JP4325492B2 - 可変動弁の制御装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等に搭載される内燃機関の吸気弁又は排気弁として機能する可変動弁の技術分野に属し、より詳細には、電磁駆動弁に異常が発生した場合におけるフェイルセーフ処理を実行するための電磁駆動弁の制御装置及び方法の技術分野に属する。

従来、電磁駆動弁は、内燃機関の排気弁又は吸気弁として機能する弁体と、この弁体に連結され、弁体の軸方向に変位する可動子とを備えている。以下適宜、弁体及び可動子を「可動部」と称す。そして、スプリングの付勢力により中間位置に保持されている可動子を吸引するために、適当な時期で閉弁用電磁コイル又は開弁用電磁コイルに励磁電流を供給することで電磁力を発生させ、可動部を閉弁用電磁コイル側又は開弁用電磁コイル側に変位させることで、排気弁又は吸気弁を任意の時期で開閉弁させることができる。

例えば、特許文献１には、電磁駆動弁の閉弁着座状態と開弁着座状態との間で弁体を適正且つ確実に移動させるために、閉弁用電磁コイル及び開弁用電磁コイルに適正な励磁電流を供給するように電磁駆動弁を制御する技術が開示されている。しかし、スプリングのへたり、可動部へのデポジット堆積や磨耗等による可動部の質量の変化及び摩擦力の変化等の経時的な変化による原因並びにリフトセンサの読み取り誤差及び弁体とバルブシート間の異物噛み込み等の突発的な原因等により開弁の動作又は閉弁の動作が完全には成功しない場合が想定できる。

そこで例えば、特許文献２には、電磁駆動弁の検出された変位量と目標の変位量との偏差が閾値以上であれば、電磁コイルに励磁電流を供給することで可動部を変位方向へ吸引する電磁力を増大させ、弁体の脱調を未然に防止する技術も開示されている。ここに「脱調」とは、電磁駆動弁の開閉弁駆動中に電磁駆動弁の弁体が中立位置に保持され、正常な開閉弁駆動を行い得なくなる現象である。

また例えば、特許文献３には、電磁駆動弁が開弁され開弁着座に失敗した場合に、閉弁用電磁コイルの励磁電流量を増量して閉弁させ閉弁着座状態に保持するように電磁駆動弁を制御するフェイルセーフ技術が開示されている。

特開２００２−８１３２９号公報 特開平１１−１３２０１７号公報 特開２００１−１５９３３１号公報 特開平１１−２９４２０９号公報

しかしながら、上述した特許文献３等に開示された従来の電磁駆動弁のフェイルセーフ技術によって、電磁駆動弁が開弁着座に失敗した場合、再度閉弁着座状態に保持されるように制御しただけでは、電磁駆動弁が閉弁着座状態に保持された以降の気筒内の圧力状態や燃焼状態等を考慮したフェイルセーフ処理が行われていない。このため、排気効率の低下、吸気の充填効率の低下及び電磁駆動弁の脱調等が発生し、ひいては内燃機関の出力の低下や排気エミッションの悪化等が起こる可能性があるという技術的な問題点が有る。

そこで本発明は、例えば上記問題点に鑑みなされたものであり、例えば電磁駆動弁を含む可変動弁の開閉弁の動作において故障或いは異常が発生した場合でも、該故障或いは異常の影響を低減可能な電磁駆動弁の制御装置及び方法を提供することを課題とする。

本発明の主旨は、例えば電磁駆動弁を含む可変動弁を制御する技術において、電磁駆動弁の開弁着座に失敗した場合に、例えば、内燃機関のエンジン回転数や電磁駆動弁の開弁速度、更に電磁駆動排気弁の実時間開口面積等を考慮して、電磁駆動弁を同一行程内で再度開弁動作させ、排気効率に加えて又は代えて吸気効率の低下を抑制する点にある。尚、本願発明に係る開弁着座の失敗は、弁の開閉動作に異常が発生するすべての状態を含む。

本発明の第１の電磁駆動弁の制御装置は上記課題を解決するために、内燃機関において排気弁の開閉を行う電磁駆動排気弁及び吸気弁の開閉を行う電磁駆動吸気弁のうち少なくとも一つを含む電磁駆動弁を制御する電磁駆動弁の制御装置であって、前記電磁駆動弁の閉弁着座状態から開弁着座状態への開弁動作が失敗したか否かを判定する第１判定手段と、該第１判定手段により前記開弁動作が失敗したと判定された場合には、前記電磁駆動弁を同一行程内で再度開弁動作させるように前記電磁駆動弁を制御するフェイルセーフ手段と、前記電磁駆動弁を前記同一行程内で再度開弁動作させる時間があるか否かを判定する第２判定手段とを備え、前記フェイルセーフ手段は、前記同一行程内で再度開弁動作させる時間があると判定された場合に限り、前記電磁駆動弁を前記同一行程内で再度開弁動作させるように前記電磁駆動弁を制御する。

本発明の第１の電磁駆動弁の制御装置によれば、その通常動作時には、具体的には、内燃機関のエンジン回転数に応じて、電磁駆動吸気弁及び電磁駆動排気弁のうち少なくとも一方の開閉弁の動作が適切な時期に行われることで、吸入空気量が調整される。より具体的には、電磁駆動弁の開弁の動作は、閉弁着座状態からの離座（閉弁離座）及び開弁着座状態への着座（開弁着座）から構成され、他方、電磁駆動弁の閉弁の動作は、開弁着座状態からの離座（開弁離座）及び閉弁着座状態への着座（閉弁着座）から構成される。

ここで、例えば電磁駆動弁の開弁着座が失敗すると、第１判定手段によって、当該開弁着座の失敗が判定される。具体的には、第１判定手段は、電磁駆動弁の開弁着座が失敗したか否かを、電磁駆動弁に直接設けられた、例えばリフトセンサによる検出出力に基づいて判定する。或いは、開弁着座が失敗したか否かを、例えば、電磁駆動弁の励磁電流量等を測定する他のセンサによる検出出力に基づいて、間接的に判定してもよい。

例えば、エンジン回転数が比較的に低速回転である場合において、第１判定手段によって、このような電磁駆動弁の開弁着座が失敗したと判定された場合には、フェイルセーフ手段の制御下で、電磁駆動弁を同一行程内で再度開弁動作させるように制御する。尚、本願発明に係る「行程」とは、内燃機関における排気行程、吸気行程、圧縮行程及び燃焼（膨張）行程の夫々を意味する。

本発明では、異常時に「フェイルセーフ手段」、「第１判定手段」、後述される「第２判定手段」、「第３判定手段」、「実時間開口面積測定手段」及び「目標時間開口面積算出手段」の制御下で、正常時に「電磁駆動排気弁」及び「電磁駆動吸気弁」のうち少なくとも一方の制御下で、排気弁及び吸気弁の開閉特性は調整されるが、これらの構成要素は、例えば異常時制御と正常時制御との両方を実行可能な同一コントローラ（例えば後述のＥＣＵ）或いは同一の制御手段から構成されてもよいし、異常時の制御と正常時の制御とを夫々実行可能な別個の専用コントローラ或いは別個の制御手段から構成されてもよい。

