を調量する可変動弁機構と、吸気中に導入される外部排気還流量を調量する調量弁を備えた排気再循環機構とを有し、機関運転状態に基づいて前記可変動弁機構の駆動を制御する内燃機関の制御装置において、前記調量弁の故障の有無を診断する診断手段と、同診断手段によって前記調量弁に故障有りと診断されるのを条件に前記機関運転状態に基づく前記可変動弁機構の駆動制御について、前記内部排気還流量の増量が制限されるように前記可変動弁機構を駆動制御する制御手段とを備えることをその要旨とする。
【００１４】
同構成によれば、調量弁に故障有りと診断されると、上記制御手段によって機関運転状態にかかわらず内部排気還流量の増大が抑制される。すなわち、総ＥＧＲ量のうち、少なくとも内部排気還流量の増大は抑制される。従って、排気再循環機構の調量弁の故障時における燃焼状態の悪化を抑制することができるようになる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、前記診断手段は機関運転状態に基づいて設定される前記調量弁の目標開度と実開度との差が所定値以上であるときに前記調量弁に故障有りとの診断をすることをその要旨とする。
【００１６】
同構成によれば、排気再循環機構に備えられた調量弁の故障の有無について的確に診断することができ、上記制御手段による可変動弁機構の駆動制御についてもその診断結果に基づいて好適に行うことができるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜図５に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態にかかる内燃機関の制御装置が適用されるガソリン機関１の概略構成を示している。
ガソリン機関１のシリンダブロック２は複数（図１には１つのみ図示）のシリンダ３を備えている。上記シリンダ３内に設けられたピストン４は、クランクシャフト５にコンロッド６を介して連結されている。このコンロッド６によりピストン４の往復運動がクランクシャフト５の回転運動へと変換されるようになっている。
【００１９】
上記シリンダブロック２の上部には、シリンダヘッド７が取り付けられている。そして、上記シリンダ３においてピストン４の上端とシリンダヘッド７との間には、燃焼室８が形成されている。
【００２０】
上記燃焼室８には点火プラグ１１が設けられている。上記燃焼室８に対応して設けられた吸気ポート１２及び排気ポート１３は、それぞれ吸気通路１４及び排気通路１５に接続されている。また、上記燃焼室８に対応して吸気ポート１２に設けられたインジェクタ１６からは燃料が噴射される。
【００２１】
上記燃焼室８に対応して設けられた吸気バルブ１７及び排気バルブ１８は、前記吸気ポート１２及び排気ポート１３をそれぞれ開閉する。同吸気バルブ１７及び排気バルブ１８は、それぞれ吸気側カムシャフト３１及び排気側カムシャフト３２の回転に伴い、同カムシャフト３１、３２に設けられたカムが回転することによって開閉動作する。前記各カムシャフト３１、３２の先端に各々設けられたタイミングプーリ３３、３４は、タイミングベルト３５を介してクランクシャフト５に駆動連結されており、クランクシャフト５が２回転すると各タイミングプーリ３３、３４が１回転するようになっている。そして、ガソリン機関１の運転時には、クランクシャフト５の回転力はタイミングベルト３５及び各タイミングプーリ３３、３４を介して前記吸気側カムシャフト３１及び排気側カムシャフト３２に伝達される。こうして、吸気バルブ１７、及び排気バルブ１８はクランクシャフト５の回転に同期して、すなわち各ピストン４の往復移動に対応して所定のタイミングで開閉駆動される。
【００２２】
また、クランクシャフト５に近接してクランク角センサ４１が設けられている。このクランク角センサ４１は、クランクシャフト５の回転位相（クランク角）を検出しており、またその検出結果に基づいてガソリン機関１（クランクシャフト５）の機関回転速度ＮＥが検出される。また、吸気側カムシャフト３１に近接してカム角センサ４２が設けられており、同カム角センサ４２及びクランク角センサ４１の出力信号に基づいて吸気側カムシャフト３１の回転位相（カム角）が検出される。
【００２３】
前記点火プラグ１１にはイグナイタから出力される高電圧が印加される。点火プラグ１１の点火タイミングは、イグナイタからの高電圧出力タイミングにより決定される。そして、ガソリン機関１は点火プラグ１１により、吸気通路１４からの吸入空気とインジェクタ１６から噴射される燃料とからなる混合気を燃焼室８内で爆発させて機関出力を得る。また、このときに発生する燃焼ガスは排気通路１５へ排出される。
【００２４】
前記吸気通路１４にはスロットル弁５３が設けられている。このスロットル弁５３はスロットルアクチュエータ５５によってその開度が変更されることにより、燃焼室８内へ吸入される空気量が調節されるようになっている。スロットル弁５３の近傍には、その開度を検出するスロットル開度センサ５４が取り付けられている。また、上記スロットル弁５３の上流側には、ガソリン機関１に吸入される吸入空気量Ｑａに応じた出力が得られるエアフロメータ５６が設けられている。
【００２５】
本実施の形態において、吸気側カムシャフト３１に設けられたタイミングプーリ３３には可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴ機構という）６０が設けられている。
【００２６】
このＶＶＴ機構６０は、クランクシャフト５に対するタイミングプーリ３３と吸気側カムシャフト３１との相対回転位相を油圧の作用により変更することで、吸気バルブ１７の開閉タイミングを連続的に変更する機構である。このＶＶＴ機構６０は、タイミングプーリ３３に対し吸気側カムシャフト３１の相対回転位相を進める際に油を供給するための進角側油圧通路Ｐ１と、同相対回転位相を遅らす際に油を供給するための遅角側油圧通路Ｐ２とを有している。また、オイルパン６５に貯留されている油はオイルポンプ６２によって吸入され、この吸入された油は同オイルポンプ６２によってオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）６３に供給される。このＯＣＶ６３は、いわゆるリニアソレノイドバルブであって、内蔵された電磁ソレノイドに印加する電圧のデューティ比を変化させることにより、油の供給先、及び油の供給速度を変更することができるようになっている。このようなＯＣＶ６３に供給された油は進角側油圧通路Ｐ１、あるいは遅角側油圧通路Ｐ２のいずれかに供給される。こうして、各油圧通路に選択的に油が供給されることにより、クランクシャフト５に対する各カムシャフト３１の相対回転位相が変更され、もって吸気バルブ１７のバルブタイミングが可変設定される。すなわち吸気バルブ１７の開閉時期は図２に例示するように進角側、あるいは遅角側に変更される。そして、吸気バルブ１７のバルブタイミングが最も遅角側に変更されると、吸気バルブ１７の開弁期間と排気バルブ１８の開弁期間とのラップ量であるバルブオーバラップ量は最小となり、内部ＥＧＲ量（燃焼した混合気が吸気通路１４や排気通路１５に流入し、再び燃焼室８に供給される排気の量）も最小限の量となる。このように吸気バルブ１７のバルブタイミングが変更されることにより、内部ＥＧＲ量は調量される。
【００２７】
他方、ガソリン機関１には排気再循環機構９０（以下、ＥＧＲ機構９０という）が備えられている。このＥＧＲ機構９０は、吸入空気に排気の一部を導入することで気筒内の燃焼温度を低下させてＮＯｘ等の発生量を低減させる装置である。このＥＧＲ機構９０は吸気通路１４と排気通路１５とを連通するＥＧＲ通路９１、同ＥＧＲ通路９１に設けられたＥＧＲ弁９２、同ＥＧＲ弁９２の開度を調整するＥＧＲアクチュエータ９３等により構成されている。ＥＧＲ弁９２の開度がＥＧＲアクチュエータ９３によって調整されることにより、排気通路１５から吸気通路１４に導入される排気の量、すなわち外部ＥＧＲ量は調量される。また、ＥＧＲ弁９２の近傍には、その開度を検出するＥＧＲ開度センサ９４が取り付けられている。
【００２８】
上記ガソリン機関１の点火時期制御、燃料噴射量制御、ＶＶＴ機構の位相制御に基づくバルブタイミングの制御、ＥＧＲ弁の開度制御等の各種制御は、制御装置８０によって行われる。この制御装置８０は中央処理制御装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータを中心として構成されている。例えば制御装置８０には、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）が設けられている。また制御装置８０には、演算結果や予め記憶されたデータ等を機関停止後も保存するためのバックアップＲＡＭ、入力インターフェース、出力インターフェース等も設けられている。そして、前記クランク角センサ４１、カム角センサ４２、スロットル開度センサ５４、エアフロメータ５６、ＥＧＲ開度センサ９４等からの出力信号が前記入力インターフェースを通じて入力されるようになっている。これら各センサの出力信号により、ガソリン機関１の運転状態が検出される。
