JP4190351B2 - 開弁特性制御装置の異常検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の開弁特性制御装置の異常を検出する異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、可変動弁機構を備えた内燃機関の開発が進められ、可変動弁機構の異常を検出する技術の必要性も高まってきている。
例えば、吸気弁や排気弁の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置の異常を検出する技術として、内燃機関の振動状態が規定値を超えた時にバルブオーバーラップ量を変更させ、その変更により振動状態が変化しなければ可変バルブタイミング装置が異常であると判定する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１０６４７２号公報
【特許文献２】
特開２００１−２０７９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では吸気弁や排気弁の開閉タイミングのみならず、作用角およびまたはリフト量をも含めた開弁特性を可変とすることにより内燃機関の吸気量を制御する開弁特性制御装置の開発が進められているため、そのような開弁特性制御装置の異常を正確に検出できる技術が要求されてきている。
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、開弁特性制御装置を備えた内燃機関において、開弁特性制御装置の異常を正確に検出することができる技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された開弁特性制御装置の異常検出装置を提供する。
【０００６】
１番目の発明は、各気筒に設けられた弁の開弁特性を変化させる開弁特性制御手段と、上記開弁特性制御手段が特定開弁特性を実現すべく制御されたときに、各気筒毎に燃焼状態の指標を検出すると共にそれら指標の気筒間差を算出する算出手段と、二つ以上の異なる特定開弁特性について上記算出手段が算出した気筒間差をパラメータとして、上記開弁特性制御手段の異常を検出する検出手段と、を備える開弁特性制御装置の異常検出装置を提供する。
【０００７】
内燃機関の開弁特性制御装置の異常を検出するのに開弁特性制御装置に設けられている開弁特性センサを利用する方法があるが、普通この方法では開弁特性制御装置の気筒毎に設けられている部分の異常については検出することができない。また、例えば、ある一つの条件（開弁特性）において気筒間の燃焼状態に差があることが検出されたとしても、それが開弁特性制御装置の異常に起因するものなのか、それ以外の原因、例えば燃料噴射装置等の異常に起因するものなのかを判定するのは困難である。
【０００８】
これに対し１番目の発明では、二つ以上の異なる特定開弁特性について算出した気筒間差をパラメータとして、上記開弁特性制御手段の異常を検出するので、上記開弁特性制御手段の気筒毎に設けられている部分の異常について検出することができ、また、上記開弁特性制御手段に異常が発生しているか否かについての判定を正確に行うことができる。
【０００９】
２番目の発明は、各気筒に設けられた弁の開弁特性を変化させる開弁特性制御手段と、上記開弁特性制御手段が特定開弁特性を実現すべく制御されたときに、各気筒毎に燃焼状態の指標を検出すると共にそれら指標と基準値との偏差を気筒別に算出する算出手段と、二つ以上の異なる特定開弁特性について上記算出手段が算出した気筒別偏差の差をパラメータとして、上記開弁特性制御手段の異常を気筒別に検出する検出手段と、を備える開弁特性制御装置の異常検出装置を提供する。
【００１０】
２番目の発明では、二つ以上の異なる特定開弁特性について算出した気筒別偏差の差をパラメータとして、上記開弁特性制御手段の異常を気筒別に検出するので、１番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られるのに加え、どの気筒で上記開弁特性制御手段に異常が発生しているかについても判定することができる。
【００１１】
３番目の発明は、各気筒に設けられた弁の開弁特性を変化させる開弁特性制御手段と、上記開弁特性制御手段が特定開弁特性を実現すべく制御されたときに、各気筒毎に燃焼状態の指標を検出すると共にそれら指標と基準値との偏差を気筒別に算出する算出手段と、二つ以上の異なる特定開弁特性について上記算出手段が算出した気筒別偏差をパラメータとして、上記開弁特性制御手段の異常を気筒別に検出する検出手段と、を備える開弁特性制御装置の異常検出装置において、上記特定開弁特性は、第１の作用角およびまたはリフト量と、この第１の作用角およびまたはリフト量より小さい第２の作用角およびまたはリフト量とを含み、上記検出手段は、上記開弁特性制御手段が第２の作用角およびまたはリフト量を実現すべく制御されたときの気筒間差または気筒別偏差から上記開弁特性制御手段が第１の作用角およびまたはリフト量を実現すべく制御されたときの気筒間差または気筒別偏差を減算し、その減算結果が所定値よりも大きければ上記開弁特性制御手段が異常であると判定する、開弁特性制御装置の異常検出装置を提供する。
上記開弁特性制御手段に生じた異常の内燃機関の燃焼状態に対する影響は、一般に吸気量が少なくなる開弁特性にした場合に大きくなる。したがって、３番目の発明のようにすることによって、上記開弁特性制御手段に異常が発生しているか否かについての判定をより正確に行うことができる。
【００１２】
４番目の発明では１番目または２番目の発明において、上記特定開弁特性は、第１の作用角およびまたはリフト量と、この第１の作用角およびまたはリフト量より小さい第２の作用角およびまたはリフト量とを含み、上記検出手段は、上記開弁特性制御手段が第２の作用角およびまたはリフト量を実現すべく制御されたときの気筒間差または気筒別偏差から上記開弁特性制御手段が第１の作用角およびまたはリフト量を実現すべく制御されたときの気筒間差または気筒別偏差を減算し、その減算結果が所定値よりも大きければ上記開弁特性制御手段が異常であると判定する。
【００１３】
上述したように上記開弁特性制御手段に生じた異常の内燃機関の燃焼状態に対する影響は、一般に吸気量が少なくなる開弁特性にした場合に大きくなる。したがって、４番目の発明のようにすることによっても、３番目の発明と同様、上記開弁特性制御手段に異常が発生しているか否かについての判定をより正確に行うことができる。
５番目の発明では１番目から４番目の何れかの発明において、上記内燃機関の吸気圧を制御する吸気圧制御手段を更に備え、上記吸気圧制御手段は、上記した総ての特定開弁特性において吸気量が一定となるように予め定められた目標値に制御される。
５番目の発明によっても、１番目から４番目の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００１４】
６番目の発明では１番目から５番目の発明の何れかの発明において、上記指標は、空燃比、機関回転数変動、吸気圧変化、燃焼圧のうちの少なくとも一つを含む。
６番目の発明のようにすることによって、比較的簡単な構成で上記開弁特性制御手段に異常が発生しているか否かについての判定を正確に行うことが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
図１は本発明の開弁特性制御装置の異常検出装置が搭載された火花点火式内燃機関の断面図であり、図２は図１に示した内燃機関の吸気系等を含めた概略構成図である。また図３は図１に示した内燃機関の排気系等をも含めた全体概略構成図である。なお、本発明の異常検出装置は筒内噴射型の火花点火式内燃機関や圧縮自着火式のディーゼル内燃機関にも搭載可能である。
【００１６】
図１及び図２を参照すると、機関本体１はシリンダブロック２と、このシリンダブロック２内で往復動するピストン３と、シリンダブロック２上に取付けられたシリンダヘッド４とを具備する。また、シリンダヘッド４には点火栓５５が設けられている。シリンダブロック２には後述するように四つの気筒５が形成され、各気筒５内にはシリンダブロック２、ピストン３、シリンダヘッド４によって画成される燃焼室６が形成される。
【００１７】
各燃焼室６はシリンダヘッド４内に形成された吸気ポート７および排気ポート８に通じている。燃焼室６と吸気ポート７との間には吸気弁９が配置され、吸気弁９は燃焼室６と吸気ポート７との間の流路を開閉している。一方、燃焼室６と排気ポート８との間に排気弁１０が配置され、排気弁１０は燃焼室６と排気ポート８との間の流路を開閉している。吸気弁９は、後述する仲介駆動機構１１とロッカーアーム１２とを介して吸気カム１３によってリフトされ、排気弁１０はロッカーアーム１４を介して排気カム１５によってリフトされる。吸気カム１３は吸気カムシャフト１６に取付けられ、一方、排気カム１５は排気カムシャフト１７に取付けられる。
【００１８】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）２７は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、入力ポート、出力ポートを相互に双方向性バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータから構成される。ＥＣＵ２７にはエアフローメータ１９の他、アクセルペダルの踏込み量（以下、「アクセル踏込み量」と言う）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２９やクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３０等の各種センサが接続される。また、点火栓５５や燃料噴射弁（不図示）、スロットル弁５６等も接続されその作動が制御される。本実施形態において、スロットル弁５６の開度はアクセル踏込み量とは無関係に変更することができ、スロットル弁開度を調整することで吸気圧が制御される。更にＥＣＵ２７は、後述するように仲介駆動機構１１を含んで構成される開弁特性制御装置５７とも信号をやり取りして開弁特性制御装置５７の制御を行い、吸気弁９の開弁特性である作用角及びリフト量の制御も行う。なお、図２において、５２は吸気管、５３はサージタンクを示している。
【００１９】
