JP4075368B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁及び排気弁の双方に可変動弁機構を設けた内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、自己のシステムの故障を診断して弁開閉タイミングを好適に調整しうるようにした内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両に搭載される内燃機関（エンジン）においては、出力向上、燃費節減、排気エミッション低減を目的として、吸気弁及び排気弁の開閉タイミング（バルブタイミング）をそれぞれ独立に制御する可変動弁機構（ＶＶＴ）を採用したものが増加しつつある。
【０００３】
このようなエンジンでは、故障により、例えば、吸気弁のカム位置が規定位置より進角側或いは排気弁のカム位置が規定位置より遅角側で固着した場合には、内部ＥＧＲ量が増大して燃焼不安定となり、燃費が悪化したりエンジンストールを起こしたりすることが予想される。特に、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを独立に制御しうるＶＶＴにおいては、吸気弁或いは排気弁の一方のみ可変制御しうるものに比べて、吸気弁の開弁時期と排気弁の開弁時期とのオーバーラップ量が大きくなりうるため、故障時にこのような一方のみ可変制御しうるＶＶＴと同じ制御を行なっただけでは不十分な場合がある。
【０００４】
そのため、例えば、特開２００１−１５２８８３号公報に開示された技術では、吸気弁のＶＶＴに動作不良が生じた場合に、動作不良を生じていない排気弁のＶＶＴの開閉タイミングを最進角位相となるように制御し、オーバーラップ量が最低量となるようにしている。このことにより、内部ＥＧＲ量が少なくなるため、アイドル時や軽負荷時においても燃焼が不安定とならず、エンジンストールが防止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、故障時のオーバーラップ量が最大であった場合には、制御前後におけるオーバーラップ量の変動が大きくなり、内部ＥＧＲ量が極端に増減するため、エンジンの点火時期を大きく補正する必要がある。その結果、ポンプ損失が増大し燃費を悪化させていた。
【０００６】
また、点火時期の補正により、ドライバビリティを低下させる要因ともなる。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、ＶＶＴの動作不良によって燃費を悪化させることなくドライバビリティの低下を防止できるようにした、内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御装置は、吸気弁のバルブタイミングと排気弁のバルブタイミングとがそれぞれ吸気弁作動態様変更手段及び排気弁作動態様変更手段によって独立に変更しうる内燃機関を制御対象としている。
そして、上記目的を達成するために、吸気弁及び排気弁の目標開閉時期が目標開閉時期設定手段によってそれぞれ設定されるとともに、作動態様制御手段によって吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更手段とが制御されて吸気弁及び排気弁がこの目標開閉時期で開閉するようにバルブタイミングが変更される。
【０００８】
また、故障判定手段により吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更手段とのいずれか一方の故障が検出された場合には、作動態様制御手段により目標開閉時期に基づいて吸気弁と排気弁との目標オーバーラップ量が算出され、吸気弁と排気弁との実オーバーラップ量がこの目標オーバーラップ量に近づくように、故障が検出されなかった他方の作動態様変更手段を制御してバルブタイミングが変更される（請求項１）。
また、故障判定手段により吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更手段とのいずれか一方の故障が検出されると、アイドル時のエンジンストールを防止するべく、アイドル時のエンジン目標回転速度が所定値以下とならないように、エンジン目標回転速度の下限値をクリップするのが好ましい（請求項２）。
また、故障判定手段により吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更手段とのいずれか一方の故障が検出されると、アイドル時のエンジンストールを防止するべく、エンジンの目標トルクを算出する際に用いられる水温補正量を所定値に固定するのが好ましい（請求項３）。
また、故障判定手段により吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更手段とのいずれか一方の故障が検出されると、アイドルの回転変動時には、エンジン回転速度のフィードバック制御を禁止するとともに、オープンループ制御によりエンジン回転速度を制御するのが好ましい（請求項４）。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態としての内燃機関の制御装置について説明すると、図１は本制御装置の機能に着目した模式的な制御ブロック図、図２〜図４はそれぞれ本内燃機関にそなえられた可変動弁機構の要部を示す斜視図，断面図及び模式的配置（軸方向端面から見た模式図）を示す図、図５はその作用を説明するためのフローチャートである。
【００１０】
本実施形態にかかる内燃機関は、レシプロ式の内燃機関（エンジン）であり、シリンダヘッド１には、図２，図３に示すように、図示しない吸気ポート及び排気ポートを開閉すべく、それぞれのポートに対して弁２が装備されている。また、この弁２のステム端部２Ａには、弁２を閉鎖側に付勢するバルブスプリング３（図４参照）が設置されている。
