JP2009121359A - 可変動弁機構の故障判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機構上の不具合による可変動弁機構の故障をより正確に判定することのできる故障判定装置を提供する。
【解決手段】吸気バルブの最大リフト量の減少及びスロットル弁の開度減少が行われているときに、最大リフト量の変化量を示すリフト変化量ＬＨが判定値α以下である場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、可変動弁機構に故障有りとの仮判定を行う。次に、吸気圧ＰＭが規定値Ｐ１以上であるか否かを判定し（Ｓ１２０）、吸気圧ＰＭが規定値Ｐ１未満である場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、可変動弁機構に故障有りとの仮判定が正しいと判定する（Ｓ１４０）。
【選択図】図１０

Description

本発明は、可変動弁機構の故障判定装置に関する。

従来、内燃機関の運転状態に応じて吸気バルブの最大リフト量を変更する可変動弁機構が提案されている。
こうした可変動弁機構の駆動制御に際しては、機関運転状態に基づいて目標リフト量が算出され、その目標リフト量に対応した可変動弁機構の目標動作位置が設定される。そして、センサにて検出される可変動弁機構の動作位置が、その目標動作位置となるように当該可変動弁機構は駆動される。

ところで、この可変動弁機構にあって、最大リフト量を変更する可変部や同可変動弁機構を駆動するアクチュエータ部等に、異物のかみ込みや劣化油等に起因する固着等が発生すると、可変動弁機構の作動速度が遅くなったり、動作位置の変更が不可能になる等といった作動異常が発生するおそれがある。そこで特許文献１に記載の装置では、そうした作動異常による可変動弁機構の故障を、動作位置の検出値の変化状態に基づいて判定するようにしている。より具体的には、センサによる動作位置の検出値と動作位置の目標値との偏差が大きく、かつ検出値の変化量が小さいといった状態が所定期間継続している場合には、可変動弁機構が正常に作動しておらず、故障が発生していると判定するようにしている。
特開２００６−３７７８７号公報

ところで、上述したように、動作位置の検出値の変化状態に基づいて可変動弁機構の故障を判定するようにした場合には、次のような不都合の発生が懸念される。
即ち、動作位置の検出値と実値との間にずれが生じている状態で可変動弁機構が駆動されると、同可変動弁機構の検出値が目標値に達する前に、実値が当該可変動弁機構の可動限界位置に達してしまうことがある。この場合には、可動限界位置にて動作位置の変化が止まってしまうため、検出値の変化も停止する。そのため、上述したような故障の発生時と同じ状態になり、可変動弁機構に故障有りと判定される。

ここで、こうした検出値と実値とのずれに起因した作動異常の発生時は、可変動弁機構が故障しているわけではなく、そのずれを修正すれば、そうした作動異常を解消することができるものである。しかし、上記判定態様では、固着等に起因した機構上の不具合、すなわち可変動弁機構の故障による作動異常と、検出値及び実値のずれに起因した制御上の不具合による作動異常とを区別することができず、それらいずれの場合にも、一律に故障有りと判定されてしまう。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機構上の不具合による可変動弁機構の故障をより正確に判定することのできる故障判定装置を提供することにある。

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に記載の発明は、内燃機関の吸気バルブについてその最大リフト量を変更する可変動弁機構と、同可変動弁機構の動作位置を検出する検出手段と、吸気通路に設けられたスロットル弁とを備え、前記最大リフト量及び前記スロットル弁の協調制御を通じて吸入空気量を調量する協調制御モードを有する内燃機関に適用されて、前記動作位置の検出値の変化状態に基づいて前記可変動弁機構の故障を判定する装置であって、前記協調制御モードにて前記最大リフト量の減少及び前記スロットル弁の開度減少が行われているときに、前記検出値の変化状態に基づいて前記可変動弁機構に故障有りとの判定がなされたときには、前記吸気通路内にあって前記スロットル弁と前記吸気バルブとの間の吸気圧に基づいて前記故障有りとの判定が正しいか否かを判定することをその要旨とする。

吸気バルブの最大リフト量を変更する可変動弁機構を備えた内燃機関では、基本的にその最大リフト量を変更することで吸入空気量の調量が行われる。一方、内燃機関の運転状態によっては、最大リフト量とスロットル弁との協調制御を通じて吸入空気量が調量されることがある。こうした協調制御モードでは、最大リフト量及びスロットル弁の開度が増大されることによって吸入空気量は増量され、最大リフト量及びスロットル弁の開度が減少されることによって吸入空気量は減量される。

ここで、協調制御モードにて最大リフト量の減少及びスロットル弁の開度減少が行われているときに、上述したような動作位置の検出値と実値とのずれに起因した制御上の不具合が発生し、可変動弁機構の動作位置が可動限界位置に達したときには、最大リフト量は最小リフト量になっており、かつスロットル弁の開度も正常に減少されている。

一方、協調制御モードにて最大リフト量の減少及びスロットル弁の開度減少が行われているときに、上述したような固着等に起因した機構上の不具合による可変動弁機構の作動異常が発生したときには、最大リフト量の減少が滞る一方で、スロットル弁の開度については正常に減少される。この場合には、最大リフト量によって制限される吸入空気量よりも、スロットル弁の開度によって制限される吸入空気量の方が多くなる。そのため、上述したような制御上の不具合による作動異常の発生時と比較して、スロットル弁と吸気バルブとの間の吸気圧は低くなる傾向にある。

