JP4924733B2

JP4924733B2 - 内燃機関の異常診断装置

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Publication number: JP4924733B2
Application number: JP2010056064A
Authority: JP
Inventors: 啓介長倉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2030-03-12
Also published as: JP2011190716A; US8718865B2; US20110224861A1

Description

本発明は、内燃機関の異常診断装置に関し、特に、複数の可変バルブタイミング機構が設けられた内燃機関の出力軸の回転変動量に基づいて異常を診断する異常診断装置に関する。

複数の気筒が設けられた内燃機関が知られている。一般的には、全ての気筒の空燃比が同じになるように制御される。しかしながら、内燃機関を長期にわたって運転していると、各気筒に設けられたインジェクタの劣化および個体差などに起因して、空燃比が気筒毎に異なり得る。空燃比が気筒毎に異なると、各気筒の燃焼工程において得られるトルクが異なり得る。そこで、空燃比が気筒毎に異なるという異常を検出する方法の一つとして、内燃機関の出力軸の回転変動を利用することが提案されている。

特開２０１０−２４９７７号公報（特許文献１）は、各気筒毎に燃料噴射量を制御するとともに、気筒間での空燃比又は出力のばらつきの程度ないし有無を診断する内燃機関の診断制御装置であって、各気筒毎にクランク軸が所定角度回転するに要した時間を計測し、この計測された所要時間に基づいて、各気筒毎にクランク軸２回転毎の回転変動成分である０．５次成分又はクランク軸１回転毎の回転変動成分である１．０次成分を抽出するとともに、各気筒毎に設定期間中、０．５次成分又は１．０次成分が設定範囲を逸脱した回数をカウントし、カウント値が所定値を越えたとき、当気筒の空燃比又は出力が異常であると診断する内燃機関の診断制御装置を開示する。

特開２０１０−２４９７７号公報

インテークバルブやエキゾーストバルブが開閉する位相（クランク角）を運転状態に応じて変更するＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構が設けられたＶ型エンジンまたは水平対向エンジンでは、一方のバンクには、他方のバンクに設けられたＶＶＴ機構とは別のＶＶＴ機構が設けられる。そのため、内燃機関が正常であっても、一方のバンクのバルブの位相と、他方のバンクのバルブの位相とが、許容範囲内で異なり得る。この場合であっても、一方のバンクの気筒と他方のバンクの気筒との間で空燃比が異なり得る。したがって、エンジンの出力軸の回転変動量に基づいて異常の有無を診断すると、異常を誤って検出し得る。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、異常の有無を精度よく診断することができる内燃機関の異常診断装置を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の異常診断装置は、第１の気筒に対して設けられた第１のバルブの位相を、第１の位相から第２の位相まで変更可能な第１の可変バルブタイミング機構と、第１の気筒とは別の第２の気筒に対して設けられた第２のバルブの位相を、第１の位相から第２の位相まで変更可能な第２の可変バルブタイミング機構とが設けられた内燃機関の異常診断装置である。異常診断装置は、内燃機関の出力軸の回転変動量を検出するための手段と、第１のバルブの位相および第２のバルブの位相が第１の位相になるように制御するとともに、第１のバルブの位相および第２のバルブの位相が第１の位相である状態で、内燃機関の出力軸の回転変動量に基づいて異常の有無を診断するための診断手段とを備える。

この構成によると、第１の可変バルブタイミング機構により変化される第１のバルブの位相および第２の可変バルブタイミング機構により変化される第２のバルブの位相の両方が、機械的に定まる最遅角の位相または最進角の位相にされる。この状態で、出力軸の回転変動量に基づいて異常の有無が診断される。これにより、第１の可変バルブタイミング機構により変化される第１のバルブの位相と、第２の可変バルブタイミング機構により変化される第２のバルブの位相とが同じである状態で、内燃機関の出力軸の回転変動量に基づいて異常の有無を診断することができる。そのため、内燃機関の出力軸の回転変動が生じる要因から、気筒間でのバルブの位相差を除くことができる。その結果、異常の有無を精度よく診断することができる内燃機関の異常診断装置を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の異常診断装置は、内燃機関の負荷および内燃機関の出力軸の回転数に応じて第１のバルブの位相および第２のバルブの位相が変化するように制御するための手段をさらに備える。診断手段は、内燃機関の負荷が第１の負荷以上であり、かつ第１の負荷よりも大きい第２の負荷以下であるとともに、内燃機関の出力軸の回転数が予め定められた回転数以下であると、第１のバルブの位相および第２のバルブの位相が第１の位相になるように制御するとともに、第１のバルブの位相および第２のバルブの位相が第１の位相である状態で、内燃機関の出力軸の回転変動量に基づいて異常の有無を診断する。

