JP2007198284A - 車両用内燃機関の吸気管負圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関回転速度に応じた最小リフトの制限が正常に行えなくなっても、バキュームサーボブレーキの倍力源を確保できるようにする。
【解決手段】吸気バルブのリフト量を可変とする可変動弁機構を備えると共に、スロットルバルブ下流の吸気管負圧がバキュームサーボブレーキの倍力源として用いられる内燃機関において、機関回転速度が正常に検出される状態では、機関回転速度に応じた最小値で吸気バルブのリフトを制限する。一方、機関回転速度の検出に異常が生じると（fCRANG＝１）、前記リフト量の最小値を最大に固定し、また、アイドル時又はブレーキ操作されたときには、スロットルバルブの開度ＴＧＴＶＯを最大値以下に制限し、バキュームサーボブレーキの倍力源として吸気管負圧を確保する。
【選択図】図８

Description

本発明は、吸気バルブのリフト及び／又は作動角を可変とする可変動弁機構と、前記吸気バルブの上流側に設けられる吸気絞り弁とを備え、前記吸気絞り弁下流の吸気管負圧がバキュームサーボブレーキの倍力源として用いられる車両用内燃機関の吸気管負圧制御装置に関する。

特許文献１には、カムプロフィールの少なくともリフト量を軸方向に連続的に変化を付けて設けた吸気バルブ用の立体カムを、アクセルペダルの踏み込み量に連動して軸方向に変位させ、吸気バルブのリフト量をアクセルペダルの踏み込み量に連動して変化させると共に、スロットルバルブの開度をアクセルペダルの踏み込み量に連動して変化させることで、シリンダ内への吸入空気量を制御する装置が開示されている。
特開２００１−１８２５６３号公報

ところで、上記のように吸気バルブのリフト量を可変とする機構を備えた内燃機関において、スロットルバルブによる吸気絞りで発生させた吸気管負圧をバキュームサーボブレーキの倍力源として用いる場合、高回転領域で吸気バルブが低リフトに制御されると、吸気管負圧が発達せずに倍力源としての負圧を確保できなくなってしまう。
このため、吸気バルブのリフト量を、機関回転速度に応じて設定される最小リフト量以上に制限する必要が生じる。

しかし、機関回転速度を検出する手段に異常が生じ、実際の回転速度よりも低く検出してしまうと、最小リフト量が通常よりも小さく設定されてしまう結果、吸気バルブのリフト量が過小に制御され、バキュームサーボブレーキの倍力源を確保できなくなってしまう可能性があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、機関回転速度に応じた最小リフトの制限が正常に行えなくなっても、バキュームサーボブレーキの倍力源としての吸気管負圧を確保できるようにすることを目的とする。

そのため請求項１記載の発明は、吸気バルブのリフト及び／又は作動角を可変とする可変動弁機構と、前記吸気バルブの上流側に設けられる吸気絞り弁とを備え、前記吸気絞り弁下流の吸気管負圧がバキュームサーボブレーキの倍力源として用いられる構成であって、検出手段で検出された機関回転速度に応じて吸気バルブのリフト及び／又は作動角の最小値を設定し、前記吸気バルブのリフト及び／又は作動角を前記最小値に基づいて制限すると共に、前記検出手段の異常時に、前記吸気絞り弁の開度を異常時用の最大開度に基づいて制限することを特徴とする。

かかる構成によると、機関回転速度に応じた最小値で、吸気バルブのリフト及び／又は作動角を制限することで、吸気絞りによって吸気管負圧が発達するようにするが、機関回転速度を検出する手段に異常が生じると、回転速度に応じたリフト及び／又は作動角の制限を正常に行わせることができなくなるので、前記吸気絞り弁の開度（最大開度）を制限することで、倍力源としての吸気管負圧を確保できるようにする。

従って、機関回転速度を検出する手段に異常が生じ、実際の回転速度よりも低く検出するようになっても、バキュームサーボブレーキの倍力源としての吸気管負圧を確保でき、ブレーキレスポンスにばらつきが発生することを防止できる。
請求項２記載の発明では、前記検出手段の異常時であって、かつ、制動要求時であることを条件に、前記吸気絞り弁の開度を制限することを特徴とする。

かかる構成によると、機関回転速度を検出する手段に異常が生じても、制動要求時でない場合には、バキュームサーボブレーキの倍力源としての吸気管負圧は不要であるので、吸気絞り弁の開度を制限せず、機関回転速度を検出する手段が異常でかつ制動要求時であって、倍力源としての吸気管負圧を確保する必要があるときに、吸気絞り弁の開度を制限する。

従って、吸気絞り弁の開度が無用に制限されることを回避しつつ、制動時に倍力作用を行わせることができる。
請求項３記載の発明では、前記制動要求時であるか否かを、アイドル運転状態であるか否か、及び／又は、ブレーキペダルが操作されているか否かに基づいて判断することを特徴とする。

かかる構成によると、アイドル運転状態及び／又はブレーキペダルの操作時を、制動要求時と見なし、機関回転速度を検出する手段に異常が生じていれば、吸気絞り弁の開度を制限して、バキュームサーボブレーキの倍力源としての吸気管負圧を発生させる。
従って、吸気絞りによってシリンダ吸入空気量が減少しても運転性に影響のない状態で、吸気絞り弁の開度を制限し、バキュームサーボブレーキの倍力源としての吸気管負圧を確保することができる。

