JP2009250029A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼を不安定にすることなく、フェイルセーフ制御を実施する。
【解決手段】吸気バルブのリフト量および位相を変更可能な可変動弁装置を備える内燃機関の制御装置は、該可変動弁装置を用いて、吸気バルブのリフト量を制御するリフト量制御手段を備え、該リフト量制御手段に関する故障が判定されたならば、吸気バルブの位相を、最遅角に設定すると共に、該リフト量を、故障時用に予め設定された所定値に固定する。また、該吸気バルブの位相が所定の進角状態にロックされる故障が判定されたならば、内燃機関のスロットル弁の開度を大きくすると共に、該吸気バルブのリフト量を、オーバーラップ量を減らす値にまで変更する。こうして、内部ＥＧＲ量の増大を回避して、燃焼安定化を図る。
【選択図】図１０

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、より具体的には、内燃機関の可変動弁装置を用いた制御に関して故障が生じた場合のフェイルセーフ制御を実施するための装置に関する。

内燃機関の出力および燃費の向上等を実現するために、吸気バルブの開閉タイミング（位相）およびリフト量を変化させる可変動弁装置に関して何らかの故障が生じた場合のフェイルセーフ手法が提案されている。下記の特許文献１には、電動機を用いる可変動弁機構を備える内燃機関において、該電動機が過熱状態であると判断された場合には、動弁特性を所定の状態に固定して、該過熱状態に対応するスロットル制御を行うことが記載されている。
特開２００４−１８３５９１号公報

可変動弁装置を用いたリフト量の制御に関して何らかの故障が生じた場合に、該制御を停止させると、吸気バルブが所定位置で固定される。この時、固定された時のリフト量の値によっては位相が進角状態にあるおそれがある。位相が進角状態にあると、オーバーラップ量が過大になり、内部ＥＧＲ量が増大して燃焼の不安定性を招くおそれがある。

他方、可変動弁装置を用いた位相制御に関して、吸気バルブの位相が進角された状態で固着（ロック）する故障が生じることがある。前述したように、位相が進角状態にあると、オーバーラップ量が過大になり、内部ＥＧＲ量が増大して燃焼の不安定性を招くおそれがある。

このような燃焼不安定性は、エンジンストールを招くおそれもある。また、進角量の大きさによっては、吸気バルブとピストンおよび／または吸気バルブと排気バルブとの間に干渉が生じるおそれがあり、内燃機関を傷つけるおそれがある。

したがって、可変動弁装置を用いた制御に関する故障が生じた場合において、より良好な燃焼安定性を確保した運転状態を実現することができる制御が望まれている。

この発明は、吸気バルブのリフト量および位相を変更可能な可変動弁装置を備える内燃機関の制御装置は、該可変動弁装置を用いて、吸気バルブのリフト量を制御するリフト量制御手段と、該リフト量制御手段に関する故障が判定されたならば、吸気バルブの位相を、最遅角に設定する位相設定手段と、該リフト量を、故障時用に予め設定された所定値に固定するリフト量固定手段と、を備える。

この発明によれば、リフト量制御について故障が判定された場合には、吸気バルブのリフト量を、故障時用の所定値に固定すると共に、吸気バルブの位相を最遅角にするので、オーバーラップ量が過大になって内部ＥＧＲを増大させるという現象を回避することができる。したがって、燃焼が不安定になるのを回避することができる。

この発明の一実施形態では、内燃機関の運転状態に従って、リフト量を上記故障時用の所定値に移行させる速度を変更する手段を備える。

内燃機関の運転状態によっては、現在のリフト量を、故障時用の所定値に即時に変更すると、内燃機関の出力トルクの変動が大きくなってドライバビリティの低下を生じさせるおそれがある。この発明によれば、このようなドライバビリティの低下を回避することができる。

この発明の一実施形態では、燃料カット中に上記故障が判定されたならば、吸気バルブのリフト量を、上記故障時用の所定値に即時に変更する。このように、燃料カット中は、出力トルクの変動が起こらないので、即時に故障時用の所定値に固定して燃焼安定性を図ることができる。

この発明の一実施形態では、吸気バルブの作動速度が所定値より大きいとき、および、吸気バルブのリフト量について気筒間の偏差が所定値より大きいとき、の少なくとも一方が満たされたならば、上記故障と判定する。

吸気バルブの作動速度が所定値より大きいとき、または吸気バルブのリフト量について気筒間の偏差が所定値より大きいときには、可変動弁装置のバルブを作動させる能力が低下していると考えることができるので、このような場合には故障と判定し、位相を最遅角にすると共にリフト量を故障時用の所定値に固定して、より安全な走行を行えるようにする。

この発明の一実施形態では、吸気管圧力を検出するセンサ、大気圧を検出するセンサ、吸入空気量を検出するセンサ、吸気温を検出するセンサのうちの少なくとも１つの故障が検出されたならば、上記故障と判定する。

吸気バルブのリフト量制御は、吸入空気量を制御するために実施されるが、これらのセンサは、該吸入空気量制御に用いられることのあるセンサである。これらのセンサに故障が生じて吸入空気量を適切に制御することが困難になった場合には、位相を最遅角にすると共にリフト量を設定値に固定して、より安全な走行を行えるようにする。

この発明の一実施形態では、吸気管圧力センサおよび大気圧センサの少なくとも一方の故障が検出されたならば、吸気管圧力の目標ゲージ圧に制御するフィードバック制御を停止する。吸入空気量を制御するために、リフト量制御と合わせて、吸気管圧力の制御も実施されることがあり、これらのセンサは、該吸気管圧力の制御に用いられることがある。したがって、これらのセンサのいずれかが故障したならば、前述したように位相およびリフト量を操作するだけでなく、吸気管圧力のフィードバック制御も停止する。

この発明の他の側面によると、吸気バルブのリフト量および位相を変更可能な可変動弁装置を備える内燃機関の制御装置は、該可変動弁装置を用いて、吸気バルブの位相を制御する位相制御手段と、該吸気バルブの位相が所定の進角状態にロックされる故障が判定されたならば、内燃機関のスロットル弁の開度を大きくする手段と、吸気バルブのリフト量を、オーバーラップ量を減らす値にまで変更する手段と、を備える。

吸気バルブの位相が進角状態でロック（固着）されると、内部ＥＧＲ量が増大し、燃焼の不安定を招くおそれがある。この発明によれば、このような進角状態のロックが検出された場合には、スロットル弁の開度を大きくすると共に、リフト量を、オーバーラップ量を減らす値に変更するので、吸気管の負圧を大気圧に近づけた状態でリフト量を変更することができる。したがって、内部ＥＧＲ量が増大するのを回避することができる。

この発明の一実施形態では、目標吸入空気量が増大する場合、スロットル弁の開度が全開に達するまでは、リフト量を上記所定値に維持しつつ、該目標吸入空気量の増大に従ってスロットル弁の開度を大きくし、該スロットル弁の開度が全開に達した後は、該目標吸入空気量の増大に従って吸気バルブのリフト量を該所定値から増大させる。

吸気管の負圧が高いほど、内部ＥＧＲ量が増大するおそれがある。したがって、最初に、スロットル弁の開度を全開にして吸気管圧力を大気圧近くにし、スロットル弁の開度が全開に達した後に、リフト量の変更を開始する。こうすることにより、該リフト量の変更によってオーバーラップ量が増大しても、吸気管圧力が大気圧近くになっているので、内部ＥＧＲ量の増大を防ぐことができる。

次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の実施形態に従う、内燃機関（以下、エンジンという）およびその制御装置の全体的な構成図である。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１０は、入出力インターフェース、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、およびメモリを備えるコンピュータである。メモリには、車両の様々な制御を実現するためのコンピュータ・プログラムおよび該プログラムの実施に必要なデータを格納することができる。本発明に従う様々な制御のためのプログラム、および該プログラムの実行の際に用いるデータおよびマップは、メモリに格納されている。ＥＣＵ１０は、車両の各部から送られてくるデータを入出力インターフェースを介して受け取って演算を行い、制御信号を生成し、これを、該入出力インターフェースを介してエンジンの各部を制御するために送る。