一般に、排気弁による排気効率及び吸気弁による吸気効率即ち、充填効率は、排気弁及び吸気弁の開弁時期、閉弁時期及び実時間開口面積の３つの要素から影響をうける。ここに、本願発明に係る「実時間開口面積」とは、定量的には、電磁駆動弁の実際に開弁している時間とバルブリフト量の積から算出される測定量である。定性的には、排気弁の実時間開口面積の場合、排気行程の完了の度合いを意味し、気筒内に残留している既燃ガス量と概ね反比例関係にある。具体的には、電磁駆動排気弁の実時間開口面積が大きければ、排気効率は高まり、気筒内に残留している既燃ガス量は少なくなる。他方、電磁駆動排気弁の実時間開口面積が小さければ、排気効率は低下し、気筒内に残留している既燃ガス量は多くなる。また、定性的には、吸気弁の実時間開口面積の場合、吸気行程の達成の度合いを意味し、気筒内に吸入された空気量と比例関係にある。具体的には、電磁駆動吸気弁の実時間開口面積が大きければ、吸気効率は高まり、気筒内に吸入された空気量は多くなる。他方、電磁駆動吸気弁の実時間開口面積が小さければ、吸気効率は低下し、気筒内に吸入された空気量は少なくなる。特に、例えば、エンジン回転数が比較的に低速回転である場合は、実時間開口面積が十分に確保されるため、排気効率及び吸気効率は排気弁及び吸気弁の閉弁時期から最も大きな影響をうける。

以上を鑑み、本発明では特に、この排気弁及び吸気弁の閉弁時期を正常時と同じにするために、仮に、電磁駆動弁の開弁着座が失敗した場合に、フェイルセーフ手段の制御下で、電磁駆動弁を同一行程内で再度開弁動作させ、開弁着座させることにより、例えば、次の行程に及ぼす電磁駆動弁の開弁着座の失敗による悪影響を低減でき、排気効率に加えて又は代えて吸気効率の低下を抑制することが可能である。

よって、排気効率の低下から生じる気筒内に残留している既燃ガス量の増加を抑制することにより、気筒内圧力が上昇し吸気ポート内圧力よりも高圧になるのを抑制することが可能である。従って、次の吸気行程において、電磁駆動吸気弁の開弁の動作が妨げられる方向に気筒内から圧力を受け、電磁駆動吸気弁が開弁着座に失敗したり脱調したりするのを防止することが可能である。更に、排気効率の低下から生じる気筒内に残留している既燃ガス量の増加を抑制することにより、この既燃ガスが吸気行程において、電磁駆動吸気弁の開弁時に吸気系へ逆流するのを防止することが可能であると共に、吸気効率の低下を抑制することが可能である。

他方、吸気効率についても同様に、吸気効率の低下により、気筒内に適正な量の新気と燃料の混合気を取り込めず、次の行程において燃焼不良が生じ、内燃機関の出力が低下するのを抑制することが可能である。加えて、吸気ポンプ損失が増加するのを抑制することが可能である。更に、吸気効率の低下により吸入空気量が不足し、空燃比が小さくなり、気筒内が燃料で過剰リッチな状態となるのを防止することが可能である。従って、気筒内での失火の発生を防止することが可能であると共に、燃焼していない燃料を多量に含んだ混合気、言い換えると生ガスが触媒等により充分に浄化されずに排気されるのを防止することが可能である。よって、排気エミッションの悪化を抑制することができる。

以上より、本発明の第１の電磁駆動弁の制御装置によれば、電磁駆動弁の開弁着座が失敗した場合に、電磁駆動弁を同一行程内で再度開弁動作させることにより、排気効率に加えて又は代えて吸気効率の低下を抑制することが可能である。

本発明の第１の電磁駆動弁の制御装置の一態様では、前記フェイルセーフ手段は、前記開弁動作が失敗したと判定された場合には、前記電磁駆動弁を前記閉弁着座状態にさせた後に前記電磁駆動弁を前記同一行程内で再度開弁動作させるように前記電磁駆動弁を制御する。

この態様によれば、フェイルセーフ手段の制御下で、排気効率及び吸気効率に最も大きな影響を及ぼす閉弁時期を正常時と殆ど同じにするために、先ず電磁駆動排気弁及び電磁駆動吸気弁を同一行程内で閉弁着座させた後に電磁駆動排気弁及び電磁駆動吸気弁を再度開弁動作させ、開弁着座させる。したがって、排気効率に加えて又は代えて吸気効率の低下を抑制することが可能である。

本発明の第１の電磁駆動弁の制御装置の他の態様では、前記フェイルセーフ手段は、前記電磁駆動弁を前記同一行程内で再度開弁着座させた後、正常時と同じ閉弁時期に閉弁着座させるように前記電磁駆動弁を制御する。

この態様によれば、フェイルセーフ手段の制御下で、排気効率及び吸気効率に最も大きな影響を及ぼす電磁駆動排気弁及び電磁駆動吸気弁の閉弁時期を、正常時の閉弁時期に近づける。したがって、排気効率に加えて又は代えて吸気効率の低下を抑制することが可能である。

特に、本発明の第１の電磁駆動弁の制御装置では、前記電磁駆動弁を前記同一行程内で再度開弁動作させる時間があるか否かを判定する第２判定手段を更に備え、前記フェイルセーフ手段は、前記同一行程内で再度開弁動作させる時間があると判定された場合に限り、前記電磁駆動弁を前記同一行程内で再度開弁動作させるように前記電磁駆動弁を制御する。

これにより、電磁駆動排気弁及び電磁駆動吸気弁を、時間を基準として、再度開弁動作させることで、フェイルセーフ手段による制御をより正確に実行することが可能である。したがって、排気効率に加えて又は代えて吸気効率の低下を抑制することが可能である。

この第２判定手段に係る態様では、前記内燃機関のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段を更に備え、前記第２判定手段は、前記エンジン回転数検出手段によって検出された前記エンジン回転数に基づいて、前記時間があるか否かを判定するように構成してもよい。

このように構成すれば、第２判定手段は、比較的簡単に、電磁駆動弁を同一行程内で再度開弁着座させる時間があるか否かを判定可能となる。例えば、第２判定手段は、エンジン回転数と所定閾値たる予め設定されたエンジン回転数とを直接比較する構成を採ってもよい。或いは、エンジン回転数又はエンジン回転数と開弁着座の失敗時刻とから同一行程の残り時間を算出して、この残り時間と所定閾値たる予め設定された弁開閉にかかる時間とを比較する構成を採ってもよい。係る「所定閾値たる予め設定されたエンジン回転数」は、電磁駆動弁の性能である該電磁駆動弁の開弁の動作及び閉弁の動作の所要時間並びに作用角をパラメータとして算出される。

このフェイルセーフ手段に係る態様では、前記フェイルセーフ手段は、前記同一行程内で再度開弁動作させる時間がないと判定された場合、次のサイクルの同行程まで、前記電磁駆動弁の開弁動作、前記内燃機関に対する燃料噴射及び点火のうち少なくとも一つを禁止させるように、前記電磁駆動弁、燃料噴射弁及び点火栓のうち少なくとも一つを制御するように構成してもよい。

このように構成すれば、無駄な電磁駆動弁の開弁動作、燃焼に不適切な状態にある気筒内で過剰な燃料噴射及び無駄な点火を省略することができる。よって、次のサイクルに電磁駆動弁の開弁着座の失敗の影響を抑制し、次のサイクルにおいて、電磁駆動弁の開弁動作、燃料噴射及び点火を正常時と同様に実行することが可能となる。

