JP2010151121A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気弁のリフト量を連続的に変更する弁作動特性可変機構において、複数のセンサをより適切に配置し、センサ自体の故障診断だけでなく、伝達機構の故障診断も行うことができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 第１弁作動特性可変機構のコントロール軸５６にその回転角度を検出するコントロール軸回転角度センサ１４を設けるとともに、コントロール軸５６を伝達機構７１を介して駆動するモータ４３の出力軸４３ａにその回転角度を検出するモータ出力軸回転角度センサ７２を設ける。センサ１４及び７２の検出値に基づいて、センサ１４、７２及び伝達機構７１の故障を診断する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、吸気弁のリフト量を連続的に変更する弁作動特性可変機構を備える内燃機関の制御装置に関し、特に弁作動特性可変機構の故障診断機能を備えるものに関する。

特許文献１には、同一の検出対象を検出する複数のセンサの出力に基づいて、該複数センサの異常を診断する診断装置が示されている。この装置では、センサの出力特性の最小値側と最大値側の少なくとも一方にオフセットが設けられており、オフセットを調整することにより複数のセンサの基準点補正が行われる。これにより、複数センサの基準点ずれに起因する誤診断が防止される。

特許第３４６３４６３号公報

上記特許文献１に示された装置を、モータを伝達機構を介してコントロール軸に接続し、モータによってコントロール軸を駆動することによって吸気弁のリフト量を変更する弁作動特性可変機構に適用すると、例えば複数のセンサをコントロール軸の回転角度を検出するために配置し、検出回転角度の信頼性を高めるとともに、複数のセンサの故障診断を行うことが可能となる。しかしながら、同一の検出対象、すなわちコントロール軸の回転角度を複数のセンサで検出するため、コントロール軸に駆動力を伝達する伝達機構の故障は診断することができない。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、吸気弁のリフト量を連続的に変更する弁作動特性可変機構において、複数のセンサをより適切に配置し、センサ自体の故障診断だけでなく、伝達機構の故障診断も行うことができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気弁のリフト量を連続的に変更する弁作動特性可変機構（４１，４３）であって、前記リフト量を変更するためのコントロール軸（５６）と、該コントロール軸（５６）を回動させるためのモータ（４３）と、該モータの出力軸（４３ａ）と前記コントロール軸（５６）との間に設けられ、前記モータ（４３）の駆動力を前記コントロール軸（５６）に伝達する伝達機構（７１）とを備える弁作動特性可変機構を備える内燃機関の制御装置において、前記モータの出力軸の回転角度（θＭＯＴ）を検出する第１回転角度検出手段（７２）と、前記コントロール軸の回転角度（θＣＳ）を検出する第２回転角度検出手段（１４）と、前記第１回転角度検出手段（７２）または第２回転角度検出手段（１４）により検出される回転角度に応じて、前記吸気弁のリフト量制御を行う制御手段と、前記第１及び第２回転角度検出手段により検出される回転角度（θＭＯＴ，θＣＳ）に基づいて、前記第１回転角度検出手段（７２）、第２回転角度検出手段（１４）、及び伝達機構（７１）の故障診断を行う故障診断手段とを備えることを特徴とする。
ここで「弁作動特性可変機構」は、後述する実施形態における第１弁作動特性可変機構４１にモータ４３を含めたものに相当する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記第１及び第２回転角度検出手段により検出される回転角度と、前記モータ出力軸及びコントロール軸の基準位置（全閉角度位置）との関係に基づいて前記回転角度を補正する補正手段をさらに備え、前記故障診断手段は、前記補正手段により補正された回転角度（θＭＯＴ，θＣＳ）に基づいて、前記故障診断を行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記第１及び第２回転角度検出手段により検出される回転角度に応じて、前記モータ出力軸の回転角速度を示す第１角速度パラメータ（ωＭＯＴ）及び前記コントロール軸の回転角速度を示す第２角速度パラメータ（ωＣＳ）を算出する角速度パラメータ算出手段をさらに備え、前記故障診断手段は、前記第１及び第２角度パラメータ（ωＭＯＴ，ωＣＳ）に基づいて、前記故障診断を行うことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記故障診断手段は、前記第１回転角度検出手段（７２）の異常を検出する第１異常検出手段を有し、前記制御手段は、前記第１回転角度検出手段（７２）の異常が検出されたときは、前記第２回転角度検出手段（１４）により検出される回転角度（θＣＳ）に応じて前記第１回転角度検出手段により検出される回転角度の代替値（θＣＳ×ＲＤ）を算出し、該算出した代替値を用いて前記リフト量制御を継続することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記故障診断手段は、前記第２回転角度検出手段（１４）の異常を検出する第２異常検出手段を有し、前記制御手段は、前記第２回転角度検出手段（１４）の異常が検出されたときは、前記第１回転角度検出手段により検出される回転角度（θＭＯＴ）に応じて前記第２回転角度検出手段（１４）の検出値の代替値（θＭＯＴ／ＲＤ）を算出し、該算出した代替値を用いて前記リフト量制御を継続することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、モータの出力軸の回転角度を検出する第１回転角度検出手段、及びコントロール軸の回転角度を検出する第２回転角度検出手段により検出される回転角度に基づいて、第１回転角度検出手段、第２回転角度検出手段及び伝達機構の故障診断が行われる。伝達機構の入力側及び出力側のそれぞれにおいて回転角度検出手段により回転角度が検出されるので、２つの回転角度検出手段の検出値を比較することにより、回転角度検出手段の故障だけでなく、伝達機構の故障も診断することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、第１及び第２回転角度検出手段により検出される回転角度と、モータ出力軸及びコントロール軸の基準位置との関係に基づいて検出回転角度が補正され、補正された回転角度に基づいて故障診断が行われる。例えば吸気弁が全閉状態となる基準位置に対応した検出回転角度がずれていると正確な故障診断ができないので、基準位置と検出回転角度との関係に基づいて補正した検出値を用いることにより正確な故障診断を行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、第１及び第２回転角度検出手段により検出される回転角度に応じて、モータ出力軸の回転角速度を示す第１角速度パラメータ及びコントロール軸の回転角速度を示す第２角速度パラメータが算出され、第１及び第２角速度パラメータに基づいて故障診断が行われる。角速度パラメータを用いることにより、検出回転角度と基準位置との関係が補正されていなくても正確な診断を行うことができる。