この構成によると、第１のバルブの位相および第２のバルブの位相は、内燃機関の負荷および出力軸の回転数に応じて変化される。そのため、内燃機関を駆動源として搭載した車両の走行中は、内燃機関の負荷および出力軸の回転数が逐次変化することにともなって、第１のバルブの位相および第２のバルブの位相が逐次変化され得る。よって、第１の可変バルブタイミング機構と第２の可変バルブタイミング機構との個体差に起因して、第１のバルブの位相および第２のバルブの位相とが異なることもあり得る。しかしながら、内燃機関の負荷が第１の負荷以上であり、かつ第２の負荷以下であるとともに、内燃機関の出力軸の回転数が予め定められた回転数以下であると、第１の可変バルブタイミング機構により変化される第１のバルブの位相および第２の可変バルブタイミング機構により変化される第２のバルブの位相の両方が、機械的に定まる最遅角の位相または最進角の位相にされる。この状態で、出力軸の回転変動量に基づいて異常の有無が診断される。これにより、車両の走行中においても、第１の可変バルブタイミング機構により変化される第１のバルブの位相と、第２の可変バルブタイミング機構により変化される第２のバルブの位相とが同じである状態で、内燃機関の出力軸の回転変動量に基づいて異常の有無を診断することができる。

第３の発明に係る内燃機関の異常診断装置においては、第１のバルブは第１のインテークバルブである。第２のバルブは第２のインテークバルブである。第１の位相は、最遅角の位相である。

この構成によると、異常の診断時には、インテークバルブの位相が最遅角の位相にされる。これにより、インテークバルブとエキゾーストバルブとのオーバーラップを可能な限り小さくすることができる。そのため、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）量を減らし、内部ＥＧＲが出力軸の回転変動に対して与える影響を小さくすることができる。そのため、内燃機関の出力軸の回転変動量に基づいて異常の有無をより精度よく診断することができる。

第４の発明に係る内燃機関の異常診断装置は、第１の気筒に対して設けられた第１のバルブの位相を、第１の位相から第２の位相まで変更可能な第１の可変バルブタイミング機構と、第１の気筒とは別の第２の気筒に対して設けられた第２のバルブの位相を、第１の位相から第２の位相まで変更可能な第２の可変バルブタイミング機構とが設けられた内燃機関の異常診断装置である。異常診断装置は、内燃機関の出力軸の回転変動量を検出するための手段と、第１のバルブの位相を検出するための手段と、第２のバルブの位相を検出するための手段と、第１のバルブの位相と第２のバルブの位相とが同じであるという条件を含む予め定められた条件が満たされると、内燃機関の出力軸の回転変動量に基づいて異常の有無を診断するための診断手段とを備える。

この構成によると、第１のバルブの位相と第２のバルブの位相とが同じであれば、出力軸の回転変動量に基づいて異常の有無が診断される。第１のバルブの位相と第２のバルブの位相とが異なれば、出力軸の回転変動量に基づく異常の診断はなされない。そのため、内燃機関の出力軸の回転変動が生じる要因から、気筒間でのバルブの位相差を除くことができる。その結果、異常の有無を精度よく診断することができる内燃機関の異常診断装置を提供することができる。

第５の発明に係る内燃機関の異常診断装置は、内燃機関の負荷および内燃機関の出力軸の回転数に応じて第１のバルブの位相および第２のバルブの位相が変化するように制御するための手段をさらに備える。予め定められた条件は、第１のバルブの位相と第２のバルブの位相とが同じであるという条件に加えて、内燃機関の負荷が第１の負荷以上であり、かつ第１の負荷よりも大きい第２の負荷以下であるとともに、内燃機関の出力軸の回転数が予め定められた回転数以下であるという条件を含む。

この構成によると、第１のバルブの位相および第２のバルブの位相は、内燃機関の負荷および出力軸の回転数に応じて変化される。そのため、内燃機関を駆動源として搭載した車両の走行中は、内燃機関の負荷および出力軸の回転数が逐次変化することにともなって、第１のバルブの位相および第２のバルブの位相が逐次変化され得る。よって、第１の可変バルブタイミング機構と第２の可変バルブタイミング機構との個体差に起因して、第１のバルブの位相および第２のバルブの位相とが異なることもあり得る。しかしながら、内燃機関の負荷が第１の負荷以上であり、かつ第２の負荷以下であるとともに、内燃機関の出力軸の回転数が予め定められた回転数以下である運転領域では、第１のバルブの位相と第２のバルブの位相とが同じであると、出力軸の回転変動量に基づいて異常の有無が診断される。これにより、車両の走行中においても、第１の可変バルブタイミング機構により変化される第１のバルブの位相と、第２の可変バルブタイミング機構により変化される第２のバルブの位相とが同じである状態で、内燃機関の出力軸の回転変動量に基づいて異常の有無を診断することができる。