図３に示したように、本実施形態における内燃機関１は四気筒であり、その排気通路は、まず第一気筒（＃１）からの排気通路４１と第四気筒（＃４）からの排気通路４４、並びに第二気筒（＃２）からの排気通路４２と第三気筒（＃３）からの排気通路４３が夫々合流して二つの排気通路４５、４６となり、その後これらが合流して一つの排気通路４７となっている。そして、第一気筒からの排気通路４１と第四気筒からの排気通路４４とが合流した部分、すなわち二つになった排気通路４５、４６のうちの一方の排気通路４５には第一空燃比センサ５８ａが設けられている。同様に、第二気筒からの排気通路４２と第三気筒からの排気通路４３とが合流した部分、すなわち二つになった排気通路４５、４６のうちの一方の排気通路４６には第二空燃比センサ５８ｂが設けられている。これらの空燃比センサ５８ａ、５８ｂはＥＣＵ２７に接続されており、検出した空燃比の情報がＥＣＵ２７に供給されるようになっている。また、排気通路が一つとなった部分４７には排気浄化装置５９が設けられている。
【００２０】
次に、図４および図５を参照して、上記仲介駆動機構１１及びそれを含んで構成される開弁特性制御装置５７について説明する。図４は上記仲介駆動機構１１の斜視図であり、図５は上記開弁特性制御装置５７の概略構成を示す説明図である。ここで上記仲介駆動機構１１は特開２００１−２６３０１５号公報に記載された仲介駆動機構と同様な構成を有するものであり、いわゆる揺動カム機構として既に公知のものであるので、以下では簡単に説明する。図４に示した仲介駆動機構１１は内燃機関の気筒毎に設けられる。したがって、四気筒の内燃機関の場合である本実施形態では、四つの仲介駆動機構１１を有することになる。
【００２１】
仲介駆動機構１１は円筒形の入力部２１と、この入力部２１の軸線方向において入力部２１の一方の側に配置される円筒形の第一揺動カム２２と、入力部２１の軸線方向において入力部２１の上記一方の側とは反対側に配置される円筒形の第二揺動カム２３とを具備する。これら入力部２１、揺動カム２２、２３はその軸線を中心として軸線方向に延びる円筒状の貫通孔を有し、この貫通孔を支持パイプ２４が貫通する。入力部２１、揺動カム２２、２３はそれぞれ支持パイプ２４によって支持され、且つそれぞれ支持パイプ２４を中心に回動することができる。支持パイプ２４はシリンダヘッド４に固定される。また、支持パイプ２４はその軸線を中心として軸線方向に延びる円筒状の貫通孔を有し、この貫通孔を制御シャフト２５が貫通する。制御シャフト２５は支持パイプ２４の貫通孔内で、支持パイプ２４の軸線方向に摺動可能である。
【００２２】
入力部２１の外周面からは入力部２１の径方向に向かってアーム２１ａ、２１ｂが延び、これらアーム２１ａ、２１ｂの先端の間にローラ２１ｃが配置される。ローラ２１ｃは、図１に示したように吸気カム１３のカム面１３ａに当接し、これにより入力部２１はカム面１３ａの形状に応じて支持パイプ２４周りで回動する。一方、揺動カム２２、２３の外周面からは揺動カム２２、２３の径方向に向かってノーズ２２ａ、２３ａが延び、これらノーズ２２ａ、２３ａはロッカーアーム１２に当接可能である。
【００２３】
さらに、入力部２１および揺動カム２１、２２と制御シャフト２５との間は一定の制御機構（不図示）によって結合されている。この制御機構は、制御シャフト２５を支持パイプ２４に対して相対的に移動させると、入力部２１と揺動カム２２、２３とを互いに反対方向に回動させるように構成されている。特に、本実施形態では、制御シャフト２５を支持パイプ２４に対して方向Ｄ1に移動させると、入力部２１のローラ２１ｃと揺動カム２２、２３のノーズ２２ａ、２３ａとの間の相対角度が大きくなるように入力部２１と揺動カム２２、２３とが回動し、制御シャフト２５を支持パイプ２４に対して上記方向Ｄ1とは反対向きの方向Ｄ2に移動させると、入力部２１のローラ２１ｃと揺動カム２２、２３のノーズ２２ａ、２３ａとの間の相対角度が小さくなるように入力部２１と揺動カム２２、２３とが回動する。ローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの相対角度が大きくなると、ローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔が長くなり、逆にローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの相対角度が小さくなるとローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔が短くなる。
【００２４】
一方、図１からわかるように、吸気弁９が吸気カム１３によってリフトされる量はローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔によって変わる。すなわち、ローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔が長くなると、ローラ２１ｃが吸気カム１３のカム山部１３ｂと当接するときに、ノーズ２２ａ、２３ａが吸気弁９をリフトする期間が長くなると共にリフトする量が多くなる。逆に、ローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔が短くなると、ローラ２１ｃが吸気カム１３のカム山部１３ｂと当接するときに、ノーズ２２ａ、２３ａが吸気弁９をリフトする期間が短くなると共にリフトする量も少なくなる。すなわち、ローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔が長くなると、吸気弁９の作用角が大きくなると同時に吸気弁９のリフト量も大きくなり、一方、ローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔が短くなると、吸気弁９の作用角が小さくなると同時に吸気弁９のリフト量も小さくなる。
【００２５】
したがって、仲介駆動機構１１では、制御シャフト２５を第一方向Ｄ1に移動させると、吸気弁９の作用角が大きくなると同時に吸気弁９のリフト量も大きくなり、制御シャフト２５を第二方向Ｄ2に移動させると吸気弁９の作用角が小さくなると同時に吸気弁９のリフト量も小さくなる。なお、本実施形態では、このように開弁特性である作用角とリフト量に一定の関係があるが、他の実施形態では開弁特性として作用角のみあるいはリフト量のみを変更するようにしても良い。
【００２６】
上述したように本実施形態は四気筒の内燃機関の場合であるので、上記仲介駆動機構１１を四つ有している。四つの仲介駆動機構１１は図５に示したように直列に並べて配置され、全ての仲介駆動機構１１が一つの支持パイプ２４と一つの制御シャフト２５上に設けられる。したがって、開弁特性制御装置２７が正常に作動している場合には、全気筒で同様な開弁特性を得ることができる。
【００２７】
図５に示したように、上記制御シャフト２５の一方の端部には電動アクチュエータ２６が連結され、これによって制御シャフト２５の位置が制御できるようになっている。この電動アクチュエータ２６はＥＣＵ２７に接続されており、これによって制御される。つまり、本実施形態ではＥＣＵ２７により電動アクチュエータ２６を制御して制御シャフト２５の位置をその軸線方向に移動することができ、これによって、ローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔を変化させて吸気弁９の開弁特性である作用角とリフト量を連続的に制御することができる。
【００２８】
制御シャフト２５の他方の端部近傍には、制御シャフト２５の軸線方向の位置を検出するための位置センサ２８が配置される。この位置センサ２８により制御シャフト２５の位置を検出することができる。この位置センサ２８はＥＣＵ２７に接続されており、位置センサ２８により検出された制御シャフト２５の位置の情報がＥＣＵ２７に供給される。なお、上述したように本実施形態においては、制御シャフト２５の位置を制御することでローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔を変化させ、それによって吸気弁９の開弁特性である作用角とリフト量を制御するので、上記位置センサ２８は、上記開弁特性を検出する開弁特性センサであると言える。
【００２９】
本実施形態の内燃機関では、以上のような構成において、各種センサからの信号に基づいてＥＣＵ２７によって燃料噴射量制御、点火時期制御、吸気量制御等の各種制御が実施される。特に吸気量制御については、より詳細にはＥＣＵ２７が上記開弁特性制御装置５７と上記スロットル弁５６の両方を制御することによって行われる。すなわち、本実施形態では上記開弁特性制御装置５７により吸気弁９の開弁特性である作用角とリフト量を連続的に制御することができ、また、スロットル弁５６により吸気圧を制御することができるので、通常は開弁特性（リフト量、作用角）と吸気圧とを協調制御することによって吸気量が制御される。
【００３０】
ところで、上記のような開弁特性制御装置５７の異常を検出することを考えた場合、その方法としてまず上記開弁特性制御装置５７に設けられている開弁特性センサ（位置センサ）２８を利用する方法がある。ところが、上述のように上記開弁特性センサ２８は全気筒が共用する制御シャフト２５の位置を検出するものであるため、これによって検出され得る開弁特性制御装置５７の異常は、例えば上記制御シャフト２５や上記電動アクチュエータ２６等の共用部分の異常に限られ、気筒毎に設けられている部分、例えば各仲介駆動機構１１等の異常については検出することができない。
【００３１】
また、上記のような開弁特性制御装置５７の異常は、機関回転数の変動や空燃比等の異常によっても間接的に検出することができるが、この場合、例えば燃料噴射装置や点火装置の異常等でも同様な機関回転数の変動や空燃比等の異常が検出され、実際に開弁特性制御装置５７に異常が発生しているか否かを確定することが困難である。
【００３２】
このような問題に対し本実施形態では、以下で説明するような制御を行うことで、上記開弁特性制御装置５７の気筒毎に設けられている部分の異常について検出することを可能とし、また、上記開弁特性制御装置５７に異常が発生しているか否かについての判定を正確に行うことを可能としている。次に、この制御について、図６のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００３３】
図６は、上述したような構成の内燃機関において開弁特性制御装置５７の異常を検出するための制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは吸気量が一定となる定常運転の場合、例えば暖機後のアイドリング運転時等にＥＣＵ２７によって実施される。本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ１０１において、開弁特性を第一の開弁特性（以下、第一開弁特性と言う）とした時の燃焼状態の指標、すなわち燃焼状態に関連して変動する指標（以下、単に燃焼状態の指標と言う）Ｘｆｎが気筒毎に検出される（以下、第一開弁特性における第一気筒の燃焼状態の指標をＸｆ1と示し、第二、第三、第四気筒の上記指標をそれぞれＸｆ２、Ｘｆ３、Ｘｆ４と示す。また、これらをまとめて示す場合にはＸｆｎと示す）。
【００３４】