エンジン１２は、たとえば４気筒４サイクルのエンジンであり、図には、そのうちの一つの気筒が概略的に示されている。エンジン１２は、吸気バルブ１４を介して吸気管１６に連結され、排気バルブ１８を介して排気管２０に連結されている。ＥＣＵ１０からの制御信号に従って燃料を噴射する燃料噴射弁２２が、吸気管１６に設けられている。代替的に、燃料噴射弁２２を、燃焼室２４に設けてもよい。

エンジン１２は、吸気管１６から吸入される空気と、燃料噴射弁２２から噴射される燃料との混合気を、燃焼室２４に吸入する。燃料室２４には、ＥＣＵ１０からの点火時期信号に従って火花を飛ばす点火プラグ２６が設けられている。点火プラグ２６による火花により、混合気は燃焼する。この燃焼により混合気の体積は増大し、ピストン２８を下方に押し下げる。ピストン２８の往復運動は、クランクシャフト３０の回転運動に変換される。４サイクルエンジンでは、エンジンのサイクルは、吸入、圧縮、燃焼、および排気行程からなる。ピストン２８は、１サイクルにつき２往復する。

連続可変動弁装置３１は、本実施形態では、連続可変動弁装置３１は、可変リフト機構３２および可変位相機構３３から構成される。可変リフト機構３２は、ＥＣＵ１０からの制御信号に従って、吸気バルブ１４のリフト量を連続的に変更することができる機構である。可変位相機構３３は、ＥＣＵ１０からの制御信号に従って、吸気バルブ１４の位相を連続的に変更することができる機構である。

エンジン１２には、クランクシャフト３０の回転角度を検出するクランク角センサ３５が設けられている。クランク角センサ３５は、クランクシャフト３０の回転に従って、所定のクランク角度ごと（たとえば、３０度ごと）に、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ１０に出力する。また、ＥＣＵ１０には、エンジン１２の吸気バルブ１４を駆動するカムが連結された吸気カムシャフトの回転角度を検出するカム角センサ３６が接続されており、たとえば、エンジン１２の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（ＣＹＬ信号）と、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（ＴＤＣ信号）を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種の制御タイミングおよびエンジン回転数ＮＥの検出に使用される。また、ＥＣＵ１０は、カム角センサ３６により出力されるＴＤＣ信号と、クランク角センサ３５により出力されるＣＲＫ信号との相対関係から、吸気バルブの位相（より具体的には、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する位相）ＣＡＩＮを検出することができる。

連続可変動弁装置３１には、吸気バルブ１４のリフト量を制御する制御軸の回転角度位置を検出するための制御軸回転角度センサ（ＣＳＡ）センサ３７が設けられている。該センサ３７の検出値から、吸気バルブのリフト量を検出することができる。ＣＳＡセンサ３７は、各気筒の吸気バルブのリフト量を検出するため、気筒毎に設けられることができる。

吸気管１６内にはスロットル弁４６が配置されている。スロットル弁４６は、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じてアクチュエータ(図示せず)によって駆動されるドライブバイワイヤ（drive by wire：ＤＢＷ）式のスロットル弁である。スロットル弁開度センサ４８がスロットル弁４６に設けられており、スロットル開度に応じた信号をＥＣＵ１０に出力する。

吸気管１６のスロットル弁４６の上流側に、エアフローメータ（ＡＦＭ）５０が設置されている。エアフローメータ５０は、吸入空気量を示す電気信号をＥＣＵ１０に出力する。

吸気管１６のスロットル弁４６の下流には吸気管内圧力センサ５２および吸気温センサ５４が備えられ、それぞれ、吸気管内絶対圧ＰＢおよび吸気温度ＴＡを示す電気信号をＥＣＵ１０に出力する。また、大気圧センサ５６がエンジン外部の任意の位置に設置されており、大気圧ＰＡを示す電気信号をＥＣＵ１０に出力する。吸気管圧力は、絶対圧およびゲージ圧で表されることができ、ここでゲージ圧は、大気圧ＰＡに対する吸気管内絶対圧ＰＢの差圧を表し、ＰＡ−ＰＢ（ｍｍＨｇ）である。

排気管２０の触媒５８の上流側にはＬＡＦ(linear air-fuel)センサ５９が設置されている。ＬＡＦセンサ５９は、リーンからリッチにわたる広範囲において排ガス中の酸素濃度に比例する信号をＥＣＵ１０に出力する。

さらに、変速機６０が連結されており、この変速機６０には、変速ギア段を検出するギアポジションセンサ６１と、車速（ディファレンシャルギアの回転速度）を検出する車速センサ６２とが設置されている。

図２を参照して、可変リフト機構３２のより具体的な構成の一例を説明する。（ａ）に示すように、カム１３２が設けられたカム軸１３１と、シリンダヘッドに軸１３５ａを中心として揺動可能に支持されるコントロールアーム１３５と、コントロールアーム１３５を揺動させるコントロールカム１３７が設けられた制御軸１３６と、コントロールアーム１３５に支軸１３３ｂを介して揺動可能に支持されると共に、カム１３２に従動して揺動するサブカム１３３と、サブカム１３３に従動し、吸気バルブ１４を駆動するロッカーアーム１３４とを備えている。ロッカーアーム１３４は、コントロールアーム１３５内に揺動可能に支持されている。

サブカム１３３は、カム１３２に当接するローラ１３３ａを有し、カム軸１３１の回転により、軸１３３ｂを中心として揺動する。ロッカーアーム１３４は、サブカム１３３に当接するローラ１３４ａを有し、サブカム１３３の動きが、ローラ１３４ａを介して、ロッカーアーム１３４に伝達される。

コントロールアーム１３５は、コントロールカム１３７に当接するローラ１３５ｂを有し、制御軸１３６の回転により軸１３５aを中心として揺動する。（ａ）に示す状態では、サブカム１３３の動きはロッカーアーム１３４にほとんど伝達されないため、吸気バルブ１４はほぼ全閉の状態を維持する。（ｂ）に示す状態では、サブカム１３３の動きがロッカーアーム１３４を介して吸気バルブ１４に伝達され、吸気バルブ１４は最大リフト量ＬＦＴＭＡＸ（たとえば１２ｍｍ）まで開弁する。

したがって、アクチュエータのモータの出力軸に、ギアを介して制御軸１３６を接続し、該モータによって制御軸１３６を回転させることにより、吸気バルブ１４のリフト量を連続的に変更することができる。該モータは、ＥＣＵ１０からの制御信号に従って駆動される。

この実施形態では、前述したＣＳＡセンサ３７は、制御軸１３６の回転角度位置を検出するよう設けられており、該検出される回転角度位置ＣＳＡが、リフト量を示すパラメータとして使用される。なお、可変リフト機構３２のより詳細な構成は、たとえば特開２００８−０２５４１８号公報に示されている。

図３を参照して、可変位相機構３３のより具体的な構成の一例を説明する。

ＥＣＵ１０からの制御信号はソレノイド２３１に供給される。ソレノイド２３１が制御信号に従って通電され、該ソレノイド２３１により、油圧スプール弁２３２が駆動される。油圧スプール弁２３２は、タンク２３３内の作動油を、ポンプ２３４を介して吸い上げる。

油圧スプール弁２３２は、進角油路２３６ａおよび遅角油路２３６ｂを介して、可変位相機構３３のハウジング２４１に連結されている。進角油路２３６ａに供給される作動油の油圧ＯＰ１および遅角油路２３６ｂに供給される作動油の油圧ＯＰ２は、油圧スプール弁２３２を介して制御信号に従って制御される。

ハウジング２４１は、図示しないスプロケットおよびタイミングベルトを介してクランクシャフト３０に連結されている。ハウジング２４１は、クランクシャフト３０の回転に伴い同じ方向に回転する。

