JP6168087B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、吸気通路の流路断面積を調整するスロットルバルブと、内燃機関の吸気通路のうち前記スロットルバルブよりも下流側と排気通路とを連通させる排気環流通路、該排気環流通路を開閉する環流バルブ、および前記環流バルブを開駆動するアクチュエータを備える排気環流装置を備える内燃機関を制御対象とする内燃機関の制御装置に関する。
たとえば、特許文献１には、排気環流通路を開閉するＥＧＲバルブ（環流バルブ）として、排気通路からの圧力に抗して変位することで開弁するものが記載されている。この環流バルブを開弁させるアクチュエータは、吸気通路内の圧力に対する排気通路内の圧力の差圧に応じた力を生成することで、環流バルブを開弁させる。
特開２０００−１３６７６０号公報
ところで、内燃機関の燃料噴射を停止するフューエルカット処理中に、環流バルブを開弁した際に排気環流通路を介して吸気通路に流れる流体の流量に基づき、環流バルブを含む排気環流装置の異常を診断する手法が知られている。ただし、吸気通路の圧力に対する排気通路内の圧力の差圧は、フューエルカット処理中に特に大きくなる。このため、フューエルカット処理中に環流バルブを開弁させる要求が生じる場合には、環流バルブを開弁させるうえでアクチュエータに要求される力が大きくなることから、アクチュエータの体格が大型化するおそれがある。
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フューエルカット処理中に環流バルブを開弁する要求が生じるものにあって、環流バルブを開弁させるアクチュエータの体格が大型化することを抑制できるようにした内燃機関の制御装置を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。なお、特許請求の範囲に記載の各発明と下記解決手段との対応関係は以下となっている。すなわち、請求項１は、下記の３（１＋２＋３）に対応し、請求項２〜５は、下記の４〜７の発明特定事項を有する請求項１の従属項に対応する。
１．内燃機関の制御装置は、吸気通路の流路断面積を調整するスロットルバルブと、内燃機関の吸気通路のうち前記スロットルバルブよりも下流側と排気通路とを連通させる排気環流通路、該排気環流通路を開閉する環流バルブ、および前記環流バルブを開駆動するアクチュエータを備える排気環流装置と、前記内燃機関に供給される燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とし、前記環流バルブは、前記排気通路からの圧力に抗して変位することで開弁するバルブであり、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を停止するフューエルカット処理を実行するフューエルカット処理部と、前記フューエルカット処理が実行されているときに前記環流バルブを開弁させる開弁処理部と、前記開弁処理部が前記環流バルブを開弁するのに先立って、前記吸気通路のうち前記スロットルバルブよりも下流側の圧力を上昇させる圧力上昇処理を実行する圧力上昇処理部と、を備える。
上記構成では、フューエルカット処理部がフューエルカット処理を実行しているときに、開弁処理部が環流バルブを開弁する。ここで、フューエルカット処理が実行されているときには、スロットルバルブの下流の吸気通路内の圧力が特に低くなる傾向がある。そこで上記構成では、開弁処理部が環流バルブを開弁させるのに先立って、圧力上昇処理部が吸気通路のうちスロットルバルブよりも下流の圧力を上昇させる。このため、環流バルブが開弁する場合に吸気通路側から受ける圧力が、圧力上昇処理部による圧力を上昇させる処理がなされない場合と比較して上昇する。したがって、開弁処理部が環流バルブを開弁させるときに環流バルブに排気通路側の流体が加える圧力と吸気通路側の流体が加える圧力との差圧を低減することができる。したがって、上記構成では、フューエルカット処理中に環流バルブを開弁する要求が生じるものにあって、環流バルブを開弁させるアクチュエータの体格の大型化を抑制できる。
２．上記１記載の内燃機関の制御装置において、前記圧力上昇処理部は、前記開弁処理部が前記環流バルブを開弁するのに先立って、前記スロットルバルブの開口度を増大させるスロットル操作処理部を備える。
上記構成では、開弁処理部が環流バルブを開弁するのに先立って、スロットル操作処理部がスロットルバルブの開口度を増大させる。このため、スロットルバルブの開口度を増大させない場合と比較して、スロットルバルブによる絞り効果が低減されるため、吸気通路のうちスロットルバルブの下流の圧力を上昇させることができる。
３．上記２記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は、吸気バルブの特性を可変とするバルブ特性可変機構を備え、前記圧力上昇処理部は、前記開弁処理部が前記環流バルブを開弁するのに先立って、前記吸気通路内の圧力を所与とした場合に前記内燃機関の燃焼室に吸入される空気量が少なくなるように前記バルブ特性可変機構を操作するバルブ操作処理部を備える。
上記構成では、開弁処理部が環流バルブを開弁するのに先立って、スロットル操作処理部がスロットルバルブの開口度を増大させるのに加えて、吸気通路内の圧力を所与とした場合に燃焼室に吸入される空気量が少なくなるようにバルブ操作処理部がバルブ特性可変機構を操作する。このため、燃焼室内に吸入される空気量が過度に多くなることを抑制することができ、ひいてはスロットルバルブの開口度を増大させることによって内燃機関のクランク軸に生じるトルク（負荷トルク）が変化することを抑制することができる。
４．上記３記載の内燃機関の制御装置において、前記フューエルカット処理が実行されている場合、前記燃焼室に吸入される空気量の目標値を設定する目標空気量設定処理部と、前記目標空気量設定処理部によって設定される空気量となるように前記スロットルバルブを操作する空気量調整処理部と、を備え、前記スロットル操作処理部は、前記空気量調整処理部を備える。
