JP6027516B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、2つの制御対象の干渉を抑制する技術に関する。
特許文献1には、吸気バルブの閉時期を変更する可変動弁機構と、ピストンの上死点位置を変更して圧縮比を変更する圧縮比可変機構と、を備えた内燃機関において、内燃機関の起動時に、圧縮比可変機構により圧縮比をアイドリング時相当の高圧縮比に維持したまま、可変動弁機構によりクランキングの初期は吸気バルブの閉時期を下死点から離れた時期に設定し、クランキング開始後に吸気バルブの閉時期を下死点に近づける、制御装置が開示されている。
特開2002−276446号公報
内燃機関が、例えば、ピストンの上死点位置を変更して圧縮比を変更する圧縮比可変機構と、機関バルブのバルブタイミングを変更する可変動弁機構とを備える場合、これらを制御する制御装置は、ピストンと機関バルブとの干渉を避けるように一方の機構の制御量に応じて他方の機構の制御量の指示値(目標値)を制限する処理を行う場合があった。
ここで、指示値を出力するメイン制御装置と、前記指示値に応じて制御を実施するサブ制御装置とで制御装置が構成され、メイン制御装置からサブ制御装置への指示値の出力をRAMやバッファなどの記憶装置を介して行う場合、前記記憶装置の故障が検知される前にサブ制御装置が記憶装置上の誤った指示値に基づいて制御を実施してしまうことで、ピストンと機関バルブとの干渉を発生させてしまう可能性があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、制御装置間での信号送信に用いる記憶装置の故障などによって2つの制御対象の干渉が発生することを抑制できる、内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
そのため、本願発明は、第1制御対象の制御量及び第2制御対象の制御量を指示するメイン制御装置と、前記メイン制御装置の指示に応じて前記第1制御対象を制御する第1サブ制御装置と、前記メイン制御装置の指示に応じて前記第2制御対象を制御する第2サブ制御装置と、を含み、前記メイン制御装置は、前記第2制御対象の制御量に応じて前記第1制御対象の制御量の指示範囲を変更し、前記第1サブ制御装置は、前記第2制御対象の制御量に応じて前記第1制御対象の制御量の制御範囲を変更するようにした。
上記発明によると、制御量の指示を一時的に記憶する記憶装置に故障が発生した場合でも、誤った指示に応じて制御が実施されて第1制御対象と第2制御対象との干渉が発生することを抑制することができる。
本願発明の実施形態における内燃機関を示す図である。 本願発明の実施形態における内燃機関の制御システムの構成を示すブロック図である。 本願発明の実施形態における各制御装置での処理内容を示す機能ブロック図である。 本願発明の実施形態における各制御装置での処理内容を示す機能ブロック図である。 本願発明の実施形態における内燃機関の制御システムの構成を示すブロック図である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明に係る制御装置を適用する内燃機関の一例を示す図である。
図1に示す内燃機関10は、ピストン33の上死点位置を変更して圧縮比(機械圧縮比)を変更する圧縮比可変機構(VCR:Variable Compression Ratio)50と、吸気バルブ81のバルブタイミングを変更する可変動弁機構である可変バルブタイミング機構(VTC:Variable Timing Control)82と、を備えている。
圧縮比可変機構50は、クランクシャフト32とピストン33とを、ロアリンク11及びアッパリンク12で連結すると共に、コントロールリンク13でロアリンク11の移動を規制し、ピストン33の上死点位置を変更することで内燃機関10の圧縮比(機械圧縮比)を変更する機構である。
ロアリンク11は、左右の2部材に分割可能に構成され、略中央の連結孔でクランクシャフト32のクランクピン32bに取り付けられる。そして、ロアリンク11は、クランクピン32bを中心軸として回転する。
クランクシャフト32は、複数のジャーナル32aとクランクピン32bとを備える。ジャーナル32aは、シリンダブロック31及びラダーフレーム34によって回転自在に支持される。クランクピン32bは、ジャーナル32aから所定量偏心しており、ここにロアリンク11が回転自在に連結する。
ロアリンク11の一端は、連結ピン21を介してアッパリンク12に連結し、ロアリンク11の他端は、連結ピン22を介してコントロールリンク13に連結する。
アッパリンク12の下端は、連結ピン21を介してロアリンク11の一端に連結し、アッパリンク12の上端は、ピストンピン23を介してピストン33に連結する。
ピストン33は、燃焼圧力を受け、シリンダブロック31のシリンダ31a内を往復動する。
コントロールリンク13は、先端に設けた連結ピン22を介して、ロアリンク11に回動可能に連結し、コントロールリンク13の他端は、連結ピン24を介してコントロールシャフト25に対して偏心して連結し、コントロールリンク13は、連結ピン24を中心として揺動する。
コントロールシャフト25にはギヤが形成されており、ギヤがアクチュエータ51の回転軸52に設けられたピニオン53に噛合する。そして、アクチュエータ51によってコントロールシャフト25が回転させられ、連結ピン24が移動する。
係る圧縮比可変機構50では、アクチュエータ51を制御してコントロールシャフト25を回転させることでピストン33の上死点位置を変更し、内燃機関10の圧縮比(機械圧縮比)を変更する。
尚、圧縮比可変機構50は、ピストン33の上死点位置を変更することで内燃機関10の機械圧縮比を変更する公知の機構であり、詳細な構造は、図1に示したものに限定されない。