この第一開弁特性には作用角及びリフト量が比較的大きい場合が選択される。なお、開弁特性制御装置によって作用角とリフト量の一方のみを制御する実施形態の場合には作用角またはリフト量が比較的大きい場合とされる。
また、上記燃焼状態の指標Ｘｆｎは内燃機関の気筒毎の燃焼状態を判断し得る指標であって、例えば、各気筒における空燃比または各気筒に対応する機関回転数変動等が用いられる。ここで、空燃比については、本実施形態では上述したように排気系に二つの空燃比センサ５８ａ、５８ｂが設けられているので、これらによって検出される空燃比の経時変化をクランク角度との関係で解析することにより各気筒における空燃比を求めることができる。なお、気筒毎の排気通路４１、４２、４３、４４にそれぞれ空燃比センサを設け、それによって気筒毎の空燃比を求めるようにしてもよい。
【００３５】
また、機関回転数変動については、クランク角センサ３０からの信号に基づき機関回転数の経時変化が求められるので、これをクランク角度との関係で解析することにより各気筒における爆発に対応する回転数の変動（例えば各気筒における点火直前の機関回転数と点火後のピーク回転数との差）を求めることができる。そしてこの値を各気筒に対応する機関回転数変動とすることができる。
【００３６】
なお、各気筒の吸気ポート７に吸気圧センサを設けた場合には吸気圧を上記燃焼状態の指標Ｘｆｎとすることができる。あるいは、各気筒の燃焼圧（例えば、気筒内最大圧力を燃焼圧とする）を検出するようにして、その値を上記燃焼状態の指標Ｘｆｎとしてもよい。また、これらのうちの複数のものを同時に検出して、それぞれを上記燃焼状態の指標として用いるようにしてもよい。
【００３７】
ステップ１０１において気筒毎に第一開弁特性での上記のような燃焼状態の指標Ｘｆｎが検出されると、ステップ１０３に進む。ステップ１０３においては上記指標Ｘｆｎの気筒間差（より詳細には気筒間差の大きさ）ΔＸｆが算出される。本実施形態ではこの気筒間差ΔＸｆは、各気筒に対して得られた上記指標Ｘｆｎの中の最大値Ｘｆｍａｘと最小値Ｘｆｍｉｎとの差（ΔＸｆ＝Ｘｆｍａｘ−Ｘｆｍｉｎ）とする。なお、他の実施形態においては、気筒間差ΔＸｆとして、各気筒間の上記指標Ｘｆｎの差をそれぞれ求めるようにしてもよい。この場合、二気筒の組合せ毎に六つの気筒間差ΔＸｆが得られることになる。
【００３８】
ステップ１０３において気筒間差ΔＸｆが算出されると、ステップ１０５に進む。ステップ１０５においては、開弁特性を第二の開弁特性（以下、第二開弁特性と言う）とした時の燃焼状態の指標Ｘｓｎが気筒毎に検出される（以下、第二開弁特性における第一気筒の燃焼状態の指標をＸｓ1と示し、第二、第三、第四気筒の上記指標をそれぞれＸｓ２、Ｘｓ３、Ｘｓ４と示す。また、これらをまとめて示す場合にはＸｓｎと示す）。
【００３９】
この第二開弁特性においては上記第一開弁特性の時よりも作用角及びリフト量が小さくされる。なお、開弁特性制御装置によって作用角とリフト量の一方のみを制御する実施形態の場合には作用角またはリフト量が上記第一開弁特性の時よりも小さくされる。
更に、ステップ１０５において開弁特性を第二開弁特性とした時の吸気量は、ステップ１０１において開弁特性が第一開弁特性であった時と同じになるようにされる。すなわち、開弁特性制御装置５７が正常に作動しているとすれば各開弁特性の時に同じ吸気量になるようにスロットル弁５６が制御される。なお、当然のことながら、ステップ１０５で検出する燃焼状態の指標Ｘｓｎはステップ１０１で検出した燃焼状態の指標Ｘｆｎと同種類のものとされる。すなわち、ステップ１０１において燃焼状態の指標Ｘｆｎとして空燃比を検出したのであれば、ステップ１０５においても燃焼状態の指標Ｘｓｎとして空燃比を検出する。
【００４０】
ステップ１０５において気筒毎に第二開弁特性での燃焼状態の指標Ｘｓｎが検出されると、ステップ１０７に進み、ステップ１０３の場合と同様に上記指標Ｘｓｎの気筒間差（より詳細には気筒間差の大きさ）ΔＸｓが算出される。ここではこの気筒間差ΔＸｓは、各気筒に対して得られた上記指標Ｘｓｎの中の最大値Ｘｓｍａｘと最小値Ｘｓｍｉｎとの差（ΔＸｓ＝Ｘｓｍａｘ−Ｘｓｍｉｎ）とする。なお、ステップ１０３の場合と同様、他の実施形態においては、気筒間差ΔＸｓとして、各気筒間の上記指標Ｘｓｎの差をそれぞれ求めるようにしてもよい。この場合、二気筒の組合せ毎に六つの気筒間差ΔＸｓが得られることになる。
【００４１】
ステップ１０７において気筒間差ΔＸｓが算出されると、ステップ１０９に進む。ステップ１０９においては、上記気筒間差ΔＸｆを上記気筒間差ΔＸｓから引いた値が所定値Ｃａより大きいか否かが判定される。そして、ステップ１０９において上記気筒間差ΔＸｆを上記気筒間差ΔＸｓから引いた値が所定値Ｃａより大きいと判定された場合には、ステップ１１１に進み開弁特性制御装置に異常があると判定され、上記気筒間差ΔＸｆを上記気筒間差ΔＸｓから引いた値が所定値Ｃａ以下であると判定された場合には、ステップ１１３に進み開弁特性制御装置は正常であると判定される。
【００４２】
なお、二気筒の組合せ毎に気筒間差ΔＸｆ、ΔＸｓを六つずつ算出する実施形態においては、ステップ１０９において同じ気筒の組合せの気筒間差ΔＸｆ、ΔＸｓ毎に判定が行われ、一つでも気筒間差の差（ΔＸｓ−ΔＸｆ）が所定値Ｃａよりも大きければ異常判定（ステップ１１１）がなされる。
【００４３】
上記ステップ１０９における所定値Ｃａはゼロより大きい値であって上記第一開弁特性と上記第二開弁特性との関係や異常検出の感度等を考慮して予め決定される。すなわち、例えば所定値Ｃａが大きい程、異常検出の感度は低くなる。また、このステップ１０９における判定は、ステップ１０３やステップ１０７で算出された気筒間の燃焼状態の差が開弁特性制御装置５７の異常に起因して発生したものか否かを判定する役割を果たすものである。すなわち、開弁特性制御装置５７に異常が発生した場合、吸気量に異常が発生するが、その影響は吸気圧が同じであれば吸気量が少なくなるような開弁特性である程、つまり作用角やリフト量が小さい程大きくなることがわかっている（図７は作用角を例にとり、作用角が１度ずれた時に吸気量に与える影響（目標吸気量に対する吸気量のずれ）を百分率にして作用角の大きさに対して示したものである）。したがって、開弁特性制御装置５７に異常があれば、それに起因する燃焼状態の気筒間差は、吸気圧が同じであれば吸気量が少なくなるような開弁特性である程、つまり作用角やリフト量が小さい程大きくなるはずである。一方、開弁特性制御装置５７以外の部分、例えば燃料噴射装置等に異常があり開弁特性制御装置５７に異常がない場合には、上記第一開弁特性の場合と上記第二開弁特性の場合とで吸気量は同じとなるので、開弁特性を変えても燃焼状態の気筒間差は同程度となると考えられる。
【００４４】
このようなことから、上記所定値Ｃａをゼロより大きい値として適切に設定すれば、上述したステップ１０９のような判定を行うことで、上記気筒間差ΔＸｓ、ΔＸｆが開弁特性制御装置５７の異常に起因して発生したものか否かをより正確に判定することができる。
以上のように、図６に示した制御ルーチンによる制御では、燃焼状態の気筒間差を検出するので、開弁特性制御装置５７の気筒毎に設けられている部分の異常について検出することができる。また、図６に示した制御ルーチンによる制御によれば、ステップ１０９における判定により開弁特性制御装置５７に異常が発生しているか否かについての判定を正確に行うことができる。
【００４５】
次に図８を参照しつつ、上記燃焼状態の指標に空燃比を用いた場合について具体的に説明する。図８は、空燃比センサ５８ａによって検出された空燃比の経時変化の一例を示す図である。図８（ａ）は開弁特性が第一開弁特性とされている場合であり、図８（ｂ）は開弁特性が第二開弁特性とされている場合である。各図共、空燃比の変化のクランク角度との関係を示すため一つの山が７２０°に相当するクランクカウンタが上段に示されている。
【００４６】
上述したようにこれらは空燃比センサ５８ａによって検出された空燃比の経時変化を示しているので、第一気筒と第四気筒に関する空燃比が示されている。実際にはこの空燃比の変化を解析して各気筒における空燃比の変化をより正確に求めることも可能であるが、ここではこの空燃比センサ５８ａから得られる空燃比の値をそのまま用い、その経時変化をクランク角度との関係で解析して各気筒における空燃比とする。そうすると、例えば図８（ａ）及び図８（ｂ）に＃１、＃４で示した点がそれぞれ第一気筒及び第四気筒の空燃比ということになり、これらが燃焼状態の指標Ｘｆ１、Ｘｆ４、Ｘｓ１、Ｘｓ４となる。
【００４７】
そして、開弁特性が第一開弁特性である場合と第二開弁特性である場合の何れの場合においても、他の気筒の空燃比（すなわち、空燃比センサ５８ｂによって得られる第二気筒及び第三気筒の空燃比）と比較して第四気筒の空燃比Ｘｆ４、Ｘｓ４が最大で第一気筒の空燃比Ｘｆ１、Ｘｓ１が最小であったとすると、上述のステップ１０３及びステップ１０７で求められる気筒間差ΔＸｆ及びΔＸｓはこれら空燃比の差であって図８（ａ）及び図８（ｂ）にΔＸｆ及びΔＸｓで示した部分がこれらに相当することになる。そして、これらを用いて上述のステップ１０９の判定が実施され、開弁特性制御装置５７に異常が発生しているか否かが判定される。
【００４８】
次に図９を参照しつつ、上記燃焼状態の指標に機関回転数変動を用いた場合について具体的に説明する。図９は、クランク角センサ３０からの信号に基づいて求められた機関回転数の経時変化の一例を示す図である。図９（ａ）は開弁特性が第一開弁特性とされている場合であり、図９（ｂ）は開弁特性が第二開弁特性とされている場合である。図８の場合と同様、各図共、機関回転数の変化のクランク角度との関係を示すため一つの山が７２０°に相当するクランクカウンタが上段に示されている。
【００４９】
ここで、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示された機関回転数の経時変化をクランク角度との関係で解析すると、例えば図９（ａ）及び図９（ｂ）に＃１、＃２、＃３、＃４で示した部分がそれぞれ第一から第四気筒における爆発に対応する回転数の変動ということになり、これらが燃焼状態の指標Ｘｆ１、Ｘｆ２、Ｘｆ３、Ｘｆ４、並びにＸｓ１、Ｘｓ２、Ｘｓ３、Ｘｓ４となる。
【００５０】
そして、これらから開弁特性が第一開弁特性である場合の気筒間差ΔＸｆと、開弁特性が第二開弁特性である場合の気筒間差ΔＸｓが求められる（ステップ１０３及びステップ１０７）。例えば、図９（ａ）に示された開弁特性が第一開弁特性である場合に、Ｘｆ１が最大で、Ｘｆ３が最小であったとすると気筒間差ΔＸｆ＝Ｘｆ１−Ｘｆ３となる。一方、図９（ｂ）に示された開弁特性が第二開弁特性である場合に、Ｘｓ４が最大で、Ｘｓ３が最小であったとすると気筒間差ΔＸｓ＝Ｘｓ４−Ｘｆ３となる。そして、これらを用いて上述のステップ１０９の判定が実施され、開弁特性制御装置５７に異常が発生しているか否かが判定される。