【００１１】
さらに、弁２のステム端部２Ａには、ロッカアーム８が当接しており、このロッカアーム８にカム６が当接している。そして、カム６の凸部６Ａによってバルブスプリング３の付勢力に抗するようにして弁２が開方向へ駆動される。ＶＶＴ１００は、このようなカム６の作動時期を変更するためのものであり、吸気側及び排気側に別個に設けられ、それぞれ吸気弁作動態様変更手段及び排気弁作動態様変更手段として機能している。また、吸気弁駆動用のＶＶＴ１００と排気弁駆動用のＶＶＴ１００とは同様の構成を有するため、以下では、その一方の構成及び動作について説明する、また、これらを区別する場合には、構成部材を示す符号にそれぞれＩＮ，ＥＸを付すこととする。
【００１２】
ＶＶＴ１００は、図２，図３に示すように、ベルト４１とプーリ４２とを介して、エンジンのクランク軸（図示略）に連動して回転駆動されるカムシャフト１１と、このカムシャフト１１の外周に設けられたカムローブ１２とをそなえ、カム６はこのカムローブ１２の外周に突設されている。なお、このカムローブ１２の外周はシリンダヘッド１側の軸受け部７によって回転自在に軸支されている。
【００１３】
また、カムシャフト１１はこのカムローブ１２を介して軸受け部７に支持されるが、カムシャフト１１の端部は、同一軸心線上に結合された端部部材４３を介してシリンダヘッド１の軸受け部１Ａに軸支されている。
なお、軸受け部７は図３，図４に示すように、二つ割れ構造になっており、シリンダヘッド１に形成された軸受け下半部７Ａと、この軸受け下半部７Ａに上方から接合される軸受けキャップ７Ｂと、軸受け下半部７Ａに軸受けキャップ７Ｂを結合するボルト７Ｃとから構成される。
【００１４】
また、図４に示すように、軸受け下半部７Ａと軸受けキャップ７Ｂとの接合面７Ｄは、図示しないシリンダの軸心線と直交するように略水平に設定されており、図３，図４における略鉛直方向（上下方向）に向けて締結されるボルト７Ｃによって軸受け下半部７Ａと軸受けキャップ７Ｂとが略鉛直方向に強固に結合されている。
【００１５】
また、カムシャフト１１とカムローブ１２との間には、弁２の開閉時期を連続的又は段階的に調整できるようにするための不等速継手１３が設けられている。
この不等速継手１３は、カムシャフト１１の外周に回動可能に支持されたコントロールディスク１４と、このコントロールディスク１４に一体的に設けられた偏心部１５と、この偏心部１５の外周に設けられた係合ディスク１６と、係合ディスク１６に接続された第１スライダ部材１７及び第２スライダ部材１８とをそなえている。
【００１６】
偏心部１５は、図２に示すように、カムシャフト１１の回転中心Ｏ１から偏心した位置に回転中心Ｏ２を有しており、係合ディスク１６はこの偏心部１５の中心Ｏ２の回りに回転するようになっている。
第１スライダ部材１７及び第２スライダ部材１８は、図２に示すように、それぞれその先端にスライダ本体部２１，２２をそなえ、その他端側にドライブピン部２３，２４をそなえている。
【００１７】
そして、係合ディスク１６の一面には、図３に示すように、半径方向に、第１スライダ部材１７のスライダ本体部２１が摺動自在に嵌合したスライダ用溝１６Ａと、第２スライダ部材１８のスライダ本体部２２が摺動自在に嵌合したスライダ用溝１６Ｂとが形成されている。ここでは、二つのスライダ用溝１６Ａ，１６Ｂが互いに１８０°だけ回転位相をずらせるように同一直径上に配置されている。
【００１８】
また、カムシャフト１１にはドライブアーム１９が設けられ、カムローブ１２にはアーム部２０が設けられ、ドライブアーム１９には、第１スライダ部材１７のドライブピン部２３が回転自在に嵌入する穴部１９Ａが設けられ、アーム部２０には、第２スライダ部材１８のドライブピン部２４が回転自在に嵌入する穴部２０Ａが設けられている。
【００１９】
なお、ドライブアーム１９は、カムローブ１２とコントロールディスク１４との間のアーム部２０を除く空間に、カムシャフト１１から半径方向に突出するように設けられ、ロックピン２５によりカムシャフト１１と一体回転するように結合されている。一方アーム部２０はカムローブ１２の端部を係合ディスク１６の一側面に近接する位置まで半径方向及び軸方向へ突出させるように一体形成されている。
【００２０】
ところで、スライダ本体部２１と溝１６Ａとの間では、図４に示すように、スライダ本体部２１の外側平面２１Ｂ，２１Ｃと溝１６Ａの内壁平面２８Ａ，２８Ｂとの間で、溝１６Ｂとスライダ本体部２２との間では、溝１６Ｂの内壁平面２８Ｃ，２８Ｄとスライダ本体部２２の外側平面２２Ｂ，２２Ｃとの間で、それぞれ回転力の伝達が行なわれる。
【００２１】
このように回転を伝達する際に、係合ディスク１６が偏心していることにより、係合ディスク１６はカムシャフト１１に対して先行したり遅延したりすることを繰り返し、又、カムローブ１２は係合ディスク１６に対して先行したり遅延したりしながら、カムローブ１２がカムシャフト１１とは不等速で回転するようになっている。そして、このようなカムシャフト１１の回転位相に対するカムローブ１２の相対的な回転位相角（即ち、相対位相角）によって弁２の開閉時期が決まる。
【００２２】
そして、本ＶＶＴ１００には、このような弁２の開閉時期を調整すべく偏心位置調整機構３０が設けられている。つまり、この偏心位置調整機構３０は、偏心部１５を有するコントロールディスク１４を回転させることで、偏心部１５によって偏心状態に支持される係合ディスク１６の回転中心Ｏ２の位置を連続的又は段階的に変動させ弁開閉時期を調整しうるようにしたものである。
【００２３】
この偏心位置調整機構３０は、図２，図３に示すように、コントロールディスク１４の外周に形成された偏心制御ギア３１と、この偏心制御ギア３１と噛合するコントロールギア３５をそなえカムシャフト１１と平行に設置されたコントロールシャフト３２と、このコントロールシャフト３２を回転駆動するためのアクチュエータ３３とをそなえて構成されており、後述のＥＣＵ３４によって作動が制御されるようになっている。