請求項４記載の発明では、前記検出手段の異常時に、前記吸気絞り弁の開度を制限すると共に、前記吸気バルブのリフト及び／又は作動角を、前記機関回転速度に応じた最小値に代えて、異常時用の最小値に基づいて制限することを特徴とする。
かかる構成によると、機関回転速度を検出する手段に異常が生じると、吸気絞り弁の開度を制限することで、吸気管負圧の確保を図る一方で、吸気バルブのリフト及び／又は作動角を通常時とは異なる異常時用の最小値に基づいて制限することで、機関回転速度に関わらず、吸気管負圧を発達させることができるリフト量に制限し、また、シリンダ吸入空気量を確保できるようにする。

従って、機関回転速度を検出する手段に異常が生じても、吸気管負圧を確保しつつ、吸入空気量も確保でき、運転性能の低下を防止できる。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、実施形態における車両用エンジンのシステム構成図である。
図１において、エンジン（ガソリン内燃機関）１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ（吸気絞り弁）１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装され、該電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。

また、各気筒の吸気バルブ１０５上流側の吸気ポート１３０には、電磁式の燃料噴射弁１３１が設けられる。
前記燃料噴射弁１３１には、所定圧に調整される燃料が供給され、エンジンコントロールユニット１１４から送られる噴射パルス信号の噴射パルス幅（開弁時間）に比例する量の燃料（ガソリン）を吸気バルブ１０５に向けて噴射する。

尚、燃料噴射弁１３１は、燃焼室１０６内に直接燃料を噴射する構成であっても良い。
そして、燃焼室１０６内の混合気は、図示省略した点火プラグによる火花点火によって着火燃焼する。
燃焼室１０６内の燃焼排気は、排気バルブ１０７を介して排出され、フロント触媒１０８及びリア触媒１０９で浄化された後、大気中に放出される。

前記排気バルブ１０７は、排気側カムシャフト１１０に設けられたカム１１１によって一定のバルブリフト量，バルブ作動角及びバルブタイミングを保って開閉駆動される。
一方、吸気バルブ１０５側には、吸気バルブ１０５の開特性を可変とする可変動弁機構として、ＶＥＬ（Variable valve Event and Lift）機構１１２及びＶＴＣ（Variable valve Timing Control）機構１１３が設けられる。

前記ＶＥＬ機構１１２は、吸気バルブ１０５のバルブリフト量を作動角と共に連続的に可変する機構（可変動弁機構）であって、リフト量を増大（減少）変化させるとこれに対応して作動角も同時に増大（減少）変化させる機構である。
また、ＶＴＣ機構１１３は、クランクシャフト１２０に対する吸気バルブ駆動軸３の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相を連続的に進遅角変化させる機構である。

マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット１１４は、予め記憶されたプログラムに従った演算処理によって、燃料噴射量（噴射パルス幅），点火時期，目標吸入空気量，目標吸気管負圧を設定すると共に、これらに基づいて燃料噴射弁１３１，点火コイル用のパワートランジスタ（図示省略），電子制御スロットル１０４，ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３に制御信号を出力する。

尚、本実施形態では、電子制御スロットル１０４は主に吸気管負圧を発生させるために設けられ、エンジン１０１の吸入空気量は、ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３による吸気バルブ１０５の開特性の変更によって制御される。
前記エンジンコントロールユニット１１４には、エンジン１０１の吸入空気量を検出するエアフローメータ１１５、車両の運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセルペダルセンサ１１６、クランクシャフト１２０に支持させたシグナルプレートに設けた被検出部を検出することで、単位クランク角毎に単位クランク角信号ＰＯＳを出力するクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、エンジン１０１の冷却水温度を検出する水温センサ１１９、後述する吸気バルブ駆動軸３に支持されたシグナルプレートに設けた被検出部を検出することで、前記吸気バルブ駆動軸３の基準回転位置毎にカム信号を出力するカムセンサ１３２からの検出信号が入力される。

前記単位クランク角信号ＰＯＳは、エンジン１０１の気筒間における行程位相差に相当するクランク角度（４気筒で１８０°ＣＡ）毎に歯抜けを生じるように予め設定されており、前記単位クランク角信号ＰＯＳの歯抜け位置を、単位クランク角信号ＰＯＳの出力周期に基づいて検出することで、前記行程位相差毎の基準クランク角位置ＲＥＦを検出することができるようになっている。

また、エンジン１０１の回転速度Ｎｅは、基準クランク角位置ＲＥＦの検出間隔時間や、単位クランク角信号ＰＯＳの単位時間当たりの検出数に基づいて検出され、前記クランク角センサ１１７が、機関回転速度Ｎｅを検出する検出手段を構成する。
尚、クランク角センサ１１７が、行程位相差に相当するクランク角度毎に基準クランク角信号を発生する構成とし、前記基準クランク角信号が発生する間隔時間を計測し、前記間隔時間から機関回転速度Ｎｅを算出することができ、クランク角センサ１１７の検出信号特性や、機関回転速度Ｎｅの算出方法は、公知の種々の方法を適用できる。

