JP2016223308A - 可変動弁装置の異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の可変動弁装置の故障判定装置は、可変動弁装置の切り替え不良と切り替え遅れとを区別して判定するために高価な筒内圧センサーを必要とする。
【解決手段】オルタネーター５２と共に車両に搭載されるエンジン１０に組み込まれた本発明による可変動弁装置１５の異常判定装置は、車両の車輪側からエンジンに駆動力が与えられる運転状態にあって、かつエンジンに対して燃料の供給を停止した運転状態にある場合、可変動弁装置１５の切り替え手段３４ｐ，３４ｓが第１および第２のロッカーアーム３３ａ，３３ｂを連結状態から非連結状態へ、または非連結状態から連結状態へと切り替え、この時の発電量Ｗの変化量ΔＷの絶対値が所定量ΔＷ_R以下の場合に可変動弁装置１５に切り替え不良があると判定し、発電量の変化量の絶対値が所定量に達するまでに要する時間ｔ_Cが所定時間ｔ_R以上の場合に可変動弁装置１５に切り替え遅れがあると判定する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、油圧を利用して弁のリフト量を変更できるようにした可変動弁装置の異常判定装置に関する。

車両の運転状態に応じて内燃機関の出力特性などを最適化させるため、吸気弁および／または排気弁の開閉時期やリフト量を変更し得る可変動弁装置が知られている。このうち、単一の弁に対し、異なるカムプロフィールを持つ複数のカムと、これら複数のカムがそれぞれ当接する複数のロッカーアームとを選択的に機能させるようにした可変動弁装置が特許文献１や特許文献２などで周知である。個々の弁に対して複数のロッカーアームを選択的に機能させる可変動弁装置は、他の方式のものに対して比較的低コストにて可変動弁装置を構成することができるという利点がある。

このような可変動弁装置においては、車両の運転状態、例えば内燃機関に対する燃料の供給量、すなわち燃料噴射量と、この内燃機関のクランク軸の回転速度、すなわちエンジン回転速度とに応じて吸／排気弁の開閉時期やリフト量が変更される。一般的には、エンジン回転速度が高くかつ燃料噴射量が多い運転領域においては吸／排気弁が高リフト量となり、逆にエンジン回転速度が低くかつ燃料噴射量が少ない運転領域においては吸／排気弁が低リフト量となるように、使用すべきロッカーアームが選択される。

特開２００９−２９９５０３号公報 特開２０１５−３４５３４号公報

特許文献１や特許文献２に開示された可変動弁装置において、使用すべきロッカーアームの選択は、電動モーターや油圧を利用して複数のロッカーアームを連結状態または非連結状態に切り替えることにより行われる。この場合、所定のロッカーアームが相互に連結状態または非連結状態になったかを把握するため、特許文献１では電動モーターの駆動電流値の変化を利用し、特許文献２では内燃機関の燃焼室の圧力を検出するための筒内圧センサーからの情報を利用している。

電動モーターの駆動電流値の変化を利用して所定のロッカーアームが相互に連結状態になったか、あるいは非連結状態になったかを把握する特許文献１に開示された方法では、可変動弁装置の切り替え不良と切り替え遅れとを区別して判定することができない。これに対し、筒内圧センサーを利用して所定のロッカーアームが相互に連結状態になったか、あるいは非連結状態になったかを把握する特許文献２に開示された方法は、可変動弁装置の切り替え不良と切り替え遅れとを区別して判定することが可能である。しかしながら、特許文献２に開示された方法では高価な筒内圧センサーと複雑な判定手法を用いる必要があるため、より低コストにて可変動弁装置の切り替え不良と切り替え遅れとを区別して判定することができる可変動弁装置の異常判定装置に対する要求がある。

本発明の目的はかかる要求に応えたものであり、内燃機関が搭載された車両に組み込まれる一般的な補機類を利用して可変動弁装置の切り替え不良と切り替え遅れとを区別して判定することができる可変動弁装置の異常判定装置を提供することにある。

本発明は、発電機と共に車両に搭載される内燃機関に組み込まれた可変動弁装置の異常判定装置であって、前記可変動弁装置は、吸気弁または排気弁が当接し、第１のカムの回転に伴って揺動する第１のロッカーアームと、吸気弁または排気弁が当接せず、前記第１のカムのカムプロフィールと異なるカムプロフィールを有する第２のカムの回転に伴って揺動する第２のロッカーアームと、この第２のロッカーアームが前記第２のカムに当接するように当該第２のロッカーアームを付勢する第１のロストモーションばねと、車両の運転状態に基づいて前記第１のロッカーアームと前記第２のロッカーアームとを連結状態または非連結状態に切り替えるための切り替え手段とを有し、この異常判定装置は、車両の車輪側から内燃機関に駆動力が与えられる運転状態にあるか否かを判定する手段と、内燃機関に対して燃料の供給を一時的に停止した運転状態にあるか否かを判定する手段と、内燃機関によって駆動される前記発電機の発電量を取得する手段とを含み、前記第１および第２のロッカーアームが連結状態となって吸気弁または排気弁が前記第２のカムのカムプロフィールに従って開閉する場合、前記第１および第２のロッカーアームが非連結状態となって吸気弁または排気弁が前記第１のカムのカムプロフィールに従って開閉する場合よりも、ロストモーションばねのばね力による内部抵抗の増大に伴って前記発電機の発電量が低下し、車両の車輪側から内燃機関に駆動力が与えられる運転状態にあって、かつ内燃機関に対して燃料の供給を停止した運転状態にある場合、前記可変動弁装置の切り替え手段は、前記第１および第２のロッカーアームを連結状態から非連結状態へ、または非連結状態から連結状態へと切り替え、前記第１および第２のロッカーアームの連結状態と非連結状態との切り替えの際の前記発電量の変化量の絶対値が所定量以下の場合に前記可変動弁装置に切り替え不良があると判定し、前記発電量の変化量の絶対値が前記所定量に達するまでに要する時間が所定時間以上の場合に前記可変動弁装置に切り替え遅れがあると判定することを特徴とするものである。