ハイブリッド車のパワートレーンを示す概略構成図である。動力分割機構の共線図である。変速機の共線図である。ハイブリッド車両のエンジンを示す概略構成図である。インテークバルブの位相を定めたマップを示す図である。位相が変化する範囲を示す図である。第１の実施の形態におけるＥＣＵの機能ブロック図である。空燃比の異常の診断が行なわれる運転領域を示す図である。第１の実施の形態においてＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。第２の実施の形態におけるＥＣＵの機能ブロック図である。第２の実施の形態においてＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る異常診断装置を搭載したハイブリッド車のパワートレーンについて説明する。本実施の形態に係る異常診断装置は、たとえば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００のＲＯＭ（Read Only Memory）１０２に記録されたプログラムをＥＣＵ１００が実行することにより実現される。なお、ＥＣＵ１００は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。また、ＥＣＵ１００により実行されるプログラムをＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの記録媒体に記録して市場に流通させてもよい。ハイブリッド車の代わりに、エンジンのみが駆動源として搭載された車両を用いてもよい。

図１に示すように、パワートレーンは、エンジン１０００と、第１ＭＧ（Motor Generator）２００と、これらエンジン１０００と第１ＭＧ２００との間でトルクを合成もしくは分配する動力分割機構３００と、第２ＭＧ４００と、変速機５００とを主体として構成されている。

エンジン１０００は、燃料を燃焼させて動力を出力する公知の内燃機関であって、スロットル開度（吸気量）や燃料供給量、点火時期などの運転状態を電気的に制御できるように構成されている。その制御は、例えば、マイクロコンピュータを主体とするＥＣＵ１００によって行なわれる。なお、エンジン１０００の詳細については後述する。

第１ＭＧ２００は、一例として三相交流回転電機であって、電動機（モータ）としての機能と発電機（ジェネレータ）としての機能とを生じるように構成される。インバータ２１０を介してバッテリなどの蓄電装置７００に接続されている。インバータ２１０を制御することにより、第１ＭＧ２００の出力トルクあるいは回生トルクを適宜に設定するようになっている。その制御は、ＥＣＵ１００によって行なわれる。なお、第１ＭＧ２００のステータ（図示せず）は固定されており、回転しないようになっている。

動力分割機構３００は、外歯歯車であるサンギヤ（Ｓ）３１０と、そのサンギヤ（Ｓ）３１０に対して同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤ（Ｒ）３２０と、これらサンギヤ（Ｓ）３１０とリングギヤ（Ｒ）３２０とに噛合しているピニオンギヤを自転かつ公転自在に保持しているキャリヤ（Ｃ）３３０とを三つの回転要素として差動作用を生じる公知の歯車機構である。エンジン１０００の出力軸がダンパを介して第１の回転要素であるキャリヤ（Ｃ）３３０に連結されている。言い換えれば、キャリヤ（Ｃ）３３０が入力要素となっている。

これに対して第２の回転要素であるサンギヤ（Ｓ）３１０に第１ＭＧ２００のロータ（図示せず）が連結されている。したがってサンギヤ（Ｓ）３１０がいわゆる反力要素となっており、また第３の回転要素であるリングギヤ（Ｒ）３２０が出力要素となっている。そして、そのリングギヤ（Ｒ）３２０が、駆動輪（図示せず）に連結された出力軸６００に連結されている。

図２に、動力分割機構３００の共線図を示す。図２に示すように、キャリヤ（Ｃ）３３０に入力されるエンジン１０００の出力するトルクに対して、第１ＭＧ２００による反力トルクをサンギヤ（Ｓ）３１０に入力すると、これらのトルクを加減算した大きさのトルクが、出力要素となっているリングギヤ（Ｒ）３２０に現れる。その場合、第１ＭＧ２００のロータがそのトルクによって回転し、第１ＭＧ２００は発電機として機能する。また、リングギヤ（Ｒ）３２０の回転数（出力回転数）を一定とした場合、第１ＭＧ２００の回転数を大小に変化させることにより、エンジン１０００の回転数を連続的に（無段階に）変化させることができる。すなわち、エンジン１０００の回転数を例えば燃費が最もよい回転数に設定する制御を、第１ＭＧ２００を制御することによって行なうことができる。その制御は、ＥＣＵ１００によって行なわれる。

走行中にエンジン１０００を停止させていれば、第１ＭＧ２００が逆回転しており、その状態から第１ＭＧ２００を電動機として機能させて正回転方向にトルクを出力させると、キャリヤ（Ｃ）３３０に連結されているエンジン１０００にこれを正回転させる方向のトルクが作用し、第１ＭＧ２００によってエンジン１０００を始動（モータリングもしくはクランキング）することができる。その場合、出力軸６００にはその回転を止める方向のトルクが作用する。したがって走行のための駆動トルクは、第２ＭＧ４００の出力するトルクを制御することにより維持でき、同時にエンジン１０００の始動を円滑におこなうことができる。なお、この種のハイブリッド形式は、機械分配式あるいはスプリットタイプと称されている。

