JP2007262993A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの駆動により弁の開閉動作を行うシステムにおいて、モータの駆動回路に故障が発生した場合であっても、弁の開閉動作を確実に行うこと。
【解決手段】各気筒が備える弁体３６をモータ５４Ａ，５４Ｂにより開閉駆動する動弁装置４８Ａ，４８Ｂと、モータ５４Ａ，５４Ｂを駆動するための昇圧コンバータ７２と、昇圧コンバータ７２に故障が発生した場合に、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度又は駆動負荷を制限するＥＣＵ４０と、を備える。昇圧コンバータ７２に故障が発生した場合は、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度又は駆動負荷を制限するため、故障発生時においても弁体３６を必要な範囲で開閉駆動することが可能となる。
【選択図】図８

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特開２００５−５４７３２号公報には、弁とピストンとの同期が異常であると判定された場合には、回転駆動力を電動モータに伝える第１状態と、弁の開閉動作を停止するか又はリフト量を低リフト化させる第２状態とに切り換える技術が開示されている。

特開２００５−５４７３２号公報

弁を開閉駆動するモータへ安定した電圧を供給するために、昇圧コンバータなどの駆動回路を使用することが想定される。しかしながら、上記公報に記載された技術は、駆動回路の故障を考慮するものではないため、駆動回路の故障時に弁の開閉動作を確実に行うことは困難である。このため、弁を正確なタイミングで駆動することが困難となり、動弁機構の故障が拡大する虞が生ずる。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、モータの駆動により弁の開閉動作を行うシステムにおいて、モータの駆動回路に故障が発生した場合であっても、弁の開閉動作を確実に行うことを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、各気筒が備える弁体をモータにより開閉駆動する弁駆動手段と、前記モータを駆動するための駆動回路と、前記駆動回路に故障が発生した場合に、前記モータの回転速度又は駆動負荷を制限する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、制限した前記回転速度に基づいて前記弁体の作用角を決定し、前記弁駆動手段は、決定された前記作用角に基づいて前記弁体を開閉駆動することを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記制御手段は、制限した前記駆動負荷に基づいて前記弁体のリフト量を決定し、前記弁駆動手段は、決定された前記リフト量に基づいて前記弁体を開閉駆動することを特徴とする。

第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれかにおいて、前記駆動回路は、前記モータに供給する電圧を昇圧する昇圧回路であることを特徴とする。

第５の発明は、第１〜第４の発明のいずれかにおいて、前記弁駆動手段は、前記弁体を駆動するためのカムシャフトを備え、前記モータは、前記カムシャフトを揺動駆動モードで揺動させて駆動することを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、前記駆動回路に故障が発生した場合に、前記揺動駆動モードから前記カムシャフトを一方向へ回転させる正転駆動モードへ切り換えることを特徴とする。

第７の発明は、第１〜第４の発明のいずれかにおいて、前記弁駆動手段は、前記弁体を駆動するためのカムシャフトを備え、前記モータは、前記カムシャフトの回転速度をクランク軸の回転速度に対して相対的に可変する可変速度モードで前記カムシャフトを駆動することを特徴とする。

第８の発明は、第７の発明において、前記駆動回路に故障が発生した場合に、前記可変速度モードから前記カムシャフトを一方向へ一定速度で回転させる正転駆動モードへ切り換えることを特徴とする。

第９の発明は、第８の発明において、前記正転駆動モードへ切り換える前に、制限された前記回転速度に基づいて作用角の許容範囲を決定することを特徴とする。

第１の発明によれば、駆動回路に故障が発生した場合は、モータの回転速度又は駆動負荷を制限するため、故障発生時においても弁体を必要な範囲で開閉駆動することが可能となる。従って、モータにより弁体を駆動する内燃機関の信頼性を向上することが可能となる。

第２の発明によれば、制限した回転速度に基づいて弁体の作用角を決定するため、制限した回転速度の範囲内で弁体を開閉駆動することが可能となる。

第３の発明によれば、制限した駆動負荷に基づいて弁体のリフト量を決定するため、制限した駆動負荷の範囲内で弁体を開閉駆動することが可能となる。

第４の発明によれば、モータに供給する電圧を昇圧する昇圧回路に故障が生じた場合においても、弁体を必要な範囲で開閉駆動することが可能となる。

第５の発明によれば、弁体を駆動するためのカムシャフトを揺動駆動モードで駆動するため、駆動回路に故障が発生した場合に、制限された回転速度又は駆動負荷の範囲内で弁体の作用角、リフト量を最適に制御することが可能となる。