図２は、前記ＶＥＬ機構１１２の構造を示す斜視図である。
本実施形態のエンジン１０１は、各気筒に一対の吸気バルブ１０５がそれぞれ設けられており、これら吸気バルブ１０５の上方に、前記クランクシャフト１２０によって回転駆動される吸気バルブ駆動軸３が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。
前記吸気バルブ駆動軸３には、吸気バルブ１０５のバルブリフタ１０５ａに当接して吸気バルブ１０５を開閉駆動する揺動カム４が相対回転可能に外嵌されている。

前記吸気バルブ駆動軸３と揺動カム４との間に、吸気バルブ１０５の作動角及びバルブリフト量を連続的に変更するためのＶＥＬ機構１１２が設けられている。
尚、図２では、一対の吸気バルブ１０５について、一方にのみＶＥＬ機構１１２を図示し、他方については図示を省略してある。
前記吸気バルブ駆動軸３の一端部には、クランクシャフト１２０に対する前記吸気バルブ駆動軸３の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相を連続的に変更するＶＴＣ機構１１３が配設されている。

前記ＶＥＬ機構１１２は、図２及び図３に示すように、吸気バルブ駆動軸３に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム１１と、この駆動カム１１に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１２と、吸気バルブ駆動軸３と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム１４と、この制御カム１４に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク１２の先端に連結されたロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺動カム４とに連結されたロッド状リンク１６と、を有している。

前記制御軸１３は、モータ１７によりギヤ列１８を介して回転駆動されるが、制御軸１３と一体的に設けられるストッパ１３ａが固定側に当接することで、予め設定された最小リフト位置・最小作動角位置（以下では、単に最小リフト位置という）に相当する角度位置でそれ以上のリフト・作動角減少側への回動が制限されるようになっている。
上記の構成により、クランクシャフト１２０に連動して吸気バルブ駆動軸３が回転すると、駆動カム１１を介してリング状リンク１２がほぼ並進移動すると共に、ロッカアーム１５が制御カム１４の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して吸気バルブ１０５が開閉駆動される。

また、前記モータ１７を駆動制御して制御軸１３の回転角度を変化させることにより、ロッカアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の軸心位置が変化して揺動カム４の姿勢が変化する。
これにより、吸気バルブ１０５の作動角の中心位相が略一定のままで、吸気バルブ１０５の作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。

エンジンコントロールユニット１１４には、前記制御軸１３の回転角を検出する角度センサ１３３からの検出信号が入力され、目標リフト量に対応する目標角度位置に前記制御軸１３を回動させるべく、前記角度センサ１３３の検出結果に基づいて前記モータ１７の電流の向き及び大きさがフィードバック制御される。
次に、前記ＶＴＣ機構１１３の構成を、図４に基づいて説明する。

本実施形態におけるＶＴＣ機構１１３は、ベーン式の可変バルブタイミング機構であり、クランクシャフト１２０によりタイミングチェーンを介して回転駆動されるカムスプロケット５１（タイミングスプロケット）と、吸気バルブ駆動軸３の端部に固定されてカムスプロケット５１内に回転自在に収容された回転部材５３と、該回転部材５３をカムスプロケット５１に対して相対的に回転させる油圧回路５４と、カムスプロケット５１と回転部材５３との相対回転位置を所定位置で選択的にロックするロック機構６０とを備えている。

前記カムスプロケット５１は、外周にタイミングチェーン（又はタイミングベルト）が噛合する歯部を有する回転部（図示省略）と、該回転部の前方に配置されて前記回転部材５３を回転自在に収容するハウジング５６と、該ハウジング５６の前後開口を閉塞するフロントカバー，リアカバー（図示省略）とから構成される。
前記ハウジング５６は、前後両端が開口形成された円筒状を呈し、内周面には、横断面台形状を呈し、それぞれハウジング５６の軸方向に沿って設けられる４つの隔壁部６３が９０°間隔で突設されている。

前記回転部材５３は、吸気バルブ駆動軸３の前端部に固定されており、円環状の基部７７の外周面に９０°間隔で４つのベーン７８ａ，７８ｂ，７８ｃ，７８ｄが設けられている。
前記第１〜第４ベーン７８ａ〜７８ｄは、それぞれ断面が略逆台形状を呈し、各隔壁部６３間の凹部に配置され、前記凹部を回転方向の前後に隔成し、ベーン７８ａ〜７８ｄの両側と各隔壁部６３の両側面との間に、進角側油圧室８２と遅角側油圧室８３を構成する。

前記ロック機構６０は、ロックピン８４が、回転部材５３の最大遅角側の回動位置（基準作動状態）において係合孔（図示省略）に係入するようになっている。
前記油圧回路５４は、進角側油圧室８２に対して油圧を給排する第１油圧通路９１と、遅角側油圧室８３に対して油圧を給排する第２油圧通路９２との２系統の油圧通路を有し、この両油圧通路９１，９２には、供給通路９３とドレン通路９４ａ，９４ｂとがそれぞれ通路切り換え用の電磁切換弁９５を介して接続されている。