ベーン２４２は、ハウジング２４１内に挿入された吸気カムシャフトから放射状に延びている。ベーン２４２は、所定の範囲内で、ハウジング２４１に対して相対的に回転可能なように該ハウジング２４１に収容されている。ハウジング２４１内に形成される扇状の空間が、ベーン２４２によって、３つの進角室２４３ａ、２４３ｂおよび２４３ｃと、３つの遅角室２４４ａ、２４４ｂおよび２４４ｃに区画されている。３つの進角室２４３ａ〜２４３ｃには、進角経路２３６ａが連結されている。油圧ＯＰ１の作動油は、進角経路２３６ａを介して進角室２４３ａ〜２４３ｃに供給される。３つの遅角室２４４ａ〜２４４ｃには、遅角経路２３６ｂが連結されている。油圧ＯＰ２の作動油は、遅角経路２３６ｂを介して遅角室２４４ａ〜２４４ｃに供給される。

油圧ＯＰ１と油圧ＯＰ２との差がゼロであるときには、ベーン２４２がハウジング２４１に対して相対的に回転せず、それにより、位相ＣＡＩＮの値は維持される。ＥＣＵ１０からの制御信号により、油圧ＯＰ１が油圧ＯＰ２より大きくなったときには、それに応じて、ベーン２４２がハウジング２４１に対して相対的に進角側に回転し、位相ＣＡＩＮが進角される。ＥＣＵ１０からの制御信号により、油圧ＯＰ２が油圧ＯＰ１より大きくなったときには、それに応じて、ベーン２４２がハウジング２４１に対して相対的に遅角側に回転し、位相ＣＡＩＮが遅角される。より詳細な構成は、特開２００７−１００５２５号公報に示されている。

図２および図３に示す機構は一例であり、他の任意の機構を用いてもよい。また、本願発明は、リフト量および位相を連続的に変更可能なこれら機構に限定されるわけではなく、リフト量および位相を段階状に変更可能な機構にも適用可能である。また、代替的に、可変リフト機構３２および可変位相機構３３を一体的に構成してもよい。

図４は、連続可変動弁装置３１によって制御される吸気バルブ１４の挙動を説明するためのグラフである。縦軸はリフト量を示し、横軸はクランク角度を表す。連続可変動弁装置３１により、吸気バルブ１４の位相を連続的に変化させることができると共に、リフト量を連続的に変化させることができる。

排気バルブ１８のクランク角度に対するリフト量（以下、作動特性と呼ぶ）が、符合ＥＸ１によって示されている。実線で示されるＩＮ１１〜ＩＮ１５は、吸気バルブの基準位相における作動特性を示している。この実施例では、該基準位相は、ＴＤＣ（圧縮上死点）に対して最遅角の所に設定されている。ＩＮ１５からＩＮ１１に向けてリフト量は増大しており、エンジンの運転状態に応じて、ＩＮ１１〜ＩＮ１５の間で作動特性が切り換えられる。点線で示されるＩＮ２１〜ＩＮ２５は、作動特性ＩＮ１１〜ＩＮ１５がそれぞれＴＤＣに対して最進角された状態の作動特性を示している。

ここで、オーバーラップについて説明する。たとえば作動特性ＩＮ１４に従って吸気バルブが作動されている時には、吸気バルブと排気バルブとが同時に開いている期間すなわちオーバーラップ量はほぼゼロである。しかしながら、該作動特性ＩＮ１４が進角された作動特性ＩＮ２４に従って吸気バルブが作動されると、図に示すように、オーバーラップが生じる。このように、吸気バルブの位相の進角量が増大するにつれ、オーバーラップ量が増大する。吸気管圧力が負圧の時にオーバーラップが生じると、内部ＥＧＲ量を増大させ、これは、燃焼を不安定にするおそれがある。燃焼が不安定になると、ドライバビリティが低下する。したがって、本願発明は、可変動弁装置を用いたリフト量制御および位相制御に関する故障が生じた時に、このような内部ＥＧＲに起因する燃焼不安定性を回避しようとするものである。

図５（ａ）は、本願発明の一実施形態に従う、各種制御の機能ブロックを示す。これらの機能ブロックは、ＥＣＵ１０に実現されることができる。

この実施例では、目標吸入空気量は、吸気バルブ１４のリフト量とスロットル弁４６の開度を調整することにより実現される。リフト制御部３０１は、任意のフィードバック制御手法（ＰＩ制御、応答指定型制御等）に従い、吸気バルブのリフト量を目標リフト量に収束させるための操作量を算出する。可変リフト機構３２は、該操作量に従って、吸気バルブ１４のリフト量を変更する。変更されたリフト量は、ＣＳＡセンサ３７により実リフト量として検出され、リフト制御部３０１にフィードバックされる。

吸気管圧力制御部３０２は、任意のフィードバック制御手法（ＰＩ制御、応答指定型制御等）に従い、吸気管の実ゲージ圧を目標ゲージ圧にするための目標スロットル開度を算出する。スロットル開度制御部３０３は、スロットル弁４６の実スロットル開度を該目標スロットル開度に収束させるための操作量を算出する。スロットルアクチュエータ（図示せず）３０５は、該操作量に従って、スロットル弁４６の開度を変更する。変更されたスロットル開度により実現される実ゲージ圧は、吸気管圧力センサ５２からの吸気管圧力ＰＢおよび大気圧センサ５６からの大気圧ＰＡに基づいて検出され、吸気管圧力制御部３０２にフィードバックされる。

また、位相制御部３０７は、任意のフィードバック制御手法（ＰＩ制御、応答指定型制御等）に従い、吸気バルブ１４の位相を目標位相に収束させるための操作量を算出する。可変位相機構３３は、該操作量に従って、吸気バルブ１４の位相を変更する。変更された位相は、前述したようにＣＲＫ信号およびＣＡＭ信号等によって実位相として検出され、位相制御部３０７にフィードバックされる。

図５（ｂ）には、本願発明の一実施形態に従う、通常運転時の吸入空気量制御の一形態が示されている。目標吸入空気量が所定値より低い第１の領域（たとえば、アイドリング運転が実現される領域）では、目標リフト量を一定にしつつ、目標ゲージ圧（図には、目標吸気管圧力として絶対圧で表示されている）を変更することによって目標吸入空気量を達成する。目標リフト量は、エンジンの運転状態に応じて決定されることができる。目標ゲージ圧は、該目標リフト量および目標吸入空気量に基づいて決定されることができる。リフト量制御部３０１および吸気管圧力制御部３０２は、該目標リフト量および目標ゲージ圧を実現するよう、実リフト量および実スロットル開度を制御する。目標吸入空気量が該所定値より高い第２の領域では、目標ゲージ圧を、所定のゲージ圧（たとえば、−１００ｍｍＨｇ）に一定にしつつ、目標リフト量を変更することによって目標吸入空気量を達成する。目標リフト量は、該所定のゲージ圧および目標吸入空気量に基づいて決定されることができる。リフト量制御部３０１および吸気管圧力制御部３０２は、該目標リフト量および目標ゲージ圧を実現するよう、実リフト量および実スロットル開度を制御する。

このように、以下の実施例では、リフト量制御と吸気管圧力制御の両方によって目標吸入空気量を実現する形態を例に説明するが、本願発明は、図５（ｂ）に示すような制御形態には制限されない。

図６は、本願発明の一実施形態に従う、可変動弁装置３１を用いたリフト量制御に関する故障が判定されたことに応じたフェイルセーフ制御を実現する制御装置のブロック図を示す。各機能ブロックは、ＥＣＵ１０に実現されることができる。

故障判定部３１１は、可変動弁装置３１を用いたリフト量制御に関する故障を判定する。この故障には、吸気バルブ１４のリフト量を制御するのに関連する機械要素（可変リフト機構３２内のモータやアクチュエータ等）およびリフト量制御を実施するためのＥＣＵ１０およびそのプログラム等の異常や誤動作などを含むことができる。なお、可変位相機構３３は正常に動作しており、吸気バルブ１４の位相は変更可能である。

この実施例では、該故障は、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じて、各気筒の吸気バルブを目標リフト量に所望の速度で動かすことができないような故障を示す。たとえば、リフト量の変化速度が所定値より遅いとき、またはリフト量の気筒間の偏差が所定値より大きいとき、可変リフト機構３２に何らかの異常が生じたと判断することができるので、故障が生じたと判定する。たとえば、可変リフト機構３２のモータに何らかの異常が生じたとき、吸気バルブ１４のリフト量を変更する能力が低下することがあり、これによって、リフト量の変化速度が低下することがある。また、モータの作動にばらつきが生じることで、気筒間でリフト量の偏差が生じることがある。