【００２９】
一方、出力インターフェースは、各々対応する駆動回路等を介してインジェクタ１６、イグナイタ、スロットルアクチュエータ５５、ＯＣＶ６３、ＥＧＲアクチュエータ９３等に接続されている。そして、制御装置８０は上記各センサからの信号に基づき、ＲＯＭ内に格納された制御プログラム及び初期データに従い、これらインジェクタ１６、イグナイタ、スロットルアクチュエータ５５、ＯＣＶ６３（ＶＶＴ機構６０）、ＥＧＲ弁９２等を好適に制御する。
【００３０】
さて本実施形態では、機関運転状態に基づいて吸気バルブ１７のバルブタイミングを変更するようにしている。具体的には、機関運転状態に基づいて上記吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰを求め、同吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲが目標変位角ＩＮＰになるようにＶＶＴ機構６０を駆動制御する。
【００３１】
なお、前記変位角とは、タイミングプーリに対するカムシャフトの相対回転量を表す値であって、その変化角度はクランク角（°ＣＡ）に換算されている。また、この変位角は、カム角センサ４２及びクランク角センサ４１の出力信号に基づき、吸気側カムシャフト３１の実際の変位角（実変位角ＩＮＲ）が制御装置８０によって算出される。そして、本実施の形態では、吸気側カムシャフト３１の変位角について、吸気バルブ１７のバルブタイミングが最大限遅角された状態のときの変位角を０°ＣＡとしている。従って、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲは吸気バルブ１７のバルブタイミングがその最遅角タイミングからどれだけ進角されているかを表す値となる。
【００３２】
次に、上記ＶＶＴ機構６０によって可変設定される吸気バルブ１７のバルブ特性、すなわちバルブタイミングについてその設定態様を図３に基づき説明する。この図３は本実施形態におけるバルブタイミングの設定にかかる処理手順を示している。なお、このバルブタイミング設定処理は制御装置８０によって所定時間毎の割り込みで実行される。
【００３３】
本処理が開始されると、まず、クランク角センサ４１の出力に基づいて算出される機関回転速度ＮＥ、及びエアフロメータ５６の出力に基づいて算出される吸入空気量Ｑａが読み込まれる（ステップＳ１００）。
【００３４】
次に、現在の機関運転状態におけるガソリン機関１の負荷率Ｌが算出される（ステップＳ１１０）。この負荷率Ｌは、次式（１）により算出される。なお、Ｑｗｏｔは機関全負荷時の吸入空気量であり、予め求められた定数値である。
【００３５】
Ｌ＝Ｑａ／Ｑｗｏｔ … （１）
次に、制御装置８０のＲＯＭ内に記憶されたマップを参照して、機関回転速度ＮＥと負荷率Ｌに基づき、吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰが求められる（ステップＳ１２０）。なおこうして求められる目標変位角ＩＮＰは、ガソリン機関１の運転状態が中回転中負荷領域に位置する状態のときに最も遅角側の値にされ、低回転低負荷領域又は高回転高負荷領域に移行するほど進角側の値にされる。
【００３６】
そして、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲが上記処理により求められた目標変位角ＩＮＰとなるようにＶＶＴ機構６０が制御され（Ｓ１３０）、本処理は終了される。なお、このときのＶＶＴ機構６０の制御は、実変位角ＩＮＲと目標変位角ＩＮＰとの偏差に応じてＯＣＶ６３に印加される電圧のデューティ比を設定し、実変位角ＩＮＲを目標変位角ＩＮＰに収束させることで行われる。こうして吸気バルブ１７のバルブタイミングを制御することにより、内部ＥＧＲ量が機関運転状態に応じた適切な値に調量されるようになる。
【００３７】
他方、本実施形態では、機関運転状態に基づいて上記ＥＧＲ弁９２の開度を調整するようにしている。具体的には、機関運転状態に基づいてＥＧＲ弁９２の目標開度を求め、同ＥＧＲ弁９２の実開度が目標開度になるようにＥＧＲアクチュエータ９３を駆動制御する。
【００３８】
次に、上記ＥＧＲ弁９２の開度についてその設定態様を図４に基づいて説明する。
この図４は本実施形態におけるＥＧＲ開度の設定にかかる処理手順を示している。なお、このＥＧＲ開度設定処理は制御装置８０によって所定時間毎の割り込みで実行される。
【００３９】
本処理が開始されると、まず、機関回転速度ＮＥと燃料噴射量Ｑとが読み込まれる（ステップＳ２００）。なお、燃料噴射量Ｑは吸入空気量Ｑａ及び機関回転速度ＮＥに基づき、別の処理で算出される。
【００４０】
次に、制御装置８０のＲＯＭ内に記憶されたマップを参照して、機関回転速度ＮＥと燃料噴射量Ｑに基づき、ＥＧＲ弁９２の目標ＥＧＲ開度Ｅｔが求められる（ステップＳ２１０）。なおこうして求められる目標ＥＧＲ開度Ｅｔは、ガソリン機関１の運転状態が中回転中負荷領域に位置する状態のときに最も開き側の値にされ、低回転低負荷領域又は高回転高負荷領域に移行するほど閉じ側の値にされる。
【００４１】
そして、ＥＧＲ開度センサ９４によって検出されるＥＧＲ弁９２の実ＥＧＲ開度Ｅｒが上記処理により求められた目標ＥＧＲ開度ＥｔとなるようにＥＧＲ弁９２の開度は制御され（Ｓ２２０）、本処理は終了される。なお、このときのＥＧＲ弁９２の開度制御は、目標ＥＧＲ開度Ｅｔと実ＥＧＲ開度Ｅｒとの偏差に応じてＥＧＲアクチュエータ９３の駆動量を設定し、実ＥＧＲ開度Ｅｒを目標ＥＧＲ開度Ｅｔに収束させることで行われる。こうしてＥＧＲ弁９２の開度を制御することにより、外部ＥＧＲ量が機関運転状態に応じた適切な値に調量されるようになる。
【００４２】
このように本実施形態では、ＶＶＴ機構６０によって内部ＥＧＲ量を調量するとともに、ＥＧＲ機構９０によって外部ＥＧＲ量を調量することによって吸入空気量に対する総ＥＧＲ量を精密に制御し、もって排気エミッションを向上させるようにしている。
【００４３】
ここで、ＥＧＲ弁９２が固着などして上記ＥＧＲ機構９０に故障が発生すると、外部ＥＧＲ量を機関運転状態に応じて調量することが困難になる。特にＥＧＲ機構９０の故障時にあってスロットル弁５３の開度が小さくされるとき（車両減速時など）には、大気から吸気される新気の量が減少するため、吸入空気量（新気と総ＥＧＲ量との総和）に対する総ＥＧＲ量の割合、すなわちＥＧＲ率が過度に高くなることがある。このようにＥＧＲ率が過度に高くなると混合気の燃焼速度が低下して燃焼状態が不安定になり、これに起因して失火やエンジンストールなどが誘発されるおそれがある。そこで、本実施形態にかかる内燃機関の制御装置では、ＥＧＲ機構９０について故障の有無を診断する診断手段を備えるようにしている。また、同診断手段によってＥＧＲ機構９０に故障有りと診断されるのを条件に、機関運転状態に基づく上記ＶＶＴ機構６０の駆動制御に代えて、内部ＥＧＲ量が減量するようにＶＶＴ機構６０を駆動制御する制御手段も備えるようにしている。より具体的には内部ＥＧＲ量が減量するように上記バルブタイミングを変更するようにしている。そしてこのようなＥＧＲ減量処理を実行することにより、ＥＧＲ機構９０の故障時における燃焼状態の悪化を抑制するようにしている。以下、上記ＥＧＲ減量処理について図５を併せ参照し説明する。
【００４４】
図５は、制御装置８０によって実行される上記ＥＧＲ減量処理の手順を示している。
本処理が開始されると、まず、上述した目標ＥＧＲ開度Ｅｔと実ＥＧＲ開度Ｅｒとが読み込まれる（Ｓ３００）。そして、目標ＥＧＲ開度Ｅｔと実ＥＧＲ開度Ｅｒとの差の絶対値である偏差ΔＥが所定値α以上であるか否かが判定される（Ｓ３１０）。この所定値αはＥＧＲ弁９２が固着しているか否かを判定するための値であり、実験等により最適な値が予め求められている。なお、ＥＧＲ弁９２が固着していない場合であっても、上記ＥＧＲ開度設定処理によって目標ＥＧＲ開度Ｅｔが変更された直後ではＥＧＲ弁９２の応答遅れに起因して偏差ΔＥが所定値αを一時的に越えてしまうことも考えられる。そこで、このＳ３１０の判定処理は目標ＥＧＲ開度Ｅｔが変更されてから所定時間が経過した後に行うとよい。
【００４５】
そして、偏差ΔＥが所定値αよりも小さい場合には（Ｓ３１０でＮＯ）、ＥＧＲ弁９２の開度が目標ＥＧＲ開度Ｅｔに向けて正常に制御されており、ＥＧＲ機構９０には故障が生じていないと診断することができる。そこでこの場合には、ＥＧＲ弁９２には故障が生じていないと判定され（Ｓ３２０）、本処理は終了される。
【００４６】
一方、偏差ΔＥが所定値α以上である場合には（Ｓ３１０でＹＥＳ）、ＥＧＲ弁９２の開度が正常に制御されておらず、同ＥＧＲ弁９２は固着していると診断することができる。そこでこの場合には、ＥＧＲ弁９２に故障有りと判定される（Ｓ３３０）。