可変バルブタイミング機構82は、一例として、アクチュエータによってクランクシャフト32に対する吸気カムシャフト83の相対回転位相角を変更することで、吸気バルブ81の開期間を進角方向及び遅角方向に連続的に変化させる機構である。
内燃機関10は、筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置41を備える。
但し、燃料噴射装置を、吸気バルブ81上流側の吸気ポート内に燃料を噴射する装置とすることができ、また、内燃機関10は、筒内に燃料を直接噴射する装置と吸気ポート内に燃料を噴射する装置との双方を備えることができる。
上記の内燃機関10を制御する制御装置は、圧縮比可変機構50(第1制御対象)のアクチュエータを制御する第1サブ制御装置71と、可変バルブタイミング機構82(第2制御対象)のアクチュエータを制御する第2サブ制御装置72と、圧縮比可変機構50の制御量の目標値を演算して第1サブ制御装置71に出力すると共に可変バルブタイミング機構82の制御量の目標値を演算して第2サブ制御装置72に出力するメイン制御装置70とで構成される。
上記のメイン制御装置70、第1サブ制御装置71及び第2サブ制御装置72は、CPU、ROM、RAM、入出力インタフェースなどを備えたマイクロコンピュータを含んで構成される。
圧縮比可変機構50は、圧縮比可変機構50の制御量であるコントロールシャフト25の角度位置を検出する位置センサ(第1位置センサ)50aを備え、この位置センサ50aの信号(角度位置信号VCRacs)は、メイン制御装置70と第1サブ制御装置71とに入力される。
そして、第1サブ制御装置71は、メイン制御装置70から指示されたコントロールシャフト25の角度位置(目標圧縮比)VCRtgと位置センサ50aにより検出されるコントロールシャフト25の実際の角度位置(実圧縮比)VCRacsとに基づいてアクチュエータ51の操作量を算出して出力する、フィードバック制御を実施する。
また、可変バルブタイミング機構82は、可変バルブタイミング機構82の制御量であるクランクシャフト32に対する吸気カムシャフト83の相対回転位相角を検出する位相角センサ(第2位置センサ)82aを備え、この位相角センサ82aの信号(実位相角信号VTCacs)は、メイン制御装置70と第2サブ制御装置72とに入力される。
そして、第2制御装置72は、メイン制御装置70から指示された位相角(目標バルブタイミング)VTCtgと位相角センサ82aにより検出される実際の位相角(実バルブタイミング)VTCacsとに基づいて可変バルブタイミング機構82のアクチュエータの操作量を算出して出力する、フィードバック制御を実施する。
なお、位相角センサ82aは、例えば、クランクシャフト32の回転位置を検出するクランク角センサと、吸気カムシャフト83の回転位置を検出するカム角センサとで構成することができる。
この場合、メイン制御装置70及び第2サブ制御装置72は、クランク角センサの出力信号とカム角センサの出力信号との位相差に基づいて実位相角VTCacsを検出する構成とすることができる。
また、図2のブロック図に示したように、メイン制御装置70と第1サブ制御装置71とは相互に通信可能に構成されている。
そして、メイン制御装置70から第1サブ制御装置71に向けては、圧縮比可変機構50のコントロールシャフト25の角度位置の目標値VCRtg、可変バルブタイミング機構82における位相角の目標値VTCtg、位相角センサ82aの出力からメイン制御装置70で検出された可変バルブタイミング機構82の位相角(実位相角)VTCacmの信号が出力される。
第1サブ制御装置71からメイン制御装置70に向けては、位置センサ50aの出力から第1サブ制御装置71で検出された圧縮比可変機構50のコントロールシャフト25の実際の角度位置VCRac1の信号が出力される。
同様に、メイン制御装置70と第2サブ制御装置72とは相互に通信可能に構成されている。
そして、メイン制御装置70から第2サブ制御装置72に向けては、可変バルブタイミング機構82の位相角の目標値VTCtg、圧縮比可変機構50のコントロールシャフト25の角度位置の目標値VCRtg、位置センサ50aの出力からメイン制御装置70で検出された圧縮比可変機構50のコントロールシャフト25の実際の角度位置VCRacmの信号が出力される。
第2サブ制御装置71からメイン制御装置70に向けては、位相角センサ82aの出力から第2サブ制御装置71で検出された可変バルブタイミング機構82の位相角(実位相角)VTCac2の信号が出力される。
更に、第1サブ制御装置71と第2サブ制御装置72とは相互に通信可能に構成されている。
そして、第1サブ制御装置71から第2サブ制御装置72に向けては、位置センサ50aの出力から第1サブ制御装置71で検出された圧縮比可変機構50のコントロールシャフト25の実際の角度位置VCRac1の信号が出力される。
第2サブ制御装置72から第1サブ制御装置71に向けては、位相角センサ82aの出力から第2サブ制御装置72で検出された可変バルブタイミング機構82の位相角(実位相角)VTCac2の信号が出力される。
また、メイン制御装置70には、内燃機関10の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される。
上記の各種センサとして、内燃機関10には、機関負荷TPを検出する負荷センサ61、機関回転速度NEを検出する回転センサ62、内燃機関10の冷却水の温度(機関温度)TWを検出する水温センサ63などを設けてある。冷却水温度は、機関の温度を代表する状態量である。
負荷センサ61は、機関負荷を示す状態量として、例えば、吸気圧力(ブースト)、吸入空気量、スロットル開度などを検出する。
そして、メイン制御装置70は、各種センサの出力に基づいて内燃機関10の運転状態を検出し、検出した運転状態に基づいて圧縮比可変機構50のコントロールシャフト25の目標角度位置(目標圧縮比)VCRtg及び可変バルブタイミング機構82の目標位相角(目標バルブタイミング)VTCtgを演算する。