本発明の第１の電磁駆動弁の制御装置の他の態様では、前記開弁着座が失敗したと判定された場合、前記電磁駆動弁の実時間開口面積を測定する実時間開口面積測定手段と、前記測定された実時間開口面積に基づいて、前記電磁駆動弁を前記同一行程内又は同一サイクル内での再度開弁動作を禁止させるべきか否かを判定する第３判定手段とを更に備え、前記フェイルセーフ手段は、前記同一行程内又は前記同一サイクル内で再度開弁動作を禁止させるべきと判定された場合に限り、前記電磁駆動弁を前記同一行程内又は前記同一サイクル内で再度開弁動作を禁止させると共に次のサイクルの同行程まで前記電磁駆動弁の開弁動作を禁止させるように前記電磁駆動弁を制御する。

この態様によれば、例えば、エンジン回転数が比較的に高速回転の場合でも、排気行程の後、第３判定手段によって、気筒内に残留している既燃ガス量の電磁駆動吸気弁の開弁動作への影響が、直接測定された電磁駆動排気弁の実時間開口面積に基づき判定される。この影響が大きい場合に限って、電磁駆動排気弁の同一行程内で再度開弁動作を禁止させると共に同一サイクル内、即ち次のサイクルの排気行程まで電磁駆動吸気弁の開弁動作を禁止させることが可能となる。以上より、より適切なフェイルセーフ手段による制御が実現可能である。

この第３判定手段に係る態様では、前記内燃機関の要求トルクに基づいて目標時間開口面積を算出する目標時間開口面積算出手段を更に備え、前記第３判定手段は、前記電磁駆動排気弁の測定された実時間開口面積が前記算出された目標時間開口面積未満であることを条件に、同一サイクル内での前記電磁駆動吸気弁の開弁動作を禁止させるべきと判定するように構成してもよい。

このように構成すれば、目標時間開口面積算出手段により、比較的簡単且つ迅速に目標時間開口面積を算出できる。そして、電磁駆動排気弁の実時間開口面積が目標時間開口面積未満である場合、気筒内は高圧であり、電磁駆動吸気弁が開弁されても開弁着座に失敗する可能性が高いので、同一サイクル内での電磁駆動吸気弁の開弁動作を禁止させるように電磁駆動弁を制御する。

ここに、本願発明に係る「目標時間開口面積」とは、電磁駆動排気弁の場合、電磁駆動吸気弁が、気筒内に排気されずに残留している既燃ガス量に比例する気筒内圧力に抗して開弁するために最低限必要な電磁駆動排気弁の実時間開口面積である。他方、電磁駆動吸気弁の場合、電磁駆動吸気弁により気筒内に吸入された燃料と新気の混合気が点火され燃焼が可能なために最低限必要な目標となる電磁駆動吸気弁の実時間開口面積である。いずれの場合も、この目標時間開口面積は、エンジン回転数及び内燃機関にかかるトルクを示すエンジン負荷をパラメータとして決定される基準量である。尚、エンジン負荷は、既燃ガスの初期量と比例関係にある。

このフェイルセーフ手段に係る態様では、前記フェイルセーフ手段は、前記同一行程内で再度開弁着座させるべきではないと判定された場合、次のサイクルの同行程まで、前記電磁駆動弁の開弁動作、前記内燃機関に対する燃料噴射及び点火のうち少なくとも一つを禁止させるように、前記電磁駆動弁、前記燃料噴射弁及び前記点火栓のうち少なくとも一つを制御するように構成してもよい。

このように構成すれば、無駄な電磁駆動弁の開弁動作、燃焼に不適切な状態にある気筒内で過剰な燃料噴射及び無駄な点火を省略することができる。よって、次のサイクルに電磁駆動弁の開弁着座の失敗の影響を殆ど与えることなく、次のサイクルにおいて、電磁駆動弁の開弁動作、燃料噴射及び点火を正常時と同様に実行することが可能となる。

本発明の第２の電磁駆動弁の制御装置は上記課題を解決するために、内燃機関において排気弁の開閉を行う電磁駆動排気弁及び吸気弁の開閉を行う電磁駆動吸気弁のうち少なくとも一つを含む電磁駆動弁を制御する電磁駆動弁の制御装置であって、前記電磁駆動弁の開弁着座が失敗したか否かを判定する第１判定手段と、前記開弁着座が失敗したと判定された場合、次のサイクルの同行程まで、前記電磁駆動弁の開弁動作、前記内燃機関に対する燃料噴射及び点火のうち少なくとも一つを禁止させるように、前記電磁駆動弁、燃料噴射弁及び点火栓のうち少なくとも一つを制御するフェイルセーフ手段とを備える。

本発明の第２の電磁駆動弁の制御装置によれば、その通常動作時には、前述の第１の電磁駆動弁の制御装置と同様に動作する。

ここで例えば電磁駆動排気弁の開弁着座が失敗すると、フェイルセーフ手段の制御下で、次のサイクルの同行程まで、前記電磁駆動吸気弁の開弁動作、内燃機関に対する燃料噴射及び点火のうち少なくとも一つを禁止させる。

例えば、第１判定手段の判定時に、同じサイクルにおいて、吸気ポート内で、燃料噴射がまだ実行されていない場合、フェイルセーフ手段の制御下で、事前に、同じサイクルにおいて燃料噴射及び点火を禁止させる。そして、次のサイクルにおいては、正常時と同様に、電磁駆動排気弁の開弁動作、燃料噴射及び点火は実行される。他方、第１判定手段の判定時に、同じサイクルにおいて、既に、燃料噴射が実行されていた場合、フェイルセーフ手段の制御下で、燃料をそのまま噴射させ、途中で停止させない。そして、１回分の燃焼のための燃料が吸気ポートに漂った状態なので、次のサイクルにおける燃料噴射は禁止される。

以上より、本発明の第２の電磁駆動弁の制御装置によれば、電磁駆動弁の開弁着座が失敗した場合に、無駄な電磁駆動弁の開弁動作、燃焼に不適切な状態にある気筒内で過剰な燃料噴射及び無駄な点火を省略することができる。よって、次のサイクルに電磁駆動弁の開弁着座の失敗の影響を抑制し、次のサイクルにおいて、電磁駆動弁の開弁動作、燃料噴射及び点火を正常時と同様に実行することが可能となる。よって、排気効率に加えて又は代えて吸気効率の低下を抑制することが可能である。

本発明の第２の電磁駆動弁の制御装置の一態様では、前記フェイルセーフ手段は、同じサイクルの同行程において前記燃料噴射が開始されていれば、前記同じサイクル内で前記燃料噴射を禁止させないと共に前記点火を禁止させるように、且つ次のサイクル内で前記燃料噴射を禁止させると共に前記点火を実行させるように、前記燃料噴射弁及び前記点火栓を制御する。

この態様によれば、第１判定手段の判定時に、同じサイクルにおいて、既に、燃料噴射が実行されていた場合、フェイルセーフ手段の制御下で、燃料をそのまま噴射させ、途中で停止させないと共に点火を禁止させる。そして、１回分の燃焼のための燃料が吸気ポートに漂った状態なので、次のサイクルにおける燃料噴射は禁止されると共に点火を実行させる。この場合、既に燃料噴射が開始されているので、その燃料噴射が完了しているか或いは途中であるかに関係なく、一律に燃料噴射を禁止させないように制御する。即ち、当該燃料噴射により噴射された燃料を次のサイクルで用いるようにする。よって、次のサイクルに電磁駆動弁の開弁着座の失敗の影響を殆ど又は完全に与えない。

