(57)【要約】【課題】運転状態の変化が少ない内燃機関においても、エミッション及びバッテリの電力消費を抑制して可変バルブタイミング機構の応答異常の有無を診断することができる内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法を得る。【解決手段】可変バルブタイミング機構（１０）の応答異常の有無を診断する可変バルブタイミング機構診断部（２０）は、運転状態が予め設定された診断実施条件を満たす場合に診断許可信号を出力する診断実施条件判定部（Ｍ７）と、目標回転位相角を診断用目標値に切替える目標回転位相角切替え部（Ｍ８）と、運転状態に応じた診断時補正量を算出して補正する診断時点火時期補正部（Ｍ１０）と、診断実施時間ｔｄ経過後に回転位相角の偏差ｄｒが、｜偏差ｄｒ｜≧｜偏差閾値ｄｊ｜の関係を満たす場合に可変バルブタイミング機構に応答異常が発生したと判定する異常判定部（Ｍ９）とを有する。【選択図】図３
2014218969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一つの開閉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た内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、
前記運転状態検出部で検出された前記運転状態に応じて基本点火時期を設定し、設定した前記基本点火時期に従って前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御部と、
前記吸気バルブ及び前記排気バルブの回転位相角の実測値を実回転位相角として検出する実回転位相角検出部と、
前記運転状態検出部で検出された前記運転状態に応じて、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの前記回転位相角の目標値を目標回転位相角として算出する目標回転位相角算出部と、
前記目標回転位相角算出部で算出された前記目標回転位相角と、前記実回転位相角検出部で検出された前記実回転位相角との偏差ｄｒを算出する回転位相角偏差算出部と、
前記回転位相角偏差算出部で算出された前記偏差ｄｒに基づいて、前記実回転位相角が前記目標回転位相角に追従するように、前記可変バルブタイミング機構を制御する回転位相角制御部と、
前記回転位相角制御部による制御に応じて変化する前記偏差ｄｒの大きさから、前記可変バルブタイミング機構の応答異常の有無を診断する可変バルブタイミング機構診断部と
を備え、
前記可変バルブタイミング機構診断部は、
前記運転状態検出部により検出された前記運転状態が、予め設定された診断実施条件を満たすと判断した場合に、診断許可信号を出力する診断実施条件判定部と、
前記診断許可信号を入力した場合に、前記目標回転位相角算出部に対して、前記目標回転位相角を、予め設定された診断用目標値に切替えるよう指示する目標回転位相角切替え部と、
前記運転状態と、エミッションを抑制するための前記点火時期の遅角量に相当する診断時補正量との対応関係を示す診断時点火時期補正量マップが予め記憶された記憶部と、
前記診断許可信号を入力した場合に、前記記憶部に記憶された前記診断時点火時期補正量マップに従って、前記運転状態検出部で検出された前記運転状態に応じた診断時補正量を算出し、前記点火時期制御部で設定された前記基本点火時期から前記診断時補正量を減算することにより、前記点火時期を診断時点火時期として補正する診断時点火時期補正部と、
前記目標回転位相角が前記診断用目標値に切替わり、前記診断時点火時期補正部による前記診断時点火時期に基づいて前記回転位相角制御部による制御を開始してから予め設定された診断実施時間ｔｄ経過後に前記回転位相角偏差算出部で算出された前記偏差ｄｒが、
｜前記偏差ｄｒ｜≧｜予め定めた偏差閾値ｄｊ｜
の関係を満たす場合に、前記可変バルブタイミング機構に前記応答異常が発生したと判定する異常判定部と
を有する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記運転状態検出部は、前記内燃機関の前記運転状態として、前記内燃機関の回転速度及び充填効率を検出し、
前記診断実施条件判定部は、前記運転状態検出部で検出された前記回転速度が第１の許容変化幅以内であり、かつ前記運転状態検出部で検出された前記充填効率が第２の許容変化幅以内である状態が、診断条件判定時間ｔｊ以上継続した場合に、前記診断実施条件を満たすと判断する
内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において用いられる内燃機関の制御方法であって、
前記可変バルブタイミング機構診断部において、
前記運転状態検出部により検出された前記運転状態が、予め設定された診断実施条件を満たすと判断した場合に、診断許可信号を出力する診断実施条件判定ステップと、
前記診断許可信号を入力した場合に、前記目標回転位相角算出部に対して、前記目標回転位相角を、予め設定された診断用目標値に切替えるよう指示する目標回転位相角切替えステップと、
前記診断許可信号を入力した場合に、前記記憶部に記憶された前記診断時点火時期補正量マップに従って、前記運転状態検出部で検出された前記運転状態に応じた診断時補正量を算出し、前記点火時期制御部で設定された前記基本点火時期から前記診断時補正量を減算することにより、前記点火時期を診断時点火時期として補正する診断時点火時期補正ステップと、