【００４７】
次に吸気側カムシャフト３１の目標変位角ＩＮＰは、上述したバルブタイミング設定処理によって機関運転状態に基づき設定された値に代えて、「０」が設定され（Ｓ３４０）、本処理が終了される。そして、吸気側カムシャフト３１の実変位角ＩＮＲが「０」となるようにＶＶＴ機構６０は制御される。その結果吸気バルブ１７のバルブタイミングは最も遅角側に設定される。すなわちバルブオーバラップ量は最も小さくされ、もって内部ＥＧＲ量も最小限の量に減量される。
【００４８】
このように本実施形態では、ＥＧＲ機構９０に故障有りと診断されるときには、ＥＧＲ機構９０に故障が生じていないと診断されるときと比較して、内部ＥＧＲ量が減量するようにＶＶＴ機構６０を駆動制御するようにしている。すなわち、ＥＧＲ機構９０の故障により外部ＥＧＲ量が調量できないときには、バルブオーバラップ量を小さくして内部ＥＧＲ量を減量するようにしている。そのため、総ＥＧＲ量が減量され、これによりＥＧＲ率の過剰な増大が抑制されて混合気の燃焼状態の悪化は抑制される。
【００４９】
なお、ＥＧＲ弁９２に故障有りと判定されたときには以下のような処理を併用するとよい。すなわち、スロットル弁５３の開度を若干大きくする、あるいはアイドルスピードコントロールバルブを備える内燃機関にあっては同バルブの開度を若干大きくする等して新気の量を増大させることにより、ＥＧＲ率を低下させる。これにより燃焼状態の悪化をさらに抑制することができる。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態にかかる内燃機関の制御装置によれば、次のような効果が得られるようになる。
（１）ＥＧＲ機構９０に故障有りと診断されたときには、上記ＥＧＲ減量処理により、内部ＥＧＲ量が減量するようにＶＶＴ機構６０が駆動制御される。そのため、総ＥＧＲ量を減量することができ、もってＥＧＲ機構９０の故障時における燃焼状態の悪化を抑制することができるようになる。
【００５１】
（２）吸気バルブ１７のバルブタイミングを変更するためのＶＶＴ機構６０をガソリン機関１に設け、ＥＧＲ機構９０に故障有りと診断されたときには、バルブオーバラップ量が減少するように上記バルブタイミングを変更するようにしている。より具体的には上記目標変位角ＩＮＰを「０」に設定するようにしている。そのため、内部ＥＧＲ量を減量することができるようになる。
【００５２】
（３）ＥＧＲ弁９２の目標ＥＧＲ開度Ｅｔと実ＥＧＲ開度Ｅｒとの差が所定値α以上であるときに、ＥＧＲ機構９０に故障が発生している、より具体的にはＥＧＲ弁９２が正常に制御されていない旨の診断がなされるようにしている。従ってＥＧＲ機構９０の故障の有無について的確に診断することができるようになり、上記ＥＧＲ減量処理によるＶＶＴ機構６０の駆動制御についてもその診断結果に基づいて好適に行うことができるようになる。
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
【００５３】
・上記実施形態ではＥＧＲ機構９０に故障有りと診断された場合、目標変位角ＩＮＰを「０」に設定するようにした。この他にも、故障有りと診断された場合には、その時設定されている目標変位角ＩＮＰをよりも小さい値を新たな目標変位角ＩＮＰとして設定し、少なくともバルブオーバラップ量を減少させるようにしてもよい。
【００５４】
・上記実施形態ではＥＧＲ機構９０に故障有りと診断されたとき、バルブタイミング設定処理によるＶＶＴ機構６０の駆動制御に代えて、内部ＥＧＲ量が減量するように同ＶＶＴ機構６０を駆動制御するＥＧＲ減量処理を実行するようにした。この他にも、ＥＧＲ機構９０に故障有りと診断されるのを条件に上記バルブタイミング設定処理によるＶＶＴ機構６０の駆動制御について、内部ＥＧＲ量の増量が制限されるように同ＶＶＴ機構６０を駆動制御する増量制限処理を実行するようにしてもよい。なお、この増量制限処理も上記制御手段の一態様を構成する。この一例として、機関運転状態に基づいて算出された目標変位角ＩＮＰが、ＥＧＲ機構９０に故障有りと診断されたときの実変位角ＩＮＲよりも進角側の値であるときには、ＥＧＲ機構９０に故障有りと診断されたときの実変位角を保持し、目標変位角ＩＮＰに向けてのＶＶＴ機構６０の駆動制御を制限するようにする。このような場合には、ＥＧＲ機構９０に故障有りと診断されると、上記増量制限処理によって機関運転状態にかかわらず内部ＥＧＲ量の増大が抑制される。すなわち、総ＥＧＲ量のうち、少なくとも内部ＥＧＲ量の増大は抑制される。従って、ＥＧＲ機構９０の故障時における燃焼状態の悪化を抑制することができるようになる。
【００５５】
・吸気バルブ１７のバルブタイミングが可変設定される内燃機関のみならず、排気バルブ１８のバルブタイミングが可変設定される内燃機関や、吸気バルブ１７及び排気バルブ１８のバルブタイミングがそれぞれ可変設定される内燃機関の制御装置としても本発明にかかる制御装置は同様に適用することができる。
【００５６】
・上記実施形態及びその変形例における可変動弁機構によって可変とされるバルブ特性は、吸気バルブの開閉時期（バルブタイミング）であった。しかし、本発明にかかる制御装置の適用対象となるものは、このような可変動弁機構に何ら限定するものではない。例えば、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にも適用可能である。この場合には、図６に例示するようにバルブリフト量が減少されるほど、同図６に斜線で示す領域Ａの部分が減少し、内部ＥＧＲ量が減少する。従って、内燃機関がこのような可変動弁機構を備える場合には、先の図５で説明したＳ３４０の処理に代えて、バルブリフト量を減少させるようにすることで、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。同様に、排気バルブのバルブリフト量を可変とする可変動弁機構、あるいは吸気バルブ及び排気バルブのバルブリフト量をそれぞれ可変とする可変動弁機構にも適用可能である。また、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミング及びそれらのバルブリフト量をともに可変とする可変動弁機構も適用対象である。
【００５７】
・上記実施形態では、吸気バルブ１７のバルブタイミングを表す値として変位角を用いた。しかしながら、これは一例であって、吸気バルブ１７のバルブタイミングを表す他のパラメータを用いてもよい。
【００５８】
・上記実施形態におけるＥＧＲ機構９０の故障診断では、ＥＧＲ弁９２の開度が正常に制御されているか否かを診断するようにしたが、診断の対象となる故障態様は何らこのようなものに限定されるものではない。要するに外部ＥＧＲ量を正確に調量できないようなＥＧＲ機構９０の故障（例えばＥＧＲ通路９１の破損等）を診断の対象とする場合にも、本発明にかかる制御装置は適用可能である。そして、この場合にも上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００５９】
・上記実施形態では、ガソリン機関１に本発明にかかる制御装置を適用した。しかしながら、適用対象となる内燃機関はこのガソリン機関１に何ら限定するものではない。要するに、吸気バルブ及び排気バルブのうちの少なくとも一方のバルブ特性を可変とする可変動弁機構と、上記排気再循環機構と、可変動弁機構の駆動を制御する制御装置とを備える内燃機関であれば、本発明にかかる制御装置は適用可能である。そして、この場合にも上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかる制御装置が適用されるガソリン機関１の概略構成図。
【図２】吸気バルブのバルブタイミングが可変とされる場合のバルブオーバラップ量の変化を例示する説明図。
【図３】同実施形態におけるバルブタイミングの設定にかかる処理手順を示すフローチャート。
【図４】同実施形態におけるＥＧＲ弁の開度設定にかかる処理手順を示すフローチャート。
【図５】同実施形態におけるＥＧＲ減量制御についてその処理手順を示すフローチャート。
【図６】同実施形態の変形例において、吸気バルブのバルブリフト量が可変とされる場合のバルブオーバラップ量の変化を例示する説明図。
【符号の説明】