本発明による可変動弁装置の異常判定装置において、可変動動弁装置は、第２の吸気弁または排気弁が当接し、第１および第２のカムのカムプロフィールと異なるカムプロフィールを有する第３のカムの回転に伴って揺動する第３のロッカーアームと、この第３のロッカーアームが第３のカムに当接するように第３のロッカーアームを付勢し、第１のロストモーションばねのばね力と異なる第２のロストモーションばねとをさらに具え、可変動弁装置の切り替え手段は、第１および第２および第３のロッカーアームをすべて非連結状態とした第１のモードと、第１のロッカーアームとばね力が大きい方のロストモーションばねによるばね力が付勢されるロッカーアームとを連結した第２のモードと、第１のロッカーアームとばね力が小さい方のロストモーションばねによるばね力が付勢されるロッカーアームとを連結した第３のモードとに切り替え可能であってよい。

可変動弁装置に切り替え不良があると判定した場合、エンジン回転速度の上限値および燃料噴射量の上限値およびＥＧＲ率の上限値をそれぞれ低く制限することが好ましい。また、可変動弁装置に切り替え遅れがあると判定した場合、エンジン回転速度の上限値および燃料噴射量の上限値をそれぞれ低く制限することが好ましい。

本発明の可変動弁装置の異常判定装置によると、ロストモーションばねによる内燃機関の内部抵抗の変化に応じた発電機の発電量の変化量に基づき、可変動弁装置の切り替え不良と切り替え遅れとを容易に区別して判定することができる。

本発明を圧縮点火方式の多気筒内燃機関が搭載された車両に応用した一実施形態におけるエンジンシステムの概念図である。 図１に示した実施形態における主要部の制御ブロック図である。 図１に示した実施形態における車速とエンジン回転速度と燃料遮断可能運転領域との関係を模式的に表すマップである。 図１に示した実施形態によるクランク角位相と排気弁の開弁リフト量との関係を表すグラフである。 図１に示した実施形態における可変動弁装置の主要部を抽出拡大した断面図である。 図１に示した実施形態における排気弁用ロッカーアームの構造を模式的に表す展開断面図である。 図１に示した実施形態における切り替え手段に関する油圧回路図である。 図１に示した実施形態におけるエンジン回転速度と燃料噴射量と可変動弁装置の各モードとの関係を模式的に表すマップである。 図１に示した実施形態において、エンジンをモータリングした場合のエンジン回転速度と可変動弁装置の各モードにおける内部抵抗との関係を表すグラフである。 図１に示した実施形態において、故障診断制御での発電量の変化を模式的に表すとグラフである。 図１に示した実施形態において、故障診断制御に移行するための手順を表すフローチャートである。 図１１に示した故障診断制御のサブルーチンに関するフローチャートである。

本発明を圧縮点火方式の多気筒内燃機関が搭載された車両に適用した一実施形態について、図１〜図１２を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、要求される特性に応じてその構成を自由に変更することが可能である。例えば、ガソリンやアルコールまたはＬＮＧ（液化天然ガス）などを燃料としてこれを点火プラグにて着火させる火花点火方式の内燃機関に対しても本発明は有効である。

本実施形態におけるエンジンシステムの主要部を模式的に図１に示し、その主要部の制御ブロックを概略的に図２に示す。なお、図１にはエンジン１０の補機として一般的な排気ターボ式過給機やエンジン１０の円滑な運転のために必要とされる各種センサー類が便宜的に省略されていることに注意されたい。

本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油またはバイオ燃料あるいはこれらの混合燃料を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１０ａ内に直接噴射することにより、自然着火させる自着火方式、すなわち圧縮点火式の多気筒内燃機関である。しかしながら、本発明の特性上、単気筒の内燃機関であってもかまわない。

燃焼室１０ａにそれぞれ臨む吸気ポート１２ａおよび排気ポート１２ｂが形成されたシリンダーヘッド１２には、吸気ポート１２ａを開閉する吸気弁１３および排気ポート１２ｂを開閉する排気弁１４を含む後述の可変動弁装置１５が組み込まれている。

燃料噴射弁１１から燃焼室１０ａ内に供給される燃料の量および噴射時期は、運転者によるアクセルペダル１６の踏み込み量を含む車両の運転状態に基づいてＥＣＵ１７により制御される。アクセルペダル１６の踏み込み量は、アクセル開度センサー１８によりアクセル開度として検出され、その出力値がＥＣＵ１７に出力される。

ＥＣＵ１７は、周知のマイクロプロセッサーであり、図示しないデータバスにより相互接続されたＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリーおよび入出力インターフェースなどを含む。本実施形態におけるＥＣＵ１７は、上述したアクセル開度センサー１８や後述する各種センサー類などからの情報に基づき、車両の運転状態を判定する運転状態判定部１７ａと、燃料噴射設定部１７ｂと、燃料噴射弁駆動部１７ｃとを有する。燃料噴射設定部１７ｂは、運転状態判定部１７ａでの判定結果に基づいて燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量や噴射時期を設定する。燃料噴射弁駆動部１７ｃは、燃料噴射設定部１７ｂにて設定された量の燃料が設定された時期に燃料噴射弁１１から噴射されるように、燃料噴射弁１１の作動を制御する。

シリンダーヘッド１２の吸気ポート１２ａに接続する吸気管１９は、吸気ポート１２ａと共に吸気通路１９ａを画成する。吸気管１９の上流側には、エアーフローメーター２０が取り付けられ、これによって検出された吸気流量に関する情報がＥＣＵ１７に出力される。ＥＣＵ１７の燃料噴射設定部１７ｂは、エアーフローメーター２０からの検出情報などに基づき、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射量の補正も行う。エアーフローメーター２０よりも下流側の吸気管１９には、吸気通路１９ａの開度を変更するためのスロットル弁２１とこれを駆動するためのスロットルアクチュエーター２２とが設けられている。

