JP2008303754A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンのスロットル開度をスロットルモータで調整する電子スロットル装置が故障したときの退避走行中のドライバビリティを向上させる。
【解決手段】電子スロットル装置の故障診断により電子スロットル装置が故障したと判定された場合には、スロットルモータの通電を停止してスロットル開度を所定開度（例えばアイドル回転速度相当よりも少し開いたスロットル開度）に戻して固定した状態で、スロットル故障時のバルブタイミング制御を実行する。このスロットル故障時のバルブタイミング制御の実行中は、アクセル開度に応じて可変バルブタイミング調整機構を制御して吸気バルブのバルブタイミングを変化させる。これにより、電子スロットル装置の故障時の退避走行中に、アクセル開度に応じて筒内充填空気量を変化させてエンジントルクを変化させることが可能となり、退避走行中のドライバビリティを向上させることができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関のスロットル開度を電気アクチュエータで調整する電子スロットル装置を備えた内燃機関の制御装置に関する発明である。

近年、車両に搭載される内燃機関においては、スロットルバルブをスロットルモータで回動駆動してスロットル開度（スロットルバルブの開度）を調整する電子スロットル装置を採用したものが多い。この電子スロットル装置を備えたシステムにおいては、特許文献１（特開平１１−２２５３０号公報）に記載されているように、スロットルモータの通電停止時にスロットル開度を所定開度（アイドル回転速度相当よりも少し開いたスロットル開度）に戻す機構を設け、電子スロットル装置の故障時にスロットルモータの通電を停止してスロットル開度を強制的に所定開度に戻すことで退避走行を可能にする吸入空気量を確保し、更に、この電子スロットル装置の故障時にアクセルペダルが初期位置に戻されたときに、内燃機関の空燃比や点火時期を補正してトルクを減少させるようにしたものがある。
特開平１１−２２５３０号公報（第２頁等）

しかし、上記特許文献１の技術では、電子スロットル装置の故障時に、退避走行を可能にする吸入空気量を確保するためにスロットル開度を強制的に所定開度に固定するようにしているため、アクセル開度（アクセルペダルの踏込量）に応じて筒内充填空気量を調整することができず、次のような問題が発生する可能性がある。

電子スロットル装置の故障時の退避走行中に、アクセル開度が大きくなっても、筒内充填空気量を十分に増加させることができないため、トルクを十分に増加させることができない。一方、アクセル開度が小さくなっても、筒内充填空気量を十分に減少させることができないため、トルクを十分に減少させることができない。このため、退避走行中のドライバビリティが大きく低下する可能性がある。

また、電子スロットル装置の故障時の退避走行中にアクセルペダルが初期位置まで戻されてアクセル開度が全閉（０°）になったときに、内燃機関の空燃比や点火時期を補正してトルクを減少させるようにしているが、空燃比や点火時期の補正ではトルクを十分に減少させることができず、アクセルペダルが初期位置まで戻されたにも拘らず減速が不十分で車速が出過ぎてしまうオーバーランになる可能性がある。

本発明は、これらの事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、電子スロットル装置の故障時にアクセル開度に応じて筒内充填空気量を調整することができて、退避走行中のドライバビリティを向上させることができると共にオーバーランを防止することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関のスロットル開度を調整する電気アクチュエータと該電気アクチュエータの通電停止時にスロットル開度を所定開度に戻す機構とを有する電子スロットル装置を備えていると共に、内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブ開閉特性を変化させる可変バルブ調整機構を備えた内燃機関の制御装置において、電子スロットル装置の故障の有無をスロットル故障診断手段により判定し、電子スロットル装置の故障有りと判定されたときにスロットル故障時制御手段により電気アクチュエータの通電を停止してスロットル開度を所定開度に戻すと共にアクセル開度に応じて可変バルブ調整機構を制御するようにしたものである。

一般に、可変バルブ調整機構を制御してバルブ開閉特性（バルブタイミングやバルブリフト量等）を変化させると、それに応じて筒内への空気吸入特性が変化するため、筒内充填空気量が変化してトルクが変化する。従って、電子スロットル装置の故障時に、アクセル開度に応じて可変バルブ調整機構を制御すれば、アクセル開度に応じて筒内充填空気量を変化させてトルクを変化させることが可能となる。

これにより、電子スロットル装置の故障時の退避走行中に、アクセル開度が大きくなったときに、筒内充填空気量を十分に増加させてトルクを十分に増加させることができると共に、アクセル開度が小さくなったときに、筒内充填空気量を十分に減少させてトルクを十分に減少させることができ、退避走行中のドライバビリティを向上させることができる。しかも、電子スロットル装置の故障時にアクセルペダルが初期位置まで戻されてアクセル開度が全閉（０°）になったときには、筒内充填空気量を大幅に減少させてトルクを大幅に減少させることができ、減速が不十分で車速が出過ぎてしまうオーバーランも防止することができる。

