WO2017009962A1

WO2017009962A1 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: WO2017009962A1
Application number: PCT/JP2015/070227
Authority: WO
Inventors: 健太郎山野; 高橋　英二; 尚夫川崎; 工中村; 和彦岡本
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2017-01-19

Abstract

可変圧縮比機構（７１）に関する何らかの異常があると判定されると、目標圧縮比を低圧縮比側に固定するとともに、実圧縮比が高い場合でもよいように点火時期を遅角する。そして、排気温度が高温となる排気温度異常（高温異常）が生じないように所定の排気温度制御を実施し、排気温度を所定温度以下になるよう内燃機関１を制御する。これによって、ノッキングを回避しつつ三元触媒（２５）、（２６）や消音器（２７）等の排気系部品を確実に保護することができる。

Description

内燃機関の制御装置

　本発明は、可変圧縮比機構を有する内燃機関の制御装置に関する。

　特許文献１には、圧縮比を検知する手段に故障が発生した場合に、圧縮比を運転条件に応じた可変制御ではなく低圧縮比側に固定し、かつ点火時期をリタードすることによって、ノッキング等が発生しないようにした技術が開示されている。

　特許文献１において、例えば高回転低負荷領域で排気温度を下げる目的で圧縮比を高くしている場合、圧縮比を検知する手段の故障に際して圧縮比の低圧縮比化及び点火時期のリタードを行うと、高回転低負荷領域で排気温度が上昇し、触媒等の排気系部品に悪影響を及ぼす虞がある。

　このように、特許文献１においては、故障時の排気温度上昇について十分な考慮がなされておらず、更なる改善の余地がある。

特開平１－３５０４７号公報

　本発明に係る内燃機関の制御装置は、運転条件に応じて圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、点火時期を制御する点火時期制御部を有し、上記可変圧縮比機構の異常が検知され、点火時期をリタード、もしくは圧縮比を低圧縮比側に固定する場合には、内燃機関の制御により排気温度の上昇を制限する。

　本発明によれば、可変圧縮比機構の異常がある場合には、点火時期をリタード、もしくは圧縮比を低圧縮比側に固定することでノッキングを回避しつつ、排気温度の上昇を制限させることで、排気系部品を確実に保護することができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置のシステム図。可変圧縮比機構に関わる故障が生じた場合の制御の流れを示すフローチャート。排気温度制御を示すサブルーチン。上限回転数算出の流れを示すサブルーチン。上限回転数基本値算出マップ。トルク制御を示すサブルーチン。燃焼温度制御を示すサブルーチン。可変圧縮比機構に関する信号を出力するセンサ類の故障を検知した場合の各種パラメータの変化の一例を示すタイミングチャート。可変圧縮比機構の固着を検知した場合の各種パラメータの変化の一例を示すタイミングチャート。可変圧縮比機構に関する何らかの異常を検知した場合の各種パラメータの変化の一例を示すタイミングチャート。可変圧縮比機構に関する信号を出力するセンサ類の故障を検知した場合の各種パラメータの変化の一例を示すタイミングチャート。可変圧縮比機構に関する信号を出力するセンサ類の故障を検知した場合の各種パラメータの変化の一例を示すタイミングチャート。可変圧縮比機構に関する信号を出力するセンサ類の故障を検知した場合の各種パラメータの変化の一例を示すタイミングチャート。可変圧縮比機構に関する信号を出力するセンサ類の故障を検知した場合の各種パラメータの変化の一例を示すタイミングチャート。

　以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

　図１は、本発明に係る制御装置を備えた内燃機関１の吸排気系全体の構成を模式的に示した説明図である。

　内燃機関１は、第１燃料噴射弁２によって燃焼室３内に直接燃料を噴射することが可能となっており、燃焼室３内に噴射された燃料は点火プラグ４によって点火される。燃焼室３には、吸気弁５を介して吸気通路６が接続され、排気弁７を介して排気通路８が接続されている。第１燃料噴射弁２には、高圧燃料ポンプ９により高圧の燃料が供給されている。高圧燃料ポンプ９には、図外の燃料タンクから燃料が供給される。第１燃料噴射弁２に供給される燃料の圧力は、燃圧センサ１０によって検知される。この内燃機関１においては、エンジンオイルの油温が油温センサ１１によって検知され、内燃機関１の冷却水の温度が水温センサ１２によって検知され、運転者により操作されるアクセルペダル（図示せず）の開度（踏込量）がアクセル開度センサ１３によって検知され、クランクシャフト１４のクランク角度がクランク角センサ１５によって検知される。クランク角センサ１５は、エンジン回転数（機関回転数）を検知可能なものである。また、内燃機関１は、吸気通路６内に燃料を噴射する第２燃料噴射弁１６を有している。なお、図１中の１７は、ノッキングの有無を検知するノッキングセンサである。

　内燃機関１は、排気タービン２１とコンプレッサ２２とを同軸上に備えた容量可変型の過給機２３を有している。この過給機２３は、ウェイストゲート弁２４の開度を調整して運転状態に応じた最適な過給圧を提供するよう構成されている。

　排気タービン２１の下流側の排気通路８には、２つの三元触媒２５、２６と、消音器２７が直列に配置されている。三元触媒２５、２６は、理論空燃比を中心とするいわゆるウィンドウに空燃比がある場合に最大の転化効率をもって排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを同時に浄化できるものである。三元触媒２５の上流側には、排気空燃比を検知するＡ／Ｆセンサ２８と排気温度を検知する排気温度センサ２９が配置され、三元触媒２５と三元触媒２６の間には、酸素センサ３０が配置されている。ここで、Ａ／Ｆセンサ２８は、排気空燃比に応じたほぼリニアな出力特性を有するいわゆる広域型空燃比センサであり、酸素センサ３０は、理論空燃比付近の狭い範囲で出力電圧がＯＮ／ＯＦＦ（リッチ、リーン）的に変化して、空燃比のリッチ、リーンのみを検知するセンサである。

