JP2009243377A - 内燃機関 - Google Patents

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Abstract

【課題】ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度に対して異なる異常が生じた際に機関出力の過度の変動を抑制することのできる内燃機関を提供する。
【解決手段】エンジン１０は、排気駆動式の過給機５０、排気通路３０にてタービンホイール５１を迂回するように設けられるバイパス通路５３、及びバイパス通路５３に設けられて排気流通面積を可変とするウエストゲートバルブ５４を備える。また、吸気バルブ２１及び排気バルブ３１のバルブタイミングをそれぞれ可変とする可変動弁機構４０を備える。電子制御装置７０は、ウエストゲートバルブ５４の実際の開度ＷＡが正常時の開度に対して異なる異常が生じているか否かを判定し、異常が生じている旨判定されたときには、燃焼室１２から排出される排気の圧力を当該異常が生じていないときの排気の圧力に近づけるように可変動弁機構４０を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼室に吸入される空気を過給する排気駆動式の過給機と、排気通路にて過給機を迂回するように設けられるバイパス通路と、このバイパス通路に設けられて排気流通面積を可変とするウエストゲートバルブとを備える内燃機関に関する。
この種の内燃機関としては、例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載のものも含め、こうした内燃機関においては、過給機による過給圧が所定圧よりも低いときには、ウエストゲートバルブを閉じた状態とし、燃焼室から排出される排気の全てを過給機のタービンホイールに対して流すようにしている。一方、過給機による過給圧が所定圧以上であるときには、ウエストゲートバルブを開き、燃焼室から排出される排気の一部をバイパス通路に流すことにより、過給機のタービンホイールに対して作用する排気の圧力を低めるようにしている。これにより、過給圧が過度に上昇することを抑制するようにしている。
特開２００４―１９４４９号公報
ところが、ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度に対して異なる異常が生じると、ウエストゲートバルブを的確に制御することが困難となる。その結果、過給機のタービンホイールに対して作用する排気の圧力を的確に制御することができないことに起因して、すなわち過給圧を的確に制御することができないことに起因して機関出力が過度に増大したり、あるいは過度に低下したりするといった問題が生じるおそれがある。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度に対して異なる異常が生じた際に機関出力の過度の変動を抑制することのできる内燃機関を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、燃焼室に吸入される空気を過給する排気駆動式の過給機と、排気通路にて前記過給機を迂回するように設けられるバイパス通路と、このバイパス通路に設けられて排気流通面積を可変とするウエストゲートバルブとを備える内燃機関において、機関バルブの開閉態様を可変とする可変動弁機構と、前記ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度に対して異なる異常が生じているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記ウエストゲートバルブに異常が生じている旨判定されたときには、燃焼室から排出される排気の圧力を当該異常が生じていないときの排気の圧力に近づけるように前記可変動弁機構を制御する制御手段とを備えることをその要旨としている。
上記構成によれば、ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度に対して異なる異常が生じている旨の判定がなされたときには、燃焼室から排出される排気の圧力を当該異常が生じていないときの排気の圧力に近づけるように可変動弁機構を制御するようにしている。従って、ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度に対して異なる異常が生じた際に機関出力の過度の変動を抑制することができるようになる。
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、前記判定手段により、前記ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度よりも閉じ側にある異常が生じている旨の判定がなされたときには、前記制御手段は、燃焼室から排出される排気の圧力を低下させるように前記可変動弁機構を制御することをその要旨としている。
ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度よりも閉じ側にある異常が生じているときには、ウエストゲートバルブが正常であるときに比べて、過給機に対して作用する排気の圧力が上昇し、これにともない過給圧が上昇するようになる。その結果、機関出力が過度に増大するといった問題が生じる。