１…ガソリン機関、２…シリンダブロック、３…シリンダ、４…ピストン、５…クランクシャフト、６…コンロッド、７…シリンダヘッド、８…燃焼室、１１…点火プラグ、１２…吸気ポート、１３…排気ポート、１４…吸気通路、１５…排気通路、１６…インジェクタ、１７…吸気バルブ、１８…排気バルブ、３１…吸気側カムシャフト、３２…排気側カムシャフト、３３、３４…タイミングプーリ、３５…タイミングベルト、４１…クランク角センサ、４２…カム角センサ、５３…スロットル弁、５４…スロットル開度センサ、５５…スロットルアクチュエータ、５６…エアフロメータ、６０…可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ機構）、６２…オイルポンプ、６３…オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）、６５…オイルパン、８０……制御装置、９０…排気再循環機構（ＥＧＲ機構）、９１…ＥＧＲ通路、９２…ＥＧＲ弁、９３…ＥＧＲアクチュエータ、９４…ＥＧＲ開度センサ、Ｐ１…進角側油圧通路、Ｐ２…遅角側油圧通路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device that controls a drive of the variable valve mechanism in an internal combustion engine including a variable valve mechanism that variably sets valve characteristics of an intake valve and an exhaust valve, and an exhaust gas recirculation mechanism.
[0002]
[Prior art]
For the purpose of improving the output and exhaust emission of an internal combustion engine, there is known a variable valve mechanism that varies the valve characteristics of intake and exhaust valves such as valve timing (opening / closing timing) and valve lift amount. In particular, in-vehicle internal combustion engines, for example, variable valve timing mechanisms that vary the valve timing of intake and exhaust valves by changing the relative rotation phase of the camshaft with respect to the crankshaft are widely adopted as variable valve mechanisms. ing.
[0003]
In an internal combustion engine equipped with this variable valve mechanism, the valve overlap amount between the intake valve and the exhaust valve can be adjusted. Therefore, by optimizing the valve overlap amount according to the engine operating state, the internal exhaust gas recirculation amount (hereinafter referred to as the internal EGR amount) can be appropriately adjusted, and the exhaust emission can be improved.
[0004]
On the other hand, an exhaust gas recirculation mechanism (hereinafter referred to as an EGR mechanism) that improves exhaust emission by recirculating a part of exhaust gas into intake air is also well known. This EGR mechanism is an EGR valve that adjusts an external exhaust gas recirculation amount (amount of exhaust gas introduced into intake air) provided in the middle of the communication passage that connects the exhaust passage and the intake passage of the internal combustion engine or the communication passage. Etc. Then, by optimizing the opening degree of the EGR valve in accordance with the engine operating state, the external exhaust gas recirculation amount (hereinafter referred to as the external EGR amount) is appropriately adjusted, and the exhaust emission can be improved.
[0005]
Here, in an internal combustion engine provided with both a variable valve mechanism and an EGR mechanism, if the variable valve mechanism fails, it is difficult to meter the internal EGR amount according to the engine operating state. In particular, when the opening of the throttle valve is reduced (for example, when the vehicle is decelerated) due to a failure of the variable valve mechanism, it is the sum of the total exhaust gas recirculation amount (internal EGR amount and external EGR amount) with respect to the intake air amount. , Hereinafter referred to as the total EGR amount) may become excessively large. In this case, the combustion becomes unstable, which may cause, for example, misfire or engine stall. Therefore, in the device described in Patent Document 1, when the variable valve mechanism fails, the total EGR amount is reduced by reducing the external EGR amount by reducing the opening of the EGR valve or the like. The deterioration of the combustion state is suppressed.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-303999 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Here, if the EGR device fails, it becomes difficult to adjust the external EGR amount, and therefore, combustion may become unstable as in the case of the failure of the variable valve mechanism. However, the above-mentioned conventional device is only intended to eliminate the disadvantages caused by the failure of the variable valve mechanism, and it has not been possible to deal with the failure of the EGR device such as the failure of the EGR valve. .