前記目標回転位相角が前記診断用目標値に切替わり、前記診断時点火時期補正部による前記診断時点火時期に基づいて前記回転位相角制御部による制御を開始してから予め設定された診断実施時間ｔｄ経過後に前記回転位相角偏差算出部で算出された前記偏差ｄｒが、
｜前記偏差ｄｒ｜≧｜予め定めた偏差閾値ｄｊ｜
の関係を満たす場合に、前記可変バルブタイミング機構に前記応答異常が発生したと判定する異常判定ステップと
を有する内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変バルブタイミング機構の診断機能を有する内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の可変バルブタイミング機構は、吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを制御している。このような可変バルブタイミング機構の診断装置としては、吸気カム軸及び排気カム軸の回転位相角の目標値（以下、目標回転位相角と呼ぶ）をステップ状に大きく変化させ、目標回転位相角の変化に対する回転位相角の実測値（以下、実回転位相角と呼ぶ）の応答性を測定することにより、可変バルブタイミング機構の応答異常の有無を検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１では、吸気カム軸及び排気カム軸の目標回転位相角をステップ状に大きく変化させてから診断実施時間ｔｄが経過した時点において、目標回転位相角と実回転位相角との偏差を測定している。そして、この回転位相角の偏差が、予め定めた偏差閾値以上である場合に、可変バルブタイミング機構に応答異常が発生したと判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−００２１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１の内燃機関の制御装置では、可変バルブタイミング機構の応答異常の有無を診断するために、吸気カム軸及び排気カム軸の目標回転位相角を、ステップ状に大きく変化させる必要がある。
【０００６】
しかしながら、例えばハイブリッド車では、発電機を駆動することを目的に、発電効率が良い中回転中負荷領域で、内燃機関を準定常運転させている。この結果、内燃機関の回転速度及び充填効率等の運転状態の変化が小さくなり、運転状態に応じて設定される目標回転位相角を、大きく変化させることができないという課題があった。
【０００７】
ハイブリッド車に代表されるような、運転状態の変化が少ない内燃機関においても、可変バルブタイミング機構を診断できるようにする方法の１つとして、燃料カットを発生させる方法がある。
【０００８】
一般的な内燃機関においては、燃料カット中の目標回転位相角は、位相角変化量＝０（例えば、吸気バルブは最遅角）に設定され、中回転中負荷領域の目標回転位相角は、中間位相角に設定されるようになっている。そこで、中回転中負荷領域で運転中に燃料カットを実施することにより、目標回転位相角を強制的に、位相角変化量＝０に変化させることができる。
【０００９】
しかしながら、この方法では、燃料カット中の内燃機関の運転状態を安定させるため、発電機によって内燃機関を回転させる必要があり、バッテリの電力を消費してしまうという課題があった。
【００１０】
また、燃料カットを発生させないで、可変バルブタイミング機構を診断できるようにする別の方法として、目標回転位相角を強制的に変化させる方法がある。しかしながら、この方法では、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップが、内燃機関の運転状態に応じて最適に設定されなくなってしまうため、排気エミッションが悪化してしまうという課題があった。
【００１１】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、運転状態の変化が少ない内燃機関においても、エミッション及びバッテリの電力消費を抑制して可変バルブタイミング機構の応答異常の有無を診断することができる内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一つの開閉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た内燃機関の制御装置であって、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、運転状態検出部で検出された運転状態に応じて基本点火時期を設定し、設定した基本点火時期に従って内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御部と、吸気バルブ及び排気バルブの回転位相角の実測値を実回転位相角として検出する実回転位相角検出部と、運転状態検出部で検出された運転状態に応じて、吸気バルブ及び排気バルブの回転位相角の目標値を目標回転位相角として算出する目標回転位相角算出部と、目標回転位相角算出部で算出された目標回転位相角と、実回転位相角検出部で検出された実回転位相角との偏差ｄｒを算出する回転位相角偏差算出部と、回転位相角偏差算出部で算出された偏差ｄｒに基づいて、実回転位相角が目標回転位相角に追従するように、可変バルブタイミング機構を制御する回転位相角制御部と、回転位相角制御部による制御に応じて変化する偏差ｄｒの大きさから、可