　吸気通路６は、エアクリーナ３１を備え、その下流側には吸入空気量を検知するエアフローメータ３２、上述した過給機２３のコンプレッサ２２、過給された高温の空気を冷却するインタークーラ３３、スロットル弁３４、吸気コレクタ３５、閉弁することによって燃焼室３内にタンブル流を発生させるタンブルコントロール弁（ＴＣＶ）３６が設けられている。スロットル弁３４の弁開度は、スロットル開度センサ３７によって検知される。タンブルコントロール弁３６の弁開度は、例えばタンブルコントロール弁３６を駆動する電動モータの電流値から検知される。

　また、吸気通路６には、コンプレッサ２２をバイパスするようにバイパス通路３８が接続されている。バイパス通路３８には、過給空気のリサーキュレーションを行うリサーキュレーション弁３９が設けられている。

　なお、図１中の４０は、吸気通路６に設けられ、インタークーラ３３とスロットル弁３４との間の吸気圧力（吸入負圧）を検知する吸気圧センサである。この吸気圧センサ４０は、吸気温度も合わせて検知可能となっている。

　内燃機関１は、排気還流（ＥＧＲ）が実施可能な構成となっている。すなわち、排気通路８と吸気通路６との間には、両者に連通するＥＧＲ通路４１が設けられている。ＥＧＲ通路４１は、その一端が三元触媒２５、２６の間の位置で排気通路８に接続され、その他端がエアクリーナ３１の下流側となりコンプレッサ２２の上流側となる位置で吸気通路６に接続され、過給時であっても排気の一部を吸気通路６に還流させることが可能な構成となっている。このＥＧＲ通路４１には、ＥＧＲ制御弁４２とＥＧＲクーラ４３とが直列に配置されている。また、ＥＧＲ通路４１には、ＥＧＲクーラ４３下流側のＥＧＲガス温度を検知するＥＧＲ温度センサ４４と、ＥＧＲ制御弁４２の前後圧力差を検知する差圧センサ４５とが設けられている。ＥＧＲ制御弁４２は、運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得られるように制御される。

　また、内燃機関１は、吸気弁５側の動弁機構及び排気弁７側の動弁機構として、機関弁のバルブタイミングを変更可能な油圧駆動式の可変動弁機構５１、５２を有している。この可変動弁機構５１、５２は、クランクシャフト１４に対するカムシャフトの位相を変化させる周知の位相可変機構（ＶＴＣ）であり、シリンダヘッド上部の動弁室５３にそれぞれ配置されている。

　吸気弁側可変動弁機構５１は、吸気弁５を開閉する吸気カムシャフト５４の一端に設けられ、吸気弁側電磁ソレノイド５５により作動油の供給量を制御することで、クランクシャフト１４に対する吸気カムシャフト５４の相対位相角である変換角を変更して、吸気弁５の開閉時期を変更するものである。吸気弁側電磁ソレノイド５５は、後述するＥＣＵ９１によって制御される。吸気弁５の開閉時期に対応する吸気カムシャフト５４の位相（変換角）は、吸気カム角センサ５６により検知される。

　排気弁可変動弁機構５２は、排気弁７を開閉する排気カムシャフト５７の一端に設けられ、排気弁側電磁ソレノイド５８により作動油の供給量を制御することで、クランクシャフト１４に対する排気カムシャフト５７の相対位相角である変換角を変更して、排気弁７の開閉時期を変更するものである。排気弁側電磁ソレノイド５８は、後述するＥＣＵ９１によって制御される。排気弁７の開閉時期に対応する排気カムシャフト５７の位相（変換角）は、排気カム角センサ５９により検知される。

　なお、可変動弁機構としては、吸気弁５と排気弁７のいずれもが開弁したオーバーラップ期間が生ずるようにできるものであればよく、例えば、機関弁のバルブリフト量と作動角の双方を変化させることが可能な公知のリフト作動角可変機構（ＶＥＬ）や、上述した位相可変機構（ＶＴＣ）とリフト作動角可変機構（ＶＥＬ）の双方を併せ持つものを適用することも可能である。また、排気弁７側の動弁機構をリフト・作動角及びリフト中心角の位相が常に一定となる一般的な直動式の動弁機構とすることも可能である。

　さらに内燃機関１は、機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構７１を有している。可変圧縮比機構７１は、ピストン７２とクランクシャフト１４のクランクピン７３とを複数のリンクで連係した複リンク式ピストンクランク機構を利用したものであって、クランクピン７３に回転可能に装着されたロアリンク７４と、ロアリンク７４とピストン７２とを連結するアッパリンク７５と、偏心軸部７６ａが設けられたコントロールシャフト７６と、偏心軸部７６ａとロアリンク７４とを連結するコントロールリンク７７と、を有している。

　アッパリンク７５は、一端がピストンピン７８に回転可能に連結され、他端がロアリンク７４の一端側に回転可能に連結されている。

　コントロールリンク７７は、ロアリンク７４の運動を制限するものであって、一端がコントロールシャフト７６の偏心軸部７６ａに回転可能に連結され、他端がロアリンク７４の他端側に回転可能に連結されている。

　コントロールシャフト７６は、クランクシャフト１４の下方に位置し、クランクシャフト１４と平行に配置されている。コントロールシャフト７６の偏心軸部７６ａは、コントロールシャフト７６の回転中心に対して偏心している。