このように、検出値と実値とのずれに起因した制御上の不具合による作動異常の発生時と、固着等に起因した機構上の不具合による作動異常の発生時とでは、スロットル弁と吸気バルブとの間の吸気圧が異なった状態になるため、同吸気圧に基づいて作動異常の原因を切り分けることが可能である。そこで、同構成では、協調制御モードにて最大リフト量の減少及びスロットル弁の開度減少が行われているときに、動作位置の検出値の変化状態に基づいて可変動弁機構に故障有りとの判定がなされたときには、上記吸気圧に基づいてその故障有りとの判定が正しいか否かを判定するようにしている。すなわち、動作位置の検出値の変化状態に基づいて可変動弁機構の故障を仮判定し、その結果、故障有りと仮判定されたときには、吸気圧に基づいてその仮判定が正しいか否かをさらに判定するようにしている。従って、機構上の不具合による可変動弁機構の故障をより正確に判定することができるようになる。

なお、上述したように、機構上の不具合による作動異常の発生時には、制御上の不具合による作動異常の発生時と比較して、スロットル弁と吸気バルブとの間の吸気圧が低くなる傾向にある。従って、機構上の不具合によって可変動弁機構に故障有りと仮判定されたときに、その仮判定が正しいか否かを吸気圧に基づいて判定する場合には、請求項２に記載の発明によるように、前記吸気圧が規定値未満のときには、前記故障有りとの仮判定が正しいと判定する、といった構成を採用することにより、故障の仮判定に関する正誤を適切に判定することができる。

また、機構上の不具合によって可変動弁機構に故障が生じていると正式に判定された場合には、請求項３に記載の発明によるように、前記故障有りとの判定が正しいと判定されたときには、前記可変動弁機構の駆動制御を中止する、といった構成を採用することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の可変動弁機構の故障判定装置において、前記吸気圧が前記規定値以上のときには、前記検出手段による前記動作位置の検出値と前記動作位置の実値との間にずれが生じていると判定することをその要旨とする。

上述したように、機構上の不具合による作動異常の発生時には、制御上の不具合による作動異常の発生時と比較して、スロットル弁と吸気バルブとの間の吸気圧が低くなる傾向にある。逆にいえば、制御上の不具合による作動異常の発生時には、機構上の不具合による作動異常の発生時と比較して、スロットル弁と吸気バルブとの間の吸気圧が高くなる傾向にある。そこで、同構成によるように、前記吸気圧が前記規定値以上のときには、前記検出手段による前記動作位置の検出値と前記動作位置の実値との間にずれが生じていると判定する、といった構成を採用することにより、検出値及び実値のずれに起因した制御上の不具合による可変動弁機構の作動異常を適切に検出することも可能になる。

なお、従来の判定装置では、固着等に起因した機構上の不具合による作動異常と、検出値及び実値のずれに起因した制御上の不具合による作動異常とを区別することができず、制御上の不具合による作動異常の発生時であっても、可変動弁機構に故障有りと判定されてしまう。そのため、実際には可変動弁機構に機構上の不具合が生じていない場合でも、ユーザが整備工場などに可変動弁機構の整備を依頼することになり、同ユーザに不必要な負担をかけてしまうおそれがある。一方、同構成によれば、固着等に起因した機構上の不具合による作動異常なのか、検出値及び実値のずれに起因した制御上の不具合による作動異常なのかを区別することができるため、そうした不必要な負担の発生を抑えることも可能になる。

また、動作位置の検出値と動作位置の実値との間にずれが生じていると判定された場合には、請求項５に記載の発明によるように、前記ずれが生じていると判定されたときには、前記実値に対する前記検出値のずれを修正する処理を行う、といった構成を採用することにより、制御上の不具合に起因する作動異常の発生を解消することができるようになる。

以下、本発明にかかる可変動弁機構の故障判定装置を具体化した一実施形態について、図１〜図１０を併せ参照して説明する。
図１及び図２に示すように、車両に搭載される内燃機関は複数の気筒を有しており、そのシリンダヘッド２には、吸気通路３に連通された吸気ポート２ａや排気通路に連通された排気ポート２ｂが形成されている。吸気通路３の上流側には、吸入空気量を調量するスロットル弁４が設けられている。このスロットル弁４の開度は、後述する機関用制御装置１００によって制御される。

上記吸気ポート２ａには、機関バルブを構成する吸気バルブ１０が設けられており、排気ポート２ｂには、機関バルブを構成する排気バルブ１５が設けられている。
また、シリンダヘッド２には、吸気バルブ１０及び排気バルブ１５にそれぞれ対応した吸気弁駆動機構４０及び排気弁駆動機構４５が設けられている。

排気弁駆動機構４５には、各排気バルブ１５に対応してラッシュアジャスタ１７が設けられるとともに、このラッシュアジャスタ１７と排気バルブ１５との間にはロッカアーム１８が架設されている。ロッカアーム１８は、その一端がラッシュアジャスタ１７に支持されるとともに他端が排気バルブ１５の基端部に当接されている。また、シリンダヘッド２に回転可能に支持された排気カムシャフト７には複数の排気用カム８が形成されており、それら排気用カム８の外周面はロッカアーム１８に設けられたローラ１８ａに当接されている。排気バルブ１５にはリテーナ１５ａが設けられるとともに、このリテーナ１５ａとシリンダヘッド２との間にはバルブスプリング１６が設けられている。このバルブスプリング１６の付勢力によって排気バルブ１５は閉弁方向に付勢されている。そしてこれにより、ロッカアーム１８のローラ１８ａは排気用カム８の外周面に押圧されている。機関運転時に排気用カム８が回転すると、ロッカアーム１８はラッシュアジャスタ１７により支持される部分を支点として揺動する。その結果、排気バルブ１５はロッカアーム１８によって開閉駆動されるようになる。