変バルブタイミング機構の応答異常の有無を診断する可変バルブタイミング機構診断部とを備え、可変バルブタイミング機構診断部は、運転状態検出部により検出された運転状態が、予め設定された診断実施条件を満たすと判断した場合に、診断許可信号を出力する診断実施条件判定部と、診断許可信号を入力した場合に、目標回転位相角算出部に対して、目標回転位相角を、予め設定された診断用目標値に切替えるよう指示する目標回転位相角切替え部と、運転状態と、エミッションを抑制するための点火時期の遅角量に相当する診断時補正量との対応関係を示す診断時点火時期補正量マップが予め記憶された記憶部と、診断許可信号を入力した場合に、記憶部に記憶された診断時点火時期補正量マップに従って、運転状態検出部で検出された運転状態に応じた診断時補正量を算出し、点火時期制御部で設定された基本点火時期から診断時補正量を減算することにより、点火時期を診断時点火時期として補正する診断時点火時期補正部と、目標回転位相角が診断用目標値に切替わり、診断時点火時期補正部による診断時点火時期に基づいて回転位相角制御部による制御を開始してから予め設定された診断実施時間ｔｄ経過後に回転位相角偏差算出部で算出された偏差ｄｒが、｜偏差ｄｒ｜≧｜予め定めた偏差閾値ｄｊ｜の関係を満たす場合に、可変バルブタイミング機構に応答異常が発生したと判定する異常判定部とを有するものである。
【００１３】
また、本発明に係る内燃機関の制御方法は、本発明に係る内燃機関の制御装置において用いられる内燃機関の制御方法であって、可変バルブタイミング機構診断部において、運転状態検出部により検出された運転状態が、予め設定された診断実施条件を満たすと判断した場合に、診断許可信号を出力する診断実施条件判定ステップと、診断許可信号を入力した場合に、目標回転位相角算出部に対して、目標回転位相角を、予め設定された診断用目標値に切替えるよう指示する目標回転位相角切替えステップと、診断許可信号を入力した場合に、記憶部に記憶された診断時点火時期補正量マップに従って、運転状態検出部で検出された運転状態に応じた診断時補正量を算出し、点火時期制御部で設定された基本点火時期から診断時補正量を減算することにより、点火時期を診断時点火時期として補正する診断時点火時期補正ステップと、目標回転位相角が診断用目標値に切替わり、診断時点火時期補正部による診断時点火時期に基づいて回転位相角制御部による制御を開始してから予め設定された診断実施時間ｔｄ経過後に回転位相角偏差算出部で算出された偏差ｄｒが、｜偏差ｄｒ｜≧｜予め定めた偏差閾値ｄｊ｜の関係を満たす場合に、可変バルブタイミング機構に応答異常が発生したと判定する異常判定ステップとを有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、エミッションが悪化する可変バルブタイミング機構の診断中は、予め作成した診断時点火時期補正量マップに従って、内燃機関の点火時期を補正している。この結果、運転状態の変化が少ない内燃機関においても、エミッション及びバッテリの電力消費を抑制して可変バルブタイミング機構の応答異常の有無を診断することができる内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一般的なハイブリッド車の構成を示す例示図である。
【図２】本発明の実施の形態１における内燃機関の構成を示す例示図である。
【図３】本発明の実施の形態１における内燃機関の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１における、排気バルブに固着異常が発生している場合の内燃機関の制御装置のタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１における、可変バルブタイミング機構が正常な場合の内燃機関の制御装置のタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１における、エミッションを抑制するための点火時期の診断時補正量と内燃機関の運転状態との関係を示す診断時点火時期補正量マップの例示図である。
【図７】本発明の実施の形態１における可変バルブタイミング機構診断部の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明における内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、一般的なハイブリッド車の構成を示す例示図である。まず、図１を用いて、ハイブリッド車の仕組みについて説明する。
【００１８】
ハイブリッド車では、内燃機関１を用いて発電機５を駆動させることにより、交流電力を発生させている。また、車両の減速時には、駆動輪９の回転を利用してモータ６を発電機として動作させることにより、交流電力を発生させることもできる。発電機５及びモータ６の出力電力は、インバータ７によって直流電力に変換され、バッテリ８に蓄えられる。
【００１９】
一方、車両を走行させる場合は、バッテリ８に蓄えた電力でモータ６を駆動することにより、駆動輪９を回転させている。また、内燃機関１を始動させる場合等には、バッテリ８に蓄えた電力で発電機５を駆動し、内燃機関１を回転させることもできる。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態１における内燃機関１の構成を示す例示図である。以下、図２を用いて、内燃機関１の構成要素と機能について説明する。
