JP2006063846A - 可変動弁機構の故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コントロールシャフトの位置関係に現れないあるいは現れにくい内燃機関の可変動弁機構の故障を高精度に検出可能な故障診断装置。
【解決手段】 可変動弁機構が故障している場合には、コントロールシャフトからスライドアクチュエータが受ける反力が正常時よりも異なる。このためこの反力あるいは更に反力の履歴が、スライドアクチュエータに与えられる制御量ＶＬｙに反映されることになる。したがって制御量の正常範囲を実ストローク量ＶＬＡと目標ストローク量ＶＬＡｔとから設定して（Ｓ１５４，Ｓ１５６）、この正常範囲と制御量ＶＬｙとを比較して可変動弁機構の故障を判定する（Ｓ１５８，Ｓ１６０）。このことにより、コントロールシャフトの位置関係に現れないあるいは現れにくい可変動弁機構の故障を高精度に検出することができる。
【選択図】 図１４

Description

本発明は、内燃機関のバルブ特性を調節する可変動弁機構の故障診断装置に関する。

コントロールシャフトの軸方向移動により、内燃機関のシリンダヘッド上に設けた機構を駆動して、吸気バルブや排気バルブのバルブリフト量やバルブ作用角といったバルブ特性を調節する可変動弁機構が知られている（例えば特許文献１参照）。

このような可変動弁機構が故障した場合、例えば吸入空気量制御のために吸気バルブのバルブリフト量を調節している可変動弁機構が故障した場合には、吸入空気量調節が十分にできなくなり、内燃機関の正常な運転が困難となる。

したがってこのような故障を診断して、故障が検出された場合にはフェールモード制御を実行する必要がある。フェールモード制御としては、例えば、通常の可変動弁機構制御から、バルブリフト量を最大とする制御に切り替えて、吸気通路に設けられたスロットルバルブにより吸入空気量制御を実行する。このことにより退避走行を可能とする必要がある。

このような故障を診断する技術として、センサにより検出されている検出リフト量と、制御により計算されている目標リフト量との差の絶対値の大きさを評価することにより、故障を診断する装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。
特開２００１−２６３０１５号公報（第７−８頁、図５−２０） 特開２００１−２５４６３７号公報（第１０頁、図７）

前記特許文献２の故障診断技術を、前記特許文献１の技術に適用した場合には、コントロールシャフトの軸方向位置の検出値と目標位置との差に基づいて故障を診断することになる。

しかし、このコントロールシャフトの検出位置と目標位置との差は、コントロールシャフトの位置制御における故障は判明するが、可変動弁機構に故障があった場合にはコントロールシャフトの位置関係に現れないあるいは現れにくい場合があり、高精度に故障を検出することはできない。

例えば、コントロールシャフトによって軸方向移動されることでバルブ特性を調節するバルブ特性調節機構が故障し、コントロールシャフトは移動可能であるが、これに連動してバルブ特性調節機構が軸方向移動しなくなった場合を考える。この場合には、アクチュエータによるコントロールシャフトの軸方向移動は正常に行われるので、コントロールシャフトの軸方向位置の検出値と目標位置との差に基づいたのでは可変動弁機構の故障を検出することはできない。このため故障にもかかわらずフェールモード制御に移れず、退避走行等が困難となるおそれがある。

本発明は、コントロールシャフトの位置関係に現れないあるいは現れにくい可変動弁機構の故障を高精度に検出可能な故障診断装置の提供を目的とするものである。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の可変動弁機構の故障診断装置は、アクチュエータにて軸方向移動されるコントロールシャフトの軸方向位置に、バルブ特性調節機構によるバルブ特性調節量を連動させることで内燃機関のバルブ特性を調節する可変動弁機構の故障診断装置であって、前記アクチュエータの実制御量に基づいて可変動弁機構の故障を判定する故障判定手段を備えたことを特徴とする。

故障判定手段は、コントロールシャフトの軸方向における検出位置と目標位置との差を用いた故障判定を実行しているのではなく、コントロールシャフトを移動させているアクチュエータの実制御量に基づいて可変動弁機構の故障判定を行っている。

アクチュエータの実制御量はコントロールシャフトの軸方向位置を目標位置に近づけるために設定される値である。この実制御量には、コントロールシャフトの検出位置と目標位置との現在の関係のみでなく、コントロールシャフトから受ける反力や現在に至るまでの反力に伴う制御量の履歴が現れている。

このためコントロールシャフトの軸方向位置を維持したり、目標位置に移動させたりする際に、可変動弁機構が故障している場合には、コントロールシャフトから受ける反力が正常時よりも異なり、アクチュエータの実制御量に反映される。しかし、コントロールシャフトの位置関係、すなわち軸方向における検出位置と目標位置との差には反映されるとは限らない。

したがって故障判定手段がアクチュエータの実制御量に基づいて可変動弁機構の故障を判定することにより、コントロールシャフトの位置関係に現れないあるいは現れにくい可変動弁機構の故障を高精度に検出することができる。

請求項２に記載の可変動弁機構の故障診断装置では、請求項１において、前記バルブ特性調節機構は、ロッカシャフトにより支持されて内燃機関のシリンダヘッド上に配置され、前記コントロールシャフトの軸方向移動に連動して内部機構を前記ロッカシャフトの軸方向に移動することによりバルブ特性を調節することを特徴とする。

バルブ特性調節機構としては、上述したごとく内部機構をロッカシャフトの軸方向に移動することによりバルブ特性を調節するものであっても良い。
請求項３に記載の可変動弁機構の故障診断装置では、請求項１又は２において、前記故障判定手段は、前記アクチュエータの実制御量と、可変動弁機構が正常である時に算出されると予想される前記アクチュエータのベース制御量との関係に基づいて可変動弁機構の故障を判定することを特徴とする。