但し、目標角度位置VCRtg、目標位相角VTCtgの演算に用いる内燃機関10の状態量を、機関負荷、機関回転速度、冷却水温度(機関温度)に限定するものではない。
次に、メイン制御装置70における目標角度位置VCRtgの制限処理(圧縮比の指示範囲の変更処理)、及び、第1サブ制御装置71における目標角度位置VCRtgの制限処理(圧縮比の制御範囲の変更処理)を、図3の機能ブロック図に基づいて説明する。
図3において、メイン制御装置70は、セレクトハイ処理部70A、目標上限値演算部70B、目標値演算部70C、セレクトロー処理部70Dを備える。
セレクトハイ処理部70Aには、位相角センサ82aが出力する可変バルブタイミング機構82の実位相角VTCacsの信号と、第2サブ制御装置72から取得した可変バルブタイミング機構82の実位相角VTCac2の信号とが入力される。
そして、セレクトハイ処理部70Aは、これらの入力信号のうち吸気バルブ81のバルブタイミングの進角角度としてより大きな方を選択して制限処理用の位相角VTCavとして出力する。
可変バルブタイミング機構82により吸気バルブ81のバルブタイミングを進角すると、ピストン33の吸気上死点TDCにおける吸気バルブ81のバルブリフト量が大きくなってピストン33の冠面と吸気バルブ81の傘部との距離が近くなる。
従って、セレクトハイ処理部70Aは、実位相角VTCacsと実位相角VTCac2とのうち、吸気上死点TDCにおけるピストン33と吸気バルブ81との距離がより短くなり、干渉が発生し易くなる方の信号(実位相角VTCac)を選択することになる。
セレクトハイ処理部70Aから出力される制限処理用位相角VTCavの信号は目標上限値演算部70Bに出力される。
目標上限値演算部70Bは、入力した制限処理用位相角VTCavの条件でピストン33と吸気バルブ81との干渉を避けることができるピストン上死点位置の上限値VCRlimit(換言すれば、ピストン上死点位置が上がる方向におけるコントロールシャフト25の角度限界値)を演算する。
つまり、目標上限値演算部70Bは、そのときの位相角VTCavの条件における上限値VCRlimitを下回る範囲内でのピストン上死点位置の変更が、ピストン33と吸気バルブ81との干渉を発生することはないように上限値VCRlimitが設定される。
一方、目標値演算部70Cは、前述のように、内燃機関10の運転状態に基づいて圧縮比可変機構50のコントロールシャフト25の目標角度位置(目標圧縮比)VCRtgを演算する。
そして、セレクトロー処理部70Dは、目標上限値演算部70Bが演算した上限値VCRlimitと目標値演算部70Cが演算した目標角度位置VCRtgとを入力し、ピストン上死点位置(圧縮比)としてより低い方の値を選択して目標角度位置VCRtgmとして第1サブ制御装置71に出力する。
つまり、セレクトロー処理部70Dは、上限値VCRlimitよりもピストン上死点位置が高くならないように目標角度位置VCRtgmを制限するものである。
これにより、第1サブ制御装置71に対する圧縮比の指示範囲が、可変バルブタイミング機構82の実位相角に応じた上限値VCRlimitによって変更されることになる。
換言すれば、メイン制御装置70は、そのときの吸気バルブ81のバルブタイミングの条件において、ピストン33と吸気バルブ81との干渉が発生しないように、第1サブ制御装置71に出力する圧縮比の指示値を制限する。
第1サブ制御装置71は、セレクトハイ処理部71A、目標上限値演算部71B、セレクトロー処理部71Cを備える。
セレクトハイ処理部71Aには、位相角センサ82aが出力する可変バルブタイミング機構82の実位相角VTCacsの信号と、第2サブ制御装置72から取得した可変バルブタイミング機構82の実位相角VTCac2の信号と、後述するようにメイン制御装置70における制限処理後の目標位相角VTCtgmの信号とが入力される。
そして、セレクトハイ処理部71Aは、実位相角VTCacs、実位相角VTCac2、目標位相角VTCtgmのうちで、吸気バルブ81のバルブタイミングの進角角度としてより進角側の値を制限処理用位相角VTCavsとして出力する。
つまり、セレクトハイ処理部71Aは、実位相角VTCacs、実位相角VTCac2、目標位相角VTCtgmのうちで、吸気上死点でのピストン33と吸気バルブ81との距離がより短くなり、干渉がより発生し易くなる位相角(バルブタイミング)を選択することになる。
セレクトハイ処理部71Aから出力される制限処理用位相角VTCavsの信号は目標上限値演算部71Bに出力される。
目標上限値演算部71Bは、入力した制限処理用位相角VTCavsの条件でピストン33と吸気バルブ81との干渉を避けることができるピストン上死点位置の上限値VCRlimits、換言すれば、ピストン上死点位置が上がる方向におけるコントロールシャフト25の角度限界値を演算する。
セレクトロー処理部71Cは、メイン制御装置70のセレクトロー処理部70Dから出力される目標角度位置VCRtgm(上限値VCRlimitによる制限後の目標値)と、目標上限値演算部71Bから出力される上限値VCRlimitsとを入力する。
そして、セレクトロー処理部71Cは、目標角度位置VCRtgmと上限値VCRlimitsとのうちで、ピストン上死点位置としてより低くなる方を選択し、選択した信号を圧縮比可変機構50の制御に用いる最終的な目標角度位置VCRtgとして出力する。
つまり、第1サブ制御装置71では、可変バルブタイミング機構82の制御量(バルブタイミング)に応じた上限値VCRlimitによって、圧縮比可変機構50による圧縮比の制御範囲が変更されることになる。
第1サブ制御装置71は、セレクトロー処理部71Cから出力される目標角度位置VCRtgと位置センサ50aにより検出されるコントロールシャフト25の実角度位置VCRacsとを比較してアクチュエータ51の操作量を演算し、当該操作量をアクチュエータ51に出力することで、圧縮比可変機構50で可変とされる圧縮比を目標値に近づけるように制御する。