【００２１】
図２に示す内燃機関１は、可変バルブタイミング機構１０、吸気バルブ１１、排気バルブ１２、クランク軸１３、点火プラグ１４、スロットルバルブ１５、インジェクタ１６、触媒コンバータ１７、吸気カム角センサＳ１１、排気カム角センサＳ１２、クランク角センサＳ１３、スロットルセンサＳ１５、エアフローセンサＳ１６、空燃比センサＳ１７、及び酸素濃度センサＳ１８を備えて構成される。
【００２２】
また、可変バルブタイミング機構１０は、吸気カム軸１０１、排気カム軸１０２を備えている。
【００２３】
吸気カム軸１０１は、クランク軸１３の回転に同期して、吸気バルブ１１を開閉駆動する。また、同様に、排気カム軸１０２は、クランク軸１３の回転に同期して、排気バルブ１２を開閉駆動する。このとき、吸気カム軸１０１及び排気カム軸１０２のクランク軸１３に対する進角量は、油圧駆動式の可変バルブタイミング機構１０によって調整される。
【００２４】
吸気バルブ１１の実回転位相角は、吸気カム角センサＳ１１が測定する吸気カム角位相の、クランク角センサＳ１３が測定するクランク角位相に対する相対回転角を求めることにより算出される。また、同様に、排気バルブ１２の実回転位相角は、排気カム角センサＳ１２が測定する排気カム角位相の、クランク角センサＳ１３が測定するクランク角位相に対する相対回転角を求めることにより算出される。
【００２５】
内燃機関１の吸気管には、気筒へ吸入される吸気量を計測するエアフローセンサＳ１６が取り付けられている。また、吸気管の更に下流には、吸気量を調整するスロットルバルブ１５が設けられている。スロットルバルブ１５の開度は、近傍に設置されたスロットルセンサＳ１５によって検出される。また、吸気管の吸気ポート近傍には、気筒内に燃料を供給するインジェクタ１６が設けられている。
【００２６】
内燃機関１の排気管には、気筒から排出される排気ガスを浄化する触媒コンバータ１７、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサＳ１７、及び、触媒コンバータ１７の下流における酸素濃度を示す酸素濃度センサＳ１８が設けられている。
【００２７】
内燃機関の制御装置２（ＥＣＵ）は、気筒毎に設けられた点火プラグ１４の点火タイミング、スロットルバルブ１５の開度、及び、インジェクタ１６の燃料噴射量等を制御するとともに、可変バルブタイミング機構１０の診断機能を有している。
【００２８】
図３は、本発明の実施の形態１における内燃機関の制御装置２の構成を示すブロック図である。以下、図３を用いて、内燃機関の制御装置２の構成要素と機能について説明する。
【００２９】
図３に示す内燃機関の制御装置２は、運転状態検出部Ｍ１、点火時期制御部Ｍ２、目標回転位相角算出部Ｍ３、実回転位相角検出部Ｍ４、回転位相角偏差算出部Ｍ５、回転位相角制御部Ｍ６、及び可変バルブタイミング機構診断部２０を備えて構成される。
【００３０】
また、可変バルブタイミング機構診断部２０は、診断実施条件判定部Ｍ７、目標回転位相角切替え部Ｍ８、異常判定部Ｍ９、診断時点火時期補正部Ｍ１０を備えて構成される。
【００３１】
運転状態検出部Ｍ１は、クランク角センサＳ１３、エアフローセンサＳ１６、空燃比センサＳ１７等の測定値に基づいて、内燃機関１の回転速度及び充填効率等の運転状態を検出する。
【００３２】
点火時期制御部Ｍ２は、運転状態検出部Ｍ１が検出した内燃機関１の運転状態に応じて、内燃機関１の点火時期の目標値である基本点火時期を設定し、設定した基本点火時期に従って内燃機関１の点火時期を制御する。
【００３３】
目標回転位相角算出部Ｍ３は、運転状態検出部Ｍ１が検出した内燃機関１の運転状態に応じて、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の回転位相角の目標値を目標回転位相角として算出する。一般的には、吸気バルブ１１と排気バルブ１２のオーバーラップは、内燃機関１が高回転高負荷であるほど大きく設定される。
【００３４】
実回転位相角検出部Ｍ４は、吸気カム角センサＳ１１及び排気カム角センサＳ１２が測定するカム角位相と、クランク角センサＳ１３が測定するクランク角位相との相対回転角を求めることにより、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の回転位相角の実測値を実回転位相角として検出する。
【００３５】
回転位相角偏差算出部Ｍ５は、目標回転位相角算出部Ｍ３と実回転位相角検出部Ｍ４との算出結果を比較して、目標回転位相角と実回転位相角との偏差ｄｒを算出する。
【００３６】
回転位相角制御部Ｍ６は、回転位相角偏差算出部Ｍ５の出力に基づいて、実回転位相角が目標回転位相角に追従するように、可変バルブタイミング機構１０を制御する。
【００３７】
次に、内燃機関の制御装置２の可変バルブタイミング機構診断部２０の構成要素と機能について説明する。
【００３８】
診断実施条件判定部Ｍ７は、可変バルブタイミング機構１０の診断を実施するための条件を判定する。具体的には、内燃機関１の回転速度及び充填効率等の運転状態が、診断条件判定時間ｔｊ（例えば、１０ｓｅｃ）以上継続して予め定めた変化幅内にあること、すなわち、運転状態が準定常状態であることを確認した場合に、診断実施条件が成立したと判断する。そして、目標回転位相角切替え部Ｍ８に対して診断許可信号を出力する。
【００３９】