より具体的には、アクチュエータの上記ベース制御量を用い、アクチュエータの実制御量との関係に基づいて可変動弁機構の故障を判定する。ベース制御量は可変動弁機構正常時でのコントロールシャフトから受ける反力及びその履歴が反映されている。したがってベース制御量レベルからの離脱の程度が大きければ、可変動弁機構に生じるコントロールシャフトへの反力が正常でないことが判断でき、可変動弁機構が故障していると判定できる。

請求項４に記載の可変動弁機構の故障診断装置では、請求項３において、前記故障判定手段は、前記ベース制御量に基づいて設定された正常範囲から、前記実制御量が外れていた場合に、可変動弁機構が故障であると判定することを特徴とする。

このようにベース制御量に基づいて正常範囲を設定し、実制御量が正常範囲から外れているか否かにより、可変動弁機構が故障であることを容易に判定することができる。
請求項５に記載の可変動弁機構の故障診断装置では、請求項３又は４において、前記ベース制御量は、可変動弁機構が正常である時に前記コントロールシャフトの軸方向位置と目標位置とに関係づけられている前記アクチュエータの制御量データから求められることを特徴とする。

このようにベース制御量を求めるための制御量データは、コントロールシャフトの軸方向位置と目標位置とに関係づけられているデータとすることができる。このことにより現在のコントロールシャフトの軸方向位置と目標位置とから、ベース制御量を容易に求めることができ、可変動弁機構の故障有無を容易に判定できる。

請求項６に記載の可変動弁機構の故障診断装置では、請求項３又は４において、前記ベース制御量は、可変動弁機構が正常である時に前記コントロールシャフトの軸方向位置に関係づけられている前記アクチュエータの制御量データから求められることを特徴とする。

このようにベース制御量を求めるための制御量データは、コントロールシャフトの軸方向位置に関係づけられているデータとすることができる。このことにより現在のコントロールシャフトの軸方向位置から、ベース制御量を容易に求めることができ、可変動弁機構の故障有無を容易に判定できる。

請求項７に記載の可変動弁機構の故障診断装置では、請求項５又は６において、前記制御量データは、予め可変動弁機構が正常である時に実測されていることを特徴とする。
上記制御量データとしては、予め可変動弁機構正常時に実測しても良く、この実測により、容易に得ることができる。

請求項８に記載の可変動弁機構の故障診断装置では、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記故障判定手段にて可変動弁機構が故障であると判定された場合に、該故障に対応したフェールモード制御を実行するフェールモード制御手段を備えたことを特徴とする。

このようにフェールモード制御手段を備えて、可変動弁機構故障時にフェールモード制御を実行することにより、退避走行等を可能とするようにできる。

［実施の形態１］
図１は、上述した発明が適用された多気筒（本実施の形態では４気筒）内燃機関としてのガソリンエンジン（以下、「エンジン」と略す）２における可変動弁機構の構成を示している。尚、図１は１つの気筒における縦断面を表している。図２はエンジン２の上部構成の平面図、図３は４気筒分の可変動弁機構の駆動状態を仰視にて示す斜視図である。尚、図３においては吸気バルブ１２の開閉状態を示すためにバルブシート部１２ａをリング状で示している。

本実施の形態のエンジン２は車両用であり、シリンダブロック４、ピストン６及びシリンダブロック４上に取り付けられたシリンダヘッド８を備えている。
シリンダブロック４に形成された各気筒２ａには、シリンダブロック４、ピストン６及びシリンダヘッド８にて区画された燃焼室１０が形成されている。尚、気筒数は１〜３でも良く、５以上の気筒数でも良い。又、本実施の形態のごとく直列４気筒でなくても、Ｖ型でも良く、その他の配置でも良い。

各気筒２ａには、それぞれ２つの吸気バルブ１２及び２つの排気バルブ１６の４バルブが配置されている。吸気バルブ１２は吸気ポート１４を、排気バルブ１６は排気ポート１８を開閉する。全ての吸気ポート１４は、吸気マニホールドを介してサージタンクに接続され、サージタンク側から供給された空気を各気筒２ａに分配している。尚、各気筒２ａの吸気ポート１４に燃料を噴射するように各吸気ポート１４又は吸気マニホールドにはそれぞれ燃料噴射弁が配置されている。尚、このように吸気バルブ１２の上流側にて燃料噴射する構成以外に、直接、各燃焼室１０内に燃料を噴射する筒内噴射型ガソリンエンジンとして構成することもできる。

ここでエンジン２は、吸気バルブ１２のバルブ特性としてバルブリフト量を連続的に変化させることで吸入空気量を調節している。尚、実際にはバルブ作用角も同時に変化しているので、以下、説明するバルブリフト量の変化はバルブ作用角の変化にも対応している。

尚、サージタンク上流側の吸気通路にはスロットルバルブが配置されているが、吸気バルブ１２のバルブリフト量変化にて吸入空気量が調節されている時には、通常、全開状態とされている。スロットルバルブの開度制御としては、例えば、エンジン２の始動時にはスロットルバルブを全開にし、エンジン２の停止時にはスロットルバルブを全閉にする制御を行う。そして後述するごとく、可変動弁機構の故障により吸気バルブ１２のバルブリフト量調節が困難となった場合には、スロットルバルブの開度制御により吸入空気量を制御している。

吸気バルブ１２のリフト駆動は、シリンダヘッド８に配置された仲介駆動機構１２０及びローラロッカーアーム５２を介して、吸気カムシャフト４５に設けられた吸気カム４５ａのバルブ駆動力が伝達されることにより可能となっている。このバルブ駆動力伝達において、スライドアクチュエータ１００の機能により仲介駆動機構１２０による伝達状態が調節されることにより吸気バルブ１２のバルブリフト量が連続的に調節される。尚、吸気カムシャフト４５は、一端に配置されたバルブタイミング可変機構１４０（タイミングスプロケットを含む）とタイミングチェーン４７とを介してエンジン２のクランクシャフト４９の回転に連動している。