【００２４】
ところで、コントロールシャフト３２にそなえられたコントロールギア３５は、二つのギア３５Ａ，３５Ｂからなるシザースギアであって、一方のギア３５Ａはコントロールシャフト３２に固定されているが、他方のギア３５Ｂはコントロールシャフト３２に対して回転可能に装備されている。つまり、ギア３５Ｂはギア３５Ａに当接するように配設されており、コントロールシャフト３２の外周に固定されるジャーナル３６との間に装備された捩じりスプリング３８によって回転方向への付勢力を受けるように設置され、両ギア３５Ａ，３５Ｂによってコントロールディスク１４側の偏心制御ギア３１とコントロールギア３５とがガタつくことなく噛合するようになっている。
【００２５】
なお、偏心位置調整機構３０の設置にあたっては、既に設置されているカムシャフト１１外周のコントロールディスク１４側の偏心制御ギア３１に対して、両ギア３５Ａ，３５Ｂを噛合させた上で、ジャーナル３６をコントロールシャフト３２に対して回転させながら軸方向所定位置に配置することで、ギア３５Ｂに軸方向付勢力及び回転方向付勢力を与えておいてから、ジャーナル３６を回り止めピン３６Ａによりコントロールシャフト３２と一体回転するように固定する。
【００２６】
また、本ＶＶＴ１００を多気筒エンジンに適用した場合には、各気筒毎にカムローブ１２及び不等速継手１３を設け、各気筒に吸気弁駆動用のＶＶＴ１００と、排気弁駆動用のＶＶＴ１００とをそなえることになる。
ＥＣＵ３４は、運転状態に応じてこれらの吸気弁駆動用のＶＶＴ１００IN及び排気弁駆動用のＶＶＴ１００EXをそれぞれ独立に駆動制御するものであり、図示しない入力装置や制御プログラム等の記憶に供される記憶装置、中央演算処理装置（ＣＰＵ）等をそなえて構成されている。
【００２７】
また、ＥＣＵ３４には、図１に示すように、エンジン回転数センサ５２，スロットルポジションセンサ５３が接続され、それぞれエンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度ＴＰＳが入力されるようになっており、これらの入力情報から運転状態を検出しうるようになっている。
さらに、ＥＣＵ３４には、クランク軸の回転位相を検出するためのクランク角センサ５４とカムローブ１２の回転位相を検出するためのカム角センサ５５とが接続され、弁２の実開閉時期（実相対位相角）θＲを検出しうるようになっている。
【００２８】
ところで、ＥＣＵ３４には、図１に示すように、目標開閉時期設定手段６２及び作動態様制御手段６３が機能的に設けられており、運転状態に応じて吸気弁２IN及び排気弁２EXのそれぞれについて目標開閉時期を設定し、吸気弁２INのＶＶＴ１００IN及び排気弁２EXのＶＶＴ１００EXを独立に制御することで、吸気弁２IN及び排気弁２EXの開閉タイミングを独立に変更しうるようになっている。
【００２９】
つまり、目標開閉時期設定手段６２は車速Ｖ，エンジン回転数Ｎｅ，スロットル開度ＴＰＳ等の情報に基づいてエンジンの運転状態を判断し、吸気弁２IN及び排気弁２EXのそれぞれについて目標開閉時期、即ち、カムシャフト１１とカムローブ１２との目標相対位相角θＴIN，θＴEXを算出する。
また、目標開閉時期設定手段６２はクランク角及びカム角から吸気弁２IN及び排気弁２EXの実相対位相角θＲIN，θＲEXを算出し、吸気弁２IN及び排気弁２EXの相対位相角がそれぞれ設定された目標相対位相角θＴIN，θＴEXとなるように各アクチュエータ３３IN，３３EXの回動をフィードバック制御するようになっている。これにより、吸気弁２IN及び排気弁２EXの開閉タイミングやオーバーラップ量を任意に変更し、出力向上と低燃費とを両立することができるとともに、内部ＥＧＲ量を最適に設定して燃料の燃焼状態の安定化を図ることが可能となっている。
【００３０】
さらに、ＥＣＵ３４には、故障判定手段６１が機能的に設けられており、実相対位相角θＲと目標相対位相角θＴとを比較することでＶＶＴ１００に動作不良が生じているか否かを判定し、吸気弁２INのＶＶＴ１００IN及び排気弁２EXのＶＶＴ１００EXの内のいずれか一方のＶＶＴ１００が動作不良と判定された場合には、動作の正常な他方のＶＶＴ１００の制御目標相対位相角Θを下式（１）に従って算出し、正常なＶＶＴ１００における相対位相角がこの制御目標相対位相角Θとなるように、アクチュエータ３３の回動を制御している。
【００３１】
Θ＝θＴN＋θＲF−θＴF＋α ・・・（１）
ここで、θＴNは動作の正常なＶＶＴの目標相対位相角であり、θＴF及びθＲFはそれぞれ動作異常を生じたＶＶＴの目標相対位相角及び実相対位相角である。
つまり、正常なＶＶＴ１００を駆動制御することで、吸排気弁の実際のオーバーラップ量（実オーバーラップ量）が故障前と故障後とで同等なものにすることができるのである。
【００３２】
このように、故障判定手段６１により吸気側ＶＶＴ１００INと排気側ＶＶＴ１００EXとの内いずれか一方の故障が検出又は判定された場合には、作動態様制御手段６３では、目標開閉時期設定手段６２で設定される吸排気弁の目標開閉時期に基づき、両ＶＶＴ１００が正常な場合の目標オーバーラップ量を算出し、この目標オーバーラップ量となるように正常な他方のＶＶＴ１００の位相角を変更するようになっているのである。
【００３３】
なお、αは制御誤差を吸収するための補正値であり、この補正値は運転状態に応じて設定されるようになっている。また、排気弁駆動用ＶＶＴ１００EX及び吸気弁駆動用ＶＶＴ１００INの制御態様の違いに基づいて、各制御についてαの正負の極性を異ならせてもよい。