一方、吸気弁駆動機構４０には、排気側と同様にバルブスプリング１１、リテーナ１０ａ、ロッカアーム１２、ローラ１２ａ及びラッシュアジャスタ１３が設けられている。また、シリンダヘッド２に回転可能に支持された吸気カムシャフト５には複数の吸気用カム６が形成されている。

一方、吸気弁駆動機構４０には、排気弁駆動機構４５とは異なり、吸気用カム６とロッカアーム１２との間に吸気バルブ１０のバルブ特性を変更する可変動弁機構２０が設けられている。この可変動弁機構２０によって、吸気バルブ１０の最大リフト量と作用角（吸気バルブ１０の開弁期間に一致する値）とが変更される。

その可変動弁機構２０は入力部２３と一対の出力部２４とを有しており、これら入力部２３及び出力部２４はシリンダヘッド２に固定された支持パイプ２２に揺動可能に支持されている。ロッカアーム１２は、吸気バルブ１０の基端部及びラッシュアジャスタ１３によって出力部２４側に付勢されており、そのローラ１２ａが出力部２４の外周面に当接されている。また、入力部２３とシリンダヘッド２との間には、スプリング１４が設けられており、このスプリング１４の付勢力によって入力部２３に設けられたローラ２３ｂが吸気用カム６に付勢されている。

機関運転時に吸気用カム６が回転すると、同吸気用カム６はローラ２３ｂに摺接しつつ入力部２３を押圧し、これにより出力部２４が支持パイプ２２の周方向に揺動するようになる。そして出力部２４が揺動すると、ロッカアーム１２はラッシュアジャスタ１３により支持される部分を支点として揺動する。その結果、吸気バルブ１０はロッカアーム１２によって開閉駆動されるようになる。

次に、図３を参照して可変動弁機構２０の構造について詳述する。
同図３に示されるように、入力部２３は各出力部２４の間に設けられており、これら入力部２３と出力部２４との内部には略円筒状の連通空間が形成されている。また、入力部２３の内周面にはヘリカルスプライン２３ａが形成されるとともに、出力部２４の内周面にはこの入力部２３のヘリカルスプライン２３ａと逆向きに傾斜するヘリカルスプライン２４ａが形成されている。

入力部２３と出力部２４との内部に形成された空間には、略円筒状のスライダギア２６が設けられている。このスライダギア２６の外周面の中央部分には、入力部２３のヘリカルスプライン２３ａに噛合するヘリカルスプライン２６ａが形成されるとともに、その外周面の両端部には出力部２４のヘリカルスプライン２４ａに噛合するヘリカルスプライン２６ｂが形成されている。

また、この略円筒状のスライダギア２６の内壁には、その円周方向に沿って延びる溝２９が形成されており、この溝２９にはブッシュ２８が嵌合されている。尚、このブッシュ２８は、溝２９の伸びる方向に沿って同溝２９の内周面を摺動することができるであるが、スライダギア２６の軸方向における変位は規制されている。

スライダギア２６の内部に形成された貫通空間には、支持パイプ２２が挿入されている。また、上記支持パイプ２２には、その軸方向に沿って駆動可能なコントロールシャフト２１が挿入されている。支持パイプ２２の管壁にはその軸方向に延びる長孔２２ａが形成されている。また、スライダギア２６とコントロールシャフト２１との間には、長孔２２ａを通じてスライダギア２６とコントロールシャフト２１とを連結する係止ピン２７が設けられている。この係止ピン２７の一端がコントロールシャフト２１に形成された凹部（図示略）に挿入されるとともに、他端がブッシュ２８に形成された貫通孔２８ａに挿入されている。

こうした可変動弁機構２０にあって、コントロールシャフト２１がその軸方向に沿って一方の方向に変位すると、これに連動してスライダギア２６も軸方向に変位する。スライダギア２６の外周面に形成されたヘリカルスプライン２６ａ、２６ｂは、入力部２３及び出力部２４の内周面に形成されたヘリカルスプライン２３ａ、２４ａとそれぞれ噛合っているため、スライダギア２６がその軸方向に駆動すると、入力部２３と出力部２４とは互いに逆の方向に回転する。その結果、入力部２３と出力部２４との相対位相差が大きくなって、ロッカアーム１２の揺動量が増大することにより、図４に矢印Ｘにて示すごとく、吸気バルブ１０の最大リフト量ＶＬ及び作用角ＩＮＣＡＭは同期して増大し、内燃機関の吸入空気量は増量される。逆に、コントロールシャフト２１がその軸方向に沿って他方の方向に変位すると、入力部２３と出力部２４との相対位相差が小さくなって、ロッカアーム１２の揺動量が減少することにより、図４に矢印Ｙにて示すごとく、吸気バルブ１０の最大リフト量ＶＬ及び作用角ＩＮＣＡＭは同期して減少し、内燃機関の吸入空気量は減量される。

次に、この可変動弁機構２０を通じて吸気バルブ１０のバルブ特性を制御する制御システムについて、図５を併せ参照して説明する。ここで、図５は、この制御システムを示すブロック図である。

この図５に示すように、可変動弁機構２０のコントロールシャフト２１は、電動モータ６２によって駆動される。また、電動モータ６２は、モータ用制御装置６０によってその駆動が制御される。