上記のように、圧縮比可変機構50の目標値は、メイン制御装置70においてそのときの吸気バルブ81のバルブタイミングに応じて制限されて第1サブ制御装置71に出力され、更に、第1サブ制御装置71においてもそのときの吸気バルブ81のバルブタイミングに応じて制限された後、圧縮比可変機構50の制御に用いられる。
以下では、図3の機能ブロック図に従って、メイン制御装置70における目標位相角VTCtgの制限処理(バルブタイミングの指示範囲の変更処理)、及び、第2サブ制御装置72における目標位相角VTCtgの制限処理(バルブタイミングの制御範囲の変更処理)を説明する。
メイン制御装置70は、圧縮比可変機構50の目標値演算のための機能ブロックと同様に、可変バルブタイミング機構82の目標値演算のためのセレクトハイ処理部70E、目標上限値演算部70F、目標値演算部70G、セレクトロー処理部70Hを備える。
セレクトハイ処理部70Eには、位置センサ50aが出力する圧縮比可変機構50のコントロールシャフト25の実角度位置VCRacsの信号と、第1サブ制御装置72から取得した圧縮比可変機構50のコントロールシャフト25の実角度位置VCRac1の信号とが入力される。
そして、セレクトハイ処理部70Eは、これらの入力信号のうちピストン33の上死点位置がより高い方の信号を選択して制限処理用の角度位置VCRhiとして出力する。
ピストン33の上死点位置が高くなるほど、吸気上死点におけるピストン33の冠面と吸気バルブ81の傘部との距離が近くなる。
従って、セレクトハイ処理部70Eは、実角度位置VCRacsと実角度位置VCRac1とのうち、吸気上死点TDCにおけるピストン33と吸気バルブ81との距離がより短くなり、干渉が発生し易くなる方の信号(実角度位置VCRac)を選択することになる。
セレクトハイ処理部70Eから出力される制限処理用の角度位置VCRhiの信号は目標上限値演算部70Fに出力される。
そして、目標上限値演算部70Fは、入力した制限処理用の角度位置VCRhiの条件でピストン33と吸気バルブ81との干渉を避けることができるバルブタイミングの進角限界値VTClimit、換言すれば、バルブタイミングの進角方向における位相角の限界値を演算する。
一方、目標値演算部70Gは、前述のように、内燃機関10の運転状態に基づいて可変バルブタイミング機構82による位相角(バルブタイミング進角量)の目標値VTCtgを演算する。
そして、セレクトロー処理部70Hは、目標上限値演算部70Gが演算した進角限界値VTClimitと目標値演算部70Gが演算した目標位相角VTCtgとを入力し、吸気バルブ81のバルブタイミングとしてより遅角側の信号を選択して目標位相角VTCtgmとして第2サブ制御装置72に出力する。
つまり、セレクトロー処理部70Hは、進角限界値VTClimitよりも吸気バルブ81のバルブタイミングが進角側にならないように目標位相角VTCtgmを制限し、制限処理後の目標位相角VTCtgmを第2サブ制御装置72に出力する。
換言すれば、メイン制御装置70は、そのときの圧縮比(ピストン上死点位置)の条件において、ピストン33と吸気バルブ81との干渉が発生しないように、第2サブ制御装置72に出力するバルブタイミング進角値の指示値を制限する。
一方、第2サブ制御装置72は、セレクトハイ処理部72A、目標上限値演算部72B、セレクトロー処理部72Cを備える。
セレクトハイ処理部72Aには、位置センサ50aが出力する圧縮比可変機構50のコントロールシャフト25の実角度位置VCRacsの信号と、第1サブ制御装置71から取得した圧縮比可変機構50のコントロールシャフト25の実角度位置VCRac1の信号と、メイン制御装置70における制限処理後の目標角度位置VCRtgmの信号(セレクトロー処理部70Dの出力信号)とが入力される。
そして、セレクトハイ処理部72Aは、実角度位置VCRacs、実角度位置VCRac1、目標角度位置VCRtgmのうちで、ピストン上死点位置としてより高い値を制限処理用の角度位置VCRhisとして出力する。
つまり、セレクトハイ処理部72Aは、実角度位置VCRacs、実角度位置VCRac1、目標角度位置VCRtgmのうちで、吸気上死点でのピストン33と吸気バルブ81との距離がより短くなり、干渉がより発生し易くなるコントロールシャフト25の角度位置(圧縮比)を選択することになる。
セレクトハイ処理部72Aから出力される制限処理用の角度位置VCRhisの信号は目標上限値演算部72Bに出力される。
目標上限値演算部72Bは、入力した制限処理用角度位置VCRhisの条件で吸気上死点でのピストン33と吸気バルブ81との干渉を避けることができるバルブタイミングの進角限界値VTClimitsを演算する。
セレクトロー処理部72Cは、メイン制御装置70のセレクトロー処理部70Hから出力される目標位相角VTCtgmと、目標上限値演算部72Bから出力される進角限界値VTClimitsとを入力する。
そして、セレクトロー処理部72Cは、目標位相角VTCtgmと進角限界値VTClimitsとのうちで、吸気バルブ81のバルブタイミングとしてより遅角側となる方を選択し、選択した信号を可変バルブタイミング機構82の制御に用いる最終的な目標位相角VTCtgとして出力する。
ここで、第2サブ制御装置72は、セレクトロー処理部72Cから出力される目標位相角VTCtgと、位相角センサ82aにより検出される可変バルブタイミング機構82の実位相角VTCacsとを比較して可変バルブタイミング機構82のアクチュエータの操作量を演算する。
そして、第2サブ制御装置72は、演算した操作量を可変バルブタイミング機構82のアクチュエータに出力することで、可変バルブタイミング機構82で可変とされる吸気バルブ81のバルブタイミングを目標値に近づけるように制御する。