各気筒２ａの排気バルブ１６は、エンジン２の回転に連動して回転する排気カムシャフト４６に設けられた排気カム４６ａにより、ローラロッカーアーム５４を介して一定のバルブリフト量で開閉されている。尚、排気カムシャフト４６は、一端に配置されたバルブタイミング可変機構１４２（タイミングスプロケットを含む）とタイミングチェーン４７とを介してエンジン２のクランクシャフト４９の回転に連動している。そして各気筒２ａの各排気ポート１８は排気マニホルドに連結され、排気を浄化用触媒コンバータを介して外部に排出している。

上述した吸気カムシャフト４５、排気カムシャフト４６、スライドアクチュエータ１００、仲介駆動機構１２０及びバルブタイミング可変機構１４０，１４２は、シリンダヘッド８上に一体に組み込まれている。尚、これらの構成はシリンダヘッド８の本体に直接取り付けられるのではなく、シリンダヘッド８に属するカムキャリア上に配置されて、シリンダヘッド８の本体上に取り付けられても良い。

シリンダヘッド８上には吸気カムシャフト４５及び排気カムシャフト４６がそれぞれの軸受１６０，１６２上に平行に配置されて、カムキャップ１６０ａ，１６２ａが取り付けられることにより回転可能に支持されている。更に各気筒毎に設けられた４つの仲介駆動機構１２０が吸気カムシャフト４５と平行に配列されている。そしてこれら４つの仲介駆動機構１２０に共通する１本のロッカーシャフト１３０が、各仲介駆動機構１２０の内部を貫通することで、各仲介駆動機構１２０を揺動可能に支持している。

電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）６０は、デジタルコンピュータを中心に構成され、双方向性バスを介して相互に接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種ドライバー回路、入力ポート及び出力ポート等の構成を備えている。ＥＣＵ６０の入力ポートへは、アクセル開度ＡＣＣＰ、エンジン回転数ＮＥ、吸入空気量ＧＡ、エンジン冷却水温度ＴＨＷ、空燃比ＡＦ、基準クランク角Ｇ２等の各信号が入力されている。

更に、本実施の形態では、ＥＣＵ６０は、スライドアクチュエータ１００においてボールネジシャフト１００ｅの軸方向移動位置を検出するためのシャフト位置センサ１００ｄから実ストローク量ＶＬＡを表すシャフト位置信号ＳＬが入力されている。

ＥＣＵ６０の出力ポートは、駆動回路を介して各燃料噴射弁に接続され、ＥＣＵ６０はエンジン２の運転状態に応じて各燃料噴射弁の開弁制御を行い、燃料噴射時期制御や燃料噴射量制御を実行している。その他、点火時期制御などの各種制御を実行している。

更に、本実施の形態では、ＥＣＵ６０は、スライドアクチュエータ駆動回路６２へ実制御量ＶＬｙを表す駆動信号Ｄｓを出力することで、スライドアクチュエータ１００によりボールネジシャフト１００ｅを介してコントロールシャフト１３２の軸方向位置を調節している。このことで吸気バルブ１２のバルブリフト量が調節される。

スライドアクチュエータ１００は、モータ１００ａ、ギア部１００ｂ及びボールネジ部１００ｃから構成されている。モータ１００ａはスライドアクチュエータ駆動回路６２からの給電制御により回転方向と回転量とが調節される。そしてこの回転がギア部１００ｂにより減速されてボールネジ部１００ｃに伝達され、コントロールシャフト１３２側に軸力を伝達するボールネジシャフト１００ｅがモータ１００ａの回転方向に応じた軸方向に、モータ１００ａの回転量に応じた移動量で移動する。

ＥＣＵ６０は、シャフト位置センサ１００ｄにて検出されるボールネジシャフト１００ｅの実ストローク量ＶＬＡがエンジン２の運転状態に応じて設定される目標ストローク量ＶＬＡｔに一致するように、実制御量ＶＬｙ（駆動信号Ｄｓ）によりモータ１００ａの回転方向と回転量とを調節する。このことにより吸入空気量が調節される。

次に仲介駆動機構１２０について説明する。図４は仲介駆動機構１２０の斜視図を、図５は部分破断斜視図を示している。尚、図５の(Ａ)は正面側の部分破断斜視図、図５の(Ｂ)は背面側の部分破断斜視図である。図６は分解斜視図、図７は仲介駆動機構１２０の外部と共に内部のスライダギア１２８も破断して示した部分破断斜視図である。

仲介駆動機構１２０は、図４の中央に設けられた入力部１２２、入力部１２２の一端側に設けられた第１揺動カム１２４、第１揺動カム１２４とは反対側に設けられた第２揺動カム１２６及び内部に配置されたスライダギア１２８（図５，６）を備えている。

入力部１２２のハウジング１２２ａは内部に軸方向に空間を形成し、この空間の内周面には軸方向に右ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン１２２ｂ（図６）を形成している。ハウジング１２２ａの外周面からは平行な２つのアーム１２２ｃが突出して形成されている。アーム１２２ｃの先端には、ハウジング１２２ａの軸方向と平行なシャフト１２２ｅが掛け渡され、ローラ１２２ｆが回転可能に取り付けられている。尚、図１に示したごとく、ハウジング１２２ａには、圧縮状態のスプリング１２１により付勢力が与えられていることにより、ローラ１２２ｆは吸気カム４５ａ側に常に接触するようにされている。このような機能を果たすスプリング１２１は、例えばハウジング１２２ａとシリンダヘッド８あるいはロッカーシャフト１３０との間に設けられている。

第１揺動カム１２４のハウジング１２４ａは、内部に軸方向に空間を形成し、この内部空間の内周面には軸方向に左ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン１２４ｂ（図６）を形成している。ハウジング１２４ａの内部空間は径の小さい中心孔を有するリング状の軸受部１２４ｃにて一端が覆われている。また外周面からは略三角形状のノーズ１２４ｄが突出して形成されている。このノーズ１２４ｄの一辺はカム面１２４ｅを形成している。