上記構成では、目標空気量設定処理部を備えるため、吸気通路内の圧力を所与とした場合に燃焼室に吸入される空気量が少なくなるようにバルブ操作処理部によってバルブ特性可変機構が操作されても、スロットル操作処理部は、燃焼室内の吸入される空気量が目標値になるようにスロットルバルブを操作する。したがって、内燃機関のクランク軸に生じるトルク（負荷トルク）を、目標値に応じたものとすることができる。
５．上記４記載の内燃機関の制御装置において、前記空気量調整処理部は、前記目標空気量設定処理部によって設定される目標値と前記バルブ操作処理部によって操作される前記吸気バルブの特性とに基づいて前記スロットルバルブを操作するものである。
バルブ操作処理部によって操作される吸気バルブの特性を用いれば、吸気通路内の圧力を所与とした場合に燃焼室に吸入される空気量を把握することができる。このため、上記構成では、吸気通路内の圧力を検出する専用のハードウェアによる検出値を用いることなく、燃焼室内に吸入される空気量を目標値とするためにスロットルバルブの開口度を適切に設定することができる。したがって、現在の吸気圧によってではなく、燃焼室内に吸入される空気量を目標値とする上で適切な吸気圧に基づき、スロットルバルブの開口度を設定することができる。
６．上記４または５記載の内燃機関の制御装置において、前記バルブ操作処理部は、前記開弁処理部が前記環流バルブを開弁するのに先立って、前記吸気バルブのバルブ特性を前記吸気通路内の圧力を所与とした場合に前記燃焼室に吸入される空気量が少なくなる所定の特性に操作するものであって且つ、前記吸気バルブの特性を前記所定の特性に徐々に変化させる。
上記構成では、バルブ操作処理部が吸気バルブのバルブ特性を上記所定の特性に徐々に変化させるため、内燃機関のクランク軸に生じるトルク（負荷トルク）に変動が生じることを抑制することができる。
７．上記１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記フューエルカット処理が実行されている期間において、前記開弁処理部が前記環流バルブを開弁することによって前記排気環流通路から前記吸気通路に流体が流れるか否かに基づき、前記排気環流装置の異常の有無を診断する異常診断処理部を備える。
環流バルブを開弁させたにもかかわらず排気環流通路から吸気通路へと流体が流れない場合、排気環流装置に異常があると考えられる。上記構成では、この点に鑑み、異常診断処理部を構成する。
第１の実施形態にかかる内燃機関の制御装置を備える機関システム構成図。 同実施形態にかかるバルブタイミング可変機構の構成を示す平面図。 （ａ）および（ｂ）は、同実施形態にかかる環流バルブの開閉動作を示す断面図。 同実施形態にかかるフューエルカット時のスロットルバルブの操作処理を示すブロック図。 同実施形態にかかるＥＧＲ装置の異常診断処理の手順を示す流れ図。 （ａ）および（ｂ）は、フューエルカット時におけるバルブタイミングを示すタイムチャート。 第２の実施形態にかかるバルブ作用角可変機構の構成を示す側面図。 （ａ）および（ｂ）は、フューエルカット時における作用角を示すタイムチャート。
＜第１の実施形態＞
以下、内燃機関の制御装置にかかる第１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１２には、吸気通路１２の流路断面積を調整するスロットルバルブ１４が配置されている。また、スロットルバルブ１４の下流には、燃料噴射弁１６が設けられている。燃料噴射弁１６によって噴射された燃料とスロットルバルブ１４側から吸入された空気との混合気は、吸気バルブ１８の開弁動作に伴って、シリンダ２０およびピストン２２によって区画される燃焼室２４に吸入される。燃焼室２４には、点火プラグ２６が露出している。そして、燃焼室２４に吸入された混合気は、点火プラグ２６による火花放電によって燃焼に供される。そして、燃焼によって生じたエネルギは、ピストン２２の変位を通じて機関出力軸であるクランク軸２８の回転エネルギに変換される。なお、クランク軸２８には、車両の駆動輪が機械的に連結可能とされている。このため、クランク軸２８の動力は、駆動輪に伝達可能とされている。
燃焼室２４において燃焼に供された混合気は、排気バルブ３０の開弁動作によって、排気として排気通路３２に排出される。
上記吸気バルブ１８は、カム軸４０の回転動作に伴って開閉駆動される。吸気バルブ１８用のカム軸４０には、吸気バルブ１８の開閉時期、すなわちバルブタイミングを調整する油圧駆動式のバルブタイミング可変機構５０が設けられている。そして、クランク軸２８の回転力がタイミングチェーン４３からバルブタイミング可変機構５０に伝達され、バルブタイミング可変機構５０を介してカム軸４０に伝達される。そして、クランク軸２８の回転力がカム軸４０に伝達されると、カム軸４０に一体に設けられているカム４２の回転によって吸気バルブ１８が開閉駆動される。
図２を参照して上記バルブタイミング可変機構５０について説明する。
図２に示すように、バルブタイミング可変機構５０は、吸気バルブ１８用のカム軸４０と一体回転するベーンロータ５２と、クランク軸２８の回転に連動して回転する円筒形状のハウジングロータ５４とを備えている。ベーンロータ５２は、吸気バルブ１８用のカム軸４０に固定されるボス５２ａとボス５２ａから径方向外側に突出する複数（本実施形態では３つ）のベーン５２ｂとを有しており、ハウジングロータ５４の内部に配置されている。
ハウジングロータ５４には、径方向内側に突出する複数（本実施形態では３つ）の区画壁５５が設けられている。そして、周方向で互いに隣り合う区画壁５５同士の間に収容室５６が形成されている。収容室５６は、その内部に配置されるベーンロータ５２のベーン５２ｂによって２つの油圧室に区画されている。収容室５６におけるベーン５２ｂよりもカム軸４０の回転方向後側の油圧室は進角用の油圧室としての進角室５６ａであり、収容室５６におけるベーン５２ｂよりもカム軸回転方向前側の油圧室は遅角用の油圧室としての遅角室５６ｂである。