本発明は、バルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング調整機構やバルブリフト量を変化させる可変バルブリフト調整機構等、種々の可変バルブ調整機構を備えたシステムに適用することができるが、例えば、請求項２のように、バルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング調整機構を備えたシステムに適用する場合には、アクセル開度が小さいときに吸気バルブのバルブタイミング進角量を大きくし、アクセル開度が大きいときに吸気バルブのバルブタイミング進角量を小さくするように可変バルブタイミング調整機構を制御するようにすると良い。

一般に、吸気バルブのバルブタイミング進角量を大きくすると、バルブオーバーラップ量（吸気バルブと排気バルブが両方とも開弁している期間）が増加して内部ＥＧＲ量（排気残留割合）が増加するため、筒内充填空気量が減少すると共に燃焼安定性が低下してトルクが減少し、そこから吸気バルブのバルブタイミング進角量を小さくすると、バルブオーバーラップ量が減少して内部ＥＧＲ量が減少するため、筒内充填空気量が増加すると共に燃焼安定性が上昇してトルクが増加するという特性がある。従って、アクセル開度が小さいときに吸気バルブのバルブタイミング進角量を大きくし、アクセル開度が大きいときに吸気バルブのバルブタイミング進角量を小さくするように可変バルブタイミング調整機構を制御すれば、アクセル開度に応じて筒内充填空気量を変化させてトルクを変化させることができる。

また、請求項３のように、油圧駆動式の可変バルブタイミング調整機構を備えたシステムに適用する場合、可変バルブタイミング調整機構は、ハウジング内に形成された複数のベーン収納室内をそれぞれベーンによって進角室と遅角室とに区画し、少なくとも１つの遅角室の油圧供給油路に該遅角室からの作動油の逆流を防止する逆止弁と該逆止弁をバイパスするドレーン油路を設け、各ドレーン油路を開閉するドレーン制御手段を設けた構成にしても良い。

この構成にすれば、ベーンロータがトルク変動を受けても遅角室や進角室からの作動油の逆流を逆止弁によって防止することで、可変バルブタイミング制御中にベーンロータが目標変位角の方向とは逆方向に戻されることを防止して、低油圧時でも可変バルブタイミング制御の応答性を向上させることができる。これにより、低油圧時でもアクセル開度に応じて可変バルブタイミング調整機構を応答良く制御して筒内充填空気量（トルク）を応答良く制御することが可能となり、アクセル開度に応じた筒内充填空気量制御（トルク制御）の応答性を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。

内燃機関であるエンジン５１の吸気管５２の最上流部には、エアクリーナ５３が設けられ、このエアクリーナ５３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ５４が設けられている。このエアフローメータ５４の下流側には、スロットルモータ５５（電気アクチュエータ）によって開度調節されるスロットルバルブ５６と、このスロットルバルブ５６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ５７とを備えた電子スロットル装置５０が設けられている。この電子スロットル装置５０には、スロットルモータ５５の通電停止時にスロットル開度を所定のリンプホーム開度に戻すリンプホーム機構（図示せず）が設けられている。ここで、リンプホーム開度は、例えば、アイドル回転速度相当よりも少し大きめのスロットル開度に設定されている。

更に、スロットルバルブ５６の下流側には、サージタンク５８が設けられ、このサージタンク５８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ５９が設けられている。また、サージタンク５８には、エンジン５１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド６０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド６０の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁６１が取り付けられている。また、エンジン５１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ６２が取り付けられ、各点火プラグ６２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

また、エンジン５１には、吸気バルブ６７のバルブタイミング（開閉タイミング）を可変するベーン式の可変バルブタイミング調整機構１１が設けられている。一方、エンジン５１の排気管６３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ６４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ６４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒６５が設けられている。

また、エンジン５１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ６６や、エンジン５１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ４４が取り付けられている。このクランク角センサ４４の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。更に、アクセルセンサ６９によってアクセル開度（アクセルペダルの踏込量）が検出される。

これら各種センサの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）４３に入力される。このＥＣＵ４３は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁６１の燃料噴射量や点火プラグ６２の点火時期を制御する。

次に、図２に基づいてベーン式の可変バルブタイミング調整機構１１の構成を説明する。可変バルブタイミング調整機構１１のハウジング１２は、図示しない吸気側のカム軸の外周に回動自在に支持されたスプロケットにボルト１３で締め付け固定されている。これにより、エンジン５１のクランク軸の回転がタイミングチェーンを介してスプロケットとハウジング１２に伝達され、スプロケットとハウジング１２がクランク軸と同期して回転する。ハウジング１２内には、ベーンロータ１４が相対回動自在に収納され、このベーンロータ１４がボルト１５によりカム軸の一端部に締め付け固定されている。

ハウジング１２の内部には、ベーンロータ１４の外周部の複数のベーン１７を進角方向及び遅角方向に相対回動自在に収納する複数のベーン収納室１６が形成され、各ベーン収納室１６が各ベーン１７によって進角室１８と遅角室１９とに区画されている。