図１に戻って、第２ＭＧ４００は、一例として三相交流回転電機であって、電動機としての機能と発電機としての機能とを生じるように構成される。インバータ３１０を介してバッテリなどの蓄電装置７００接続されている。インバータ３１０を制御することにより、力行および回生ならびにそれぞれの場合におけるトルクを制御するように構成されている。なお、第２ＭＧ４００のステータ（図示せず）は固定されており、回転しないようになっている。

変速機５００は、一組のラビニョ型遊星歯車機構によって構成されている。それぞれ外歯歯車である第１サンギヤ（Ｓ１）５１０と第２サンギヤ（Ｓ２）５２０とが設けられており、その第１サンギヤ（Ｓ１）５１０に第１のピニオン５３１が噛合するとともに、その第１のピニオン５３１が第２のピニオン５３２に噛合し、その第２のピニオン５３２が
各サンギヤ５１０，５２０と同心円上に配置されたリングギヤ（Ｒ）５４０に噛合している。

なお、各ピニオン５３１，５３２は、キャリヤ（Ｃ）５５０によって自転かつ公転自在に保持されている。また、第２サンギヤ（Ｓ２）５２０が第２のピニオン５３２に噛合している。したがって第１サンギヤ（Ｓ１）５１０とリングギヤ（Ｒ）５４０とは、各ピニオン５３１，５３２と共にダブルピニオン型遊星歯車機構に相当する機構を構成し、また第２サンギヤ（Ｓ２）５２０とリングギヤ（Ｒ）５４０とは、第２のピニオン５３２と共にシングルピニオン型遊星歯車機構に相当する機構を構成している。

さらに、変速機５００には、第１サンギヤ（Ｓ１）５１０を選択的に固定するＢ１ブレーキ５６１と、リングギヤ（Ｒ）５４０を選択的に固定するＢ２ブレーキ５６２とが設けられている。これらのブレーキ５６１，５６２は摩擦力によって係合力を生じるいわゆる摩擦係合要素であり、多板形式の係合装置あるいはバンド形式の係合装置を採用することができる。そして、これらのブレーキ５６１，５６２は、油圧による係合力に応じてそのトルク容量が連続的に変化するように構成されている。さらに、第２サンギヤ（Ｓ２）５２０に前述した第２ＭＧ４００が連結される。キャリヤ（Ｃ）５５０が出力軸６００に連結される。

したがって、上記の変速機５００は、第２サンギヤ（Ｓ２）５２０がいわゆる入力要素であり、またキャリヤ（Ｃ）５５０が出力要素となっており、Ｂ１ブレーキ５６１を係合させることにより変速比が“１”より大きい高速段が設定される。Ｂ１ブレーキ５６１に替えてＢ２ブレーキ５６２を係合させることにより、高速段より変速比の大きい低速段が設定される。

この各変速段の間での変速は、車速や要求駆動力（もしくはアクセル開度）などの走行状態に基づいて実行される。より具体的には、変速段領域を予めマップ（変速線図）として定めておき、検出された運転状態に応じていずれかの変速段を設定するように制御される。

図３に、変速機５００の共線図を示す。図３に示すように、Ｂ２ブレーキ５６２によってリングギヤ（Ｒ）５４０を固定すれば、低速段Ｌが設定され、第２ＭＧ４００の出力したトルクが変速比に応じて増幅されて出力軸６００に付加される。これに対してＢ１ブレーキ５６１によって第１サンギヤ（Ｓ１）５１０を固定すれば、低速段Ｌより変速比の小さい高速段Ｈが設定される。この高速段Ｈにおける変速比も“１”より大きいので、第２ＭＧ４００の出力したトルクがその変速比に応じて増大させられて出力軸６００に付加される。

なお、各変速段Ｌ，Ｈが定常的に設定されている状態では、出力軸６００に付加されるトルクは、第２ＭＧ４００の出力トルクを変速比に応じて増大させたトルクとなるが、変速過渡状態では各ブレーキ５６１，５６２でのトルク容量や回転数変化に伴う慣性トルクなどの影響を受けたトルクとなる。また、出力軸６００に付加されるトルクは、第２ＭＧ４００の駆動状態では、正トルクとなり、被駆動状態では負トルクとなる。

本実施の形態において、ハイブリッド車は、エンジン１０００のみの駆動力を用いる第１走行モード、エンジン１０００が停止した状態で第２ＭＧ４００のみの駆動力を用いる第２走行モード、エンジン１０００および第２ＭＧ４００の両方の駆動力を用いる第３走行モードのうちのいずれかのモードで走行する。アクセル開度、蓄電装置７００の残存容量などの種々のパラメータに基づいて、走行モードが選択される。