第６の発明によれば、駆動回路に故障が発生した場合に、揺動駆動モードから正転駆動モードへ切り換えるため、正転駆動モードの状態でモータの回転速度を低下することができる。

第７の発明によれば、弁体を駆動するためのカムシャフトを可変速度モードで駆動するため、駆動回路に故障が発生した場合に、制限された回転速度又は駆動負荷の範囲内で弁体の作用角を最適に制御することが可能となる。

第８の発明によれば、駆動回路に故障が発生した場合に、可変速度モードから正転駆動モードへ切り換えるため、正転駆動モードの状態でモータの回転速度を低下することができる。

第９の発明によれば、正転駆動モードへ切り換える前に、制限された回転速度に基づいて作用角の許容範囲を決定するため、正転駆動モードにおけるモータの回転速度を作用角の許容範囲に基づいて最適に制御することが可能となる。

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の動弁装置を備えたシステムの構成を示す模式図である。内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６には、吸気温ＴＨＡ（すなわち外気温）を検出する吸気温センサ１８が組みつけられている。また、排気通路１４には排気浄化触媒３２が配置されている。

エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。また、サージタンク２８の更に下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁３０が配置されている。

内燃機関１０は、吸気弁３６および排気弁３８を備えている。吸気弁３６には、吸気弁３６を駆動するための動弁装置４８が接続されている。また、排気弁３８には、排気弁３８を駆動するための動弁装置５０が接続されている。

また、燃焼室内に噴霧された燃料に点火するため、内燃機関１０の筒内には点火プラグが設けられている。更に、筒内には、その内部を往復運動するピストン４４が設けられている。ピストン４４には、その往復運動によって回転駆動されるクランク軸４６が連結されている。車両駆動系と補機類（エアコンのコンプレッサ、オルタネータ、トルクコンバータ、パワーステアリングのポンプ等）は、このクランク軸４６の回転トルクによって駆動される。

図１に示すように、本実施形態の制御装置はＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサに加え、内燃機関１０の運転状態を把握すべく、ノッキングの発生を検知するKCSセンサや、スロットル開度、機関回転数、排気温度、冷却水温度、潤滑油温度、触媒床温度などを検出するための各種センサ（不図示）が接続されている。また、ＥＣＵ４０には、上述した燃料噴射弁３０、動弁装置４８，５０などが備える各アクチュエータ、センサが接続されている。

図２は、吸気弁３６および動弁装置４８の周辺の構成を示す模式図であって、主としてシリンダヘッドの周りの構成を示している。図２では、排気弁３８および動弁装置５０の図示を省略しているが、吸気側の動弁装置４８と排気側の動弁装置５０は基本的に同一の構成を有している。ここでは、内燃機関１０の個々の気筒に２つの吸気弁３６と２つの排気弁３８とが備わっているものとする。

本実施形態の内燃機関１０は４つの気筒（＃１〜＃４）を備えており、＃１→＃３→＃４→＃２の順で爆発行程が行われる。動弁装置４８は、２つの装置（動弁装置４８Ａ、動弁装置４８Ｂ）から構成されている。動弁装置４８Ａは＃２気筒および＃３気筒が備える吸気弁３６を駆動し、動弁装置４８Ｂは＃１気筒および＃４気筒が備える吸気弁３６を駆動する。

動弁装置４８Ａは、駆動源としての電動機（以下、モータと称する）５４Ａと、モータ５４Ａの回転運動を伝達する伝達機構としてのギヤ列５６Ａと、ギヤ列から伝達された回転運動を吸気弁３６の直線的な開閉運動に変換するカムシャフト５８Ａとを備えている。同様に、動弁装置４８Ｂは、モータ５４Ｂ、ギヤ列５６Ｂ、カムシャフト５８Ｂを備えている。ギヤ列５６Ｂの構成はギヤ列５６Ａと同様である。