本発明の可変動弁機構は上記課題を解決するために、内燃機関において排気弁の開閉を行う可変動排気弁及び吸気弁の開閉を行う可変動吸気弁のうち少なくとも一つを含む可変動弁を制御する可変動弁機構であって、前記可変動弁の開弁動作が失敗したか否かを判定する第１判定手段と、該第１判定手段により前記開弁動作が失敗したと判定された場合には、前記可変動弁を同一行程内で再度開弁動作させるように前記可変動弁を制御するフェイルセーフ手段とを備える。

本発明の可変動弁機構によれば、その動作時には、吸気弁や排気弁の開弁特性である、開閉タイミング或いは作用角及びリフト量のうち少なくとも一つを変更可能である。

このような動作時に、可変動弁の開弁動作が失敗した場合には、前述した第１及び第２の電磁駆動弁の制御装置と概ね同様にして、可変動弁を同一行程内で再度開弁動作させることにより、排気効率に加えて又は代えて吸気効率の低下を抑制することが可能である。

本発明の第１の電磁駆動弁の制御方法は上記課題を解決するために、内燃機関において排気弁の開閉を行う電磁駆動排気弁及び吸気弁の開閉を行う電磁駆動吸気弁のうち少なくとも一つを含む電磁駆動弁を制御する電磁駆動弁の制御方法であって、前記電磁駆動弁の開弁着座が失敗した場合に、前記電磁駆動弁を同一行程内で再度開弁動作させるように前記電磁駆動弁を制御する。

本発明の第１の電磁駆動弁の制御方法によれば、前述した本発明の第１の電磁駆動弁の制御装置と同様に、電磁駆動弁の開弁着座が失敗した場合に、電磁駆動弁を同一行程内で再度開弁動作させ、例えば、次の行程に及ぼす電磁駆動弁の開弁着座の失敗による悪影響を低減でき、排気効率に加えて又は代えて吸気効率の低下を抑制することが可能である。

本発明の第２の電磁駆動弁の制御方法は上記課題を解決するために、内燃機関において排気弁の開閉を行う電磁駆動排気弁及び吸気弁の開閉を行う電磁駆動吸気弁のうち少なくとも一つを含む電磁駆動弁を制御する電磁駆動弁の制御方法であって、前記電磁駆動弁の開弁着座が失敗した場合に、次のサイクルの同行程まで、前記電磁駆動弁の開弁動作、前記内燃機関に対する燃料噴射及び点火のうち少なくとも一つを禁止させるように、前記電磁駆動弁、燃料噴射弁及び点火栓のうち少なくとも一つを制御する。

本発明の第２の電磁駆動弁の制御方法によれば、前述した本発明の第２の電磁駆動弁の制御装置と同様に、電磁駆動弁の開弁着座が失敗した場合に、無駄な電磁駆動弁の開弁動作、燃焼に不適切な状態にある気筒内で過剰な燃料噴射及び無駄な点火を省略することができる。よって、次のサイクルに電磁駆動弁の開弁着座の失敗の影響を抑制し、次のサイクルにおいて、電磁駆動弁の開弁動作、燃料噴射及び点火を正常時と同様に実行することが可能となる。よって、排気効率に加えて又は代えて吸気効率の低下を抑制することが可能である。

本発明の可変動弁機構の制御方法は上記課題を解決するために、内燃機関において排気弁の開閉を行う可変動排気弁及び吸気弁の開閉を行う可変動吸気弁のうち少なくとも一つを含む可変動弁を制御する可変動弁機構の制御方法であって、前記可変動弁の開弁動作が失敗した場合に、前記可変動弁を同一行程内で再度開弁動作させるように前記可変動弁を制御する。

本発明の可変動弁機構の制御方法によれば、前述した本発明の可変動弁機構の制御装置と同様に、可変動弁の開弁動作が失敗した場合に、可変動弁を同一行程内で再度開弁動作させ、例えば、次の行程に及ぼす可変動弁の開弁動作の失敗による悪影響を低減でき、排気効率に加えて又は代えて吸気効率の低下を抑制することが可能である。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされよう。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、例えば電磁駆動弁を含む可変動弁の開閉弁の動作において故障或いは異常が発生した場合でも、故障或いは異常の影響を低減させることが可能である。

以下、本発明に係る電磁駆動弁の制御装置の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

先ず、本実施形態に係る電磁駆動弁の制御装置及び内燃機関の構成及び動作について、図１から図３を参照しながら詳細に説明する。ここに、図１は、本実施形態に係る電磁駆動弁の制御装置及び内燃機関の図式的断面図である。

図１に示された本実施形態に係る内燃機関１００は、自動車などの車両に搭載されるガソリンを燃料とする、４ストローク・サイクルの水冷式ガソリン内燃機関であり、気筒１１０内に燃料を吸気ポート１４０から噴射するポート噴射型内燃機関である。更に、本実施形態に係る内燃機関１００は、複数の気筒１１０を持つレイアウトをしており、その個々の気筒１１０ごとに後述する燃料噴射弁１４５、点火プラグ１６５等が設けられている。尚、図１には、説明の便宜上複数の気筒のうち１つの気筒を示している。

特に、電磁駆動弁を設けた内燃機関１００において、低速回転から高速回転まで無段階で、夫々の回転数に応じて、吸入空気量が調整され、燃料噴射量は、この調整された吸入空気量と検出されたエンジン回転数とに応じて制御される。このように、例えば、エンジン回転数、要求トルク或いは負荷等の運転状態に応じて、電磁駆動弁の開閉特性が最適に調節されることで、吸入空気量が調整され、内燃機関の通常の運転が行われる。ここに、「開閉特性」とは、電磁駆動弁の開閉弁の動作、開閉弁の時期、バルブリフト量若しくはバルブリフト量及びバルブリフト期間（作用角）である。

図１において、内燃機関１００は、ＥＣＵ（Engine Control Unit：電子制御ユニット）１０、クランク角センサ１２５、点火プラグ１６５、リフトセンサ２０２、リフトセンサ２１２並びに後述する吸気系の要素及び排気系の要素を備えて構成されている。

図１において、内燃機関１００の吸気系は、図示しない外気を取り込むためのエアダクトから、エアフローメータ２２０及びスロットルポジションセンサ２３０付きの電子制御スロットル弁２４０を経由して吸気管２５０から吸気脈動を防止する機能を有したサージタンク２６０へ流れ、更に燃料噴射弁１４５が設けられた吸気ポート１４０を経由して、シリンダヘッド１３０の底面、ピストン１２０の上面及び気筒１１０の側壁から構成された燃焼室１６０へ吸気されるように構成されている。尚、吸気ポート１４０の燃焼室１６０側の開口端部には、吸気ポート１４０を開閉する吸気弁２０１として機能する電磁駆動吸気弁２００の弁体２０１ａ及びバルブシート（吸気用）１７０が設けられている。

他方で、内燃機関１００の排気系は、排気ガスが、気筒１１０内の燃焼室１６０から排気ポート１５０、図示しない排気管、排気浄化触媒及びマフラーを経由して、大気中へ排出されるように構成されている。尚、排気ポート１５０の燃焼室１６０側の開口端部には、排気ポート１５０を開閉する排気弁２１１として機能する電磁駆動排気弁２１０の弁体２１１ａ及びバルブシート（排気用）１８０が設けられている。

本実施形態の内燃機関１００に形成された気筒１１０の内部におけるピストン１２０の上下方向の摺動は、図示しないクランク軸の回転運動に変換され、クランク軸の回転角度及びエンジン回転数は、クランク角センサ１２５によって、計測される。