第２揺動カム１２６のハウジング１２６ａは、内部に軸方向に空間を形成し、この内部空間の内周面には軸方向に左ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン１２６ｂ（図７）を形成している。ハウジング１２６ａの内部空間は径の小さい中心孔を有するリング状の軸受部１２６ｃにて一端が覆われている。また外周面からは略三角形状のノーズ１２６ｄが突出して形成されている。このノーズ１２６ｄの一辺はカム面１２６ｅを形成している。

これらの第１揺動カム１２４および第２揺動カム１２６は、図６に示したごとく、入力部１２２に対して両側から各端面を同軸上で接触させるように配置され、全体が図４に示したごとく内部空間を有する略円柱状となる。

入力部１２２及び２つの揺動カム１２４，１２６から構成される内部空間に配置されているスライダギア１２８について説明する。スライダギア１２８の外形は図５，６に示されているごとくである。図８は軸に沿って垂直に破断した状態の斜視図である。

スライダギア１２８は略円柱状をなし、外周面中央には右ネジの螺旋状に形成された入力用ヘリカルスプライン１２８ａが形成されている。この入力用ヘリカルスプライン１２８ａの一端側には小径部１２８ｂを挟んで左ネジの螺旋状に形成された第１出力用ヘリカルスプライン１２８ｃが形成されている。この第１出力用ヘリカルスプライン１２８ｃとは反対側には小径部１２８ｄを挟んで左ネジの螺旋状に形成された第２出力用ヘリカルスプライン１２８ｅが形成されている。尚、２つの出力用ヘリカルスプライン１２８ｃ，１２８ｅは、同じ外径であるが、入力用ヘリカルスプライン１２８ａの溝部分の径よりも外径が小さく形成されている。

スライダギア１２８の内部には中心軸方向に貫通孔１２８ｆが形成されている。そして入力用ヘリカルスプライン１２８ａの軸方向位置で、貫通孔１２８ｆの内周面には周方向に周溝１２８ｇが形成されている。この周溝１２８ｇには一カ所にて径方向に外部に貫通するピン挿入孔１２８ｈが形成されている。

スライダギア１２８の貫通孔１２８ｆ内には、図９の斜視図に示しているロッカーシャフト１３０が貫通することでスライダギア１２８を支持している。このようにしてロッカーシャフト１３０に支持されたスライダギア１２８は周方向に摺動可能である。図２，３に示したごとく、このロッカーシャフト１３０は４つの仲介駆動機構１２０に共通の１本が設けられている。そしてこの１本のロッカーシャフト１３０には各仲介駆動機構１２０に対応する位置に軸方向に長く形成された長孔１３０ａが開口している。この長孔１３０ａはロッカーシャフト１３０の内部空間まで貫通した状態で形成されている。

更にロッカーシャフト１３０の内部空間には、コントロールシャフト１３２が、軸方向に摺動可能に貫通して配置されている。コントロールシャフト１３２は丸棒状に形成されたものであるが、各仲介駆動機構１２０に対応する位置には、軸直角方向の支持穴１３２ａが設けられている。この支持穴１３２ａにはそれぞれコントロールピン１３４の基端部が挿入されることにより、ロッカーシャフト１３０の長孔１３０ａを貫通するようにして、コントロールピン１３４を軸直角方向に突出して支持できるようにされている。更に、このコントロールピン１３４の先端側には、ロッカーシャフト１３０の外側からブッシュ１３６が自身の支持孔１３６ａにコントロールピン１３４に貫かれることにより支持されている。

そしてコントロールシャフト１３２がロッカーシャフト１３０の内部に配置されている状態では、各コントロールピン１３４の先端及びこの先端に貫かれているブッシュ１３６は、図７に示したごとくスライダギア１２８の内周面に形成された周溝１２８ｇに挿入されている。尚、ブッシュ１３６の軸方向の幅は、周溝１２８ｇの幅と同一に形成されている。このことによりコントロールシャフト１３２とスライダギア１２８とは軸方向において相対的な位置は固定され、コントロールシャフト１３２の軸方向移動に連動してスライダギア１２８は軸方向に移動することになる。

これらロッカーシャフト１３０、コントロールシャフト１３２、コントロールピン１３４及びブッシュ１３６は高剛性の材料、本実施の形態では鉄系材料から構成されている。
尚、コントロールシャフト１３２の一端側（図２における左側）は付勢機構１３８の内部に設けられた押圧スプリングにより、スライドアクチュエータ１００側へ付勢されている。尚、付勢機構１３８を設けずに自由端としても良い。

コントロールシャフト１３２の基端側（図２における右側）はスライドアクチュエータ１００にて駆動されるボールネジシャフト１００ｅに接続されている。このことによりコントロールシャフト１３２は軸方向での駆動力をスライドアクチュエータ１００から受けることができる。

入力部１２２及び揺動カム１２４，１２６は軸受１６２により軸方向での移動は阻止されているので、コントロールシャフト１３２の軸方向移動により、スライダギア１２８は入力部１２２及び揺動カム１２４，１２６内部で、コントロールシャフト１３２の移動量と同一の移動量で軸方向に移動する。スライダギア１２８の入力用ヘリカルスプライン１２８ａと入力部１２２のヘリカルスプライン１２２ｂとのスプライン咬合と、スライダギア１２８の出力用ヘリカルスプライン１２８ｃ，１２８ｅと揺動カム１２４，１２６のヘリカルスプライン１２４ｂ，１２６ｂとのスプライン咬合とは、ねじれ角が異なる。実際には逆のねじれ角となっている。このため、図４，７で示した矢印のＬ方向にコントロールシャフト１３２が移動すると、入力部１２２のローラ１２２ｆと揺動カム１２４，１２６のノーズ１２４ｄ，１２６ｄとの位相は相対的に近づく。逆に矢印のＨ方向にコントロールシャフト１３２が移動すると、入力部１２２のローラ１２２ｆと揺動カム１２４，１２６のノーズ１２４ｄ，１２６ｄとの位相は相対的に遠ざかる。このことにより図１０，１１に示すごとく、吸気バルブ１２のバルブリフト量をコントロールシャフト１３２の軸方向移動により調節することができる。