先のＥＣＵ１７は、スロットル開度設定部１７ｄと、アクチュエーター駆動部１７ｅとをさらに有する。スロットル開度設定部１７ｄは、アクセル開度センサー１８からのアクセル開度θ_Oの情報に加え、先の運転状態判定部１７ａでの判定結果に基づいてスロットル弁２１の開度を設定する。アクチュエーター駆動部１７ｅは、このスロットル弁２１がスロットル開度設定部１７ｄにて設定された開度となるように、スロットルアクチュエーター２２の作動を制御する。

ピストン２３が往復動するシリンダーブロック２４には、連接棒２５を介してピストン２３が連結されるクランク軸２６の回転位相、つまりクランク角位相を検出してこれをＥＣＵ１７に出力するクランク角センサー２７が取り付けられている。ＥＣＵ１７の運転状態判定部１７ａは、クランク角センサー２７からの情報に基づき、クランク軸２６の回転位相やエンジン回転速度Ｎ_Eの他に車速、すなわち車両の走行速度などを実時間で把握する。

排気ポート１２ｂに連通するようにシリンダーヘッド１２に連結される排気管２８は、排気ポート１２ｂと共に排気通路２８ａを画成する。この排気管２８には、燃焼室１０ａ内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置２９が取り付けられている。

この排気浄化装置２９へと導かれる排気の一部を吸気通路１９ａへと導くＥＧＲ装置３０は、排気中に含まれるＮＯ_X、すなわち窒素酸化物の発生量を抑制するためのものであり、ＥＧＲ通路３１ａを画成するＥＧＲ管３１と、ＥＧＲ制御弁３２とを具えている。ＥＧＲ通路３１ａは、シリンダーヘッド１２と排気浄化装置２９との間の排気通路２８ａに一端が連通すると共に他端がスロットル弁２１とシリンダーヘッド１２との間の吸気通路１９ａに連通している。ＥＣＵ１７によりその作動が制御されるＥＧＲ制御弁３２は、吸気通路１９ａとＥＧＲ通路３１ａとの接続部分に近接したＥＧＲ通路３１ａの一端側に配されている。このＥＧＲ制御弁３２は、車両の運転状態に基づき、ＥＧＲ通路３１ａから吸気通路１９ａへと還流される排気の流量、すなわちＥＧＲ率を制御する。

ＥＣＵ１７のＥＧＲ率設定部１７ｆは、排気通路２８ａからＥＧＲ通路３１ａを介して燃焼室１０ａ内に還流すべきＥＧＲ量、すなわちＥＧＲ率をエンジン回転速度Ｎ_Eと燃料噴射量とに基づいて設定する。さらに、このＥＧＲ率と、ＥＧＲ通路３１ａの一端側の吸気圧と他端側の排気圧との比とに基づいてＥＧＲ開度、すなわちＥＧＲ制御弁３２の開度を設定し、これをＥＣＵ１７のＥＧＲ制御弁駆動部１７ｇに出力する。ＥＧＲ制御弁駆動部１７ｇは、ＥＧＲ制御弁３２の開度をＥＧＲ率設定部１７ｆにて設定された開度となるように、ＥＧＲ制御弁３２を駆動する。なお、車両の運転状態がＥＧＲ運転領域外にある場合、ＥＧＲ率設定部１７ｆはＥＧＲ制御弁３２の開度を０に設定し、ＥＧＲ通路３１ａを閉止した状態に維持する。

また、ＥＣＵ１７にはエンジン回転速度Ｎ_Eに基づいて予め設定した図３に示す如き燃料噴射遮断可能運転領域が記憶されている。この燃料噴射遮断可能運転領域は車両の走行中に燃料の供給を完全に停止してもエンジン１０のストールが起こらないような運転領域であり、燃料噴射遮断判定用閾値Ｎ_L以上の領域に対応する。なお、この燃料噴射遮断判定用閾値Ｎ_Lは、エンジン冷却水温や補機類の負荷の有無および排気浄化装置２９の暖機処理などに応じて補正されることは言うまでもない。本実施形態ではエンジン回転速度Ｎ_Eが燃料噴射遮断判定用閾値Ｎ_L以上、すなわち車両が燃料噴射遮断可能運転領域にて走行中に、アクセル開度θ_Oが０％となっている場合、燃料噴射弁１１からの燃料噴射が一時的に遮断され、無駄な燃料消費を抑制している。この場合、燃料の供給停止によりエンジン回転速度Ｎ_Eが燃料噴射遮断判定用閾値Ｎ_Lよりも低下して車両が燃料噴射遮断可能運転領域から外れた場合、エンジン１０のストールが起こらないように燃料噴射が再開される。

ＥＣＵ１７の運転状態判定部１７ａは、エンジン１０に対して燃料の供給を一時的に停止した運転状態にあるか否かを判定する本発明の手段として機能する。また、ＥＣＵ１７の運転状態判定部１７ａは、アクセルオフの状態における車速の変化に基づき、車両の図示しない車輪側からエンジン１０に駆動力が与えられる運転状態にあるか否かを判定する本発明の手段としても機能する。

可変動弁装置１５は、車両の運転状態に応じた好ましい出力特性が得られるように、予め設定されたプログラムに従い、吸／排気弁１３，１４の開閉時期や開弁ストロークを変更し得るものであり、周知の任意の構成のものを採用することができる。ただし、本発明においては後述するロストモーションばねが組み込まれている必要があり、以下では、記述が冗長となるのを避けるために排気弁１４に関して説明するが、吸気弁１３に関しても所望の特性を得るために類似の構成を採用することが可能である。