前記供給通路９３には、オイルパン９６内の油を圧送する機関駆動のオイルポンプ９７が設けられている一方、ドレン通路９４ａ，９４ｂの下流端がオイルパン９６に連通している。
前記第１油圧通路９１は、回転部材５３の基部７７内に略放射状に形成されて各進角側油圧室８２に連通する４本の分岐路９１ｄに接続され、第２油圧通路９２は、各遅角側油圧室８３に開口する４つの油孔９２ｄに接続される。

前記電磁切換弁９５は、内部のスプール弁体が各油圧通路９１，９２と供給通路９３及びドレン通路９４ａ，９４ｂとを相対的に切り換え制御するようになっている。
前記エンジンコントロールユニット１１４は、前記電磁切換弁９５を駆動する電磁アクチュエータ９９に対する通電量を、デューティ制御信号に基づいて制御する。
例えば、電磁アクチュエータ９９にデューティ比０％の制御信号（ＯＦＦ信号）を出力すると、オイルポンプ４７から圧送された作動油は、第２油圧通路９２を通って遅角側油圧室８３に供給されると共に、進角側油圧室８２内の作動油が、第１油圧通路９１を通って第１ドレン通路９４ａからオイルパン９６内に排出される。

従って、遅角側油圧室８３の内圧が高、進角側油圧室８２の内圧が低となって、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｂを介して最大遅角側に回転し、この結果、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が遅くなる。
一方、電磁アクチュエータ９９にデューティ比１００％の制御信号（ＯＮ信号）を出力すると、作動油は、第１油圧通路９１を通って進角側油圧室８２内に供給されると共に、遅角側油圧室８３内の作動油が第２油圧通路９２及び第２ドレン通路９４ｂを通ってオイルパン９６に排出され、遅角側油圧室８３が低圧になる。

このため、回転部材５３は、ベーン７８ａ〜７８ｄを介して進角側へ最大に回転し、これによって、吸気バルブ１０５の開期間（開時期及び閉時期）が早くなる。
尚、可変動弁機構の構成を、上記構成のＶＥＬ機構１１２，ＶＴＣ機構１１３に限定するものでなく、また、吸気バルブ１０５のリフト量のみを可変にする機構、或いは、吸気バルブ１０５の作動角のみを可変にする機構を備える構成であっても良い。

また、本実施形態において前記エンジン１０１を搭載する車両には、ダイレクトアクティングバキュームサーボブレーキ１４１が備えられている。
前記ダイレクトアクティングバキュームサーボブレーキ１４１は、倍力源の負圧としてスロットルバルブ１０３ｂ下流の吸気管負圧（インテークマニホールド負圧）を利用するものであり、図５に示すように、ブレーキペダル１４２とマスタシリンダ１４３との間にザーボユニット１４４を配置し、ブレーキペダル１４２の踏力に比例して倍力し、マスタシリンダ１４３のピストンに作用させる。

前記マスタシリンダ１４３は、前記ザーボユニット１４４で倍力された操作力を、ブレーキ油圧に変換する装置であり、前記ブレーキ油圧は、フロントブレーキ１４５及びリアブレーキ１４６に分配供給される。
前記ザーボユニット１４４には、チェックバルブ１４７を介してスロットルバルブ１０３ｂ下流の吸気管負圧が導入されるようになっている。

前記ブレーキペダル１４２には、ブレーキペダル１４２の踏み込み状態でオンになるブレーキスイッチ１４８が設けられており、前記ブレーキスイッチ１４８のオン・オフ信号は、前記エンジンコントロールユニット１１４に入力されるようになっている。
ここで、前記エンジンコントロールユニット１１４による電子制御スロットル１０４，ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３の制御を詳細に説明する。

図６は、前記エンジンコントロールユニット１１４による、ＶＥＬ機構１１２の制御目標値（目標リフト量）ＴＧＶＥＬ、及び、ＶＴＣ機構１１３の制御目標値（目標進角量）ＴＧＶＴＣの演算処理を示し、前記エンジンコントロールユニット１１４は、前記制御目標値（目標リフト量）ＴＧＶＥＬに基づいてＶＥＬ機構１１２をフィードバック制御し、前記制御目標値（目標進角量）ＴＧＶＴＣに基づいてＶＴＣ機構１１３をフィードバック制御する。

図６において、ＴＧＶＥＬ演算部３０１及びＴＧＶＴＣ演算部３０２には、それぞれ機関回転速度速Ｎｅ及び目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴ（目標吸入空気量）が入力される。
前記機関回転速度Ｎｅは、前記クランク角センサ１１７からの検出信号に基づいて算出された値である。
また、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴは、アクセル開度ＡＰＯ及び機関回転速度Ｎｅに基づいて求められる要求空気量Ｑを、機関回転速度Ｎｅ及び有効排気量（シリンダ総容積）ＶＯＬ＃で除算することで算出される（ＴＱＨ０ＳＴ＝Ｑ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃））。