【００５１】
次に、上述したような構成の内燃機関において開弁特性制御装置５７の異常を検出するための別の制御について説明する。但し、図６を参照しつつ先に説明した制御と共通する部分については原則として説明を省略する。図１０はこの別の制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ２０１において、開弁特性を第一開弁特性とした時の燃焼状態の指標Ｘｆｎが気筒毎に検出される。これは図６の制御ルーチンのステップ１０１と同様の制御ステップであり、上記指標Ｘｆｎとしては空燃比や機関回転数変動等を用いることができる。また、必要なセンサを設ければ、吸気圧や燃焼圧を上記指標Ｘｆｎとすることもできる。
【００５２】
ステップ２０１において気筒毎に第一開弁特性での上記燃焼状態の指標Ｘｆｎが検出されると、ステップ２０３に進む。ステップ２０３においては上記指標Ｘｆｎとその指標について予め定めた基準値Ｘｆｒとの差（より詳細には予め定めた基準値との差の大きさ）ΔＸｆｎが気筒毎に算出される。この基準値Ｘｆｒは、その燃焼状態の指標に関して各運転状態における正常な値もしくは目標とする値であって、事前に実験等によって求めマップ化してＥＣＵ２７に記憶させておく。すなわち、例えば機関回転数、アクセル開度等からその時の燃焼状態の指標の基準値Ｘｆｒが得られるようにしておく。ステップ２０３により、各気筒（第一から第四気筒）の燃焼状態の指標Ｘｆｎと基準値Ｘｆｒとの差（すなわち、気筒毎偏差）ΔＸｆｎ（つまり、ΔＸｆ１＝｜Ｘｆ１−Ｘｆｒ｜、ΔＸｆ２＝｜Ｘｆ２−Ｘｆｒ｜、ΔＸｆ３＝｜Ｘｆ３−Ｘｆｒ｜、ΔＸｆ４＝｜Ｘｆ４−Ｘｆｒ｜）が得られる。
【００５３】
ステップ２０３において上記基準値Ｘｆｒとの差ΔＸｆｎが算出されると、ステップ２０５に進む。ステップ２０５においては、開弁特性を第二開弁特性とした時の燃焼状態の指標Ｘｓｎが気筒毎に検出される。これは図６の制御ルーチンのステップ１０５と同様の制御ステップである。本制御ルーチンによる制御においても、この第二開弁特性においては上記第一開弁特性の時よりも作用角及びリフト量が小さくされる。なお、開弁特性制御装置によって作用角とリフト量の一方のみを制御する実施形態の場合には作用角またはリフト量が上記第一開弁特性の時よりも小さくされる。
【００５４】
更に、ステップ２０５において開弁特性を第二開弁特性とした時の吸気量は、ステップ２０１において開弁特性が第一開弁特性であった時と同じになるようにされる。すなわち、開弁特性制御装置５７が正常に作動しているとすれば各開弁特性の時に同じ吸気量になるようにスロットル弁５６が制御される。なお、当然のことながら、ステップ２０５で検出する燃焼状態の指標Ｘｓｎはステップ２０１で検出した燃焼状態の指標Ｘｆｎと同種類のものとされる。
【００５５】
ステップ２０５において気筒毎に第二開弁特性での上記燃焼状態の指標Ｘｓｎが検出されると、ステップ２０７に進む。ステップ２０７においては上記指標Ｘｓｎとその指標について予め定めた基準値Ｘｓｒとの差（より詳細には予め定めた基準値との差の大きさ）ΔＸｓｎが気筒毎に算出される。この基準値Ｘｓｒは、上記基準値Ｘｆｒと同様、各運転状態におけるその指標に関する正常な値もしくは目標とする値である。但し、上述したようにステップ２０５において開弁特性を第二開弁特性とした時の吸気量は、ステップ２０１において開弁特性が第一開弁特性であった時と同じになるようにされ、ステップ２０１において開弁特性を第一開弁特性とした時とステップ２０５において開弁特性を第二開弁特性とした時とで内燃機関の運転状態が変わらないようにされるので、通常は基準値Ｘｓｒと基準値Ｘｆｒは同じ値となる。
【００５６】
ステップ２０７により、各気筒（第一から第四気筒）の燃焼状態の指標Ｘｓｎと基準値Ｘｓｒとの差（すなわち、気筒毎偏差）ΔＸｓｎ（つまり、ΔＸｓ１＝｜Ｘｓ１−Ｘｓｒ｜、ΔＸｓ２＝｜Ｘｓ２−Ｘｓｒ｜、ΔＸｓ３＝｜Ｘｓ３−Ｘｓｒ｜、ΔＸｓ４＝｜Ｘｓ４−Ｘｓｒ｜）が得られる。
ステップ２０７において上記基準値Ｘｓｒとの差ΔＸｓｎが算出されると、ステップ２０９に進む。ステップ２０９においては、上記ΔＸｆｎを上記ΔＸｓｎから引いた値が所定値Ｃｂより大きいか否かが気筒毎に判定される。そして、ステップ２０９において上記ΔＸｆｎを上記ΔＸｓｎから引いた値が所定値Ｃｂより大きいと判定された場合には、ステップ２１１に進み開弁特性制御装置５７のその気筒に係る部分に異常があると判定され、上記ΔＸｆｎを上記ΔＸｓｎから引いた値が所定値Ｃｂ以下であると判定された場合には、ステップ２１３に進み開弁特性制御装置５７のその気筒に係る部分は正常であると判定される。
【００５７】
上記ステップ２０９における所定値Ｃｂは、図６の制御ルーチンのステップ１０９における所定値Ｃａと同様、ゼロより大きい値であって上記第一開弁特性と上記第二開弁特性との関係や異常検出の感度等を考慮して予め決定される。例えば所定値Ｃｂの場合も上記所定値Ｃａの場合と同様、その値が大きい程、異常検出の感度は低くなる。また、このステップ２０９における判定は、図６の制御ルーチンのステップ１０９とほぼ同様の原理及び手法により、ステップ２０３やステップ２０７で算出された各気筒の燃焼状態の指標の基準値との差が開弁特性制御装置５７の異常に起因して発生したものか否かを判定する役割を果たすものである。この制御ステップを有することにより、上記開弁特性制御装置５７に異常が発生しているか否かについての判定を正確に行うことができる。
【００５８】
以上のように、図１０に示した制御ルーチンによる制御によれば、上記開弁特性制御装置５７に異常が発生しているか否かについての判定を正確に行うことができる。また、この制御によれば開弁特性制御装置５７の気筒毎に設けられている部分の異常について検出することができ、更に、どの気筒に対応する部分で上記開弁特性制御装置５７に異常が発生しているかについても判定することができる。
【００５９】
なお、以上では開弁特性を二つの異なる開弁特性（第一開弁特性及び第二開弁特性）に変化させる場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、開弁特性を三つ以上の異なる開弁特性に変化させて、その時の上記指標の上記気筒間差や上記基準値との差の変化に基づいて開弁特性制御装置の異常判定をするようにしてもよい。
【００６０】
また、上述した内燃機関の構成では、開弁特性制御装置５７が吸気弁９側のみに設けられているが、他の実施形態においては開弁特性制御装置が排気弁１０側に設けられてもよいし、吸気弁９側および排気弁１０側の両方に設けられてもよい。そして、この場合、排気弁１０側に設けられた開弁特性制御装置についても、上述したような方法により異常を検出することが可能である。この場合、排気弁１０側に設けられた開弁特性制御装置によって排気弁１０の開弁特性を二つ以上の異なる開弁特性に変化させるが、その際、各開弁特性とした時に吸気量が同じになるようにスロットル弁５６や吸気弁９の開弁特性が制御される。更に、この場合には、上記燃焼状態の指標として機関回転数変動または燃焼圧を用いることが好ましい。
【００６１】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明は、開弁特性制御装置を備えた内燃機関において、開弁特性制御装置の異常を正確に検出することを可能にするという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の開弁特性制御装置の異常検出装置が搭載された火花点火式内燃機関の断面図である。
【図２】図２は、図１に示した内燃機関の吸気系等を含めた概略構成図である。
【図３】図３は、図１に示した内燃機関の排気系等をも含めた全体概略構成図である。
【図４】図４は、仲介駆動機構の斜視図である。
【図５】図５は、開弁特性制御装置の概略構成を示す説明図である。
【図６】図６は、図１から図３に示したような構成の内燃機関において開弁特性制御装置の異常を検出するための制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図７は、作用角が１度ずれた時に吸気量に与える影響（目標吸気量に対する吸気量のずれ）を百分率にして作用角の大きさに対して示したものである。
【図８】図８は、空燃比センサ５８ａによって検出された空燃比の経時変化の一例を示す図である。図８（ａ）は開弁特性が第一開弁特性とされている場合であり、図８（ｂ）は開弁特性が第二開弁特性とされている場合である。
【図９】図９は、機関回転数の経時変化の一例を示す図である。図９（ａ）は開弁特性が第一開弁特性とされている場合であり、図９（ｂ）は開弁特性が第二開弁特性とされている場合である。
【図１０】図１０は、図１から図３に示したような構成の内燃機関において開弁特性制御装置の異常を検出するための別の制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関（機関本体）
９…吸気弁
１０…排気弁
１１…仲介駆動機構
１３…吸気カム
１５…排気カム
２７…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２８…位置センサ（開弁特性センサ）
３０…クランク角センサ
５６…スロットル弁
５７…開弁特性制御装置
５８ａ、５８ｂ…空燃比センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の開弁特性制御装置の異常を検出する異常検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、可変動弁機構を備えた内燃機関の開発が進められ、可変動弁機構の異常を検出する技術の必要性も高まってきている。
例えば、吸気弁や排気弁の開閉タイミングを変更する可変バルブタイミング装置の異常を検出する技術として、内燃機関の振動状態が規定値を超えた時にバルブオーバーラップ量を変更させ、その変更により振動状態が変化しなければ可変バルブタイミング装置が異常であると判定する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１０６４７２号公報
【特許文献２】
特開２００１−２０７９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では吸気弁や排気弁の開閉タイミングのみならず、作用角およびまたはリフト量をも含めた開弁特性を可変とすることにより内燃機関の吸気量を制御する開弁特性制御装置の開発が進められているため、そのような開弁特性制御装置の異常を正確に検出できる技術が要求されてきている。