また、一形態では、吸気管圧力センサ５２、大気圧センサ５６、エアフローメータ５０および吸気温センサ５４のいずれかの故障が検出された時、故障が生じたと判定する。これらのセンサの検出値は、リフト量制御に影響しうるものである。例としてあげると、エアフローメータ５０の検出値は、リフト量の偏差を学習するのに用いられることがある。吸気温センサ５４の検出値は、吸入空気量に対し、大気圧に応じた密度補正を行うのに用いられることがある。ゲージ圧は、吸気管圧力センサ５２の検出値ＰＢおよび大気圧センサ５６の検出値ＰＡに基づいて算出されるので、これらのセンサの検出値は、前述した吸気管の実ゲージ圧を目標ゲージ圧にするための制御に使用されることがある。該吸気管圧力の制御に不具合が生じると、リフト量制御が不適切に実施されるおそれがある。たとえば、目標スロットル開度が不適切な値で算出されると、それに従って、目標リフト量が不適切な値で算出されるおそれがある。したがって、このような場合にも、故障が生じたと判定するのが好ましい。

これらのセンサの検出値が用いられる上記形態は一例である。たとえば、吸気管圧力をフィードバック制御しない場合でも、吸気管圧力センサおよび大気圧センサは、たとえばリフト量を算出するのに用いられることがあり、よって、故障が生じたと判定することができる。

故障と判定されたならば、目標位相設定部３１２は、吸気バルブの目標位相を、最遅角（この実施例では、ゼロ度）にする。図４を参照して説明したように、位相を遅角させることにより、オーバーラップ量を減らすことができる。目標位相は、図５の位相制御部３０７に渡される。

運転状態判定部３１３は、エンジンの現在の運転状態を判断する。より具体的には、燃料カット中かどうか、変速機６０によるギア段はいくつか、および車速はいくつか、目標吸入空気量はどの程度か、を判断する。これは、エンジンの出力トルクの現在の状態を見極め、ドライバビリティを低下させることなく、現在のリフト量を、故障時用に予め設定された所定値（以下、故障時用所定値と呼ぶ）にまで移行させるためである。

目標リフト設定部３１４は、上記判定されたエンジンの運転状態に従って、目標リフト量を決定する。目標リフト量は、図５のリフト量制御部３０１に渡される。ここで、目標リフト量は、上記判定されたエンジンの運転状態に従って、前述した故障時用所定値に到達する速度を調整されるのが好ましい。目標リフト量が該故障時用所定値に達したならば、該故障時用所定値に固定される。こうして、実リフト量も、該故障時用所定値に固定されることとなる。

該故障時用所定値は、車両の走行が可能な値に設定される。たとえば、可変リフト機構が搭載されていないような車両においてはＴＤＣ付近から吸気バルブが所定の設定値（たとえば、８ｍｍ）まで開かれるが、この設定値と同等の値を採用してよい。

こうして、リフト量制御に関する故障が判定されたならば、位相が最遅角にされると共に、リフト量が所定値に固定されるので、オーバーラップ量が増大して内部ＥＧＲが増大するのを回避することができる。よって、このような故障に起因して燃焼が不安定になるのを回避することができ、よって、より安全な走行を確保することができる。

図７は、ＥＣＵ１０によって実行される、より具体的には図６の故障判定部３１１によって実行される故障判定プロセスのフローを示す。該プロセスは、所定の制御周期（たとえば、ＴＤＣ信号に同期した周期）で実施されることができる。

ステップＳ１１において、リフト量の変化速度が所定値より小さいかどうかを判断する。変化速度は、今回の制御周期で検出されたリフト量と、前回の制御周期で検出されたリフト量の偏差を、該制御周期の時間長で除算することにより算出されることができる。変化速度が所定値より小さければ、吸気バルブの作動速度が低下していることを示すので、ステップＳ２０において故障と判定する。

ステップＳ１２において、気筒間のリフト量の偏差が所定値より大きいかどうかを判断する。このステップは、気筒間で検出されたリフト量のバラツキを調べるためである。たとえば、４つの気筒がある場合、第１〜第４の気筒について検出された４つのリフト量の平均を計算し、各気筒のリフト量の該平均値からの偏差が所定値より大きいかどうかを調べることによって、気筒間のリフト量の偏差を判断することができる。気筒間のリフト量の偏差が大きければ、吸気バルブの作動について気筒間にばらつきが生じている可能性があるので、ステップＳ２０において故障と判定する。

ステップＳ１３およびＳ１４において、吸気管圧力センサ５２および大気圧センサ５６が故障しているかどうかを判断する。また、ステップＳ１５およびＳ１６において、エアフローメータ５０および吸気温センサ５４が故障しているかどうかを判断する。前述したように、これらのセンサの検出値は、リフト量制御に影響するので、これらのセンサのいずれかが故障したならば、ステップＳ２０において故障と判定する。

ステップＳ１３およびＳ１４において、吸気管圧力センサ５２および大気圧センサ５６のいずれかが故障していれば、前述した図５の吸気管圧力制御部３０２によって実施される吸気管圧力のフィードバック制御についても適切に実施することはできなくなるので、ステップＳ１７において、該吸気管圧力のフィードバック制御も停止する。

図８は、ＥＣＵ１０によって実行される、より具体的には図６の目標位相設定部３１２、運転状態判定部３１３および目標リフト設定部３１４によって実行されるフェイルセーフ制御プロセスのフローを示す。

ステップＳ３１において、図７に示されるような故障判定プロセスにおいて故障と判定されていなければ、ステップＳ３２およびＳ３３に進み、通常運転時用の目標位相および目標リフト量を算出する。この実施例では、目標リフト量は、図５（ｂ）のような制御形態を実現するよう算出されることができるが、このような形態に制限されなくてもよい。また、目標位相は、任意の適切な手法に従って決定することができる。リフト量制御部３０１および位相制御部３０７は、は、該算出された目標リフト量および目標位相に従って、可変動弁装置３１を介して吸気バルブを作動させる。

ステップＳ３１において故障判定済みと判断されたならば、ステップＳ３４に進み、目標位相に、最遅角を示す値（この実施例では、ゼロ度）を設定する。ステップＳ３５において、現在燃料カット中かどうかを判断する。燃料カット中は、吸入空気量の変動はエンジンの出力トルクに影響を及ぼさないので、ステップＳ３９に進み、故障時用に予め設定された値（前述した、故障時用所定値）を目標リフト量に設定する。こうして、燃料カット中は、現在のリフト量を、故障時用所定値まで即時に変更して該故障時用所定値に固定する。

ステップＳ３６〜Ｓ３８は、エンジンの現在の出力トルクの状態を調べるためのステップである。すなわち、ギア段が所定値（たとえば、３速）より大きく、車速が所定値（たとえば、時速２０キロメートル）より大きく、目標吸入空気量が所定値（たとえば、０．３ｇ）より大きければ、吸入空気量を変化させても出力トルクの変動を抑制することができる運転状態と判断することができる。したがって、この場合には、ステップＳ３９において、目標リフト量に故障時用所定値を設定し、これにより、現在のリフト量を、故障時用所定値まで即時に変更して該故障時用所定値に固定する。

それに対し、ギア段が所定値以下である場合、車速が所定値以下である場合、もしくは目標吸入空気量が所定値以下である場合には、吸入空気量を一気に変化させると、出力トルクの変動量が大きくなってドライバビリティを低下させるおそれがある。したがって、この場合には、リフト量を、故障時用所定値まで徐々に変化させるようにする。このため、今回の制御周期における目標リフト量（ｎ）は、たとえば以下の式にしたがって、なまし計算（平滑化）によって算出される。Ｃは、所定の係数である。
目標リフト量（ｎ）＝
（１−Ｃ）×目標リフト量（ｎ−１）＋Ｃ×故障時用所定値