　コントロールシャフト７６は、歯車機構７９を介してアクチュエータ８０によって回転駆動され、その回転位置が制御されている。アクチュエータ８０は、後述するＥＣＵ９１によって制御される。

　アクチュエータ８０によりコントロールシャフト７６の回転位置を変更することで、コントロールリンク７７の揺動支点となる偏心軸部７６ａの位置が変化する。これにより、ロアリンク７４の姿勢が変化し、ピストン７２のピストンモーション（ストローク特性）、すなわちピストン７２の上死点位置及び下死点位置の変化を伴って、内燃機関１の圧縮比が連続的に変更される。なお、コントロールシャフト７６の回転位置（回転角）はコントロールシャフト回転位置センサ８１によって検知可能となっている。

　アクチュエータ８０は、電動モータ８２と、電動モータ８２の回転軸（図示せず）の回転を減速する減速機構８３と、を有しており、減速機構８３で減速された回転力がアクチュエータ出力軸８４に伝達される。電動モータ８２の回転軸の回転位置（回転角）は、モータ回転位置センサ８５によって検知され、アクチュエータ出力軸８４の回転位置（回転角）はアクチュエータ回転位置センサ８６によって検知される。

　ここで、これら回転位置センサ８１、８５、８６は、可変圧縮比機構７１に関わる信号を出力するセンサ類であり、これらの回転位置センサ８１、８５、８６の出力信号から可変圧縮比機構７１の圧縮比を検知可能である。

　歯車機構７９は、アクチュエータ出力軸８４の回転に応じて、コントロールシャフト７６の回転位置を変更する。

　ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）９１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備えている。ＥＣＵ９１には、上述した各種センサ類で検知された信号等が入力されている。ＥＣＵ９１は、これら各種入力信号に基づいて、第１燃料噴射弁２や第２燃料噴射弁１６の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ４による点火時期、スロットル弁３４の開度、タンブルコントロール弁３６の開度、ＥＧＲ制御弁４２の開度、吸気弁側可変動弁機構５１による吸気弁５のバルブタイミング、排気弁側可変動弁機構５２による排気弁７のバルブタイミング、可変圧縮比機構７１による内燃機関１の圧縮比等を制御している。つまり、ＥＣＵ９１は、点火時期制御部に相当する。

　そして、このような内燃機関１において、可変圧縮比機構７１に関わる故障が生じた場合、ノッキングを回避しつつ、排気温度が高くならないように内燃機関１を制御する。ここで、可変圧縮比機構７１に関わる故障とは、可変圧縮比機構７１の機械的な故障（固着）と、圧縮比の制御が困難となる可変圧縮比機構７１の状態を検知するセンサ類の故障を含むものである。

　図２は、可変圧縮比機構７１に関わる故障が生じた場合の制御の流れを示すフローチャートである。

　Ｓ１では、可変圧縮比機構７１に関する信号を出力するセンサ類の故障を検知したか否かを判定し、これらセンサ類の故障を検知した場合にはＳ２へ進み、これらセンサ類の故障を検知しなかった場合にはＳ５へ進む。Ｓ１においては、上述した回転位置センサ８１、８５、８６のうちのいずれかの出力信号（電流値または電圧値）が、例えば、上限値または下限値に張り付いた状態で一定時間Ｔ１継続（例えば５秒間継続）していることを検知すると故障があると判定する。すなわち、Ｓ１は、センサ故障検知部に相当する。

　Ｓ２では、圧縮比を低圧縮比側の所定値に固定する。Ｓ３では、固定された低圧縮比側の圧縮比に合わせて点火時期を進角する。この場合、点火時期は、進角することにより最適化される。

　Ｓ４では、排気温度が高温となる排気温度異常（高温異常）が生じないように所定の排気温度制御を実施する。Ｓ４は、排気温度制御部に相当するものであり、排気温度が所定温度以下になるように、すなわち排気温度の上昇を制限するために内燃機関１を制御する。

　Ｓ５では、可変圧縮比機構７１の固着が検知されたか否かを判定する。換言すると、可変圧縮比機構７１の圧縮比変更が可能か否かを判定する。Ｓ５において、可変圧縮比機構７１の固着が検知された場合、つまり可変圧縮比機構７１により圧縮比の変更ができない場合には、はＳ４へ進み、可変圧縮比機構７１の固着が検知されなかった、つまり可変圧縮比機構７１により圧縮比の変更ができる場合にはＳ６へ進む。

　なお、Ｓ５からＳ４へ進んだ場合、実圧縮比が検知可能であれば、点火時期は実圧縮比に応じて設定可能である。

　Ｓ５においては、例えば、コントロールシャフト回転位置センサ８１で検知される可変圧縮比機構７１の実圧縮比（検知圧縮比）と目標圧縮比との差が、予め設定された所定値以上ある状態が一定時間Ｔ２継続した場合（例えば５秒間継続）していることを検知すると、可変圧縮比機構７１が固着した状態にあり故障した判定する。すなわち、Ｓ５は、可変圧縮比機構故障検知部に相当する。

　Ｓ６では、可変圧縮比機構７１に関する何らかの異常が検知されたか否かを判定し、可変圧縮比機構７１に関する何らかの異常を検知した場合にはＳ７へ進み、可変圧縮比機構７１に関する何らかの異常を検知しなかった場合にはＳ９へ進む。