この点、上記構成によれば、ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度よりも閉じ側にある異常が生じている旨の判定されたときには、燃焼室から排出される排気の圧力を低下させるように可変動弁機構を制御するようにしている。これにより、過給機に対して作用する排気の圧力を低下させることができ、過給圧の上昇を抑制することができるようになる。従って、ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度よりも閉じ側にある異常が生じた際に機関出力の過度の増大を抑制することができるようになる。
（３）請求項２に記載の発明は、請求項３に記載の発明によるように、前記制御手段は、前記異常が生じている旨の判定がなされていないときには、機関運転状態に基づいて算出される前記機関バルブの目標開閉態様に応じて前記可変動弁機構を制御し、前記異常が生じている旨の判定がなされたときには、燃焼室から排出される排気の圧力を低下させるように前記機関バルブの前記目標開閉態様を補正するとともに、該補正された目標開閉態様に応じて前記可変動弁機構を制御するといった態様をもって具体化することができる。
（４）請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関において、前記可変動弁機構は、前記機関バルブの開閉態様として、吸気バルブの閉弁タイミングを可変とする吸気バルブタイミング可変機構であり、前記制御手段は、前記異常が生じている旨の判定がなされたときには、前記吸気バルブの閉弁タイミングを機関運転状態に基づいて算出される目標閉弁タイミングよりも進角側に補正するとともに、該補正された目標閉弁タイミングに応じて前記吸気バルブタイミング可変機構を制御することをその要旨としている。
上記構成によれば、吸気バルブの閉弁タイミングを目標閉弁タイミングよりも進角側に補正する分だけ、すなわち吸気バルブを目標閉弁タイミングよりも早く閉じる分だけ、吸気バルブを通じて燃焼室に吸入される空気の量を少なくすることができるようになる。これにより、燃焼圧を低下させることができ、燃焼室から排出される排気の圧力を低下させることができるようになる。
（５）請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４に記載の内燃機関において、前記可変動弁機構は、前記機関バルブの開閉態様として、排気バルブの閉弁タイミングを可変とする排気バルブタイミング可変機構であり、前記制御手段は、前記異常が生じている旨の判定がなされたときには、前記排気バルブと吸気バルブとが共に開弁している期間であるバルブオーバラップ期間が増大されるように、前記排気バルブの閉弁タイミングを機関運転状態に基づいて算出される目標閉弁タイミングよりも遅角側に補正するとともに、該補正された目標閉弁タイミングに応じて前記排気バルブタイミング可変機構を制御することをその要旨としている。
上記構成によれば、排気バルブの閉弁タイミングを遅角してバルブオーバラップ期間が増大される分だけ、燃焼室から排気通路に排出される排気のうち再び燃焼室に戻されるものの量、すなわち内部ＥＧＲ量を多くすることができるようになる。これにより、内部ＥＧＲ量が多くなる分だけ、直後の燃焼行程において吸気バルブを通じて燃焼室に吸入される空気の量を少なくすることができ、燃焼圧を低下させることができるようになる。また、内部ＥＧＲ量が多くなる分だけ、そのとき過給機側に排出される排気の量を少なくすることができるようになる。従って、燃焼室から排出される排気の圧力を低下させることができるようになる。
（６）請求項６に記載の発明は、請求項３または請求項４に記載の内燃機関において、前記可変動弁機構は、前記機関バルブの開閉態様として、排気バルブの閉弁タイミングを可変とする排気バルブタイミング可変機構であり、前記制御手段は、前記異常が生じている旨の判定がなされたときには、前記排気バルブの閉弁タイミングを機関運転状態に基づいて算出される目標閉弁タイミングよりも進角側に補正するとともに、該補正された目標閉弁タイミングに応じて前記排気バルブタイミング可変機構を制御することをその要旨としている。
上記構成によれば、排気バルブの閉弁タイミングを目標閉弁タイミングよりも進角側に補正する分だけ、すなわち排気バルブを目標閉弁タイミングよりも早く閉じる分だけ、燃焼室から排気通路に排出されることなく吸気通路に吹き返される排気の量を多くすることができるようになる。これにより、そうした排気の量が多くなる分だけ、直後の燃焼行程において吸気バルブを通じて燃焼室に吸入される空気の量を少なくすることができ、燃焼圧を低下させることができるようになる。従って、燃焼室から排出される排気の圧力を低下させることができるようになる。
（７）請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関において、前記判定手段により、前記ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度よりも開き側にある異常が生じている旨の判定がなされたときには、前記制御手段は、燃焼室から排出される排気の圧力を上昇させるように前記可変動弁機構を制御することをその要旨としている。
ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度よりも開き側にある異常が生じているときには、ウエストゲートバルブが正常であるときに比べて、過給機に対して作用する排気の圧力が低下し、これにともない過給圧が低下するようになる。その結果、機関出力が過度に低下するといった問題が生じる。