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、開弁特性制御装置を備えた内燃機関において、開弁特性制御装置の異常を正確に検出することができる技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された開弁特性制御装置の異常検出装置を提供する。
【０００６】
１番目の発明は、各気筒に設けられた弁の開弁特性を変化させる開弁特性制御手段と、上記開弁特性制御手段が特定開弁特性を実現すべく制御されたときに、各気筒毎に燃焼状態の指標を検出すると共にそれら指標の気筒間差を算出する算出手段と、二つ以上の異なる特定開弁特性について上記算出手段が算出した気筒間差をパラメータとして、上記開弁特性制御手段の異常を検出する検出手段と、を備える開弁特性制御装置の異常検出装置を提供する。
【０００７】
内燃機関の開弁特性制御装置の異常を検出するのに開弁特性制御装置に設けられている開弁特性センサを利用する方法があるが、普通この方法では開弁特性制御装置の気筒毎に設けられている部分の異常については検出することができない。また、例えば、ある一つの条件（開弁特性）において気筒間の燃焼状態に差があることが検出されたとしても、それが開弁特性制御装置の異常に起因するものなのか、それ以外の原因、例えば燃料噴射装置等の異常に起因するものなのかを判定するのは困難である。
【０００８】
これに対し１番目の発明では、二つ以上の異なる特定開弁特性について算出した気筒間差をパラメータとして、上記開弁特性制御手段の異常を検出するので、上記開弁特性制御手段の気筒毎に設けられている部分の異常について検出することができ、また、上記開弁特性制御手段に異常が発生しているか否かについての判定を正確に行うことができる。
【０００９】
２番目の発明は、各気筒に設けられた弁の開弁特性を変化させる開弁特性制御手段と、上記開弁特性制御手段が特定開弁特性を実現すべく制御されたときに、各気筒毎に燃焼状態の指標を検出すると共にそれら指標と基準値との偏差を気筒別に算出する算出手段と、二つ以上の異なる特定開弁特性について上記算出手段が算出した気筒別偏差の差をパラメータとして、上記開弁特性制御手段の異常を気筒別に検出する検出手段と、を備える開弁特性制御装置の異常検出装置を提供する。
【００１０】
２番目の発明では、二つ以上の異なる特定開弁特性について算出した気筒別偏差の差をパラメータとして、上記開弁特性制御手段の異常を気筒別に検出するので、１番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られるのに加え、どの気筒で上記開弁特性制御手段に異常が発生しているかについても判定することができる。
【００１１】
３番目の発明は、各気筒に設けられた弁の開弁特性を変化させる開弁特性制御手段と、上記開弁特性制御手段が特定開弁特性を実現すべく制御されたときに、各気筒毎に燃焼状態の指標を検出すると共にそれら指標と基準値との偏差を気筒別に算出する算出手段と、二つ以上の異なる特定開弁特性について上記算出手段が算出した気筒別偏差をパラメータとして、上記開弁特性制御手段の異常を気筒別に検出する検出手段と、を備える開弁特性制御装置の異常検出装置において、上記特定開弁特性は、第１の作用角およびまたはリフト量と、この第１の作用角およびまたはリフト量より小さい第２の作用角およびまたはリフト量とを含み、上記検出手段は、上記開弁特性制御手段が第２の作用角およびまたはリフト量を実現すべく制御されたときの気筒間差または気筒別偏差から上記開弁特性制御手段が第１の作用角およびまたはリフト量を実現すべく制御されたときの気筒間差または気筒別偏差を減算し、その減算結果が所定値よりも大きければ上記開弁特性制御手段が異常であると判定する、開弁特性制御装置の異常検出装置を提供する。
上記開弁特性制御手段に生じた異常の内燃機関の燃焼状態に対する影響は、一般に吸気量が少なくなる開弁特性にした場合に大きくなる。したがって、３番目の発明のようにすることによって、上記開弁特性制御手段に異常が発生しているか否かについての判定をより正確に行うことができる。
【００１２】
４番目の発明では１番目または２番目の発明において、上記特定開弁特性は、第１の作用角およびまたはリフト量と、この第１の作用角およびまたはリフト量より小さい第２の作用角およびまたはリフト量とを含み、上記検出手段は、上記開弁特性制御手段が第２の作用角およびまたはリフト量を実現すべく制御されたときの気筒間差または気筒別偏差から上記開弁特性制御手段が第１の作用角およびまたはリフト量を実現すべく制御されたときの気筒間差または気筒別偏差を減算し、その減算結果が所定値よりも大きければ上記開弁特性制御手段が異常であると判定する。
【００１３】
上述したように上記開弁特性制御手段に生じた異常の内燃機関の燃焼状態に対する影響は、一般に吸気量が少なくなる開弁特性にした場合に大きくなる。したがって、４番目の発明のようにすることによっても、３番目の発明と同様、上記開弁特性制御手段に異常が発生しているか否かについての判定をより正確に行うことができる。
５番目の発明では１番目から４番目の何れかの発明において、上記内燃機関の吸気圧を制御する吸気圧制御手段を更に備え、上記吸気圧制御手段は、上記した総ての特定開弁特性において吸気量が一定となるように予め定められた目標値に制御される。
５番目の発明によっても、１番目から４番目の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
【００１４】
６番目の発明では１番目から５番目の発明の何れかの発明において、上記指標は、空燃比、機関回転数変動、吸気圧変化、燃焼圧のうちの少なくとも一つを含む。
６番目の発明のようにすることによって、比較的簡単な構成で上記開弁特性制御手段に異常が発生しているか否かについての判定を正確に行うことが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
図１は本発明の開弁特性制御装置の異常検出装置が搭載された火花点火式内燃機関の断面図であり、図２は図１に示した内燃機関の吸気系等を含めた概略構成図である。また図３は図１に示した内燃機関の排気系等をも含めた全体概略構成図である。なお、本発明の異常検出装置は筒内噴射型の火花点火式内燃機関や圧縮自着火式のディーゼル内燃機関にも搭載可能である。
【００１６】
図１及び図２を参照すると、機関本体１はシリンダブロック２と、このシリンダブロック２内で往復動するピストン３と、シリンダブロック２上に取付けられたシリンダヘッド４とを具備する。また、シリンダヘッド４には点火栓５５が設けられている。シリンダブロック２には後述するように四つの気筒５が形成され、各気筒５内にはシリンダブロック２、ピストン３、シリンダヘッド４によって画成される燃焼室６が形成される。
【００１７】
各燃焼室６はシリンダヘッド４内に形成された吸気ポート７および排気ポート８に通じている。燃焼室６と吸気ポート７との間には吸気弁９が配置され、吸気弁９は燃焼室６と吸気ポート７との間の流路を開閉している。一方、燃焼室６と排気ポート８との間に排気弁１０が配置され、排気弁１０は燃焼室６と排気ポート８との間の流路を開閉している。吸気弁９は、後述する仲介駆動機構１１とロッカーアーム１２とを介して吸気カム１３によってリフトされ、排気弁１０はロッカーアーム１４を介して排気カム１５によってリフトされる。吸気カム１３は吸気カムシャフト１６に取付けられ、一方、排気カム１５は排気カムシャフト１７に取付けられる。
【００１８】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）２７は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、入力ポート、出力ポートを相互に双方向性バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータから構成される。ＥＣＵ２７にはエアフローメータ１９の他、アクセルペダルの踏込み量（以下、「アクセル踏込み量」と言う）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２９やクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ３０等の各種センサが接続される。また、点火栓５５や燃料噴射弁（不図示）、スロットル弁５６等も接続されその作動が制御される。本実施形態において、スロットル弁５６の開度はアクセル踏込み量とは無関係に変更することができ、スロットル弁開度を調整することで吸気圧が制御される。更にＥＣＵ２７は、後述するように仲介駆動機構１１を含んで構成される開弁特性制御装置５７とも信号をやり取りして開弁特性制御装置５７の制御を行い、吸気弁９の開弁特性である作用角及びリフト量の制御も行う。なお、図２において、５２は吸気管、５３はサージタンクを示している。
【００１９】
図３に示したように、本実施形態における内燃機関１は四気筒であり、その排気通路は、まず第一気筒（＃１）からの排気通路４１と第四気筒（＃４）からの排気通路４４、並びに第二気筒（＃２）からの排気通路４２と第三気筒（＃３）からの排気通路４３が夫々合流して二つの排気通路４５、４６となり、その後これらが合流して一つの排気通路４７となっている。そして、第一気筒からの排気通路４１と第四気筒からの排気通路４４とが合流した部分、すなわち二つになった排気通路４５、４６のうちの一方の排気通路４５には第一空燃比センサ５８ａが設けられている。同様に、第二気筒からの排気通路４２と第三気筒からの排気通路４３とが合流した部分、すなわち二つになった排気通路４５、４６のうちの一方の排気通路４６には第二空燃比センサ５８ｂが設けられている。これらの空燃比センサ５８ａ、５８ｂはＥＣＵ２７に接続されており、検出した空燃比の情報がＥＣＵ２７に供給されるようになっている。また、排気通路が一つとなった部分４７には排気浄化装置５９が設けられている。
【００２０】
次に、図４および図５を参照して、上記仲介駆動機構１１及びそれを含んで構成される開弁特性制御装置５７について説明する。図４は上記仲介駆動機構１１の斜視図であり、図５は上記開弁特性制御装置５７の概略構成を示す説明図である。ここで上記仲介駆動機構１１は特開２００１−２６３０１５号公報に記載された仲介駆動機構と同様な構成を有するものであり、いわゆる揺動カム機構として既に公知のものであるので、以下では簡単に説明する。図４に示した仲介駆動機構１１は内燃機関の気筒毎に設けられる。したがって、四気筒の内燃機関の場合である本実施形態では、四つの仲介駆動機構１１を有することになる。
【００２１】