本実施形態における可変動弁装置１５は、排気弁１４に関して図４に示すような開弁リフト量が得られるように構成されている。すなわち、排気弁１４においては、エンジン１０の低負荷低回転領域にて選択される着火性向上モードと、エンジン１０の高負荷高回転領域にて選択される高出力モードと、これら以外の領域にて選択される通常モードとに切り替え可能である。着火性向上モードは図４中、実線および破線で示され、排気弁１４を閉弁した直後に再度これを開弁することにより、高温の排気の一部を燃焼室１０ａに導き、吸気温を昇温させることによって燃料の着火性を向上させる。高出力モードは図４中、一点鎖線で示され、通常モードにおける排気弁１４の閉弁時期とほぼ同じ閉弁時期で閉弁するものの、開弁リフト量を通常モードよりも増大させることにより、排気効率をより高めることができる。エンジン１０の低負荷低回転領域および高負荷高回転領域以外の領域にて選択される通常モードは図４中、実線で示され、開弁時期が高出力モードよりも遅く、開弁リフト量は高出力モードよりも小さく設定されている。何れのモードにおいても一対の排気弁１４は同一動作を行う。

なお、図４に示す開弁リフト量はあくまで一例であり、要求される特性に応じて任意の開弁リフト曲線を設定することが可能である。

上述した各種モードを選択するための可変動弁装置１５の部分を抽出拡大して図５に示し、その排気弁１４を作動させるためのロッカーアームの部分の断面構造を模式的に図６に示す。すなわち、本実施形態における可変動弁装置１５は、一対の排気弁１４に対して第１〜第３のロッカーアーム３３ａ，３３ｂ，３３ｃと、２組の切り替え手段３４ｐ，３４ｓとを具えている。

ロッカーアーム軸３３に揺動自在に取り付けられた第１のロッカーアーム３３ａは、一対の排気弁１４にオートラッシュアジャスター３５を介して当接する。また、第１のロッカーアーム３３ａには、クランク軸２６と同期回転するカム軸３６に形成された第１カム３６ａが押し当たった状態となっている。第２および第３ロッカーアーム３３ｂ，３３ｃは、この第１ロッカーアーム３３ａを間に挟むようにそれぞれロッカーアーム軸３３に揺動自在に取り付けられている。これら第２および第３ロッカーアーム３３ｂ，３３ｃは、カム軸３６の第２および第３カム３６ｂ，３６ｃに常に当接するようにロストモーションばね３７ｂ，３７ｃによりそれぞれ付勢されている。通常、第２のロストモーションばね３７ｃのばね力は、第１のロストモーションばね３７ｂのばね力よりもかなり大きく設定され、排気弁１４が第３カム３６ｃのカムプロフィールに従って確実に開閉するように配慮している。

第１および第２ロッカーアーム３３ａ，３３ｂと、第１および第３ロッカーアーム３３ａ，３３ｃとにそれぞれ跨がって配される２組の切り替え手段３４ｐ，３４ｓは、連結ピン３８ｐ，３８ｓと、保持ピン穴３９ｈおよび連結ピン穴３９ｊとをそれぞれ含む。

第１および第２ロッカーアーム３３ａ，３３ｂに跨がって配される第１の切り替え手段３４ｐの連結ピン３８ｐは、第１および第２のロッカーアーム３３ａ，３３ｂを所定の位相にて一体的に連結するためのものである。この連結ピン３８ｐは、ロッカーアーム軸３３の軸線と平行な方向に沿って第１および第２のロッカーアーム３３ａ，３３ｂにそれぞれ形成された保持ピン穴３９ｈおよび連結ピン穴３９ｊに対して摺動自在に嵌合する。

第１および第３のロッカーアーム３３ａ，３３ｃに跨がって配される第２の切り替え手段３４ｓの連結ピン３８ｓは、第１および第３のロッカーアーム３３ａ，３３ｃを所定の位相にて一体的に連結するためのものである。この連結ピン３８ｓは、ロッカーアーム軸３３の軸線と平行な方向に沿って第１および第３のロッカーアーム３３ａ，３３ｃにそれぞれ形成された保持ピン穴３９ｈおよび連結ピン穴３９ｊに対して摺動自在に嵌合する。

連結ピン穴３９ｊに対して連結ピン３８ｐ，３８ｓの他端側がそれぞれ非嵌合状態の場合、一対の排気弁１４は第１カム３６ａのカムプロフィールに従って開閉する。これに対し、第２および第３ロッカーアーム３３ｂ，３３ｃは空転するだけで排気弁１４の開閉には関与しない。この状態が先の通常モードとなる。

この通常モードから、第１の切り替え手段３４ｐの連結ピン穴３９ｊに対して連結ピン３８ｐの他端側が図６に示す嵌合状態になると、第１および第２のロッカーアーム３３ａ，３３ｂが一体的に揺動する。そして、排気弁１４は第１カム３６ａと第２カム３６ｂとの合成されたカムプロフィールに従って開閉することとなる。本実施形態では、第１カム３６ａによる排気弁１４のリフト量がカム軸３６の全回転領域において第２カム３６ｂのそれよりも大きく設定されている。このため、第１および第２のロッカーアーム３３ａ，３３ｂが一体的に連結された状態では、第２カム３６ｂのカムプロフィールに従って排気弁１４が開閉することとなる。また、この状態においても第３ロッカーアーム３３ｃは空転するだけで排気弁１４の開閉には関与せず、先の高出力モードとなる。

一方、先の通常モードから第２の切り替え手段３４ｓの連結ピン穴３９ｊに対して連結ピン３８ｓの他端側が図７に示す嵌合状態になると、第１，第３のロッカーアーム３３ａ，３３ｃが一体的に揺動する。そして、排気弁１４は第１，第３のカム３６ａ，３６ｃの合成されたカムプロフィールに従って開閉することとなる。本実施形態では、第１カム３６ａによる排気弁１４の開閉時期が第３カム３６ｃによる排気弁１４の開閉時期と完全に異なっているため、排気弁１４は排気行程と吸気行程とで２回に亙って開閉することとなる。このため、第１，第３のロッカーアーム３３ａ，３３ｃが一体的に連結された状態では、第１および第３カム３６ａ，３６ｃのカムプロフィールに従って排気弁１４が開閉することとなる。この状態が先の着火性向上モードとなる。