この点、上記構成によれば、ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度よりも開き側にある異常が生じている旨の判定されたときには、燃焼室から排出される排気の圧力を上昇させるように可変動弁機構を制御するようにしている。これにより、過給機に対して作用する排気の圧力を増大させることができ、過給圧の低下を抑制することができるようになる。従って、ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度よりも開き側にある異常が生じた際に機関出力の過度の低下を抑制することができるようになる。
（８）請求項７に記載の発明は、請求項８に記載の発明によるように、前記制御手段は、前記異常が生じている旨の判定がなされていないときには、機関運転状態に基づいて算出される前記機関バルブの目標開閉態様に応じて前記可変動弁機構を制御し、前記異常が生じている旨の判定がなされたときには、燃焼室から排出される排気の圧力を上昇させるように前記機関バルブの前記目標開閉態様を補正するとともに、該補正された目標開閉態様に応じて前記可変動弁機構を制御するといった態様をもって具体化することができる。
（９）請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の内燃機関において、前記可変動弁機構は、前記機関バルブの開閉態様として、吸気バルブの閉弁タイミングを可変とする吸気バルブタイミング可変機構であり、前記制御手段は、前記異常が生じている旨の判定がなされたときには、前記吸気バルブの閉弁タイミングを機関運転状態に基づいて算出される目標閉弁タイミングよりも遅角側に補正するとともに、該補正された目標閉弁タイミングに応じて前記吸気バルブタイミング可変機構を制御することをその要旨としている。
上記構成によれば、吸気バルブの閉弁タイミングを目標閉弁タイミングよりも遅角側に補正する分だけ、すなわち吸気バルブを目標閉弁タイミングよりも遅く閉じる分だけ、吸気バルブを通じて燃焼室に吸入される空気の量を多くすることができるようになる。これにより、燃焼圧を上昇させることができ、燃焼室から排出される排気の圧力を上昇させることができるようになる。
＜第１実施形態＞
図１〜図６を参照して、本発明にかかる内燃機関を車載用筒内噴射式ガソリンエンジン（以下、「エンジン１０」）として具体化した第１実施形態について説明する。
図１に、エンジン１０の概略構成を示す。
エンジン１０の気筒１１には、その燃焼室１２内に燃料を直接噴射するインジェクタ１３と、このインジェクタ１３により噴射された燃料と空気との混合気に点火する点火プラグ１４とが設けられている。また、エンジン１０の燃焼室１２には、吸気通路２０及び排気通路３０が接続されている。また、エンジン１０の気筒１１には、燃焼室１２と吸気通路２０との連通状態を切り替えるための吸気バルブ２１及び燃焼室１２と排気通路３０との連通状態を切り替えるための排気バルブ３１がそれぞれ設けられている。
吸気通路２０は、燃焼室１２に接続される吸気ポート２２、この吸気ポート２２の吸気上流側に接続される吸気管２３を備えている。吸気管２３には、その吸気流通面積を可変とするスロットルバルブ２４及びこれを開閉駆動するスロットルモータ２５が設けられており、吸気通路２０を通じて燃焼室１２に供給される吸入空気の流量は、このスロットルバルブ２４の開度に応じて制御される。
一方、排気通路３０は、燃焼室１２に接続される排気ポート３２、この排気ポート３２の排気下流側に接続される排気管３３を備えている。
また、エンジン１０には、機関バルブ（吸気バルブ２１及び排気バルブ３１）の開閉態様を可変とする可変動弁機構４０が備えられている。この可変動弁機構４０は、吸気バルブ２１のバルブタイミングを可変とする吸気バルブタイミング可変機構４１と排気バルブ３１のバルブタイミングを可変とする排気バルブタイミング可変機構４２とからなる。
吸気バルブタイミング可変機構４１は、吸気バルブ２１を駆動するカムシャフトとエンジン１０のクランクシャフト１５との相対回転位相を変更する機構であって、同機構の駆動を通じて吸気バルブ２１のバルブタイミング（吸気バルブタイミングＩＮＶＴ）は連続的に変更される。このバルブタイミングの変更により、吸気バルブ２１の開弁タイミングＩＶＯ及び閉弁タイミングＩＶＣは同じクランク角度だけ進角または遅角される。すなわち、図２に示すように、吸気バルブ２１の開弁期間ＩＶＯＡが一定に維持された状態で、吸気バルブの開弁タイミングＩＶＯ及び閉弁タイミングＩＶＣが進角方向、あるいは遅角方向に変更される。なお、本実施形態では、吸気バルブタイミング可変機構４１によるバルブタイミングの変更範囲のうちで、開弁タイミングＩＶＯ及び閉弁タイミングＩＶＣが最も遅くなる最遅角位置ＩＮＶＴＳを基準として、その最遅角位置ＩＮＶＴＳからの進角量ΔＩＮＶＴを用いて吸気バルブタイミングＩＮＶＴを表している。
一方、排気バルブタイミング可変機構４２は、排気バルブ３１を駆動するカムシャフトとエンジン１０のクランクシャフト１５との相対回転位相を変更する機構であって、同機構の駆動を通じて排気バルブ３１のバルブタイミング（排気バルブタイミングＥＸＶＴ）は連続的に変更される。このバルブタイミングの変更により、排気バルブ３１の開弁タイミングＥＶＯ及び閉弁タイミングＥＶＣは同じクランク角度だけ進角または遅角される。すなわち、図３に示すように、排気バルブ３１の開弁期間ＥＶＯＡが一定に維持された状態で、排気バルブの開弁タイミングＥＶＯ及び閉弁タイミングＥＶＣが進角方向、あるいは遅角方向に変更される。なお、本実施形態では、排気バルブタイミング可変機構４２によるバルブタイミングの変更範囲のうちで、開弁タイミングＥＶＯ及び閉弁タイミングＥＶＣが最も早くなる最進角位置ＥＸＶＴＳを基準として、その最進角位置ＥＸＶＴＳからの遅角量ΔＥＸＶＴを用いて排気バルブタイミングＥＸＶＴを表している。