進角室１８と遅角室１９に所定圧以上の油圧が供給された状態では、進角室１８と遅角室１９の油圧でベーン１７が保持されて、クランク軸の回転によるハウジング１２の回転が油圧を介してベーンロータ１４に伝達され、このベーンロータ１４と一体的にカム軸が回転駆動される。エンジン運転中は、進角室１８と遅角室１９の油圧を油圧制御弁２１で制御してハウジング１２に対してベーンロータ１４を相対回動させることで、クランク軸に対するカム軸の変位角（カム軸位相）を制御して吸気バルブ６７のバルブタイミングを可変する。

また、いずれか１つのベーン１７の両側部には、ハウジング１２に対するベーンロータ１４の相対回動範囲を規制するストッパ部２２，２３が形成され、このストッパ部２２，２３によってカム軸の変位角の最遅角位置と最進角位置が規制されている。また、いずれか１つのベーン１７には、エンジン停止時等にカム軸の変位角を所定のロック位置でロックするためのロックピン２４が設けられ、このロックピン２４がハウジング１２に設けられたロック穴（図示せず）に嵌り込むことで、カム軸の変位角が所定のロック位置でロックされる。このロック位置は、始動に適した位置（例えばカム軸変位角の調整可能範囲の略中間位置）に設定されている。

可変バルブタイミング調整機構１１の油圧制御回路には、オイルパン２６内のオイル（作動油）がオイルポンプ２７により油圧制御弁２１を介して供給される。この油圧制御回路は、油圧制御弁２１の進角圧ポートから吐出されるオイルを複数の進角室１８に供給する油圧供給油路２８と、油圧制御弁２１の遅角圧ポートから吐出されるオイルを複数の遅角室１９に供給する油圧供給油路２９とが設けられている。

そして、進角室１８の油圧供給油路２８と遅角室１９の油圧供給油路２９には、それぞれ各室１８，１９からの作動油の逆流を防止する逆止弁３０，３１が設けられている。本実施例では、１つのベーン収納室１６の進角室１８と遅角室１９の油圧供給油路２８，２９についてのみ逆止弁３０，３１が設けられている。勿論、２つ以上のベーン収納室１６の進角室１８と遅角室１９の油圧供給油路２８，２９にそれぞれ逆止弁３０，３１を設ける構成としても良い。

各室１８，１９の油圧供給油路２８，２９には、それぞれ逆止弁３０，３１をバイパスするドレーン油路３２，３３が並列に設けられ、各ドレーン油路３２，３３には、それぞれドレーン切替弁３４，３５（ドレーン制御手段）が設けられている。各ドレーン切替弁３４，３５は、油圧制御弁２１から供給される油圧（パイロット圧）で閉弁方向に駆動されるスプール弁により構成され、油圧が加えられないときには、スプリング４１，４２によって開弁位置に保持される。ドレーン切替弁３４，３５が開弁すると、ドレーン油路３２，３３が開放されて、逆止弁３０，３１の機能が働かない状態となる。ドレーン切替弁３４，３５が閉弁すると、ドレーン油路３２，３３が閉鎖されて、逆止弁３０，３１の機能が有効に働く状態となり、油圧室１８，１９からのオイルの逆流が防止されて油圧室１８，１９の油圧が保持される。

各ドレーン切替弁３４，３５は、電気的な配線が不要であるため、逆止弁３０，３１と共に可変バルブタイミング調整機構１１のハウジング１２内部のベーンロータ１４にコンパクトに組み付けられている。これにより、各油圧室１８，１９の近くにドレーン切替弁３４，３５が配置され、進角・遅角動作時に各ドレーン油路３２，３３を各油圧室１８，１９の近くで応答良く開放／閉鎖できるようになっている。

一方、油圧制御弁２１は、リニアソレノイド３６によって駆動されるスプール弁により構成され、進角室１８と遅角室１９に供給する油圧を制御する進角／遅角油圧制御機能３７と、各ドレーン切替弁３４，３５を駆動する油圧を切り替えるドレーン切替制御機能３８（油圧切替弁）とが一体化されている。この油圧制御弁２１は、電気的な配線が必要であるため、可変バルブタイミング調整機構１１のハウジング１２の外部に設けられている。この油圧制御弁２１のリニアソレノイド３６に通電する電流値（制御デューティ）は、ＥＣＵ４３によって制御される。

このＥＣＵ４３は、クランク角センサ４４及びカム角センサ４５の出力信号に基づいて吸気バルブ６７の実バルブタイミング進角量を演算すると共に、吸気管圧力センサ５９、冷却水温センサ６６等のエンジン運転状態を検出する各種センサの出力に基づいて吸気バルブ６７の目標バルブタイミング進角量を演算する。そして、ＥＣＵ４３は、図示しないバルブタイミング制御プログラムを実行することで、吸気バルブ６７の実バルブタイミング進角量を目標バルブタイミング進角量に一致させるように可変バルブタイミング調整機構１１の油圧制御弁２１の駆動電流をフィードバック制御する。これにより、進角室１８と遅角室１９の油圧を制御してハウジング１２に対してベーンロータ１４を相対回動させることで、カム軸の変位角を変化させて実バルブタイミング進角量を目標バルブタイミング進角量に一致させる。