目標回転位相角切替え部Ｍ８は、診断実施条件判定部Ｍ７から診断許可信号を入力すると、目標回転位相角を診断用目標値（例えば、位相角変化量＝０：吸気バルブは最遅角）に切替えるよう、目標回転位相角算出部Ｍ３に指示する。この結果、目標回転位相角算出部Ｍ３は、目標回転位相角を、診断用目標値に、ステップ状に大きく変化させる。
【００４０】
異常判定部Ｍ９は、実回転位相角の応答性を測定する。具体的には、目標回転位相角が診断用目標値に切替わってから、診断実施時間ｔｄが経過した時点の、目標回転位相角と実回転位相角との偏差ｄｒが、予め定めた偏差閾値ｄｊ（例えば、２５°クランク角度）以上である場合に、可変バルブタイミング機構１０に応答異常が発生していると判定する。ここで、診断実施時間ｔｄは、実回転位相角が目標回転位相角に追従するために十分な時間を設定する（例えば、５ｓｅｃ）。
【００４１】
このようにして、ハイブリッド車のような運転状態の変化が少ない内燃機関１においても、可変バルブタイミング機構１０の応答異常の有無を診断することができるようになり、吸気バルブ１１または排気バルブ１２機構の応答性の劣化や、可変バルブタイミング機構１０の固着異常等を検出することができるようになる。
【００４２】
図４は、本発明の実施の形態１における、排気バルブ１２に固着異常が発生している場合の、内燃機関の制御装置２のタイミングチャートである。以下、図４を用いて、可変バルブタイミング機構１０の応答異常の有無の検出方法について説明する。
【００４３】
診断実施条件判定部Ｍ７は、診断条件判定中（１）期間において、内燃機関１の回転速度及び充填効率等の運転状態（ａ）が、診断条件判定時間ｔｊ以上継続して予め定めた変化幅内にあることを確認している。そして、時刻ｔ１において、診断実施条件が成立したことを、目標回転位相角切替え部Ｍ８に診断許可信号（ｂ）として出力している。
【００４４】
目標回転位相角切替え部Ｍ８は、診断実施条件判定部Ｍ７から診断許可信号（ｂ）を入力すると同時に、目標回転位相角算出部Ｍ３に対して、回転位相角（ｃ）の目標値を診断用に切替えるように指示している。この結果、図４の点線に示すように、時刻ｔ１において、回転位相角（ｃ）の目標値がステップ状に大きく変化している。
【００４５】
図４では、排気バルブ１２に固着異常が発生しているため、排気バルブ１２の回転位相角（ｃ）の実測値は、図４の実線に示すように、診断実施時間ｔｄが経過した時刻ｔ２でも、目標値に追従できていない。この結果、排気バルブ１２では、｜偏差ｄｒ｜≧｜偏差閾値ｄｊ｜の関係が成立しているため、異常判定部Ｍ９は、排気バルブ１２に応答異常が発生していると判定する。
【００４６】
一方、吸気バルブ１１の回転位相角（ｃ）の実測値は、図４の実線に示すように、診断実施中（２）に、目標値に追従できており、｜偏差ｄｒ｜≧｜偏差閾値ｄｊ｜の関係が成立していないため、異常判定部Ｍ９は、吸気バルブ１１には応答異常は発生していないと判定する。
【００４７】
異常判定部Ｍ９は、診断終了（３）時に、異常判定（ｆ）を外部に出力する。
【００４８】
なお、図４では、簡単のため、点火時期（ｄ）及び吸入空気量（ｅ）が一定であるタイミングチャートを示しているが、図５を用いて後述するように、本発明では、可変バルブタイミング機構１０の診断中に、点火時期（ｄ）及び吸入空気量（ｅ）を制御することにより、排気エミッションを抑制させることが可能である。
【００４９】
図５は、本発明の実施の形態１における、可変バルブタイミング機構１０が正常な場合の、内燃機関の制御装置２のタイミングチャートである。以下、図５を用いて、可変バルブタイミング機構１０の診断中の排気エミッションについて説明する。
【００５０】
図５に示すタイミングチャートは、先の図４に示すタイミングチャートと比べて、可変バルブタイミング機構１０が正常で、排気バルブ１２に固着異常が発生していない点が異なっている。具体的には、排気バルブ１２の回転位相角（ｃ）の実測値は目標値に追従しており、この結果、異常判定部Ｍ９は、異常判定（ｆ）を外部に出力していない。
【００５１】
ところで、可変バルブタイミング機構１０を採用している内燃機関１では、中回転〜高回転領域において、吸気バルブ１１と排気バルブ１２のオーバーラップ量を設けるのが一般的である。オーバーラップを大きくすることにより、気筒内の残留ガスが増加して内部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）効果が生じ、燃焼温度が下がるため、ＮＯｘ等のエミッションを抑制することができることが知られている。
【００５２】
しかしながら、先の「発明が解決しようとする課題」でも述べたとおり、可変バルブタイミング機構１０の診断のために、目標回転位相角を強制的に変化させると、吸気バルブ１１と排気バルブ１２のオーバーラップが、内燃機関１の運転状態に応じて最適に設定されなくなるため、排気エミッションが悪化してしまうという課題がある。
【００５３】
例えば、図５では、診断用に目標回転位相角を、位相角変化量＝０と設定しているため、吸気バルブ１１と排気バルブ１２のオーバーラップは、時刻ｔ３でほぼ０となっている。この結果、内部ＥＧＲ量（ｇ）が減少し、燃焼温度（ｈ）が上昇するため、ＮＯｘ等のエミッション（ｉ）が悪化してしまう。
【００５４】
そこで、本実施の形態１における可変バルブタイミング機構診断部２０は、図３に示すように、診断時点火時期補正部Ｍ１０を備えている。ＮＯｘのエミッションに関する特性として、点火時期を遅らせると、燃焼の開始が遅れて膨張行程中に燃焼が進行して燃焼温度が低下するため、ＮＯｘの生成が抑制されることが知られている。本実施の形態１における可変バルブタイミング機構診断部２０は、この特性を利用して、点火時期の補正処理を実施することにより、診断時のＮＯｘ等のエミッションを抑制している。