同図５に示すように、コントロールシャフト２１の基端部は、変換機構６４を介して電動モータ６２の出力軸に連結されている。この変換機構６４は、電動モータ６２の出力軸の回転運動をコントロールシャフト２１の軸方向への直線運動に変換するためのものである。即ち、電動モータ６２の出力軸を正・逆回転させると、その回転が変換機構６４によってコントロールシャフト２１の往復動に変換される。

電動モータ６２には、位置センサ６３が設けられている。この位置センサ６３は、電動モータ６２のロータと一体回転する多極マグネットの磁気変化を利用してそのロータの回転位相変化に応じた信号を出力する。より具体的には、この位置センサ６３からは、ロータが一定角度回転する毎にパルス信号が出力され、そのパルス信号を計数した位置カウンタＰが算出される。そして、ロータの回転方向及びパルス信号の数に応じて、その位置カウンタＰが増減されることにより、ロータの回転量が検出される。ここで、上記コントロールシャフト２１は、電動モータ６２のロータの回転により往復動されるため、ロータの回転量を示す位置カウンタＰは、可変動弁機構２０の可動部であるコントロールシャフト２１の移動量を示すものになる。また、コントロールシャフト２１が移動することで吸気バルブ１０の最大リフト量ＶＬ及び作用角ＩＮＣＡＭは変更されるため、上記位置カウンタＰによって吸気バルブ１０のバルブ特性についてその現状値が検出される。

モータ用制御装置６０には、電動モータ６２の駆動を制御する制御部６１が設けられている。この制御部６１には、各種演算を行うＣＰＵ６１ａ、電気的に記憶データを書き換え可能であり、給電中のみデータを記憶・保持することが可能な揮発性メモリであるＲＡＭ６１ｂ、電気的に記憶データを書き換え可能であり、電力供給が絶たれてもそのデータを記憶・保持することが可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ６１ｃ等が設けられている。

このモータ用制御装置６０には、上記位置センサ６３の出力信号が入力されて上記位置カウンタＰが算出され、ＲＡＭ６１ｂにて記憶・更新される。そして最大リフト量ＶＬ及び作用角ＩＮＣＡＭが最小となるコントロールシャフト２１の可動限界位置（Ｌｏ端）が設定された基準位置と、コントロールシャフト２１の移動量を示す位置カウンタＰとに基づき、可変動弁機構２０の動作位置、ここでは、コントロールシャフト２１の動作位置であってその絶対位置を示す検出値Ｓが算出される。この検出値Ｓは、最大リフト量ＶＬが小さくなる方向にコントロールシャフト２１が移動されるときには小さくなり、最大リフト量ＶＬが大きくなる方向にコントロールシャフト２１が移動されるときには大きくなる。また、コントロールシャフト２１が移動することで吸気バルブ１０の最大リフト量ＶＬ及び作用角ＩＮＣＡＭは変更されるため、上記検出値Ｓによって吸気バルブ１０のバルブ特性についてその現状値が検出される。なお、上記検出手段は、上記位置センサ６３及び上記モータ用制御装置６０にて構成されている。

上記制御部６１は、その入出力ポート（図示略）がバス型の通信ネットワーク（以下、ＣＡＮと称す）８０のバスに接続されている。
このＣＡＮ８０には、内燃機関の機関制御量、例えば燃料噴射量や点火時期、あるいは上記バルブ特性などを統括制御する機関用制御装置１００の入出力ポートが接続されている。機関用制御装置１００には、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ７０や、クランクシャフトの回転位相を検出するクランク角センサ７１や、吸気通路３に設けられてスロットル弁４と吸気バルブ１０との間の吸気圧ＰＭを検出する吸気圧センサ７２等、機関の運転状態を検出するセンサが接続されている。また、車両の運転者により切り換え操作され、現在の操作位置に対応した信号を出力するイグニッションスイッチ７３（以下、ＩＧスイッチ７３という）も接続されている。

機関用制御装置１００は、これら運転状態に基づいて要求吸入空気量を算出し、その要求吸入空気量が得られる上記最大リフト量ＶＬを目標リフト量ＶＬｐとして設定する。そして、この目標リフト量ＶＬｐに対応したコントロールシャフト２１の動作位置を目標値Ｓｐとして設定し、ＣＡＮ８０を通じてその目標値Ｓｐを上記モータ用制御装置６０に送信する。モータ用制御装置６０の制御部６１は、その目標値Ｓｐを受信すると、当該目標値Ｓｐと上記検出値Ｓとが一致するように電動モータ６２の駆動をフィードバック制御する。

また、機関用制御装置１００は、ＣＡＮ８０を通じてＩＧスイッチ７３の操作状態を上記モータ用制御装置６０に送信する。そして、ＩＧスイッチ７３が「オフ」から「オン」に操作される、すなわち機関始動操作が行われると、機関用制御装置１００及びモータ用制御装置６０に対する給電が開始される。一方、ＩＧスイッチ７３が「オン」から「オフ」に操作される、即ち機関停止操作が行われると、所定の停止時処理が行われた後にモータ用制御装置６０及び機関用制御装置１００に対する給電は停止される。

このようにモータ用制御装置６０への給電が停止されると、ＲＡＭ６１ｂに記憶された位置カウンタＰは消失されてしまうため、次回の機関始動直後において、上記検出値Ｓを算出することができなくなる。そこで、機関停止操作が行われて可変動弁機構２０の駆動が停止したときの検出値Ｓを上記ＥＥＰＲＯＭ６１ｃに記憶し、その記憶が完了してからモータ用制御装置６０への給電を停止する。そして、機関始動操作が行われてモータ用制御装置６０への給電が開始されると、ＥＥＰＲＯＭ６１ｃに記憶された検出値ＳをＲＡＭ６１ｂに読み込むことにより、機関始動直後における上記検出値Ｓの算出を可能にしている。