こうして、今回の制御周期で算出された目標リフト量および目標位相に従って、リフト量制御部３０１および位相制御部３０７は、可変リフト機構３２および可変位相機構３３を介して吸気バルブを作動させる。

図９は、本願発明の一実施形態に従う、可変位相機構３３を用いた吸気バルブの位相制御において、吸気バルブ１４の位相が基準位相よりも進角側に固着される故障（以下、進角ロック故障と呼ぶ）が判定されたことに応じたフェイルセーフ制御を実現する制御装置のブロック図を示す。

故障判定部４０１は、進角ロック故障を判定する。この実施例では、基準位相が最遅角（ゼロ度）であるので、検出される位相は、ゼロ以上の値を持つ。したがって、目標位相と検出された位相の偏差が所定値より大きい状態が、たとえば所定時間以上継続して検出されたならば、進角ロック故障と判定することができる。該偏差をどのくらいの値に設定するかは、任意に決定されることができる。

このような進角ロック故障は、吸気バルブの位相を制御するのに関連する機械要素（可変リフト機構３３内のソレノイド等の機械要素）および該制御を実施するためのＥＣＵ１０およびそのプログラム等の異常や誤動作などに起因して起こりうる。該故障により、吸気バルブ１４の位相を変更することはできないが、可変リフト機構３２は正常に動作しており、よって、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じて吸気バルブ１４のリフト量を変更することができる。

目標ゲージ圧設定部４０２は、現在のエンジンの回転数および目標吸入空気量に基づいて、故障時用の目標ゲージ圧を求める。目標スロットル開度算出部４０３は、前述した図５の吸気管圧力制御部３０２によって実現される機能ブロックであり、故障時用の目標ゲージ圧および目標吸入空気量に基づいて、目標スロットル開度を算出する。故障時用の目標スロットル開度は、通常運転時用に比べて大きくなるよう設定される。これにより、スロットル開度を通常運転時よりも大きく開けて、吸気管の圧力を大気圧に近くすることができ、よって内部ＥＧＲ量の増大を防ぐことができる。算出された目標スロットル開度は、図５の吸気管圧力制御部３０２に渡される。

目標リフト設定部４０４は、算出された目標スロットル開度に基づいて、目標リフト量を決定する。目標スロットル開度が全開でなければ、目標リフト量を、進角ロック故障時用に予め設定された値（ロック故障時用所定値と呼ぶ）に設定する。ここで、ロック故障時用所定値は、オーバーラップ量を減らす値に設定される。たとえば、図４に示されるように、進角された状態であっても、リフト量を低下するほど、オーバーラップ量を減らすことができる。したがって、たとえば図４の例では、故障時の作動特性がＩＮ２３であれば、該作動特性をＩＮ２４に変更することにより、オーバーラップ量を減らすことができる。

目標吸入空気量が増大していく場合、目標リフト量をロック故障時用所定値に維持しながら、目標スロットル開度を全開に向けて大きくしていく。目標スロットル開度が全開に達した後は、目標吸入空気量を増大するにつれ、目標リフト量を、ロック故障時用所定値から大きくしていく。図４に示すように、目標リフト量を増大するとオーバーラップが生じるおそれがあるが（たとえば、ＩＮ２４からＩＮ２３にリフト量を変更すると、オーバーラップは増える）、たとえオーバーラップが生じても、スロットル開度が全開であるので吸気管圧力はほぼ大気圧に等しくなっており、よって、内部ＥＧＲ量が増大するのを回避することができる。したがって、燃焼が不安定になるのが防止される。目標リフト量は、図５のリフト量制御部３０１に渡される。

図１０は、ＥＣＵ１０によって実行される、より具体的には図９に示される目標ゲージ圧設定部４０２、目標スロットル開度算出部４３、目標リフト設定部４０４により実行されるフェイルセーフ制御プロセスのフローを示す。該プロセスは、所定の制御周期（たとえば、ＴＤＣ信号に同期した周期）で実行されることができる。

ステップＳ４１において、進角ロック故障が判定されているかどうかを判断する。故障が判定されていなければ、ステップＳ５１およびＳ５２に進み、通常運転時用の目標スロットル開度および目標リフト量を算出する。この実施例では、図５（ｂ）のような制御形態を実現するよう目標ゲージ圧および目標リフト量を決定することができ、該目標ゲージ圧を実現するよう目標スロットル開度を決定することができるが、このような形態に制限されなくてもよい。スロットル開度制御部３０３およびリフト量制御部３０１は、該算出された目標スロットル開度および目標リフト量に従って、スロットル弁４６および吸気バルブ１４を作動させる。

故障と判定されたならば、ステップＳ４２に進み、検出されたエンジン回転数ＮＥおよび目標吸入空気量に基づいてマップを参照し、目標ゲージ圧を求める。該マップの一例を、図１１（ａ）に示す。目標吸入空気量およびエンジン回転数が大きいほど、目標ゲージ圧は大きくされる。

ステップＳ４３において、目標ゲージ圧および目標吸入空気量に基づいて、目標スロットル開度を算出する。該算出手法の一例は、後述される。

ステップＳ４４において、ステップＳ４３で算出された目標スロットル開度が全開かどうかを判断する。全開でなければ、ステップＳ４５において、目標リフト量に、故障時用に予め設定された値（前述した、ロック故障時用所定値）を設定する。前述したように、該ロック故障時用所定値は、オーバーラップしない値に設定される。こうして、目標スロットル開度および目標リフト量に従って、吸気管圧力制御部３０２およびリフト量制御部３０１は、スロットルアクチュエータ３０５および可変リフト機構３２を介してスロットル弁および吸気バルブを作動させる。

目標スロットル開度が全開であれば、ステップＳ４６において、目標吸入空気量に基づいてマップを参照し、目標リフト量を算出する。該マップの一例を、図１１（ｂ）に示す。Ｌ１は、ロック故障時用所定値を示し、オーバーラップしない値である。目標吸入空気量が増大するにつれ、目標リフト量も増大され、この結果、オーバーラップが生じる。しかしながら、スロットル弁の開度が全開であるので、吸気管圧力はほぼ大気圧である。したがって、内部ＥＧＲ量の増大は回避される。

次に、図１２を参照して、目標スロットル開度算出部４０３によって実現される、ステップＳ４３において実施される目標スロットル開度の算出方法の一例を説明する。

まず概略を説明すると、目標吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤに基づいて、現在の大気圧および吸気温下で故障時用の目標ゲージ圧ＰＢＧＡ＿ＣＭＤ（図１０のステップＳ４２で算出されており、以下、単に目標ゲージ圧と呼ぶ）を達成するためのスロットル弁４６の開口面積Ａ２を推定するフィードフォワード制御の役割をもつ部分（基準スロットル開口面積算出部５６４、スロットル開口面積補正部５６６）と、現在の吸気管内の実ゲージ圧が目標ゲージ圧に維持されるように、該スロットル開口面積の補正量ΔＡを算出するフィードバック制御の役割をもつ部分（フィードバック補正部５６８）から構成される。

基準スロットル開口面積算出部５６４は、ある基準状態、すなわち基準となるゲージ圧、大気圧、および吸気温度における吸入空気量と、スロットル開口面積との関係を表す相関テーブルを参照して、目標吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤから、上述の基準状態下におけるスロットル開口面積を表す基準スロットル開口面積Ａbaseを求める。

図１３に、このような相関テーブルの一例を示す。この例では、ゲージ圧が５０mmhg（6.666kPa）、大気圧が１気圧（760mmHgすなわち１０１．３２ｋPa）、吸気温度が２５度である基準状態下における有効吸入空気量とスロットル開口面積との関係を表している。ゲージ圧は、吸気管内絶対圧の大気圧に対する差圧を示す。該相関テーブルは、ＥＣＵ１０のメモリに記憶されることができる。

こうして求めた基準スロットル開口面積Ａbaseは、上記の基準状態下で、目標吸入空気量を達成するためのスロットル開口面積を表している。なお、基準状態は、上記のような数値に限定されず、他の値のゲージ圧、大気圧および吸気温度を持つ状態を基準状態に設定してもよい。