前記ＴＧＶＥＬ演算部３０１では、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴが大きく、かつ、機関回転速度Ｎｅが高いほど、吸気バルブ１０５のリフト量がより大きくなるような制御目標値ＴＧＶＥＬ０を算出する。
前記制御目標値ＴＧＶＥＬ０は、最小値制限部３０３に出力され、ここで、別途入力される最小値ＭＩＮと比較され、制御目標値ＴＧＶＥＬ０と最小値ＭＩＮとのより大きい方、即ち、目標リフト量としてより大きい方が、最終的な制御目標値ＴＧＶＥＬとして出力されるようになっている。

前記最小値制限部３０３には、第１最小値設定部３０４からの最小値ＭＩＮ１と、第２最小値設定部３０５からの最小値ＭＩＮ２とのいずれか一方が、切り換え部３０６を介して入力されるようになっている。
前記第１最小値設定部３０４は、予め記憶されている固定の最小値ＭＩＮ１を出力し、前記第２最小値設定部３０５は、そのときの機関回転速度Ｎｅに応じて最小値ＭＩＮ２を設定して出力する。

前記最小値ＭＩＮ２は、機関回転速度Ｎｅが高くなるほど大きな値（リフト量としてより大きな値）に設定され、機関回転速度Ｎｅが高いときほど、より大きなリフト量以上に制限するようになっている。
ここで、最小値ＭＩＮ２を下回るリフト量領域は、吸気絞りを行っても、前記ダイレクトアクティングバキュームサーボブレーキ１４１における倍力作用に必要な吸気管負圧を発達させることができない領域に相当するように予め設定されている。

また、前記最小値ＭＩＮ１は、前記最小値ＭＩＮ２に比べて大きめの値に設定され、例えば、前記最小値ＭＩＮ２の最大値を前記最小値ＭＩＮ１とする。
前記切り換え部３０６は、機関回転速度Ｎｅの検出に用いるクランク角センサ１１７の診断の結果を示すフラグfCRANGGOに応じて最小値ＭＩＮ１と最小値ＭＩＮ２とのいずれか一方を選択して出力するものである。

前記クランク角センサ１１７の診断及び前記フラグfCRANGGOの設定については後で詳細に説明するが、前記診断においては、主にクランク角センサ１１７からの単位クランク角信号ＰＯＳが一時的に途絶え、機関回転速度Ｎｅが実際よりも低く検出されるような異常の発生を診断し、前記異常を検知したときに前記フラグfCRANGGOに１が設定されるものとする。

尚、クランク角センサ１１７からの単位クランク角信号ＰＯＳが完全に途絶えてしまうような故障については別途診断され、前記フラグfCRANGGOによるフェイルセーフ処理とは別個のフェイルセーフ処理によって、ＶＥＬ機構１１２及びＶＴＣ機構１１３はそれぞれ所定のフェイスルセーフ位置に固定されるものとする。
前記切り換え部３０６では、fCRANGGO＝０であってクランク角センサ１１７が正常であるときには、機関回転速度Ｎｅに応じた最小値ＭＩＮ２を前記最小値制限部３０３に出力することで、最小値ＭＩＮ２を下回るリフト量が制御目標として設定されることを回避する。

本実施形態では、後述するように、スロットルバルブ１０３ｂの開度を制御することで目標負圧になるようにするが、スロットルバルブ１０３ｂの開度を絞っても、吸気バルブ１０５のリフト量が小さいと、吸気管負圧を発達させることができなくなる。
そして、この吸気管負圧を発達させることができなくなる小リフト領域は、機関回転速度Ｎｅが高くなるほど、高リフト側に拡大する。

そこで、吸気管負圧を発達させることができる最小リフト以上になるように、前記最小値ＭＩＮ２に基づいて制御目標値ＴＧＶＥＬが制限し、機関回転速度Ｎｅが変化しても、前記ダイレクトアクティングバキュームサーボブレーキ１４１における倍力作用に必要な吸気管負圧を発生させることができるようにしてある。
尚、本実施形態のＶＥＬ機構１１２は、リフト量と作動角とを連動して変化させるから、最小リフトの制限は同時に最小作動角の制限でもある。

一方、fCRANGGO＝１であってクランク角センサ１１７に何らかの異常が生じ、正確に機関回転速度Ｎｅを検出することができない場合には、予め記憶されている固定の最小値ＭＩＮ１が前記最小値制限部３０３に出力され、前記最小値ＭＩＮ１を下回るリフト量が制御目標として設定されることを回避する。
機関回転速度Ｎｅを正確に検出することができないと、前記最小値ＭＩＮ２が実際の回転速度Ｎｅに対応しない値に設定されて、最小値ＭＩＮ２によって最小リフト量を制限しても、前記ダイレクトアクティングバキュームサーボブレーキ１４１における倍力作用に必要な吸気管負圧を発生させることができなくなってしまう可能性がある。

特に、単位クランク角信号ＰＯＳに基づいて機関回転速度Ｎｅを検出させる場合、単位クランク角信号ＰＯＳが一時的に途絶えることで、機関回転速度Ｎｅが実際よりも低く検出されることになるが、この場合、前記最小値ＭＩＮ２は、要求よりも小さく設定されることになり、吸気管負圧の発達が、吸気バルブ１０５の低リフトでの駆動により妨げられることになる。