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a control device for an internal combustion engine that can suppress deterioration of a combustion state when an exhaust gas recirculation mechanism fails.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The means for achieving the above object and the effects thereof will be described below.
According to the first aspect of the present invention, there is provided a variable valve mechanism for adjusting an internal exhaust gas recirculation amount by variably setting a valve characteristic of at least one of an intake valve and an exhaust valve, and an external exhaust gas return introduced into intake air. Metering the flow rate Equipped with metering valve An internal combustion engine control device for controlling the drive of the variable valve mechanism based on the engine operating state, Metering valve Diagnosing means for diagnosing the presence or absence of failure, and the diagnostic means Metering valve The control means for driving and controlling the variable valve mechanism so that the internal exhaust gas recirculation amount is reduced instead of the drive control of the variable valve mechanism based on the engine operating state on the condition that the engine is diagnosed as having a malfunction. The gist is to provide.
[0010]
In the same configuration, the variable valve mechanism for adjusting the internal exhaust gas recirculation amount and the external exhaust gas recirculation amount are adjusted. Equipped with metering valve An internal combustion engine is provided with an exhaust gas recirculation mechanism. Further, the variable valve mechanism is driven and controlled based on the engine operating state, whereby the external exhaust gas recirculation amount is adjusted to a value corresponding to the engine operating state. Here, in the above configuration, the exhaust gas recirculation mechanism Metering valve When the failure is diagnosed, the variable valve mechanism is driven and controlled by the control means so that the internal exhaust gas recirculation amount is reduced. Therefore, the total amount of EGR can be reduced, and the exhaust gas recirculation mechanism Metering valve It becomes possible to suppress the deterioration of the combustion state at the time of failure.
[0011]
Such an internal exhaust gas recirculation amount is obtained by changing the valve timing of at least one of the intake valve and the exhaust valve, such as changing the opening / closing timing of the intake valve in the retard direction or changing the opening / closing timing of the exhaust valve in the advance direction. The actual amount can be reduced by changing the timing and reducing the valve overlap amount of both valves. Therefore, according to the second aspect of the present invention, the variable valve mechanism is a mechanism for variably setting the valve timing of at least one of the intake valve and the exhaust valve, and the control means includes the intake valve and the exhaust valve. By adopting a configuration in which the variable valve mechanism is driven and controlled so that the valve overlap amount is reduced during the valve opening period, the effect described in claim 1 is preferably obtained.
[0012]
Further, the internal exhaust gas recirculation amount can be actually reduced by reducing the valve lift amount of the intake valve or the exhaust valve. Therefore, according to a third aspect of the present invention, the variable valve mechanism is a mechanism that variably sets the valve lift amount of at least one of the intake valve and the exhaust valve, and the control means reduces the valve lift amount. Even if a configuration is adopted in which the variable valve mechanism is driven and controlled as described above, the operation and effect of the first aspect can be suitably obtained.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a variable valve mechanism for adjusting an internal exhaust gas recirculation amount by variably setting a valve characteristic of at least one of an intake valve and an exhaust valve, and an external exhaust gas return introduced into intake air. Metering the flow rate Equipped with metering valve An internal combustion engine control device for controlling the drive of the variable valve mechanism based on the engine operating state, Metering valve Diagnosing means for diagnosing the presence or absence of failure, and the diagnostic means Metering valve The control of driving the variable valve mechanism so that the increase in the internal exhaust gas recirculation amount is limited with respect to the drive control of the variable valve mechanism based on the engine operating condition on the condition that a failure is diagnosed Providing a means.
[0014]
According to the configuration, Metering valve When the failure is diagnosed, the control means suppresses the increase in the internal exhaust gas recirculation amount regardless of the engine operating state. That is, at least an increase in the internal exhaust gas recirculation amount is suppressed in the total EGR amount. Therefore, the exhaust gas recirculation mechanism Metering valve The deterioration of the combustion state at the time of failure can be suppressed.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a control device for an internal combustion engine according to any of the first to fourth aspects, Medical examination When the difference between the target opening and the actual opening of the metering valve set based on the engine operating state is equal to or greater than a predetermined value, Metering valve The main point is to diagnose that there is a failure.
[0016]
According to this configuration, the exhaust gas recirculation mechanism Metering valve provided in It is possible to accurately diagnose whether or not there is a failure, and it is possible to suitably perform drive control of the variable valve mechanism by the control means based on the diagnosis result.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0018]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a gasoline engine 1 to which a control device for an internal combustion engine according to the present embodiment is applied.
The cylinder block 2 of the gasoline engine 1 includes a plurality of cylinders 3 (only one is shown in FIG. 1). A piston 4 provided in the cylinder 3 is connected to a crankshaft 5 via a connecting rod 6. The connecting rod 6 converts the reciprocating motion of the piston 4 into the rotational motion of the crankshaft 5.
[0019]
A cylinder head 7 is attached to the upper part of the cylinder block 2. In the cylinder 3, a combustion chamber 8 is formed between the upper end of the piston 4 and the cylinder head 7.
[0020]
The combustion chamber 8 is provided with a spark plug 11. An intake port 12 and an exhaust port 13 provided corresponding to the combustion chamber 8 are connected to an intake passage 14 and an exhaust passage 15, respectively. Further, fuel is injected from an injector 16 provided in the intake port 12 corresponding to the combustion chamber 8.
[0021]
An intake valve 17 and an exhaust valve 18 provided corresponding to the combustion chamber 8 open and close the intake port 12 and the exhaust port 13, respectively. The intake valve 17 and the exhaust valve 18 open and close as the cams provided on the camshafts 31 and 32 rotate in accordance with the rotation of the intake camshaft 31 and the exhaust camshaft 32, respectively. The timing pulleys 33 and 34 provided at the tips of the camshafts 31 and 32 are drivingly connected to the crankshaft 5 via a timing belt 35. When the crankshaft 5 rotates twice, the timing pulleys 33 and 34 are connected. Is rotated once. During operation of the gasoline engine 1, the rotational force of the crankshaft 5 is transmitted to the intake side camshaft 31 and the exhaust side camshaft 32 via the timing belt 35 and the timing pulleys 33 and 34. Thus, the intake valve 17 and the exhaust valve 18 are driven to open and close at a predetermined timing in synchronization with the rotation of the crankshaft 5, that is, corresponding to the reciprocating movement of each piston 4.
[0022]
A crank angle sensor 41 is provided in the vicinity of the crankshaft 5. The crank angle sensor 41 detects the rotational phase (crank angle) of the crankshaft 5 and detects the engine rotational speed NE of the gasoline engine 1 (crankshaft 5) based on the detection result. Further, a cam angle sensor 42 is provided in the vicinity of the intake side camshaft 31, and the rotational phase (cam angle) of the intake side camshaft 31 is based on the output signals of the cam angle sensor 42 and the crank angle sensor 41. Detected.
[0023]
A high voltage output from an igniter is applied to the spark plug 11. The ignition timing of the spark plug 11 is determined by the high voltage output timing from the igniter. The gasoline engine 1 uses an ignition plug 11 to explode an air-fuel mixture composed of intake air from the intake passage 14 and fuel injected from the injector 16 in the combustion chamber 8 to obtain engine output. Further, the combustion gas generated at this time is discharged to the exhaust passage 15.