なお、走行モードの選択方法については、ハイブリッド車の技術分野において周知の技術を利用すればよいため、ここでは更なる詳細な説明は繰り返さない。また、モードの数は３つに限らない。

図４を参照して、エンジン１０００についてさらに説明する。
エンジン１０００は、Ａバンク１０１１と、Ｂバンク１０１２とが設けられたＶ型エンジンである。なお、水平対向エンジンを用いるようにしてもよい。

エンジン１０００には、エアクリーナ１０２０から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０３０により調整される。スロットルバルブ１０３０はモータにより駆動される電子スロットルバルブである。

空気は、吸気通路１０３２を通って、Ａバンク１０１１に設けられた４つの気筒（シリンダ）１０４１、および、Ｂバンク１０１２に設けられた４つのシリンダ１０４２に導入される。シリンダの合計数は６、１０または１２であってもよい。また、シリンダの合計数は、それら以外であってもよい。

空気は、シリンダ１０４１，１０４２において燃料と混合される。Ａバンク１０１１のシリンダ１０４１の各々には、シリンダ１０４１の各々に対して一つずつ設けられたインジェクタ１０５１から燃料が直接噴射される。同様に、Ｂバンク１０１２のシリンダ１０４２の各々には、シリンダ１０４２の各々に対して一つずつ設けられたインジェクタ１０５２から燃料が直接噴射される。燃料は吸気行程において噴射される。なお、燃料が噴射される時期は、吸気行程に限らない。

本実施の形態においては、インジェクタ１０５１，１０５２の噴射孔がシリンダ１０４１，１０４２内に設けられた直噴エンジンとしてエンジン１０００を説明するが、直噴用のインジェクタ１０５１，１０５２に加えて、ポート噴射用のインジェクタを設けてもよい。さらに、ポート噴射用のインジェクタのみを設けるようにしてもよい。

Ａバンク１０１１のシリンダ１０４１内の混合気は、シリンダ１０４１の各々に対して一つずつ設けられた、点火プラグ１０６１により着火され、燃焼する。同様にＢバンク１０１２のシリンダ１０４２内の混合気は、シリンダ１０４２の各々に対して一つずつ設けられた点火プラグ１０６２により着火され、燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１０７０により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼により、
Ａバンク１０１１の各シリンダ１０４１に対して設けられたピストン１０８１および、
Ｂバンク１０１２の各シリンダ１０４２に対して設けられたピストン１０８２が押し下げられ、クランクシャフト１０９０が回転する。

シリンダ１０４１，１０４２の各々の頭頂部には、インテークバルブ１１０１，１１０２およびエキゾーストバルブ１１１１，１１１２が設けられる。

Ａバンク１０１１内のシリンダ１０４１に対して設けられたインテークバルブ１１０１は、インテークカムシャフト１１２１により駆動される。Ａバンク１０１１内のシリンダ１０４１に対して設けられたエキゾーストバルブ１１１１は、エキゾーストカムシャフト１１３１により駆動される。

同様に、Ｂバンク１０１２内のシリンダ１０４２に対して設けられたインテークバルブ１１０２は、インテークカムシャフト１１２２により駆動される。Ｂバンク１０１２内のシリンダ１０４２に対して設けられたエキゾーストバルブ１１１２は、エキゾーストカムシャフト１１３２により駆動される。Ａバンク１０１１のインテークカムシャフト１１２１と、エキゾーストカムシャフト１１３１とは、チェーンやギヤ等により連結され、同じ回転数で回転する。同様に、Ｂバンク１０１２のインテークカムシャフト１１２２と、エキゾーストカムシャフト１１３２とは、チェーンやギヤ等により連結され、同じ回転数で回転する。

Ａバンク１０１１内のインテークバルブ１１０１の位相（開閉タイミング）は、インテークカムシャフト１１２１に設けられたＶＶＴ機構２００１により制御される。同様に、Ｂバンク１０１２内のインテークバルブ１１０２の位相は、インテークカムシャフト１１２２に設けられたＶＶＴ機構２００２により制御される。

本実施の形態においては、インテークカムシャフト１１２１，１１２２がＶＶＴ機構２００１，２００２により回転されることにより、インテークバルブ１１０１，１１０２の位相が制御される。なお、位相を制御する方法はこれに限らない。

なお、Ａバンク１０１１内のエキゾーストバルブ１１１１の位相を制御するＶＶＴ機構、および、Ｂバンク１０１２内のエキゾーストバルブ１１１２の位相を制御するＶＶＴ機構を設けてもよい。