そこで、後述するように、クランク角センサ１１７の検出信号に基づく機関回転速度の検出精度が低下する異常が生じた場合には、前記スロットルバルブ１０３ｂの開度を所定の最大開度以下に制限することで、必要な吸気管負圧を得られるようにすると共に、吸気バルブ１０５のリフト量が吸気管負圧の発達を妨げないように、通常よりも大きな最小値ＭＩＮ１に基づいてリフト量を制限し、また、リフト量を大きくすることでシリンダ吸入空気量を確保できるようにする。

従って、クランク角センサ１１７の検出信号に基づく機関回転速度の検出精度が低下する異常が生じても、バキュームサーボブレーキの倍力源としての吸気管負圧を確保でき、ブレーキレスポンスにばらつきが発生することを防止できる。
図７は、前記エンジンコントロールユニット１１４による基本目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ０の演算処理を示す。

図７において、第１変換部４０１では、図に示すような変換テーブルを用いて、前記目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴを状態量ＡＡＮＶ０に変換する。
尚、前記状態量ＡＡＮＶ０は、スロットルバルブ開口面積をＡｔ、機関回転速度をＮｅ、排気量（シリンダ容積）をＶＯＬ＃としたときにＡｔ／（Ｎｅ・ＶＯＬ＃）で表されるものである。

次に、第１乗算部４０２及び第２乗算部４０３において、前記状態量ＡＡＮＶ０に機関回転速度Ｎｅ、排気量ＶＯＬ＃がそれぞれ乗算されることで、前記状態量ＡＡＮＶ０が基本スロットル開口面積ＴＶＯＡＡに変換される。
尚、前記基本スロットル開口面積ＴＶＯＡＡ０は、吸気バルブ１０５の開特性（リフト・バルブタイミング）が、基準特性であるときに要求されるスロットル開口面積である。

第３乗算部４０４では、前記基本スロットル開口面積ＴＶ０ＡＡ０に、吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬを乗算することにより、実際の吸気バルブ１０５の作動特性に応じた補正を行って、その結果をスロットル開口面積ＴＶＯＡＡとする。
尚、前記吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬの設定については後述する。
そして、第２変換部４０５では、図に示すような変換テーブルを用いて、前記スロットル開口面積ＴＶＯＡＡをスロットルバルブ１０３ｂの基本目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ０に変換して出力する。

一方、前記吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬは、吸気バルブ１０５の作動特性が変化しても一定の空気量を確保するために設定されるもので、具体的には、以下のようにして算出される。
まず、基準圧力比算出部４１０では、前記吸気バルブ１０５の開特性が前記基準特性であるときの目標マニホールド圧Ｐｍ０と大気圧Ｐａとの比（Ｐｍ０／Ｐａ）を、目標体積流量比ＴＱＨ０ＳＴと機関回転速度Ｎｅに基づいて求める。

そして、ＫＰＡ０算出部４１１において、前記圧力比（Ｐｍ０／Ｐａ）に基づいて、図に示すテーブルＴＢＬＫＰＡ０を検索して係数ＫＰＡ０を算出する。
一方、目標圧力比設定部４１２では、前記ＶＥＬ機構１１２が制御目標値ＴＧＶＥＬに制御されたときの目標圧力比（Ｐｍ１／Ｐａ）を、目標体積流量比ＴＱＨ０ＶＥＬと機関回転速度Ｎｅに基づいて設定する。

そして、ＫＰＡ１算出部４１３において、前記圧力比（Ｐｍ１／Ｐａ）に基づいて、図に示すテーブルＴＢＬＫＰＡ１を検索して係数ＫＰＡ１を算出する。
除算部４１４では、前記ＫＰＡ０をＫＰＡ１で除算して吸気バルブ開度補正値ＫＡＶＥＬ（＝ＫＰＡ０／ＫＰＡ１）を算出し、これを前記第３乗算部４０４に出力する。
図８は、前記エンジンコントロールユニット１１４による目標スロットル開度ＴＧＴＶＯの演算処理を示す。

図８において、論理和演算部５０１には、アイドル信号とブレーキスイッチ信号とが入力される。
前記アイドル信号は、アクセル開度が全閉であるときにハイとなる信号であり、ブレーキスイッチ信号は、運転者がブレーキペダルを踏み込んだとき（ブレーキ操作したとき）にハイとなる信号であり、本実施形態では、前記アイドル信号がハイレベルであるか及び／又はブレーキスイッチ信号がハイレベルであるときに制動要求があると推定する。

前記論理和演算部５０１は、前記アイドル信号がハイレベルであるか及び／又はブレーキスイッチ信号がハイレベルであるときに、ハイ信号を出力するから、前記論理和演算部５０１の出力がハイレベルであるときには、制動要求があると判断される。
但し、前記制動要求は、前記アイドル運転やブレーキスイッチから判断できる他、例えば、前方の障害物の情報や、進行方向の交通信号の情報などからも判断でき、前記アイドル運転やブレーキスイッチから判断する方法に限定されるものではない。

また、前記論理和演算部５０１に代えて論理積演算部を設け、前記アイドル信号がハイレベルでありかつブレーキスイッチ信号がハイレベルであるときに、制動要求を判断するように構成できる。
前記論理和演算部５０１の出力、及び、前記クランク角センサ１１７における異常の有無を示すフラグfCRANGGOは、論理積演算部５０２に入力される。