モータ５４Ａ，５４Ｂには、例えば回転速度の制御が可能なＤＣブラシレスモータ等が使用される。モータ５４Ａ，５４Ｂには、その回転位置を検出するためのレゾルバ、ロータリーエンコーダ等の位置検出センサが内蔵されている。カムシャフト５８Ａ、５８Ｂの外周部には、カムシャフト５８Ａ、５８Ｂに対して一体回転するカム駆動ギヤ６０と、やはりカムシャフト５８Ａ、５８Ｂに対して一体回転するカム６２とが設けられている。

ギヤ列５６Ａは、モータ５４Ａの出力軸５５に取り付けられたモータギヤ６４Ａの回転を中間ギヤ６６Ａを介してカムシャフト５８Ａのカム駆動ギヤ６０に伝達する。ギヤ列５６Ａはモータギヤ６４Ａとカム駆動ギヤ６０とが互いに等しい速度で回転するように構成されても良いし、モータギヤ６４Ａに対してカム駆動ギヤ６０を増速又は減速させるように構成されても良い。同様にして、ギヤ列５６Ｂは、モータ５４Ｂの出力軸に取り付けられたモータギヤ６４Ｂの回転を中間ギヤ６６Ｂ（図２において不図示）を介してカムシャフト５８Ｂのカム駆動ギヤ６０に伝達する。

図２に示すように、カムシャフト５８Ａは＃２，＃３気筒の吸気弁３６の上部に配置されており、カムシャフト５８Ａに設けられた４つのカム６２により＃２，＃３気筒の各吸気弁３６が開閉駆動される。また、カムシャフト５８Ｂは２つに分割された状態で＃１，＃４気筒の吸気弁３６の上部に配置されており、カムシャフト５８Ｂに設けられた４つのカム６２により＃１，＃４気筒の各吸気弁３６が開閉駆動される。２つに分割されたカムシャフト５８Ｂはカムシャフト５８Ａの中心に設けられた貫通孔に挿通された連結部材５８Ｃにより接続され、一体的に回転するように構成されている。なお、説明の便宜上、図２では、カムシャフト５８Ａと２つのカムシャフト５８Ｂをそれぞれ分離した状態を示している。

図３は、カム６２によって吸気弁３６が駆動される様子を示す模式図である。カム６２はカムシャフト５８Ａ，５８Ｂと同軸の円弧状のベース円６２ｂの一部を半径方向外側に向かって膨らませてノーズ６２ａを形成した板カムの一種として形成されている。カム６２のプロファイルはその全周に亘って負の曲率が生じないように、つまり半径方向外側に向かって凸曲面を描くように設定されている。

図２に示すように、吸気弁３６はそれぞれ弁軸３６ａを備えている。各カム６２は吸気弁３６の弁軸３６ａの一端に設けられたリテーナ６８と対向する。各吸気弁３６はバルブスプリング（不図示）の圧縮反力によってカム６２側に付勢され、カム６２のベース円６２ｂとリテーナ６８が対向している場合は、吸気ポートのバルブシート（不図示）に吸気弁３６が密着して吸気ポートが閉じられる。

モータ５４Ａ、５４Ｂの回転運動がギヤ列５６Ａ，５６Ｂを介してカムシャフト５８Ａ，５８Ｂに伝達されると、カムシャフト５８Ａ，５８Ｂと一体にカム６２が回転し、ノーズ６２ａがリテーナ６８を乗り越える間にリテーナ６８が押し下げられ、吸気弁３６がバルブスプリングに抗して開閉駆動される。

また、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、カム６２の２つの駆動モードを示している。カム６２の駆動モードには、モータ５４Ａ、５４Ｂを一方向に連続回転させて図３（Ａ）に示すようにカム６２を最大リフト位置、すなわちカム６２のノーズ６２ａが相手側の部品（この場合はリテーナ６８）と接する位置を越えて正転方向（図３（Ａ）中の矢印方向）に連続的に回転させる正転駆動モードと、正転駆動モードにおける最大リフト位置に達する前にモータ５４Ａ、５４Ｂの回転方向を切り換えて図３（Ｂ）に示すようにカム６２を往復運動させる揺動駆動モードとがある。