ところで、エンジン運転中に吸気バルブ６７を開閉駆動するときに、吸気バルブ６７からカム軸が受けるトルク変動がベーンロータ１４に伝わり、それによって、ベーンロータ１４に対して遅角方向及び進角方向へのトルク変動が作用する。これにより、ベーンロータ１４が遅角方向にトルク変動を受けると、進角室１８の作動油が進角室１８から押し出される圧力を受け、ベーンロータ１４が進角方向にトルク変動を受けると、遅角室１９の作動油が遅角室１９から押し出される圧力を受けることになる。このため、油圧供給源であるオイルポンプ２７の吐出油圧が低くなる低回転領域では、逆止弁３０，３１が無いと、進角室１８に油圧を供給してカム軸の変位角を進角させようとしても、ベーンロータ１４が上記トルク変動により遅角方向に押し戻されてしまい、目標変位角に到達するまでの応答時間が長くなってしまうという問題があった。

これに対して、本実施例では、進角室１８の油圧供給油路２８と遅角室１９の油圧供給油路２９に、それぞれ各室１８，１９からのオイルの逆流を防止する逆止弁３０，３１を設けると共に、各室１８，１９の油圧供給油路２８，２９に、それぞれ逆止弁３０，３１をバイパスするドレーン油路３２，３３を並列に設け、各ドレーン油路３２，３３に、それぞれドレーン切替弁３４，３５を設けた構成となっている。これにより、図３に示すように、遅角動作、保持動作、進角動作に応じて各室１８，１９の油圧が次のように制御される。

［遅角動作］
実バルブタイミングを遅角側の目標バルブタイミングに向けて遅角させる遅角動作中は、進角室１８のドレーン切替弁３４への油圧供給を停止することで、進角室１８のドレーン切替弁３４を開弁して進角室１８の逆止弁３０を機能させない状態にすると共に、遅角室１９のドレーン切替弁３５へ油圧切替弁３８から油圧を加えることで、遅角室１９のドレーン切替弁３５を閉弁して遅角室１９の逆止弁３１を機能させる状態にする。これにより、低油圧時でも、ベーンロータ１４の進角方向へのトルク変動に対して遅角室１９からのオイルの逆流を逆止弁３１により防止しながら効率良く遅角室１９に油圧を供給して遅角応答性を向上させる。

［保持動作］
実バルブタイミングを目標バルブタイミングに保持する保持動作中は、進角室１８と遅角室１９の両方のドレーン切替弁３４，３５へ油圧切替弁３８から油圧を共に加えることで、両方のドレーン切替弁３４，３５を共に閉弁して、進角室１８と遅角室１９の両方の逆止弁３０，３１を機能させる状態にする。この状態では、吸気バルブ６７からカム軸が受けるトルク変動によってベーンロータ１４に対して遅角方向及び進角方向へのトルク変動が作用しても、進角室１８と遅角室１９の両方のオイルの逆流を逆止弁３１により防止して、ベーン１７をその両側から保持する油圧が低下するのを防止して、保持安定性を向上させる。

［進角動作］
実バルブタイミングを進角側の目標バルブタイミングに向けて進角させる進角動作中は、進角室１８のドレーン切替弁３４へ油圧切替弁３８から油圧を加えることで、進角室１８のドレーン切替弁３４を閉弁して進角室１８の逆止弁３０を機能させる状態にすると共に、遅角室１９のドレーン切替弁３５への油圧供給を停止することで、遅角室１９のドレーン切替弁３５を開弁して遅角室１９の逆止弁３１を機能させない状態にする。これにより、低油圧時でも、ベーンロータ１４の遅角方向へのトルク変動に対して進角室１８からのオイルの逆流を逆止弁３０により防止しながら効率良く油圧を進角室１８に供給して進角応答性を向上させる。

また、ＥＣＵ４３は、図示しないスロットル故障診断ルーチンを実行することで、電子スロットル装置５０の故障の有無を判定するスロットル故障診断手段として機能する。ここで、電子スロットル装置５０の故障診断方法としては、例えば、目標スロットル開度と実スロットル開度との偏差が所定値以上で且つスロットルバルブ５６が所定時間以上停止しているか否かによって電子スロットル装置５０の故障の有無を判定する。