【００５５】
具体的には、診断実施条件判定部Ｍ７は、診断実施条件が成立した際に、目標回転位相角切替え部Ｍ８に対して診断許可信号を送信すると同時に、診断時点火時期補正部Ｍ１０に対しても診断許可信号を出力している。そして、診断時点火時期補正部Ｍ１０は、診断許可信号を入力すると、運転状態検出部Ｍ１が出力する内燃機関１の運転状態に応じて点火時期の診断時補正量（遅角量）を算出し、点火時期制御部Ｍ２に出力している。
【００５６】
この結果、点火時期制御部Ｍ２は、診断時点火時期補正部Ｍ１０が出力する点火時期の診断時補正量を反映させて、図５に示すように内燃機関１の点火時期（ｄ）及び吸入空気量（ｅ）を補正して制御することにより、エミッションを抑制することができるようになる。
【００５７】
図６は、本発明の実施の形態１における、エミッションを抑制するための点火時期の診断時補正量と内燃機関１の運転状態との関係を示す診断時点火時期補正量マップの例示図である。
【００５８】
図６に示す診断時点火時期補正量マップは、内燃機関１の運転状態が高回転または高負荷であるほど、燃焼速度が速くなるため、点火時期の遅角量が大きくなるように設定されている。但し、点火時期は、遅角させすぎると発生トルクが大きく低下し、発電性能を損なうことになるため、性能を大きく損なわない範囲で設定されている。
【００５９】
診断時点火時期補正部Ｍ１０は、可変バルブタイミング機構１０の診断中は、図示しない記憶部に予め作成された診断時点火時期補正量マップに従って、内燃機関１の運転状態に応じた点火時期の診断時補正量（遅角量）を算出し、点火時期制御部Ｍ２に出力する。
【００６０】
点火時期制御部Ｍ２は、診断時における点火時期を、下式に従って算出する。
診断時点火時期（進角量）＝基本点火時期（各種補正を含む）−診断時補正量
このように、点火時期制御部Ｍ２は、内燃機関１の運転状態に応じて各種補正された基本点火時期に、更に、診断時補正量を反映させることにより、診断時のオーバーラップ量＝０の場合の、ＮＯｘ等のエミッションを抑制している。
【００６１】
図７は、本発明の実施の形態１における可変バルブタイミング機構診断部２０の処理を示すフローチャートである。
【００６２】
ステップＳ７０１において、運転状態検出部Ｍ１は、クランク角センサＳ１３、エアフローセンサＳ１６、空燃比センサＳ１７等の測定値に基づいて、内燃機関１の回転速度及び充填効率等の運転状態を検出する。
【００６３】
次に、ステップＳ７０２において、診断実施条件判定部Ｍ７は、内燃機関１の回転速度の測定値が、予め定めた回転速度の変化幅内か否かを判断する。Ｎｏの場合は、ステップＳ７０１に戻り、Ｙｅｓの場合は、ステップＳ７０３に進む。
【００６４】
次に、ステップＳ７０３において、診断実施条件判定部Ｍ７は、内燃機関１の充填効率の測定値が、予め定めた充填効率の変化幅内か否かを判断する。Ｎｏの場合は、ステップＳ７０１に戻り、Ｙｅｓの場合は、ステップＳ７０４に進む。
【００６５】
次に、ステップＳ７０４において、診断実施条件判定部Ｍ７は、回転速度及び充填効率の測定値が予め定めた変化幅内にある期間が、診断条件判定時間ｔｊ以上継続しているか否かを判断する。Ｎｏの場合は、ステップＳ７０１に戻り、Ｙｅｓの場合は、ステップＳ７０５に進む。
【００６６】
次に、ステップＳ７０５において、診断実施条件判定部Ｍ７は、診断実施条件が成立したと判断して、診断許可信号を、目標回転位相角切替え部Ｍ８及び診断時点火時期補正部Ｍ１０に出力する。
【００６７】
次に、ステップＳ７０６において、目標回転位相角切替え部Ｍ８は、目標回転位相角算出部Ｍ３を制御することにより、目標回転位相角を診断用目標値に切替える。この結果、目標回転位相角がステップ状に大きく変化する。
【００６８】
次に、ステップＳ７０７において、診断時点火時期補正部Ｍ１０は、図６に示す診断時点火時期補正量マップに従って、内燃機関１の運転状態に応じた点火時期の診断時補正量（遅角量）を算出し、点火時期制御部Ｍ２に出力する。
【００６９】
次に、ステップＳ７０８において、点火時期制御部Ｍ２は、内燃機関１の運転状態に応じて各種補正された基本点火時期に、更に、診断時補正量を反映させることにより、診断時のエミッションを抑制する。
【００７０】
次に、ステップＳ７０９において、異常判定部Ｍ９は、診断許可信号を受信してから診断実施時間ｔｄが経過したか否かを判断する。Ｎｏの場合は、ステップＳ７０１に戻り、Ｙｅｓの場合は、ステップＳ７１０に進む。
【００７１】
次に、ステップＳ７１０において、異常判定部Ｍ９は、目標回転位相角と実回転位相角との偏差ｄｒが、｜偏差ｄｒ｜≧｜偏差閾値ｄｊ｜の関係を満たしているか否かを判定する。
【００７２】
ステップＳ７１０において、Ｎｏである場合は、ステップＳ７１１に進み、可変バルブタイミング機構１０が正常であると判定し、処理を終了する。一方、ステップＳ７１０において、Ｙｅｓである場合は、ステップＳ７１２に進み、可変バルブタイミング機構１０に異常が発生していると判断する。そして、ステップＳ７１３において、異常判定部Ｍ９は、車両の故障ランプ等を点灯して運転者に異常発生を通知し、処理を終了する。
【００７３】