請求項４に記載の発明によれば、第１回転角度検出手段の異常が検出されたときは、第２回転角度検出手段により検出される回転角度に応じて第１回転角度検出手段により検出される回転角度の代替値が算出され、その代替値を用いてリフト量制御が継続されるので、吸気弁のリフト量制御の信頼性を高めることができる。

請求項５に記載の発明によれば、第２回転角度検出手段の異常が検出されたときは、第１回転角度検出手段により検出される回転角度に応じて第２回転角度検出手段により検出される回転角度の代替値が算出され、その代替値を用いてリフト量制御が継続されるので、吸気弁のリフト量制御の信頼性を高めることができる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 図１に示す弁作動特性可変装置の構成を示す図である。 図２に示す第１弁作動特性可変機構の概略構成を説明するための図である。 吸気弁の弁作動特性を示す図である。 第１弁作動特性可変機構と駆動用モータとの接続部の構成を示す図である。 モータ出力軸及びコントロール軸の回転角度を検出するセンサ（１４，７２）、及び伝達機構（７１）の故障診断を行う処理（第１の実施形態）のフローチャートである。 コントロール軸回転角度の全閉位置補正量の算出手法を説明するためのタイムチャートである。 全閉位置補正量を算出する学習処理のフローチャートである。 故障検出時におけるフェールセーフ処理のフローチャートである。 モータ出力軸及びコントロール軸の回転角度を検出するセンサ（１４，７２）、及び伝達機構（７１）の故障診断を行う処理（第２の実施形態）のフローチャートである。 モータ出力軸回転角度センサの異常判定処理のフローチャートである。 図１１の処理を説明するためのタイムチャートである。 モータ出力軸及びコントロール軸の回転角度を検出するセンサ（１４，７２）、及び伝達機構（７１）の故障診断を行う処理（第３の実施形態）のフローチャートである。 図１３の処理で参照される設定角度閾値（θＥＲＴＨＳＨ，θＥＲＴＨＳＬ）の設定を行う処理のフローチャートである。 図１３の処理を説明するためのタイムチャートである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の一実施形態にかかる内燃機関とその制御装置の構成を示す図であり、図２は弁作動特性可変装置の構成を示す図である。図１において、例えば４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、吸気弁及び排気弁と、これらを駆動するカムを備えるとともに、吸気弁の弁リフト量及び開角（開弁期間）を連続的に変更する第１弁作動特性可変機構４１と、吸気弁を駆動するカムの、クランク軸回転角度を基準とした作動位相を連続的に変更するカム位相可変機構としての第２弁作動特性可変機構４２とを有する弁作動特性可変装置４０を備えている。第２弁作動特性可変機構４２により吸気弁を駆動するカムの作動位相が変更され、吸気弁の作動位相が変更される。

エンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。また、スロットル弁３にはスロットル弁開度（ＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット（以下（ＥＣＵ）という）５に供給する。スロットル弁３には、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ７が接続されており、アクチュエータ７は、ＥＣＵ５によりその作動が制御される。

燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。

スロットル弁３の下流には吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ８及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ９が取付けられている。またエンジン１の本体には、エンジン冷却水温ＴＷを検出するエンジン冷却水温センサ１０が取り付けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５には、エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１１及び、エンジン１の吸気弁を駆動するカムが固定されたカム軸の回転角度を検出するカム角度位置センサ１２が接続されており、クランク軸の回転角度及びカム軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１１は、一定クランク角周期毎（例えば３０度周期）に１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）と、クランク軸の所定角度位置を特定するパルスを発生する。また、カム角度位置センサ１２は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）と、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）でパルス（以下「ＴＤＣパルス」という）を発生する。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。なお、カム角度位置センサ１２より出力されるＴＤＣパルスと、クランク角度位置センサ１１より出力されるＣＲＫパルスとの相対関係からカム軸の実際の作動位相ＣＡＩＮが検出される。

ＥＣＵ５には、エンジン１によって駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３１、当該車両の走行速度（車速）ＶＰを検出する車速センサ３２、及び大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ３３が接続されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