このことにより、故障により吸気弁２IN及び排気弁２EXの内のいずれか一方の開閉タイミングが固定されても、他方の弁２の開閉タイミングをそれに応じて補正することで、故障前後で内部ＥＧＲの変動が極力抑えられ故障前の最適な状態に維持することができるようになっている。
【００３４】
また、上述したようなＶＶＴ１００の故障時には、下記の▲１▼〜▲４▼の制御も同時に実行されるようになっている。
▲１▼ＥＧＲ量の制限
▲２▼ＩＳＣ目標Ｎｅの下限クリップ
▲３▼Ｐｅの水温補正値を所定値に固定
▲４▼ＩＳＣ変化中のＮｅ−Ｆ／Ｂ禁止
上記▲１▼はＥＧＲ装置によるＥＧＲガス還流量を制限又は禁止するものであり、燃焼を安定させる目的で実行される。
【００３５】
また、▲２▼はアイドル時の目標回転速度Ｎｅが所定値（下限値）以下とならないように、目標回転速度Ｎｅの下限値をクリップするものであり、アイドル時のエンジンストールを防止する目的で実行される。
また、▲３▼は目標Ｐｅ（目標トルク）を算出する際に用いられる水温補正量を所定値に固定するものであり、これも主にエンジンストールを防止する目的で実行される。
【００３６】
▲４▼はアイドルの回転変動時において、エンジン回転速度のフィードバック制御を禁止するものであり、オープンループ制御によりエンジン回転速度制御するものである。
本発明の一実施形態における内燃機関の制御装置は上述のように構成されているので、吸気ＶＶＴ及び排気ＶＶＴの制御は図５に示すフローチャートに沿って行なわれる。
【００３７】
すなわち、ステップＳ１において吸気ＶＶＴ１００INが動作不良と判定され、更に、ステップＳ２で排気ＶＶＴ１００EXの動作が正常と判定された場合には、ステップＳ３で排気ＶＶＴ１００EXの制御目標位相角Θが（１）式によって算出され、排気ＶＶＴ１００EXのアクチュエータ３３EXの回動制御が行なわれる。
また、ステップＳ１において吸気ＶＶＴ１００INの動作が正常と判定され、更に、ステップＳ４で排気ＶＶＴ１００EXが動作不良と判定された場合には、ステップＳ５で吸気ＶＶＴ１００INの制御目標位相角Θが（１）式によって算出され、吸気ＶＶＴ１００INのアクチュエータ３３INの回動制御が行なわれる。
【００３８】
したがって、本実施形態の内燃機関の制御装置によれば、吸気ＶＶＴ１００IN又は排気ＶＶＴ１００EXのいずれか一方が動作不良を生じても、ＶＶＴ１００の動作不良が生じる前後での内部ＥＧＲ量の変化が抑えられる。その結果、エンジンの点火時期の補正量を低減することが可能となり、ドライバビリティを損なうことなく燃費の悪化を防止することができる。
【００３９】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、可変動弁機構は上述のものに限定されるものではなく、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを変更可能であれば他の種々の可変動弁機構を適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明によれば、吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更手段との内のいずれか一方が故障すると、故障していない他方の作動態様変更手段を制御して吸気弁と排気弁とのオーバーラップ量が目標オーバーラップ量に近づくようにしているため、燃費の悪化が防止される。
【００４１】
また、故障の前後で内燃機関の内部ＥＧＲ量が大幅に変化することがないため、点火時期の補正量が少なくて済み、ドライバビリティが損なわれることがない（以上、請求項１）。
また、アイドル時のエンジンストールを確実に防止することができる（請求項２〜４）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の制御装置の機能に着目した模式的な制御ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における内燃機関に備えられた可変動弁機構の要部を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態における内燃機関に備えられた可変動弁機構の要部を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態における内燃機関に備えられた可変動弁機構の要部を示す模式的配置図である。
【図５】本発明の一実施形態における内燃機関の制御装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
２ 弁
６１ 故障判定手段
６２ 目標開閉時期設定手段
６３ 作動態様制御手段
１００ 可変動弁機構（作動態様変更手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁及び排気弁の双方に可変動弁機構を設けた内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、自己のシステムの故障を診断して弁開閉タイミングを好適に調整しうるようにした内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両に搭載される内燃機関（エンジン）においては、出力向上、燃費節減、排気エミッション低減を目的として、吸気弁及び排気弁の開閉タイミング（バルブタイミング）をそれぞれ独立に制御する可変動弁機構（ＶＶＴ）を採用したものが増加しつつある。
【０００３】
このようなエンジンでは、故障により、例えば、吸気弁のカム位置が規定位置より進角側或いは排気弁のカム位置が規定位置より遅角側で固着した場合には、内部ＥＧＲ量が増大して燃焼不安定となり、燃費が悪化したりエンジンストールを起こしたりすることが予想される。特に、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを独立に制御しうるＶＶＴにおいては、吸気弁或いは排気弁の一方のみ可変制御しうるものに比べて、吸気弁の開弁時期と排気弁の開弁時期とのオーバーラップ量が大きくなりうるため、故障時にこのような一方のみ可変制御しうるＶＶＴと同じ制御を行なっただけでは不十分な場合がある。