また、エンジン１０には、燃焼室１２から排出される排気の圧力によって駆動される過給機５０が設けられている。過給機５０は、排気管３３に設けられるタービンホイール５１と、吸気管２３に設けられてタービンホイール５１に軸連結されるコンプレッサホイール５２とを備えている。そして、排気の圧力によってタービンホイール５１が回転すると、これにともないタービンホイール５１に軸連結されるコンプレッサホイール５２が回転し、これにより燃焼室１２に吸入される空気が過給されるようになっている。
また、排気通路３０には、過給機５０を迂回するようにバイパス通路５３が接続され、このバイパス通路５３にはその排気流通面積を可変とするウエストゲートバルブ５４及びこれを開閉駆動するアクチュエータ５５が設けられている。従って、ウエストゲートバルブ５４の開度を制御してバイパス通路５３を通過する排気の流量を可変とすることで、タービンホイール５１側に流れる排気の流量が変更され、過給機５０の回転速度が調整されるようになっている。こうした過給機５０の回転速度調整により、エンジン１０の過給圧ＰＭが変更されるようになる。
更にエンジン１０には、その運転状態を検出するための各種センサが設けられている。すなわち、クランクシャフト１５の近傍には、その回転速度（以下、「機関回転速度ＮＥ」）を検出する回転速度センサ６１が設けられている。また、スロットルバルブ２４の近傍には、その開度（以下、「スロットル開度ＴＡ」）を検出するスロットルセンサ６２が設けられている。また、このスロットルバルブ２４の吸気上流側には、吸気通路２０を通過する吸入空気の流量（以下、「吸気空気量ＧＡ」）を検出するエアフローメータ６３が設けられている。また、コンプレッサホイール５２の吸気下流側には、吸入空気の圧力（以下、「過給圧ＰＭ」）を検出する過給圧センサ６４が設けられている。また、ウエストゲートバルブ５４の近傍には、その開度（「ウエストゲート開度ＷＡ」）を検出するウエストゲートセンサ６５が設けられている。また、吸気バルブタイミング可変機構４１の近傍には吸気バルブタイミングＩＮＶＴを検出する吸気バルブタイミングセンサ６６が設けられ、排気バルブタイミング可変機構４２の近傍には排気バルブタイミングＥＸＶＴを検出する排気バルブタイミングセンサ６７が設けられている。これら各センサ６１〜６７の検出信号は、エンジン１０の各種制御を実行する電子制御装置７０に入力される。
電子制御装置７０は、各種制御を実行するためのプログラム及び演算用マップ、並びに制御の実行に際して算出される各種データ等を記憶するメモリを備えて構成されており、上記各センサ６１〜６７をはじめとする各種センサの出力値により把握されるエンジン１０の運転状態等に基づいて、例えば次の各制御を実行する。すなわち、機関運転状態に基づいて目標噴射量や目標噴射時期を算出し、これら目標噴射量や目標噴射時期に応じてインジェクタ１３を制御する燃料噴射制御を実行する。また、機関運転状態に基づいて目標点火時期を算出し、同目標点火時期に応じて点火プラグ１４を制御する点火時期制御を実行する。また、機関運転状態に基づいて目標スロットル開度を算出し、同目標スロットル開度に応じてスロットルモータ２５を制御するスロットルバルブ制御を実行する。また、機関運転状態に基づいて吸気バルブタイミングＩＮＶＴの基本進角量ΔＩＮＶＴｂを算出し、同基本進角量ΔＩＮＶＴｂに応じて、吸気バルブタイミング可変機構４１を制御する吸気バルブタイミング制御を実行する。また、機関運転状態に基づいて排気バルブ３１の基本遅角量ΔＥＸＶＴｂを算出し、同基本遅角量ΔＥＸＶＴｂに応じて、排気バルブタイミング可変機構４２を制御する排気バルブタイミング制御を実行する。更に、機関運転状態に基づいてウエストゲートバルブ５４の目標開度を算出し、同目標開度に応じてウエストゲートバルブ５４を制御するウエストゲートバルブ制御を実行する。
ところで、こうしたエンジン１０にあっては、ウエストゲートバルブ５４が閉じた状態のまま固着するといった異常（以下、「閉固着異常」）が生じることがある。そして、こうした異常が生じると、ウエストゲートバルブ５４を通過するはずの排気が過給機５０のタービンホイール５１に向けて流れるようになることから、タービンホイール５１に対して作用する排気の圧力が上昇し、これにともない過給圧ＰＭが上昇するようになる。その結果、機関出力が過度に増大するといった問題が生じる。
そこで、本実施形態では、電子制御装置７０を通じて、ウエストゲートセンサ６５により検出されるウエストゲートバルブ５４の実際の開度ＷＡに基づいて閉固着異常が生じているか否かを判定するようにしている。ここでは、ウエストゲートバルブ５４の実際の開度ＷＡが目標開度ＷＡＴよりも閉じ側にある状態が所定期間継続したことをもって閉固着固着異常が生じている旨判定するようにしている。そして、ウエストゲートバルブ５４の閉固着異常が生じている旨判定されたときには、以下のバルブタイミング制御を通じて、燃焼室１２から排出される排気の圧力を低下させるように可変動弁機構４０を制御するようにしている。
次に、図４を参照して、バルブタイミング制御について説明する。なお図４は、バルブタイミング制御の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、エンジン１０の運転中に電子制御装置７０によって繰り返し実行される。
この処理では、まず、そのときの機関運転状態を読み込み、この機関運転状態に基づいて、吸気バルブ２１の基本進角量ΔＩＮＶＴｂ及び排気バルブ３１の基本遅角量ΔＥＸＶＴをそれぞれ算出する（ステップＳ１０１）。ここでは、機関運転状態として機関回転速度ＮＥや機関負荷ＫＬを用いている。また、機関負荷ＫＬとして、そのときの吸入空気量ＧＡと、そのときの機関回転速度ＮＥにおいて得られる吸入空気量ＧＡの最大値である最大吸入空気量ＧＡｍａｘとの比「ＧＡ／ＧＡｍａｘ」を用いている。