弁作動特性可変装置４０は、図２に示すように、吸気弁のリフト量及び開角（以下単に「リフト量」という）を連続的に変更する第１弁作動特性可変機構４１と、吸気弁の作動位相を連続的に変更する第２弁作動特性可変機構４２と、吸気弁のリフト量ＬＦＴを連続的に変更するためのモータ４３と、吸気弁の作動位相を連続的に変更するために、その開度が連続的に変更可能な電磁弁４４とを備えている。吸気弁の作動位相を示すパラメータとして、上記カム軸の作動位相ＣＡＩＮが用いられる。電磁弁４４には、オイルパン４６の潤滑油がオイルポンプ４５により、加圧されて供給される。なお、第２弁作動特性可変機構４２の具体的な構成は、例えば特開２０００−２２７０１３号公報に示されている。

第１弁作動特性可変機構４１は、図３（ａ）に示すように、カム５２が設けられたカム軸５１と、シリンダヘッドに軸５５ａ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５５と、コントロールアーム５５を揺動させるコントロールカム５７が設けられたコントロール軸５６と、コントロールアーム５５に支軸５３ｂを介して揺動可能に支持されるとともに、カム５２に従動して揺動するサブカム５３と、サブカム５３に従動し、吸気弁６０を駆動するロッカアーム５４とを備えている。ロッカアーム５４は、コントロールアーム５５内に揺動可能に支持されている。

サブカム５３は、カム５２に当接するローラ５３ａを有し、カム軸５１の回転により、軸５３ｂを中心として揺動する。ロッカアーム５４は、サブカム５３に当接するローラ５４ａを有し、サブカム５３の動きが、ローラ５４ａを介して、ロッカアーム５４に伝達される。

コントロールアーム５５は、コントロールカム５７に当接するローラ５５ｂを有し、コントロール軸５６の回動により軸５５ａを中心として揺動する。図３（ａ）に示す状態では、サブカム５３の動きはロッカアーム５４にほとんど伝達されないため、吸気弁６０はほぼ全閉の状態を維持する。一方同図（ｂ）に示す状態では、サブカム５３の動きがロッカアーム５４を介して吸気弁６０に伝達され、吸気弁６０は最大リフト量ＬＦＴＭＡＸ（例えば１２ｍｍ）まで開弁する。

したがって、モータ４３によりコントロール軸５６を回動させることにより、吸気弁６０のリフト量ＬＦＴを連続的に変更することがきる。本実施形態では、第１弁作動特性可変機構４１に、コントロール軸５６の回転角度（以下「ＣＳ角度」という）θＣＳを検出するコントロール軸回転角度センサ（以下「ＣＳ角度センサ」という）１４が設けられており、検出されるＣＳ角度θＣＳがリフト量ＬＦＴを示すパラメータとして使用される。

なお、第１弁作動特性可変機構４１の詳細な構成は、特開２００８−２５４１８号公報に示されている。

第１弁作動特性可変機構４１により、図４（ａ）に示すように吸気弁のリフト量ＬＦＴ（及び開角）が変更される。また第２弁作動特性可変機構４２により、吸気弁は、同図（ｂ）に実線Ｌ３及びＬ４で示す特性を中心として、カムの作動位相ＣＡＩＮの変化に伴って破線Ｌ１，Ｌ２で示す最進角位相から、一点鎖線Ｌ５，Ｌ６で示す最遅角位相までの間の位相で駆動される。

図５に示すように、モータ４３の駆動力は、モータ出力軸４３ａから伝達機構７１を介してコントロール軸５６に伝達される。コントロール軸５６には、前述した通り、ＣＳ角度θＣＳを検出するＣＳ角度センサ１４が設けられている。さらに本実施形態では、モータ出力軸４３ａに、該軸４３ａの回転角度（以下「ＭＯＴ角度」という）θＭＯＴを検出するモータ出力軸回転角度センサ（以下「ＭＯＴ角度センサ」という）７２が設けられており、センサ７２の検出信号もＥＣＵ５に供給される。ＣＳ角度センサ１４としては、例えば磁気抵抗素子を用いた角度センサが使用され、ＭＯＴ角度センサ７２としては、例えばレゾルバが使用される。

ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路のほか、アクチュエータ７、燃料噴射弁６、モータ４３、電磁弁４４に駆動信号を供給する出力回路等から構成される。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、上記センサの検出信号に応じて、スロットル弁３の開度制御、エンジン１に供給する燃料量（燃料噴射弁６の開弁時間）の制御、並びにモータ４３及び電磁弁４４による弁作動特性（吸入空気流量）の制御を行う。

吸気弁のリフト量制御（ＣＳ角度制御）においては、エンジン運転状態に応じて吸気弁のリフト量指令値ＬＦＴＣＭＤが算出され、リフト量指令値ＬＦＴＣＭＤに応じてＣＳ角度指令値θＣＳＣＭＤが算出され、検出されるＣＳ角度θＣＳがＣＳ角度指令値θＣＳＣＭＤと一致するように、モータ４３の駆動電流ＩＭＤのフィードバック制御が行われる。