切り替え手段３４ｐ，３４ｓは、各連結ピン３８ｐ，３８ｓがこれらの他端側をそれぞれの連結ピン穴３９ｊに対して嵌合状態か、または非嵌合状態へと独立に切り替えられるように、油圧を介して制御される。本実施形態では、切り替え手段３４ｐ，３４ｓは、油圧プランジャー４０ｐ，４０ｓと、電磁開閉弁４１ｐ，４１ｓと、これら電磁開閉弁４１ｐ，４１ｓの作動を制御するＥＣＵ１７の電磁開閉弁駆動部１７ｈとを図７に示すような油圧回路と共に含む。油圧プランジャー４０ｐ，４０ｓは、連結ピン穴３９ｊに収容される圧縮コイルばね４２ｐ，４２ｓと、ストッパー４３ｐ，４３ｓとをそれぞれ含む。圧縮コイルばね４２ｐ，４２ｓは、嵌合状態にある連結ピン３８ｐ，３８ｓの他端側を連結ピン穴３９ｊからそれぞれ押し出すような付勢力を有する。連結ピン穴３９ｊに対して連結ピン３８ｐが図７に示す非嵌合状態にある場合、圧縮コイルばね４２ｐの先端部は相互に隣接する第１および第２ロッカーアーム３３ａ，３３ｂのほぼ中間に位置する。そして、これらの揺動に伴って連結ピン３８ｐの他端面が圧縮コイルばね４２ｐの先端側に装着されたストッパー４３ｐに対して摺接するようになっている。連結ピン穴３９ｊに対して連結ピン３８ｓが非嵌合状態にある図６に示す場合も同様に、圧縮コイルばね４２ｓの先端部は相互に隣接する第１および第３ロッカーアーム３３ａ，３３ｃのほぼ中間に位置する。そして、これらの揺動に伴って連結ピン３８ｓの他端面が圧縮コイルばね４２ｓの先端側に装着されたストッパー４３ｓに対して摺接するようになっている。

図７に示す本実施形態における油圧回路は、作動油（内燃機関用潤滑油）４４を貯溜する油溜め４５から第１の油圧プランジャー４０ｐの保持ピン穴３９ｈへと至る第１の油路４６ｐを有する。この第１の油路４６ｐから分岐する第２の油路４６ｓは、第２の油圧プランジャー４０ｓの保持ピン穴３９ｈまたは連結ピン穴３９ｊへと連通する。第１の油路４６ｐには、クランク軸２６を介してエンジン１０に連結された油ポンプ４７が配されている。この油ポンプ４７の下流側の第１の油路４６ｐには、油ポンプ４７によって油フィルター４８を介して油溜め４５からくみ上げられた作動油４４を第１の所定圧に調圧する第１の調圧弁４９ｐが配されている。この第１の調圧弁４９ｐと第１の油圧プランジャー４０ｐとの間の第１の油路４６ｐには、第１の油圧プランジャー４０ｐに対する圧油の給排を行うための第１の電磁開閉弁４１ｐが配されている。この第１の電磁開閉弁４１ｐには、油溜め４５に連通する第１の戻し油路５０ｐが接続している。

第１の電磁開閉弁４１ｐの通電時には、第１の油路４６ｐから第１の油圧プランジャー４０ｐの保持ピン穴３９ｈへと圧油の供給を可能にして第１および第２のロッカーアーム３３ａ，３３ｂが連結状態へと切り替えられる。一方、非通電時には第１の油圧プランジャー４０ｐの保持ピン穴３９ｈと第１の戻し油路５０ｐとを連通させ、圧縮コイルばね４２ｐのばね力によって第１および第２のロッカーアーム３３ａ，３３ｂが非連結状態に切り替えられる。

第２の油路４６ｓには、第１の所定圧に調圧された圧油をさらに減圧する第２の調圧弁４９ｓが配されている。この第２の調圧弁４９ｓと第２の油圧プランジャー４０ｓとの間の第２の油路４６ｓには、第２の電磁開閉弁４１ｓが配されている。この第２の電磁開閉弁４１ｓを介して第２の油圧プランジャー４０ｓの他端側と油溜め４５とが第２の戻し油路５０ｓにより連通した状態となっている。

第２の電磁開閉弁４１ｓの非通電時には、第２の油路４６ｓを流れる圧油が第２の油圧プランジャー４０ｓの連結ピン穴３９ｊに供給されると共に第２の油圧プランジャー４０ｓの保持ピン穴３９ｈが第２の戻し油路５０ｓに連通する。これにより、第１および第３のロッカーアーム３３ａ，３３ｃが非連結状態に切り替えられる。逆に、第２の電磁開閉弁４１ｓの通電時には、第２の油路４６ｓを流れる圧油が第２の油圧プランジャー４０ｓの保持ピン穴３９ｈに供給されると共に第２の油圧プランジャー４０ｓの連結ピン穴３９ｊが第２の戻し油路５０ｓに連通する。これにより、第１および第３のロッカーアーム３３ａ，３３ｃが連結状態に切り替えられる。

第１および第２の電磁開閉弁４１ｐ，４１ｓに対する通電のオン／オフは、ＥＣＵ１７の電磁開閉弁駆動部１７ｈによってそれぞれ独立に制御される。なお、上述した油圧回路は単なる一例であり、必要とされる特性に応じて適宜変更できることは言うまでもない。

上述した排気弁１４の着火性向上モードおよび高出力モードおよび通常モードは、エンジン回転速度Ｎ_Eと燃料噴射量とに基づいてＥＣＵ１７のモード選択部１７ｉに記憶された図８に示す如きマップから読み出され、電磁開閉弁駆動部１７ｈに出力される。電磁開閉弁駆動部１７ｈは、モード選択部１７ｉにて選択された可変動弁装置１５のモードとなるように、第１および第２油圧プランジャー４０ｐ，４０ｓに対して圧油の給排を行う。

なお、本発明の対象となる可変動弁装置１５は、油圧を利用してモードを切り替える上述した構成に限らず、吸／排気弁１３，１４の慣性運動を規制するロストモーションばねが組み込まれたものであれば、任意の周知の構成のものを採用することができる。