正転駆動モードでは、クランク軸４６の回転に対してカム６２の回転速度を可変することで吸気弁３６の作用角が制御される。また、揺動駆動モードでは、カム６２の回転速度とともに、カム６２が揺動する角度範囲を制御することで、吸気弁３６の最大リフト量、作用角を制御することができる。

正転駆動モードには、機関回転数が一定の場合に、カム６２を一定の速度で回転させるモードと、カム６２の回転速度を可変する可変速度モードとがある。可変速度モードは、例えば、カム６２が吸気弁３６を押し下げている間はカム６２の回転速度を遅くし、カム６２が吸気弁３６を押し下げていない間はカム６２の回転速度を速くするモードである。また、可変速度モードにおいて、カム６２が吸気弁３６を押し下げている間はカム６２の回転速度を速くし、カム６２が吸気弁３６を押し下げていない間はカム６２の回転速度を遅くすることもできる。このような制御により、クランク軸４６の回転角に対して吸気弁３６の作用角を自在に設定することが可能となる。

以上のような制御によれば、運転状態に応じた最適なリフト量、作用角で吸気弁３６を駆動することが可能となる。図４は内燃機関１０の機関回転数、出力トルクと、カム６２の駆動モードとの関係を示す模式図である。図４に示すように、カム６２の駆動モードは、機関回転数と出力トルクとに関連付けて使い分けられる。基本的に低回転域では揺動駆動モードが選択され、高回転域では正転駆動モードが選択される。これにより、低回転域では吸気弁３６のリフト量、作用角を少なくし、高回転域では吸気弁３６のリフト量、作用角を大きくする制御が行われ、機関回転数と出力トルクに応じた最適な空気量を機関筒内に送ることが可能となる。

図５は、カムシャフト５８Ａに設けられた２種類のカム６２を詳細に示す模式図である。図５に示すように、カムシャフト５８Ａには、＃２気筒の吸気弁３６を駆動するためのカム６２と、＃３気筒の吸気弁３６を駆動するためのカム６２とが１８０°の角度位置だけ離間して設けられている。４気筒の内燃機関ではクランク角７２０°の間に＃１→＃３→＃４→＃２の順で爆発行程が行われるため、＃２気筒と＃３気筒の吸気行程はクランク角の３６０°毎に行われる。動弁装置４８Ａは、クランク角３６０°毎に＃２気筒用のカム６２と＃３気筒用のカム６２が、交互に＃２気筒の吸気弁３６と＃３気筒の吸気弁３６を駆動するようにカムシャフト５８Ａを回転または揺動させる。同様に、カムシャフト５８Ｂには＃１気筒、＃４気筒の吸気弁３６を駆動するための２種類のカム６２が設けられており、動弁装置４８Ｂは、カムシャフト５８Ｂを回転または揺動させることで、＃１気筒の吸気弁３６と＃４気筒の吸気弁３６を駆動する。

図６は、動弁装置４８Ａ，４８Ｂのモータ５４Ａ，５４Ｂを駆動する駆動システム７０と、駆動システム７０に電力を供給する昇圧コンバータ７２を示す模式図である。図６に示すように、駆動システム７０は、モータ５４Ａ，５４Ｂの駆動を制御するＥＣＵ４０、ドライバ７６、およびセンサ７８を備えている。ドライバ７６には、動弁装置４８Ａ，４８Ｂのモータ５４Ａ，５４Ｂが接続されている。ドライバ７６は、ＥＣＵ４０からの指令を受けて、所定のモードでモータ５４Ａ，５４Ｂを駆動する。また、センサ７８は、モータ５４Ａ，５４Ｂに内蔵されており、カムシャフト５８Ａ，５８Ｂの角度位置、回転速度を検出する。

昇圧コンバータ７２には入力電源（バッテリー）８０が接続されている。昇圧コンバータ７２は、ＰＩＣマイコン８２、コイル８４、スイッチ８６を備えている。昇圧コンバータ７２は、ＰＩＣマイコン８２で電圧制御（フィードフォワードとフィードバック）を行う。そして、昇圧コンバータ７２は、ＰＩＣマイコン８２による制御の結果によってスイッチ８６のオン／オフ時間の割合を決定し、入力電源８０の電圧を昇圧して駆動システム７０へ供給する機能を有している。