　Ｓ６においては、上述した回転位置センサ８１、８５、８６のうちのいずれかの出力信号（電流値または電圧値）の値が、例えば、変化しない状態（ホールド状態）になっている場合や、正常な状態ではあり得ない異常な速さで変化する場合等に、可変圧縮比機構７１に関する何らかの異常、すなわちシステム異常があると判定する。つまり、Ｓ６は、システム異常検知部に相当する。

　Ｓ７では、実圧縮比が不明な場合もあるので、目標圧縮比を低圧縮比側に固定する。Ｓ８では、実圧縮比が不明な場合もあるので、実圧縮比が高い場合でもよいように点火時期を遅角する。

　Ｓ９では、可変圧縮比機構７１に関わる故障が生じていないものと判断し、運転状態に応じた圧縮比となるよう可変圧縮比機構７１等を制御（通常制御）する。

　なお、Ｓ４では、例えば上述した回転位置センサ８１、８５、８６の故障が検知された場合、圧縮比を高くすることで排気温度を低減した低負荷高回転の運転領域においては、圧縮比の低圧縮比化により排気温度が排気温度異常(高温異常）とならないように排気温度を制御する。また、Ｓ４では、例えば高圧縮比状態で可変圧縮比機構７１が固着した場合、高負荷領域でノッキング回避のために点火時期をリタードした際に排気温度が排気温度異常(高温異常）とならないように排気温度を制御する。

　図３は、上述した排気温度制御を示すサブルーチンであり、図２のＳ４に相当するものである。

　Ｓ１１では、内燃機関１の上限回転数を算出する。このＳ１１は、上限回転数設定部に相当する。

　Ｓ１２では、エンジン回転数がＳ１１で算出した上限回転数よりも大きいか否かを判定し、大きい場合にはＳ１３へ進み、そうでない場合にはＳ１４へ進む。

　Ｓ１３では、燃料カットを実施し、第１燃料噴射弁２や第２燃料噴射弁１６からの燃料噴射を中止する。

　Ｓ１４では、所定のトルク制御を実施する。このＳ１４は、トルク制御部に相当するものであって、内燃機関１に発生するトルクを制御する。

　Ｓ１５では、所定に燃焼温度制御を実施する。このＳ１５は、燃焼温度制御部に相当するものであって、内燃機関１の燃焼温度を制御する。

　Ｓ１６では、タンブルコントロール弁３６を制御する。このＳ１６は、熱効率制御部に相当するものであって、内燃機関１の熱効率が制御される。具体的には、例えば、タンブルコントロール弁３６を閉弁方向に制御することで、ガス流動が相対的に強化されて内燃機関１の熱効率が向上し、排気温度の低減に寄与することになる。

　図４は、上述した上限回転数算出を示すサブルーチンであり、図３のＳ１１に相当するものである。

　Ｓ２１では、基本点火時期である設定点火時期と最終点火時期（最終指令値）である実際の点火時期との差から変化量を算出する。すなわち、ノッキング回避のための点火時期リタード等、環境に応じて補正された実際の点火時期の設定点火時期に対するずれ量とその方向（進角あるいは遅角）を検知する。

　Ｓ２２では、負荷（機関負荷）及びＳ２１で算出された変化量を用いて、上限回転数基本値を算出する。具体的には、図５に示す上限回転数基本値算出マップを用いて、上限回転数基本値を算出する。上限回転数基本値は、負荷（機関負荷）が大きく、設定点火時期に対して実際の点火時期が遅角側にずれるほど、低くなるよう設定される。なお、上限回転数基本値を算出する際に用いる負荷（機関負荷）としては、例えばアクセル開度センサ１３の検出値（検出信号）を用いればよい。

　Ｓ２３では、上限回転数基本値に対する補正値を算出する。具体的には、熱効率向上分としてタンブルコントロール弁３６の開口率に所定の第１定数を乗じたものと、燃焼温度低減分として当量比に所定の第２定数を乗じたものと、の和を補正値として算出する。

　Ｓ２４では、Ｓ２２で算出した上限回転数基本値と、Ｓ２３で算出した補正値との和を上限回転数として算出する。

　図６は、上述したトルク制御を示すサブルーチンであり、図３のＳ１４に相当するものである。

　Ｓ３１では、目標スロットル弁開度を算出する。具体的には、アクセルペダルの踏込量に応じた通常時目標スロットル開度と、所定の一定値であるトルク制限用スロットル弁開度とを比較して小さい方を目標スロットル弁開度とする。

　Ｓ３２では、目標吸気弁閉タイミングを算出する。具体的には、運転状態に応じて決まる上死点前の通常時目標吸気弁閉タイミング［ｄｅｇＣＡ］と、所定の一定値である上死点前のトルク制限用吸気弁閉タイミング［ｄｅｇＣＡ］と、を比較し、小さい方を目標吸気弁閉タイミングとする。つまり、Ｓ３２では、通常時目標吸気弁閉タイミングとトルク制限用吸気弁閉タイミングのうち、上死点に近い閉弁タイミングを目標吸気弁閉タイミングとする。従って、吸気弁５は、この目標吸気弁閉タイミングとなるようバルブタイミングが変更される。

　Ｓ３３では、目標ウェイストゲート弁開度を算出する。具体的には、運転状態に応じて決まる通常時目標ウェイストゲート弁開度と、所定の一定値であるトルク制限用ウェイストゲート弁開度と、を比較し、小さい方を目標ウェイストゲート弁開度とする。

　Ｓ３４では、目標タンブルコントロール弁開度を算出する。具体的には、例えばアクセルペダルの踏込量に応じて決まる通常時目標タンブルコントロール弁開度と、所定の一定値であるトルク制限用タンブルコントロール弁開度と、を比較し、小さい方を目標タンブルコントロール弁開度とする。ここで、タンブルコントロール弁開度は、小さい方が閉方向となる。