Ａバンク１０１１のＶＶＴ機構２００１およびＢバンク１０１２のＶＶＴ機構２００２は、油圧により作動する。ＶＶＴ機構２００１，２００２には、周知の一般的なＶＶＴ機構を用いればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰り返さない。なお、ＶＶＴ機構２００１，２００２を電動モータにより作動するように構成してもよい。

ＶＶＴ機構２００１，２００２は、ＥＣＵ１００により制御される。より具体的には、ＶＶＴ機構２００１，２００２に供給される油圧、またはＶＶＴ機構２００１，２００２から排出される油圧が、ＥＣＵ１００によって制御される。

ＥＣＵ１００には、クランク角センサ５０００からクランクシャフト１０９０のクランク角を表すパルス信号が入力される。ＥＣＵ１００は、クランク角センサ５０００から入力されたパルス信号に基づいて、エンジン１０００の回転数（回転速度）ＮＥを検出する。なお、エンジン回転数ＮＥを検出する方法については周知の一般的な方法を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。

また、ＥＣＵ１００には、Ａバンク１０１１のカムポジションセンサ５０１１からインテークカムシャフト１１２１の位相（回転方向におけるカムシャフトの位置）を表すパルス信号（インテークバルブ１１０１の位相を表わす信号）が入力される。同様に、ＥＣＵ１００には、Ｂバンク１０１２のカムポジションセンサ５０１２からインテークカムシャフト１１２２の位相を表すパルス信号（インテークバルブ１１０２の位相を表わす信号）が入力される。

さらに、ＥＣＵ１００には、水温センサ５０２０からエンジン１０００の水温（冷却水の温度）を表す信号が、エアフローメータ５０３０からエンジン１０００の吸入空気量（エンジン１０００に吸入される空気量）を表す信号が入力される。

ＥＣＵ１００は、これらのセンサから入力された信号、ＲＯＭ１０２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１０００が所望の運転状態になるように、スロットル開度、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、インテークバルブ１１０１，１１０２の位相などを制御する。

図５に示すように、ＥＣＵ１００は、エンジン１０００の負荷ＫＬおよびエンジン回転数ＮＥをパラメータに有するマップに基づいて、インテークバルブ１１０１，１１０２の位相を決定する。すなわち、インテークバルブ１１０１，１１０２の位相は、エンジン回転数ＮＥおよび負荷ＫＬに応じて変化するように制御される。また、インテークバルブ１１０１，１１０２の位相を決定するためのマップは、水温別に複数記憶される。後述するように、図５において斜線で示す低回転中負荷領域においては、空燃比の異常の有無が診断される。

図６に示すように、インテークバルブ１１０１，１１０２の位相は、最遅角の位相から最進角の位相の間で変化するように制御される。最遅角の位相および最進角の位相は、ＶＶＴ機構２００１，２００２の構造から必然的に定まる。

図７を参照して、ＥＣＵ１００の機能について説明する。なお、以下に説明するＥＣＵ１００の機能はハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアにより実現してもよい。

ＥＣＵ１００は、制御部１１０と、回転変動量検出部１２０と、診断部１３０とを備える。

制御部１１０は、エンジン回転数ＮＥおよび負荷に応じてインテークバルブ１１０１，１１０２の位相が変化するように、ＶＶＴ機構２００１，２００２を制御する。

回転変動量検出部１２０は、クランク角センサ５０００から入力される信号に基づいて、エンジン１０００の出力軸（クランクシャフト１０９０）の回転変動量を検出する。たとえば、予め定められた角度だけクランクシャフト１０９０が回転するのに要する時間が計測され、計測された時間の最大値と最小値との差が回転変動量として検出される。なお、たとえば、計測された時間から、クランクシャフト１０９０が予め定められた回数だけ回転する間（たとえば２回転する間）における角速度を求め、角速度の最大値と最小値との差を回転変動量として検出するようにしてもよい。その他、回転変動量は、周知の一般的な技術を利用して検出すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰り返さない。

診断部１３０は、予め定められた診断実行条件が満たされた場合、Ａバンク１０１１のインテークバルブ１１０１の位相、および、Ｂバンク１０１２のインテークバルブ１１０２の位相が、最遅角の位相になるように、ＶＶＴ機構２００１，２００２を制御する。なお、Ａバンク１０１１のインテークバルブ１１０１の位相、および、Ｂバンク１０１２のインテークバルブ１１０２の位相が、最進角の位相になるように、ＶＶＴ機構２００１，２００２を制御するようにしてもよい。ただし、位相が最進角である場合には、インテークバルブ１１０１，１１０２とエキゾーストバルブ１１１１，１１１２とのオーバーラップが大きいため、内部ＥＧＲ量が増大する。この場合、シリンダ１０４１，１０４２間の内部ＥＧＲ量の差によりクランクシャフト１０９０の回転変動量が大きくなり得る。したがって、位相を最遅角にすることが好ましい。