本実施形態では、例えば、内燃機関の暖機が完了するまでは、上記可変動弁機構２０による最大リフト量ＶＬの変更とスロットル弁４の開度調整とを通じて吸入空気量を調量する協調制御モードにて、吸入空気量が調量される。この協調制御モードでは、最大リフト量ＶＬ及びスロットル弁の開度が増大されることによって吸入空気量は増量され、最大リフト量ＶＬ及びスロットル弁の開度が減少されることによって吸入空気量は減量される。そして、内燃機関の暖機が完了すると、協調制御モードは終了されて、スロットル弁４は基本的に全開付近の開度に固定され、吸入空気量の調量は可変動弁機構２０による最大リフト量ＶＬの変更を通じて行われる。

ところで、この可変動弁機構２０にあって、最大リフト量ＶＬを変更する可変部（例えば上記スライダギア２６等）や、可変動弁機構２０を駆動するアクチュエータ部（例えば上記変換機構６４等）に、異物のかみ込みや劣化油等に起因する固着等が発生すると、次のような不都合が発生する。すなわち、可変動弁機構２０の作動速度が遅くなったり、コントロールシャフト２１の動作位置を変更することが不可能になる等といった作動異常が発生するおそれがある。

そこで本実施形態では、そうした作動異常による可変動弁機構２０の故障を、上記検出値Ｓの変化状態に基づいて判定するようにしている。より詳細には、上記目標値Ｓｐが変更されたときの同検出値Ｓの変化量に基づいて可変動弁機構２０に故障が生じているか否かを判定するようにしている。

他方、コントロールシャフト２１の動作位置に示す上記検出値Ｓと、同コントロールシャフト２１の実際の動作位置（以下、実値Ｒという）との間にずれが生じている状態で可変動弁機構２０が駆動されると、実値Ｒが上記目標値Ｓｐに達する前に、当該可変動弁機構２０の可動限界位置に達してしまうことがある。

例えば、図６に示すように、機関停止操作によってモータ用制御装置６０への給電が停止される前には、検出値ＳがＥＥＰＲＯＭ６１ｃに記憶される（時刻ｔ１）。その後、モータ用制御装置６０への給電が停止されているときに内燃機関のクランクシャフトが回転されるようなことがあると（例えば傾斜地に車両を止めた場合など）、吸気バルブ１０のバルブスプリング１１の反力によって、可変動弁機構２０の入力部２３と出力部２４との相対位相差が小さくなる方向にコントロールシャフト２１が移動する。このように、モータ用制御装置６０への給電が停止されているときにコントロールシャフト２１の動作位置が変化してしまうと、次回の機関始動操作によってモータ用制御装置６０への給電が開始されたときには（時刻ｔ２）、ＲＡＭ６１ｂに読み込まれる検出値Ｓと実値Ｒとの間にずれが生じてしまう。より詳細には、検出値Ｓに対して実値Ｒはずれ量Ｚの分だけ小さくなる。このようにずれが生じている状態で、最大リフト量ＶＬが小さくなる方向に上記目標値Ｓｐが変更されて可変動弁機構２０が駆動されると、検出値Ｓが目標値Ｓｐに達する前に、実値Ｒが当該可変動弁機構２０の可動限界位置であるＬｏ端に達してしまうことがある（時刻ｔ３）。

この場合には、可動限界位置にて実値Ｒの変化が止まってしまうため、検出値Ｓの変化も停止する。そのため、上述したような故障の発生時と同じ状態になり、可変動弁機構２０に故障有りと判定される。ちなみに、上述したようなずれは、機関始動後においてモータ用制御装置６０の給電が一時的に停止したとき、いわゆる瞬断の発生時にも発生することがある。

ここで、検出値Ｓと実値Ｒとのずれに起因した作動異常の発生時は、可変動弁機構が故障しているわけではなく、そのずれを修正すれば、そうした作動異常を解消することができるものである。しかし、上記判定態様だけでは、固着等に起因した機構上の不具合、すなわち可変動弁機構の故障による作動異常と、検出値Ｓ及び実値Ｒのずれに起因した制御上の不具合による作動異常とを区別することができず、それらいずれの場合にも、一律に故障有りと判定されてしまう。

そこで、本実施形態では、上記態様にて故障有りとされた判定結果が正しいのか否かを、次の原理に基づいてさらに判定することにより、機構上の不具合による可変動弁機構２０の故障をより正確に判定することができるようにしている。

即ち、上記協調制御モードにて最大リフト量ＶＬの減少及びスロットル弁４の開度減少が行われているときに、上述したような検出値Ｓと実値Ｒとのずれに起因した制御上の不具合が発生し、実値Ｒが可動限界位置に達した場合、図７に示すように、最大リフト量ＶＬは最小リフト量になっており、かつスロットル弁４の開度も正常に減少されている。