さらにＥＣＵ５は、ＣＳ角度センサ１４及びＭＯＴ角度センサ７２の検出値に基づいて、両センサ１４，７２、及び伝達機構７１の故障診断を行う。

図６は、この故障診断を行う処理のフローチャートであり、この処理は所定時間毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
ステップＳ１０では、学習フラグＦＬＲＮが「１」であるか否かを判別する。学習フラグＦＬＲＮは、図８の処理によりＣＳ角度センサ１４及びＭＯＴ角度センサ７２の全閉位置の学習が完了していたとき「１」に設定される。図７の処理では、吸気弁を全閉状態とする角度位置（以下「全閉角度位置」という）に対応するＣＳ角度センサ１４及びＭＯＴ角度センサ７２の検出値を示す第１全閉位置補正量ＤＣＳＬ及び第２全閉位置補正量ＤＭＯＴＬが算出される。学習フラグＦＬＲＮが「０」であって学習（補正量の算出）が完了していないときは、直ちに処理を終了する。

学習フラグＦＬＲＮが「１」であるときは、下記式（１）にＣＳ角度センサ１４のセンサ出力θＣＳＳ及び第１全閉位置補正量ＤＣＳＬを適用し、ＣＳ角度θＣＳを算出する（ステップＳ１１）。
θＣＳ＝θＣＳＳ−ＤＣＳＬ （１）

ステップＳ１２では、下記式（２）にＭＯＴ角度センサ７２のセンサ出力θＭＯＴＳ及び第２全閉位置補正量ＤＭＯＴＬを適用し、ＭＯＴ角度θＭＯＴを算出する（ステップＳ１２）。
θＭＯＴ＝θＭＯＴＳ−ＤＭＯＴＬ （２）

ステップＳ１１及びＳ１２により全閉角度位置の補正が行われたＣＳ角度θＣＳ及びＭＯＴ角度θＭＯＴが得られる。

ステップＳ１３では、下記式（３）にＣＳ角度θＣＳを適用し、推定ＭＯＴ角度θＭＯＴＨＡＴを算出する。式（３）の「ＲＤ」は、伝達機構７１の減速比である。本実施形態では、θＣＳ＞θＭＯＴであり、減速比ＲＤは「１．０」より大きな値に設定されている。
θＭＯＴＨＡＴ＝θＣＳ×ＲＤ （３）

ステップＳ１４では下記式（４）にＭＯＴ角度θＭＯＴ及び推定ＭＯＴ角度θＭＯＴＨＡＴを適用し、角度偏差θＥＲＲを算出する。
θＥＲＲ＝｜θＭＯＴ−θＭＯＴＨＡＴ｜ （４）

ステップＳ１５では、角度偏差θＥＲＲが角度閾値θＥＲＴＨより大きいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、センサ１４，７２、及び伝達機構７１は正常と判定し、故障フラグＦＦＡＩＬを「０」に設定する（ステップＳ１７）。一方、角度偏差θＥＲＲが角度閾値θＥＲＴＨより大きいときは、センサ１４，７２、または伝達機構７１が故障していると判定し、故障フラグＦＦＡＩＬを「１」に設定する（ステップＳ１６）。なお、角度閾値θＥＲＴＨは、予め実験により検出値のばらつきなどを考慮して最適値に設定される。

次に上述した第１全閉位置補正量ＤＣＳＬ及び第２全閉位置補正量ＤＭＯＴＬの算出手法を説明する。本実施形態では、コントロール軸５６に全閉ストッパが取り付けられており、コントロール軸５６が回動して全閉角度位置に達すると全閉ストッパによって停止する。そこで、コントロール軸５６が全閉ストッパにより停止した状態におけるＣＳ角度センサ１４のセンサ出力θＣＳＳ及びＭＯＴ角度センサ７２のセンサ出力θＭＯＴＳを、それぞれ第１全閉位置補正量ＤＣＳＬ及び第２全閉位置補正量ＤＭＯＴＬとして算出する。

ただし、全閉ストッパまでコントロール軸５６を回動させるときのモータ出力トルクが大きすぎるときは全閉ストッパを損傷するおそれがあり、逆に小さすぎると全閉ストッパに達する前に停止してしまうおそれがある。そのような不具合を防止するために、本実施形態では、コントロール軸５６を回動させるときの角速度（以下「ＣＳ角速度」という）ωＣＳを指令値ωＣＳＣＭＤに一致させるフィードバック制御を実行し、検出される角速度ωＣＳと指令値ωＣＳＣＭＤとの偏差Ｄωが所定値ＤωＴＨ以上となったときに、コントロール軸５６が全閉ストッパに達したと判定するようにしている。これにより、コントロール軸５６を全閉角度位置に正確に停止させ、正確な全閉位置補正量を得ることができる。

図７は、全閉位置補正量ＤＣＳＬ及びＤＭＯＴＬを算出する学習処理を説明するためのタイムチャートであり、同図（ａ）の実線及び破線がそれぞれＣＳ角速度ωＣＳ及び指令値ωＣＳＣＭＤの推移を示す。また同図（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれＣＳ角度θＣＳ、及びモータ４３の出力トルクＴＭＯＴの推移を示す。時刻ｔ１に学習処理が開始されると、指令値ωＣＳＣＭＤが所定速度ωＬＲＮに設定され、ＣＳ角速度ωＣＳが指令値ωＣＳＣＭＤに追従する。時刻ｔ２においてコントロール軸５６が全閉ストッパに到達すると、ＣＳ角速度ωＣＳが急激に減少し、偏差Ｄωが所定値ＤωＴＨを超えるので、全閉位置に到達したと判定され、モータ４３の駆動が停止される。