さらに、診断部１３０は、診断実行条件が満たされた場合、Ａバンク１０１１のインテークバルブ１１０１の位相、および、Ｂバンク１０１２のインテークバルブ１１０２の位相が、最遅角の位相である状態で、クランクシャフト１０９０の回転変動量に基づいて、空燃比の異常の有無を診断する。たとえば、クランクシャフト１０９０の回転変動量がしきい値以上であると、シリンダ間での空燃比の差が大きいという異常が生じていると判断される。なお、クランクシャフト１０９０の回転変動量に基づいて空燃比の異常の有無を診断する方法には、周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰り返さない。

診断実行条件は、たとえば、エンジン１０００の運転状態が、図８において斜線で示す、低回転中負荷領域にあるという条件である。すなわち、診断実行条件は、エンジン１０００の負荷が予め定められた負荷ＫＬ１以上であり、かつ負荷ＫＬ１よりも大きい負荷ＫＬ２であるとともに、エンジン１０００の回転数が予め定められた回転数ＮＥ１以下であるという条件である。したがって、本実施の形態において、空燃比の異常の診断は、ハイブリッド車の走行中に行なわれる。負荷ＫＬ１、負荷ＫＬ２および回転数ＮＥ１は、実験およびシミュレーションなどに基づいて、開発者により予め定められる。なお、その他の条件を診断実行条件が含むようにしてもよい。

図８において斜線で示す低回転中負荷領域は、エンジン１０００の運転状態が安定し得ると考えられる運転領域である。ハイブリッド車においては、走行中および停車中にエンジン１０００が停止される頻度が高いため、空燃比の異常を診断する機会を得がたい。そこで、走行中においても空燃比の異常を診断する機会を確保すべく、低回転中負荷領域において、空燃比の異常が診断される。

図９を参照して、ＥＣＵ１００が実行する処理の手順について説明する。
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ１００は、診断実行条件が満たされたか否かを判断する。診断実行条件が満たされていると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻される。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ１００は、Ａバンク１０１１のインテークバルブ１１０１の位相、および、Ｂバンク１０１２のインテークバルブ１１０２の位相が、最遅角の位相になるように、ＶＶＴ機構２００１，２００２を制御する。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ１００は、Ａバンク１０１１のインテークバルブ１１０１の位相、および、Ｂバンク１０１２のインテークバルブ１１０２の位相が、最遅角の位相である状態で、クランクシャフト１０９０の回転変動量に基づいて、空燃比の異常の有無を診断する。

これにより、Ａバンク１０１１のＶＶＴ機構２００１により変化されるインテークバルブ１１０１の位相と、Ｂバンク１０１２のＶＶＴ機構２００２により変化されるインテークバルブ１１０２の位相とが同じである状態で、クランクシャフト１０９０の回転変動量に基づいて異常の有無を診断することができる。そのため、クランクシャフト１０９０の回転変動が生じる要因から、シリンダ１０４１，１０４２間でのインテークバルブ１１０１，１１０２の位相差を除くことができる。その結果、異常の有無を精度よく診断することができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。図１０を参照して、本実施の形態におけるＥＣＵ１００の機能について説明する。なお、以下に説明するＥＣＵ１００の機能はハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアにより実現してもよい。

ＥＣＵ１００は、制御部１１０と、回転変動量検出部１２０と、第１位相検出部１２１と、第２位相検出部１２２と、診断部１３２とを備える。制御部１１０および回転変動量検出部１２０は、前述の第１の実施の形態における制御部１１０および回転変動量検出部１２０と同じである。したがって、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。

第１位相検出部１２１は、Ａバンク１０１１のカムポジションセンサ５０１１から入力されるパルス信号に基づいて、Ａバンク１０１１のインテークバルブ１１０１の位相を検出する。

第２位相検出部１２２は、Ｂバンク１０１２のカムポジションセンサ５０１２から入力されるパルス信号に基づいて、Ｂバンク１０１２のインテークバルブ１１０２の位相を検出する。

診断部１３２は、予め定められた診断実行条件が満たされた場合、クランクシャフト１０９０の回転変動量に基づいて、空燃比の異常の有無を診断する。本実施の形態において、診断実行条件は、Ａバンク１０１１のインテークバルブ１１０１の位相と、Ｂバンク１０１２のインテークバルブ１１０２の位相とが同じであるという条件を含む。すなわち、本実施の形態において、診断実行条件は、Ａバンク１０１１のインテークバルブ１１０１の位相と、Ｂバンク１０１２のインテークバルブ１１０２の位相とが同じであるという条件に加えて、エンジン１０００の負荷が負荷ＫＬ１以上であり、かつ負荷ＫＬ１よりも大きい負荷ＫＬ２であるとともに、エンジン１０００の回転数が予め定められた回転数ＮＥ１以下であるという条件を含む。