一方、協調制御モードにて最大リフト量ＶＬの減少及びスロットル弁４の開度減少が行われているときに、上述したような固着等に起因した機構上の不具合による可変動弁機構２０の作動異常が発生したときには、図８に示すように、最大リフト量ＶＬの減少がその変更過程で滞る。そのため、先の図７に示す状態よりも吸気バルブ１０の最大リフト量は大きくなっている一方で、スロットル弁４の開度については、先の図７に示した状態と同様に正常に減少される。この場合には、最大リフト量ＶＬによって制限される吸入空気量よりも、スロットル弁４の開度によって制限される吸入空気量の方が多くなる。そのため、図９に示すごとく、固着等に起因した機構上の不具合によって可変動弁機構２０に作動異常が発生した場合の上記吸気圧ＰＭ（実線にて図示）は、検出値Ｓと実値Ｒとのずれに起因した制御上の不具合によって可変動弁機構２０に作動異常が発生した場合の吸気圧ＰＭ（二点鎖線にて図示）と比較して、低くなる傾向がある。

このように検出値Ｓと実値Ｒとのずれに起因した制御上の不具合による作動異常の発生時と、固着等に起因した機構上の不具合による作動異常の発生時とでは、上記吸気圧ＰＭが異なった状態になるため、同吸気圧ＰＭに基づいて作動異常の原因を切り分けることが可能である。

そこで、本実施形態では、上記原理を利用して、協調制御モードにて最大リフト量ＶＬの減少及びスロットル弁４の開度減少が行われているときに、検出値Ｓの変化状態に基づいて可変動弁機構２０に故障有りとの判定がなされたときには、吸気圧ＰＭに基づき、その故障有りとの判定が正しいか否かが判定するようにしている。より詳細には、吸気圧ＰＭに基づく仮判定の正誤判定について、吸気圧ＰＭが規定値Ｐ１未満のときには、可変動弁機構２０に故障有りとの仮判定が正しいと判定する。一方、吸気圧ＰＭが規定値Ｐ１以上のときには、故障有りとの仮判定が誤りであり、検出値Ｓと実値Ｒとの間にずれが生じていると判定するようにしており、これにより機構上の不具合による可変動弁機構２０の故障がより正確に判定される。

図１０に、上記判定原理に基づく、本実施形態での故障判定処理についてその手順をしめす。なお、この故障判定処理は、上記モータ用制御装置６０によって実行される処理であり、協調制御モードにて最大リフト量ＶＬの減少及びスロットル弁４の開度減少が開始されたことを契機にその実行が開始される。

本処理が開始されるとまず、リフト変化量ＬＨが読み込まれる（Ｓ１００）。このリフト変化量ＬＨは、所定期間内での最大リフト量ＶＬの変化量であり、同リフト変化量ＬＨは、上記検出値Ｓの変化状態を示す値である。そして、ステップＳ１００にて最大リフト量ＶＬの減少が判断されているため、ここでのリフト変化量ＬＨは、上記目標値Ｓｐが変更されたときの検出値Ｓの変化量を示す値になる。

次に、リフト変化量ＬＨが判定値α以下であるか否かが判定される（Ｓ１１０）。この判定値αには、固着等に起因する機構上の不具合によって、可変動弁機構２０の作動速度が過度に遅くなっていること、或いはコントロールシャフト２１の動作位置が変化していないことを判定することの値が適宜設定されている。そして、リフト変化量ＬＨが判定値αを超えている場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、可変動弁機構２０に故障無しと判断されて、本処理は終了される。

一方、リフト変化量ＬＨが判定値α以下である場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、可変動弁機構２０の作動速度が過度に遅くなっている、或いはコントロールシャフト２１の動作位置が変化していないため、可変動弁機構２０に故障有りとの仮判定がなされる。なお、ステップＳ１１０での故障判定に用いるパラメータとして、リフト変化量ＬＨの他に、電動モータ６２の駆動電流等といった他のパラメータを加えるようにしてもよい。

ステップＳ１１０にて、可変動弁機構２０に故障有りとの仮判定がなされると、次に、吸気圧ＰＭが上記規定値Ｐ１以上であるか否かが判定される（Ｓ１２０）。なお、故障有りとの仮判定がなされた時点で、吸気圧ＰＭが上記規定値Ｐ１未満になっている場合の他に、そうした仮判定がなされてから所定期間が経過した後に、吸気圧ＰＭが上記規定値Ｐ１未満になる場合もある。そこで、ステップＳ１１０では、故障有りとの仮判定がなされた時点から、予め設定された期間が経過するまでの間の吸気圧ＰＭが規定値Ｐ１と比較される。

そして、ステップＳ１２０にて、吸気圧ＰＭが上記規定値Ｐ１未満であると判定される場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、可変動弁機構２０に故障有りとの仮判定が正しいものであるため、故障有りと判定される（Ｓ１４０）。そして、故障有りと判定されると、可変動弁機構２０の駆動制御を中止するために、電動モータ６２への通電が停止されて（Ｓ１５０）、本処理は終了される。

一方、ステップＳ１２０にて、吸気圧ＰＭが上記規定値Ｐ１以上であると判定される場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、先のステップＳ１１０で行われた故障有りとの仮判定が誤りであり、検出値Ｓと実値Ｒとの間にずれが生じていると判断される。このようにずれが生じていると判断される場合には、そのずれを修正して可変動弁機構２０の駆動制御を継続するべく、検出値Ｓの再学習が行われて（Ｓ１３０）、本処理は終了される。ステップＳ１３０での検出値Ｓの再学習とは、実値Ｒに対する検出値Ｓのずれを修正する処理であって、次のような態様にて行われる。