上記のように、可変バルブタイミング機構82の目標値は、メイン制御装置70においてそのときのピストン上死点位置(圧縮比)に応じて制限されて第2サブ制御装置72に出力され、更に、第2サブ制御装置72においてもそのときのピストン上死点位置(圧縮比)に応じて制限された後、可変バルブタイミング機構82の制御に用いられる。
上記構成において、例えば、メイン制御装置70が算出した目標角度位置VCRtg、目標位相角VTCtgなどを一時的に記憶するRAMやバッファなどの記憶装置が故障し、記憶装置上の誤った目標角度位置VCRtg、目標位相角VTCtgがサブ制御装置71,72に出力される場合がある。
しかし、サブ制御装置71,72では、吸気上死点でのピストン33と吸気バルブ81との干渉を避けることができる値に目標角度位置VCRtg、目標位相角VTCtgを制限する処理を施してから制御に用いるので、記憶装置の故障による干渉の発生を抑制できる。
また、メイン制御装置70が直接入力する位置センサ50a,位相角センサ82aの信号VCRacs,VTCacsと、サブ制御装置71,72から取得した実角度位置VCRac1,実位相角VTCac2とのセレクトハイ処理(干渉が発生し易い方の検出値(計測値)を選択する処理)がセレクトハイ処理部70A,70Eで実施され、その結果に基づいて目標上限値演算部70B,70Fで上限値(ピストン上死点位置の上限値、吸気バルブ81のバルブタイミングの進角限界値)が設定される。
従って、サブ制御装置71,72がメイン制御装置70に出力する実角度位置VCRac1、実位相角VTCac2を一時的に記憶する記憶装置が故障した場合でも、ピストン33と吸気バルブ81との干渉を抑制できる目標値の制限処理を実施できる。
更に、サブ制御装置71,72が直接入力する位置センサ50a、位相角センサ82aの信号と、サブ制御装置71,72が相互に他方から入力する実角度位置VCRac1,実位相角VTCac2のセレクトハイ処理(干渉が発生し易い方の検出値(計測値)を選択する処理)がセレクトハイ処理部71A,72Aで実施され、その結果に基づいて目標上限値演算部71B,72Bで上限値(ピストン位置上限値、バルブタイミング進角限界値)が設定される。
従って、サブ制御装置71,72の間で実角度位置VCRac1、実位相角VTCac2の通信に用いる記憶装置が故障した場合でも、ピストン33と吸気バルブ81との干渉を抑制できる目標値の制限処理を実施できる。
また、サブ制御装置71,72のセレクトハイ処理部71A,72Aにおけるセレクトハイ処理では、実角度位置VCRac,実位相角VTCac(制御量の検出値)と共に目標角度位置VCRtg,目標位相角VTCtg(目標値)を比較対象とする。
これにより、位置センサ50a,位相角センサ82aが故障した場合でもピストン33と吸気バルブ81との干渉を抑制できる目標値の制限処理を実施でき、また、実際のピストン上死点位置や実際のバルブタイミングが目標値に向けて近づきつつあるときに制限処理の応答遅れによって干渉が発生してしまうことを抑制できる。
そして、上記のようにして記憶装置やセンサの故障が発生してもピストン33と吸気バルブ81との干渉を抑制できれば、記憶装置の故障発生などに備えて予めピストン上死点位置を低く制限し、また、吸気バルブ81のバルブタイミングの進角量を小さく制限しておく必要性が低下する。
これにより、記憶装置やセンサの正常状態における圧縮比の可変範囲及び吸気バルブ81のバルブタイミングの可変範囲を可及的に広く設定でき、以って、内燃機関10の性能を向上させることができる。
なお、RAMやバッファなどの記憶装置については、メイン制御装置70やサブ制御装置71,72によって書き込み診断や読み出し診断などの診断が行われ、係る診断で記憶装置の故障が診断された場合、サブ制御装置71,72は、所定のフェイルセーフモードで圧縮比可変機構50、可変バルブタイミング機構82を制御する。
そして、RAMやバッファなどの記憶装置の故障が発生してから係る故障発生が診断されるまでの間においては、上記に説明したメイン制御装置70及びサブ制御装置71,72における目標値の制限処理によってフェイルセーフが実施され、ピストン33と吸気バルブ81との干渉が抑制される。
図3に示した構成において、位置センサ50a、位相角センサ82aをそれぞれ2重に設け、サブ制御装置71,72及びメイン制御装置70のハイセレクト処理部71A,72A,70A,70Eに2重に設けたセンサの信号をそれぞれ入力させることができ、更に、2重に設けたセンサの出力についてより干渉が発生し易い側の検出信号を選択させる選択処理を行い、係る選択処理で選択したセンサ出力をハイセレクト処理部71A,72A,70A,70Eに出力させる構成とすることができる。
また、図3の機能ブロック図に示した構成では、メイン制御装置70が算出した目標角度位置VCRtgm及び目標位相角VTCtgmを、サブ制御装置71,72のセレクトハイ処理部71A,72A及びセレクトロー処理部71C,72Cの双方に出力するが、図4に示した構成によって、セレクトロー処理部71C,72Cに入力させる制御用目標値とセレクトハイ処理部71A,72Aに入力させる制限用目標値とを異なる値に設定することができる。
図4の機能ブロック図は、図3の機能ブロック図に対して、メイン制御装置70に制御/制限用目標値演算部70J、70Kを追加した点が異なり、図3に示したブロックと同一のブロックについては同一符号を付して詳細な説明を省略する。
制御/制限用目標値演算部70Jは、セレクトロー処理部70Dから出力される目標角度位置VCRtgmを入力し、更に、位置センサ50aが出力する圧縮比可変機構50のコントロールシャフト25の実角度位置VCRacsの信号と、第1サブ制御装置71から取得した圧縮比可変機構50のコントロールシャフト25の実角度位置VCRac1の信号とを入力する。