【０００４】
そのため、例えば、特開２００１−１５２８８３号公報に開示された技術では、吸気弁のＶＶＴに動作不良が生じた場合に、動作不良を生じていない排気弁のＶＶＴの開閉タイミングを最進角位相となるように制御し、オーバーラップ量が最低量となるようにしている。このことにより、内部ＥＧＲ量が少なくなるため、アイドル時や軽負荷時においても燃焼が不安定とならず、エンジンストールが防止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、故障時のオーバーラップ量が最大であった場合には、制御前後におけるオーバーラップ量の変動が大きくなり、内部ＥＧＲ量が極端に増減するため、エンジンの点火時期を大きく補正する必要がある。その結果、ポンプ損失が増大し燃費を悪化させていた。
【０００６】
また、点火時期の補正により、ドライバビリティを低下させる要因ともなる。
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、ＶＶＴの動作不良によって燃費を悪化させることなくドライバビリティの低下を防止できるようにした、内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御装置は、吸気弁のバルブタイミングと排気弁のバルブタイミングとがそれぞれ吸気弁作動態様変更手段及び排気弁作動態様変更手段によって独立に変更しうる内燃機関を制御対象としている。
そして、上記目的を達成するために、吸気弁及び排気弁の目標開閉時期が目標開閉時期設定手段によってそれぞれ設定されるとともに、作動態様制御手段によって吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更手段とが制御されて吸気弁及び排気弁がこの目標開閉時期で開閉するようにバルブタイミングが変更される。
【０００８】
また、故障判定手段により吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更手段とのいずれか一方の故障が検出された場合には、作動態様制御手段により目標開閉時期に基づいて吸気弁と排気弁との目標オーバーラップ量が算出され、吸気弁と排気弁との実オーバーラップ量がこの目標オーバーラップ量に近づくように、故障が検出されなかった他方の作動態様変更手段を制御してバルブタイミングが変更される（請求項１）。
また、故障判定手段により吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更手段とのいずれか一方の故障が検出されると、アイドル時のエンジンストールを防止するべく、アイドル時のエンジン目標回転速度が所定値以下とならないように、エンジン目標回転速度の下限値をクリップするのが好ましい（請求項２）。
また、故障判定手段により吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更手段とのいずれか一方の故障が検出されると、アイドル時のエンジンストールを防止するべく、エンジンの目標トルクを算出する際に用いられる水温補正量を所定値に固定するのが好ましい（請求項３）。
また、故障判定手段により吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更手段とのいずれか一方の故障が検出されると、アイドルの回転変動時には、エンジン回転速度のフィードバック制御を禁止するとともに、オープンループ制御によりエンジン回転速度を制御するのが好ましい（請求項４）。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態としての内燃機関の制御装置について説明すると、図１は本制御装置の機能に着目した模式的な制御ブロック図、図２〜図４はそれぞれ本内燃機関にそなえられた可変動弁機構の要部を示す斜視図，断面図及び模式的配置（軸方向端面から見た模式図）を示す図、図５はその作用を説明するためのフローチャートである。
【００１０】
本実施形態にかかる内燃機関は、レシプロ式の内燃機関（エンジン）であり、シリンダヘッド１には、図２，図３に示すように、図示しない吸気ポート及び排気ポートを開閉すべく、それぞれのポートに対して弁２が装備されている。また、この弁２のステム端部２Ａには、弁２を閉鎖側に付勢するバルブスプリング３（図４参照）が設置されている。
【００１１】
さらに、弁２のステム端部２Ａには、ロッカアーム８が当接しており、このロッカアーム８にカム６が当接している。そして、カム６の凸部６Ａによってバルブスプリング３の付勢力に抗するようにして弁２が開方向へ駆動される。ＶＶＴ１００は、このようなカム６の作動時期を変更するためのものであり、吸気側及び排気側に別個に設けられ、それぞれ吸気弁作動態様変更手段及び排気弁作動態様変更手段として機能している。また、吸気弁駆動用のＶＶＴ１００と排気弁駆動用のＶＶＴ１００とは同様の構成を有するため、以下では、その一方の構成及び動作について説明する、また、これらを区別する場合には、構成部材を示す符号にそれぞれＩＮ，ＥＸを付すこととする。
【００１２】
ＶＶＴ１００は、図２，図３に示すように、ベルト４１とプーリ４２とを介して、エンジンのクランク軸（図示略）に連動して回転駆動されるカムシャフト１１と、このカムシャフト１１の外周に設けられたカムローブ１２とをそなえ、カム６はこのカムローブ１２の外周に突設されている。なお、このカムローブ１２の外周はシリンダヘッド１側の軸受け部７によって回転自在に軸支されている。
【００１３】