まず、最大リフト量ＶＬ及び作用角ＩＮＣＡＭが最小となるコントロールシャフト２１の可動限界位置を示す上記Ｌｏ端の位置や、最大リフト量ＶＬ及び作用角ＩＮＣＡＭが最大となるコントロールシャフト２１の可動限界位置を示すＨｉ端の位置は、可変動弁機構の構成によって決まる不変の位置であり、予め知ることができる。そこで、例えばコントロールシャフト２１をＨｉ端に向けて強制駆動し、同コントロールシャフト２１がＨｉ端に達した時点での検出値Ｓと予め把握されているＨｉ端動作位置とのずれ量が算出される。そして、そのずれ量にて検出値Ｓが修正されることにより、検出値ＳとＨｉ端動作位置とが一致するようになり、これにより実値Ｒに対する検出値Ｓのずれが修正される。なお、コントロールシャフト２１をＬｏ端に向けて強制駆動し、同コントロールシャフト２１がＬｏ端に達した時点での検出値Ｓと予め把握されているＬｏ端動作位置とのずれ量を算出する。そして、そのずれ量にて検出値Ｓを修正するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、次のような作用効果を得ることができる。
（１）協調制御モードにて最大リフト量ＶＬの減少及びスロットル弁４の開度減少が行われているときに、検出値Ｓの変化状態に基づいて可変動弁機構２０に故障有りとの判定がなされたときには、スロットル弁４と吸気バルブ１０との間の吸気圧ＰＭに基づき、その故障有りとの判定が正しいか否かを判定するようにしている。これにより、検出値Ｓの変化状態に基づいて可変動弁機構２０の故障が仮判定され、その結果、故障有りと仮判定されたときには、吸気圧ＰＭに基づいてその仮判定が正しいか否かがさらに判定される。従って、機構上の不具合による可変動弁機構２０の故障をより正確に判定することができるようになる。

（２）機構上の不具合によって可変動弁機構２０に故障有りと仮判定されたときに、その仮判定が正しいか否かを吸気圧ＰＭに基づいて判定する場合の判定態様として、吸気圧ＰＭが規定値Ｐ１未満のときには故障有りとの仮判定が正しいと判定するようにしており、これにより故障の仮判定に関する正誤を適切に判定することができるようになる。

（３）上述したように、機構上の不具合による作動異常の発生時には、制御上の不具合による作動異常の発生時と比較して、吸気圧ＰＭが低くなる傾向にある。逆にいえば、制御上の不具合による作動異常の発生時には、機構上の不具合による作動異常の発生時と比較して、吸気圧ＰＭが高くなる傾向にある。そこで、機構上の不具合によって可変動弁機構２０に故障有りと仮判定された場合にあって、吸気圧ＰＭが規定値Ｐ１以上のときには、検出値Ｓと実値Ｒとの間にずれが生じていると判定するようにしており、これにより、検出値Ｓ及び実値Ｒのずれに起因した制御上の不具合による可変動弁機構２０の作動異常を適切に検出することも可能になる。

なお、上述した従来の判定装置では、固着等に起因した機構上の不具合による作動異常と、検出値Ｓ及び実値Ｒのずれに起因した制御上の不具合による作動異常とを区別することができず、制御上の不具合による作動異常の発生時であっても、可変動弁機構２０に故障有りと判定されてしまう。そのため、実際には可変動弁機構２０に機構上の不具合が生じていない場合でも、ユーザが整備工場などに可変動弁機構２０の整備を依頼することになり、同ユーザに不必要な負担をかけてしまうおそれがある。一方、本実施形態によれば、固着等に起因した機構上の不具合による作動異常なのか、検出値Ｓ及び実値Ｒのずれに起因した制御上の不具合による作動異常なのかを区別することができるため、そうしたユーザに対する不必要な負担の発生を抑えることも可能になる。

（４）検出値Ｓと実値Ｒとの間にずれが生じていると判定された場合には、実値Ｒに対する検出値Ｓのずれを修正する処理を行うようにしており、これにより制御上の不具合に起因する可変動弁機構の作動異常の発生を解消することができるようになる。

なお、上述した従来の判定装置では、制御上の不具合による作動異常の発生時であっても、可変動弁機構２０に故障有りと判定されてしまうため、この故障有りとの判定がなされることで可変動弁機構２０の駆動制御が中止される場合には、上記内燃機関を搭載した車両の走行性が低下してしまう。一方、本実施形態では、可変動弁機構２０の作動異常が、機構上の不具合によるものなのか、制御上の不具合によるものなのかを区別することができる。そして、制御上の不具合によるものであるとの判定がなされた場合には、上述したように、その制御上の不具合に起因する可変動弁機構２０の作動異常の発生を解消することができ、可変動弁機構２０の駆動制御を継続させることが可能である。従って、制御上の不具合によって可変動弁機構２０に作動異常が発生した場合でも、車両の走行性を好適に確保することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・先の図１０に示した故障判定処理において、ステップＳ１３０の処理を省略する。そして、ステップＳ１２０で肯定判定された場合には、故障有りとの仮判定が誤りであると判定して、故障判定処理の実行を終了させるようにしてよい。この場合でも、機構上の不具合による可変動弁機構２０の故障をより正確に判定することができるようになる。

・上記故障判定処理のステップＳ１１０では、リフト変化量ＬＨに基づいて可変動弁機構２０の故障を仮判定するようにしたが、その他の態様で故障の仮判定を行うようにしてもよい。例えば、検出値Ｓと目標値Ｓｐとの偏差が大きく、かつ検出値Ｓの変化量が小さいといった状態が所定期間継続している場合に、可変動弁機構２０に故障有りとの仮判定を行うようにしてもよい。また、最大リフト量の変化速度に基づいて故障有りとの仮判定を行うようにしてもよい。