そして、制御/制限用目標値演算部70Jは、目標角度位置VCRtgm、及び、実角度位置VCRacsと実角度位置VCRac1との偏差に応じて制御用目標値VCRtgc及び制限用目標値VCRtglを設定し、制御用目標値VCRtgcを第1サブ制御装置71のセレクトロー処理部71Cに出力し、制限用目標値VCRtglを第2サブ制御装置72のセレクトハイ処理部72Aに出力する。
制御/制限用目標値演算部70Jは、実角度位置VCRacsと実角度位置VCRac1とのいずれが圧縮比(ピストン上死点位置)の高い側であるかを判別し、実角度位置VCRacsが圧縮比としてより高い(実角度位置VCRacs>実角度位置VCRac1)場合には、制御用目標値VCRtgcを、制御用目標値VCRtgc=目標角度位置VCRtgm−検出偏差ΔVCRac(ΔVCRac=実角度位置VCRacs−実角度位置VCRac1)とし、制限用目標値VCRtglを、制限用目標値VCRtgl=目標角度位置VCRtgmとする。
一方、実角度位置VCRac1が圧縮比としてより高い(実角度位置VCRacs<実角度位置VCRac1)場合、制御/制限用目標値演算部70Jは、制御用目標値VCRtgcを、制御用目標値VCRtgc=目標角度位置VCRtgm−検出偏差ΔVCRacとし、制限用目標値VCRtglを、制限用目標値VCRtgl=目標角度位置VCRtgm−検出偏差ΔVCRacとする。
同様に、制御/制限用目標値演算部70Kは、セレクトロー処理部70Hから出力される目標位相角VTCtgmを入力し、更に、位相角センサ82aが出力する可変バルブタイミング機構82の実位相角VTCacsの信号と、第2サブ制御装置72から取得した可変バルブタイミング機構82の実位相角VTCac2の信号とを入力する。
そして、制御/制限用目標値演算部70Kは、目標位相角VTCtgm、及び、実位相角VTCacsと実位相角VTCac2との偏差に応じて制御用目標値VTCtgc及び制限用目標値VTCtglを設定し、制御用目標値VTCtgcを第2サブ制御装置72のセレクトロー処理部72Cに出力し、制限用目標値VTCtglを第1サブ制御装置71のセレクトハイ処理部71Aに出力する。
制御/制限用目標値演算部70Kは、実位相角VTCacsと実位相角VTCac2とのいずれが吸気バルブ81のバルブタイミングとして進角側であるかを判別し、実位相角VTCacsがバルブタイミングとしてより進角側である(実位相角VTCacs>実位相角VTCac2)場合には、制御用目標値VTCtgcを、制御用目標値VTCtgc=目標位相角VTCtgm−検出偏差ΔVTCac(ΔVTCac=実位相角VTCacs−実位相角VTCac2)とし、制限用目標値VTCtglを、制限用目標値VTCtgl=目標位相角VTCtgmとする。
一方、実位相角VTCac2が吸気バルブ81のバルブタイミングとしてより進角側である(実位相角VTCacs<実位相角VTCac2)場合、制御/制限用目標値演算部70Kは、制御用目標値VTCtgcを、制御用目標値VTRtgc=目標位相角VTCtgm−検出偏差ΔVTCacとし、制限用目標値VTCtglを、制限用目標値VTCtgl=目標位相角VTCtgm−検出偏差ΔVTCacとする。
メイン制御装置70及び第1サブ制御装置71は、圧縮比可変機構50の制御量であるコントロールシャフト25の角度位置を検出する位置センサ50aからの信号を入力するが、センサ出力信号のA/D変換処理のばらつきなどによって、メイン制御装置70が認識する実角度位置VCRacsと、第1サブ制御装置71が認識する実角度位置VCRac1とに偏差が生じることがある。
ここで、第1サブ制御装置71は、メイン制御装置70が指示する目標角度位置VCRtgに実角度位置VCRac1を近づけるように圧縮比可変機構50のアクチュエータ51を制御するから、メイン制御装置70が認識する実角度位置VCRacsと、第1サブ制御装置71が認識する実角度位置VCRac1とに偏差があると、メイン制御装置70は目標角度位置VCRtgに見合った実角度位置に圧縮比可変機構50が制御されていないと判断する可能性がある。
そこで、図4のブロック図に示した構成では、メイン制御装置70は、第1サブ制御装置71に指示する目標角度位置VCRtgmを、メイン制御装置70が認識する実角度位置VCRacsと第1サブ制御装置71が認識する実角度位置VCRac1とに偏差分だけ修正する。
これにより、メイン制御装置70は、目標角度位置VCRtgに見合った実角度位置に圧縮比可変機構50が制御されていることを正しく判断できるようになる。
一方、干渉抑制のための目標値の制限処理において、認識レベルの偏差分だけ修正された目標角度位置VCRtgmを用いると、実角度位置VCRacs>実角度位置VCRac1である場合には、目標角度位置VCRtgmを圧縮比の減少方向に修正することになり、これは、干渉を発生させ易くする方向への修正となってしまう。
そこで、図4のブロック図に示した構成においてメイン制御装置70は、実角度位置VCRacs>実角度位置VCRac1である場合の制限用目標値VCRtglを、制限用目標値VCRtgl=目標角度位置VCRtgmとすることで、認識レベルの偏差分に対応する目標値の修正処理によって干渉を発生させてしまうことを抑制する。
同様に、メイン制御装置70と第2サブ制御装置72との間では、第2サブ制御装置72に指示する目標位相角VTCtgmを、メイン制御装置70が認識する実位相角VTCacsと第2サブ制御装置72が認識する実位相角VTCac2との偏差分だけ修正することで、メイン制御装置70が、目標位相角VTCtgに見合った実位相角(バルブタイミング)に可変バルブタイミング機構82が制御されていることを正しく判断できるようにしている。
また、実位相角VTCacs>実位相角VTRac2である場合の制限用目標値VTCtglを、制限用目標値VTRtgl=目標位相角VTCtgmとすることで、認識レベルの偏差分に対応する目標値の修正処理によって干渉を発生させてしまうことを抑制する。