図８は、全閉位置補正量ＤＣＳＬ及びＤＭＯＴＬを算出する学習処理のフローチャートである。この処理は、所定実行条件が成立したときに所定時間毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。所定実行条件には、少なくともエンジン１が停止しているという条件、及び１度学習が完了した後は、エンジン１により駆動される車両が該完了時点から所定距離以上走行したという条件が含まれる。

ステップＳ２１では、全閉ストッパの方向にコントロール軸５６を駆動し、ＣＳ角速度ωＣＳが指令値ωＣＳＣＭＤと一致するようにモータ駆動電流のフィードバック制御を行う。ＣＳ角速度ωＣＳは、ＣＳ角度θＣＳの一定時間当たりの変化量として算出される。例えば、図８の処理の実行周期Ｔで離散化した離散化時刻ｋを用いると、ωＣＳは、下記式（５）により算出される。
ωＣＳ＝θＣＳ(k)−θＣＳ(k-1) （５）

ステップＳ２２では、下記式（６）により速度偏差Ｄωを算出する。
Ｄω＝｜ωＣＳ−ωＣＳＣＭＤ｜ （６）
ステップＳ２３では、速度偏差Ｄωが所定値ＤωＴＨ以上であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）である間は、コントロール軸５６が回動していることを示すので、直ちに処理を終了する。ステップＳ２３で速度偏差Ｄωが所定値ＤωＴＨ以上となったときは、コントロール軸５６が全閉角度位置に到達したと判定し、全閉位置補正量ＤＣＳＬ及びＤＭＯＴＬを、それぞれその時点のＣＳ角度センサ出力θＣＳＳ及びＭＯＴ角度センサ出力θＭＯＴＳに設定し（ステップＳ２４）、学習フラグＦＬＲＮを「１」に設定する（ステップＳ２５）。

図９は、図６の処理で故障が検出されたときのフェールセーフ動作を行う処理のフローチャートである。この処理は、所定時間毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。

ステップＳ３１では、故障フラグＦＦＡＩＬが「１」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは直ちに処理を終了する。故障フラグＦＦＡＩＬが「１」であるときは、第１センサ異常フラグＦＣＳＮＧが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ３２）。第１センサ異常フラグＦＣＳＮＧは、ＣＳ角度センサ１４の異常（例えばセンサ出力が一定電圧に固定される異常）が検出されたときに、図示しない他の処理で「１」に設定される。

ステップＳ３２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、第２センサ異常フラグＦＭＯＴＮＧが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ３３）。第２センサ異常フラグＦＭＯＴＮＧは、ＭＯＴ角度センサ７２の異常（例えばセンサ出力が一定電圧に固定される異常）が検出されたときに、図示しない他の処理で「１」に設定される。

ステップＳ３３の答が否定（ＮＯ）、すなわちＭＯＴ角度センサ７２が正常でＣＳ角度センサ１４が異常であるときは、下記式（７）によりＣＳ角度θＣＳを、ＭＯＴ角度θＭＯＴを用いて算出される代替値に設定する（ステップＳ３４）。
θＣＳ＝θＭＯＴ／ＲＤ （７）

ステップＳ３７では、フェールセーフ動作中であることを示すフィールセーフ動作フラグＦＦＳＡを「１」に設定する。

ステップＳ３２で第１センサ異常フラグＦＣＳＮＧが「０」であるときは、ステップＳ３５でステップＳ３３と同様の判別を行う。ステップＳ３５の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわちＣＳ角度センサ１４が正常でＭＯＴ角度センサ７２が異常であるときは、下記式（８）によりＭＯＴ角度θＭＯＴを、ＣＳ角度θＣＳを用いて算出される代替値に設定する（ステップＳ３４）。その後前記ステップＳ３７に進む。
θＭＯＴ＝θＣＳ×ＲＤ （８）

ステップＳ３３で、第２センサ異常フラグＦＭＯＴＮＧが「１」であって２つのセンサ１４，７２がともに異常であるとき、またはステップＳ３５で第２センサ異常フラグＦＭＯＴＮＧが「０」であって２つのセンサ１４，７２がともに正常であるときは、フェールセーフ動作フラグＦＦＳＡを「０」に設定する（ステップＳ３８）。

フェールセーフ動作フラグＦＦＳＡが「１」に設定されたときは、代替値を用いて吸気弁のリフト量制御が継続される。

以上のように本実施形態では、ＣＳ角度センサ１４及びＭＯＴ角度センサ７２の検出値に基づいて、ＣＳ角度センサ１４、ＭＯＴ角度センサ７２、及び伝達機構７１の故障診断が行われる。伝達機構７１の入力側及び出力側のそれぞれに設けられたＭＯＴ角度センサ７２及びＣＳ角度センサ１４により回転角度が検出されるので、２つのセンサの検出値θＭＯＴ及びθＣＳを比較することにより、センサ１４及び７２の故障だけでなく、伝達機構７１の故障も診断することが可能となる。

また全閉角度位置に対応するＣＳ角度センサ出力及びＭＯＴ角度センサ出力である第１及び第２全閉位置補正量ＤＣＳＬ，ＤＭＯＴＬが算出され、全閉位置補正量ＤＣＳＬ，ＤＭＯＴＬにより補正されたＣＳ角度θＣＳ及びＭＯＴ角度θＭＯＴに基づいて故障診断が行われるので、全閉角度位置に対応する２つのセンサ出力にずれがあっても正確な故障診断を行うことができる。