　図７は、上述した燃焼温度制御を示すサブルーチンであり、図３のＳ１５に相当するものである。

　Ｓ４１では、吸気弁５の開弁期間と排気弁７の開弁期間とが重なり合うバルブオーバーラップ期間の目標値である目標バルブオーバーラップ期間を算出する。具体的には、目標バルブオーバーラップ期間を、所定の一定値であるトルク制限用バルブオーバーラップ期間とする。

　Ｓ４２では、目標当量比を算出する。具体的には、目標当量比を所定の一定値であるトルク制限用当量比とする。

　図８は、可変圧縮比機構７１に関する信号を出力するセンサ類の故障を検知した場合の各種パラメータの変化を示すタイミングチャートの一例を示している。

　時刻ｔ０において、運転条件が変化し、目標圧縮比ＣＲｔ（実線）が上限となる最高圧縮比から低下している。このとき、例えば、コントロールシャフト回転位置センサ８１で検知される検知圧縮比ＣＲｄ（太実線）が、目標圧縮比を変更してから一定時間Ｔ１の間、目標圧縮比の変化に追従せずに最高圧縮比に留まっていると、この一定時間Ｔ１が経過した時刻ｔ１のタイミングで、コントロールシャフト回転位置センサ８１が故障していると判定し、センサ異常判定フラグが「１」となる。

　そして、時刻ｔ１で、目標圧縮比を低圧縮比側の所定値に変更するとともに、点火時期を低圧縮比側の所定値に合わせて進角させる。時刻ｔ１以降は、排気温度異常とならないように、上述した上限回転数によってエンジン回転数Ｒｒの上限が制限され、エンジン回転数Ｒｒ(太実線）が回転数上限Ｒｍ（実線）を越えないように適宜燃料カットが実施される。

　なお、図８中に破線で示す圧縮比は実圧縮比ＣＲｒである。コントロールシャフト回転位置センサ８１の故障により検知圧縮比ＣＲｄ（太実線）が目標圧縮比ＣＲｔ（実線）よりも高くなっているため、検知圧縮比ＣＲｄ（太実線）と目標圧縮比ＣＲｔ（実線）の差がなくなるように可変圧縮比機構７１が制御される結果、実圧縮比ＣＲｒ（破線）は目標圧縮比（実線）よりも低下する。この例では、時刻ｔ１で、目標圧縮比を最低圧縮比に変更している。

　このように、可変圧縮比機構７１に関わる信号を出力するセンサ類に故障がある場合、安全性を考慮して圧縮比を低圧縮比側の所定値にする。また、点火時期を高圧縮比用の点火時期のままにすると排気温度が上昇するため、点火時期は圧縮比に対応させて相対的に進角させる。

　また、運転条件が高回転低負荷領域では、通常、熱効率向上のため高圧縮比にする場合が多いが、この領域で低圧縮比になると熱効率悪化により排気温度が上がる。

　そこで、可変圧縮比機構７１に関わる信号を出力するセンサ類に故障がある場合、圧縮比を低圧縮比側の所定値に固定し、低圧縮比用の相対的に進角した点火時期とした上で、排気温度が高温となって排気温度異常とならないように排気温度の上昇を制限させることで、ノッキングを回避しつつ三元触媒２５、２６や消音器２７等の排気系部品を確実に保護することができる。

　図９は、可変圧縮比機構７１の固着を検知した場合の各種パラメータの変化を示すタイミングチャートの一例を示している。

　時刻ｔ０において、運転条件が変化し、目標圧縮比ＣＲｔ（実線）が低下している。このとき、例えば、コントロールシャフト回転位置センサ８１で検知される検知圧縮比ＣＲｄ（太実線）が目標圧縮比の変化に追従せず、目標圧縮比ＣＲｔと検知圧縮比ＣＲｄとの差が所定値以上ある状態が一定時間Ｔ２継続した場合、この一定時間Ｔ２が経過した時刻ｔ１のタイミングで、可変圧縮比機構７１が固着したと判定し、固着判定フラグが「１」となる。

　そして、時刻ｔ１以降は、排気温度異常とならないように、上述した上限回転数によってエンジン回転数Ｒｒの上限が制限され、エンジン回転数Ｒｒ(太実線）が回転数上限Ｒｍ（実線）を越えないように適宜燃料カットが実施される。

　運転条件が高回転高負荷領域では、通常、ノッキング回避による点火時期リタードにより排気温度が上昇するため低圧縮比にする。

　そこで、可変圧縮比機構７１による圧縮比の変更ができない場合、排気温度が高温となって排気温度異常とならないように排気温度の上昇を制限させることで、ノッキングを回避しつつ三元触媒２５、２６や消音器２７等の排気系部品を確実に保護することができる。

　図１０は、可変圧縮比機構７１に関する何らかの異常を検知した場合の各種パラメータの変化を示すタイミングチャートの一例を示している。

　時刻ｔ０において、運転条件が変化し、目標圧縮比ＣＲｔ（実線）が低下している。このとき、例えば、コントロールシャフト回転位置センサ８１で検知される検知圧縮比ＣＲｄ（太実線）が時刻ｔ０以前の値から変化しない場合、可変圧縮比機構７１に関する何らかの異常があると判定する。この例では、目標圧縮比を変更してから一定時間Ｔ３が経過した時刻ｔ１のタイミングで、可変圧縮比機構７１に関する何らかの異常があると判定し、システム異常判定フラグが「１」となる。