そして、次に、ウエストゲートバルブ５４の閉固着異常が生じているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。ここで、ウエストゲートバルブ５４の閉固着異常が生じている旨判断したときには（ステップＳ１０２：「ＹＥＳ」）、次に、以下の式（１）に基づいて吸気バルブ２１の目標進角量ΔＩＮＶＴＴを算出するとともに、以下の式（２）に基づいて排気バルブ３１の目標遅角量ΔＥＸＶＴＴを算出し（ステップＳ１０３）、この処理を一旦終了する。

ΔＩＮＶＴＴ ← ΔＩＮＶＴｂ ＋ ΔＫＩＮ ・・・（１）

ΔＥＸＶＴＴ ← ΔＥＸＶＴｂ ＋ ΔＫＥＸ ・・・（２）

ここでは、進角補正量ΔＫＩＮ及び遅角補正量ΔＫＥＸを予め設定される固定値としているが、これら補正量ΔＫＩＮ、ΔＫＥＸを、例えばそのときの過給圧ＰＭに基づいて可変設定するようにしてもよい。すなわち、過給圧ＰＭが高いときには低いときと比較して燃焼室１２から排出される排気の圧力を大きく低下させるように補正量ΔＫＩＮ、ΔＫＥＸを大きく設定するようにしてもよい。
一方、ウエストゲートバルブ５４の閉固着異常が生じていない旨判断したときには（ステップＳ１０２：「ＮＯ」）、次に、以下の式（３）に基づいて吸気バルブ２１の目標進角量ΔＩＮＶＴＴとして基本進角量ΔＩＮＶＴｂを設定する。また、以下の式（４）に基づいて排気バルブ３１の目標遅角量ΔＥＸＶＴＴとして基本遅角量ΔＥＸＶＴｂを設定し（ステップＳ１０４）、この処理を一旦終了する。

ΔＩＮＶＴＴ ← ΔＩＮＶＴｂ ・・・（３）

ΔＥＸＶＴＴ ← ΔＥＸＶＴｂ ・・・（４）

そして、このようにして算出された目標進角量ΔＩＮＶＴＴ及び目標遅角量ΔＥＸＶＴＴに応じて吸気バルブタイミング可変機構４１及び排気バルブタイミング可変機構４２をそれぞれ制御するようにしている。
次に、図５を参照して、ウエストゲートバルブ５４の閉固着異常が生じている旨判定された際に、吸気バルブ２１のバルブタイミングを進角補正することによる作用について説明する。
吸気バルブ２１の目標進角量ΔＩＮＶＴＴ（＝ΔＩＮＶＴｂ＋ΔＫＩＮ）に対応する閉弁タイミングＩＶＣＴ（実線）は、機関運転状態に基づいて算出される基本進角量ΔＩＮＶＴｂに対応する閉弁タイミングＩＶＣｂ（破線）よりも進角側に位置する。このため、吸気バルブ２１を上記閉弁タイミングＩＶＣｂよりも早く閉じる分だけ、吸気バルブ２１を通じて燃焼室１２に吸入される空気の量が少なくなる。これにより、燃焼圧が低下し、燃焼室１２から排出される排気の圧力が低下するようになる。
次に、図６を参照して、ウエストゲートバルブ５４の閉固着異常が生じている旨判定された際に、排気バルブ３１のバルブタイミングを遅角補正することによる作用について説明する。
排気バルブ３１の目標遅角量ΔＥＸＶＴＴ（＝ΔＥＸＶＴｂ＋ΔＫＥＸ）に対応する閉弁タイミングＩＶＣＴ（実線）は、機関運転状態に基づいて算出される基本遅角量ΔＥＸＶＴｂに対応する閉弁タイミングＥＶＣｂよりも遅角側に位置する。このため、排気バルブ３１と吸気バルブ２１とが共に開弁している期間であるバルブオーバラップ期間が増大される分だけ、燃焼室１２から排気通路３０に排出される排気のうち再び燃焼室１２に戻されるものの量、すなわち内部ＥＧＲ量が多くなる。これにより、内部ＥＧＲ量が多くなる分だけ、直後の燃焼行程において吸気バルブ２１を通じて燃焼室１２に吸入される空気の量が少なくなり、燃焼圧が低下するようになる。また、内部ＥＧＲ量が多くなる分だけ、そのとき過給機５０側に排出される排気の量が少なくなる。これにより、燃焼圧が低下し、燃焼室１２から排出される排気の圧力が低下するようになる。
また、排気バルブ３１の目標遅角量ΔＥＸＶＴＴに対応する開弁タイミングＩＶＯＴ（実線）は、機関運転状態に基づいて算出される基本遅角量ΔＥＸＶＴｂに対応する開弁タイミングＥＶＯｂよりも遅角側に位置する。このため、排気バルブ３１を上記開弁タイミングＥＶＯｂよりも遅く開く分だけ、燃焼室１２から排気通路３０に排気が排出され始めるときの燃焼室１２内の圧力が低いものとなる。これにより、燃焼圧が低下し、燃焼室１２から排出される排気の圧力が低下するようになる。
以上説明した本実施形態にかかる内燃機関によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）ウエストゲートバルブ５４の閉固着異常が生じている旨の判定がなされたときには、燃焼室１２から排出される排気の圧力を低下させるように可変動弁機構４０を制御することとした。これにより、過給機５０のタービンホイール５１に対して作用する排気の圧力を低下させることができ、過給圧ＰＭの上昇を抑制することができるようになる。従って、ウエストゲートバルブ５４の閉固着異常が生じた際に機関出力の過度の増大を抑制することができるようになる。
（２）上記異常が生じている旨の判定がなされたときには、機関運転状態に基づいて算出される吸気バルブ２１の基本進角量ΔＩＮＶＴｂに進角補正量ΔＫＩＮを加算したものを目標進角量ΔＩＮＶＴＴ（＝ΔＩＮＶＴｂ＋ΔＫＩＮ）とすることとした。そして、この目標進角量ΔＩＮＶＴＴに応じて吸気バルブタイミング可変機構４１を制御することとした。これにより、燃焼圧を低下させることができ、燃焼室から排出される排気の圧力を低下させることができるようになる。
（３）上記異常が生じている旨の判定がなされたときには、排気バルブ３１と吸気バルブ２１とが共に開弁している期間であるバルブオーバラップ期間が増大されるように、機関運転状態に基づいて算出される排気バルブ３１の基本遅角量ΔＥＸＶＴｂに遅角補正量ΔＫＥＸを加算したものを目標遅角量ΔＥＸＶＴＴ（＝ΔＥＸＶＴｂ＋ΔＫＥＸ）とすることとした。そして、この目標遅角量ΔＥＸＶＴＴに応じて排気バルブタイミング可変機構４２を制御することとした。従って、燃焼室１２から排出される排気の圧力を低下させることができるようになる。