またＣＳ角度センサ１４の異常が検出されたときは、ＭＯＴ角度センサ７２の検出値に応じてＣＳ角度の代替値が算出され、その代替値を用いてリフト量制御が継続される一方、ＭＯＴ角度センサ７２の異常が検出されたときは、ＣＳ角度センサ１４の検出値に応じてＭＯＴ角度の代替値が算出され、その代替値を用いてリフト量制御が継続されるので、吸気弁のリフト量制御の信頼性を高めることができる。

本実施形態では、ＭＯＴ角度センサ７２及びＣＳ角度センサ１４が、それぞれ第１回転角度検出手段及び第２回転角度検出手段に相当し、ＥＣＵ５が制御手段、故障診断手段、補正手段、第１異常検出手段、及び第２異常検出手段を構成する。具体的には、図６のステップＳ１３〜Ｓ１７が故障診断手段に相当し、図６のステップＳ１１，Ｓ１２及び図８の処理が補正手段に相当する。

［第２の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態における故障診断処理（図６）を図１０に示す処理に代えたものである。これ以外の点は第１の実施形態と同一である。

図１０のステップＳ４１では、下記式（９）によりＣＳ角速度ωＣＳを算出する。
ωＣＳ＝θＣＳＳ(k)−θＣＳＳ(k-1) （９）
ステップＳ４２では、モータ出力軸の回転角速度であるＭＯＴ角速度ωＭＯＴを下記式（１０）により算出する。
ωＭＯＴ＝θＭＯＴＳ(k)−θＭＯＴＳ(k-1) （１０）

上記式（９）及び（１０）には、センサ出力θＣＳＳ及びθＷＯＴＳを適用しているが、全閉位置補正量による補正後のＣＳ角度θＣＳ及びＭＯＴ角度θＭＯＴを適用してもよい。

ステップＳ４３では、下記式（１１）にＣＳ角速度ωＣＳを適用し、推定ＭＯＴ角速度ωＭＯＴＨＡＴを算出する。
ωＭＯＴＨＡＴ＝ωＣＳ×ＲＤ （１１）

ステップＳ４４では下記式（１２）にＭＯＴ角速度ωＭＯＴ及び推定ＭＯＴ角速度ωＭＯＴＨＡＴを適用し、角速度偏差ωＥＲＲを算出する。
ωＥＲＲ＝｜ωＭＯＴ−ωＭＯＴＨＡＴ｜ （１２）

ステップＳ４５では、角速度偏差ωＥＲＲが角速度閾値ωＥＲＴＨより大きいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、センサ１４，７２、及び伝達機構７１は正常と判定し、故障フラグＦＦＡＩＬを「０」に設定する（ステップＳ４７）。一方、角速度偏差ωＥＲＲが角速度閾値ωＥＲＴＨより大きいときは、センサ１４，７２、または伝達機構７１が故障していると判定し、故障フラグＦＦＡＩＬを「１」に設定する（ステップＳ４６）。

図１０の処理によれば、ＣＳ角速度ωＣＳ及びＭＯＴ角速度ωＭＯＴに基づいて故障診断が行われるので、図６の処理のように第１全閉位置補正量ＤＣＳＬ及び第２全閉位置補正量ＤＭＯＴＬによる補正を行わなくても、正確な診断を行うことができる。
本実施形態では、図１０の処理が故障診断手段に相当する。

［変形例］
ＣＳ角度センサ１４及び／またはＭＯＴ角度センサ７２の異常判定は、上述したものに限らず、以下に説明するような手法によって行うようにしてもよい。
図１１は、ＭＯＴ角度センサ７２の異常判定処理のフローチャートであり、この処理は、例えば図８に示す学習処理を実行するときにＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間毎に実行される。すなわち、コントロール軸５６を回動させるときのＣＳ角速度ωＣＳを指令値ωＣＳＣＭＤに一致させるフィードバック制御を実行しているときに実行される。

ステップＳ５１では、前記式（１０）によりＭＯＴ角速度ωＭＯＴを算出する。
ステップＳ５２では、上記フィードバック制御開始時点からの経過時間ＴＦＢに応じて予測角速度ＨＭＯＴを算出する。予測角速度ＨＭＯＴは、例えば目標値（ＲＤ×ωＣＳＣＭＤ）に向かう指数関数（正常なＭＯＴ角度センサを用いて予め求められたものであり、例えば図１２の破線で示される）を用いて算出される。

ステップＳ５３では下記式（２１）にＭＯＴ角速度ωＭＯＴ及び予測角速度ＨＭＯＴを適用し、センサ角速度偏差ωＥＲＲＳを算出する。
ωＥＲＲＳ＝｜ωＭＯＴ−ＨＭＯＴ｜ （２１）

ステップＳ５４では、センサ角速度偏差ωＥＲＲＳがセンサ角速度閾値ωＥＲＴＨＳより大きいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、ＭＯＴ角度センサ７２は正常と判定し、第２センサ異常フラグＦＭＯＴＮＧを「０」に設定する（ステップＳ５６）。一方、センサ角速度偏差ωＥＲＲＳがセンサ角速度閾値ωＥＲＴＨＳより大きいときは、ＭＯＴ角度センサ７２に異常があると判定し、第２センサ異常フラグＦＭＯＴＮＧを「１」に設定する（ステップＳ５５）。