本実施形態のシステムがハイブリッド自動車に搭載されるものである場合、入力電源８０の電圧は、通常、２００Ｖ程度であり、運転状態に応じて１７０Ｖ〜２４０Ｖ程度の範囲で変化する。入力電源８０の電圧は、ＰＩＣマイコン８２の指令を受けて２８０Ｖ程度まで昇圧され、センサ８８を介して駆動システム７０へ出力される。駆動システム７０は、昇圧コンバータ７２からの電力を受けて、ＥＣＵ４０の指令に基づいてモータ５４Ａ，５４Ｂを制御する。

図７は、昇圧コンバータ７２の出力電圧と、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転数、負荷との関係を示す特性図である。図７において、縦軸は昇圧コンバータ７２の出力電圧を、横軸はモータ５４Ａ，５４Ｂの回転数を示している。また、図７に示す特性の傾きは、モータ５４Ａ，５４Ｂの負荷を表している。

図７に示すように、昇圧コンバータ７２が正常に作動しており、センサ８８で測定された出力電圧が２８０Ｖ以上の場合は、図７中に実線で示す特性Ｘ１の負荷でモータ５４Ａ，５４Ｂを駆動することができ、モータ５４Ａ，５４Ｂの最大回転数をｒ１まで上昇させることができる。従って、昇圧コンバータ７２からの出力電圧に基づいて、駆動システム７０によるモータ５４Ａ，５４Ｂの駆動を正常に行うことができる。

一方、昇圧コンバータ７２内のＰＩＣマイコン８２、コイル８４、スイッチ８６などに故障が発生し、昇圧コンバータ７２の動作に異常が生じている場合は、入力電源８０の電圧を十分に昇圧することができないため、センサ８８で測定された電圧が２８０Ｖよりも低下してしまう場合がある。

図７に示すように、昇圧コンバータ７２の出力電圧が２００Ｖに低下してしまうと、特性Ｘ１の負荷でモータ５４Ａ，５４Ｂを駆動しようとした場合、最大回転数をｒ２まで低下させる必要が生じる。最大回転数の低下を回避するためには、図７中に破線で示す特性Ｘ２のように、モータ５４Ａ，５４Ｂの負荷を低下させる必要が生じる。従って、昇圧コンバータ７２の出力電圧が低下した状態では、モータ５４Ａ，５４Ｂを正常に駆動できなくなる事態が想定される。

このため、本実施形態では、センサ８８で測定された電圧が２８０Ｖよりも低下している場合は、フェールモードに移行し、センサ８８で検出された電圧で駆動が可能なように、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度、又は駆動負荷を低減させる制御を行う。

すなわち、フェールモードに移行した場合は、センサ８８で検出された電圧がＥＣＵ４０に送られる。ＥＣＵ４０は、センサ８８で検出された電圧値に基づいて、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度、又は駆動負荷を低減させるように駆動モードを制限し、ドライバ７６へ送る。ドライバ７６は、ＥＣＵ４０で決定された駆動モードにより、モータ５４Ａ，５４Ｂを駆動する。これにより、出力を低下させた状態で動弁装置４８Ａ，４８Ｂを駆動することができる。

図８は、フェールモード時に行われる揺動制御を示す特性図である。ここで、図８（Ａ）は、昇圧コンバータ７２の出力電圧が２８０Ｖの場合を示しており、正常時の特性を示している。また、図８（Ｂ）は、昇圧コンバータ７２の出力電圧が２００Ｖの場合を示しており、フェールモード時の特性を示している。

上述のように、フェールモード時には、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度を低下させるか、又はモータ５４Ａ，５４Ｂの駆動負荷を低下させるように制御が行われる。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）の上段の図は、リフト量と時間との関係を示している。

図８（Ａ）及び図８（Ｂ）の上段の特性図に示すように、フェールモード時には、正常時に比べて吸気弁３６のリフト量が少なくなるようにモータ５４Ａ，５４Ｂが制御される。これにより、モータ５４Ａ，５４Ｂの駆動負荷を低減することができ、昇圧コンバータ７２の出力電圧が低下した場合であっても、動弁装置４８Ａ，４８Ｂを駆動することができ、吸気弁３６を作動させることができる。従って、昇圧コンバータ７２に異常が発生した場合においても内燃機関１０を運転することができる。