スロットル開口面積補正部５６６は、目標ゲージ圧ＰＢＧＡ＿ＣＭＤ、現在の吸気温度ＴＡ、現在の大気圧ＰＡに基づき基準スロットル開口面積Ａbaseを補正して、現在の運転条件に合うスロットル開口面積Ａを算出する。現在の吸気温度ＴＡは、吸気温センサ５４（図１）により検出され、現在の大気圧ＰＡは、大気圧センサ５６（図１）により検出される。

この補正は、ベルヌーイの定理から導出された補正式を用いて次式のように行なわれる。

ここで、PBGAbaseは、上記基準状態下の基準目標ゲージ圧であり、Tbaseは、基準状態下の基準吸気温度であり、Pbaseは、基準状態下の基準大気圧であり、前述したように、本実施形態では、それぞれ、５０mmHg（６．６６６ｋＰａ）、２５℃、および７６０mmＨg（１０１．３２ｋＰａ）である。なお、式（４）において、温度の単位としてケルビンを用いるので、ＴＡおよびＴbaseに２７３が加算されている。

ここで、図１４を参照して、上記式（１）の導出根拠を説明する。図には、スロットル弁４６が配置された吸気管１６に関する各種パラメータが表されている。吸気管の流路開口面積およびボア径（内径）は予め決められており、それぞれ、Ａ_ＤおよびＤによって表される。スロットル弁４６が配置された所の面積すなわちスロットル開口面積は、Ａで表される。スロットル弁４６の上流の圧力は大気圧ＰＡで表され、下流の圧力は、吸気管内圧力センサ５２（図１）により検出され、ＰＢで表される。ゲージ圧ＰＢＧＡは、ＰＡ−ＰＢにより算出される。空気密度は、ρで表される。図では、ＧＡＩＲの流量の吸入空気量が、スロットル弁を通過している様子を示している。

一般に、圧力（ここでは、大気圧）ＰＡの領域から、断面積Ａの経路を介して圧力ＰＢの領域へ、流量ＧＡＩＲの空気が流入する場合、経路の断面積Ａはベルヌーイの定理に基づいて、次式のように表される。

ここで、Ｃは、流量係数（流出係数と呼ばれることもある）であり、この第１の実施形態では予め決められた一定値を持つ。

同様に、基準目標ゲージ圧PBGAbase、基準吸気温度Tbase、基準大気圧Pbaseの基準状態下において、断面積Abaseの経路を介して流量ＧＡＩＲの空気が流れるとき、経路の断面積Abaseは次式のように表される。ここで、ρ’は、この状態下における空気密度である。

式（３）より、流量係数Ｃは次のように表される。

式（４）を式（２）に代入すると、以下のように展開できる。

ここで、ρ’／ρは空気密度の比であり、既知の気体の状態方程式（PV＝nRT）に基づいて次のように表される。

式（６）を式（５）に代入すると、目標ゲージ圧ＰＢＧＡ＿ＣＭＤ、吸気温度ＴＡ、大気圧ＰＡにおけるスロットル開口面積Ａを求めるための（１）式が導出される。

こうして式（１）で補正されたスロットル開口面積Ａは、現在の大気圧ＰＡおよび吸気温ＴＡの下で、目標ゲージ圧ＰＢＧＡ＿ＣＭＤを達成するためのスロットル開口面積を表している。

図１２に戻り、フィードバック補正部５６８は、吸気管内の実ゲージ圧ＰＢＧＡおよび目標ゲージ圧ＰＢＧＡ＿ＣＭＤに基づいて、スロットル開口面積の補正量ΔＡを算出する。

上述のように、スロットル開口面積Ａは、目標吸入空気量および現在の大気圧ＰＡ、気温度ＴＡなどの諸条件下において、目標ゲージ圧ＰＢＧＡ＿ＣＭＤを達成するためのスロットル開口面積を表すよう算出される。しかしながら、この算出に用いられる相関テーブルや補正式は、経年使用によってスロットルに蓄積するカーボン等の影響については考慮されていない。カーボンの堆積が進行すると、算出されたスロットル開口面積に応じて決められるスロットル開度にスロットル弁が制御されても、実際のスロットル開口面積は、該算出されたスロットル開口面積より小さくなり、よって、実ゲージ圧と目標ゲージ圧との間に偏差が生じるおそれがある。

そこで、カーボン詰まり量などの外乱の影響を考慮して、実ゲージ圧ＰＢＧＡが目標ゲージ圧ＰＢＧＡ＿ＣＭＤに収束するようフィードバック制御を行う。

図１５は、フィードバック補正部５６８の詳細な機能ブロック図である。本実施形態のフィードバック補正部５６８は、制御量の目標値への収束特性を可変に指定可能な応答指定型制御により実現され、この実施例では、該応答指定型制御の一手法であるスライディングモード制御器により実現されることができる。

なお、代替的に、フィードバック補正部５６８を、他の応答指定型制御（たとえば、バックステッピング制御）を実現するよう構成してもよく、また、ＰＩＤ制御器のような他のフィードバック制御を実現するよう構成してもよい。

フィードバック補正部５６８には、目標ゲージ圧ＰＢＧＡ＿ＣＭＤおよび実ゲージ圧ＰＢＧＡが入力される。切り替え関数算出部５７２は、目標ゲージ圧ＰＢＧＡ＿ＣＭＤおよび実ゲージ圧ＰＢＧＡの偏差Ｅを、式（７）のように算出する。
E＝PBGA―PBGA_CMD （７）

次に、式（８）のように、偏差Ｅの収束挙動を規定する切り換え関数σを定義する。
σ（今回値）＝E（今回値）＋pole×E（前回値） （８）

ここで、poleは、偏差Ｅの収束速度を規定するパラメータである。このパラメータpoleの値を変更することにより、偏差Ｅを、所望の速度で収束させることができる。

一実施形態では、パラメータpoleは、フィードバック開始後カウンタに応じて設定されることができ、好ましくは−１＜pole＜０を満たすよう設定される。例えば、パラメータpoleを、時間経過に伴い大きな値をとるよう設定することにより、偏差Ｅの収束速度を段階的に速くすることができる。

算出された切り替え関数値σは、到達則算出部５７６および適応則算出部５７８に送られる。

ゲイン切り替えフラグ決定部５７４は、所定の条件時にフィードバックゲインを小さくするためのゲイン切り替えフラグを立てるかどうかを決定する。ゲイン切り替えフラグは、低負荷時、燃料カット時、目標ゲージ圧が低いとき、目標ゲージ圧の変動が大きいとき、および高負荷時に設定される（立ち上がる）。

上記の条件のうち、「燃料カット時」の条件は、燃料カットフラグを監視することにより判別する。「目標ゲージ圧が低いとき」および「目標ゲージ圧の変動が大きいとき」の条件は、入力された目標ゲージ圧とその変化量によって判別する。「低負荷時」および「高負荷時」の条件は、エンジン回転数および目標吸入空気量によって判別する。

ゲイン切り替えフラグは、到達則算出部５７６および適応則算出部５７８に送られる。

到達則算出部５７６は、所定のテーブルを参照して、切り替え関数値σに対応するフィードバック制御の比例項ΔＡrchを求める。テーブルは、通常時用と、フラグが立ち上がった時用の２種類用意されて、ＥＣＵ１０のメモリに記憶されており、ゲイン切り替えフラグが設定されたかどうかに従い、使用するテーブルが選択される。ゲイン切り替えフラグが立ち上がったときに使用するテーブルは、求められるフィードバック制御の比例項ΔＡrchの値が通常時のものと比べて小さくなるように設定されている。こうして、低負荷時、燃料カット時、目標ゲージ圧が低い時、および目標ゲージ圧の変動が大きい時には、フィードバック制御によるゲージ圧の変化を抑制し、運転状態が不安定になるのを回避する。

また、到達則算出部５７６は、フィードバック許可フラグが設定されている状態において比例項ΔArchを算出するよう構成されるのが好ましい。具体的には、スロットルが全開でゲージ圧がほぼ０となるとき、可変動弁装置による吸入空気量制御が禁止され吸気バルブのリフト量が固定されているとき、およびエンジン始動時には、フィードバック許可フラグが設定されず、よって、これらの場合には、到達則算出部は０を出力する。