そして、バルブタイミング可変機構５０では、遅角室５６ｂに作動油が供給されるとともに進角室５６ａから作動油が排出されると、遅角室５６ｂの作動油圧が進角室５６ａの作動油圧よりも高くなり、ベーンロータ５２がハウジングロータ５４に対してカム軸４０の回転方向とは反対の方向（図２における左回り）に相対回転される。このようにハウジングロータ５４に対するベーンロータ５２の相対回転位相が変位すると、クランク軸２８に対する吸気バルブ１８のカム軸４０の相対回転位相が変化するため、吸気バルブ１８のバルブタイミングが遅角される。なお、以降の記載において、「クランク軸２８に対する吸気バルブ１８用のカム軸４０の相対回転位相」のことを、単に「相対回転位相」というものとする。
一方、進角室５６ａに作動油が供給されるとともに遅角室５６ｂから作動油が排出されると、進角室５６ａの作動油圧が遅角室５６ｂの作動油圧よりも高くなり、ベーンロータ５２がハウジングロータ５４に対してカム軸回転方向（図２における右回り）に相対回転される。このように相対回転位相が変位した場合、吸気バルブ１８のバルブタイミングが進角される。
図２に示すように、バルブタイミング可変機構５０は、中間ロック機構６０を備えている。中間ロック機構６０は、相対回転位相を最遅角位相と最進角位相との間に設定されている中間位相で保持する機構である。なお、最遅角位相とは、吸気バルブ１８のバルブタイミングが最も遅角されているときの相対回転位相であり、最進角位相とは、吸気バルブ１８のバルブタイミングが最も進角されているときの相対回転位相である。相対回転位相が中間位相に保持された状態では、吸気バルブ１８のバルブタイミングが最遅角時期と最進角時期との間の中間時期に保持された状態となる。本実施形態では、相対回転位相が中間位相に保持された状態が、内燃機関１０のアイドル運転時に適した時期となっており、アイドル運転時には、原則、相対回転位相が中間位相に保持される。
図１に戻り、内燃機関１０は、吸気通路１２と排気通路３２とを接続する排気環流通路７０と、排気環流通路７０を開閉する環流バルブ７２と、環流バルブ７２を開駆動するバルブアクチュエータ７４とを備えている。
図３（ａ）に、環流バルブ７２が閉弁した状態を示し、図３（ｂ）に、環流バルブ７２が開弁した状態を示す。図３に示すように、環流バルブ７２には排気環流通路７０のうち排気側の圧力Ｐｅが及ぼされており、この圧力Ｐｅに抗して排気環流通路７０のうち吸気通路１２側から排気通路３２側に変位することで環流バルブ７２が開弁する。ちなみに、環流バルブ７２は、図１に示したバルブアクチュエータ７４に電力が供給されることで開弁し、バルブアクチュエータ７４がオフ状態にあると閉弁状態となるノーマリークローズタイプのものである。なお、環流バルブ７２には、バネ等の弾性部材によって閉弁方向の力を及ぼされているものとすることが望ましい。
図１に示すＥＣＵ８０は、内燃機関１０を制御対象とする制御装置である。ＥＣＵ８０は、アクセルペダル８２の操作量を検出するアクセルセンサ８４の検出値や、クランク角センサ９０によって検出される回転速度ＮＥ、水温センサ９２によって検出される冷却水温ＴＨＷを取り込む。またＥＣＵ８０は、エアフローメータ９４によって検出される吸入空気量ＧＡ、外気圧センサ９６によって検出される外気圧ＰＡ、吸気圧センサ９８によって検出される吸気通路１２のうちスロットルバルブ１４の下流の吸気圧ＰＩを取り込む。そして、ＥＣＵ８０は、これら各種検出値に基づき、スロットルバルブ１４や、燃料噴射弁１６、点火プラグ２６、バルブタイミング可変機構５０、バルブアクチュエータ７４等の各種アクチュエータに操作信号ＭＳ１〜ＭＳ５等を送信することで、これら各種アクチュエータを操作する。
特に、ＥＣＵ８０は、燃料噴射弁１６からの燃料噴射を停止するフューエルカット処理時において、スロットルバルブ１４の開口度ＴＡを操作する処理を実行する。
図４に、フューエルカット処理時におけるスロットルバルブ１４の操作処理を示す。この処理は、ＥＣＵ８０によって実現される。
目標空気量設定処理部Ｍ１０は、冷却水温ＴＨＷおよび回転速度ＮＥに基づき、燃焼室２４に吸入される空気量の目標値である目標空気量ＫＬ０＊を設定する。目標空気量設定処理部Ｍ１０は、たとえば内燃機関１０がクランク軸２８を介して駆動輪に与えるエンジンブレーキの要求や、燃焼室２４内の圧力の要求に応じて目標空気量ＫＬ０＊を設定する。これは、冷却水温ＴＨＷおよび回転速度ＮＥと目標空気量ＫＬ０＊との関係を予め適合して記憶しておくことで実現することができる。ちなみに、燃焼室２４内の圧力の要求とは、燃焼室２４内の圧力が過度に低くなると、ピストン２２のピストンリングとシリンダ２０内壁面との間を介して燃焼室２４側に流入するオイル量が増加することから、こうした事態を抑制する要求である。
吸気圧算出処理部Ｍ１２は、目標空気量ＫＬ０＊と、回転速度ＮＥと、吸気バルブ１８の開弁タイミング（吸気ＶＶＴ）とに基づき、目標吸気圧ＰＭ０＊を算出する。これは、燃焼室２４に吸入される空気量、回転速度ＮＥ、および吸気ＶＶＴと、吸気圧との関係を定めたマップを記憶装置に予め記憶しておくことで実現することができる。なお、このマップは、たとえば、燃焼室２４に吸入される空気量、回転速度ＮＥ、および吸気ＶＶＴを様々に設定した際の吸気圧を計測することで予め作成することができる。
上限ガード処理部Ｍ１４は、回転速度ＮＥおよび外気圧ＰＡに基づき、目標吸気圧ＰＭ０＊に上限ガード処理を施して目標吸気圧ＰＭ＊を算出する。この処理は、目標吸気圧ＰＭ０＊が上限値よりも大きい場合に、目標吸気圧ＰＭ＊を上限値とする処理である。上限値は、外気圧ＰＡ以下の値に設定される。これは、本実施形態では、過給機を備えないことを想定していることもあり、吸気圧が外気圧ＰＡを超えることがないと考えられるためである。なお、回転速度ＮＥに応じて上限値を定めているのは、吸気圧の取りうる最高圧が回転速度ＮＥに依存するからである。なお、上限値の設定処理は、回転速度ＮＥを様々に設定し、それら各回転速度ＮＥにおいてアクチュエータの操作量を様々に設定した場合の吸気圧の最高値を計測した計測結果に基づき、マップや関係式を作成して予め記憶しておくことで実現することができる。