また、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）の上段の特性図に示すように、フェールモード時には、正常時に比べて吸気弁３６の作用角θが大きくなるようにモータ５４Ａ，５４Ｂが制御される。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）の下段の特性図は、それぞれ上段の特性図に対応しており、リフト量を上段の図に示すように制御した場合のカムシャフト５８Ａ，５８Ｂの回転速度を示している。機関回転数を一定とした場合、作用角θを大きくすると、カム６２が吸気弁３６をリフトしている時間が長くなるため、吸気弁３６をリフトしている間のカムシャフト５８Ａ，５８Ｂの回転速度をより遅くすることができる。従って、作用角θを大きくすることで、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度を低下させることができ、昇圧コンバータ７２の出力電圧が低下した場合であっても、動弁装置４８Ａ，４８Ｂを駆動することが可能となる。

図９及び図１０は、カム６２の動作モードに応じたモータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度の特性を示す図である。図９及び図１０において、横軸は時間、縦軸はモータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度を示している。図９において、実線で示す特性Ａ１，Ａ２は、正転駆動モードにおけるモータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度を示している。

また、図９において、一点鎖線で示す特性Ｂ１，Ｂ２は、揺動駆動モードにおけるモータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度を示している。ここで、特性Ｂ１は吸気弁３６が小作用角でリフトする場合の特性を示しており、特性Ｂ２は吸気弁３６が大作用角でリフトする場合の特性を示している。また、図１０において、実線で示す特性Ｃ１、特性Ｃ２，Ｃ３は、正転駆動モードにおいて、可変速度モードでモータ５４Ａ，５４Ｂを駆動した場合の特性を示している。

正転駆動モードでは、モータ５４Ａ，５４Ｂが一方向のみに回転する。図９及び図１０では、正転駆動モードにおけるモータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度を正の値としている。揺動駆動モードでは、モータ５４Ａ，５４Ｂが正転、反転を繰り返すため、図９中に示すように、特性Ｂ１，Ｂ２で示される回転速度は、正の値と負の値が繰り返す特性となる。

揺動駆動モードにおいて、小作用角で吸気弁３６を駆動する場合は、クランク軸４６の回転角に合わせて瞬時に吸気弁３６を開弁、閉弁する必要があるため、図９中に示す特性Ｂ１のように、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度の最大値が比較的大きくなる。一方、大作用角で吸気弁３６を駆動する場合は、小作用角の場合に比べて吸気弁３６を緩やかに駆動することができるため、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度は小さくなる。

図９中に破線で示すように、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度には、安全確保領域が設定されている。そして、フェールモード時には、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度が安全確保領域内となるように制御が行われる。安全確保領域は、センサ８８で検出された電圧が正常時よりも小さい場合であっても、動弁装置４８Ａ，４８Ｂによる吸気弁３６の駆動が可能な範囲を示している。従って、フェールモード時に、安全確保領域内でモータ５４Ａ，５４Ｂを駆動することで、昇圧コンバータ７２に異常が発生した場合であっても、動弁装置５４Ａ，５４Ｂを安定して駆動することができる。なお、安全確保領域は、センサ８８で検出された電圧に応じて可変しても良い。この場合、センサ８８で検出された電圧が低い場合ほど、安全確保領域の幅を狭くすることが好適である。

以下、各駆動モード毎に、フェールモード時にＥＣＵ４０で行われる制御について説明する。先ず、正転駆動モードでモータ５４Ａ、５４Ｂが一定速度で駆動されている場合について説明する。この場合は、フェールモード時にモータ５４Ａ，５４Ｂの回転数を低下させる制御を行う。例えば、図９において、特性Ａ１の回転速度で正転駆動が行われている場合は、フェールモード時に特性Ａ２まで回転速度を低下させて、回転速度が安全確保領域内に入るように制御を行う。これにより、昇圧コンバータ７２に異常が発生している場合であっても、昇圧コンバータ７２から出力された電圧で動弁装置４８Ａ，４８Ｂを駆動することができる。