本実施形態におけるＥＣＵ１７は、車載の二次電池５１のＳＯＣ(State of Charge:充電率)を推定する充電率算出部１７ｊと、この充電率算出部１７ｊでの算出結果に基づいてオルタネーター５２を駆動するためのオルタネーター駆動部１７ｋとをさらに有する。二次電池５１と本発明における発電機としてのオルタネーター５２との間には、電流センサー５３および電圧センサー５４が組み込まれ、これらの出力がＥＣＵ１７に送信される。従って、本実施形態におけるＥＣＵ１７は、発電機による発電量を取得する本発明の手段として機能する。また、オルタネーター駆動部１７ｋは、充電した場合に二次電池５１の寿命を極端に低下させてしまう可能性が高い場合、例えばＳＯＣが８０％を越えている場合、基本的にオルタネーター５２の機能を完全に停止させる。これに対し、充電した場合に二次電池５１の寿命を低下させてしまうような可能性が全く生じない場合、例えばＳＯＣが６０％以下の場合には、オルタネーター５２の発電量Ｗを最大にする。さらに、ＳＯＣが例えば８０から６０％の間にある場合には、オルタネーター５２の発電量ＷがＳＯＣの値に応じて調整されるように、界磁電流を制御している。

本実施形態では、アクセル開度が０％の状態で車両が燃料噴射遮断可能運転領域にて減速中であってＳＯＣが６０％以下の場合、オルタネーター５２の発電量Ｗを最大にする減速回生発電が実行される。これにより車両の車輪側からエンジン１０に与えられる駆動力を二次電池５１への電気エネルギーとして有効に回収することができる。

なお、オルタネーター５２の発電量Ｗを切り替えるための上述したＳＯＣの値は一例であって、二次電池５１の種類などに応じて異なる値となることは言うまでもない。また、ＳＯＣの算出手法に関しては、例えば特開２０１２−１６５５８９号公報などで周知であるので、ここではこれ以上の説明を省略する。

エンジン１０をモータリングした場合のエンジン回転速度Ｎ_Eとこの時の各モードにおける可変動弁装置１５の内部抵抗との関係を図９に示す。縦軸の目盛りの単位は１Ｎｍであり、ロストモーションばね４２ｂ，４２ｃによるばね力の影響を受けない通常モードの場合が図９中の実線で示されている。また、ロストモーションばね４２ｂによるばね力が内部抵抗として加わる高出力モードが一点鎖線で示され、ロストモーションばね４２ｃによるばね力が内部抵抗として加わる着火性向上モードが破線で示されている。このように、可変動弁装置１５の内部抵抗は通常モード、高出力モード、着火性向上モードの順に増大し、ロストモーションばね４２ｂ，４２ｃのばね力がエンジン１０の内部抵抗として存在することを理解できよう。

ＥＣＵ１７の故障判定部１７ｌは、上述したロストモーションばね４２ｂ，４２ｃによるエンジン１０の内部抵抗の変化を利用して可変動弁装置１５のモード切り替え不良およびモード切り替え遅れの有無を判定する。この判定は、可変動弁装置１５のモードの切り替え時に生ずるオルタネーター５２による発電量Ｗの変化量ΔＷに基づき、上述した減速回生発電中に行われる。この場合、路面の状態、特に傾きがほぼ一定、すなわち発電量Ｗの変化率ｄＷ／ｄｔが連続的に漸減している状態となっていることが判定の信頼性を確保する上で好ましい。ここで、減速回生発電中に可変動弁装置１５を高出力モード→通常モード→着火性向上モード→高出力モードに切り替えた場合の発電量Ｗの変化を図１０に模式的に表す。より具体的には、時刻ｔ₁にて高出力モードから通常モードへと切り替え、次いで時刻ｔ₂にて通常モードから着火性向上モードへと切り替える。そして、高出力モードにおける発電量と、通常モードおよび着火性モードにおける発電量との差ΔＷが、ロストモーションばね４２ｂ，４２ｃによる内部抵抗の差に対応した発電量の変化量ΔＷ_1R，ΔＷ_2Rに達しているか否かをそれぞれ判定する。ここで、個々の時刻ｔ₁〜ｔ₃の時間間隔Δｔは、通常、それぞれモードの切り替えに想定される適正な時間（以下、これを標準切り替え時間ｔ_Rと記述する）よりも充分長く設定されている。

例えば、時刻ｔ₂，ｔ₃での通常モードおよび着火性モードの発電量Ｗ₁，Ｗ₂と、これに対応した高出力モードでの発電量（推定値）との差ΔＷ₁，ΔＷ₂の絶対値が、ロストモーションばね４２ｂ，４２ｃによる内部抵抗の差に対応した発電量の変化量ΔＷ_1R，ΔＷ_2Rに達していない場合、切り替え不良であると判断する。そして、切り替え不良として重故障の判定出力を行い、これに対応したエンジン制御を実行する。すなわち、エンジン回転速度Ｎ_Eの上限値および燃料噴射量の上限値およびＥＧＲ率の上限値をそれぞれ低く制限する。また、時刻ｔ₁から時刻ｔ₂までの間および時刻ｔ₂から時刻ｔ₃までの間で、通常モードおよび着火性モードでの発電量Ｗ₁，Ｗ₂と、これに対応する高出力モードでの発電量（推定値）との差ΔＷ₁，ΔＷ₂の絶対値が、内部抵抗の差に対応した発電量の変化量ΔＷ_1R，ΔＷ_2Rに達していたとしても、それに要する時間ｔ_Cが前述の標準切り替え時間ｔ_Rよりも長い場合、切り替え遅れが発生していると判断する。そして、切り替え遅れとして軽故障の判定出力を行い、これに対応したエンジン制御を実行する。すなわち、エンジン回転速度Ｎ_Eの上限値および燃料噴射量の上限値をそれぞれ低く制限する。

なお、先の発電量Ｗの推定値は、時刻ｔ₁の直前における高出力モードでの発電量Ｗの変化率ｄＷ／ｄｔから算出される。このような一連の処理を以下、便宜的に「故障診断制御」と呼称する。