空気量算出処理部Ｍ１６は、目標吸気圧ＰＭ＊、回転速度ＮＥ、および吸気ＶＶＴに基づき、目標空気量ＫＬ１＊を算出する。これは、吸気圧、回転速度、および吸気ＶＶＴと、燃焼室２４に吸入される空気量との関係を定めたマップを記憶装置に予め記憶しておくことで実現することができる。なお、このマップは、たとえば、吸気圧、回転速度、および吸気ＶＶＴを様々に設定した際に燃焼室２４に吸入される空気量を計測することで予め作成することができる。
空気流量算出処理部Ｍ１８は、目標空気量ＫＬ１＊に回転速度ＮＥを乗算し、流速係数Ｋｖを除算した値を、スロットルバルブ１４を通過する空気流量の目標値である目標空気量ＫＬ２＊として算出する。ここで、回転速度ＮＥを乗算するのは、回転速度ＮＥが高いほど単位時間当たりに燃焼室２４内に空気が吸入される吸入行程となる回数が多くなることに鑑みたものである。また、流速係数Ｋｖによって除算したのは、スロットルバルブ１４を通過する空気流量が、スロットルバルブ１４の前後差圧に依存し、この前後差圧が変動するためである。流速係数Ｋｖは、前後差圧による空気流量の変化にかかわらず、燃焼室２４に吸入される空気量を目標空気量ＫＬ０＊とするための演算パラメータであり、目標吸気圧ＰＭ＊および外気圧ＰＡに基づき設定される。
大気圧補正処理部Ｍ２０は、大気圧補正係数Ｋａに基づき、目標空気量ＫＬ２＊を補正してスロットルバルブ１４を通過する空気流量の最終的な目標値である目標空気量ＫＬ＊を算出する。ここで、大気圧補正係数Ｋａは、外気圧ＰＡに応じて可変設定されるパラメータである。
開口度設定処理部Ｍ２２は、目標空気量ＫＬ＊に基づき、スロットルバルブ１４の開口度ＴＡを算出する。開口度設定処理部Ｍ２２は、スロットルバルブ１４の前後差圧が基準差圧である場合のスロットルバルブ１４の開口度ＴＡとスロットルバルブ１４を通過する空気量との関係を定めたマップを備えて構成されている。このため、スロットルバルブ１４の前後差圧が基準値からずれる場合には、開口度設定処理部Ｍ２２に入力される目標空気量ＫＬ＊は、スロットルバルブ１４を実際に通過する空気量の指令値ではない。目標空気量ＫＬ＊は、スロットルバルブ１４の開口度ＴＡを適切な値に設定するための演算パラメータである。
上記算出された開口度ＴＡは、燃焼室２４に吸入される空気量を目標空気量ＫＬ０＊に制御するための開ループ操作量となっている。なお、ＥＣＵ８０は、算出された開口度ＴＡとなるように、スロットルバルブ１４に操作信号を送信してスロットルバルブ１４の開口度を操作する。
ＥＣＵ８０は、フューエルカット処理中においては、原則、吸気ＶＶＴをアイドル運転時の値に設定し、また、環流バルブ７２を閉弁状態に操作する。ただし、ＥＣＵ８０は、フューエルカット処理中において異常診断要求が生じると、排気環流通路７０、環流バルブ７２、およびバルブアクチュエータ７４を備える排気環流装置の異常診断処理を実行するために、環流バルブ７２を開弁させる。そして、環流バルブ７２を開弁させることに伴って、排気環流通路７０から吸気通路１２に流体が流入するか否かに基づき、排気環流装置の異常の有無を診断する。
図５に、異常診断処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ８０によって、たとえば所定の条件が成立することで繰り返し実行される。
図５に示す一連の処理において、ＥＣＵ８０は、まずフューエルカット処理中であるか否かを判断する（Ｓ１０）。なお、フューエルカット処理は、クランク軸２８の回転速度ＮＥが所定速度以上であること、およびアクセルペダル８２が解放されていることの論理積が真であることを条件に実行されるものである。
ＥＣＵ８０は、フューエルカット処理中であると判断する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、排気環流装置の異常診断要求があるか否かを判断する（Ｓ１２）。ここで、異常診断要求は、以下の各条件の論理積が真である場合に生じるものとする。
（ア）現在のトリップで未だ異常診断処理が実行されていないこと。
（イ）フューエルカット処理の開始から所定時間が経過していること。
（ウ）クランク軸２８の回転速度ＮＥの変動量が所定値以下であること。
（エ）内燃機関１０の負荷の変動量が所定値以下であること。なお、ここで負荷とは、たとえば吸入空気量とすればよい。
上記（イ）〜（エ）の条件は、内燃機関１０の状態が安定していることを示す条件である。これを異常診断要求が生じる条件とするのは、換言すれば、異常診断の実行条件とするのは、環流バルブ７２の開弁に伴って排気環流通路７０から吸気通路１２に流体が流入するか否かを高精度に検出するためのである。
ＥＣＵ８０は、異常診断要求が生じたと判断する場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、吸気ＶＶＴの目標値（目標吸気ＶＶＴ）を診断用ＶＶＴに徐々に変化させる徐変処理を実行する（Ｓ１４）。ここで、ＥＣＵ８０は、診断用ＶＶＴを、フューエルカット処理時における通常の吸気ＶＶＴと比較して、スロットルバルブ１４の下流における吸気通路１２内の圧力を所与とした場合に燃焼室２４に吸入される空気量が少なくなるタイミングとする。すなわち、上述したように、本実施形態では、フューエルカット処理中には、原則、アイドル運転時の吸気ＶＶＴに制御されるため、中間ロック機構６０によって固定される吸気ＶＶＴとされる。このため、診断用ＶＶＴは、中間ロック機構６０によって固定される吸気ＶＶＴよりも、スロットルバルブ１４の下流における吸気通路１２内の圧力を所与とした場合に燃焼室２４に吸入される空気量が少なくなるタイミングに予め設定されている。