図１１を参照して、本実施の形態においてＥＣＵ１００が実行する処理の手順について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）２００にて、ＥＣＵ１００は、診断実行条件が満たされたか否かを判断する。診断実行条件が満たされていると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ２０２に移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、処理はＳ２００に戻される。

Ｓ２０２にて、ＥＣＵ１００は、クランクシャフト１０９０の回転変動量に基づいて、空燃比の異常の有無を診断する。

このようにしても、前述の第１の実施の形態と同様に、Ａバンク１０１１のＶＶＴ機構２００１により変化されるインテークバルブ１１０１の位相と、Ｂバンク１０１２のＶＶＴ機構２００２により変化されるインテークバルブ１１０２の位相とが同じである状態で、クランクシャフト１０９０の回転変動量に基づいて異常の有無を診断することができる。そのため、クランクシャフト１０９０の回転変動が生じる要因から、シリンダ１０４１，１０４２間でのインテークバルブ１１０１，１１０２の位相差を除くことができる。その結果、異常の有無を精度よく診断することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ＥＣＵ、１０２ＲＯＭ、１１０制御部、１２０回転変動量検出部、１２１第１位相検出部、１２２第２位相検出部、１３０，１３２診断部、１０００エンジン、１０１１Ａバンク、１０１２Ｂバンク、１０４０，１０４２シリンダ、１０９０クランクシャフト、１１０１，１１０２インテークバルブ、１１２１，１１２２インテークカムシャフト、２００１，２００２ＶＶＴ機構、５０００クランク角センサ、５０１１，５０１２カムポジションセンサ。

Claims

第１の気筒に対して設けられた第１のバルブの位相を、第１の位相から第２の位相まで変更可能な第１の可変バルブタイミング機構と、前記第１の気筒とは別の第２の気筒に対して設けられた第２のバルブの位相を、前記第１の位相から前記第２の位相まで変更可能な第２の可変バルブタイミング機構とが設けられた内燃機関の異常診断装置であって、
前記内燃機関の出力軸の回転変動量を検出するための手段と、
前記第１のバルブの位相および前記第２のバルブの位相が前記第１の位相になるように制御するとともに、前記第１のバルブの位相および前記第２のバルブの位相が前記第１の位相である状態で、前記内燃機関の出力軸の回転変動量に基づいて異常の有無を診断するための診断手段とを備える、内燃機関の異常診断装置。
前記異常診断装置は、前記内燃機関の負荷および前記内燃機関の出力軸の回転数に応じて前記第１のバルブの位相および前記第２のバルブの位相が変化するように制御するための手段をさらに備え、
前記診断手段は、前記内燃機関の負荷が第１の負荷以上であり、かつ前記第１の負荷よりも大きい第２の負荷以下であるとともに、前記内燃機関の出力軸の回転数が予め定められた回転数以下であると、前記第１のバルブの位相および前記第２のバルブの位相が前記第１の位相になるように制御するとともに、前記第１のバルブの位相および前記第２のバルブの位相が前記第１の位相である状態で、前記内燃機関の出力軸の回転変動量に基づいて異常の有無を診断する、請求項１に記載の内燃機関の異常診断装置。
前記第１のバルブは第１のインテークバルブであって、
前記第２のバルブは第２のインテークバルブであって、
前記第１の位相は、最遅角の位相である、請求項２に記載の内燃機関の異常診断装置。
第１の気筒に対して設けられた第１のバルブの位相を、第１の位相から第２の位相まで変更可能な第１の可変バルブタイミング機構と、前記第１の気筒とは別の第２の気筒に対して設けられた第２のバルブの位相を、前記第１の位相から前記第２の位相まで変更可能な第２の可変バルブタイミング機構とが設けられた内燃機関の異常診断装置であって、
前記内燃機関の出力軸の回転変動量を検出するための手段と、
前記第１のバルブの位相を検出するための手段と、
前記第２のバルブの位相を検出するための手段と、
前記第１のバルブの位相と前記第２のバルブの位相とが同じであるという条件を含む予め定められた条件が満たされると、前記内燃機関の出力軸の回転変動量に基づいて異常の有無を診断するための診断手段とを備える、内燃機関の異常診断装置。
前記異常診断装置は、前記内燃機関の負荷および前記内燃機関の出力軸の回転数に応じて前記第１のバルブの位相および前記第２のバルブの位相が変化するように制御するための手段をさらに備え、
前記予め定められた条件は、前記第１のバルブの位相と前記第２のバルブの位相とが同じであるという条件に加えて、前記内燃機関の負荷が第１の負荷以上であり、かつ前記第１の負荷よりも大きい第２の負荷以下であるとともに、前記内燃機関の出力軸の回転数が予め定められた回転数以下であるという条件を含む、請求項４に記載の内燃機関の異常診断装置。