＜第２実施形態＞
図７及び図８を参照して、本発明にかかる内燃機関の第２実施形態について説明する。なお、エンジン１０の構成は先の第１実施形態のものと同一であるためここでは同構成に関する説明を割愛する。
ウエストゲートバルブ５４が開いた状態のまま固着するといった異常（以下、「閉固着異常」）が生じると、過給機５０に対して作用する排気の圧力が上昇し、これにともない過給圧ＰＭが低下するようになる。その結果、機関出力が過度に低下するといった問題が生じる。
そこで、本実施形態では、電子制御装置７０を通じて、ウエストゲートセンサ６５により検出されるウエストゲートバルブ５４の実際の開度ＷＡに基づいて開固着異常が生じているか否かを判定するようにしている。ここでは、ウエストゲートバルブ５４の実際の開度ＷＡが目標開度ＷＡＴよりも開き側にある状態が所定期間継続したことをもって開固着固着異常が生じている旨判定するようにしている。そして、ウエストゲートバルブ５４の開固着異常が生じている旨判定されたときに、以下のバルブタイミング制御を通じて、燃焼室１２から排出される排気の圧力を上昇させるように可変動弁機構４０を制御するようにしている。
次に、図７を参照して、バルブタイミング制御について説明する。なお図７は、バルブタイミング制御の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、エンジン１０の運転中に電子制御装置７０によって繰り返し実行される。
この処理においても、まずは、そのときの機関運転状態を読み込み、この機関運転状態に基づいて、吸気バルブ２１の基本進角量ΔＩＮＶＴｂ及び排気バルブ３１の基本遅角量ΔＥＸＶＴをそれぞれ算出する（ステップＳ２０１）。
そして、次に、ウエストゲートバルブ５４の開固着異常が生じているか否かを判断する（ステップＳ２０２）。ここで、ウエストゲートバルブ５４に開固着異常が生じている旨判断したときには（ステップＳ２０２：「ＹＥＳ」）、次に、以下の式（５）に基づいて吸気バルブ２１の目標進角量ΔＩＮＶＴＴを算出する。また、以下の式（６）に基づいて排気バルブ３１の目標遅角量ΔＥＸＶＴＴとして基本遅角量ΔＥＸＶＴｂを設定し（ステップＳ２０３）、この処理を一旦終了する。

ΔＩＮＶＴＴ ← ΔＩＮＶＴｂ − ΔＬＩＮ ・・・（５）

ΔＥＸＶＴＴ ← ΔＥＸＶＴｂ ・・・（６）

ここでは、遅角補正量ΔＬＩＮを予め設定される固定値としているが、同補正量ΔＬＩＮを、例えばそのときの過給圧ＰＭに基づいて可変設定するようにしてもよい。すなわち、過給圧ＰＭが低いときには高いときと比較して燃焼室１２から排出される排気の圧力を大きく上昇させるように遅角補正量ΔＬＩＮを大きく設定するようにしてもよい。
一方、ウエストゲートバルブ５４の開固着異常が生じていない旨判断したときには（ステップＳ２０２：「ＮＯ」）、次に、先の式（３）に基づいて吸気バルブ２１の目標進角量ΔＩＮＶＴＴとして基本進角量ΔＩＮＶＴｂを設定する。また、先の式（４）に基づいて排気バルブ３１の目標遅角量ΔＥＸＶＴＴとして基本遅角量ΔＥＸＶＴｂを設定し（ステップＳ２０４）、この処理を一旦終了する。
そして、このようにして算出された目標進角量ΔＩＮＶＴＴ及び目標遅角量ΔＥＸＶＴＴに応じて吸気バルブタイミング可変機構４１及び排気バルブタイミング可変機構４２をそれぞれ制御するようにしている。
次に、図８を参照して、ウエストゲートバルブ５４の開固着異常が生じている旨判定された際に、吸気バルブ２１のバルブタイミングを遅角補正することによる作用について説明する。
吸気バルブ２１の目標進角量ΔＩＮＶＴＴ（＝ΔＩＮＶＴｂ−ΔＬＩＮ）に対応する閉弁タイミングＩＶＣＴ（実線）は、機関運転状態に基づいて算出される基本進角量ΔＩＮＶＴｂに対応する閉弁タイミングＩＶＣｂ（破線）よりも遅角側に位置する。このため、吸気バルブ２１を上記閉弁タイミングＩＶＣｂよりも遅く閉じる分だけ、吸気バルブ２１を通じて燃焼室１２に吸入される空気の量が多くなる。これにより、燃焼圧が上昇し、燃焼室１２から排出される排気の圧力が上昇するようになる。
以上説明した本実施形態にかかる内燃機関によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）ウエストゲートバルブ５４の開固着異常が生じている旨の判定がなされたときには、燃焼室１２から排出される排気の圧力を上昇させるように可変動弁機構４０を制御することとした。これにより、過給機５０のタービンホイール５１に対して作用する排気の圧力を増大させることができ、過給圧ＰＭの低下を抑制することができるようになる。従って、ウエストゲートバルブ５４の開固着異常が生じた際に機関出力の過度の低下を抑制することができるようになる。
（２）上記異常が生じている旨の判定がなされたときには、機関運転状態に基づいて算出される吸気バルブ２１の基本進角量ΔＩＮＶＴｂから遅角補正量ΔＬＩＮを減算したものを目標進角量ΔＩＮＶＴＴ（＝ΔＩＮＶＴｂ−ΔＬＩＮ）とすることとした。そして、この目標進角量ΔＩＮＶＴＴに応じて吸気バルブタイミング可変機構４１を制御することとした。これにより、燃焼圧を上昇させることができ、燃焼室から排出される排気の圧力を上昇させることができるようになる。