従って、図4に示した制御/制限用目標値演算部70J、70Kとしての機能をメイン制御装置70が備えることで、メイン制御装置70は、サブ制御装置71,72に指示した目標に見合った制御量になっているか否かを精度良く判断しつつ、ピストン33と吸気バルブ81との干渉の発生を抑制できる。
なお、実角度位置VCRacsと実角度位置VCRac1との偏差が閾値を超えるようになった場合、メイン制御装置70と第1サブ制御装置71との少なくとも一方が圧縮比可変機構50を安全側に導くフェイルセーフ処理を実行する構成とすることができ、また、実位相角VTCacsと実位相角VTCac2との偏差が閾値を超えるようになった場合、メイン制御装置70と第2サブ制御装置72との少なくとも一方が可変バルブタイミング機構82を安全側に導くフェイルセーフ処理を実行する構成とすることができる。
メイン制御装置70が実施するフェイルセーフ処理は、例えば、サブ制御装置71,72に指示する目標値をフェイルセーフ用目標値に固定する処理などである。
また、サブ制御装置71,72が実施するフェイルセーフ処理は、例えば、圧縮比可変機構50、可変バルブタイミング機構82のアクチュエータに出力する操作量をフェイルセーフ用操作量に固定する処理などであり、フェイルセーフ用操作量にはアクチュエータの作動を停止させる操作量が含まれる。
更に、可変バルブタイミング機構82のアクチュエータへの電源供給を遮断する処理を、メイン制御装置70とサブ制御装置71,72との少なくとも一方が実施する構成とすることができる。
また、図5に示すように、圧縮比可変機構50のコントロールシャフト25の実角度位置VCRacsを検出する位置センサ50aを2重に設け、一方の位置センサ50a(1)の出力を第1サブ制御装置71に入力させ、他方の位置センサ50a(2)の出力をメイン制御装置70に入力させることができる。
同様に、可変バルブタイミング機構82による実位相角(実変換角)VTCacsを検出する位相角センサ82aを2重に設け、一方の位相角センサ82a(1)の出力を第2サブ制御装置72に入力させ、他方の位相角センサ82a(2)の出力をメイン制御装置70に入力させる構成とすることができる。
ここで、相互に分解能の異なるセンサを2重に設ける構成とすることができ、例えば、メイン制御装置70に接続されるセンサに比べてサブ制御装置70に接続されるセンサの分解能をより高く設定する構成とし、図4に示したようにメイン制御装置70に制御/制限用目標値演算部70J、70Kを設けることができる。
係るセンサを2重に備える構成におけるセンサの故障は、センサ間における検出値の違いに基づいて診断できるが、前述のようにメイン制御装置70とサブ制御装置71,72との間におけるA/D変換処理のばらつきによってセンサ間で検出値に差が生じ、更に、分解能が異なるセンサを組み合わせて用いる場合には分解能の差分によって検出値に差が生じる。
そこで、センサ間における検出値の差と比較する故障判定用の閾値を、A/D変換処理などのばらつき分と分解能の差分との総和に応じて設定し、センサ間における検出値の差が故障判定用の閾値を超えたときにセンサ故障の発生を判定することができる。
また、2重に設けたセンサのいずれが故障しているかによって異なるフェイルセーフ処理を実施させることができる。ここで、例えば、圧縮比可変機構50、可変バルブタイミング機構82の制御量の可変範囲を規定する機械的ストッパ位置(基準位置)に制御したときのセンサ出力を学習させ、係る学習値の時系列的変化に基づいて故障センサを特定することができる。
そして、メイン制御装置70に接続されるセンサである位置センサ50a(2)、位相角センサ82a(2)と、サブ制御装置71,72に接続されるセンサである位置センサ50a(1)、位相角センサ82a(1)とのうち、メイン制御装置70に接続されるセンサが故障したことが検出された場合、サブ制御装置71,72は、位置センサ50a(1)、位相角センサ82a(1)の出力に基づいて圧縮比可変機構50、可変バルブタイミング機構82の制御を継続することができる。
一方、サブ制御装置71,72に接続されるセンサが故障した場合、サブ制御装置71,72は、メイン制御装置70から送られる検出値に基づき圧縮比可変機構50、可変バルブタイミング機構82の制御を継続することができる。
但し、メイン制御装置70とサブ制御装置71,72との間で通信に要する時間のために検出値の更新が遅れ、制御量のオーバーシュートが発生するなどの制御性が低下する可能性がある。
そこで、サブ制御装置71,72に接続されるセンサが故障した場合には、圧縮比可変機構50で可変とされる圧縮比、可変バルブタイミング機構82で可変とされるバルブタイミングをフェイルセーフ用の固定目標値に制御したり、検出値の更新遅れがあってもオーバーシュートを十分に抑えることができるようにゲインを低下させてフィードバック制御を継続させたりすることができる。
以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
前述の実施形態では、圧縮比可変機構50及び可変バルブタイミング機構82を備えた内燃機関10におけるピストン33と吸気バルブ81との干渉を抑制するための制御を示したが、排気バルブ91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を備える場合、前述の実施形態と同様な処理を行うことで、ピストン33と排気バルブ91との干渉を抑制することができることは明らかである。
なお、排気バルブ91のバルブタイミングを可変とする場合、バルブタイミングを遅角する方向が、上死点における排気バルブ91とピストン33との距離を近づけ干渉が発生し易くなる方向となる。
また、前述の実施形態では、圧縮比可変機構50及び可変バルブタイミング機構82の双方について、メイン制御装置70における目標値の制限処理及びサブ制御装置71,72における目標値の制限処理を実施する構成としたが、圧縮比可変機構50と可変バルブタイミング機構82とのいずれか一方で、メイン制御装置70における目標値の制限処理及びサブ制御装置71,72における目標値の制限処理を実施する構成とすることができる。