[0024]
A throttle valve 53 is provided in the intake passage 14. The throttle valve 53 has its opening degree changed by a throttle actuator 55 so that the amount of air taken into the combustion chamber 8 is adjusted. Near the throttle valve 53, a throttle opening sensor 54 for detecting the opening is attached. An air flow meter 56 is provided on the upstream side of the throttle valve 53 to obtain an output corresponding to the intake air amount Qa sucked into the gasoline engine 1.
[0025]
In the present embodiment, the timing pulley 33 provided on the intake side camshaft 31 is provided with a variable valve timing mechanism (hereinafter referred to as a VVT mechanism) 60.
[0026]
The VVT mechanism 60 is a mechanism that continuously changes the opening / closing timing of the intake valve 17 by changing the relative rotational phase of the timing pulley 33 and the intake camshaft 31 with respect to the crankshaft 5 by the action of hydraulic pressure. The VVT mechanism 60 supplies an advance angle hydraulic passage P1 for supplying oil when the relative rotation phase of the intake camshaft 31 is advanced to the timing pulley 33, and supplies oil when the relative rotation phase is delayed. And a retarding-side hydraulic passage P2. The oil stored in the oil pan 65 is sucked by the oil pump 62, and the sucked oil is supplied to an oil control valve (hereinafter referred to as OCV) 63 by the oil pump 62. The OCV 63 is a so-called linear solenoid valve that can change the oil supply destination and the oil supply speed by changing the duty ratio of the voltage applied to the built-in electromagnetic solenoid. Yes. The oil supplied to the OCV 63 is supplied to either the advance side hydraulic passage P1 or the retard side hydraulic passage P2. Thus, by selectively supplying oil to each hydraulic passage, the relative rotational phase of each camshaft 31 with respect to the crankshaft 5 is changed, so that the valve timing of the intake valve 17 is variably set. That is, the opening / closing timing of the intake valve 17 is changed to the advance side or the retard side as illustrated in FIG. When the valve timing of the intake valve 17 is changed to the most retarded side, the valve overlap amount that is the lap amount between the valve opening period of the intake valve 17 and the valve opening period of the exhaust valve 18 becomes minimum, and the internal EGR The amount (the amount of exhaust gas that flows through the intake passage 14 and the exhaust passage 15 and is supplied to the combustion chamber 8 again) is also a minimum amount. Thus, the internal EGR amount is adjusted by changing the valve timing of the intake valve 17.
[0027]
On the other hand, the gasoline engine 1 is provided with an exhaust gas recirculation mechanism 90 (hereinafter referred to as an EGR mechanism 90). The EGR mechanism 90 is a device that reduces the generation amount of NOx and the like by lowering the combustion temperature in the cylinder by introducing a part of the exhaust gas into the intake air. The EGR mechanism 90 includes an EGR passage 91 that connects the intake passage 14 and the exhaust passage 15, an EGR valve 92 provided in the EGR passage 91, an EGR actuator 93 that adjusts the opening degree of the EGR valve 92, and the like. Yes. By adjusting the opening degree of the EGR valve 92 by the EGR actuator 93, the amount of exhaust introduced into the intake passage 14 from the exhaust passage 15, that is, the external EGR amount is adjusted. Further, an EGR opening degree sensor 94 for detecting the opening degree is attached in the vicinity of the EGR valve 92.
[0028]
The control device 80 performs various controls such as ignition timing control of the gasoline engine 1, fuel injection amount control, valve timing control based on phase control of the VVT mechanism, and opening control of the EGR valve. The control device 80 is configured around a microcomputer including a central processing control device (CPU). For example, the control device 80 is provided with a read-only memory (ROM) in which various programs, maps, and the like are stored in advance, and a random access memory (RAM) in which CPU calculation results and the like are temporarily stored. The control device 80 is also provided with a backup RAM, an input interface, an output interface, and the like for storing calculation results and prestored data after the engine is stopped. Output signals from the crank angle sensor 41, the cam angle sensor 42, the throttle opening sensor 54, the air flow meter 56, the EGR opening sensor 94, and the like are input through the input interface. The operation state of the gasoline engine 1 is detected by the output signals of these sensors.
[0029]
On the other hand, the output interface is connected to the injector 16, the igniter, the throttle actuator 55, the OCV 63, the EGR actuator 93, and the like via corresponding drive circuits. Then, the control device 80 controls the injector 16, igniter, throttle actuator 55, OCV 63 (VVT mechanism 60), EGR valve 92, etc. according to the control program and initial data stored in the ROM based on the signals from the sensors. It controls suitably.
[0030]
In this embodiment, the valve timing of the intake valve 17 is changed based on the engine operating state. Specifically, the target displacement angle INP of the intake camshaft 31 is obtained based on the engine operating state, and the VVT mechanism 60 is driven so that the actual displacement angle INR of the intake camshaft 31 becomes the target displacement angle INP. Control.
[0031]
The displacement angle is a value representing the relative rotation amount of the camshaft with respect to the timing pulley, and the change angle is converted into a crank angle (° CA). Further, based on the output signals of the cam angle sensor 42 and the crank angle sensor 41, the actual displacement angle (actual displacement angle INR) of the intake side camshaft 31 is calculated by the control device 80. In this embodiment, the displacement angle of the intake side camshaft 31 is set to 0 ° CA when the valve timing of the intake valve 17 is retarded to the maximum. Therefore, the actual displacement angle INR of the intake camshaft 31 is a value representing how much the valve timing of the intake valve 17 is advanced from its most retarded timing.
[0032]
Next, the setting manner of the valve characteristics of the intake valve 17 variably set by the VVT mechanism 60, that is, the valve timing, will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a processing procedure for setting the valve timing in this embodiment. The valve timing setting process is executed by the control device 80 by interruption every predetermined time.
[0033]
When this processing is started, first, the engine speed NE calculated based on the output of the crank angle sensor 41 and the intake air amount Qa calculated based on the output of the air flow meter 56 are read (step S100). .
[0034]
Next, the load factor L of the gasoline engine 1 in the current engine operating state is calculated (step S110). This load factor L is calculated by the following equation (1). Note that Qwot is the intake air amount when the engine is fully loaded, and is a constant value obtained in advance.
[0035]
L = Qa / Qwot (1)
Next, with reference to the map stored in the ROM of the control device 80, the target displacement angle INP of the intake camshaft 31 is determined based on the engine speed NE and the load factor L (step S120). The target displacement angle INP obtained in this way is set to the most retarded value when the operation state of the gasoline engine 1 is located in the middle-rotation load region, and is in the low rotation / low load region or the high rotation / high load region. The more advanced, the more advanced the value.
[0036]
Then, the VVT mechanism 60 is controlled so that the actual displacement angle INR of the intake camshaft 31 becomes the target displacement angle INP obtained by the above processing (S130), and this processing is terminated. Note that the control of the VVT mechanism 60 at this time sets the duty ratio of the voltage applied to the OCV 63 according to the deviation between the actual displacement angle INR and the target displacement angle INP, and sets the actual displacement angle INR to the target displacement angle INP. This is done by converging. By controlling the valve timing of the intake valve 17 in this way, the internal EGR amount is adjusted to an appropriate value according to the engine operating state.