正転駆動モードでモータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度を低下させると、カムシャフト５８Ａ，５８Ｂの回転数が低下するため、これに合わせて内燃機関１０の機関回転数を低下させる必要がある。従って、モータ５４Ａ、５４Ｂの回転数を低下させるとともに、ＥＣＵ４０の指令により、内燃機関１０の機関回転数を低下させる制御が行われる。

次に、揺動駆動モードで動弁装置４８Ａ，４８Ｂが駆動されている場合について説明する。この場合は、フェールモード時に作用角を拡げる制御を行うか、又はリフト量を低下させる制御を行う。図８で説明したように、機関回転数が同一の条件下で、吸気弁３６の作用角を拡げると、カムシャフト５８Ａ，５８Ｂの回転速度は低下する。従って、作用角を拡げることでモータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度を低下させることができる。図９に示すように、特性Ｂ１により吸気弁３６が小作用角で駆動されている場合は、作用角を拡げて特性Ｂ２で吸気弁３６を駆動する。これにより、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度を低下させることができ、安全確保領域内でモータ５４Ａ，５４Ｂを駆動することができる。

また、揺動駆動モードでは吸気弁３６のリフト量を可変することができ、フェールモード時には、リフト量を小さくする制御が行われる。回転速度と同様に、リフト量についても、センサ８８で検出された電圧が２８０Ｖよりも小さい場合に吸気弁３６の駆動が可能となる安全確保領域が設定されている。従って、リフト量を安全確保領域内まで低下させることで、図８で説明したように、モータ５４Ａ、５４Ｂの負荷を低下させることができ、昇圧コンバータ７２に異常が発生した場合であっても、動弁装置４８Ａ，４８Ｂを駆動することができる。また、揺動駆動モードから一定速度の正転駆動モードに切り換えた後、回転速度が安全確保領域内となるように制御を行っても良い。

次に、正転駆動モードの可変速度モードで動弁装置４８Ａ，４８Ｂが駆動されている場合について説明する。この場合は、図１０に示すように、特性Ｃ１から特性Ｃ２へ制御を切り換えて、全体的に回転速度を低下させ、回転速度のピーク値が安全確保領域内となるように制御を行う。また、可変速度モードから一定速度の正転駆動モードに切り換えた後、回転速度が安全確保領域内となるように制御を行っても良い。この場合、正転駆動モードへ切り換える前に、モータ５４Ａ、５４Ｂの作用角の許容範囲を予め決定しておき、正転駆動モードにおけるモータ５４Ａ、５４Ｂの回転速度を作用角の許容範囲に基づいて最適に制御することが好適である。正転駆動モードにおいて、予め決定された作用角の許容範囲でモータ５４Ａ、５４Ｂを駆動できない場合は、可変速度モードの状態で回転速度のピーク値が安全確保領域内となるように制御を行う。更に、図１０中の特性Ｃ３に示すように、回転速度のピーク値を減少させ、作用角を拡げることで、回転速度が安全確保領域内となるように制御しても良い。

可変速度モードでモータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度を低下させた場合もカムシャフト５８Ａ，５８Ｂの回転数が低下するため、これに合わせて内燃機関１０の機関回転数を低下させる必要がある。従って、モータ５４Ａ、５４Ｂの回転数を低下させるとともに、ＥＣＵ４０の指令により、内燃機関１０の機関回転数を低下させる制御が行われる。

次に、図１１のフローチャートに基づいて、本実施形態のシステムにおける処理について説明する。ここでは、揺動駆動モードに運転を切り換えた後、フェールモードに対処する場合について説明する。

先ず、ステップＳ１では、揺動駆動モードへの切り換えを行う。次のステップＳ２では、現在の運転状態における作用角、リフト量の指令値を取得する。次のステップＳ３では、現在のクランク軸４６の回転速度、作用角およびリフト量の指令値に基づいて、カムシャフト５８Ａ，５８Ｂが揺動した際の最大回転速度を算出する。

次のステップＳ４では、リフト量の指令値に基づいて、モータ５４Ａ，５４Ｂを駆動する際の最大負荷を算出する。

次のステップＳ５では、現在の運転状態がフェールモードであるか否かを判定する。ここでは、センサ８８で検出された電圧が２８０Ｖよりも低下している場合は、フェールモードであると判定される。一方、センサ８８で検出された電圧が２８０Ｖ以上の場合は、フェールモードではないと判定される。