また、可変動弁機構は可変バルブタイミング機構82に限定されず、吸気バルブ81又は排気バルブ91の開期間(作動角)を可変とする可変作動角機構や、可変バルブタイミング機構82と可変作動角機構との組み合わせとすることができ、更に、可変動弁機構として、電磁石などのアクチュエータによって吸気バルブ81を開閉駆動する電磁バルブ駆動機構とすることができ、これらの可変動弁機構においても上記と同様な処理を実施することで、同様な作用効果が得られることは明らかである。
また、第1制御対象と第2制御対象との組み合わせは、圧縮比可変機構50と可変動弁機構(可変バルブタイミング機構82)との組み合わせに限定されず、例えば、可変動弁機構同士の組み合わせである可変バルブタイミング機構と可変作動角機構との組み合わせにおいて、可変バルブタイミング機構と可変作動角機構とを同時に作動させるときに、過渡的に機関バルブの開時期や閉時期が目標から過剰にずれてしまうことを抑制するための処理に適用できる。
また、メイン制御装置70、第1サブ制御装置71、第2サブ制御装置72がコントローラー・エリア・ネットワーク(Controller Area Network)を介して接続され、メイン制御装置70、第1サブ制御装置71、第2サブ制御装置72の間における制御量の検出値や目標値の送受信がCANバッファを介して行われる構成とすることができる。
また、メイン制御装置70、第1サブ制御装置71、第2サブ制御装置72を別体に設ける構成に限定されず、メイン制御装置70、第1サブ制御装置71、第2サブ制御装置72としての機能を備える1つのユニットで制御装置を構成することができる。
10…エンジン、33…ピストン、50…圧縮比可変機構(第1制御対象)、70…メイン制御装置、71…第1サブ制御装置、72…第2サブ制御装置、81…吸気バルブ、82…可変バルブタイミング機構(可変動弁機構、第2制御対象)

Claims (8)

  1. 第1制御対象の制御量及び第2制御対象の制御量を指示するメイン制御装置と、前記メイン制御装置の指示に応じて前記第1制御対象を制御する第1サブ制御装置と、前記メイン制御装置の指示に応じて前記第2制御対象を制御する第2サブ制御装置と、を含み、
    前記メイン制御装置は、前記第2制御対象の制御量に応じて前記第1制御対象の制御量の指示範囲を変更し、前記第1サブ制御装置は、前記第2制御対象の制御量に応じて前記第1制御対象の制御量の制御範囲を変更する、内燃機関の制御装置。
  2. 前記メイン制御装置は、更に、前記第1制御対象の制御量に応じて前記第2制御対象の制御量の指示範囲を変更し、
    前記第2サブ制御装置は、前記第1制御対象の制御量に応じて前記第2制御対象の制御量の制御範囲を変更する、請求項1記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記第1サブ制御装置は、前記第2制御対象の制御量の計測値及び前記メイン制御装置による前記第2制御対象の制御量の指示値に応じて前記第1制御対象の制御量の制御範囲を変更し、
    前記第2サブ制御装置は、前記第1制御対象の制御量の計測値及び前記メイン制御装置による前記第1制御対象の制御量の指示値に応じて前記第2制御対象の制御量の制御範囲を変更する、請求項2記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記第1制御対象の制御量を計測する第1センサと、前記第2制御対象の制御量を計測する第2センサとを備え、前記第1サブ制御装置は前記第1センサの信号を入力し、前記第2サブ制御装置は前記第2センサの信号を入力し、
    前記メイン制御装置は、前記第1制御対象の制御量の計測値を前記第1センサ及び前記第1サブ制御装置から取得し、前記第2制御対象の制御量の計測値を前記第2センサ及び前記第2サブ制御装置から取得し、
    前記第1サブ制御装置と前記第2サブ制御装置との一方は、他方の制御対象の制御量の計測値を他方から取得する、請求項2又は3記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記メイン制御装置は、前記第1制御対象の制御量について取得した2つの計測値の偏差に応じて前記第1サブ制御装置と前記第2サブ制御装置とに出力する前記第1制御対象の制御量の指示値を変更し、また、
    前記メイン制御装置は、前記第2制御対象の制御量について取得した2つの計測値の偏差に応じて前記第1サブ制御装置と前記第2サブ制御装置とに出力する前記第2制御対象の制御量の指示値を変更する、請求項4記載の内燃機関の制御装置。
  6. 前記メイン制御装置、前記第1サブ制御装置及び前記第2制御装置は、同一の制御対象について取得した複数の制御量の信号のうち、制御量の可変範囲をより狭めることになる信号を選択する、請求項3から5のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置。
  7. 前記メイン制御装置、前記第1サブ制御装置及び前記第2制御装置は、前記制御量の指示値の限界値を変更し、変更される限界値に応じて指示値の可変範囲を制限する、請求項2から6のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置。
  8. 前記第1制御対象と前記第2制御対象との一方が前記内燃機関のピストンの上死点位置を変更して圧縮比を変更する圧縮比可変機構であり、他方が前記内燃機関のバルブタイミングを変更する可変動弁機構である、請求項1から7のいずれか1つに記載の内燃機関の制御装置。
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