[0037]
On the other hand, in this embodiment, the opening degree of the EGR valve 92 is adjusted based on the engine operating state. Specifically, the target opening of the EGR valve 92 is obtained based on the engine operating state, and the EGR actuator 93 is driven and controlled so that the actual opening of the EGR valve 92 becomes the target opening.
[0038]
Next, the setting mode of the opening degree of the EGR valve 92 will be described with reference to FIG.
FIG. 4 shows a processing procedure for setting the EGR opening degree in this embodiment. The EGR opening setting process is executed by the control device 80 by interruption every predetermined time.
[0039]
When this process is started, first, the engine speed NE and the fuel injection amount Q are read (step S200). The fuel injection amount Q is calculated by another process based on the intake air amount Qa and the engine rotational speed NE.
[0040]
Next, with reference to the map stored in the ROM of the control device 80, the target EGR opening degree Et of the EGR valve 92 is obtained based on the engine speed NE and the fuel injection amount Q (step S210). The target EGR opening Et obtained in this way is set to the most open value when the operating state of the gasoline engine 1 is located in the middle rotation load region, and is in the low rotation low load region or the high rotation high load region. The closer the value is, the closer the value is.
[0041]
Then, the opening degree of the EGR valve 92 is controlled so that the actual EGR opening degree Er of the EGR valve 92 detected by the EGR opening degree sensor 94 becomes the target EGR opening degree Et obtained by the above processing (S220). Processing is terminated. At this time, the opening degree control of the EGR valve 92 is performed by setting the drive amount of the EGR actuator 93 according to the deviation between the target EGR opening degree Et and the actual EGR opening degree Er, and setting the actual EGR opening degree Er to the target EGR opening degree. This is performed by converging to the degree Et. By controlling the opening degree of the EGR valve 92 in this way, the external EGR amount is adjusted to an appropriate value according to the engine operating state.
[0042]
Thus, in the present embodiment, the internal EGR amount is metered by the VVT mechanism 60 and the external EGR amount is metered by the EGR mechanism 90 to precisely control the total EGR amount with respect to the intake air amount, and thereby exhaust emission. To improve.
[0043]
Here, when the EGR valve 92 is fixed and a failure occurs in the EGR mechanism 90, it becomes difficult to adjust the external EGR amount according to the engine operating state. In particular, when the EGR mechanism 90 is in failure and the opening of the throttle valve 53 is reduced (for example, when the vehicle is decelerated), the amount of fresh air drawn from the atmosphere decreases. The ratio of the total EGR amount to the total EGR amount), that is, the EGR rate may become excessively high. Thus, if the EGR rate is excessively high, the combustion speed of the air-fuel mixture decreases and the combustion state becomes unstable, which may cause misfire or engine stall. In view of this, the control apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment is provided with diagnostic means for diagnosing the presence or absence of a failure in the EGR mechanism 90. Further, on the condition that the EGR mechanism 90 is diagnosed as having a failure by the diagnosis means, the VVT mechanism 60 is driven so that the internal EGR amount is reduced instead of the drive control of the VVT mechanism 60 based on the engine operating state. Control means for controlling is also provided. More specifically, the valve timing is changed so that the internal EGR amount is reduced. By executing such an EGR reduction process, the deterioration of the combustion state when the EGR mechanism 90 fails is suppressed. Hereinafter, the EGR reduction process will be described with reference to FIG.
[0044]
FIG. 5 shows the procedure of the EGR reduction process executed by the control device 80.
When this processing is started, first, the target EGR opening Et and the actual EGR opening Er described above are read (S300). Then, it is determined whether or not the deviation ΔE, which is the absolute value of the difference between the target EGR opening Et and the actual EGR opening Er, is greater than or equal to a predetermined value α (S310). The predetermined value α is a value for determining whether or not the EGR valve 92 is fixed, and an optimum value is obtained in advance by experiments or the like. Even if the EGR valve 92 is not fixed, the deviation ΔE is caused by the response delay of the EGR valve 92 immediately after the target EGR opening Et is changed by the EGR opening setting process. It may be possible to temporarily exceed. Therefore, the determination process in S310 may be performed after a predetermined time has elapsed since the target EGR opening degree Et is changed.
[0045]
When the deviation ΔE is smaller than the predetermined value α (NO in S310), the opening degree of the EGR valve 92 is normally controlled toward the target EGR opening degree Et, and a failure occurs in the EGR mechanism 90. Can be diagnosed as not. Therefore, in this case, it is determined that no failure has occurred in the EGR valve 92 (S320), and this process is terminated.
[0046]
On the other hand, when the deviation ΔE is equal to or larger than the predetermined value α (YES in S310), it can be diagnosed that the opening degree of the EGR valve 92 is not normally controlled and the EGR valve 92 is fixed. . Therefore, in this case, it is determined that the EGR valve 92 has a failure (S330).
[0047]
Next, the target displacement angle INP of the intake camshaft 31 is set to “0” instead of the value set based on the engine operating state by the valve timing setting process described above (S340), and this process is terminated. . Then, the VVT mechanism 60 is controlled so that the actual displacement angle INR of the intake side camshaft 31 becomes “0”. As a result, the valve timing of the intake valve 17 is set to the most retarded side. That is, the valve overlap amount is minimized, and the internal EGR amount is reduced to the minimum amount.
[0048]
As described above, in the present embodiment, when the EGR mechanism 90 is diagnosed as having a failure, the VVT mechanism 60 is configured so that the internal EGR amount is reduced as compared to when the EGR mechanism 90 is diagnosed as having no failure. The drive is controlled. That is, when the external EGR amount cannot be adjusted due to a failure of the EGR mechanism 90, the valve overlap amount is reduced to reduce the internal EGR amount. Therefore, the total EGR amount is reduced, thereby suppressing an excessive increase in the EGR rate and suppressing the deterioration of the combustion state of the air-fuel mixture.
[0049]
When it is determined that the EGR valve 92 has a failure, the following processing may be used in combination. That is, the EGR rate is increased by increasing the amount of fresh air by slightly increasing the opening of the throttle valve 53 or, for an internal combustion engine equipped with an idle speed control valve, by slightly increasing the opening of the valve. Reduce. Thereby, deterioration of a combustion state can further be suppressed.
[0050]
As described above, according to the control apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) When it is diagnosed that there is a failure in the EGR mechanism 90, the VVT mechanism 60 is driven and controlled so that the internal EGR amount is reduced by the EGR reduction process. Therefore, the total amount of EGR can be reduced, so that deterioration of the combustion state when the EGR mechanism 90 fails can be suppressed.
[0051]
(2) The VVT mechanism 60 for changing the valve timing of the intake valve 17 is provided in the gasoline engine 1, and when the EGR mechanism 90 is diagnosed as having a failure, the valve timing is changed so that the valve overlap amount is reduced. Like to do. More specifically, the target displacement angle INP is set to “0”. As a result, the amount of internal EGR can be reduced.
[0052]
(3) When the difference between the target EGR opening Et of the EGR valve 92 and the actual EGR opening Er is equal to or greater than the predetermined value α, a failure has occurred in the EGR mechanism 90, more specifically, the EGR valve 92 Is diagnosed as being not controlled properly. Accordingly, it is possible to accurately diagnose whether or not the EGR mechanism 90 has a failure, and it is possible to suitably perform drive control of the VVT mechanism 60 by the EGR reduction processing based on the diagnosis result.