ここで図１０は、スライドアクチュエータ１００の駆動力を調節して、コントロールシャフト１３２を最大限Ｌ方向（図４，７の矢印）へ移動させた場合の仲介駆動機構１２０の状態を示している。図１０の(Ａ)が吸気バルブ１２の閉弁時、図１０の(Ｂ)が開弁時である。この場合には入力部１２２のローラ１２２ｆと揺動カム１２４，１２６のノーズ１２４ｄ，１２６ｄとの位相位置関係が最も近い状態となる。したがって図１０の(Ｂ)に示すごとく吸気カム４５ａが最大限に入力部１２２のローラ１２２ｆを押し下げても、ノーズ１２４ｄ，１２６ｄのカム面１２４ｅ，１２６ｅによるロッカーローラ５２ａの押し下げ量は最小となり、吸気バルブ１２のバルブリフト量は最小となる。図１２に示すごとく、カム面１２４ｅ，１２６ｅには揺動中心からの距離が一定のベース円部と揺動中心から次第に離れて行くリフト部とが存在する。図１０の状態では、ローラ１２２ｆとノーズ１２４ｄ，１２６ｄとの位相位置関係が近いので、ベース円部がロッカーローラ５２ａに当接することでリフトがなされない距離が長く、リフト部によりリフトされる距離が短い。したがって吸気ポート１４から燃焼室１０内への吸入空気量も最小限の状態となる。

図１１は、スライドアクチュエータ１００の駆動力を調節して、コントロールシャフト１３２を最大限Ｈ方向（図４，７の矢印）へ移動させた場合の仲介駆動機構１２０の状態を示している。図１１の(Ａ)が吸気バルブ１２の閉弁時、図１１の(Ｂ)が開弁時である。この場合には入力部１２２のローラ１２２ｆと揺動カム１２４，１２６のノーズ１２４ｄ，１２６ｄとの位相位置関係が最も遠い状態となる。このため、図１１の(Ｂ)に示すごとく吸気カム４５ａが最大限に入力部１２２のローラ１２２ｆを押し下げた時には、ノーズ１２４ｄ，１２６ｄのカム面１２４ｅ，１２６ｅによるロッカーローラ５２ａの押し下げ量は最大となり、吸気バルブ１２のバルブリフト量は最大となる。すなわち図１２に示したごとくローラ１２２ｆとノーズ１２４ｄ，１２６ｄとの位相位置関係が遠いので、ベース円部がロッカーローラ５２ａに当接している距離が短く、リフト部によりリフトされる距離が長くなる。したがって吸気ポート１４から燃焼室１０内への吸入空気量も最大限の状態となる。

そしてスライドアクチュエータ１００により、図１０の状態と図１１の状態との間で連続的にコントロールシャフト１３２の軸方向位置を調節することで、吸気バルブ１２のバルブリフト量を連続的に調節できる。すなわち本実施の形態ではスロットルバルブによることなく、吸入空気量の無段階調節が可能となる。

尚、前記図１０の(Ｂ)に示したごとく最小のバルブリフト状態では吸気バルブ１２の開弁時のバルブリフト量は或る程度の開度が存在したが、最小のバルブリフト状態の他の形態としてバルブリフト量「０」すなわち吸気バルブ１２を完全に閉じたままにしても良く、この場合には吸入空気量は「０」となる。

次に本実施の形態において、ＥＣＵにより実行される制御のうちで、吸気バルブ１２のバルブリフト量制御処理を図１３のフローチャートに示す。本処理はエンジン回転周期あるいは時間周期、例えば５０ｍｓ毎に繰り返し実行される処理である。なお個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「Ｓ〜」で表す。

本処理が開始されると、まず、未だ故障判定が無い状態か否かが判定される（Ｓ１０２）。ここで故障判定とは、後述する可変動弁機構の故障診断処理（図１４）のステップＳ１６０において可変動弁機構が故障であると判定されていることを意味する。ここで未だ故障判定が無い状態であれば（Ｓ１０２でＹＥＳ）、次にエンジン運転状態のデータが読み込まれる（Ｓ１０４）。エンジン運転状態とは、本実施の形態では、エンジン回転数ＮＥ、アクセル開度ＡＣＣＰ、実ストローク量ＶＬＡ等である。

次にアイドル時か否かが判定される（Ｓ１０６）。ここでアイドル時で有れば（Ｓ１０６で「ＹＥＳ」）、アイドル時の目標回転数ＮＥｔと現在のエンジン回転数ＮＥとに基づいて、目標回転数ＮＥｔを達成するために、目標ストローク量ＶＬＡｔを算出する（Ｓ１０８）。すなわち、ＮＥｔ＞ＮＥであれば目標ストローク量ＶＬＡｔを増加させ、ＮＥｔ＜ＮＥであれば目標ストローク量ＶＬＡｔを減少させる制御処理が行われる。

一方、アイドル時でなければ（Ｓ１０６で「ＮＯ」）、アクセル開度ＡＣＣＰに基づいて目標ストローク量ＶＬＡｔを算出する（Ｓ１１０）。すなわちアクセル開度ＡＣＣＰが増加すると目標ストローク量ＶＬＡｔも増加する関係に予め設計したマップや関数に基づいて、目標ストローク量ＶＬＡｔを算出する。

ステップＳ１０８，Ｓ１１０のいずれかにて目標ストローク量ＶＬＡｔが算出されると、次に実ストローク量ＶＬＡと目標ストローク量ＶＬＡｔとの偏差に基づいてスライドアクチュエータ１００に対する制御量ＶＬｙのフィードバック制御計算を実行する（Ｓ１１２）。このフィードバック制御計算ではＰＩＤ制御やＰＩ制御が実行される。

次にフィードバック制御計算により求められた制御量ＶＬｙ、例えば電流量や電圧値をスライドアクチュエータ１００のモータ１００ａに対して出力する（Ｓ１１４）。こうして一旦本処理を終了する。上述した処理が故障判定が無い状態で繰り返される。