図１２は図１１の処理を説明するためのタイムチャートであり、破線Ｌ１が予測角速度ＨＭＯＴに対応し、実線Ｌ２が正常時のＭＯＴ角速度ωＭＯＴに対応する。実線Ｌ３及びＬ４で示す例では、センサ角度速度ωＥＲＲＳがセンサ角速度閾値ωＥＲＴＨＳより大きくなり、ＭＯＴ角度センサ７２に異常がある判定される。

なお、同様の手法によりＣＳ角度センサ１４の異常判定を行うようにしてもよい。その場合には、ＭＯＴ角速度ωＭＯＴを指令値ωＭＯＴＣＭＤに一致させるフィードバック制御を実行し、そのときのＣＳ角速度ωＣＳ及び予測角速度ＨＣＳを用いる。ＣＳ角度センサ１４またはＭＯＴ角度センサ７２の異常が検出されたときは、エンジン回転数ＮＥの上限値を通常の上限値よりより低回転側に変更するとともに、吸気弁のリフト量の上限値を通常より低くするフェールセーフアクションを行うことが望ましい。

また図６に示す処理では、ＣＳ角度θＣＳに応じて推定ＭＯＴ角度θＭＯＴＨＡＴを算出し、推定ＭＯＴ角度θＭＯＴＨＡＴとＭＯＴ角度θＭＯＴとの偏差を角度偏差θＥＲＲとして算出するようにしたが、ＭＯＴ角度θＭＯＴに応じて推定ＣＳ角度θＣＳＨＡＴ（＝θＭＯＴ／ＲＤ）を算出し、推定ＣＳ角度θＣＳＨＡＴとＣＳ角度θＣＳとの偏差を角度偏差θＥＲＲとして算出するようにしてもよい。

また図１０に示す処理では、ＣＳ角速度ωＣＳに応じて推定ＭＯＴ角速度ωＭＯＴＨＡＴを算出し、推定ＭＯＴ角速度ωＭＯＴＨＡＴとＭＯＴ角速度ωＭＯＴとの偏差を角速度偏差ωＥＲＲとして算出するようにしたが、ＭＯＴ角速度ωＭＯＴに応じて推定ＣＳ角速度ωＣＳＨＡＴ（＝ωＭＯＴ／ＲＤ）を算出し、推定ＣＳ角速度ωＣＳＨＡＴとＣＳ角速度ωＣＳとの偏差を角速度偏差ωＥＲＲとして算出するようにしてもよい。

［第３の実施形態］
本実施形態は、第１の実施形態における全閉角度位置の学習を行うことに代えて、故障診断に適用する閾値を実測データに基づいて設定し、故障診断を行うようにしたものである。

図１３は、本実施形態における故障診断処理のフローチャートであり、この処理は所定時間毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
ステップＳ６１では、閾値設定完了フラグＦＥＲＴＨＳが「１」であるか否かを判別する。閾値設定完了フラグＦＥＲＴＨＳは、図１４に示す角度閾値設定処理において設定角度閾値θＥＲＴＨＳＨ，θＥＲＴＨＳＬの算出が完了したとき、「１」に設定される（ステップＳ７８）。

ステップＳ６１の答が否定（ＮＯ）である間は、直ちに処理を終了する。ステップＳ６１の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ６２に進み、下記式（３１）により推定ＣＳ角度θＣＳＨＡＴを算出する。
θＣＳＨＡＴ＝θＭＯＴ／ＲＤ （３１）

ステップＳ６３では、下記式（３２）により、角度偏差θＥＲＲＳを算出する。角度偏差θＥＲＲＳは、第１の実施形態と異なり、負の値をとる場合がある。
θＥＲＲＳ＝θＣＳＨＡＴ−θＣＳ （３２）

ステップＳ６４では、角度偏差θＥＲＲＳが下側設定角度閾値θＥＲＴＨＳＬ以上でかつ上側設定角度閾値θＥＲＴＨＳＨ以下であるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、センサ１４，７２、及び伝達機構７１は正常と判定し、故障フラグＦＦＡＩＬを「０」に設定する（ステップＳ６６）。一方、ステップＳ６４の答が否定（ＮＯ）、すなわち角度偏差θＥＲＲが下側設定角度閾値θＥＲＴＨＳＬより小さいとき、または上側設定角度閾値θＥＲＴＨＳＨより大きいときは、センサ１４，７２、または伝達機構７１が故障していると判定し、故障フラグＦＦＡＩＬを「１」に設定する（ステップＳ６５）。

図１４は角度閾値設定処理のフローチャートであり、この処理は所定時間毎にＥＣＵ５のＣＰＵで実行される。
ステップＳ７１では、閾値設定完了フラグＦＥＲＴＨＳが「１」であるか否かを判別する。エンジン始動直後はこの答は否定（ＮＯ）であるので、ステップＳ７２に進み、図１３のステップＳ６２と同様にして推定ＣＳ角度θＣＳＨＡＴを算出する。

ステップＳ７３では、下記式（３２ａ）により初期角度偏差θＥＲＩＳ(n)を算出する。ここで「ｎ」は、初期角度偏差θＥＲＩＳの算出回数を計数する計数インデクスパラメータであり、エンジン始動直後は「０」に初期化されている。
θＥＲＩＳ(n)＝θＣＳＨＡＴ−θＣＳ （３２ａ）