尚、電子スロットル装置５０の故障診断方法は、適宜変更しても良く、例えば、目標スロットル開度と実スロットル開度との偏差が所定値以上の状態が所定時間以上継続したか否かによって電子スロットル装置５０の故障の有無を判定するようにしても良い。或は、スロットル開度センサ５７が第１及び第２のセンサを有する２トラック式のセンサの場合には、第１のセンサで検出したスロットル開度と第２のセンサで検出したスロットル開度との偏差が異常判定値よりも大きいか否かによって電子スロットル装置５０の故障の有無を判定するようにしても良い。

また、ＥＣＵ４３は、後述する図４のスロットル及びバルブタイミング制御ルーチンを実行することで、電子スロットル装置５０と可変バルブタイミング調整機構（以下「ＶＣＴ」という）１１を次のように制御する。

通常時（電子スロットル装置５０の故障診断により電子スロットル装置５０が故障していないと判定された場合）には、通常のスロットル制御及び通常のバルブタイミング制御を実行する。

通常のスロットル制御では、アクセルセンサ６９で検出したアクセル開度等に基づいて目標スロットル開度を算出し、スロットル開度センサ５７で検出した実スロットル開度を目標スロットル開度に一致させるように電子スロットル装置５０（スロットルモータ５５）をフィードバック制御する。

また、通常のバルブタイミング制御では、エンジン運転状態（例えば、エンジン回転速度や負荷等）に基づいて吸気バルブ６７の目標バルブタイミング進角量を算出し、クランク角センサ４４及びカム角センサ４５の出力信号に基づいて算出した吸気バルブ６７の実バルブタイミング進角量を目標バルブタイミング進角量に一致させるようにＶＣＴ１１（油圧制御弁２１）をフィードバック制御する。

これに対して、電子スロットル装置５０の故障診断により電子スロットル装置５０が故障したと判定された場合には、スロットルモータ５５の通電を停止してスロットル開度をリンプホーム開度（例えば、アイドル回転速度相当よりも少し大きめのスロットル開度）に戻して固定した状態で、スロットル故障時のバルブタイミング制御を実行する。尚、「リンプホーム開度」は、「オープナー開度」とも呼ばれる。

このスロットル故障時のバルブタイミング制御では、アクセルセンサ６９で検出したアクセル開度に応じて目標バルブタイミング進角量を算出し、クランク角センサ４４及びカム角センサ４５の出力信号に基づいて算出した吸気バルブ６７の実バルブタイミング進角量を目標バルブタイミング進角量に一致させるようにＶＣＴ１１（油圧制御弁２１）をフィードバック制御する。具体的には、図５に示すように、アクセル開度が小さいときに吸気バルブ６７のバルブタイミング進角量を大きくし、アクセル開度が大きいときに吸気バルブ６７のバルブタイミング進角量を小さくするようにＶＣＴ１１を制御する。

一般に、吸気バルブ６７のバルブタイミング進角量を大きくすると、バルブオーバーラップ量（吸気バルブ６７と排気バルブ６８が両方とも開弁している期間）が増加して内部ＥＧＲ量（排気残留割合）が増加するため、筒内充填空気量が減少すると共に燃焼安定性が低下してエンジントルクが減少し、そこから吸気バルブ６７のバルブタイミング進角量を小さくすると、バルブオーバーラップ量が減少して内部ＥＧＲ量が減少するため、筒内充填空気量が増加すると共に燃焼安定性が上昇してエンジントルクが増加するという特性がある。

従って、アクセル開度が小さいときに吸気バルブ６７のバルブタイミング進角量を大きくし、アクセル開度が大きいときに吸気バルブ６７のバルブタイミング進角量を小さくするようにＶＣＴ１１を制御すれば、図６に示すように、アクセル開度に応じて筒内充填空気量を変化させてエンジントルクを変化させることができる。

以下、ＥＣＵ４３が実行する図４のスロットル及びバルブタイミング制御ルーチンの処理内容を説明する。

図４に示すスロットル及びバルブタイミング制御ルーチンは、ＥＣＵ４３の電源オン中に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、電子スロットル装置５０の故障診断結果に基づいて電子スロットル装置５０が故障したか否かを判定する。

このステップ１０１で、電子スロットル装置５０が故障していないと判定された場合には、ステップ１０２に進み、通常のスロットル制御を実行する。この通常のスロットル制御の実行中は、現在のアクセル開度等に基づいて目標スロットル開度を算出し、実スロットル開度を目標スロットル開度に一致させるように電子スロットル装置５０（スロットルモータ５５）をフィードバック制御する。

この後、ステップ１０３に進み、通常のバルブタイミング制御を実行する。この通常のバルブタイミング制御の実行中は、現在のエンジン運転状態（例えば、エンジン回転速度や負荷等）に基づいて吸気バルブ６７の目標バルブタイミング進角量を算出し、吸気バルブ６７の実バルブタイミング進角量を目標バルブタイミング進角量に一致させるようにＶＣＴ１１（油圧制御弁２１）をフィードバック制御する。