可変動弁機構の故障診断処理を図１４のフローチャートに示す。本処理もエンジン回転周期あるいは時間周期、例えば５０ｍｓ毎に繰り返し実行される処理である。
まず未だ故障判定が無い状態か否かが判定される（Ｓ１５２）。故障判定が未だされていなければ（Ｓ１５２でＹＥＳ）、次に実ストローク量ＶＬＡと目標ストローク量ＶＬＡｔとに基づいてベース制御量マップＭａｐｖｌｂからベース制御量ＶＬＢを算出する（Ｓ１５４）。

ベース制御量マップＭａｐｖｌｂの一例は図１５に示すごとくであり、実ストローク量ＶＬＡと目標ストローク量ＶＬＡｔとをパラメータとしてベース制御量ＶＬＢとの関係を示している。尚、図１５ではベース制御量ＶＬＢの値の傾向を等高線状に表している。

ベース制御量マップＭａｐｖｌｂは、可変動弁機構正常時においてコントロールシャフト１３２の軸方向位置（実ストローク量ＶＬＡ）と目標位置（目標ストローク量ＶＬＡｔ）とをパラメータとして制御量ＶＬｙとの関係を実測してマップ化したものである。すなわち可変動弁機構が正常に動作していれば、制御量ＶＬｙはベース制御量マップＭａｐｖｌｂから算出されるベース制御量ＶＬＢに近い値を示すはずである。

次にベース制御量ＶＬＢに基づいて制御量の正常範囲を設定する（Ｓ１５６）。例えばベース制御量ＶＬＢを中心として＋５〜＋１０％の範囲のいずれかの値を上限値とし、−５〜−１０％の範囲のいずれかの値を下限値として、この上限値と下限値との間の範囲を正常範囲として設定する。

次に前記吸気バルブのバルブリフト量制御処理（図１３）のステップＳ１１４にて求められている制御量ＶＬｙが上記正常範囲内か否かが判定される（Ｓ１５８）。正常範囲内ならば（Ｓ１５８でＹＥＳ）、このまま一旦本処理を終了する。

可変動弁機構の異常として、例えば、エンジン２の過回転、潤滑油の異物混入や劣化、あるいはユーザによる分解等により、前記ブッシュ１３６が破損したり、前記ブッシュ１３６の再取り付けをしなかったりしてコントロールピン１３４から外れたあるいは外された場合を考える。この場合にはコントロールピン１３４が直接スライダギア１２８内に設けられた周溝１２８ｇの側面を押圧することによってスライダギア１２８を軸方向に移動するようになる。この時、スライダギア１２８には吸気カム４５ａの駆動力と吸気バルブ１２側からの反力とにより図４，７において図示矢印のＬ方向への軸力が発生している。

このため運転状態に対応させて吸気バルブ１２のバルブリフト量を該当する値となるように目標ストローク量ＶＬＡｔを設定して実ストローク量ＶＬＡを制御しても、実際のスライダギア１２８の軸方向位置は、ブッシュ１３６が存在しない分だけＬ方向へずれていることになる。このずれにより吸気バルブ１２のバルブリフト量が小さくなり、スライダギア１２８からコントロールピン１３４を介してコントロールシャフト１３２が受ける軸力は、吸気バルブ１２からの反力が少なくなる分、低下することになる。

この反力の低下のため、コントロールシャフト１３２の軸方向位置を維持するためあるいは軸方向に移動するための駆動力は少なくて済むことになる。例えば駆動力が１０％少なくて済むことになると、フィードバック制御における制御量ＶＬｙに反映され、制御量ＶＬｙは正常範囲から外れてしまう。

可変動弁機構の別の異常として、例えば、ロッカーシャフト１３０やコントロールシャフト１３２が折損して、ロッカーシャフト１３０内でのコントロールシャフト１３２の軸方向移動が困難となった場合を考える。この場合には、吸気バルブ１２のバルブリフト量を該当する値となるように目標ストローク量ＶＬＡｔを設定して実ストローク量ＶＬＡを制御しても、目標ストローク量ＶＬＡｔに近づかず、実ストローク量ＶＬＡが目標ストローク量ＶＬＡｔに収束しない状態が長期にわたって生じる。このことにより、前述したフィードバック制御では積分項の絶対値の増大により制御量ＶＬｙが正常時より過大あるいは過小な値となり、正常範囲を外れてしまう。

この他、制御量ＶＬｙが正常範囲から外れる可変動弁機構の異常としては、ノーズ１２４ｄ，１２６ｄの脱落、仲介駆動機構１２０内部のスプラインの破損などが挙げられる。
このような可変動弁機構の故障のため、制御量ＶＬｙが正常範囲から外れて、ステップＳ１５８ではＮＯと判定されて、故障判定がなされる（Ｓ１６０）。

すると次の制御周期では、故障判定がなされたので（Ｓ１５２でＮＯ）、このまま終了し、実質的な処理はしないようになる。
又、吸気バルブ１２のバルブリフト量制御処理（図１３）においても、故障判定がなされたので（Ｓ１０２でＮＯ）、以後の制御周期では、フェールモード制御が実行されるようになる（Ｓ１１６）。

フェールモード制御としては、スライドアクチュエータ１００に対して吸気バルブ１２のバルブリフト量が最大となるように、すなわち図４，７の矢印Ｈ方向に移動するようにコントロールシャフト１３２を常時駆動する。そして前述したごとく吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度制御を実行することにより吸入空気量を制御する。こうして退避走行を可能とする。

図１６はブッシュ１３６の破損の場合のタイミングチャートである。時刻ｔ１前は制御量ＶＬｙはベース制御量ＶＬＢに基づいて設定されている上限値と下限値との間に存在するので故障判定されていない。しかしブッシュ１３６の破損によりコントロールピン１３４が直接、スライダギア１２８の周溝１２８ｇの側面に接触すると、制御量ＶＬｙが低下して下限値よりも低くなる（ｔ１）。このことにより制御量ＶＬｙが正常範囲から外れたと判定され、制御量ＶＬｙは最大値ｍａｘに固定されて、吸気バルブ１２のバルブリフト量を最大にする制御がなされる。更にスロットルバルブ制御がＯＮとなって、スロットルバルブによる吸入空気量制御に切り替わる。