以上のように、実施の形態１によれば、エミッションが悪化する可変バルブタイミング機構の診断中は、予め作成した診断時点火時期補正量マップに従って、内燃機関の点火時期を補正している。この結果、運転状態の変化が少ない内燃機関においても、エミッション及びバッテリの電力消費を抑制して可変バルブタイミング機構の応答異常の有無を診断することができる内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法を得ることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１  内燃機関、２  内燃機関の制御装置、５  発電機、６  モータ、７  インバータ、８  バッテリ、９  駆動輪、１０  可変バルブタイミング機構、１１  吸気バルブ、１２  排気バルブ、１３  クランク軸、１４  点火プラグ、１５  スロットルバルブ、１６  インジェクタ、１７  触媒コンバータ、２０  可変バルブタイミング機構診断部、１０１  吸気カム軸、１０２  排気カム軸、Ｓ１１  吸気カム角センサ、Ｓ１２  排気カム角センサ、Ｓ１３  クランク角センサ、Ｓ１５  スロットルセンサ、Ｓ１６  エアフローセンサ、Ｓ１７  空燃比センサ、Ｓ１８  酸素濃度センサ、Ｍ１  運転状態検出部、Ｍ２  点火時期制御部、Ｍ３  目標回転位相角算出部、Ｍ４  実回転位相角検出部、Ｍ５  回転位相角偏差算出部、Ｍ６  回転位相角制御部、Ｍ７  診断実施条件判定部、Ｍ８  目標回転位相角切替え部、Ｍ９  異常判定部、Ｍ１０  診断時点火時期補正部。
【図１】
2014218969.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014218969.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月6日(2014.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一つの開閉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た内燃機関の制御装置であって、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、運転状態検出部で検出された運転状態に応じて基本点火時期を設定し、設定した基本点火時期に従って内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御部と、吸気バルブ及び排気バルブの回転位相角の実測値を実回転位相角として検出する実回転位相角検出部と、運転状態検出部で検出された運転状態に応じて、吸気バルブ及び排気バルブの回転位相角の目標値を目標回転位相角として算出する目標回転位相角算出部と、目標回転位相角算出部で算出された目標回転位相角と、実回転位相角検出部で検出された実回転位相角との偏差ｄｒを算出する回転位相角偏差算出部と、回転位相角偏差算出部で算出された偏差ｄｒに基づいて、実回転位相角が目標回転位相角に追従するように、可変バルブタイミング機構を制御する回転位相角制御部と、回転位相角制御部による制御に応じて変化する偏差ｄｒの大きさから、可変バルブタイミング機構の応答異常の有無を診断する可変バルブタイミング機構診断部とを備え、可変バルブタイミング機構診断部は、運転状態検出部により検出された運転状態が、準定常運転状態であることを示す予め設定された診断実施条件を満たすと判断した場合に、診断許可信号を出力する診断実施条件判定部と、診断許可信号を入力した場合に、目標回転位相角算出部に対して、目標回転位相角を、予め設定された診断用目標値に切替えるよう指示する目標回転位相角切替え部と、運転状態と、エミッションを抑制するための点火時期の遅角量に相当する診断時補正量との対応関係を示す診断時点火時期補正量マップが予め記憶された記憶部と、診断許可信号を入力した場合に、記憶部に記憶された診断時点火時期補正量マップに従って、運転状態検出部で検出された運転状態に応じた診断時補正量を算出し、点火時期制御部で設定された基本点火時期から診断時補正量を減算することにより、点火時期を診断時点火時期として補正する診断時点火時期補正部と、目標回転位相角が診断用目標値に切替わり、診断時点火時期補正部による診断時点火時期に基づいて回転位相角制御部による制御を開始してから予め設定された診断実施時間ｔｄ経過後に回転位相角偏差算出部で算出された偏差ｄｒが、｜偏差ｄｒ｜≧｜予め定めた偏差閾値ｄｊ｜の関係を満たす場合に、可変バルブタイミング機構に応答異常が発生したと判定する異常判定部とを有するものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、本発明に係る内燃機関の制御方法は、本発明に係る内燃機関の制御装置において用いられる内燃機関の制御方法であって、可変バルブタイミング機構診断部において、運転状態検出部により検出された運転状態が、準定常運転状態であることを示す予め設定された診断実施条件を満たすと判断した場合に、診断許可信号を出力する診断実施条件判定ステップと、診断許可信号を入力した場合に、目標回転位相角算出部に対して、目標回転位相角を、予め設定された診断用目標値に切替えるよう指示する目標回転位相角切替えステップと、診断許可信号を入力した場合に、記憶部に記憶された診断時点火時期補正量マップに従って、運転状態検出部で検出された運転状態に応じた診断時補正量を算出し、点火時期制御部で設定された基本点火時期から診断時補正量を減算することにより、点火時期を診断時点火時期として補正する診断時点火時期補正ステップと、目標回転位相角が診断用目標値に切替わり、診断時点火時期補正部による診断時点火時期に基づいて回転位相角制御部による制御を開始してから予め設定された診断実施時間ｔｄ経過後に回転位相角偏差算出部で算出された偏差ｄｒが、｜偏差ｄｒ｜≧｜予め定めた偏差閾値ｄｊ｜の関係を満たす場合に、可変バルブタイミング機構に応答異常が発生したと判定する異常判定ステップとを有するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一つの開閉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た内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出部と、