仲介駆動機構１１は円筒形の入力部２１と、この入力部２１の軸線方向において入力部２１の一方の側に配置される円筒形の第一揺動カム２２と、入力部２１の軸線方向において入力部２１の上記一方の側とは反対側に配置される円筒形の第二揺動カム２３とを具備する。これら入力部２１、揺動カム２２、２３はその軸線を中心として軸線方向に延びる円筒状の貫通孔を有し、この貫通孔を支持パイプ２４が貫通する。入力部２１、揺動カム２２、２３はそれぞれ支持パイプ２４によって支持され、且つそれぞれ支持パイプ２４を中心に回動することができる。支持パイプ２４はシリンダヘッド４に固定される。また、支持パイプ２４はその軸線を中心として軸線方向に延びる円筒状の貫通孔を有し、この貫通孔を制御シャフト２５が貫通する。制御シャフト２５は支持パイプ２４の貫通孔内で、支持パイプ２４の軸線方向に摺動可能である。
【００２２】
入力部２１の外周面からは入力部２１の径方向に向かってアーム２１ａ、２１ｂが延び、これらアーム２１ａ、２１ｂの先端の間にローラ２１ｃが配置される。ローラ２１ｃは、図１に示したように吸気カム１３のカム面１３ａに当接し、これにより入力部２１はカム面１３ａの形状に応じて支持パイプ２４周りで回動する。一方、揺動カム２２、２３の外周面からは揺動カム２２、２３の径方向に向かってノーズ２２ａ、２３ａが延び、これらノーズ２２ａ、２３ａはロッカーアーム１２に当接可能である。
【００２３】
さらに、入力部２１および揺動カム２１、２２と制御シャフト２５との間は一定の制御機構（不図示）によって結合されている。この制御機構は、制御シャフト２５を支持パイプ２４に対して相対的に移動させると、入力部２１と揺動カム２２、２３とを互いに反対方向に回動させるように構成されている。特に、本実施形態では、制御シャフト２５を支持パイプ２４に対して方向Ｄ1に移動させると、入力部２１のローラ２１ｃと揺動カム２２、２３のノーズ２２ａ、２３ａとの間の相対角度が大きくなるように入力部２１と揺動カム２２、２３とが回動し、制御シャフト２５を支持パイプ２４に対して上記方向Ｄ1とは反対向きの方向Ｄ2に移動させると、入力部２１のローラ２１ｃと揺動カム２２、２３のノーズ２２ａ、２３ａとの間の相対角度が小さくなるように入力部２１と揺動カム２２、２３とが回動する。ローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの相対角度が大きくなると、ローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔が長くなり、逆にローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの相対角度が小さくなるとローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔が短くなる。
【００２４】
一方、図１からわかるように、吸気弁９が吸気カム１３によってリフトされる量はローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔によって変わる。すなわち、ローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔が長くなると、ローラ２１ｃが吸気カム１３のカム山部１３ｂと当接するときに、ノーズ２２ａ、２３ａが吸気弁９をリフトする期間が長くなると共にリフトする量が多くなる。逆に、ローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔が短くなると、ローラ２１ｃが吸気カム１３のカム山部１３ｂと当接するときに、ノーズ２２ａ、２３ａが吸気弁９をリフトする期間が短くなると共にリフトする量も少なくなる。すなわち、ローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔が長くなると、吸気弁９の作用角が大きくなると同時に吸気弁９のリフト量も大きくなり、一方、ローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔が短くなると、吸気弁９の作用角が小さくなると同時に吸気弁９のリフト量も小さくなる。
【００２５】
したがって、仲介駆動機構１１では、制御シャフト２５を第一方向Ｄ1に移動させると、吸気弁９の作用角が大きくなると同時に吸気弁９のリフト量も大きくなり、制御シャフト２５を第二方向Ｄ2に移動させると吸気弁９の作用角が小さくなると同時に吸気弁９のリフト量も小さくなる。なお、本実施形態では、このように開弁特性である作用角とリフト量に一定の関係があるが、他の実施形態では開弁特性として作用角のみあるいはリフト量のみを変更するようにしても良い。
【００２６】
上述したように本実施形態は四気筒の内燃機関の場合であるので、上記仲介駆動機構１１を四つ有している。四つの仲介駆動機構１１は図５に示したように直列に並べて配置され、全ての仲介駆動機構１１が一つの支持パイプ２４と一つの制御シャフト２５上に設けられる。したがって、開弁特性制御装置２７が正常に作動している場合には、全気筒で同様な開弁特性を得ることができる。
【００２７】
図５に示したように、上記制御シャフト２５の一方の端部には電動アクチュエータ２６が連結され、これによって制御シャフト２５の位置が制御できるようになっている。この電動アクチュエータ２６はＥＣＵ２７に接続されており、これによって制御される。つまり、本実施形態ではＥＣＵ２７により電動アクチュエータ２６を制御して制御シャフト２５の位置をその軸線方向に移動することができ、これによって、ローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔を変化させて吸気弁９の開弁特性である作用角とリフト量を連続的に制御することができる。
【００２８】
制御シャフト２５の他方の端部近傍には、制御シャフト２５の軸線方向の位置を検出するための位置センサ２８が配置される。この位置センサ２８により制御シャフト２５の位置を検出することができる。この位置センサ２８はＥＣＵ２７に接続されており、位置センサ２８により検出された制御シャフト２５の位置の情報がＥＣＵ２７に供給される。なお、上述したように本実施形態においては、制御シャフト２５の位置を制御することでローラ２１ｃとノーズ２２ａ、２３ａとの間隔を変化させ、それによって吸気弁９の開弁特性である作用角とリフト量を制御するので、上記位置センサ２８は、上記開弁特性を検出する開弁特性センサであると言える。
【００２９】
本実施形態の内燃機関では、以上のような構成において、各種センサからの信号に基づいてＥＣＵ２７によって燃料噴射量制御、点火時期制御、吸気量制御等の各種制御が実施される。特に吸気量制御については、より詳細にはＥＣＵ２７が上記開弁特性制御装置５７と上記スロットル弁５６の両方を制御することによって行われる。すなわち、本実施形態では上記開弁特性制御装置５７により吸気弁９の開弁特性である作用角とリフト量を連続的に制御することができ、また、スロットル弁５６により吸気圧を制御することができるので、通常は開弁特性（リフト量、作用角）と吸気圧とを協調制御することによって吸気量が制御される。
【００３０】
ところで、上記のような開弁特性制御装置５７の異常を検出することを考えた場合、その方法としてまず上記開弁特性制御装置５７に設けられている開弁特性センサ（位置センサ）２８を利用する方法がある。ところが、上述のように上記開弁特性センサ２８は全気筒が共用する制御シャフト２５の位置を検出するものであるため、これによって検出され得る開弁特性制御装置５７の異常は、例えば上記制御シャフト２５や上記電動アクチュエータ２６等の共用部分の異常に限られ、気筒毎に設けられている部分、例えば各仲介駆動機構１１等の異常については検出することができない。
【００３１】
また、上記のような開弁特性制御装置５７の異常は、機関回転数の変動や空燃比等の異常によっても間接的に検出することができるが、この場合、例えば燃料噴射装置や点火装置の異常等でも同様な機関回転数の変動や空燃比等の異常が検出され、実際に開弁特性制御装置５７に異常が発生しているか否かを確定することが困難である。
【００３２】
このような問題に対し本実施形態では、以下で説明するような制御を行うことで、上記開弁特性制御装置５７の気筒毎に設けられている部分の異常について検出することを可能とし、また、上記開弁特性制御装置５７に異常が発生しているか否かについての判定を正確に行うことを可能としている。次に、この制御について、図６のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００３３】
図６は、上述したような構成の内燃機関において開弁特性制御装置５７の異常を検出するための制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは吸気量が一定となる定常運転の場合、例えば暖機後のアイドリング運転時等にＥＣＵ２７によって実施される。本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ１０１において、開弁特性を第一の開弁特性（以下、第一開弁特性と言う）とした時の燃焼状態の指標、すなわち燃焼状態に関連して変動する指標（以下、単に燃焼状態の指標と言う）Ｘｆｎが気筒毎に検出される（以下、第一開弁特性における第一気筒の燃焼状態の指標をＸｆ1と示し、第二、第三、第四気筒の上記指標をそれぞれＸｆ２、Ｘｆ３、Ｘｆ４と示す。また、これらをまとめて示す場合にはＸｆｎと示す）。
【００３４】
この第一開弁特性には作用角及びリフト量が比較的大きい場合が選択される。なお、開弁特性制御装置によって作用角とリフト量の一方のみを制御する実施形態の場合には作用角またはリフト量が比較的大きい場合とされる。
また、上記燃焼状態の指標Ｘｆｎは内燃機関の気筒毎の燃焼状態を判断し得る指標であって、例えば、各気筒における空燃比または各気筒に対応する機関回転数変動等が用いられる。ここで、空燃比については、本実施形態では上述したように排気系に二つの空燃比センサ５８ａ、５８ｂが設けられているので、これらによって検出される空燃比の経時変化をクランク角度との関係で解析することにより各気筒における空燃比を求めることができる。なお、気筒毎の排気通路４１、４２、４３、４４にそれぞれ空燃比センサを設け、それによって気筒毎の空燃比を求めるようにしてもよい。
【００３５】
また、機関回転数変動については、クランク角センサ３０からの信号に基づき機関回転数の経時変化が求められるので、これをクランク角度との関係で解析することにより各気筒における爆発に対応する回転数の変動（例えば各気筒における点火直前の機関回転数と点火後のピーク回転数との差）を求めることができる。そしてこの値を各気筒に対応する機関回転数変動とすることができる。
【００３６】
なお、各気筒の吸気ポート７に吸気圧センサを設けた場合には吸気圧を上記燃焼状態の指標Ｘｆｎとすることができる。あるいは、各気筒の燃焼圧（例えば、気筒内最大圧力を燃焼圧とする）を検出するようにして、その値を上記燃焼状態の指標Ｘｆｎとしてもよい。また、これらのうちの複数のものを同時に検出して、それぞれを上記燃焼状態の指標として用いるようにしてもよい。
【００３７】