　そして、実圧縮比が不明な場合もあるので、時刻ｔ１で、実圧縮比が高くなっていてもよいように点火時期を遅角する。また、時刻ｔ１以降は、排気温度異常とならないように、上述した上限回転数によってエンジン回転数Ｒｒの上限が制限され、エンジン回転数Ｒｒ(太実線）が回転数上限Ｒｍ（実線）を越えないように適宜燃料カットが実施される。

　なお、この図１０に示す例では、可変圧縮比機構７１は固着した際に、可変圧縮比機構７１に異常があると判定しているものの、可変圧縮比機構７１の固着とまで判定できなかった場合を示している。

　このように、可変圧縮比機構７１に関する何らかの異常が何によるものかわからない場合には、点火時期をリタードすることでノッキングを回避しつつ、排気温度を三元触媒２５、２６や消音器２７等の排気系部品の許容温度以上となる高温異常とならないように上昇を制限させることでこれら排気系部品を確実に保護することができる。

　図１１は、可変圧縮比機構７１に関する信号を出力するセンサ類の故障を検知した場合の各種パラメータの変化を示すタイミングチャートの一例を示している。

　そして、時刻ｔ１で、目標圧縮比を低圧縮比側の所定値に変更するとともに、点火時期を低圧縮比側の所定値に合わせて進角させる。

　時刻ｔ１以降は、排気温度異常とならないように、上述した上限回転数によってエンジン回転数の上限が制限される。つまり、時刻ｔ１以降の回転数上限Ｒｍは、上述した上限回転数となる。そして、上述した上限回転数は、負荷（機関負荷）が高いほど低く設定され、負荷（機関負荷）が低いほど高くなるよう設定される。また、最低圧縮比と最高圧縮比での点火時期との組み合わせであっても排気温度異常とならないように上述した上限回転数が設定される。

　負荷（機関負荷）が低いほど排気温度が低くなるので、その分エンジン回転数の上限値を高くできる。そのため、運転領域が広がり、異常時また故障時の運転性を向上させ、かつエンジン回転数の上限値が制限されることにより運転者へ与える不安感を低減することができる。

　最低圧縮比と最高圧縮比での点火時期との組み合わせであっても排気温度異常とならないように上述した上限回転数が設定されているので、運転領域が広がり、異常時また故障時の運転性を向上させ、かつエンジン回転数の上限値が制限されることにより運転者へ与える不安感を低減することができる。

　さらに、時刻ｔ１以降、スロット弁開度は、例えばアクセルペダルの踏込量に応じた通常時目標スロットル弁開度ＴＨｇ（実線）と、所定の一定値であるトルク制限用スロットル弁開度ＴＨｍ（破線）と、を比較して小さい方を目標スロットル弁開度ＴＨｔ（太実線）としている。

　このように、吸入空気量を減少させることで内燃機関１に発生するトルクが制限されて排気温度の上昇を制限させることができる。

　なお、吸気弁５のバルブタイミング、ウェイストゲート弁２４の開度あるいはタンブルコントロール弁３６の開度を制御することで、内燃機関１に発生するトルクを制限して排気温度の上昇を制限させることも可能である。

　また、時刻ｔ１以降、タンブルコントロール弁開度（ＴＶＣ開度）は、例えばアクセルペダルの踏込量に応じた通常時目標タンブルコントロール弁開度ＴＣｇ（実線）と、所定の一定値であるトルク制限用タンブルコントロール弁開度ＴＣｍ（破線）と、を比較して小さい方を目標タンブルコントロール弁開度ＴＨｔ（太実線）としている。

　タンブルコントロール弁を閉じることでガス流動が強化されて内燃機関１の熱効率が向上し、排気温度の上昇を制限させることができる。

　そして、時刻ｔ１以降、目標バルブオーバーラップ期間ＶＯｔを例えばアクセルペダルの踏込量に応じた通常時バルブオーバーラップ期間ＶＯｇ（実線）ではなく、通常時バルブオーバーラップ期間ＶＯｇ（実線）よりも相対的に長いトルク制限用バルブオーバーラップ期間ＶＯｍとする。

　吸排気弁のバルブオーバーラップ期間が増加すると、燃焼室内の残ガス率が高くなり、燃焼温度が低下して排気温度の上昇が制限される。また、吸入空気量に対して燃料噴射量を相対的に増量すると、燃焼温度が低下する。

　つまり、センサ故障フラグが「１」となった際には、目標スロットル弁開度、目標タンブルコントロール弁開度及び目標バルブオーバーラップ期間をそれぞれ上述したように設定することで、いずれの場合にも燃焼温度が低下して排気温度の上昇を制限させることができる。そのため、排気温度が高温となって排気温度異常とならないようにすることができ、三元触媒２５、２６や消音器２７等の排気系部品を確実に保護することができる。

　なお、図１１中に破線で示す圧縮比は実圧縮比ＣＲｒである。コントロールシャフト回転位置センサ８１の故障により検知圧縮比ＣＲｄ（太実線）が目標圧縮比ＣＲｔ（実線）よりも高くなっているため、検知圧縮比ＣＲｄ（太実線）と目標圧縮比ＣＲｔ（実線）の差がなくなるように可変圧縮比機構７１が制御される結果、実圧縮比ＣＲｒ（破線）は目標圧縮比（実線）よりも低下する。この例では、時刻ｔ１で、目標圧縮比を最低圧縮比に変更している。また、図１１においては、説明の便宜上、目標スロットル弁開度ＴＨｔ（太実線）及び目標タンブルコントロール弁開度ＴＨｔ（太実線）及び目標バルブオーバーラップ期間ＶＯｔ（太実線）を下方にずらして示している。