このような本実施形態による可変動弁装置１５の故障診断手順を図１１および図１２を参照しながら以下に説明すると、まずＳ１１のステップにてアクセル開度θ_Oが０％か否かを判定する。ここで、アクセル開度θ_Oが０％である、すなわち運転者は車両の加速を望んでいないと判断した場合には、Ｓ１２のステップに移行して車両が減速中であるか否かを判定する。ここで、車両が減速中である、すなわちアクセルオフに伴って車両が減速状態にあると判断した場合には、Ｓ１３のステップに移行してエンジン回転速度Ｎ_Eが燃料噴射遮断判定用閾値Ｎ_L以上であるか否かを判断する。ここでエンジン回転速度Ｎ_Eが燃料噴射遮断判定用閾値Ｎ_L以上である、すなわちエンジン１０が燃料噴射遮断可能運転領域にあってエンジン１０への燃料の無駄な供給を停止することができると判断した場合には、Ｓ１４のステップに移行する。そして、燃料噴射弁１１からの燃料の噴射を停止すると共にＳＯＣが８０％以下であるか否かを判定する。ここで、ＳＯＣが８０％以下である、すなわち二次電池５１に対して充電処理を行うことが好ましいと判断した場合には、Ｓ１５のステップに移行して今度はＳＯＣが６０％以下であるか否かを判定する。ここで、ＳＯＣが６０％以下である、すなわち減速回生発電を行うことができると判断した場合には、Ｓ１６のステップにてオルタネーター５２による発電を行い、その発電量Ｗが所定範囲にあるか否かをＳ１７のステップにて判断する。ここで、オルタネーター５２による発電量Ｗが所定範囲にある、すなわち走行中の路面の情況に変化がないと判断した場合には、Ｓ１８のステップに移行して故障診断制御を開始する。

また、先のＳ１７のステップにてオルタネーター５２による発電量Ｗが所定範囲外にある、すなわち路面の情況が比較的大きく変化しているので、故障診断制御を行うことかできないと判断した場合には、Ｓ１１のステップに戻って上述した処理を繰り返す。また、Ｓ１５のステップにてＳＯＣが６０％よりも多い、すなわちオルタネーター５２による発電量Ｗを最大に設定することができないと判断した場合も同様に、故障診断制御を行うことかできないのでＳ１１のステップに戻る。

一方、Ｓ１４のステップにてＳＯＣが８０％を越えている、すなわち充電処理を行うと、二次電池５１が劣化してその寿命が短くなってしまう可能性があると判断した場合には、Ｓ１９のステップに移行する。ここで、減速回生発電中であるか否かを判定し、減速回生発電中であると判断した場合にはＳ２０のステップにて減速回生発電を停止した後、Ｓ１１のステップに戻って上述した処理を繰り返す。また、Ｓ１９のステップにて減速回生発電中ではないと判断した場合には、故障診断制御を行うことかできないので、Ｓ１１のステップに戻る。さらに、Ｓ１１のステップにてアクセル開度θ_Oが０％ではないと判断した場合や、Ｓ１２のステップにて車両が減速中ではないと判断した場合、Ｓ１３のステップにてエンジン回転速度Ｎ_Eが燃料噴射遮断判定用閾値Ｎ_Lよりも低いと判断した場合も同様である。

故障診断制御のサブルーチンは図１２に示されている。ここでは、まずＳ２１のステップにて可変動弁装置１５の高出力モードが選択される。そして、Ｓ２２のステップにてタイマーのカウントアップを開始し、Ｓ２３のステップにてタイマーのカウント値Ｃ_Nが閾値Ｃ_R以上であるか否かを判定する。最初は閾値Ｃ_Rよりも小さいのでＳ２２のステップに戻り、タイマーのカウント値Ｃ_Nが閾値Ｃ_R以上となるまで、タイマーのカウントアップが繰り返される。そして、Ｓ２３のステップにてタイマーのカウント値Ｃ_Nが閾値Ｃ_R以上である、すなわち正常であれば確実に可変動弁装置１５が高出力モードに確実に切り替わっていると判断した場合には、Ｓ２４のステップに移行する。このＳ２４のステップでは、可変動弁装置１５を高出力モードに切り替え、所定時間Δｔ後に着火性向上モードに切り替え、さらに所定時間Δｔ後に再び高出力モードへと切り替える。そして、Ｓ２７のステップにてオルタネーター５２による発電量Ｗの変化量の絶対値｜ΔＷ｜が故障判定用閾値ΔＷ_R以下であるか否かを判定する。具体的には、図１０に示したΔＷ₁，ΔＷ₂の絶対値がそれぞれ故障判定用閾値ΔＷ_R1，ΔＷ_R2以下であるか否かを運転状態判定部１７ａにて判定する。そして、｜ΔＷ₁｜が故障判定用閾値ΔＷ_R1以下か、あるいは｜ΔＷ₂｜がΔＷ_R2以下である、すなわち可変動弁装置１５のモードの切り替えが完了していないと判断した場合には、Ｓ２８のステップに移行して重故障判定を出力する。そして、Ｓ２９のステップにて重故障用のエンジン制御を行い、Ｓ３０のステップにてフラグがセットされているか否かを判定するが、最初はフラグがセットされていないので、このサブルーチンを抜けて図１１に示すメインのフローに戻る。なお、後述するフラグがセットされていると判断した場合には、Ｓ３１のステップにてフラグをリセットした後、メインのフローに戻る。