これに対して、上記ステップ１０１で、電子スロットル装置５０が故障したと判定された場合には、ステップ１０４に進み、スロットルモータ５５の通電を停止してスロットル開度をリンプホーム開度（例えば、アイドル回転速度相当よりも少し開いたスロットル開度）に戻して固定する。

この後、ステップ１０５に進み、スロットル故障時のバルブタイミング制御を実行する。このスロットル故障時のバルブタイミング制御の実行中は、まず、図５に示すスロットル故障時の目標バルブタイミング進角量のマップを参照して、現在のアクセル開度に応じた吸気バルブ６７の目標バルブタイミング進角量を算出する。

この図５に示すスロットル故障時の目標バルブタイミング進角量のマップは、(a) アクセル開度が所定値α以下の領域で、目標バルブタイミング進角量が最大値（例えば、ＶＣＴ１１の可動範囲の最進角位置で、筒内空気充填効率が最も低くなる位置）となり、(b) アクセル開度が所定値αよりも大きく且つ所定値β以下の領域で、アクセル開度が増加するほど目標バルブタイミング進角量が小さくなり、(c) アクセル開度が所定値βよりも大きい領域で、目標バルブタイミング進角量が最小値（例えば、ＶＣＴ１１の可動範囲の中間位置付近で、筒内空気充填効率が最も高くなる位置）となるように設定されている。

これにより、図６に示すように、(a) アクセル開度が所定値α以下の領域で、エンジントルクが最小値（例えば、通常のアイドル運転時相当のトルク）となり、(b) アクセル開度が所定値αよりも大きく且つ所定値β以下の領域で、アクセル開度が増加するほどエンジントルクが増加し、(c) アクセル開度が所定値βよりも大きい領域で、エンジントルクが最大値（例えば、退避走行中に十分な走行性能を発揮できるトルク）となるように設定されている。

このようにして吸気バルブ６７の目標バルブタイミング進角量を設定した後、吸気バルブ６７の実バルブタイミング進角量を目標バルブタイミング進角量に一致させるようにＶＣＴ１１（油圧制御弁２１）をフィードバック制御する。

これらのステップ１０４，１０５の処理が特許請求の範囲でいうスロットル故障時制御手段としての役割を果たす。

以上説明した本実施例のスロットル故障時のバルブタイミング制御の効果を図７のタイムチャートを用いて説明する。

図７に破線で示す比較例のように、電子スロットル装置５０の故障時に吸気バルブ６７のバルブタイミング進角量を最遅角位置で固定すると、電子スロットル装置５０の故障時の退避走行中に、アクセル開度が大きくなっても、筒内充填空気量を十分に増加させることができないため、トルクを十分に増加させることができない。一方、アクセル開度が小さくなっても、筒内充填空気量を十分に減少させることができないため、トルクを十分に減少させることができない。このため、退避走行中のドライバビリティが大きく低下する可能性がある。

これに対して、図７に実線で示すように、本実施例のスロットル故障時のバルブタイミング制御では、アクセル開度に応じてＶＣＴ１１を制御して吸気バルブ６７のバルブタイミング進角量を変化させるようにしたので、アクセル開度に応じて筒内充填空気量を変化させてトルクを変化させることができる。これにより、電子スロットル装置５０の故障時の退避走行中に、アクセル開度が大きくなったときに、筒内充填空気量を十分に増加させてトルクを十分に増加させることができると共に、アクセル開度が小さくなったときに、筒内充填空気量を十分に減少させてトルクを十分に減少させることができ、退避走行中のドライバビリティを向上させることができる。しかも、電子スロットル装置５０の故障時にアクセルペダルが初期位置まで戻されてアクセル開度が全閉（０°）になったときに、筒内充填空気量を大幅に減少させてトルクを大幅に減少させることができ、減速が不十分で車速が出過ぎてしまうオーバーランも防止することができる。

また、本実施例では、ＶＣＴ１１は、ベーンロータがトルク変動を受けても遅角室や進角室からの作動油の逆流を逆止弁によって防止することで、可変バルブタイミング制御中にベーンロータが目標変位角の方向とは逆方向に戻されることを防止して、低油圧時でも可変バルブタイミング制御の応答性を向上させることができる構成となっている。これにより、低油圧時でもアクセル開度に応じてＶＣＴ１１を応答良く制御して筒内充填空気量（トルク）を応答良く制御することができ、アクセル開度に応じた筒内充填空気量制御（トルク制御）の応答性を向上させることができる。

尚、本発明は、ドレーン切替弁３４，３５を駆動する油圧を切り替える油圧切替弁３８を、油圧制御弁２１とは別体に設けるようにしても良いが、本実施例では、油圧切替弁３８を油圧制御弁２１に一体化した構成としているため、部品点数削減、低コスト化、コンパクト化の要求を満たすことができる利点がある。

本発明は、図２に示される可変バルブタイミング調整機構１１の構成に限定されず、例えば、図８又は図９に示される他の実施例の可変バルブタイミング調整機構７１，７２に適用することもできる。