なお、到達則算出部５７６は、所定のフィードバックゲインを予め設定しておき、切り替え関数値σにこのフィードバックゲインを乗じて比例項ΔＡrchを算出しても良い。この場合、上述のフィードバック許可フラグが設定されていないときには、フィードバックゲインが０に変更され、到達則算出部５７６が出力する比例項ΔＡrchは０となる。

適応則算出部５７８は、所定のテーブルを参照して、切り替え関数値σに対応するフィードバック制御の積分項ΔＡadpを求める。テーブルは、通常時用と、フラグが立ち上がった時用の２種類用意されて、ＥＣＵ１０のメモリに記憶されており、ゲイン切り替えフラグが設定されたかどうかに従い、使用するテーブルが選択される。ゲイン切り替えフラグが設定されたときに使用するテーブルは、求められるフィードバック制御の積分項ΔＡadpの値が通常時のものと比べて小さくなるように設定されている。こうして、低負荷時、燃料カット時、目標ゲージ圧が低い時、および目標ゲージ圧の変動が大きい時には、フィードバック制御によるゲージ圧の変化を抑制し、運転状態が不安定になるのを回避する。

また、適応則算出部５７８は、フィードバック許可フラグが設定されている状態において積分項ΔAadpを算出するよう構成されるのが好ましい。具体的には、スロットルが全開でゲージ圧がほぼ０となるとき、可変動弁装置による吸入空気量制御が禁止され吸気バルブのリフト量が固定されているとき、およびエンジン始動時には、フィードバック許可フラグは設定されず、よって、これらの場合には、適応則算出部は０を出力する。

なお、適応則算出部５７８は、所定のフィードバックゲインを予め設定しておき、切り替え関数値σにこのフィードバックゲインを乗じて積分項ΔＡadpを算出しても良い。この場合、上述のフィードバック許可フラグが立っていないときには、フィードバックゲインが０に変更され、適応則算出部５７８が出力する積分項ΔＡadpは０となる。

到達則算出部５７６より出力された比例項ΔArchおよび適応則算出部５７８より算出された積分項ΔAadpが加算され、所定のリミット処理５８０を施したのち、スロットル開口面積の補正量ΔＡとして出力される。

図１２に戻ってブロック６０１〜６０５について説明するが、まず、これらが設けられている理由を説明する。前述した式（２）および（３）に示されるように、スロットル開口面積補正部５６６により算出されるスロットル開口面積Ａは、流量係数Ｃが一定であることを前提としている。しかしながら、たとえばＪＩＳ等の規格で定められた標準のオリフィス流量計について図１６のような関係が周知されているように、流量係数Ｃは、レイノルズ数および開口面積比に依存して変動しうる。

たとえば、基準状態下すなわち式（３）中の流量係数ＣをＣbaseで表すとする。現在の状態下すなわち式（２）中の流量係数ＣがＣbaseに等しくない場合には、式（４）〜（６）から明らかなように、補正式（１）で求めたスロットル開口面積Ａには誤差が含まれるおそれがある。たとえば、ＣがＣbaseより小さいとき、現在の状態は、基準状態に比べて、スロットル弁を介して空気が流れにくくなっていることを示しているので、式（１）で算出されるスロットル開口面積Ａを大きくするよう補正するのが好ましい。したがって、流量係数の変動を考慮して、スロットル開口面積Ａをさらに補正する手段（６０１〜６０５のブロック）を設けるのが好ましい。

粘性係数算出部６０１は、吸気温センサ５４（図１）により検出される吸気温ＴＡに基づいて、吸気の粘性係数μを決定する。より具体的には、粘性係数算出部６０１は、吸気温ＴＡに基づいて図１７に示すようにテーブルを参照することにより、対応する粘性係数μを求める。該テーブルは、ＥＣＵ１０のメモリに記憶されることができる。気体の粘性係数は、温度によって変動する特性を有しており、温度が高くなるほど、粘性係数は大きくなる。

レイノルズ数算出部６０２は、吸気についてのレイノルズ数Ｒｅ_Ｄを算出する。周知の如く、レイノルズ数は、流体の密度、速度、および長さの積を、流体の粘性係数で除した値であり、流体の粘性および慣性についての指標となる。レイノルズ数が小さいほど、相対的に粘性作用が強い流れを示し、レイノルズ数が大きいほど、相対的に慣性作用が強い流れを示す。

ここで、再び図１４を参照し、レイノルズ数の算出について説明する。図において、スロットル開口面積Ａは、開口面積補正部５６６により算出されている。

前述したように、吸気のレイノルズ数Ｒｅ_Ｄは、空気流の密度ρ、速度Ｖおよび長さと、粘性係数μに基づいて算出されることができる。ここで、管内を流れる流体についての「長さ」には、該管の内径すなわち上記吸気管の内径Ｄが用いられる。したがって、レイノルズ数Ｒｅ_Ｄは、以下の式（９）に従って算出されることができる。

吸気量ＧＡＩＲは、単位時間あたりの空気量を表しているので、式（９）中の空気密度ρ（ｋｇ／ｍ^３）×速度Ｖ（ｍ／ｓ）は、ＧＡＩＲ（ｋｇ／ｓ）／Ａ_Ｄ（ｍ^２）で置き換えることができる。したがって、目標吸入空気量についてのレイノルズ数Ｒｅ_Ｄは、式（１０）に示すように、目標吸入空気量ＧＡＩＲ＿ＣＭＤと、吸気管の開口面積Ａ_Ｄおよび内径Ｄと、粘性係数算出部６０１により求められた粘性係数μとに基づいて算出されることができる。

開口面積比算出部６０３は、式（１１）に従い、吸気管の開口面積Ａ_Ｄに対するスロットル開口面積Ａの比ｍを算出する。
ｍ＝Ａ／Ａ_Ｄ （１１）

上で述べたように、流量係数は、開口面積比およびレイノルズ数と相関を有しているので、開口面積比およびレイノルズ数に対応する流量係数は、たとえば図１６に示すようなテーブルを参照することにより、決定されることができる。こうして決められた流量係数Ｃに応じて、式（１）で算出されるスロットル開口面積Ａを補正する補正係数Ｋｃが決定される。補正係数Ｋｃは、前述したように、上記求めた流量係数Ｃの、基準状態下の流量係数Ｃbaseに対するずれを補正するための係数である。こうして、開口面積比およびレイノルズ数に応じた補正係数Ｋｃを、予めテーブルに規定してＥＣＵ１０のメモリに記憶しておくことができる。

このようなテーブルの一例を、図１８に示す。該テーブルは、式（１）中で用いられる目標ゲージ圧ＰＢＧＡ＿ＣＭＤの条件で作成されている。該テーブルには、レイノルズ数がＲｅ１、Ｒｅ２、およびＲｅ３についての、開口面積比ｍと補正係数Ｋｃとの関係が表されている。ここで、Ｒｅ１＜Ｒｅ２＜Ｒｅ３である。

該テーブルにおいて、補正係数Ｋｃが１の状態は、現在のレイノルズ数Ｒｅ_Ｄおよび開口面積比ｍに基づく流量係数Ｃが、基準状態下の流量係数Ｃbaseに等しく、よって、スロットル開口面積Ａの補正は行われないことを示す。

開口面積比ｍが小さくなるほど、補正係数Ｋｃは大きくされる。これは、開口面積比ｍが小さくなるほど、流量係数Ｃは小さくなり、空気流がスロットル弁４６を通過しにくくなるので、スロットル開口面積Ａを大きくするためである。

また、同じ開口面積比の下では、レイノルズ数が大きくなるほど、補正係数Ｋｃは大きくされる。これは、レイノルズ数が大きくなるほど、流量係数Ｃは小さくなるので、よって、スロットル開口面積Ａを大きくするためである。

補正係数算出部６０４は、レイノルズ数算出部６０２および開口面積比算出部６０３により算出されたレイノルズ数Ｒｅ_Ｄおよび開口面積比ｍに基づいて図１８に示すようなテーブルを参照し、対応する補正係数Ｋｃを求める。