　図１２は、可変圧縮比機構７１に関する信号を出力するセンサ類の故障を検知した場合の各種パラメータの変化を示すタイミングチャートの一例を示している。

　そして、時刻ｔ１で、目標圧縮比を低圧縮比側の所定値に変更するとともに、点火時期を目標圧縮比に合わせて進角させる。ここで、時刻ｔ１以降の点火時期は、目標圧縮比を低圧縮比側の所定値とした場合の設定点火時期（基本点火時期）を基本とするものの、ノッキング回避のために実際の点火時期（最終点火時期）が図１２中に矢示するように低圧縮比側の圧縮比に対する設定点火時期よりも進角している。そこで、時刻ｔ１以降の回転数上限Ｒｍは、実際の点火時期の設定点火時期からの進角量（変化量）に応じて高くなるよう設定される。

　設定点火時期に対して実際の点火時期が進角していると排気温度が低くなるので、その分エンジン回転数の上限値を高くできる。そのため、運転領域が広がり、異常時また故障時の運転性を向上させ、かつエンジン回転数の上限値が制限されることにより運転者へ与える不安感を低減することができる。

　なお、図１２中に破線で示す圧縮比は実圧縮比ＣＲｒである。コントロールシャフト回転位置センサ８１の故障により検知圧縮比ＣＲｄ（太実線）が目標圧縮比ＣＲｔ（実線）よりも高くなっているため、検知圧縮比ＣＲｄ（太実線）と目標圧縮比ＣＲｔ（実線）の差がなくなるように可変圧縮比機構７１が制御される結果、実圧縮比ＣＲｒ（破線）は目標圧縮比（実線）よりも低下する。この例では、時刻ｔ１で、目標圧縮比を最低圧縮比に変更している。また、図１２中に破線で示す点火時期は、目標圧縮比を低圧縮比側の所定値とした場合の設定点火時期である。

　図１３は、可変圧縮比機構７１に関する信号を出力するセンサ類の故障を検知した場合の各種パラメータの変化を示すタイミングチャートの一例を示している。

　そして、時刻ｔ１で、目標圧縮比を低圧縮比側の所定値に変更するとともに、吸入空気量に対して燃料噴射量を相対的に増量する。すなわち、時刻ｔ１以降、目標当量比を予め設定されたトルク制限用当量比とし、空燃比を相対的にリッチにする。

　また、時刻ｔ１以降の回転数上限Ｒｍは、目標当量比をトルク制限用当量比に切り替えたため、目標当量比をトルク制限用当量比としない場合（図１３中に破線で示す回転数上限）よりも高く設定される。

　吸入空気量に対して燃料噴射量を相対的に増量すると、燃焼温度が低下する。そのため、排気温度が高温となって排気温度異常とならないようにすることができ、三元触媒２５、２６や消音器２７等の排気系部品を確実に保護することができる。

　また、燃料増量により排気温度が低くできるので、その分回転数上限Ｒｍを高くしてトルク制限を緩和することが可能となる。そのため、運転領域が広がり、異常時また故障時の運転性を向上させ、かつエンジン回転数が制限されることにより運転者へ与える不安感を低減することができる。

　なお、図１３中に破線で示す圧縮比は実圧縮比ＣＲｒである。コントロールシャフト回転位置センサ８１の故障により検知圧縮比ＣＲｄ（太実線）が目標圧縮比ＣＲｔ（実線）よりも高くなっているため、検知圧縮比ＣＲｄ（太実線）と目標圧縮比ＣＲｔ（実線）の差がなくなるように可変圧縮比機構７１が制御される結果、実圧縮比ＣＲｒ（破線）は目標圧縮比（実線）よりも低下する。この例では、時刻ｔ１で、目標圧縮比を最低圧縮比に変更している。

　図１４は、可変圧縮比機構７１に関する信号を出力するセンサ類の故障を検知した場合の各種パラメータの変化を示すタイミングチャートの一例を示している。

　そして、時刻ｔ１で、目標圧縮比を低圧縮比側の所定値に変更するとともに、吸気弁閉時期を遅角して吸入空気量を減少させている。すなわち、時刻ｔ１以降は、トルク制限用吸気弁閉タイミングを目標吸気弁閉タイミングとしている。

　このように、吸気弁閉タイミング（ＩＶＣ）を遅角して吸入空気量を減少させることによっても、内燃機関１に発生するトルクが制限されて排気温度の上昇を制限させることができる。そのため、排気温度が高温となって排気温度異常とならないようにすることができ、三元触媒２５、２６や消音器２７等の排気系部品を確実に保護することができる。

　なお、図１４中に破線で示す圧縮比は実圧縮比ＣＲｒである。コントロールシャフト回転位置センサ８１の故障により検知圧縮比ＣＲｄ（太実線）が目標圧縮比ＣＲｔ（実線）よりも高くなっているため、検知圧縮比ＣＲｄ（太実線）と目標圧縮比ＣＲｔ（実線）の差がなくなるように可変圧縮比機構７１が制御される結果、実圧縮比ＣＲｒ（破線）は目標圧縮比（実線）よりも低下する。この例では、時刻ｔ１で、目標圧縮比を最低圧縮比に変更している。

　なお、上述した実施例においては、閉弁することによって燃焼室３内にスワール流を発生させるスワールコントロール弁を設けてもよい。

　タンブルコントロール弁３６に替えてスワールコントロール弁（ＳＣＶ）を設ける場合には、図３のＳ１６、図４のＳ２４、図６のＳ３４における処理の対象がタンブルコントロール弁３６ではなくスワールコントロール弁に置き換わることになる。つまり、スワールコントロール弁を閉じることでガス流動が強化されて内燃機関１の熱効率を向上させることが可能であり、スワールコントロール弁の開度を制御することにより、内燃機関１に発生するトルクを制限して排気温度の上昇を制限させることも可能である。