また、カムシャフト１１はこのカムローブ１２を介して軸受け部７に支持されるが、カムシャフト１１の端部は、同一軸心線上に結合された端部部材４３を介してシリンダヘッド１の軸受け部１Ａに軸支されている。
なお、軸受け部７は図３，図４に示すように、二つ割れ構造になっており、シリンダヘッド１に形成された軸受け下半部７Ａと、この軸受け下半部７Ａに上方から接合される軸受けキャップ７Ｂと、軸受け下半部７Ａに軸受けキャップ７Ｂを結合するボルト７Ｃとから構成される。
【００１４】
また、図４に示すように、軸受け下半部７Ａと軸受けキャップ７Ｂとの接合面７Ｄは、図示しないシリンダの軸心線と直交するように略水平に設定されており、図３，図４における略鉛直方向（上下方向）に向けて締結されるボルト７Ｃによって軸受け下半部７Ａと軸受けキャップ７Ｂとが略鉛直方向に強固に結合されている。
【００１５】
また、カムシャフト１１とカムローブ１２との間には、弁２の開閉時期を連続的又は段階的に調整できるようにするための不等速継手１３が設けられている。
この不等速継手１３は、カムシャフト１１の外周に回動可能に支持されたコントロールディスク１４と、このコントロールディスク１４に一体的に設けられた偏心部１５と、この偏心部１５の外周に設けられた係合ディスク１６と、係合ディスク１６に接続された第１スライダ部材１７及び第２スライダ部材１８とをそなえている。
【００１６】
偏心部１５は、図２に示すように、カムシャフト１１の回転中心Ｏ１から偏心した位置に回転中心Ｏ２を有しており、係合ディスク１６はこの偏心部１５の中心Ｏ２の回りに回転するようになっている。
第１スライダ部材１７及び第２スライダ部材１８は、図２に示すように、それぞれその先端にスライダ本体部２１，２２をそなえ、その他端側にドライブピン部２３，２４をそなえている。
【００１７】
そして、係合ディスク１６の一面には、図３に示すように、半径方向に、第１スライダ部材１７のスライダ本体部２１が摺動自在に嵌合したスライダ用溝１６Ａと、第２スライダ部材１８のスライダ本体部２２が摺動自在に嵌合したスライダ用溝１６Ｂとが形成されている。ここでは、二つのスライダ用溝１６Ａ，１６Ｂが互いに１８０°だけ回転位相をずらせるように同一直径上に配置されている。
【００１８】
また、カムシャフト１１にはドライブアーム１９が設けられ、カムローブ１２にはアーム部２０が設けられ、ドライブアーム１９には、第１スライダ部材１７のドライブピン部２３が回転自在に嵌入する穴部１９Ａが設けられ、アーム部２０には、第２スライダ部材１８のドライブピン部２４が回転自在に嵌入する穴部２０Ａが設けられている。
【００１９】
なお、ドライブアーム１９は、カムローブ１２とコントロールディスク１４との間のアーム部２０を除く空間に、カムシャフト１１から半径方向に突出するように設けられ、ロックピン２５によりカムシャフト１１と一体回転するように結合されている。一方アーム部２０はカムローブ１２の端部を係合ディスク１６の一側面に近接する位置まで半径方向及び軸方向へ突出させるように一体形成されている。
【００２０】
ところで、スライダ本体部２１と溝１６Ａとの間では、図４に示すように、スライダ本体部２１の外側平面２１Ｂ，２１Ｃと溝１６Ａの内壁平面２８Ａ，２８Ｂとの間で、溝１６Ｂとスライダ本体部２２との間では、溝１６Ｂの内壁平面２８Ｃ，２８Ｄとスライダ本体部２２の外側平面２２Ｂ，２２Ｃとの間で、それぞれ回転力の伝達が行なわれる。
【００２１】
このように回転を伝達する際に、係合ディスク１６が偏心していることにより、係合ディスク１６はカムシャフト１１に対して先行したり遅延したりすることを繰り返し、又、カムローブ１２は係合ディスク１６に対して先行したり遅延したりしながら、カムローブ１２がカムシャフト１１とは不等速で回転するようになっている。そして、このようなカムシャフト１１の回転位相に対するカムローブ１２の相対的な回転位相角（即ち、相対位相角）によって弁２の開閉時期が決まる。
【００２２】
そして、本ＶＶＴ１００には、このような弁２の開閉時期を調整すべく偏心位置調整機構３０が設けられている。つまり、この偏心位置調整機構３０は、偏心部１５を有するコントロールディスク１４を回転させることで、偏心部１５によって偏心状態に支持される係合ディスク１６の回転中心Ｏ２の位置を連続的又は段階的に変動させ弁開閉時期を調整しうるようにしたものである。
【００２３】
この偏心位置調整機構３０は、図２，図３に示すように、コントロールディスク１４の外周に形成された偏心制御ギア３１と、この偏心制御ギア３１と噛合するコントロールギア３５をそなえカムシャフト１１と平行に設置されたコントロールシャフト３２と、このコントロールシャフト３２を回転駆動するためのアクチュエータ３３とをそなえて構成されており、後述のＥＣＵ３４によって作動が制御されるようになっている。
【００２４】
ところで、コントロールシャフト３２にそなえられたコントロールギア３５は、二つのギア３５Ａ，３５Ｂからなるシザースギアであって、一方のギア３５Ａはコントロールシャフト３２に固定されているが、他方のギア３５Ｂはコントロールシャフト３２に対して回転可能に装備されている。つまり、ギア３５Ｂはギア３５Ａに当接するように配設されており、コントロールシャフト３２の外周に固定されるジャーナル３６との間に装備された捩じりスプリング３８によって回転方向への付勢力を受けるように設置され、両ギア３５Ａ，３５Ｂによってコントロールディスク１４側の偏心制御ギア３１とコントロールギア３５とがガタつくことなく噛合するようになっている。
【００２５】
なお、偏心位置調整機構３０の設置にあたっては、既に設置されているカムシャフト１１外周のコントロールディスク１４側の偏心制御ギア３１に対して、両ギア３５Ａ，３５Ｂを噛合させた上で、ジャーナル３６をコントロールシャフト３２に対して回転させながら軸方向所定位置に配置することで、ギア３５Ｂに軸方向付勢力及び回転方向付勢力を与えておいてから、ジャーナル３６を回り止めピン３６Ａによりコントロールシャフト３２と一体回転するように固定する。