ステップ１０１において気筒毎に第一開弁特性での上記のような燃焼状態の指標Ｘｆｎが検出されると、ステップ１０３に進む。ステップ１０３においては上記指標Ｘｆｎの気筒間差（より詳細には気筒間差の大きさ）ΔＸｆが算出される。本実施形態ではこの気筒間差ΔＸｆは、各気筒に対して得られた上記指標Ｘｆｎの中の最大値Ｘｆｍａｘと最小値Ｘｆｍｉｎとの差（ΔＸｆ＝Ｘｆｍａｘ−Ｘｆｍｉｎ）とする。なお、他の実施形態においては、気筒間差ΔＸｆとして、各気筒間の上記指標Ｘｆｎの差をそれぞれ求めるようにしてもよい。この場合、二気筒の組合せ毎に六つの気筒間差ΔＸｆが得られることになる。
【００３８】
ステップ１０３において気筒間差ΔＸｆが算出されると、ステップ１０５に進む。ステップ１０５においては、開弁特性を第二の開弁特性（以下、第二開弁特性と言う）とした時の燃焼状態の指標Ｘｓｎが気筒毎に検出される（以下、第二開弁特性における第一気筒の燃焼状態の指標をＸｓ1と示し、第二、第三、第四気筒の上記指標をそれぞれＸｓ２、Ｘｓ３、Ｘｓ４と示す。また、これらをまとめて示す場合にはＸｓｎと示す）。
【００３９】
この第二開弁特性においては上記第一開弁特性の時よりも作用角及びリフト量が小さくされる。なお、開弁特性制御装置によって作用角とリフト量の一方のみを制御する実施形態の場合には作用角またはリフト量が上記第一開弁特性の時よりも小さくされる。
更に、ステップ１０５において開弁特性を第二開弁特性とした時の吸気量は、ステップ１０１において開弁特性が第一開弁特性であった時と同じになるようにされる。すなわち、開弁特性制御装置５７が正常に作動しているとすれば各開弁特性の時に同じ吸気量になるようにスロットル弁５６が制御される。なお、当然のことながら、ステップ１０５で検出する燃焼状態の指標Ｘｓｎはステップ１０１で検出した燃焼状態の指標Ｘｆｎと同種類のものとされる。すなわち、ステップ１０１において燃焼状態の指標Ｘｆｎとして空燃比を検出したのであれば、ステップ１０５においても燃焼状態の指標Ｘｓｎとして空燃比を検出する。
【００４０】
ステップ１０５において気筒毎に第二開弁特性での燃焼状態の指標Ｘｓｎが検出されると、ステップ１０７に進み、ステップ１０３の場合と同様に上記指標Ｘｓｎの気筒間差（より詳細には気筒間差の大きさ）ΔＸｓが算出される。ここではこの気筒間差ΔＸｓは、各気筒に対して得られた上記指標Ｘｓｎの中の最大値Ｘｓｍａｘと最小値Ｘｓｍｉｎとの差（ΔＸｓ＝Ｘｓｍａｘ−Ｘｓｍｉｎ）とする。なお、ステップ１０３の場合と同様、他の実施形態においては、気筒間差ΔＸｓとして、各気筒間の上記指標Ｘｓｎの差をそれぞれ求めるようにしてもよい。この場合、二気筒の組合せ毎に六つの気筒間差ΔＸｓが得られることになる。
【００４１】
ステップ１０７において気筒間差ΔＸｓが算出されると、ステップ１０９に進む。ステップ１０９においては、上記気筒間差ΔＸｆを上記気筒間差ΔＸｓから引いた値が所定値Ｃａより大きいか否かが判定される。そして、ステップ１０９において上記気筒間差ΔＸｆを上記気筒間差ΔＸｓから引いた値が所定値Ｃａより大きいと判定された場合には、ステップ１１１に進み開弁特性制御装置に異常があると判定され、上記気筒間差ΔＸｆを上記気筒間差ΔＸｓから引いた値が所定値Ｃａ以下であると判定された場合には、ステップ１１３に進み開弁特性制御装置は正常であると判定される。
【００４２】
なお、二気筒の組合せ毎に気筒間差ΔＸｆ、ΔＸｓを六つずつ算出する実施形態においては、ステップ１０９において同じ気筒の組合せの気筒間差ΔＸｆ、ΔＸｓ毎に判定が行われ、一つでも気筒間差の差（ΔＸｓ−ΔＸｆ）が所定値Ｃａよりも大きければ異常判定（ステップ１１１）がなされる。
【００４３】
上記ステップ１０９における所定値Ｃａはゼロより大きい値であって上記第一開弁特性と上記第二開弁特性との関係や異常検出の感度等を考慮して予め決定される。すなわち、例えば所定値Ｃａが大きい程、異常検出の感度は低くなる。また、このステップ１０９における判定は、ステップ１０３やステップ１０７で算出された気筒間の燃焼状態の差が開弁特性制御装置５７の異常に起因して発生したものか否かを判定する役割を果たすものである。すなわち、開弁特性制御装置５７に異常が発生した場合、吸気量に異常が発生するが、その影響は吸気圧が同じであれば吸気量が少なくなるような開弁特性である程、つまり作用角やリフト量が小さい程大きくなることがわかっている（図７は作用角を例にとり、作用角が１度ずれた時に吸気量に与える影響（目標吸気量に対する吸気量のずれ）を百分率にして作用角の大きさに対して示したものである）。したがって、開弁特性制御装置５７に異常があれば、それに起因する燃焼状態の気筒間差は、吸気圧が同じであれば吸気量が少なくなるような開弁特性である程、つまり作用角やリフト量が小さい程大きくなるはずである。一方、開弁特性制御装置５７以外の部分、例えば燃料噴射装置等に異常があり開弁特性制御装置５７に異常がない場合には、上記第一開弁特性の場合と上記第二開弁特性の場合とで吸気量は同じとなるので、開弁特性を変えても燃焼状態の気筒間差は同程度となると考えられる。
【００４４】
このようなことから、上記所定値Ｃａをゼロより大きい値として適切に設定すれば、上述したステップ１０９のような判定を行うことで、上記気筒間差ΔＸｓ、ΔＸｆが開弁特性制御装置５７の異常に起因して発生したものか否かをより正確に判定することができる。
以上のように、図６に示した制御ルーチンによる制御では、燃焼状態の気筒間差を検出するので、開弁特性制御装置５７の気筒毎に設けられている部分の異常について検出することができる。また、図６に示した制御ルーチンによる制御によれば、ステップ１０９における判定により開弁特性制御装置５７に異常が発生しているか否かについての判定を正確に行うことができる。
【００４５】
次に図８を参照しつつ、上記燃焼状態の指標に空燃比を用いた場合について具体的に説明する。図８は、空燃比センサ５８ａによって検出された空燃比の経時変化の一例を示す図である。図８（ａ）は開弁特性が第一開弁特性とされている場合であり、図８（ｂ）は開弁特性が第二開弁特性とされている場合である。各図共、空燃比の変化のクランク角度との関係を示すため一つの山が７２０°に相当するクランクカウンタが上段に示されている。
【００４６】
上述したようにこれらは空燃比センサ５８ａによって検出された空燃比の経時変化を示しているので、第一気筒と第四気筒に関する空燃比が示されている。実際にはこの空燃比の変化を解析して各気筒における空燃比の変化をより正確に求めることも可能であるが、ここではこの空燃比センサ５８ａから得られる空燃比の値をそのまま用い、その経時変化をクランク角度との関係で解析して各気筒における空燃比とする。そうすると、例えば図８（ａ）及び図８（ｂ）に＃１、＃４で示した点がそれぞれ第一気筒及び第四気筒の空燃比ということになり、これらが燃焼状態の指標Ｘｆ１、Ｘｆ４、Ｘｓ１、Ｘｓ４となる。
【００４７】
そして、開弁特性が第一開弁特性である場合と第二開弁特性である場合の何れの場合においても、他の気筒の空燃比（すなわち、空燃比センサ５８ｂによって得られる第二気筒及び第三気筒の空燃比）と比較して第四気筒の空燃比Ｘｆ４、Ｘｓ４が最大で第一気筒の空燃比Ｘｆ１、Ｘｓ１が最小であったとすると、上述のステップ１０３及びステップ１０７で求められる気筒間差ΔＸｆ及びΔＸｓはこれら空燃比の差であって図８（ａ）及び図８（ｂ）にΔＸｆ及びΔＸｓで示した部分がこれらに相当することになる。そして、これらを用いて上述のステップ１０９の判定が実施され、開弁特性制御装置５７に異常が発生しているか否かが判定される。
【００４８】
次に図９を参照しつつ、上記燃焼状態の指標に機関回転数変動を用いた場合について具体的に説明する。図９は、クランク角センサ３０からの信号に基づいて求められた機関回転数の経時変化の一例を示す図である。図９（ａ）は開弁特性が第一開弁特性とされている場合であり、図９（ｂ）は開弁特性が第二開弁特性とされている場合である。図８の場合と同様、各図共、機関回転数の変化のクランク角度との関係を示すため一つの山が７２０°に相当するクランクカウンタが上段に示されている。
【００４９】
ここで、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示された機関回転数の経時変化をクランク角度との関係で解析すると、例えば図９（ａ）及び図９（ｂ）に＃１、＃２、＃３、＃４で示した部分がそれぞれ第一から第四気筒における爆発に対応する回転数の変動ということになり、これらが燃焼状態の指標Ｘｆ１、Ｘｆ２、Ｘｆ３、Ｘｆ４、並びにＸｓ１、Ｘｓ２、Ｘｓ３、Ｘｓ４となる。
【００５０】
そして、これらから開弁特性が第一開弁特性である場合の気筒間差ΔＸｆと、開弁特性が第二開弁特性である場合の気筒間差ΔＸｓが求められる（ステップ１０３及びステップ１０７）。例えば、図９（ａ）に示された開弁特性が第一開弁特性である場合に、Ｘｆ１が最大で、Ｘｆ３が最小であったとすると気筒間差ΔＸｆ＝Ｘｆ１−Ｘｆ３となる。一方、図９（ｂ）に示された開弁特性が第二開弁特性である場合に、Ｘｓ４が最大で、Ｘｓ３が最小であったとすると気筒間差ΔＸｓ＝Ｘｓ４−Ｘｆ３となる。そして、これらを用いて上述のステップ１０９の判定が実施され、開弁特性制御装置５７に異常が発生しているか否かが判定される。
【００５１】
次に、上述したような構成の内燃機関において開弁特性制御装置５７の異常を検出するための別の制御について説明する。但し、図６を参照しつつ先に説明した制御と共通する部分については原則として説明を省略する。図１０はこの別の制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ２０１において、開弁特性を第一開弁特性とした時の燃焼状態の指標Ｘｆｎが気筒毎に検出される。これは図６の制御ルーチンのステップ１０１と同様の制御ステップであり、上記指標Ｘｆｎとしては空燃比や機関回転数変動等を用いることができる。また、必要なセンサを設ければ、吸気圧や燃焼圧を上記指標Ｘｆｎとすることもできる。
【００５２】
ステップ２０１において気筒毎に第一開弁特性での上記燃焼状態の指標Ｘｆｎが検出されると、ステップ２０３に進む。ステップ２０３においては上記指標Ｘｆｎとその指標について予め定めた基準値Ｘｆｒとの差（より詳細には予め定めた基準値との差の大きさ）ΔＸｆｎが気筒毎に算出される。この基準値Ｘｆｒは、その燃焼状態の指標に関して各運転状態における正常な値もしくは目標とする値であって、事前に実験等によって求めマップ化してＥＣＵ２７に記憶させておく。すなわち、例えば機関回転数、アクセル開度等からその時の燃焼状態の指標の基準値Ｘｆｒが得られるようにしておく。ステップ２０３により、各気筒（第一から第四気筒）の燃焼状態の指標Ｘｆｎと基準値Ｘｆｒとの差（すなわち、気筒毎偏差）ΔＸｆｎ（つまり、ΔＸｆ１＝｜Ｘｆ１−Ｘｆｒ｜、ΔＸｆ２＝｜Ｘｆ２−Ｘｆｒ｜、ΔＸｆ３＝｜Ｘｆ３−Ｘｆｒ｜、ΔＸｆ４＝｜Ｘｆ４−Ｘｆｒ｜）が得られる。