　吸気通路６にタンブルコントロール弁３６とスワールコントロール弁の双方を設けた場合には、図３のＳ１６及び図６のＳ３４においては、スワールコントロール弁にもタンブルコントロール弁３６と同様の処理を行い、図４のＳ２３においては、補正量を算出する際に、熱効率向上分として第１定数に対してタンブルコントロール弁３６の開口率とスワールコントロール弁の開口率を乗じるようにすればよい。

　また、本願発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、例えば、上述した排気温度制御を実施する際には、上限回転数を算出して燃料カットを実施することと、上述したトルク制御を実施することと、タンブル上述した燃焼温度制御を実施することと、タンブルコントロール弁３６の閉弁することと、のうちの少なくとも１つを適宜選択することで排気温度の上昇を制限させるようにしてもよい。

　また、上限回転数を用いて排気温度を低減するにあたっては、上述した燃焼温度制御と、タンブルコントロール弁３６またはスワールコントロール弁を閉弁することでガス流動を強化して内燃機関の熱効率を制御する熱効率制御と、負荷が低いほど上限回転数を高くすることと、設定点火時期に対して実際の点火時期が進角しているほど上限回転数を高く設定し、設定点火時期に対して実際の点火時期が遅角しているほど上限回転数を低く設定することと、のうちの少なくとも１つと併用されることで、上限回転数を最も高く設定することができる。

　上述した実施例においては、可変圧縮比機構７１に関する信号を出力するセンサ類の故障診断、可変圧縮比機構７１の固着診断、可変圧縮比機構７１に関する何らかの異常診断、の順で診断しているが、診断の順序は上述した実施例に限定されるものではない。

　また、可変圧縮比機構７１に関する信号を出力するセンサ類の故障診断、可変圧縮比機構７１の固着診断、可変圧縮比機構７１に関する何らかの異常診断を、それぞれ個別に実施することも可能であり、いずれか１つ、あるいは３つのうちの２つの診断のみを行うようにしてもよい。

　また、可変圧縮比機構７１の異常が検知された場合であって、ノッキングを回避するために、点火時期をリタードする制御と圧縮比を低圧縮比側に固定する制御のいずれか一方のみを実施しても構わない。

Claims

　運転条件に応じて圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、
　点火時期を制御する点火時期制御部と、を有し、
　上記可変圧縮比機構の異常が検知され、点火時期をリタード、もしくは圧縮比を低圧縮比側に固定する場合には、内燃機関の制御により排気温度の上昇を制限する内燃機関の制御装置。
　上記可変圧縮比機構に関わる信号を出力するセンサ類に故障があると検知された場合には、圧縮比を低圧縮比側に固定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
　上記可変圧縮比機構による圧縮比変更が可能か否か検知可能な可変圧縮比機構故障検知部を有し、
　上記可変圧縮比機構による圧縮比の変更ができない場合には、内燃機関の制御により排気温度の上昇を制限する請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
　機関回転数の上限値を制限する上限回転数設定部と、内燃機関に発生するトルクを制御するトルク制御部と、内燃機関の燃焼温度を制御する燃焼温度制御部と、内燃機関の熱効率を制御する熱効率制御部と、のうちの少なくとも１つによって排気温度の上昇を制限する請求項１～３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
　上記トルク制御部は、スロットル弁の開度、吸気弁のバルブタイミング、ウェイストゲート弁の開度、吸気系に設けられたタンブルコントロール弁の開度及び吸気系に設けられたスワールコントロール弁の開度、のうちの少なくとも１つを制御して内燃機関の吸入空気量を減少させる請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
　上記燃焼温度制御部は、吸気弁開時期と排気弁開時期とが重なり合うバルブオーバーラップ期間の増加、または燃料噴射量の増量の少なくとも一方を実施して燃焼温度を低下させる請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
　上記熱効率制御部は、吸気系に設けられたタンブルコントロール弁またはスワールコントロール弁を閉弁することでガス流動を強化する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
　上記上限回転数設定部は、機関回転数の上限値を機関負荷が低いほど高く設定する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
　上記上限回転数設定部は、基本点火時期に対して運転状態に応じて補正された最終点火時期が進角するほど機関回転数の上限値を高く設定し、基本点火時期に対して運転状態に応じて補正された最終点火時期が遅角するほど機関回転数の上限値を低く設定する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
　上記上限回転数設定部及び上記トルク制御部のうちの少なくとも一方と、上記燃焼温度制御部及び上記熱効率制御部のうちの少なくとも一方とを併用する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
　上記上限回転数設定部は、最低圧縮比と最高圧縮比での点火時期との組み合わせであっても排気温度が所定温度以下となるように、機関回転数の上限値を設定する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
　機関回転数の上限値を制限する上限回転数設定部を有し、
　上記上限回転数設定部は、燃焼温度を低下させる燃焼温度制御部と、吸気系の設けられたタンブルコントロール弁またはスワールコントロール弁を閉弁することでガス流動を強化して内燃機関の熱効率を制御する熱効率制御部と、機関回転数の上限値を機関負荷が低いほど高く設定することと、基本点火時期に対して運転状態に応じて補正された最終点火時期が進角するほど機関回転数の上限値を高く設定し、基本点火時期に対して運転状態に応じて補正された最終点火時期が遅角するほど機関回転数の上限値を低く設定することと、のうち少なくとも１つと併用される請求項１～３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。