燃焼室１６０には、点火プラグ１６５が設けられている。

本実施形態の内燃機関１００は、各気筒１１０に吸気弁２０１及び排気弁２１１を２個ずつ備えている。従って、シリンダヘッド１３０に組み込まれた電磁駆動吸気弁２００及び電磁駆動排気弁２１０は、各気筒１１０について２個ずつ設けられている。電磁駆動吸気弁２００及び電磁駆動排気弁２１０は、同一の構成を有している。

次に、図２を参照して、電磁駆動吸気弁２００及び電磁駆動排気弁２１０並びに該電磁駆動弁を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）の構成及び動作について説明する。ここに、図２は、電磁駆動弁及び該電磁駆動弁を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Engine Control Unit）の図式的断面図である。

図２に示されるように、電磁駆動吸気弁２００及び電磁駆動排気弁２１０において、弁体２０１ａ及び２１１ａの弁軸２０３及び２１３にプレート状の軟磁性材料で構成された可動子２０５及び２１５が取付けられており、この可動子２０５及び２１５はロアスプリング２０６及び２１６並びにアッパスプリング２０７及び２１７により中立位置に付勢されている。そして、この可動子２０５及び２１５の下側に開弁用電磁コイル２０８及び２１８が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２０９及び２１９が配置されている。

従って、開弁させる際は、ＥＣＵ１０の制御下で、上側の閉弁用電磁コイル２０９及び２１９への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル２０８及び２１８に通電して、可動子２０５及び２１５を開弁用電磁コイル２０８及び２１８における電磁力の発生により下側へ吸着することにより、弁体２０１ａ及び２１１ａをリフトアップさせ、即ちバルブシート１７０及び１８０から離座させることにより吸気ポート１４０及び排気ポート１５０と燃焼室１６０との間を開弁（導通）させる。逆に、閉弁させる際は、ＥＣＵ１０の制御下で、下側の開弁用電磁コイル２０８及び２１８への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２０９及び２１９に通電して、可動子２０５及び２１５を閉弁用電磁コイル２０９及び２１９における電磁力の発生により上側へ吸着することにより、弁体２０１ａ及び２１１ａをバルブシート１７０及び１８０に着座させることにより吸気ポート１４０及び排気ポート１５０と燃焼室１６０との間を閉弁（遮断）させる。

また、電磁駆動吸気弁２００及び電磁駆動排気弁２１０の弁軸２０３及び２１３の上端に検出ロッド２０４及び２１４を係合させてハウジングの上端にリフトセンサ２０２及び２１２が配置される。該リフトセンサ２０２及び２１２は、検出ロッド２０４及び２１４の移動量を、弁体２０１ａ及び２１１ａのリフト量として検出する。リフトセンサ２０２及び２１２としてはこの他、赤外線，超音波等による無接点方式の距離測定センサ等も使用できる。

次に、図２を参照して、電磁駆動弁の前述した脱調について説明する。

図２に示されるように、電磁駆動吸気弁２００及び電磁駆動排気弁２１０の開閉駆動時に、摩擦抵抗の一時的な増加等の原因で電磁駆動弁の変位振幅が減少し、電磁駆動弁が開弁着座位置又は閉弁着座位置に到達することができない場合、電磁駆動弁に作用する電磁力が低下し、電磁力とスプリングの付勢力とを適正に協働させることができなくなり、電磁駆動弁はロアスプリング２０６及び２１６並びにアッパスプリング２０７及び２１７により開弁着座位置と閉弁着座位置との間の中立位置に保持され、バルブシート１７０及び１８０から離脱し、常時、一定量開弁した状態となる。

次に、図３を参照して、通常走行時及び異常時において、内燃機関１００の運転状態を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０について述べる。ここに、図３は、電磁駆動弁を制御するためのＥＣＵ１０と、これに対して各種検出信号やパラメータを入力する各種センサと、ＥＣＵ１０により制御される各種弁等とを示す概念図である。

図３において、ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどから構成された算術論理演算回路であり、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムに従って、通常走行時における内燃機関を統括制御する。具体的には、ＥＣＵ１０は、前述したエアフローメータ２２０、スロットルポジションセンサ２３０、電磁駆動吸気弁リフトセンサ２０２、電磁駆動排気弁リフトセンサ２１２、クランク角センサ１２５及び図示しない水温センサ等のその他のセンサが電気配線を介して接続されている。更に、ＥＣＵ１０には、電子制御スロットル弁２４０、電磁駆動吸気弁２００、電磁駆動排気弁２１０、点火プラグ１６５、燃料噴射弁１４５及びその他のアクチュエータが電気配線を介して接続されている。

ＥＣＵ１０は、通常走行時に、これら各種センサの出力信号（電気信号）を、予め設定されたプログラムに対する入力パラメータとして所定種類の各種制御信号を生成する。そして、該各種制御信号によって、電子制御スロットル弁２４０の開度、電磁駆動吸気弁２００及び電磁駆動排気弁２１０のバルブリフト量、バルブリフト期間（作用角）及び開閉時期、点火プラグ１６５の点火時期、燃料噴射弁１４５の燃料噴射量及び燃料噴射時期並びにその他のアクチュエータの駆動量を制御する。

特に、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、異常時において、電磁駆動吸気弁２００及び電磁駆動排気弁２１０の開弁駆動時に開弁着座できるか否かをリフトセンサ２０２及び２１２により検出し、開弁着座できないことを検出したときには、ＥＣＵ１０の制御下で、閉弁駆動、開弁駆動の禁止、燃料噴射の禁止及び点火の禁止などのフェイルセーフ処理を行う。

（第1フェイルセーフ処理）
本実施形態に係る第１フェイルセーフ処理について図４から図６を参照して説明する。ここに図４（Ａ）は、本実施形態に係る第１フェイルセーフ処理の実施形態に係る電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１の正常時における、クランク角度に対するバルブリフト量及び作用角を示した特性図であり、図４（Ｃ）は、同様に本実施形態に係る第１フェイルセーフ処理の実施形態に係る電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１の開弁失敗時における、クランク角度に対するバルブリフト量及び作用角を示した特性図であり、図４（Ｂ）は、比較例のフェイルセーフ処理に係る電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１の開弁失敗時における、クランク角度に対するバルブリフト量及び作用角を示した特性図である。

先ず、図４（Ａ）を参照して、電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１の正常時における開弁及び閉弁の動作について説明する。図４（Ａ）において、縦軸は電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１のバルブリフト量を示している。また、横軸は時間の経過とともにクランク角度の推移を示している。電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１は、ＥＣＵ１０の制御下で、閉弁用電磁コイルの電磁力の消滅により閉弁着座状態から離座し、アッパスプリング２１７の付勢力によって、開弁（リフトアップ）し始め、開弁用電磁コイルの電磁力の発生により開弁着座する。そして、ＥＣＵ１０の制御下で、開弁用電磁コイルの電磁力の消滅により開弁着座状態から離座し、ロアスプリング２１６の付勢力によって、閉弁し始め、閉弁用電磁コイルの電磁力の発生により閉弁着座する。