診断用ＶＶＴの上記設定は、燃焼室２４に吸入される空気量が吸気ＶＶＴおよび吸気通路１２内の圧力に依存して変化し、特に、吸気通路１２内の圧力が高いほど多くなることに鑑みたものである。すなわち、本実施形態では、燃焼室２４内に吸入される空気量は目標空気量ＫＬ０＊に制御されるため、診断用ＶＶＴとすることで、フューエルカット処理時における通常の吸気ＶＶＴとする場合と比較して、吸気通路１２内の圧力が高くなるようにスロットルバルブ１４が操作されることとなる。
ＥＣＵ８０は、上記徐変処理を、実際の吸気ＶＶＴが診断用ＶＶＴに収束するまで実行する（Ｓ１６：ＮＯ）。そしてＥＣＵ８０は、収束したと判断する場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、バルブアクチュエータ７４に操作信号を出力することで環流バルブを開弁させる（Ｓ１８）。なお、ＥＣＵ８０は、実際の吸気ＶＶＴが診断用ＶＶＴとなった後、内燃機関１０の燃焼室２４への吸入空気量が過渡的に変動する期間が終わり吸入空気量が定常値となることで、収束したと判断することが望ましい。ちなみに、定常値となった旨の判断は、たとえば実際の吸気ＶＶＴが診断用ＶＶＴとなってから所定時間が経過したか否かの判断とすればよい。
ＥＣＵ８０は、環流バルブを開弁させると、排気環流通路７０から吸気通路１２へと流入する流体の流入量が所定値以上であるか否かを判断する（Ｓ２０）。具体的には、ＥＣＵ８０は、吸気圧センサ９８によって検出される吸気圧ＰＩの上昇量が所定の上昇量以上であるか否かを判断する。これは、排気環流通路７０から吸気通路１２へと流入する流体の流入量が所定値以上である場合、吸気圧ＰＩの上昇量が所定の上昇量以上となると考えられることに鑑みたものである。
そしてＥＣＵ８０は、所定値以上であると判断する場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、排気環流装置が正常であると診断する（Ｓ２２）。これに対し、ＥＣＵ８０は、所定値未満であると判断する場合（Ｓ２４：ＮＯ）、排気環流装置が異常であると診断する（Ｓ２４）。続いてＥＣＵ８０は、フェールセーフ処理を実行する（Ｓ２６）。具体的には、ＥＣＵ８０は、たとえば、警告灯を点灯させるなどして、ユーザに異常が生じた旨を報知する報知処理を実行すればよい。もっとも、これに限らず、ＥＣＵ８０は、たとえば、環流バルブ７２が開弁しないために排気特性を所定の特性に維持することが困難な動作点での内燃機関１０の運転を回避する処理を実行してもよい。なお、動作点とは、内燃機関１０の回転速度ＮＥおよび負荷にて定まるものである。
ＥＣＵ８０は、ステップＳ２２，Ｓ２６の処理が完了する場合や、ステップＳ１０，Ｓ１２の処理において否定判断する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
ＥＣＵ８０は、フューエルカット処理中に異常診断要求が生じると、吸気ＶＶＴを診断用ＶＶＴに徐変処理する。図６（ａ）に、異常診断処理の実行時における吸気バルブ１８のリフト量の推移（図中、ＩＮ）と、排気バルブ３０のリフト量の推移（図中、ＥＸ）とを示す。一方、図６（ｂ）は、フューエルカット処理中であって且つ、異常診断要求が生じていないときの吸気バルブ１８および排気バルブ３０のそれぞれのリフト量の推移を示す。
図６に示す例では、ＥＣＵ８０が、異常診断要求が生じることで、フューエルカット処理中であって異常診断処理を実行しないときと比較して吸気ＶＶＴを遅角側に設定する例を示している。すなわち、本実施形態では、アイドル運転時よりも吸気ＶＶＴを遅角側に設定することで、スロットルバルブ１４の下流における吸気通路１２内の圧力を所与とした場合に燃焼室２４に吸入される空気量が少なくなることを想定している。
実際の吸気ＶＶＴが診断用ＶＶＴとなると、ＥＣＵ８０は、図４に示す吸気圧算出処理部Ｍ１２および空気量算出処理部Ｍ１６の入力パラメータとしての吸気ＶＶＴを診断用ＶＶＴに設定する。このため、吸気ＶＶＴがアイドル運転時のタイミングとされる場合と比較して、開口度設定処理部Ｍ２２に入力される目標空気量ＫＬ＊が大きい値とされることから、開口度設定処理部Ｍ２２は、スロットルバルブ１４の開口度ＴＡを増大させる。これにより、スロットルバルブ１４の下流の吸気通路１２内の圧力が上昇するため、スロットルバルブ１４の下流の吸気通路１２内の圧力に対する排気通路３２内の圧力の差圧が低下する。
以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）ＥＣＵ８０は、排気環流装置の異常診断処理のために環流バルブ７２を開弁させるのに先立って、スロットルバルブよりも下流の吸気通路１２内の圧力を上昇させた。これにより、フューエルカット処理中に環流バルブ７２を開弁する要求が生じるものにあって、環流バルブ７２を開弁させるときに要求される力を低減することができることから、環流バルブ７２を開弁させるバルブアクチュエータ７４の体格の大型化を抑制できる。
（２）ＥＣＵ８０は、フューエルカット処理中において、燃焼室２４に吸入される空気量の目標値を設定し、実際の空気量が目標値になるようにスロットルバルブ１４の開口度ＴＡを操作する一方、吸気ＶＶＴを診断用ＶＶＴに変更した。このため、スロットルバルブよりも下流の吸気通路１２内の圧力を上昇させつつも、燃焼室２４に吸入される空気量を目標値に設定することができることから、内燃機関１０が駆動輪に付与する負のトルクであるブレーキ力（エンジンブレーキ）を、適切な値に維持することができる。
（３）ＥＣＵ８０は、スロットルバルブ１４の開口度ＴＡを設定するために利用する吸気圧として、図４に示したエアモデルから定まる目標吸気圧ＰＭ＊を用いた。これにより、現在の吸気通路１２内の状態ではなく、燃焼室２４に吸入される空気量の目標値にとって適切な吸気圧に基づき、スロットルバルブ１４の開口度ＴＡを設定することができる。
（４）ＥＣＵ８０は、吸気ＶＶＴを診断用ＶＶＴに徐々に変化させた。これにより、内燃機関１０が駆動輪に付与する負のトルクであるブレーキ力（エンジンブレーキ）の変動を抑制することができ、ひいてはドライバビリティの低下を抑制することができる。
＜第２の実施形態＞