図８に示される可変バルブタイミング調整機構７１においては、図２に示される可変バルブタイミング調整機構１１に対して以下の点が相違している。なお、図８において図２と同等の構成部品については同じ符号を付して説明を省略する。

まず、図２の油圧制御弁２１は１つのリニアソレノイド３６により進角／遅角油圧制御機能３７とドレーン切替制御機能３８とを駆動しているが、図８では、進角／遅角油圧制御機能を実現する第１の油圧制御弁３７とドレーン切替制御機能を実現する第２の油圧制御弁３８とにそれぞれソレノイド３６，７３を設け、各ソレノイド３６，７３をそれぞれ別のＥＣＵ４３，７４によって独立して制御する構成としている。一方のＥＣＵ４３は、ＶＣＴ実変位角と目標変位角との偏差に応じて第１の油圧制御弁３７の電流を制御し、他方のＥＣＵ７４は、第２の油圧制御弁３８の電流を制御して、各ドレーン切替弁３４，３５（ドレーン制御手段）を駆動する油圧を制御する。

ドレーン切替弁３４，３５については、図２では、油圧が加えられていないときには、スプリング４１，４２によって開弁位置に保持される、いわゆるノーマリ・オープン型（常開型）の切替弁を用いている。これに対して、図８では、油圧が加えられていないときに、スプリング４１，４２によって閉弁位置に保持される、いわゆるノーマリ・クローズ型（常閉型）の切替弁を用いている。またこれに伴い、ドレーン切替制御機能３８も、図２ではドレーン切替弁３４，３５を閉弁するときに油圧を供給する構成となっているが、図８ではドレーン切替弁３４，３５を閉弁するときに油圧供給を停止する構成となっている。

また、図２においては、ある１つのベーン１７で仕切られた１つのベーン収納室１６の進角室１８及び遅角室１９に対応する油圧供給通路２８，２９に逆止弁３０，３１及びドレーン切替弁３４，３５を設ける構成としているが、図８では、あるベーン収納室１６の進角室１８に対する油圧供給通路２８と別のベーン収納室１６の遅角室１９に対する油圧供給通路２９とに逆止弁３０，３１及びドレーン切替弁３４，３５を設けている。

この構成では、ＶＣＴ変位角を目標変位角に保持する保持動作中には、進角室１８側と遅角室１９側の両方のドレーン切替弁３４，３５を閉じて進角室１８側と遅角室１９側の両方の逆止弁３０，３１を有効に機能させて進角室１８及び遅角室１９からの作動油の逆流を防止するように第２の油圧制御弁３８を制御すると共に、可変バルブタイミング調整機構７１へ供給する油圧を制御する第１の油圧制御弁３７の制御電流を所定の保持電流に制御する。

一方、可変バルブタイミング調整機構７１を進角動作させる場合は、作動油を流入させる進角室側のドレーン切替弁を閉じて、作動油が排出される遅角室側のドレーン切替弁を開くように第２の油圧制御弁３８を制御し、可変バルブタイミング調整機構７１を遅角動作させる場合は、作動油を流入させる遅角室側のドレーン切替弁を閉じて、作動油が排出される進角室側のドレーン切替弁を開くように第２の油圧制御弁３８を制御する。要するに、進角・遅角動作中には、その変位方向に応じて進角室１８側と遅角室１９側のいずれか一方のドレーン切替弁３４又は３５を開いていずれか一方の逆止弁３０又は３１が機能しないように第２の油圧制御弁３８を制御すると共に、前記第１の油圧制御弁３７の制御電流を制御して可変バルブタイミング調整機構７１へ供給する油圧を可変することでＶＣＴ変位角を目標変位角に向けて変位させる。

以上のように構成した図８の可変バルブタイミング調整機構７１に対しても本発明を適用することができる。

次に、図９の可変バルブタイミング調整機構７２の構成について、図２との相違点を中心に説明する。図９においても、図８と同様に図２と同等の構成部品については同じ符号が付されている。

まず、図２においては進角／遅角油圧制御機能３７のための油路を切換える弁とドレーン切替制御機能３８のための油路を切換える弁との２つの弁を備える構成としている。これに対して、図９においては、１つの油圧制御弁７５で進角／遅角油圧制御機能とドレーン切替制御機能とを達成する構成としている。また、このために油圧供給通路２８，２９を油圧制御弁７５と逆止弁３０，３１との間で分岐させ、各々ドレーン切替弁３４，３５（ドレーン制御手段）と接続する構成としている。

この構成では、ＶＣＴ変位角を目標変位角に保持する保持動作中には、油圧制御弁７５の制御電流を所定の保持電流に制御して、進角室１８側と遅角室１９側の両方のドレーン切替弁３４，３５を閉じて進角室１８側と遅角室１９側の両方の逆止弁３０，３１を有効に機能させて進角室１８及び遅角室１９からの作動油の逆流を防止するように制御すると共に、可変バルブタイミング調整機構７２へ供給する油圧を制御する。