従って、前記論理積演算部５０２は、制動要求があり、かつ、前記クランク角センサ１１７に異常が生じているときにのみ、ハイレベルの信号を出力することになる。
前記論理積演算部５０２の出力は、切り換え部５０３の切り換え指令信号として出力される。
前記切り換え部５０３では、前記切り換え指令信号（論理積演算部５０２の出力）に基づき、前記基本目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ０と、最大開度設定部５０４に予め記憶されている異常時用の最大開度（例えば３ｄｅｇ）とのいずれか一方を出力するものであり、論理積演算部５０２の出力がローレベルであれば前記基本目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ０を出力し、論理積演算部５０２の出力がハイレベルであれば前記最大開度を出力する。

前記基本目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ０及び前記切り換え部５０３の出力は、最大値制限部５０５に入力される。
前記最大値制限部５０５は、入力信号の小さい方を選択し、最終的な目標スロットル開度ＴＧＴＶＯとして出力するものであり、クランク角センサ１１７の正常時には、入力信号が共に基本目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ０となることで、基本目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ０をそのまま最終的な目標スロットル開度ＴＧＴＶＯとして出力する。

一方、クランク角センサ１１７の異常時には、前記最大値制限部５０５は、前記最大開度と基本目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ０との小さい方を、最終的な目標スロットル開度ＴＧＴＶＯとして出力することになる。
即ち、クランク角センサ１１７の異常時には、基本目標スロットル開度ＴＧＴＶＯ０が最大値よりも大きい場合に、前記最大値を最終的な目標スロットル開度ＴＧＴＶＯとして出力することで、最大値を上回る目標スロットル開度ＴＧＴＶＯが設定されないようにし、バキュームサーボブレーキの倍力源としての吸気管負圧を確保できるようにする。

クランク角センサ１１７の異常時で、機関回転速度Ｎｅを正確に検出することができず、吸気バルブ１０５の最小リフト量を回転速度に応じて精度良く制限することができなくなると、吸気バルブ１０５の最小リフト量を、高回転時であっても吸気管負圧を発達させることができる比較的高い最小リフト量に制限する一方、スロットルバルブ１０３ｂの開度を前記最大開度に基づいて低く制限することで、バキュームサーボブレーキの倍力源としての吸気管負圧を確保し、ブレーキレスポンスにばらつきが発生することを防止する。

ここで、制動要求時以外でも、常時前記最大開度に基づきスロットル開度を制限すると、シリンダ吸入空気量が大きく制限される結果、正常な走行が不能になってしまう。
しかし、制動要求時であることを、最大開度に基づきスロットル開度を制限する条件とすれば、制動要求時はシリンダ吸入空気量の要求が小さい運転条件であるから、走行性能を大きく低下させることなく、バキュームサーボブレーキの倍力源としての吸気管負圧を確保させることができる。

図９のフローチャートは、前記エンジンコントロールユニット１１４によるクランク角センサ１１７の異常診断処理を示す。
図９のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ１０１では、前記クランク角センサ１１７からの単位クランク角信号ＰＯＳの入力処理を行う。
次のステップＳ１０２では、前記単位クランク角信号ＰＯＳの入力が所定時間以上継続して途絶えているか否かを判別する。

そして、単位クランク角信号ＰＯＳの入力が所定時間以上継続して途絶えると、クランク角センサ１１７の異常を判定し、ステップＳ１０４へ進んで、前記フラグfCRANGGOを１に設定する。
尚、単位クランク角信号ＰＯＳの入力が前記所定時間よりも長い時間継続して途絶えた場合には、クランク角センサ１１７の故障が確定され、前記フラグfCRANGGOに基づくフェイルセーフとは個別のフェイルセーフ（吸気バルブ１０５の開特性を固定する制御等）が実行されるものとする。

一方、単位クランク角信号ＰＯＳが前記所定時間以上継続して途絶えていないときには、ステップＳ１０２からステップＳ１０３へ進む。
ステップＳ１０３では、単位クランク角信号ＰＯＳの入力パターンが正常であるか否かを判断する。
本実施形態のクランク角センサ１１７は、基準クランク角位置で単位クランク角信号ＰＯＳに歯抜けが生じるようになっているから、例えば、単位クランク角信号ＰＯＳの入力間隔時間から歯抜け箇所であると判断されるのに、前回の歯抜け箇所から今回の歯抜け箇所までの間での単位クランク角信号ＰＯＳの入力数が正規の数でなかった場合に、入力パターンの異常と診断できる。

但し、前記入力パターンの異常を診断する方法を、上記方法に限定するものではないことは明らかである。
ステップＳ１０３で、単位クランク角信号ＰＯＳの入力パターンが異常であると判断すると、クランク角センサ１１７の異常を判定し、ステップＳ１０４へ進んで、前記フラグfCRANGGOを１に設定する。