【００２６】
また、本ＶＶＴ１００を多気筒エンジンに適用した場合には、各気筒毎にカムローブ１２及び不等速継手１３を設け、各気筒に吸気弁駆動用のＶＶＴ１００と、排気弁駆動用のＶＶＴ１００とをそなえることになる。
ＥＣＵ３４は、運転状態に応じてこれらの吸気弁駆動用のＶＶＴ１００IN及び排気弁駆動用のＶＶＴ１００EXをそれぞれ独立に駆動制御するものであり、図示しない入力装置や制御プログラム等の記憶に供される記憶装置、中央演算処理装置（ＣＰＵ）等をそなえて構成されている。
【００２７】
また、ＥＣＵ３４には、図１に示すように、エンジン回転数センサ５２，スロットルポジションセンサ５３が接続され、それぞれエンジン回転数Ｎｅ及びスロットル開度ＴＰＳが入力されるようになっており、これらの入力情報から運転状態を検出しうるようになっている。
さらに、ＥＣＵ３４には、クランク軸の回転位相を検出するためのクランク角センサ５４とカムローブ１２の回転位相を検出するためのカム角センサ５５とが接続され、弁２の実開閉時期（実相対位相角）θＲを検出しうるようになっている。
【００２８】
ところで、ＥＣＵ３４には、図１に示すように、目標開閉時期設定手段６２及び作動態様制御手段６３が機能的に設けられており、運転状態に応じて吸気弁２IN及び排気弁２EXのそれぞれについて目標開閉時期を設定し、吸気弁２INのＶＶＴ１００IN及び排気弁２EXのＶＶＴ１００EXを独立に制御することで、吸気弁２IN及び排気弁２EXの開閉タイミングを独立に変更しうるようになっている。
【００２９】
つまり、目標開閉時期設定手段６２は車速Ｖ，エンジン回転数Ｎｅ，スロットル開度ＴＰＳ等の情報に基づいてエンジンの運転状態を判断し、吸気弁２IN及び排気弁２EXのそれぞれについて目標開閉時期、即ち、カムシャフト１１とカムローブ１２との目標相対位相角θＴIN，θＴEXを算出する。
また、目標開閉時期設定手段６２はクランク角及びカム角から吸気弁２IN及び排気弁２EXの実相対位相角θＲIN，θＲEXを算出し、吸気弁２IN及び排気弁２EXの相対位相角がそれぞれ設定された目標相対位相角θＴIN，θＴEXとなるように各アクチュエータ３３IN，３３EXの回動をフィードバック制御するようになっている。これにより、吸気弁２IN及び排気弁２EXの開閉タイミングやオーバーラップ量を任意に変更し、出力向上と低燃費とを両立することができるとともに、内部ＥＧＲ量を最適に設定して燃料の燃焼状態の安定化を図ることが可能となっている。
【００３０】
さらに、ＥＣＵ３４には、故障判定手段６１が機能的に設けられており、実相対位相角θＲと目標相対位相角θＴとを比較することでＶＶＴ１００に動作不良が生じているか否かを判定し、吸気弁２INのＶＶＴ１００IN及び排気弁２EXのＶＶＴ１００EXの内のいずれか一方のＶＶＴ１００が動作不良と判定された場合には、動作の正常な他方のＶＶＴ１００の制御目標相対位相角Θを下式（１）に従って算出し、正常なＶＶＴ１００における相対位相角がこの制御目標相対位相角Θとなるように、アクチュエータ３３の回動を制御している。
【００３１】
Θ＝θＴN＋θＲF−θＴF＋α ・・・（１）
ここで、θＴNは動作の正常なＶＶＴの目標相対位相角であり、θＴF及びθＲFはそれぞれ動作異常を生じたＶＶＴの目標相対位相角及び実相対位相角である。
つまり、正常なＶＶＴ１００を駆動制御することで、吸排気弁の実際のオーバーラップ量（実オーバーラップ量）が故障前と故障後とで同等なものにすることができるのである。
【００３２】
このように、故障判定手段６１により吸気側ＶＶＴ１００INと排気側ＶＶＴ１００EXとの内いずれか一方の故障が検出又は判定された場合には、作動態様制御手段６３では、目標開閉時期設定手段６２で設定される吸排気弁の目標開閉時期に基づき、両ＶＶＴ１００が正常な場合の目標オーバーラップ量を算出し、この目標オーバーラップ量となるように正常な他方のＶＶＴ１００の位相角を変更するようになっているのである。
【００３３】
なお、αは制御誤差を吸収するための補正値であり、この補正値は運転状態に応じて設定されるようになっている。また、排気弁駆動用ＶＶＴ１００EX及び吸気弁駆動用ＶＶＴ１００INの制御態様の違いに基づいて、各制御についてαの正負の極性を異ならせてもよい。
このことにより、故障により吸気弁２IN及び排気弁２EXの内のいずれか一方の開閉タイミングが固定されても、他方の弁２の開閉タイミングをそれに応じて補正することで、故障前後で内部ＥＧＲの変動が極力抑えられ故障前の最適な状態に維持することができるようになっている。
【００３４】
また、上述したようなＶＶＴ１００の故障時には、下記の▲１▼〜▲４▼の制御も同時に実行されるようになっている。
▲１▼ＥＧＲ量の制限
▲２▼ＩＳＣ目標Ｎｅの下限クリップ
▲３▼Ｐｅの水温補正値を所定値に固定
▲４▼ＩＳＣ変化中のＮｅ−Ｆ／Ｂ禁止
上記▲１▼はＥＧＲ装置によるＥＧＲガス還流量を制限又は禁止するものであり、燃焼を安定させる目的で実行される。
【００３５】
また、▲２▼はアイドル時の目標回転速度Ｎｅが所定値（下限値）以下とならないように、目標回転速度Ｎｅの下限値をクリップするものであり、アイドル時のエンジンストールを防止する目的で実行される。
また、▲３▼は目標Ｐｅ（目標トルク）を算出する際に用いられる水温補正量を所定値に固定するものであり、これも主にエンジンストールを防止する目的で実行される。
【００３６】
▲４▼はアイドルの回転変動時において、エンジン回転速度のフィードバック制御を禁止するものであり、オープンループ制御によりエンジン回転速度制御するものである。
本発明の一実施形態における内燃機関の制御装置は上述のように構成されているので、吸気ＶＶＴ及び排気ＶＶＴの制御は図５に示すフローチャートに沿って行なわれる。