一方、Ｓ２７のステップにて｜ΔＷ₁｜が故障判定用閾値ΔＷ_R1，ΔＷ_R2をそれぞれ越えている、すなわち可変動弁装置１５のモードの切り替えが完了していると判断した場合には、Ｓ３２のステップに移行する。そして、切り替えに要した時間ｔ_Cが標準切り替え時間ｔ_Rを越えているか否かを判定し、ここで切り替えに要した時間ｔ_Cが標準切り替え時間ｔ_Rを越えている、すなわち切り替え遅れが発生していると判断した場合には、Ｓ３３のステップに移行する。そして、フラグがセットされているか否かを判定する。最初はフラグがセットされていないので、Ｓ３４のステップに移行してフラグをセットした後、再びＳ２４のステップに戻って上述した操作を再度繰り返す。このようにして、Ｓ３２のステップでの切り替え遅れが発生しているとの判断が２度続いた場合には、Ｓ３５のステップに移行して軽故障の判定を出力し、Ｓ３６のステップにて軽故障要のエンジン制御を実行する。しかる後、Ｓ３７のステップにてフラグをリセットしてメインのフローに戻る。本実施例では、切り替え遅れが発生しているとの判断が２度続かない限り、軽故障の判定を出力しないようにしているが、Ｓ３３，Ｓ３４のステップを省略することも可能である。

先のＳ３２のステップにてモードの切り替えに要した時間ｔ_Cが標準切り替え時間ｔ_R以下である、すなわち正常にモードの切り替えが行われたと判断した場合には、Ｓ３８のステップに移行して重故障用または軽故障用のエンジン制御中であるか否かを判定する。ここで重／軽故障用のエンジン制御中であると判断した場合には、Ｓ３９のステップに移行して重／軽故障用のエンジン制御を終了した後、Ｓ４０のステップに移行する。また、Ｓ３８のステップにて重／軽故障用のエンジン制御中ではないと判断した場合も、Ｓ４０のステップに移行し、ここでフラグがセットされているか否かを判定する。Ｓ４０のステップにてフラグがセットされていると判断した場合には、Ｓ４１のステップに移行してフラグをリセットした後、メインのフローに戻るが、Ｓ４０のステップにてフラグがセットされていないと判断した場合には、そのままメインのフローに戻る。

なお、上述した排気弁１４に関する可変動弁装置１５に加え、吸気弁１３を開閉するための可変動弁装置１５を併用してエンジン１０の内部抵抗を切り替えるようにしてもよい。また、本実施形態による可変動弁装置１５は、１本の排気弁１４に対して３本のロッカーアーム３３ａ〜３３ｃを配しているが、１本の排気弁１４に対して２本のロッカーアーム３３ａ，３３ｂを配したものであっても、本発明を適合させることができる。この場合、内部抵抗が大きい場合と小さい場合とに切り替えてオルタネーター５２の発電量Ｗの変化量ΔＷを取得すればよい。さらに、吸気弁１３のみに可変動動弁装置１５を適用してエンジン１０の内部抵抗を切り替えることも可能である。

このように、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

１０ エンジン
１１ 燃料噴射弁
１３ 吸気弁
１４ 排気弁
１５ 可変動弁装置
１６ アクセルペダル
１７ ＥＣＵ
１７ａ 運転状態判定部
１７ｂ 燃料噴射設定部
１７ｃ 燃料噴射弁駆動部
１７ｆ ＥＧＲ率設定部
１７ｇ ＥＧＲ制御弁駆動部
１７ｌ 故障判定部
１８ アクセル開度センサー
３０ ＥＧＲ装置
３２ ＥＧＲ制御弁
３３ａ〜３３ｃ 第１〜第３のロッカーアーム
３４ｐ，３４ｓ 切り替え手段
３７ｂ，３７ｃ ロストモーションばね
３８ｐ，３８ｓ 連結ピン
３９ｈ 保持ピン穴
３９ｊ 連結ピン穴
５１ 二次電池
５２ オルタネーター
５３ 電流センサー
５４ 電圧センサー
θ_O アクセル開度
Ｎ_E エンジン回転速度
Ｎ_L 燃料噴射遮断判定用閾値
Ｗ 発電量
ΔＷ 発電量の変化量
ｔ₁〜ｔ₃ 時刻
ｔ_C モードの切り替えに要する時間
ｔ_R 標準切り替え時間

Claims (1)

1. 発電機と共に車両に搭載される内燃機関に組み込まれた可変動弁装置の異常判定装置であって、前記可変動弁装置は、
   吸気弁または排気弁が当接し、第１のカムの回転に伴って揺動する第１のロッカーアームと、
   吸気弁または排気弁が当接せず、前記第１のカムのカムプロフィールと異なるカムプロフィールを有する第２のカムの回転に伴って揺動する第２のロッカーアームと、
   この第２のロッカーアームが前記第２のカムに当接するように当該第２のロッカーアームを付勢するロストモーションばねと、
   車両の運転状態に基づいて前記第１のロッカーアームと前記第２のロッカーアームとを連結状態または非連結状態に切り替えるための切り替え手段と
   を有し、この異常判定装置は、
   車両の車輪側から内燃機関に駆動力が与えられる運転状態にあるか否かを判定する手段と、
   内燃機関に対して燃料の供給を一時的に停止した運転状態にあるか否かを判定する手段と、
   内燃機関によって駆動される前記発電機の発電量を取得する手段と
   を含み、前記第１および第２のロッカーアームが連結状態となって吸気弁または排気弁が前記第２のカムのカムプロフィールに従って開閉する場合、前記第１および第２のロッカーアームが非連結状態となって吸気弁または排気弁が前記第１のカムのカムプロフィールに従って開閉する場合よりも、ロストモーションばねのばね力による内部抵抗の増大に伴って前記発電機の発電量が低下し、
   車両の車輪側から内燃機関に駆動力が与えられる運転状態にあって、かつ内燃機関に対して燃料の供給を停止した運転状態にある場合、前記可変動弁装置の切り替え手段は、前記第１および第２のロッカーアームを連結状態から非連結状態へ、または非連結状態から連結状態へと切り替え、
   前記第１および第２のロッカーアームの連結状態と非連結状態との切り替えの際の前記発電量の変化量の絶対値が所定量以下の場合に前記可変動弁装置に切り替え不良があると判定し、前記発電量の変化量の絶対値が前記所定量に達するまでに要する時間が所定時間以上の場合に前記可変動弁装置に切り替え遅れがあると判定することを特徴とする可変動弁装置の異常判定装置。

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