次に、図４（Ｂ）を参照して、本実施形態の比較例について説明する。この比較例は、本実施形態に係る構成と同じで、フェイルセーフ処理として電磁駆動弁の閉弁動作のみを行う。より具体的には、フェイルセーフ処理として電磁駆動による排気弁２１１が開弁され開弁着座に失敗した場合、閉弁され閉弁着座状態に保持されることのみ行う。この場合、排気が十分になされず、気筒内に既燃ガス（燃焼ガス）が多量に残り、且つ、その既燃ガスが圧縮される。そのため、電磁駆動による吸気弁２０１を開弁するとき、気筒内の圧力が高いため開弁を妨げる向きの力を受け、正常に電磁駆動による吸気弁２０１が開弁できずに脱調することが考えられる。仮に、電磁駆動による吸気弁２０１が開弁に成功しても、多量に残った既燃ガスのために、新気と燃料の吸気が十分になされず、続く、圧縮行程後、混合気が燃焼されないことも考えられる。また、この比較例では、フェイルセーフ処理として電磁駆動による吸気弁２０１が開弁され開弁着座に失敗した場合、閉弁され閉弁着座状態に保持されることのみ行う。この場合、吸気が充分になされず、気筒内への吸気量が少なく、排気されなかった残留ガスの割合が相対的に、過剰に大きくなり、混合気が充分に燃焼されず、燃焼していない燃料を多量に含んだ混合気、言い換えると生ガスが触媒等により充分に浄化されずに排気され、排気エミッションが悪化する可能性がある。また、同様に、気筒内への吸気量が少なく、相対的に燃料の割合が多くなり、空燃比が小さくなり、混合気が充分に燃焼されず、燃焼していない燃料を多量に含んだ混合気、言い換えると生ガスが触媒等により充分に浄化されずに排気され、排気エミッションが悪化する可能性がある。更に、気筒内への吸気量が少ないため、充分な燃焼が行われず、必要なエンジントルクが発生しないことも考えられる。

次に、図４（Ｃ）に加えて図４（Ａ）を適宜参照して、本実施形態に係る第１のフェイルセーフ処理について説明する。

本実施形態に係る第１のフェイルセーフ処理は、比較例におけるフェイルセーフ処理を発展させて、排気効率又は吸気効率を充分に得るために、エンジン回転数が比較的に低速回転であり、且つ前述の所定エンジン回転数以下である場合は、ＥＣＵ１０の制御下で、同一行程内において、電磁駆動による排気弁２１１又は吸気弁２０１は再度開弁され開弁着座し、同一行程内における最終的な排気弁２１１又は吸気弁２０１の閉弁時期を正常時と同じ時期にする。ここに、本実施形態に係る「所定エンジン回転数」とは、前述した「所定閾値たる予め設定されたエンジン回転数」である。より詳細には、電磁駆動弁においては、開弁の動作の所要時間や閉弁の動作の所要時間は、エンジン回転数には無関係であり、電磁駆動弁の可動子の質量及びアッパスプリング及びロアスプリングのバネ定数により殆ど決定される。例えば、約３ｍｓｅｃ程度とほぼ一定である。一方、電磁駆動弁の開弁している期間（作用角）、言い換えると開弁している時間は、内燃機関の出力向上と燃費効率の向上のために、エンジン回転数の上昇にしたがって減少する傾向にある。よって、エンジン回転数を上昇させていくと電磁駆動弁の開弁している時間は減少していき、ある一定のエンジン回転数を臨界点として、一度、開弁され開弁着座に失敗した電磁駆動弁が、同一行程内において、閉弁され、一旦、閉弁着座状態に保持され、再度、開弁され、正常時と同じ時期で閉弁され閉弁着座することが、時間的に不可能となる。以上より、この臨界点となるある一定のエンジン回転数を「所定エンジン回転数（所定閾値）」として定義する。

特に、エンジン回転数が比較的に低速回転である場合は、前述のように排気弁２１１又は吸気弁２０１の同一行程内における閉弁時期を正常時と同じにすると、排気効率に加えて又は代えて吸気効率の低下を抑制する上で大変有効である。

即ち、本実施形態に係る第１フェイルセーフ処理において、エンジン回転数が比較的に低速回転であり、且つ所定エンジン回転数以下である場合は、仮に、排気弁２１１又は吸気弁２０１が１度、開弁着座に失敗しても図４（Ｃ）に示されるように、再度開弁し、図４（Ａ）に示された正常時と同じ時期に閉弁することで、正常時と殆ど同じ排気効率又は吸気効率が得られ、次の行程に開弁着座の失敗の影響を与えないフェイルセーフ処理が実現可能である。

本実施形態では特に、内燃機関１００の電磁駆動弁の制御装置の一例を構成するＥＣＵ１０は、電磁駆動弁が開弁され開弁着座に失敗した場合には、内燃機関１００のエンジン回転数等に応じて異なるフェイルセーフ処理を実行するように構成されている。

以下、図５を参照して、本実施形態に係るＥＣＵ１０により制御される、エンジン回転数に応じた第１フェイルセーフ処理について説明する。ここに、図５は、本実施形態に係る第１フェイルセーフ処理ルーチンを示すフローチャート図である。この第１のフェイルセーフ処理ルーチンは、予めＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、内燃機関１００の動作中に定期的又は不定期的に、主にＥＣＵ１０によって実行されるルーチンである。

図５において先ず、ＥＣＵ１０によって、電磁駆動弁の開弁時期（開弁タイミング）か否かが判定される（ステップＳ１０１）。このような判定は、例えば、クランク角センサ１２５の出力信号を入力パラメータとしてＥＣＵ１０において判定される。ここで電磁駆動弁の開弁時期である場合は（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、電磁駆動弁の開弁の動作が行われる（ステップＳ１０２）。

続いて、電磁駆動弁の開弁の動作が失敗したか否かが判定される（ステップＳ１０３）。具体的には、排気弁２１１又は吸気弁２０１が開弁着座に失敗したか否かが判定される。このような判定は、例えば、リフトセンサ２１２及び２０２の出力信号を入力パラメータとしてＥＣＵ１０において判定される。ここで、電磁駆動弁の開弁の動作が失敗した場合は（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、電磁駆動弁の閉弁の動作が行われる（ステップＳ１０４）。

続いて、ＥＣＵ１０の制御下で、エンジン回転数検出手段により検出されたエンジン回転数が、所定エンジン回転数算出手段により算出された所定回転数以下であるかどうかが判定される（ステップＳ１０５）。ここで、エンジン回転数が所定回転数以下であれば（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、電磁駆動弁の開弁の動作が再度行われる（ステップＳ１０６）。

他方、ステップＳ１０１の判定の結果、電磁駆動弁の開弁時期でない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ステップＳ１０３の判定の結果、電磁駆動弁の開弁が成功した場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、及び、ステップＳ１０５の判定の結果、エンジン回転数が所定のエンジン回転数より大きい場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）は、フェイルセーフ処理ルーチンの実行は一旦終了される。

（第２フェイルセーフ処理）
以下、本実施形態に係る第２フェイルセーフ処理について図６から図８を参照して説明する。

前述した本実施形態に係る第１フェイルセーフ処理を実行しても、エンジン回転数が比較的に高速回転の場合、電磁駆動による排気弁２１１が開弁着座に失敗し閉弁後に再度開弁され、正常時と同じ時期に閉弁されたとしても次の行程への影響を殆ど又は完全になくすことはできない。即ち、エンジン回転数が比較的に高速回転の場合、電磁駆動による排気弁２１１の開弁着座の失敗は、気筒内に残留している既燃ガス量に影響する。そして、気筒内に残留している既燃ガス量は、排気行程の次の吸気行程における電磁駆動による吸気弁２０１の開弁の動作の成否や、次の圧縮行程以降の点火及び燃焼の成否に顕著な影響を与える。