ステップＳ５でフェールモードと判定された場合は、ステップＳ６へ進み、作用角、リフト量が安全確保領域となるように調整を行う。そして、ステップＳ７では、調整された作用角、リフト量に基づいて揺動動作を実行する。なお、ステップＳ６では、作用角、リフト量のいずれか一方のみを安全確保領域へ調整することとしても良い。ステップＳ７の後は、処理を終了する(RETURN)。

一方、ステップＳ５でフェールモードではないと判定された場合は、ステップＳ７へ進み、ステップＳ２で取得した作用角、リフト量の指令値に基づいて揺動動作を実行する。ステップＳ７の後は、処理を終了する(RETURN)。

以上説明したように本実施形態によれば、昇圧コンバータ７２に異常が生じた場合は、モータ５４Ａ，５４Ｂの回転速度、または吸気弁３６のリフト量を安全確保領域内まで低下させるようにしたため、フェール時においても動弁装置４８Ａ，４８Ｂを駆動することが可能となる。従って、昇圧コンバータ７２の故障に起因して動弁装置４８Ａ，４８Ｂが故障してしまうことを確実に抑止することができ、モータ５４Ａ，５４Ｂにより吸気弁３６、排気弁３８を駆動する内燃機関１０の信頼性を向上することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関システムを示す模式図である。 吸気弁および動弁装置の周辺の構成を示す模式図である。 カムによって吸気弁が駆動される様子を示す模式図である。 内燃機関の機関回転数、出力トルクと、カムの駆動モードとの関係を示す模式図である。 カムシャフトに設けられた２種類のカムを詳細に示す模式図である。 動弁装置のモータを駆動する駆動システムと、駆動システムに電力を供給する昇圧コンバータを示す模式図である。 昇圧コンバータの出力電圧と、モータの回転数、負荷との関係を示す特性図である。 フェールモード時に行われる制御を示す特性図である。 カムの動作モードに応じたモータの回転速度の特性を示す図である。 カムの動作モードに応じたモータの回転速度の特性を示す図である。 本実施形態のシステムにおける処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
３６ 吸気弁
３８ 排気弁
４０ ＥＣＵ
４８Ａ，４８Ｂ 動弁装置
５４Ａ，５４Ｂ モータ
５８Ａ，５８Ｂ カムシャフト
７２ 昇圧コンバータ

Claims (9)

1. 各気筒が備える弁体をモータにより開閉駆動する弁駆動手段と、
   前記モータを駆動するための駆動回路と、
   前記駆動回路に故障が発生した場合に、前記モータの回転速度又は駆動負荷を制限する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、制限した前記回転速度に基づいて前記弁体の作用角を決定し、
   前記弁駆動手段は、決定された前記作用角に基づいて前記弁体を開閉駆動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。
3. 前記制御手段は、制限した前記駆動負荷に基づいて前記弁体のリフト量を決定し、
   前記弁駆動手段は、決定された前記リフト量に基づいて前記弁体を開閉駆動することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記駆動回路は、前記モータに供給する電圧を昇圧する昇圧回路であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記弁駆動手段は、前記弁体を駆動するためのカムシャフトを備え、
   前記モータは、前記カムシャフトを揺動駆動モードで揺動させて駆動することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記駆動回路に故障が発生した場合に、前記揺動駆動モードから前記カムシャフトを一方向へ回転させる正転駆動モードへ切り換えることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記弁駆動手段は、前記弁体を駆動するためのカムシャフトを備え、
   前記モータは、前記カムシャフトの回転速度をクランク軸の回転速度に対して相対的に可変する可変速度モードで前記カムシャフトを駆動することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記駆動回路に故障が発生した場合に、前記可変速度モードから前記カムシャフトを一方向へ一定速度で回転させる正転駆動モードへ切り換えることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記正転駆動モードへ切り換える前に、制限された前記回転速度に基づいて作用角の許容範囲を決定することを特徴とする請求項８記載の内燃機関の制御装置。

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