図１７はロッカーシャフト１３０やコントロールシャフト１３２が折損することにより、コントロールシャフト１３２の軸方向移動が困難となった場合のタイミングチャートである。時刻ｔ２前は制御量ＶＬｙはベース制御量ＶＬＢに基づいて設定されている上限値と下限値との間に存在するので故障判定されていない。しかしロッカーシャフト１３０やコントロールシャフト１３２の折損によりコントロールシャフト１３２の軸方向移動のために正常時より大きい駆動力が必要となると、制御量ＶＬｙが上昇して上限値よりも高くなる（ｔ２）。このことにより正常範囲から外れたと判定され、制御量ＶＬｙは最大値ｍａｘに固定されて、吸気バルブ１２のバルブリフト量を最大にする制御がなされる。更にスロットルバルブ制御がＯＮとなって、スロットルバルブによる吸入空気量制御に切り替わる。

上述した構成において、請求項との関係は、スライドアクチュエータ１００がアクチュエータに、仲介駆動機構１２０がバルブ特性調節機構に、スライダギア１２８が内部機構に、仲介駆動機構１２０によるバルブリフト調節量がバルブ特性調節量に相当する。シャフト位置センサ１００ｄにて検出される実ストローク量ＶＬＡがコントロールシャフト１３２の軸方向位置に、エンジン２の運転状態に応じて設定される目標ストローク量ＶＬＡｔが目標位置に、制御量ＶＬｙが実制御量に、ベース制御量マップＭａｐｖｌｂが制御量データに相当する。ＥＣＵ６０が故障診断装置に相当し、このＥＣＵ６０により実行される可変動弁機構の故障診断処理（図１４）が故障判定手段としての処理に相当する。吸気バルブのバルブリフト量制御処理（図１３）のステップＳ１１６がフェールモード制御手段としての処理に相当する。

以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．スライドアクチュエータ駆動回路６２を介してＥＣＵ６０からスライドアクチュエータ１００に与えられる制御量ＶＬｙは、実ストローク量ＶＬＡを目標ストローク量ＶＬＡｔに近づけるために設定される値である。この制御量ＶＬｙには、実ストローク量ＶＬＡと目標ストローク量ＶＬＡｔとの現在の関係のみでなく、コントロールシャフト１３２から受ける反力や現在に至るまでの反力に伴う制御量ＶＬｙの履歴が現れている。

このためコントロールシャフト１３２の軸方向位置を維持したり、目標位置に移動させたりする際に、可変動弁機構が故障している場合には、コントロールシャフト１３２から受ける反力が正常時よりも異なり、制御量ＶＬｙに反映される。しかし従来技術が故障判定するために評価している実ストローク量ＶＬＡと目標ストローク量ＶＬＡｔとの差では、コントロールシャフト１３２から受ける反力やその履歴が反映されるとは限らない。

したがって可変動弁機構の故障診断処理（図１４）に示したごとくにスライドアクチュエータ１００に対する制御量ＶＬｙに基づいて可変動弁機構の故障を判定することにより、コントロールシャフト１３２の位置関係に現れないあるいは現れにくい可変動弁機構の故障を高精度に検出することができる。

（ロ）．故障診断は、制御量ＶＬｙがベース制御量ＶＬＢに基づいて設定される正常範囲から外れているか否かにより行っている。このベース制御量ＶＬＢは可変動弁機構の正常時に算出されると予想される制御量である。したがってこのベース制御量レベルからの離脱の程度が大きければ、可変動弁機構に生じるコントロールシャフト１３２への反力が正常でないことが判断できる。この離脱の程度を正常範囲から外れているか否かにより判断しているので、容易かつ高精度に変動弁機構の故障を検出することができる。

（ハ）．ベース制御量ＶＬＢは、ベース制御量マップＭａｐｖｌｂから求められている。このベース制御量マップＭａｐｖｌｂは、可変動弁機構の正常時において実ストローク量ＶＬＡと目標ストローク量ＶＬＡｔとをパラメータとして制御量ＶＬｙとの関係を実測することにより容易に求められる。

このため現在の実ストローク量ＶＬＡと目標ストローク量ＶＬＡｔとから、ベース制御量ＶＬＢを容易に求めることができ、可変動弁機構の故障有無を容易に判定できる。
（ニ）．可変動弁機構に故障判定がなされた場合には、フェールモード制御（Ｓ１１６）を実行している。このことによりスロットルバルブの開度制御にて吸入空気量が調節されるようになり、退避走行を可能とすることができる。

［その他の実施の形態］
（ａ）．前記実施の形態において、スライドアクチュエータはモータとボールネジ機構とを組み合わせたものであったが、電磁ソレノイドでも良く、油圧その他の駆動力源を用いてコントロールシャフトを軸方向に移動させるものでも良い。

（ｂ）．前記実施の形態では、可変動弁機構は吸気バルブのバルブリフト量調節用であったが、排気バルブのバルブリフト量調節用としても適用でき、吸気バルブと排気バルブとの両方のバルブリフト量調節用としても適用できる。

（ｃ）．前記実施の形態の可変動弁機構は、バルブ特性として、バルブリフト量とバルブ作用角との両方を調節していたが、吸気カムのカム面の形状を変更してバルブリフト量とバルブ作用角とのいずれか一方を調節するようにしても良い。

（ｄ）．前記実施の形態では、ベース制御量ＶＬＢは、実ストローク量ＶＬＡと目標ストローク量ＶＬＡｔとに基づいてベース制御量マップＭａｐｖｌｂから求めた。これ以外の手法として、実ストローク量ＶＬＡのみに基づいて、実ストローク量ＶＬＡとベース制御量ＶＬＢとの関係を表すマップから、ベース制御量ＶＬＢを求めて正常範囲を設定し、制御量ＶＬｙが正常範囲内か否かを判定しても良い。特にブッシュ１３６の破損直後などのように異常が生じた直後において効果的に異常診断が可能となる。