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
[0053]
In the above embodiment, when the EGR mechanism 90 is diagnosed as having a failure, the target displacement angle INP is set to “0”. In addition, when it is diagnosed that there is a failure, a value smaller than the target displacement angle INP set at that time is set as a new target displacement angle INP so that at least the valve overlap amount is reduced. May be.
[0054]
In the above embodiment, when it is diagnosed that the EGR mechanism 90 has a failure, instead of the drive control of the VVT mechanism 60 by the valve timing setting process, the EGR reduction that controls the drive of the VVT mechanism 60 so that the internal EGR amount is reduced. The process was executed. In addition, regarding the drive control of the VVT mechanism 60 by the valve timing setting process on the condition that the EGR mechanism 90 is diagnosed as having a failure, the VVT mechanism 60 is driven so that the increase in the internal EGR amount is limited. An increase limiting process to be controlled may be executed. This increase limiting process also constitutes one aspect of the control means. As an example of this, when the target displacement angle INP calculated based on the engine operating state is a value on the advance side with respect to the actual displacement angle INR when the EGR mechanism 90 is diagnosed as having a failure, the EGR mechanism 90 is The actual displacement angle when it is diagnosed that there is a failure is maintained, and the drive control of the VVT mechanism 60 toward the target displacement angle INP is limited. In such a case, when the EGR mechanism 90 is diagnosed as having a failure, the increase in the amount of internal EGR is suppressed by the increase limitation process regardless of the engine operating state. That is, at least the increase in the internal EGR amount is suppressed among the total EGR amount. Therefore, the deterioration of the combustion state at the time of failure of the EGR mechanism 90 can be suppressed.
[0055]
Not only an internal combustion engine in which the valve timing of the intake valve 17 is variably set, but also an internal combustion engine in which the valve timing of the exhaust valve 18 is variably set, or an internal combustion engine in which the valve timings of the intake valve 17 and the exhaust valve 18 are variably set. The control device according to the present invention can be similarly applied to an engine control device.
[0056]
The valve characteristic that is variable by the variable valve mechanism in the above embodiment and its modification is the intake valve opening / closing timing (valve timing). However, the application target of the control device according to the present invention is not limited to such a variable valve mechanism. For example, the present invention is also applicable to a variable valve mechanism that makes the valve lift amount of the intake valve variable. In this case, as illustrated in FIG. 6, as the valve lift amount is decreased, the portion of the region A indicated by hatching in FIG. 6 is decreased, and the internal EGR amount is decreased. Therefore, when the internal combustion engine has such a variable valve mechanism, the valve lift amount is reduced instead of the process of S340 described above with reference to FIG. An effect can be obtained. Similarly, the present invention can also be applied to a variable valve mechanism that makes the valve lift amount of the exhaust valve variable, or a variable valve mechanism that makes the valve lift amounts of the intake valve and the exhaust valve variable. Further, a variable valve mechanism that can vary both the valve timing of the intake valve and the exhaust valve and their valve lift amounts is also applicable.
[0057]
In the above embodiment, the displacement angle is used as a value representing the valve timing of the intake valve 17. However, this is only an example, and other parameters representing the valve timing of the intake valve 17 may be used.
[0058]
In the failure diagnosis of the EGR mechanism 90 in the above embodiment, whether or not the opening degree of the EGR valve 92 is normally controlled is diagnosed, but the failure mode to be diagnosed is such It is not limited. In short, the control device according to the present invention can also be applied to a case where a failure of the EGR mechanism 90 in which the external EGR amount cannot be accurately adjusted (for example, breakage of the EGR passage 91, etc.) is to be diagnosed. In this case, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.
[0059]
In the above embodiment, the control device according to the present invention is applied to the gasoline engine 1. However, the internal combustion engine to be applied is not limited to the gasoline engine 1 at all. In short, an internal combustion engine comprising a variable valve mechanism that makes variable the valve characteristic of at least one of an intake valve and an exhaust valve, the exhaust gas recirculation mechanism, and a control device that controls the drive of the variable valve mechanism. For example, the control device according to the present invention is applicable. In this case, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gasoline engine 1 to which a control device according to an embodiment is applied.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a change in valve overlap amount when the valve timing of the intake valve is variable.
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure for setting valve timing in the embodiment;
FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure for setting an opening of an EGR valve in the embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure for EGR reduction control in the same embodiment;
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a change in the valve overlap amount when the valve lift amount of the intake valve is variable in the modification of the embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gasoline engine, 2 ... Cylinder block, 3 ... Cylinder, 4 ... Piston, 5 ... Crankshaft, 6 ... Connecting rod, 7 ... Cylinder head, 8 ... Combustion chamber, 11 ... Spark plug, 12 ... Intake port, 13 ... Exhaust Port 14, intake passage 15, exhaust passage 16, injector 17, intake valve 18, exhaust valve, 31 intake camshaft 32, exhaust camshaft 33, 34 timing pulley 35 timing Belt, 41 ... Crank angle sensor, 42 ... Cam angle sensor, 53 ... Throttle valve, 54 ... Throttle opening sensor, 55 ... Throttle actuator, 56 ... Air flow meter, 60 ... Variable valve timing mechanism (VVT mechanism), 62 ... Oil Pump, 63 ... Oil control valve (OCV), 65 ... Oil pan, 80 ... 90, exhaust recirculation mechanism (EGR mechanism), 91, EGR passage, 92, EGR valve, 93, EGR actuator, 94, EGR opening sensor, P1, advance angle hydraulic passage, P2, delay angle hydraulic pressure aisle.

Claims

A variable valve mechanism for metering the internal exhaust gas recirculation amount by variably setting the valve characteristics of at least one of the intake valve and the exhaust valve, and a metering valve for metering the external exhaust gas recirculation amount introduced into the intake air and an exhaust gas recirculation mechanism including, in the control apparatus for an internal combustion engine for controlling the driving of the variable valve mechanism based on the engine operating state,
Diagnosing means for diagnosing the presence or absence of failure of the metering valve ;
Instead of the drive control of the variable valve mechanism based on the engine operating condition on the condition that the metering valve is diagnosed as having a failure by the diagnosis means, the variable operation is performed so that the internal exhaust gas recirculation amount is reduced. And a control means for driving and controlling the valve mechanism.

The variable valve mechanism is a mechanism that variably sets the valve timing of at least one of the intake valve and the exhaust valve,
2. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control means drives and controls the variable valve mechanism so that a valve overlap amount decreases during an opening period of the intake valve and the exhaust valve.

The variable valve mechanism is a mechanism that variably sets the valve lift amount of at least one of the intake valve and the exhaust valve,
The control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the control means drives and controls the variable valve mechanism so that the valve lift amount decreases.

A variable valve mechanism for metering the internal exhaust gas recirculation amount by variably setting the valve characteristics of at least one of the intake valve and the exhaust valve, and a metering valve for metering the external exhaust gas recirculation amount introduced into the intake air and an exhaust gas recirculation mechanism including, in the control apparatus for an internal combustion engine for controlling the driving of the variable valve mechanism based on the engine operating state,
Diagnosing means for diagnosing the presence or absence of failure of the metering valve ;
With respect to the drive control of the variable valve mechanism based on the engine operating condition on the condition that the metering valve is diagnosed as having a failure by the diagnosis means, the increase in the internal exhaust gas recirculation amount is limited. And a control means for driving and controlling the variable valve mechanism.

Before cross section for the diagnosis that there is a failure in the metering valve when the difference between the target opening and the actual opening of the metering valve which is set based on the engine operating state is the predetermined value or more The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4.