以下、内燃機関の制御装置にかかる第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
本実施形態では、バルブ特性可変機構として、バルブタイミング可変機構５０に代えて、バルブ作用角可変機構１００を備える点で第１の実施形態とは相違する。
図７に、バルブ作用角可変機構１００の構成を示す。
図７に示すように、吸気バルブ１８の近傍にはラッシュアジャスタ１０４が設けられており、ラッシュアジャスタ１０４と吸気バルブ１８との間にはロッカアーム１０２が配設されている。ロッカアーム１０２の一端はラッシュアジャスタ１０４に支持されており、ロッカアーム１０２の他端は吸気バルブ１８の端部１８ａに当接されている。
また、ロッカアーム１０２とカム４２との間には、バルブ作用角可変機構１００が設けられている。バルブ作用角可変機構１００は、入力アーム１０６と出力アーム１０８とを有している。入力アーム１０６及び出力アーム１０８は、シリンダヘッドに固定されている支持パイプ１１０を中心に揺動可能に支持されている。ロッカアーム１０２は、バルブスプリング１１２からの付勢力によって出力アーム１０８側に付勢されており、ロッカアーム１０２の中間部分に設けられているローラ１０２ａが、出力アーム１０８の外周面に当接されている。
また、バルブ作用角可変機構１００の外周面には突起１１４が設けられており、突起１１４には、シリンダヘッド内に設けられているスプリング１１６からの付勢力が作用するようになっている。そして、このスプリング１１６からの付勢力により、入力アーム１０６の先端に設けられているローラ１１８がカム４２の外周面に当接している。これにより、機関運転中にカム軸４０が回転すると、バルブ作用角可変機構１００が支持パイプ１１０を中心に揺動する。そして、出力アーム１０８によってロッカアーム１０２が押圧されることにより、ラッシュアジャスタ１０４によって支持されている部分を支点としてロッカアーム１０２が揺動し、吸気バルブ１８が開閉動作するようになっている。
また、支持パイプ１１０の内側には、制御軸１２０が挿入されている。制御軸１２０は、支持パイプ１１０に対し、軸方向に移動可能となっている。そして、制御軸１２０が軸方向に変位すると、支持パイプ１１０を中心とした入力アーム１０６と出力アーム１０８との相対位相差、すなわち図７に示す角度θが変更される。ここで角度θが小さくなると、吸気バルブ１８の最大リフト量および開弁期間（作用角）がともに小さくなる。
ここで、制御軸１２０の軸方向の変位によって上記角度θが変更される構成は、たとえば以下のようにすればよい。すなわち、まず入力アーム１０６および出力アーム１０８は、いずれも中空部材であり、入力アーム１０６の内周面と出力アーム１０８の内周面とにはそれぞれ、互いに歯筋が逆向きのヘリカルスプラインが形成されている。そして、支持パイプ１１０の外周に、制御軸１２０と一体的に軸方向に回転して且つ、制御軸１２０に対して相対回転可能なスライダギアを取り付け、スライダギアと入力アーム１０６および出力アーム１０８のそれぞれの内周面に形成されているヘリカルスプラインとをかみ合わせる。これにより、制御軸１２０を軸方向に変位させることでスライダギアも軸方向に変位し、入力アーム１０６と出力アーム１０８とが逆方向に回転する。したがって、角度θを変更することができる。
そして本実施形態において、ＥＣＵ８０は、アイドル運転時には、制御軸１２０を所定の位置とすることで、吸気バルブ１８のバルブ作用角をアイドル運転時のものに固定する。また、ＥＣＵ８０は、フューエルカット処理中には、原則、バルブ作用角をアイドル運転時のものに制御する。ただし、異常診断要求が生じる場合、制御軸１２０の位置を変更して、スロットルバルブ１４の下流における吸気通路１２内の圧力を所与とした場合に燃焼室２４に吸入される空気量が少なくなるようにする。
図８（ａ）に、本実施形態にかかる異常診断処理の実行時のバルブ作用角を示し、図８（ｂ）に、フューエルカット処理中であって異常診断処理を実行しない場合のバルブ作用角を示す。本実施形態では、アイドル運転時のバルブ作用角よりもバルブ作用角を小さくすることで、スロットルバルブ１４の下流における吸気通路１２内の圧力を所与とした場合に燃焼室２４に吸入される空気量が少なくなることを想定している。このため、ＥＣＵ８０は、図８に示すように、異常診断処理を実行する場合には、バルブ作用角を小さくする。
なお、本実施形態では、図４の吸気圧算出処理部Ｍ１２は、目標空気量ＫＬ０＊、回転速度ＮＥ、およびバルブ作用角に基づき、目標吸気圧ＰＭ０＊を算出する。これは、たとえば、目標空気量ＫＬ０＊、回転速度ＮＥ、およびバルブ作用角と、目標吸気圧ＰＭ０＊との関係を定めたマップを予め記憶装置に記憶しておくことで実現することができる。また、空気量算出処理部Ｍ１６は、目標吸気圧ＰＭ＊、回転速度ＮＥ、およびバルブ作用角に基づき、目標空気量ＫＬ１＊を算出する。これは、たとえば、目標吸気圧ＰＭ＊、回転速度ＮＥ、およびバルブ作用角と、目標空気量ＫＬ１＊との関係を定めたマップを予め記憶装置に記憶しておくことで実現することができる。
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。以下において、「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と上記実施形態における事項との対応関係を符号等によって例示した部分があるが、これには、例示した対応関係に上記事項を限定する意図はない。
・「バルブタイミング可変機構について」
中間ロック機構６０を備えるものにかぎらない。中間ロック機構６０を備えない場合であっても、アイドル運転時におけるバルブタイミングがＥＣＵ８０によって設定されており、そのバルブタイミングよりも、吸気圧を所与とした場合に燃焼室２４に吸入される空気量が少なくなるバルブタイミングが存在するものであれば、図６（ａ）において狙った効果に準じた効果を奏することができる。