【００３７】
すなわち、ステップＳ１において吸気ＶＶＴ１００INが動作不良と判定され、更に、ステップＳ２で排気ＶＶＴ１００EXの動作が正常と判定された場合には、ステップＳ３で排気ＶＶＴ１００EXの制御目標位相角Θが（１）式によって算出され、排気ＶＶＴ１００EXのアクチュエータ３３EXの回動制御が行なわれる。
また、ステップＳ１において吸気ＶＶＴ１００INの動作が正常と判定され、更に、ステップＳ４で排気ＶＶＴ１００EXが動作不良と判定された場合には、ステップＳ５で吸気ＶＶＴ１００INの制御目標位相角Θが（１）式によって算出され、吸気ＶＶＴ１００INのアクチュエータ３３INの回動制御が行なわれる。
【００３８】
したがって、本実施形態の内燃機関の制御装置によれば、吸気ＶＶＴ１００IN又は排気ＶＶＴ１００EXのいずれか一方が動作不良を生じても、ＶＶＴ１００の動作不良が生じる前後での内部ＥＧＲ量の変化が抑えられる。その結果、エンジンの点火時期の補正量を低減することが可能となり、ドライバビリティを損なうことなく燃費の悪化を防止することができる。
【００３９】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、可変動弁機構は上述のものに限定されるものではなく、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを変更可能であれば他の種々の可変動弁機構を適用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明によれば、吸気弁作動態様変更手段と排気弁作動態様変更手段との内のいずれか一方が故障すると、故障していない他方の作動態様変更手段を制御して吸気弁と排気弁とのオーバーラップ量が目標オーバーラップ量に近づくようにしているため、燃費の悪化が防止される。
【００４１】
また、故障の前後で内燃機関の内部ＥＧＲ量が大幅に変化することがないため、点火時期の補正量が少なくて済み、ドライバビリティが損なわれることがない（以上、請求項１）。
また、アイドル時のエンジンストールを確実に防止することができる（請求項２〜４）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の制御装置の機能に着目した模式的な制御ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における内燃機関に備えられた可変動弁機構の要部を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態における内燃機関に備えられた可変動弁機構の要部を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態における内燃機関に備えられた可変動弁機構の要部を示す模式的配置図である。
【図５】本発明の一実施形態における内燃機関の制御装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
２ 弁
６１ 故障判定手段
６２ 目標開閉時期設定手段
６３ 作動態様制御手段
１００ 可変動弁機構（作動態様変更手段）
Claims (4)
- 吸気弁のバルブタイミングを変更可能な吸気弁作動態様変更手段と、
排気弁のバルブタイミングを変更可能な排気弁作動態様変更手段と、
エンジンの運転状態に応じて吸気弁及び排気弁の目標開閉時期を設定する目標開閉時期設定手段と、
上記吸気弁作動態様変更手段と上記排気弁作動態様変更手段とのいずれか一方が故障したことを判定する故障判定手段と、
上記目標開閉時期設定手段によって設定された目標開閉時期となるように上記吸気弁作動態様変更手段又は上記排気弁作動態様変更手段を制御し、上記吸気弁又は上記排気弁のバルブタイミングを各々独立して変更する作動態様制御手段とをそなえ、
上記作動態様制御手段は、上記故障判定手段により上記吸気弁作動態様変更手段と上記排気弁作動態様変更手段とのいずれか一方の故障が検出されると、上記目標開閉時期設定手段により設定された目標開閉時期に基づいて上記吸気弁と上記排気弁との目標オーバラップ量を算出し、上記吸気弁と上記排気弁との実オーバラップ量が上記目標オーバラップ量に近づくように、故障が検出されなかった他方の作動態様変更手段を制御してバルブタイミングを変更することを特徴とする、内燃機関の制御装置。 - 上記故障判定手段により上記吸気弁作動態様変更手段と上記排気弁作動態様変更手段とのいずれか一方の故障が検出されると、
アイドル時のエンジンストールを防止するべく、アイドル時のエンジン目標回転速度が所定値以下とならないように、該エンジン目標回転速度の下限値をクリップする
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の制御装置。 - 上記故障判定手段により上記吸気弁作動態様変更手段と上記排気弁作動態様変更手段とのいずれか一方の故障が検出されると、
アイドル時のエンジンストールを防止するべく、エンジンの目標トルクを算出する際に用いられる水温補正量を所定値に固定する
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の制御装置。 - 上記故障判定手段により上記吸気弁作動態様変更手段と上記排気弁作動態様変更手段とのいずれか一方の故障が検出されると、
アイドルの回転変動時には、エンジン回転速度のフィードバック制御を禁止するとともに、オープンループ制御によりエンジン回転速度を制御する
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の制御装置。
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