そこで、本実施形態に係る第２フェイルセーフ処理においては、エンジン回転数が比較的に高速回転の場合において、電磁駆動排気弁が開弁着座に失敗した場合は、電磁駆動排気弁の前述した実時間開口面積を直接測定することで、排気行程の完了の度合いを判定し、その判定結果により気筒内に残留している既燃ガス量の多少による電磁駆動吸気弁の開弁の動作への影響を把握し、適切なフェイルセーフ処理が可能である。

先ず、図６（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、本実施形態に係る第２フェイルセーフ処理において、電磁駆動による排気弁２１１の正常時及び開弁着座の失敗時における気筒内に残留している既燃ガス量及び気筒内圧力並びに電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１の動作について説明する。

ここに、図６（Ａ）は、電磁駆動による排気弁２１１の正常時及び開弁失敗時の、クランク角度に対する気筒内圧力の変化を示した特性図である。また、図６（Ｂ）は、電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１の正常時の、クランク角度に対するバルブリフト量の変化を示した特性図である。また、図６（Ｃ）は、本実施形態に係る第２フェイルセーフ処理において、電磁駆動による排気弁２１１が開弁着座に失敗した時の、クランク角度に対するバルブリフト量の変化を示した特性図である。

図６（Ａ）において縦軸は、気筒内圧力を示す。図６（Ｂ）及び（Ｃ）において縦軸は、電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１のクランク角度に対するバルブリフト量を示す。図６（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）において横軸はクランク角度を示す。尚、説明を簡略化するために、１気筒あたり電磁駆動による排気弁２１１又は吸気弁２０１が１弁のみ存在する場合を前提とする。

先ず、図６（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、電磁駆動による排気弁２１１が開弁着座に成功した正常時の場合の気筒内の状態及び電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１のクランク角度に対するバルブリフト量の変化について説明する。電磁駆動による排気弁２１１が開弁され始めるにしたがって、気筒内の既燃ガス（燃焼ガス）が排気され、気筒内の圧力は減少しほぼ大気圧と等しくなる。その後、電磁駆動による吸気弁２０１は、この大気圧と等しい気筒内圧力に抗して開弁される。その後、電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１がともに開弁されたバルブオーバーラップの時間を経て、電磁駆動による排気弁２１１は閉弁される。この間、気筒内の圧力は、大気圧とほぼ等しく維持される。その後、電磁駆動による吸気弁２０１の閉弁を契機に気筒内圧力は上昇する。

次に、図６（Ａ）及び（Ｃ）を参照して、電磁駆動による排気弁２１１が開弁着座に失敗した場合の気筒内の状態及びその状態に対応した本実施形態に係る第２のフェイルセーフ処理について説明する。エンジン回転数が高速回転の場合、電磁駆動による排気弁２１１が開弁着座に失敗し、気筒内に既燃ガス（燃焼ガス）が残留している状態で閉弁され閉弁着座状態に保持されると、その後、吸気行程開始の上死点（ＴＤＣ：Top Dead Center）に向かって既燃ガスが圧縮され、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁時期になるまで気筒内圧力は上昇する。気筒内に接した電磁駆動による吸気弁２０１の弁面積は電磁駆動による排気弁２１１の弁面積と比較してより大きいため、開弁しようとすると、気筒内から開弁を妨げる向きに圧力を受け開弁着座に失敗する可能性が大きくなる。

より具体的には、気筒内に残留している既燃ガス量が多量であれば、その気筒内に残留している多量な既燃ガスは圧縮され、気筒内圧力は高圧になる。気筒内圧力が高圧になれば、電磁駆動による吸気弁２０１は気筒内から開弁を妨げる向きに高い圧力を受け開弁着座に失敗する可能性はより高くなる。更に、気筒内に残留している多量な既燃ガスは、吸気行程における新気の吸気を妨げ、次の圧縮行程以降の燃焼が失敗する可能性はより高くなる。

そこで、本実施形態に係る第２フェイルセーフ処理では、電磁駆動による排気弁２１１が開弁着座に失敗した場合、電磁駆動による排気弁２１１の前述した実時間開口面積を直接測定することで、排気行程の完了の度合いを判定しその判定結果に基づいて、次の吸気行程における、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁を実行するか否かの判定を行う。具体的には、電磁駆動による排気弁２１１が開弁され開弁着座に失敗した場合、ＥＣＵ１０の制御下で、電磁駆動による排気弁２１１は、閉弁され閉弁着座状態に保持される。そして、ＥＣＵ１０の制御下で、実時間開口面積“Ａ１”と目標時間開口面積“Ａ２”との比較が行われる。そして、ＥＣＵ１０の制御下で、実時間開口面積“Ａ１”と目標時間開口面積“Ａ２”との比較の結果、実時間開口面積“Ａ１”が目標時間開口面積“Ａ２”以下の場合、電磁駆動による吸気弁２０１が開弁されても開弁着座に失敗する可能性が高いので吸気行程での電磁駆動による吸気弁２０１の開弁は中止され実行されない。仮に、実時間開口面積“Ａ１”が目標時間開口面積“Ａ２”より大きい場合、電磁駆動吸気弁２０１の開弁及び閉弁の動作は通常と同様に実行される。

次に、図７を参照して、図６で説明した本実施形態に係る第２フェイルセーフ処理において、前述した実時間開口面積を直接測定することにより排気行程の完了の度合いの判定する際の判定基準となる目標時間開口面積“Ａ２”について説明する。ここに、図７は、本実施形態に係る第２フェイルセーフ処理において判定基準となる目標時間開口面積“Ａ２”を決定するパラメータテーブル図である。

図７におけるパラメータテーブルの横軸はエンジン回転数“ＮＥ”を示し、縦軸は既燃ガスの初期量と比例関係にあるエンジン負荷量“Ｑ”を示す。ＥＣＵ１０の制御下で、エンジン回転数“ＮＥ”及びエンジン負荷量“Ｑ”をパラメータとして目標時間開口面積“Ａ２”が決定される。具体的には、エンジン負荷量“Ｑ”が大きければ、既燃ガスの初期量も多量となり、その多量な既燃ガスを排気するための目標時間開口面積“Ａ２”も大きくなる。同様にして、エンジン回転数が高速回転になれば、既燃ガスも多量となり、その多量な既燃ガスを排気するための目標時間開口面積“Ａ２”も大きくなる。尚、このような決定は、例えば、予め設定され且つＥＣＵ１０の内臓メモリ等に格納された、エンジン回転数“ＮＥ”、エンジン負荷量“Ｑ”及び目標時間開口面積“Ａ２”の関係を規定する当該パラメータテーブル又は所定関数を用いることで迅速に行える。

尚、電磁駆動による排気弁２１１が１気筒において複数個あるとすれば、開弁に失敗した電磁駆動による排気弁２１１の個数により目標時間開口面積“Ａ２”が、ＥＣＵ１０の制御下で、調整されてもよい。また、図７において縦軸は既燃ガスの初期量に比例するエンジン負荷“Ｑ”を負荷率（％）で示したが、燃料噴射量“τ”（ｍｓｅｃ）にしても同様の効果が得られる。

以下、図８を参照して、本実施形態に係るＥＣＵ１０により制御される、排気弁２１１の実時間開口面積に応じた第２フェイルセーフ処理について説明する。ここに、図８は、本実施形態に係る第２フェイルセーフ処理ルーチンを示すフローチャート図である。この第２フェイルセーフ処理ルーチンは、主にＥＣＵ１０によって実行され、そのＥＣＵ１０等の構成は第１フェイルセーフ処理ルーチンと同様である。