ステップＳ７４では、計数インデクスパラメータｎを「１」だけインクリメントする。ステップＳ７５では、計数インデクスパラメータｎが所定値Ｎ０（例えば５）と等しいか否かを判別する。最初はこの答は否定（ＮＯ）であるので、直ちに処理を終了する。

ステップＳ７２〜Ｓ７５を繰り返し実行し、ステップＳ７５の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ７６に進み、下記式（３３）により平均初期角度偏差θＥＲＩＳＡＶを算出する。

ステップＳ７７では、下記式（３４）及び（３５）により上側設定角度閾値θＥＲＴＨＳＨ及び下側設定角度閾値θＥＲＴＨＳＬを算出する。式（３４）、（３５）のＤθは実験により予め設定される所定角度値である。
θＥＲＴＨＳＨ＝θＥＲＩＳＡＶ＋Ｄθ （３４）
θＥＲＴＨＳＬ＝θＥＲＩＳＡＶ−Ｄθ （３５）

ステップＳ７８では、閾値設定完了フラグＦＥＲＴＨＳを「１」に設定する。

図１５は、図１３の処理を説明するためのタイムチャートである。角度偏差θＥＲＲＳが上側設定角度閾値θＥＲＴＨＳＨ及び下側設定角度閾値θＥＲＴＨＳＬによって決まる正常範囲ＲＮＭＬ内にあるときは（実線）、正常判定が行われる。一方、破線で示すように、角度偏差θＥＲＲＳが正常範囲ＲＮＭＬから外れると（時刻ｔ１）、故障判定（センサまたは伝達機構が故障したとの判定）が行われる。

本実施形態によれば、第１の実施形態に示したような全閉角度位置の学習を行うことなく、故障診断を行うことができる。
本実施形態では、図１３及び図１４の処理が故障診断手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した図６及び図１０の処理では、ステップＳ１５及びＳ４５の答が肯定（ＹＥＳ）となると直ちに故障判定を行うようにしたが、ステップＳ１５及びＳ４５の答が肯定（ＹＥＳ）である状態が所定時間継続したときに故障判定を行うようにしてもよい。図１３の処理においても、ステップＳ６４の答が否定（ＮＯ）である状態が所定時間継続したときに故障判定を行うようにしてもよい。

またＣＳ角度θＣＳを吸気弁のリフト量ＬＦＴを示すパラメータとして使用したが、これに代えてＭＯＴ角度θＭＯＴをリフト量ＬＦＴを示すパラメータとして使用してもよく、あるいはＣＳ角度θＣＳ及びＭＯＴ角度θＭＯＴの何れか一方を適宜選択して使用するようにしてもよい。

また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御装置にも適用が可能である。

１ 内燃機関
５ 電子制御ユニット（制御手段、故障診断手段、補正手段、第１異常検出手段、第２異常検出手段）
１４ コントロール軸回転角度センサ（第２回転角度検出手段）
４１ 第１弁作動特性可変機構（弁作動特性可変機構）
４３ モータ（弁作動特性可変機構）
４３ａ モータ出力軸
７１ 伝達機構
７２ モータ出力軸回転角度センサ（第１回転角度検出手段）

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気弁のリフト量を連続的に変更する弁作動特性可変機構であって、前記リフト量を変更するためのコントロール軸と、該コントロール軸を回動させるためのモータと、該モータの出力軸と前記コントロール軸との間に設けられ、前記モータの駆動力を前記コントロール軸に伝達する伝達機構とを備える弁作動特性可変機構を備える内燃機関の制御装置において、
   前記モータの出力軸の回転角度を検出する第１回転角度検出手段と、
   前記コントロール軸の回転角度を検出する第２回転角度検出手段と、
   前記第１回転角度検出手段または第２回転角度検出手段により検出される回転角度に応じて、前記吸気弁のリフト量制御を行う制御手段と、
   前記第１及び第２回転角度検出手段により検出される回転角度に基づいて、前記第１回転角度検出手段、第２回転角度検出手段、及び伝達機構の故障診断を行う故障診断手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記第１及び第２回転角度検出手段により検出される回転角度と、前記モータ出力軸及びコントロール軸の基準位置との関係に基づいて前記回転角度を補正する補正手段をさらに備え、
   前記故障診断手段は、前記補正手段により補正された回転角度に基づいて、前記故障診断を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記第１及び第２回転角度検出手段により検出される回転角度に応じて、前記モータ出力軸の回転角速度を示す第１角速度パラメータ及び前記コントロール軸の回転角速度を示す第２角速度パラメータを算出する角速度パラメータ算出手段をさらに備え、
   前記故障診断手段は、前記第１及び第２角速度パラメータに基づいて、前記故障診断を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記故障診断手段は、前記第１回転角度検出手段の異常を検出する第１異常検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記第１回転角度検出手段の異常が検出されたときは、前記第２回転角度検出手段により検出される回転角度に応じて前記第１回転角度検出手段により検出される回転角度の代替値を算出し、該算出した代替値を用いて前記リフト量制御を継続することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記故障診断手段は、前記第２回転角度検出手段の異常を検出する第２異常検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記第２回転角度検出手段の異常が検出されたときは、前記第１回転角度検出手段により検出される回転角度に応じて前記第２回転角度検出手段により検出される回転角度の代替値を算出し、該算出した代替値を用いて前記リフト量制御を継続することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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