尚、単位クランク角信号ＰＯＳの入力パターンの異常が繰り返し検出された場合には、クランク角センサ１１７の故障が確定され、前記フラグfCRANGGOに基づくフェイルセーフとは個別のフェイルセーフ（吸気バルブ１０５の開特性を固定する制御等）が実行されるものとする。
一方、ステップＳ１０３で、単位クランク角信号ＰＯＳの入力パターンが正常であると判断されたときには、クランク角センサ１１７は正常であると判定し、ステップＳ１０５へ進んで、前記フラグfCRANGGOを０に設定する。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両用内燃機関の吸気管負圧制御装置において、
前記検出手段が実際の機関回転速度よりも低く検出する異常を診断することを特徴とする車両用内燃機関の吸気管負圧制御装置。

かかる構成によると、機関回転速度が実際よりも低く検出される結果、最小リフト及び／又は最小作動角として要求よりも低い値が設定されるから、吸気絞りを行っていても吸気管負圧を発達させることができない状態となるが、このような異常に対して更に吸気を絞ることで、吸気管負圧の確保を図ることができる。
（ロ）請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両用内燃機関の吸気管負圧制御装置において、
前記検出手段が、機関回転に同期して出力される検出信号に基づいて機関回転速度を検出する手段であり、
該検出手段の異常を、前記検出信号の入力が継続して途絶えている時間、及び／又は、前記検出信号の入力パターンに基づいて診断することを特徴とする車両用内燃機関の吸気管負圧制御装置。

かかる構成によると、検出信号が途絶えることで、検出信号の入力がない状態が継続したり、検出信号の入力パターンが正規のパターンと異なるようになったりすると、これを異常と判断して、吸気絞り弁の開度を制限する処理を実行させる。
従って、検出信号が一時的に途絶えて、機関回転速度が実際よりも低く検出されることになる異常を、的確に診断できる。
（ハ）請求項４記載の車両用内燃機関の吸気管負圧制御装置において、
前記異常時用の最小値が、機関回転速度に応じて設定される最小値のうちで最も大きな値の近傍に設定されることを特徴とする車両用内燃機関の吸気管負圧制御装置。

かかる構成によると、検出手段が正常であるときに、吸気バルブのリフト及び／又は作動角を制限する最小値のうちで最も大きい値は、機関回転速度が高いときに設定される値であり、検出手段の異常に伴って実際の回転速度に見合った最小値を設定できなくなったときに、前述の最も大きな最小値を用いて吸気バルブのリフト及び／又は作動角を制限すれば、たとえ実際の機関回転速度が高速であっても、吸気管負圧を発達させることができる。

実施形態における車両用エンジンのシステム図。 実施形態におけるＶＥＬ機構の詳細を示す斜視図。 前記ＶＥＬ機構の作動角変更機構を示す断面図。 実施形態におけるＶＴＣ機構の詳細を示す断面図。 実施形態におけるバキュームサーボブレーキシステムを示す図。 実施形態における目標リフト量及び目標バルブタイミングの演算処理を示すブロック図。 実施形態における基本目標スロットル開度の演算処理を示すブロック図。 実施形態における最終的な目標スロットル開度の演算処理を示すブロック図。 実施形態におけるクランク角センサの異常診断を示すフローチャート。

符号の説明

３…吸気バルブ駆動軸、１３…制御軸、１３ａ…ストッパ、１７…モータ、１０１…エンジン、１０３ｂ…スロットルバルブ（吸気絞り弁）、１０４…電子制御スロットル、１０５…吸気バルブ、１１２…ＶＥＬ機構、１１３…ＶＴＣ機構、１１４…エンジンコントロールユニット、１１６…アクセルペダルセンサ、１１７…クランク角センサ、１２０…クランクシャフト、１３２…カムセンサ、１３３…角度センサ、１４８…ブレーキスイッチ

Claims (4)

1. 吸気バルブのリフト及び／又は作動角を可変とする可変動弁機構と、前記吸気バルブの上流側に設けられる吸気絞り弁とを備え、前記吸気絞り弁下流の吸気管負圧がバキュームサーボブレーキの倍力源として用いられる車両用内燃機関において、
   機関回転速度を検出する検出手段を備え、該検出手段で検出された機関回転速度に応じて吸気バルブのリフト及び／又は作動角の最小値を設定し、前記可変動弁機構で可変とされる吸気バルブのリフト及び／又は作動角を前記最小値に基づいて制限すると共に、
   前記検出手段の異常の有無を診断し、前記検出手段の異常時に、前記吸気絞り弁の開度を異常時用の最大開度に基づいて制限することを特徴とする車両用内燃機関の吸気管負圧制御装置。
2. 前記検出手段の異常時であって、かつ、制動要求時であることを条件に、前記吸気絞り弁の開度を制限することを特徴とする請求項１記載の車両用内燃機関の吸気管負圧制御装置。
3. 前記制動要求時であるか否かを、アイドル運転状態であるか否か、及び／又は、ブレーキペダルが操作されているか否かに基づいて判断することを特徴とする請求項２記載の車両用内燃機関の吸気管負圧制御装置。
4. 前記検出手段の異常時に、前記吸気絞り弁の開度を制限すると共に、前記吸気バルブのリフト及び／又は作動角を、前記機関回転速度に応じた最小値に代えて、異常時用の最小値に基づいて制限することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用内燃機関の吸気管負圧制御装置。

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