前記運転状態検出部で検出された前記運転状態に応じて基本点火時期を設定し、設定した前記基本点火時期に従って前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御部と、
前記吸気バルブ及び前記排気バルブの回転位相角の実測値を実回転位相角として検出する実回転位相角検出部と、
前記運転状態検出部で検出された前記運転状態に応じて、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの前記回転位相角の目標値を目標回転位相角として算出する目標回転位相角算出部と、
前記目標回転位相角算出部で算出された前記目標回転位相角と、前記実回転位相角検出部で検出された前記実回転位相角との偏差ｄｒを算出する回転位相角偏差算出部と、
前記回転位相角偏差算出部で算出された前記偏差ｄｒに基づいて、前記実回転位相角が前記目標回転位相角に追従するように、前記可変バルブタイミング機構を制御する回転位相角制御部と、
前記回転位相角制御部による制御に応じて変化する前記偏差ｄｒの大きさから、前記可変バルブタイミング機構の応答異常の有無を診断する可変バルブタイミング機構診断部と
を備え、
前記可変バルブタイミング機構診断部は、
前記運転状態検出部により検出された前記運転状態が、準定常運転状態であることを示す予め設定された診断実施条件を満たすと判断した場合に、診断許可信号を出力する診断実施条件判定部と、
前記診断許可信号を入力した場合に、前記目標回転位相角算出部に対して、前記目標回転位相角を、予め設定された診断用目標値に切替えるよう指示する目標回転位相角切替え部と、
前記運転状態と、エミッションを抑制するための前記点火時期の遅角量に相当する診断時補正量との対応関係を示す診断時点火時期補正量マップが予め記憶された記憶部と、
前記診断許可信号を入力した場合に、前記記憶部に記憶された前記診断時点火時期補正量マップに従って、前記運転状態検出部で検出された前記運転状態に応じた診断時補正量を算出し、前記点火時期制御部で設定された前記基本点火時期から前記診断時補正量を減算することにより、前記点火時期を診断時点火時期として補正する診断時点火時期補正部と、
前記目標回転位相角が前記診断用目標値に切替わり、前記診断時点火時期補正部による前記診断時点火時期に基づいて前記回転位相角制御部による制御を開始してから予め設定された診断実施時間ｔｄ経過後に前記回転位相角偏差算出部で算出された前記偏差ｄｒが、
｜前記偏差ｄｒ｜≧｜予め定めた偏差閾値ｄｊ｜
の関係を満たす場合に、前記可変バルブタイミング機構に前記応答異常が発生したと判定する異常判定部と
を有する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記運転状態検出部は、前記内燃機関の前記運転状態として、前記内燃機関の回転速度及び充填効率を検出し、
前記診断実施条件判定部は、前記運転状態検出部で検出された前記回転速度が第１の許容変化幅以内であり、かつ前記運転状態検出部で検出された前記充填効率が第２の許容変化幅以内である状態が、診断条件判定時間ｔｊ以上継続した場合に、前記診断実施条件を満たすと判断する
内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において用いられる内燃機関の制御方法であって、
前記可変バルブタイミング機構診断部において、
前記運転状態検出部により検出された前記運転状態が、準定常運転状態であることを示す予め設定された診断実施条件を満たすと判断した場合に、診断許可信号を出力する診断実施条件判定ステップと、
前記診断許可信号を入力した場合に、前記目標回転位相角算出部に対して、前記目標回転位相角を、予め設定された診断用目標値に切替えるよう指示する目標回転位相角切替えステップと、
前記診断許可信号を入力した場合に、前記記憶部に記憶された前記診断時点火時期補正量マップに従って、前記運転状態検出部で検出された前記運転状態に応じた診断時補正量を算出し、前記点火時期制御部で設定された前記基本点火時期から前記診断時補正量を減算することにより、前記点火時期を診断時点火時期として補正する診断時点火時期補正ステップと、
前記目標回転位相角が前記診断用目標値に切替わり、前記診断時点火時期補正部による前記診断時点火時期に基づいて前記回転位相角制御部による制御を開始してから予め設定された診断実施時間ｔｄ経過後に前記回転位相角偏差算出部で算出された前記偏差ｄｒが、
｜前記偏差ｄｒ｜≧｜予め定めた偏差閾値ｄｊ｜
の関係を満たす場合に、前記可変バルブタイミング機構に前記応答異常が発生したと判定する異常判定ステップと
を有する内燃機関の制御方法。