クランク軸２８の回転位相に対するカム軸４０の回転位相を変更する動力を油圧によって得る油圧駆動式のものに限らない。たとえば、モータによって得るものであってもよい。これはたとえば、遊星歯車機構を備え、遊星歯車機構のサンギア、リングギア、およびキャリアのそれぞれと、モータ、カム軸、およびクランク軸から動力を受け取るスプロケットとを１対１に対応付けて連結させることで実現できる。
・「バルブ作用角可変機構について」
図７に示したものに限らない。たとえば、カム軸４０からカムノーズまでの距離がカム軸４０の軸方向の一方から他方に進むにつれて漸増する形状を有したカムと、カム軸を軸方向に変位させる装置とを備えるものであってもよい。
・「バルブ特性可変機構（５０，１００）について」
バルブタイミング可変機構５０およびバルブ作用角可変機構１００のいずれか一方のみを備えるものに限らず、たとえば両方を備えるものであってもよい。また、これらに限らず、たとえば作用角を固定しつつリフト量を変化させることができるものであってもよい。これは、たとえば機関バルブをカム軸４０の回転動力を利用して開閉する代わりに、電磁駆動弁とすることで実現可能である。
・「バルブ操作処理部（Ｓ１４）について」
バルブタイミング可変機構５０およびバルブ作用角可変機構１００の双方を備える場合、次の少なくとも一方の処理を実行すればよい。第１の処理は、アイドル運転時のバルブタイミングよりも吸気圧を所与とした場合に燃焼室２４に吸入される空気量が少なくなるバルブタイミングに制御する処理である。第２の処理は、アイドル時の作用角よりも吸気圧を所与とした場合に燃焼室２４に吸入される空気量が少なくなる作用角に制御する処理である。なお、たとえば第２の処理のみを実行する場合、アイドル運転時におけるバルブタイミングが、吸気圧を所与とした場合に燃焼室２４に吸入される空気量が最も少なくなるバルブタイミングであってもよい。またたとえば、第１の処理のみを実行する場合、アイドル運転時における作用角が、吸気圧を所与とした場合に燃焼室２４に吸入される空気量が最も少なくなる作用角であってもよい。
なお、フューエルカット処理によるバルブタイミングや作用角がアイドル運転時のものと異なる制御がなされるものに適用も可能である。この場合、異常診断時におけるバルブタイミングや作用角は、フューエルカット処理中であって異常診断がなされないときのものと比較して、吸気圧を所与とした場合に燃焼室２４に吸入される空気量が少なくなるものであればよい。
なお、バルブ操作処理部が目標空気量設定処理部を備えることは必須ではない。これを備えない場合であっても、たとえば異常診断処理を実行する場合には、しない場合と比較して、吸気圧を所与とした場合に燃焼室２４に吸入される空気量が少なくなるように吸気ＶＶＴを設定するとともに、スロットルバルブ１４の開口度を増大させる制御を行うことは可能である。そしてこれにより、異常診断を実行する場合にしない場合に対してエンジンブレーキの大きさがずれることを抑制しつつ吸気圧を上昇することができる。
・「目標空気量設定処理部（Ｍ１０）について」
冷却水温ＴＨＷおよび回転速度ＮＥに基づき目標空気量を設定するものに限らない。たとえば、回転速度ＮＥのみに応じて設定してもよい。
・「空気量調整処理部（Ｍ１２〜Ｍ２２）について」
たとえば上限ガード処理部Ｍ１４を備えなくてもよい。この場合であっても、流速係数Ｋｖの算出に吸気圧算出処理部Ｍ１２によって算出された吸気圧を用いる場合には、吸気圧算出処理部Ｍ１２が吸気ＶＶＴに基づき吸気圧を算出するため、吸気ＶＶＴ（吸気バルブの特性）に応じてスロットルバルブ１４の開口度ＴＡを算出することができる。
吸気圧算出処理部Ｍ１２を備えなくてもよい。この場合であっても、たとえば吸気圧ＰＩを入力として空気量算出処理部Ｍ１６によって算出される空気量を目標空気量ＫＬ０＊にフィードバック制御するために、スロットルバルブ１４の開口度ＴＡを算出するなら、吸気ＶＶＴ（吸気バルブの特性）に応じてスロットルバルブ１４の開口度ＴＡを算出することができる。
たとえば目標空気量ＫＬ０＊から想定されるエアフローメータ９４の出力値を実際のエアフローメータ９４の出力値にフィードバック制御するために、目標空気量ＫＬ＊を操作（補正）してもよい。
また、モデルを用いたものにも限らない。たとえば、エアフローメータ９４によって検出される吸入空気量ＧＡを、目標空気量ＫＬ０＊から定まる目標値にフィードバック制御するためにスロットルバルブ１４の開口度ＴＡを算出するものであってもよい。このように、実際に燃焼室２４に吸入される空気量をセンサによって検出する場合には、スロットルバルブ１４の開口度ＴＡの算出に、吸気ＶＶＴ（吸気バルブの特性）を用いなくてもよい。
・「圧力上昇処理部（Ｓ１４、Ｍ１０〜Ｍ２２）について」
吸気圧を所与とした場合に燃焼室２４に吸入される空気量を減少させる処理を必須とするものに限らない。この処理を実行しなくても、異常診断処理を実行する場合にスロットルバルブ１４の開口度ＴＡを増大させることで、吸気圧を上昇させることができることから、吸気圧と排気圧との差圧を低減することができる。
・「圧力上昇処理部の操作対象（１４，５０；１４，１００）について」
吸気圧を所与とした場合に燃焼室２４に吸入される空気量を減少させるための装置としては、バルブ特性可変機構に限らない。
たとえば、多気筒内燃機関において、一部の気筒の燃焼室に空気が吸い込まれないようにする装置であってもよい。この場合であっても、目標空気量ＫＬ０＊に制御するためにスロットルバルブ１４の開口度ＴＡを操作するなら、吸気圧を上昇させることができる。ここで、上記装置としては、たとえば、一部の気筒の吸気バルブを常時閉状態として且つ排気バルブを常時開状態とする装置がある。これは、吸気バルブおよび排気バルブを、カム軸４０の回転動力を利用することなく電磁力によって開閉される電磁駆動弁とし、ＥＣＵ８０によってそれらの開閉操作を実行することで実現することができる。またたとえば、一部のピストンの動作を停止するものであってもよい。これはたとえば、一部の気筒のピストンとクランク軸２８との締結および遮断を切り替えるクラッチ等の締結装置を備えることで実現することができる。