なお、本発明にかかる内燃機関は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記第１実施形態では、ウエストゲートバルブ５４の閉固着異常が生じているか否かを判定するようにしているが、他に例えば、ウエストゲートバルブ５４は作動するものの同バルブ５４の実際の開度ＷＡが正常時の開度よりも閉じ側にある異常の有無についても同様にして判定することができる。そして、このような場合においても上記第１実施形態にて例示したバルブタイミング制御を適用することが有効である。
・上記第２実施形態では、ウエストゲートバルブ５４の開固着異常が生じているか否かを判定するようにしているが、他に例えば、ウエストゲートバルブ５４は作動するものの同バルブ５４の実際の開度ＷＡが正常時の開度よりも開き側にある異常の有無についても同様にして判定することができる。そして、このような場合においても上記第２実施形態にて例示したバルブタイミング制御を適用することが有効である。
・上記各実施形態では、ウエストゲートバルブ５４の実際の開度ＷＡと目標開度ＷＡＴとの比較に基づいてウエストゲートバルブ５４の実際の開度ＷＡが正常時の開度に対して異なる異常が生じているか否かを判定するようにしている。しかし、ウエストゲートバルブ５４の異常を判定する方法はこれに限られるものではなく、他に例えば、過給圧ＰＭに基づいてこれを判定することもできる。この場合には、過給圧ＰＭが目標過給圧よりも高い状態が所定期間継続したことをもってウエストゲートバルブ５４の実際の開度ＷＡが正常時の開度よりも閉じ側にある異常が生じている旨の判定を行うようにすればよい。また、過給圧ＰＭが目標過給圧よりも低い状態が所定期間継続したことをもってウエストゲートバルブ５４の実際の開度ＷＡが正常時の開度よりも開き側にある異常が生じている旨の判定を行うようにすればよい。
・上記第１実施形態では、ウエストゲートバルブ５４の閉固着異常が生じている旨判定された際に、吸気バルブ２１のバルブタイミングを進角補正するとともに、排気バルブ３１のバルブタイミングを遅角補正するようにしているが、これに代えて、吸気バルブ２１のバルブタイミングのみを進角補正するようにしてもよい。また、排気バルブ３１のバルブタイミングのみを遅角補正するようにしてもよい。
・上記第１実施形態では、ウエストゲートバルブ５４の閉固着異常が生じている旨判定された際に、排気バルブ３１の閉弁タイミングを遅角補正するようにしているが、これに代えて、排気バルブ３１の閉弁タイミングを進角補正するようにしてもよい。この場合、排気バルブ３１の閉弁タイミングを進角側に補正する分だけ、すなわち排気バルブを早く閉じる分だけ、燃焼室１２から排気通路３０に排出されることなく吸気通路２０に吹き返される排気の量を多くすることができるようになる。これにより、そうした排気の量が多くなる分だけ、直後の燃焼行程において吸気バルブ２１を通じて燃焼室１２に吸入される空気の量を少なくすることができ、燃焼圧を低下させることができるようになる。従って、燃焼室１２から排出される排気の圧力を低下させることができるようになる。
・上記各実施形態では、ウエストゲートバルブ５４の実際の開度ＷＡが正常時の開度に対して異なる異常が生じている旨判定されたときには、機関運転状態に基づいて算出される吸気バルブ２１の基本進角量ΔＩＮＶＴｂ及び排気バルブ３１の基本遅角量ΔＥＸＶＴｂを適宜補正するようにしている。そして、こうした補正により算出される吸気バルブ２１の目標進角量ΔＩＮＶＴＴ及び排気バルブ３１の目標遅角量ΔＥＸＶＴＴに応じて可変動弁機構４０を制御するようにしている。しかし、本発明はこのような補正処理を必須とするものではなく、ウエストゲートバルブ５４の実際の開度ＷＡが正常時の開度に対して異なる異常が生じている旨判定されたときに、同異常が生じていないときとは異なるマップ等により可変動弁機構４０の目標制御量を設定するようにしてもよい。
・上記各実施形態では、筒内噴射式のエンジン１０について例示したが、本発明の内燃機関はこれに限られるものではなく、他に例えば、ポート噴射式のエンジンについても本発明を適用することができる。また、こうした内燃機関としては、ガソリンエンジンの他に、ディーゼルエンジンについても本発明を適用することができる。
・上記各実施形態では、機関バルブのバルブタイミングを可変とする可変動弁機構４０について例示したが、本発明にかかる可変動弁機構４０はこれに限られるものではない。他に例えば、機関バルブの開閉態様として、バルブリフト量を可変とするものを採用することもできる。
結局のところ、ウエストゲートバルブ５４の実際の開度ＷＡが正常時の開度に対して異なる異常が生じている旨判定されたときに、燃焼室１２から排出される排気の圧力を当該異常が生じていないときの排気の圧力に近づけるように可変動弁機構を制御するものであればよい。
本発明の第１実施形態にかかる内燃機関について、その概略構成を模式的に示す模式図。 同実施形態の吸気バルブのバルブタイミングを説明するためのグラフ。 同実施形態の排気バルブのバルブタイミングを説明するためのグラフ。 同実施形態におけるバルブタイミング制御の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の吸気バルブのバルブタイミングを説明するためのグラフ。 同実施形態の排気バルブのバルブタイミングを説明するためのグラフ。 本発明の第２実施形態にかかる内燃機関について、同機関において実行されるバルブタイミング制御の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の吸気バルブのバルブタイミングを説明するためのグラフ。
符号の説明