【００５３】
ステップ２０３において上記基準値Ｘｆｒとの差ΔＸｆｎが算出されると、ステップ２０５に進む。ステップ２０５においては、開弁特性を第二開弁特性とした時の燃焼状態の指標Ｘｓｎが気筒毎に検出される。これは図６の制御ルーチンのステップ１０５と同様の制御ステップである。本制御ルーチンによる制御においても、この第二開弁特性においては上記第一開弁特性の時よりも作用角及びリフト量が小さくされる。なお、開弁特性制御装置によって作用角とリフト量の一方のみを制御する実施形態の場合には作用角またはリフト量が上記第一開弁特性の時よりも小さくされる。
【００５４】
更に、ステップ２０５において開弁特性を第二開弁特性とした時の吸気量は、ステップ２０１において開弁特性が第一開弁特性であった時と同じになるようにされる。すなわち、開弁特性制御装置５７が正常に作動しているとすれば各開弁特性の時に同じ吸気量になるようにスロットル弁５６が制御される。なお、当然のことながら、ステップ２０５で検出する燃焼状態の指標Ｘｓｎはステップ２０１で検出した燃焼状態の指標Ｘｆｎと同種類のものとされる。
【００５５】
ステップ２０５において気筒毎に第二開弁特性での上記燃焼状態の指標Ｘｓｎが検出されると、ステップ２０７に進む。ステップ２０７においては上記指標Ｘｓｎとその指標について予め定めた基準値Ｘｓｒとの差（より詳細には予め定めた基準値との差の大きさ）ΔＸｓｎが気筒毎に算出される。この基準値Ｘｓｒは、上記基準値Ｘｆｒと同様、各運転状態におけるその指標に関する正常な値もしくは目標とする値である。但し、上述したようにステップ２０５において開弁特性を第二開弁特性とした時の吸気量は、ステップ２０１において開弁特性が第一開弁特性であった時と同じになるようにされ、ステップ２０１において開弁特性を第一開弁特性とした時とステップ２０５において開弁特性を第二開弁特性とした時とで内燃機関の運転状態が変わらないようにされるので、通常は基準値Ｘｓｒと基準値Ｘｆｒは同じ値となる。
【００５６】
ステップ２０７により、各気筒（第一から第四気筒）の燃焼状態の指標Ｘｓｎと基準値Ｘｓｒとの差（すなわち、気筒毎偏差）ΔＸｓｎ（つまり、ΔＸｓ１＝｜Ｘｓ１−Ｘｓｒ｜、ΔＸｓ２＝｜Ｘｓ２−Ｘｓｒ｜、ΔＸｓ３＝｜Ｘｓ３−Ｘｓｒ｜、ΔＸｓ４＝｜Ｘｓ４−Ｘｓｒ｜）が得られる。
ステップ２０７において上記基準値Ｘｓｒとの差ΔＸｓｎが算出されると、ステップ２０９に進む。ステップ２０９においては、上記ΔＸｆｎを上記ΔＸｓｎから引いた値が所定値Ｃｂより大きいか否かが気筒毎に判定される。そして、ステップ２０９において上記ΔＸｆｎを上記ΔＸｓｎから引いた値が所定値Ｃｂより大きいと判定された場合には、ステップ２１１に進み開弁特性制御装置５７のその気筒に係る部分に異常があると判定され、上記ΔＸｆｎを上記ΔＸｓｎから引いた値が所定値Ｃｂ以下であると判定された場合には、ステップ２１３に進み開弁特性制御装置５７のその気筒に係る部分は正常であると判定される。
【００５７】
上記ステップ２０９における所定値Ｃｂは、図６の制御ルーチンのステップ１０９における所定値Ｃａと同様、ゼロより大きい値であって上記第一開弁特性と上記第二開弁特性との関係や異常検出の感度等を考慮して予め決定される。例えば所定値Ｃｂの場合も上記所定値Ｃａの場合と同様、その値が大きい程、異常検出の感度は低くなる。また、このステップ２０９における判定は、図６の制御ルーチンのステップ１０９とほぼ同様の原理及び手法により、ステップ２０３やステップ２０７で算出された各気筒の燃焼状態の指標の基準値との差が開弁特性制御装置５７の異常に起因して発生したものか否かを判定する役割を果たすものである。この制御ステップを有することにより、上記開弁特性制御装置５７に異常が発生しているか否かについての判定を正確に行うことができる。
【００５８】
以上のように、図１０に示した制御ルーチンによる制御によれば、上記開弁特性制御装置５７に異常が発生しているか否かについての判定を正確に行うことができる。また、この制御によれば開弁特性制御装置５７の気筒毎に設けられている部分の異常について検出することができ、更に、どの気筒に対応する部分で上記開弁特性制御装置５７に異常が発生しているかについても判定することができる。
【００５９】
なお、以上では開弁特性を二つの異なる開弁特性（第一開弁特性及び第二開弁特性）に変化させる場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、開弁特性を三つ以上の異なる開弁特性に変化させて、その時の上記指標の上記気筒間差や上記基準値との差の変化に基づいて開弁特性制御装置の異常判定をするようにしてもよい。
【００６０】
また、上述した内燃機関の構成では、開弁特性制御装置５７が吸気弁９側のみに設けられているが、他の実施形態においては開弁特性制御装置が排気弁１０側に設けられてもよいし、吸気弁９側および排気弁１０側の両方に設けられてもよい。そして、この場合、排気弁１０側に設けられた開弁特性制御装置についても、上述したような方法により異常を検出することが可能である。この場合、排気弁１０側に設けられた開弁特性制御装置によって排気弁１０の開弁特性を二つ以上の異なる開弁特性に変化させるが、その際、各開弁特性とした時に吸気量が同じになるようにスロットル弁５６や吸気弁９の開弁特性が制御される。更に、この場合には、上記燃焼状態の指標として機関回転数変動または燃焼圧を用いることが好ましい。
【００６１】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明は、開弁特性制御装置を備えた内燃機関において、開弁特性制御装置の異常を正確に検出することを可能にするという共通の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の開弁特性制御装置の異常検出装置が搭載された火花点火式内燃機関の断面図である。
【図２】図２は、図１に示した内燃機関の吸気系等を含めた概略構成図である。
【図３】図３は、図１に示した内燃機関の排気系等をも含めた全体概略構成図である。
【図４】図４は、仲介駆動機構の斜視図である。
【図５】図５は、開弁特性制御装置の概略構成を示す説明図である。
【図６】図６は、図１から図３に示したような構成の内燃機関において開弁特性制御装置の異常を検出するための制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】図７は、作用角が１度ずれた時に吸気量に与える影響（目標吸気量に対する吸気量のずれ）を百分率にして作用角の大きさに対して示したものである。
【図８】図８は、空燃比センサ５８ａによって検出された空燃比の経時変化の一例を示す図である。図８（ａ）は開弁特性が第一開弁特性とされている場合であり、図８（ｂ）は開弁特性が第二開弁特性とされている場合である。
【図９】図９は、機関回転数の経時変化の一例を示す図である。図９（ａ）は開弁特性が第一開弁特性とされている場合であり、図９（ｂ）は開弁特性が第二開弁特性とされている場合である。
【図１０】図１０は、図１から図３に示したような構成の内燃機関において開弁特性制御装置の異常を検出するための別の制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関（機関本体）
９…吸気弁
１０…排気弁
１１…仲介駆動機構
１３…吸気カム
１５…排気カム
２７…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２８…位置センサ（開弁特性センサ）
３０…クランク角センサ
５６…スロットル弁
５７…開弁特性制御装置
５８ａ、５８ｂ…空燃比センサ
Claims (6)
- 各気筒に設けられた弁の開弁特性を変化させる開弁特性制御手段と、
上記開弁特性制御手段が特定開弁特性を実現すべく制御されたときに、各気筒毎に燃焼状態の指標を検出すると共にそれら指標の気筒間差を算出する算出手段と、
二つ以上の異なる特定開弁特性について上記算出手段が算出した気筒間差をパラメータとして、上記開弁特性制御手段の異常を検出する検出手段と、を備える開弁特性制御装置の異常検出装置。 - 各気筒に設けられた弁の開弁特性を変化させる開弁特性制御手段と、
上記開弁特性制御手段が特定開弁特性を実現すべく制御されたときに、各気筒毎に燃焼状態の指標を検出すると共にそれら指標と基準値との偏差を気筒別に算出する算出手段と、
二つ以上の異なる特定開弁特性について上記算出手段が算出した気筒別偏差の差をパラメータとして、上記開弁特性制御手段の異常を気筒別に検出する検出手段と、を備える開弁特性制御装置の異常検出装置。 - 各気筒に設けられた弁の開弁特性を変化させる開弁特性制御手段と、
上記開弁特性制御手段が特定開弁特性を実現すべく制御されたときに、各気筒毎に燃焼状態の指標を検出すると共にそれら指標と基準値との偏差を気筒別に算出する算出手段と、
二つ以上の異なる特定開弁特性について上記算出手段が算出した気筒別偏差をパラメータとして、上記開弁特性制御手段の異常を気筒別に検出する検出手段と、を備える開弁特性制御装置の異常検出装置において、
上記特定開弁特性は、第１の作用角およびまたはリフト量と、この第１の作用角およびまたはリフト量より小さい第２の作用角およびまたはリフト量とを含み、
上記検出手段は、上記開弁特性制御手段が第２の作用角およびまたはリフト量を実現すべく制御されたときの気筒間差または気筒別偏差から上記開弁特性制御手段が第１の作用角およびまたはリフト量を実現すべく制御されたときの気筒間差または気筒別偏差を減算し、その減算結果が所定値よりも大きければ上記開弁特性制御手段が異常であると判定する、開弁特性制御装置の異常検出装置。 - 上記特定開弁特性は、第１の作用角およびまたはリフト量と、この第１の作用角およびまたはリフト量より小さい第２の作用角およびまたはリフト量とを含み、
上記検出手段は、上記開弁特性制御手段が第２の作用角およびまたはリフト量を実現すべく制御されたときの気筒間差または気筒別偏差から上記開弁特性制御手段が第１の作用角およびまたはリフト量を実現すべく制御されたときの気筒間差または気筒別偏差を減算し、その減算結果が所定値よりも大きければ上記開弁特性制御手段が異常であると判定する、請求項１または２に記載の開弁特性制御装置の異常検出装置。 - 上記内燃機関の吸気圧を制御する吸気圧制御手段を更に備え、上記吸気圧制御手段は、上記した総ての特定開弁特性において吸気量が一定となるように予め定められた目標値に制御される、請求項１から４の何れか一項に記載の開弁特性制御装置の異常検出装置。
- 上記指標は、空燃比、機関回転数変動、吸気圧変化、燃焼圧のうちの少なくとも一つを含む、請求項１から５の何れか一項に記載の異常検出装置。
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