一方、ＶＣＴ変位角を進角方向又は遅角方向に変位させる進角・遅角動作中には、油圧制御弁７５の制御電流を制御して、その変位方向に応じて進角室１８側と遅角室１９側のいずれか一方のドレーン切替弁３４又は３５を開いていずれか一方の逆止弁３０又は３１が機能しないように制御すると共に、可変バルブタイミング調整機構７２へ供給する油圧を可変することでＶＣＴ変位角を目標変位角に向けて変位させる。

以上のように構成した図９の可変バルブタイミング調整機構７２に対しても本願発明を適用することができる。

しかしながら、本発明は、図２、図８、図９に示される可変バルブタイミング調整機構の構成に限定されず、他の構成の可変バルブタイミング調整機構に適用しても良い。更に、油圧駆動式の可変バルブタイミング調整機構に限定されず、電動式の可変バルブタイミング調整機構に適用しても良い。

また、本発明は、吸気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング調整機構を備えたシステムに限定されず、排気バルブのバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング調整機構を備えたシステムに適用しても良い。更に、吸気バルブのバルブリフト量を変化させる可変バルブリフト調整機構や排気バルブのバルブリフト量を変化させる可変バルブリフト調整機構を備えたシステムに本発明を適用しても良い。

その他、本発明は、図１に示すような吸気ポート噴射エンジンに限定されず、筒内噴射エンジン等にも適用して実施できる等、種々変更して実施できる。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 可変バルブタイミング調整機構とその油圧制御回路を概略的に示す図である。 可変バルブタイミング調整機構の遅角動作、保持動作、進角動作を説明するための図である。 スロットル及びバルブタイミング制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 スロットル故障時の目標バルブタイミング進角量のマップの一例を概念的に示す図である。 スロットル故障時のアクセル開度とエンジントルクとの関係を示す図である。 本実施例のスロットル故障時のバルブタイミング制御の実行例を示すタイムチャートである。 本発明の他の実施例（その１）における可変バルブタイミング調整機構とその油圧制御回路を概略的に示す図である。 本発明の他の実施例（その２）における可変バルブタイミング調整機構とその油圧制御回路を概略的に示す図である。

符号の説明

１１…可変バルブタイミング調整機構（ＶＣＴ）、１２…ハウジング、１４…ベーンロータ、１６…ベーン収納室、１７…ベーン、１８…進角室、１９…遅角室、２１…油圧制御弁、２７…オイルポンプ、２８，２９…油圧供給油路、３０，３１…逆止弁、３２，３３…ドレーン油路、３４，３５…ドレーン切替弁（ドレーン制御手段）、４３…ＥＣＵ（スロットル故障診断手段，スロットル故障時制御手段）、４４…クランク角センサ、４５…カム角センサ、５０…電子スロットル装置、５１…エンジン（内燃機関）、５５…モータ（電気アクチュエータ）、５６…スロットルバルブ、５７…スロットル開度センサ、６７…吸気バルブ、６９…アクセルセンサ、７１，７２…可変バルブタイミング調整機構、７４…ＥＣＵ、７５…油圧制御弁

Claims (3)

1. 内燃機関のスロットル開度を調整する電気アクチュエータと該電気アクチュエータの通電停止時にスロットル開度を所定開度に戻す機構とを有する電子スロットル装置を備えていると共に、内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブ開閉特性を変化させる可変バルブ調整機構を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記電子スロットル装置の故障の有無を判定するスロットル故障診断手段と、
   前記スロットル故障診断手段で前記電子スロットル装置の故障有りと判定されたときに前記電気アクチュエータの通電を停止してスロットル開度を前記所定開度に戻すと共にアクセル開度に応じて前記可変バルブ調整機構を制御するスロットル故障時制御手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記可変バルブ調整機構は、前記バルブ開閉特性としてバルブタイミングを変化させる可変バルブタイミング調整機構であり、
   前記スロットル故障時制御手段は、アクセル開度が小さいときに吸気バルブのバルブタイミング進角量を大きくし、アクセル開度が大きいときに吸気バルブのバルブタイミング進角量を小さくするように前記可変バルブタイミング調整機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記可変バルブ調整機構は、前記バルブ開閉特性としてバルブタイミングを変化させる油圧駆動式の可変バルブタイミング調整機構であり、ハウジング内に形成された複数のベーン収納室内をそれぞれベーンによって進角室と遅角室とに区画し、少なくとも１つの進角室の油圧供給油路に該進角室からの作動油の逆流を防止する逆止弁と該逆止弁をバイパスするドレーン油路を設けると共に、少なくとも１つの遅角室の油圧供給油路に該遅角室からの作動油の逆流を防止する逆止弁と該逆止弁をバイパスするドレーン油路を設け、各ドレーン油路を開閉するドレーン制御手段を設けた構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。

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