１０…エンジン、１１…気筒、１２…燃焼室、１３…インジェクタ、１４…点火プラグ、１５…クランクシャフト、２０…吸気通路、２１…吸気バルブ、２２…吸気ポート、２３…吸気管、２４…スロットルバルブ、２５…スロットルモータ、３０…排気通路、３１…排気バルブ、３２…排気ポート、４０…可変動弁機構、４１…吸気バルブタイミング可変機構、４２…排気バルブタイミング可変機構、５０…過給機、５１…タービンホイール、５２…コンプレッサホイール、５３…バイパス通路、５４…ウエストゲートバルブ、６１…回転速度センサ、６２…スロットルセンサ、６３…エアフローメータ、６４…過給圧センサ、６５…ウエストゲートセンサ、７０…電子制御装置（判定手段、制御手段）。

Claims (9)

  1. 燃焼室に吸入される空気を過給する排気駆動式の過給機と、排気通路にて前記過給機を迂回するように設けられるバイパス通路と、このバイパス通路に設けられて排気流通面積を可変とするウエストゲートバルブとを備える内燃機関において、
    機関バルブの開閉態様を可変とする可変動弁機構と、
    前記ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度に対して異なる異常が生じているか否かを判定する判定手段と、
    前記判定手段により前記ウエストゲートバルブに異常が生じている旨判定されたときには、燃焼室から排出される排気の圧力を当該異常が生じていないときの排気の圧力に近づけるように前記可変動弁機構を制御する制御手段とを備える
    ことを特徴とする内燃機関。
  2. 請求項１に記載の内燃機関において、
    前記判定手段により、前記ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度よりも閉じ側にある異常が生じている旨の判定がなされたときには、前記制御手段は、燃焼室から排出される排気の圧力を低下させるように前記可変動弁機構を制御する
    ことを特徴とする内燃機関。
  3. 請求項２に記載の内燃機関において、
    前記制御手段は、前記異常が生じている旨の判定がなされていないときには、機関運転状態に基づいて算出される前記機関バルブの目標開閉態様に応じて前記可変動弁機構を制御し、前記異常が生じている旨の判定がなされたときには、燃焼室から排出される排気の圧力を低下させるように前記機関バルブの前記目標開閉態様を補正するとともに、該補正された目標開閉態様に応じて前記可変動弁機構を制御する
    ことを特徴とする内燃機関。
  4. 請求項３に記載の内燃機関において、
    前記可変動弁機構は、前記機関バルブの開閉態様として、吸気バルブの閉弁タイミングを可変とする吸気バルブタイミング可変機構であり、
    前記制御手段は、前記異常が生じている旨の判定がなされたときには、前記吸気バルブの閉弁タイミングを機関運転状態に基づいて算出される目標閉弁タイミングよりも進角側に補正するとともに、該補正された目標閉弁タイミングに応じて前記吸気バルブタイミング可変機構を制御する
    ことを特徴とする内燃機関。
  5. 請求項３または請求項４に記載の内燃機関において、
    前記可変動弁機構は、前記機関バルブの開閉態様として、排気バルブの閉弁タイミングを可変とする排気バルブタイミング可変機構であり、
    前記制御手段は、前記異常が生じている旨の判定がなされたときには、前記排気バルブと吸気バルブとが共に開弁している期間であるバルブオーバラップ期間が増大されるように、前記排気バルブの閉弁タイミングを機関運転状態に基づいて算出される目標閉弁タイミングよりも遅角側に補正するとともに、該補正された目標閉弁タイミングに応じて前記排気バルブタイミング可変機構を制御する
    ことを特徴とする内燃機関。
  6. 請求項３または請求項４に記載の内燃機関において、
    前記可変動弁機構は、前記機関バルブの開閉態様として、排気バルブの閉弁タイミングを可変とする排気バルブタイミング可変機構であり、
    前記制御手段は、前記異常が生じている旨の判定がなされたときには、前記排気バルブの閉弁タイミングを機関運転状態に基づいて算出される目標閉弁タイミングよりも進角側に補正するとともに、該補正された目標閉弁タイミングに応じて前記排気バルブタイミング可変機構を制御する
    ことを特徴とする内燃機関。
  7. 請求項１に記載の内燃機関において、
    前記判定手段により、前記ウエストゲートバルブの実際の開度が正常時の開度よりも開き側にある異常が生じている旨の判定がなされたときには、前記制御手段は、燃焼室から排出される排気の圧力を上昇させるように前記可変動弁機構を制御する
    ことを特徴とする内燃機関。
  8. 請求項７に記載の内燃機関において、
    前記制御手段は、前記異常が生じている旨の判定がなされていないときには、機関運転状態に基づいて算出される前記機関バルブの目標開閉態様に応じて前記可変動弁機構を制御し、前記異常が生じている旨の判定がなされたときには、燃焼室から排出される排気の圧力を上昇させるように前記機関バルブの前記目標開閉態様を補正するとともに、該補正された目標開閉態様に応じて前記可変動弁機構を制御する
    ことを特徴とする内燃機関。
  9. 請求項８に記載の内燃機関において、
    前記可変動弁機構は、前記機関バルブの開閉態様として、吸気バルブの閉弁タイミングを可変とする吸気バルブタイミング可変機構であり、
    前記制御手段は、前記異常が生じている旨の判定がなされたときには、前記吸気バルブの閉弁タイミングを機関運転状態に基づいて算出される目標閉弁タイミングよりも遅角側に補正するとともに、該補正された目標閉弁タイミングに応じて前記吸気バルブタイミング可変機構を制御する
    ことを特徴とする内燃機関。
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