・吸気圧ＰＭを吸気圧センサ７２で検出するようにしたが、機関運転状態に基づいて推定するようにしてもよい。例えば、アクセルペダルの操作量及び機関回転速度、あるいはスロットル弁４の開度及び機関回転速度、あるいは吸入空気量及び機関回転速度等に基づいて吸気圧ＰＭを推定するようにしてもよい。

・回転運動する電動モータ６２に代えて、直線運動する電動式のリニアモータ等を用いる場合でも本発明は同様に適用することができる。
・可変動弁機構２０の駆動制御を最大リフト量ＶＬに基づいて行うようにしたが、作用角ＩＮＣＡＭに基づいて行うようにしてもよい。

・上記位置センサ６３は、磁気変化を利用して電動モータ６２のロータの回転位相変化を検出する磁気センサであったが、この他のセンサ（例えば光学式のセンサ等）を用いるようにしてもよい。

・可変動弁機構の動作位置を他の方法で検出するようにしてもよい。
・上記実施形態で説明した可変動弁機構２０は一例であり、他の構成で吸気バルブ１０の最大リフト量を可変とする可変動弁機構であっても、本発明は同様に適用することができる。

本発明にかかる故障判定装置を具体化した一実施形態にあって、これが適用される内燃機関の吸・排気弁駆動機構の構成を説明する断面図。 同実施形態における吸・排気弁駆動機構の配置構造を示す平面図。 同実施形態における可変動弁機構の破断斜視図。 同実施形態における吸気バルブのバルブ特性についてその変更態様を示すグラフ。 同実施形態において、吸気バルブのバルブ特性を制御する制御システムを示すブロック図。 同実施形態において検出値と実値との間にずれが生じているときのコントロールシャフトの位置変化を示すタイミングチャート。 同実施形態において、検出値と実値とのずれに起因した制御上の不具合が発生しているときの吸気バルブ及びスロットル弁の状態を示す模式図。 同実施形態において、固着等に起因した機構上の不具合が発生しているときの吸気バルブ及びスロットル弁の状態を示す模式図。 同実施形態において、制御上の不具合による作動異常の発生時と、機構上の不具合による作動異常の発生時とにおける吸気圧の相違を示すグラフ。 同実施形態における故障判定処理の手順を示すフローチャート。

符号の説明

２…シリンダヘッド、２ａ…吸気ポート、２ｂ…排気ポート、３…吸気通路、４…スロットル弁、５…吸気カムシャフト、６…吸気用カム、７…排気カムシャフト、８…排気用カム、１０…吸気バルブ、１０ａ…リテーナ、１１…バルブスプリング、１２…ロッカアーム、１２ａ…ローラ、１３…ラッシュアジャスタ、１４…スプリング、１５…排気バルブ、１５ａ…リテーナ、１６…バルブスプリング、１７…ラッシュアジャスタ、１８…ロッカアーム、１８ａ…ローラ、２０…可変動弁機構、２１…コントロールシャフト、２２…支持パイプ、２２ａ…長孔、２３…入力部、２３ａ…ヘリカルスプライン、２３ｂ…ローラ、２４…出力部、２４ａ…ヘリカルスプライン、２６…スライダギア、２６ａ…ヘリカルスプライン、２６ｂ…ヘリカルスプライン、２７…係止ピン、２８…ブッシュ、２８ａ…貫通孔、２９…溝、４０…吸気弁駆動機構、４５…排気弁駆動機構、６０…モータ用制御装置、６１…制御部、６１ａ…ＣＰＵ、６１ｂ…ＲＡＭ、６１ｃ…ＥＥＰＲＯＭ、６２…電動モータ、６３…位置センサ、６４…変換機構、７０…アクセルセンサ、７１…クランク角センサ、７２…吸気圧センサ、７３…イグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）、８０…通信ネットワーク（ＣＡＮ）、１００…機関用制御装置。

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気バルブについてその最大リフト量を変更する可変動弁機構と、同可変動弁機構の動作位置を検出する検出手段と、吸気通路に設けられたスロットル弁とを備え、前記最大リフト量及び前記スロットル弁の協調制御を通じて吸入空気量を調量する協調制御モードを有する内燃機関に適用されて、前記動作位置の検出値の変化状態に基づいて前記可変動弁機構の故障を判定する装置であって、
   前記協調制御モードにて前記最大リフト量の減少及び前記スロットル弁の開度減少が行われているときに、前記検出値の変化状態に基づいて前記可変動弁機構に故障有りとの判定がなされたときには、前記吸気通路内にあって前記スロットル弁と前記吸気バルブとの間の吸気圧に基づいて前記故障有りとの判定が正しいか否かを判定する
   ことを特徴とする可変動弁機構の故障判定装置。
2. 前記吸気圧が規定値未満のときには、前記故障有りとの判定が正しいと判定する
   請求項１に記載の可変動弁機構の故障判定装置。
3. 前記故障有りとの判定が正しいと判定されたときには、前記可変動弁機構の駆動制御を中止する
   請求項２に記載の可変動弁機構の故障判定装置。
4. 前記吸気圧が前記規定値以上のときには、前記検出手段による前記動作位置の検出値と前記動作位置の実値との間にずれが生じていると判定する
   請求項２または３に記載の可変動弁機構の故障判定装置。
5. 前記ずれが生じていると判定されたときには、前記実値に対する前記検出値のずれを修正する処理を行う
   請求項４に記載の可変動弁機構の故障判定装置。

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