実施の形態１のエンジン及び可変動弁機構の縦断面。 上記エンジンの上部構成を示す平面図。 実施の形態１の４気筒分の可変動弁機構の駆動状態を示す仰視斜視図。 実施の形態１の仲介駆動機構の斜視図。 実施の形態１の仲介駆動機構の部分破断斜視図。 実施の形態１の仲介駆動機構の分解斜視図。 実施の形態１の仲介駆動機構の部分破断斜視図。 実施の形態１のスライダギアの垂直破断斜視図。 実施の形態１のロッカーシャフト及びコントロールシャフトの主要部分解斜視図。 実施の形態１の仲介駆動機構の動作説明図。 実施の形態１の仲介駆動機構の動作説明図。 実施の形態１の仲介駆動機構におけるカム面の構成説明図。 実施の形態１のＥＣＵにより実行される吸気バルブのバルブリフト量制御処理のフローチャート。 実施の形態１のＥＣＵにより実行される可変動弁機構の故障診断処理のフローチャート。 上記可変動弁機構の故障診断処理にて用いられるベース制御量マップＭａｐｖｌｂの構成説明図。 本実施の形態の制御の一例を示すタイミングチャート。 本実施の形態の制御の一例を示すタイミングチャート。

符号の説明

２…エンジン、２ａ…気筒、４…シリンダブロック、６…ピストン、８…シリンダヘッド、１０…燃焼室、１２…吸気バルブ、１２ａ…バルブシート部、１４…吸気ポート、１６…排気バルブ、１８…排気ポート、４５…吸気カムシャフト、４５ａ…吸気カム、４６…排気カムシャフト、４６ａ…排気カム、４７…タイミングチェーン、４９…クランクシャフト、５２…ローラロッカーアーム、５２ａ…ロッカーローラ、５４…ローラロッカーアーム、６０…ＥＣＵ、６２…スライドアクチュエータ駆動回路、１００…スライドアクチュエータ、１００ａ…モータ、１００ｂ…ギア部、１００ｃ…ボールネジ部、１００ｄ…シャフト位置センサ、１００ｅ…ボールネジシャフト、１２０…仲介駆動機構、１２１…スプリング、１２２…入力部、１２２ａ…ハウジング、１２２ｂ…ヘリカルスプライン、１２２ｃ…アーム、１２２ｅ…シャフト、１２２ｆ…ローラ、１２４…第１揺動カム、１２４ａ…ハウジング、１２４ｂ…ヘリカルスプライン、１２４ｃ…軸受部、１２４ｄ…ノーズ、１２４ｅ…カム面、１２６…第２揺動カム、１２６ａ…ハウジング、１２６ｂ…ヘリカルスプライン、１２６ｃ…軸受部、１２６ｄ…ノーズ、１２６ｅ…カム面、１２８…スライダギア、１２８ａ…入力用ヘリカルスプライン、１２８ｂ…小径部、１２８ｃ…第１出力用ヘリカルスプライン、１２８ｄ…小径部、１２８ｅ…第２出力用ヘリカルスプライン、１２８ｆ…貫通孔、１２８ｇ…周溝、１２８ｈ…ピン挿入孔、１３０…ロッカーシャフト、１３０ａ…長孔、１３２…コントロールシャフト、１３２ａ…支持穴、１３４…コントロールピン、１３６…ブッシュ、１３６ａ…支持孔、１３８…付勢機構、１４０，１４２…バルブタイミング可変機構、１６０，１６２…軸受、１６０ａ，１６２ａ…カムキャップ。

Claims (8)

1. アクチュエータにて軸方向移動されるコントロールシャフトの軸方向位置に、バルブ特性調節機構によるバルブ特性調節量を連動させることで内燃機関のバルブ特性を調節する可変動弁機構の故障診断装置であって、
   前記アクチュエータの実制御量に基づいて可変動弁機構の故障を判定する故障判定手段を備えたことを特徴とする可変動弁機構の故障診断装置。
2. 請求項１において、前記バルブ特性調節機構は、ロッカシャフトにより支持されて内燃機関のシリンダヘッド上に配置され、前記コントロールシャフトの軸方向移動に連動して内部機構を前記ロッカシャフトの軸方向に移動することによりバルブ特性を調節することを特徴とする可変動弁機構の故障診断装置。
3. 請求項１又は２において、前記故障判定手段は、前記アクチュエータの実制御量と、可変動弁機構が正常である時に算出されると予想される前記アクチュエータのベース制御量との関係に基づいて可変動弁機構の故障を判定することを特徴とする可変動弁機構の故障診断装置。
4. 請求項３において、前記故障判定手段は、前記ベース制御量に基づいて設定された正常範囲から、前記実制御量が外れていた場合に、可変動弁機構が故障であると判定することを特徴とする可変動弁機構の故障診断装置。
5. 請求項３又は４において、前記ベース制御量は、可変動弁機構が正常である時に前記コントロールシャフトの軸方向位置と目標位置とに関係づけられている前記アクチュエータの制御量データから求められることを特徴とする可変動弁機構の故障診断装置。
6. 請求項３又は４において、前記ベース制御量は、可変動弁機構が正常である時に前記コントロールシャフトの軸方向位置に関係づけられている前記アクチュエータの制御量データから求められることを特徴とする可変動弁機構の故障診断装置。
7. 請求項５又は６において、前記制御量データは、予め可変動弁機構が正常である時に実測されていることを特徴とする可変動弁機構の故障診断装置。
8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、前記故障判定手段にて可変動弁機構が故障であると判定された場合に、該故障に対応したフェールモード制御を実行するフェールモード制御手段を備えたことを特徴とする可変動弁機構の故障診断装置。

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