なお、図に示すテーブルは一例であり、レイノルズ数について３個の値のみ規定しているが、当然ながらこれに限定されず、さらに多数のレイノルズ数の値について規定してよい。また、レイノルズ数算出部６０２により算出されたレイノルズ数が、或る値と他の値の間にある場合には、周知の補間計算により、該算出されたレイノルズ数に対応する補正係数Ｋｃを算出することができる。

図１２に戻り、補正部６０５は、こうして算出された補正係数Ｋｃを、開口面積補正部５６６により算出されたスロットル開口面積Ａに乗算することにより、補正済みスロットル開口面積Ａ２を算出する。補正係数Ｋｃは、前述したように、吸気の粘性およびスロットル開口面積比ｍに基づく値であるので、この補正により、目標ゲージ圧を達成するためのスロットル開口面積Ａを、より良好な精度で算出することができる。

補正部６０５により出力された補正済みスロットル開口面積Ａ２に、フィードバック補正部５６８より出力されたスロットル開口面積の補正量ΔＡが、加算部５６９により加算される。

切り換え部６１１は、実ゲージ圧ＰＢＧＡと目標ゲージ圧ＰＢＧＡ＿ＣＭＤとの差ΔＰＢＧＡを算出し、該差ΔＰＢＧＡの絶対値が、所定の閾値以下ならば、スロットル開口面積（Ａ２＋ΔＡ）をスロットル開度算出部５７０に渡し、該算出部５７０が、図１９のようなテーブルを参照して該スロットル開口面積（Ａ２＋ΔＡ）に対応する目標スロットル角度ＴＨ＿ＣＭＤを求めるようにする。

上記差ΔＰＢＧＡが上記所定の閾値より大きければ、フィードバックを停止させるため、切り換え部６１１は、予め決められたスロットル開口面積値、より具体的にはスロットル弁の全閉を表す面積値を、スロットル弁開度算出部５７０に渡す。スロットル弁開度算出部５７０は、図１９に示すようなテーブルを参照して、該全閉を表す面積値に対応する目標スロットル角度ＴＨ＿ＣＭＤを求める。こうして、実ゲージ圧と目標ゲージ圧の差が大きい時にフィードバックを停止することにより、運転状態が大きく変動するのを回避することができる。

代替的に、切り換え部６１１は、上記差ΔＰＢＧＡが所定の閾値より大きいとき、その旨を示す信号をスロットル弁開度算出部５７０に送り、該算出部５７０が、図１９のようなテーブルを参照することなく、予め決められた全閉を示す目標スロットル開度を出力するようにしてもよい。

なお、前述したように、図９の目標スロットル開度算出部４０３は、図５の吸気管圧力制御部３０２により実現されるので、図１２は、該吸気管圧力制御部３０２の機能ブロック図とも言える。すなわち、通常運転時では、たとえば図５（ｂ）のような制御を実現するように、第１の領域では目標リフト量に基づいて目標ゲージ圧が決定され、第２の領域では目標ゲージ圧が所定値に設定され、これら目標ゲージ圧が、図１２のＰＢＧＡ＿ＣＭＤとして用いられる。そして、進角ロック故障が生じた時には、吸気管圧力制御部３０２は、目標ゲージ圧ＰＢＧＡ＿ＣＭＤとして、前述した故障時用の目標ゲージ圧を用いる。そして、リフト量制御に関する故障を判定する際に、図７のＳ１７において吸気管圧力のフィードバック制御が停止されるが、これは、図１５に示すようなフィードバック許可フラグを設定することにより実現されることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において改変して用いることができる。

本発明の一実施形態に従う、内燃機関およびその制御装置の全体的な構成図。 本発明の一実施形態に従う、可変リフト機構の概略を示す図。 本発明の一実施形態に従う、可変位相機構の概略を示す図。 本発明の一実施形態に従う、吸気バルブの作動特性を示す図。 本発明の一実施形態に従う、各種制御の機能ブロック図および吸入空気量制御の一形態を示す図。 本発明の一実施形態に従う、可変リフト機構を用いた吸入空気量制御における故障に対するフェイルセーフを実施する制御装置のブロック図。 本発明の一実施形態に従う、故障判定プロセスのフロー。 本発明の一実施形態に従う、フェイルセーフ制御プロセスのフロー。 本発明の一実施形態に従う、可変位相機構における進角ロック故障に対するフェイルセーフを実施する制御装置のブロック図。 本発明の一実施形態に従う、フェイルセーフ制御プロセスのフロー。 本発明の一実施形態に従う、フェイルセーフ制御に用いるマップの一例を示す図。 本発明の一実施形態に従う、目標スロットル開度算出部のブロック図。 本発明の一実施形態に従う、基準状態下における吸入空気量とスロットル開口面積との関係を表す相関テーブル。 本発明の一実施形態に従う、吸気管に関する各種パラメータを示す図。 本発明の一実施形態に従う、フィードバック補正部の詳細な機能ブロック図。 ＪＩＳ規格のオリフィス流量計における流量係数、レイノルズ数および開口面積比の相関を表すテーブル。 本発明の一実施形態に従う、粘性係数を求めるためのテーブル。 本発明の一実施形態に従う、補正係数を求めるためのテーブル。 本発明の一実施形態に従う、スロットル開口面積とスロットル弁開度との関係を表すテーブル。

符号の説明

１０ ECU
１４ 吸気バルブ
３０ 可変動弁装置
３２ 可変リフト機構
３３ 可変位相機構
４６ スロットル弁
５０ エアフローメータ
５２ 吸気管内圧力センサ
５４ 吸気温度センサ
５６ 大気圧センサ

Claims (8)

1. 吸気バルブのリフト量および位相を変更可能な可変動弁装置を備える内燃機関の制御装置であって、
   前記可変動弁装置を用いて前記吸気バルブのリフト量を制御するリフト量制御手段と、
   前記リフト量制御手段に関する故障が判定されたならば、前記吸気バルブの位相を最遅角に設定する位相設定手段と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて、前記リフト量を、故障時用に予め設定された所定値に固定するリフト量固定手段と、
   を備える、制御装置。
2. さらに、
   前記内燃機関の運転状態に従って、前記リフト量を前記故障時用の所定値に移行させる速度を変更する変更手段を備える、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記変更手段は、さらに、燃料カット中に前記故障が判定されたならば、前記吸気バルブのリフト量を、前記故障時用の所定値に即時に変更する、
   請求項２に記載の制御装置。
4. さらに、
   前記吸気バルブの作動速度が所定値より大きいとき、および、前記吸気バルブのリフト量について気筒間の偏差が所定値より大きいとき、の少なくとも一方が満たされたならば、前記故障と判定する、
   請求項１から３のいずれかに記載の制御装置。
5. さらに、
   吸気管圧力を検出するセンサ、大気圧を検出するセンサ、吸入空気量を検出するセンサ、吸気温を検出するセンサのうちの少なくとも１つのセンサの故障が検出されたならば、前記故障と判定する、
   請求項１から４のいずれかに記載の制御装置。
6. さらに、
   前記吸気管圧力センサおよび前記大気圧センサの少なくとも一方の故障が検出されたならば、吸気管圧力を目標ゲージ圧に制御するフィードバック制御を停止する、
   請求項５に記載の制御装置。
7. 吸気バルブのリフト量および位相を変更可能な可変動弁装置を備える内燃機関の制御装置であって、
   前記可変動弁装置を用いて、前記吸気バルブの位相を制御する位相制御手段と、
   前記吸気バルブの位相が所定の進角状態にロックされる故障が判定されたならば、前記内燃機関のスロットル弁の開度を大きくする手段と、
   前記吸気バルブのリフト量を、オーバーラップ量を減らす所定値にまで変更する手段と、
   を備える、制御装置。
8. さらに、
   目標吸入空気量が増大する場合、前記スロットル弁の開度が全開に達するまでは、前記リフト量を前記所定値に維持しつつ、該目標吸入空気量の増大に従って前記スロットル弁の開度を大きくし、該スロットル弁の開度が全開に達した後は、該目標吸入空気量の増大に従って前記吸気バルブのリフト量を該所定値から増大させる、
   請求項７に記載の制御装置。

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