また、たとえば、シリンダブロックとクランクケースとをシリンダ軸方向に相対摺動させることで圧縮比を可変とする装置であってもよい。この場合、シリンダブロックをクランクケースから遠ざけて圧縮比を低めることで、吸気圧を所与とした場合に燃焼室２４に吸入される空気量を減少させることができる。
また、たとえばスロットルバルブ１４の下流の吸気通路内の容積を可変とする装置であってもよい。これはたとえば、スロットルバルブ１４の下流の吸気通路を２つの独立した通路とし、それらの少なくとも一方の流路断面積をゼロとするバルブを備えることで実現することができる。
なお、スロットルバルブ１４の下流に、同下流側よりも圧力の高い気体を導入するために操作されるアクチュエータとしては、スロットルバルブ１４に限らない。たとえば、クランクケース内とスロットルバルブ１４の下流の吸気通路１２とを連通および遮断するバルブであってもよい。またたとえば、キャニスタとスロットルバルブ１４の下流の吸気通路１２とを連通および遮断するバルブであってもよい。
・「異常診断手法について」
吸気圧センサ９８によって検出される吸気圧ＰＩに基づき、ＥＧＲ流量を検出するものに限らない。たとえば、排気環流通路７０にエアフローメータを設けて、その検出値を用いるものであってもよい。
・「開弁処理部（Ｓ１８）について」
ＥＧＲ装置の異常診断のために環流バルブ７２を開弁させるものに限らない。要は、フューエルカット処理中に何らかの理由で環流バルブ７２を開弁させる処理を実行するものであればよい。
Ｍ１０…目標空気量設定処理部、Ｍ１２…吸気圧算出処理部、Ｍ１４…上限ガード処理部、Ｍ１６…空気量算出処理部、Ｍ１８…空気流量算出処理部、Ｍ２０…大気圧補正処理部、Ｍ２２…開口度設定処理部、１０…内燃機関、１２…吸気通路１４…スロットルバルブ、１６…燃料噴射弁、１８…吸気バルブ、２０…シリンダ、２２…ピストン、２４…燃焼室、２６…点火プラグ、２８…クランク軸、３０…排気バルブ、３２…排気通路、４０…カム軸、４２…カム、４３…タイミングチェーン、４４ａ…区画壁、５０…バルブタイミング可変機構、５２…ベーンロータ、５２ａ…ボス、５２ｂ…ベーン、５４…ハウジングロータ、５６…収容室、５６ａ…進角室、５６ｂ…遅角室、６０…中間ロック機構、７０…排気環流通路、７２…環流バルブ、７４…バルブバルブアクチュエータ、７４…バルブアクチュエータ、８０…ＥＣＵ、８２…アクセルペダル、８４…アクセルセンサ、９０…クランク角センサ、９２…水温センサ、９４…エアフローメータ、９６…外気圧センサ、９８…吸気圧センサ、１００…バルブ作用角可変機構、１０２…ロッカアーム、１０２ａ…ローラ、１０４…ラッシュアジャスタ、１０６…入力アーム、１０８…出力アーム、１１０…支持パイプ、１１２…バルブスプリング、１１４…突起、１１６…スプリング、１１８…ローラ、１２０…制御軸。

Claims (5)

  1. 吸気通路の流路断面積を調整するスロットルバルブと、内燃機関の吸気通路のうち前記スロットルバルブよりも下流側と排気通路とを連通させる排気環流通路、該排気環流通路を開閉する環流バルブ、および前記環流バルブを開駆動するアクチュエータを備える排気環流装置と、前記内燃機関に供給される燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御対象とし、
    前記環流バルブは、前記排気通路からの圧力に抗して変位することで開弁するバルブであり、
    前記内燃機関は、吸気バルブの特性を可変とするバルブ特性可変機構を備え、
    前記燃料噴射弁からの燃料噴射を停止するフューエルカット処理を実行するフューエルカット処理部と、
    前記フューエルカット処理が実行されているときに前記環流バルブを開弁させる開弁処理部と、
    前記開弁処理部が前記環流バルブを開弁するのに先立って、前記吸気通路のうち前記スロットルバルブよりも下流側の圧力を上昇させる圧力上昇処理を実行する圧力上昇処理部と、を備え、
    前記圧力上昇処理部は、前記開弁処理部が前記環流バルブを開弁するのに先立って、前記スロットルバルブの開口度を増大させるスロットル操作処理部と、前記開弁処理部が前記環流バルブを開弁するのに先立って、前記吸気通路内の圧力を所与とした場合に前記内燃機関の燃焼室に吸入される空気量が少なくなるように前記バルブ特性可変機構を操作するバルブ操作処理部とを備える内燃機関の制御装置。
  2. 前記フューエルカット処理が実行されている場合、前記燃焼室に吸入される空気量の目標値を設定する目標空気量設定処理部と、
    前記目標空気量設定処理部によって設定される空気量となるように前記スロットルバルブを操作する空気量調整処理部と、を備え、
    前記スロットル操作処理部は、前記空気量調整処理部を備える請求項１記載の内燃機関の制御装置。
  3. 前記空気量調整処理部は、前記目標空気量設定処理部によって設定される目標値と前記バルブ操作処理部によって操作される前記吸気バルブの特性とに基づいて前記スロットルバルブを操作するものである請求項２記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記バルブ操作処理部は、前記開弁処理部が前記環流バルブを開弁するのに先立って、前記吸気バルブのバルブ特性を前記吸気通路内の圧力を所与とした場合に前記燃焼室に吸入される空気量が少なくなる所定の特性に操作するものであって且つ、前記吸気バルブの特性を前記所定の特性に徐々に変化させる請求項２または３記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記フューエルカット処理が実行されている期間において、前記開弁処理部が前記環流バルブを開弁することによって前記排気環流通路から前記吸気通路に流体が流れるか否かに基づき、前記排気環流装置の異常の有無を診断する異常診断処理部を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
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