図８において先ず、ＥＣＵ１０によって、電磁駆動による排気弁２１１の開弁時期か否かが判定される（ステップＳ２０１）。このような判定は、第１フェイルセーフ処理と同様である。ここで電磁駆動による排気弁２１１の開弁時期である場合は（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、電磁駆動による排気弁２１１の開弁の動作が行われる（ステップＳ２０２）。

続いて、電磁駆動による排気弁２１１が開弁の動作に失敗したか否かが判定される（ステップＳ２０３）。このような判定は、第１フェイルセーフ処理と同様である。ここで、電磁駆動による排気弁２１１が開弁の動作に失敗した場合は（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、電磁駆動による排気弁２１１の閉弁の動作が行われる（ステップＳ２０４）。

続いて、ＥＣＵ１０の制御下で、目標時間開口面積算出手段により、エンジン回転数“ＮＥ”及びエンジン負荷“Ｑ”をパラメータとして、目標時間開口面積“Ａ２”を決定され（ステップＳ２０５）、続いて、ＥＣＵ１０の制御下で、第３判定手段により、電磁駆動による排気弁２１１が実際に開弁している時間及びバルブリフト量から実時間開口面積“Ａ１”が測定される（ステップＳ２０６）。

続いて、ＥＣＵ１０の制御下で、ステップＳ２０５で求められた目標時間開口面積“Ａ２”とステップＳ２０６で求められた実際の実時間開口面積“Ａ１”とが比較される（ステップＳ２０７）。ここで、実際の実時間開口面積“Ａ１”が目標時間開口面積“Ａ２”以下の場合（ステップＳ２０７：Ｙｅｓ）、吸気弁の開弁禁止フラグ“Ｆ”に“Ｏｎ”が代入される（ステップＳ２０８）。

他方、ステップＳ２０７の判定の結果、実際の実時間開口面積“Ａ１”が目標時間開口面積“Ａ２”より大きい場合（ステップＳ２０７：Ｎｏ）、及び、ステップＳ２０３の判定の結果、排気弁の開弁の動作が成功した場合は（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、吸気弁の開弁禁止フラグ“Ｆ”に“Ｏｆｆ”が代入される（ステップＳ２０９）。

続いて、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁時期か否かが判定される（ステップＳ２１０）。ここで、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁時期である場合は（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）、更に、吸気弁の開弁禁止フラグ“Ｆ”が“Ｏｆｆ”であるか否かが判定される（ステップＳ２１１）、ここで、吸気弁の開弁禁止フラグ“Ｆ”が“Ｏｆｆ”である場合は（ステップＳ２１１：Ｙｅｓ）、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁の動作が行われる（ステップＳ２１２）。

他方、ステップＳ２１１の判定の結果、吸気弁の開弁禁止フラグ“Ｆ”が“Ｏｎ”である場合は（ステップＳ２１１：Ｎｏ）、ステップＳ２１２の電磁駆動による吸気弁２０１の開弁の動作は省略され、吸気弁の開弁禁止フラグ“Ｆ”に“Ｏｆｆ”が代入される（ステップＳ２１３）。

他方、ステップＳ２０１の判定の結果、電磁駆動による排気弁２１１の開弁時期でない場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁時期か否かが判定される（ステップＳ２１０）。

他方、ステップＳ２１０の判定の結果、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁時期でない場合（ステップＳ２１０：Ｎｏ）、フェイルセーフ処理ルーチンの実行は一旦終了される。

（第３フェイルセーフ処理）
次に、本実施形態に係る第３フェイルセーフ処理について図９及び図１０を参照して説明する。

本実施形態に係る第３フェイルセーフ処理では、前述の第２フェイルセーフ処理を更に発展させたフェイルセーフ処理を行っている。具体的には、電磁駆動による排気弁２１１の開弁着座の失敗が検出された場合、ＥＣＵ１０の制御下で、閉弁され閉弁着座状態に保持され、その同一サイクルにおけるその気筒の電磁駆動による排気弁２１１の実時間開口面積“Ａ１”が目標時間開口面積“Ａ２”以下であると判定された場合は、その同一サイクルにおける電磁駆動による吸気弁２０１の開弁は中止され実行されないという第２のフェイルセーフ処理を更に発展させて、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁の中止の決定時以降の当該気筒の燃料噴射及び点火は１度だけ中止され、次のサイクルにおける電磁駆動による排気弁２１１の開弁以降、正常時と同様に電磁駆動弁は制御される。尚、本実施形態では、Ｎ番目のサイクルをＮサイクルとして定義する。

先ず、図９（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を参照して、本実施形態に係る第３フェイルセーフ処理において、電磁駆動による排気弁２１１の正常時及び開弁着座の失敗時の電磁駆動による排気弁２１１、吸気弁２０１、燃料噴射弁１４５及び点火プラグ１６５の動作について説明する。

本実施形態では以下に説明するように、本発明に係る「燃料噴射弁」の一例が、燃料噴射弁１４５から構成されている。他方、本発明に係る「点火栓」の一例が、点火プラグ１６５から構成されている。

図９（Ａ）は、電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１の正常時の、クランク角度に対するバルブリフト量の変化を示した特性図である。また、図９（Ｂ）は、本実施形態に係る第３フェイルセーフ処理の一例による、電磁駆動による排気弁２１１の開弁着座の失敗時に、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁の中止が決定され、その決定時に燃料噴射が実行されていた場合の、クランク角度に対するバルブリフト量の変化を示した特性図である。また、図９（Ｃ）は、本実施形態に係る第３フェイルセーフ処理の他の一例による、電磁駆動による排気弁２１１の開弁着座の失敗時に、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁の中止が決定され、その決定時に燃料噴射が実行されていない場合の、クランク角度に対するバルブリフト量の変化を示した特性図である。

図９（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）において縦軸は、電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１のバルブリフト量を示し、横軸は、クランク角度を示す。

図９（Ａ）を参照して、正常時のＮサイクルにおける内燃機関１００の動作を、具体的に説明する。Ｎサイクルにおいて、最初に、燃料噴射弁１４５による燃料噴射又は電磁駆動による排気弁２１１の開弁が実行され、次に、電磁駆動による吸気弁２０１が開弁され、電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１がともに開弁したバルブオーバーラップの時間を経て、電磁駆動による排気弁２１１は閉弁される。その後、電磁駆動による吸気弁２０１の閉弁を経て、点火プラグ１６５による混合気の点火及び燃焼がなされる。

図９（Ｂ）を参照して、本実施形態に係る第３フェイルセーフ処理の一例における、Ｎサイクルにおいて電磁駆動による排気弁２１１の開弁着座の失敗が検出された時に、ＥＣＵ１０の制御下で、電磁駆動による排気弁２１１の実時間開口面積“Ａ１”が目標時間開口面積“Ａ２”以下と判定され、Ｎサイクルにおける電磁駆動による吸気弁２０１の開弁の中止が決定され、且つ、その決定時に燃料噴射が既に実行されていた場合のフェイルセーフ処理について説明する。

図９（Ｂ）に示されるように、本実施形態に係る第３フェイルセーフ処理において、電磁駆動による排気弁２１１の開弁着座の失敗が検出された時に、ＥＣＵ１０の制御下で、電磁駆動による排気弁２１１の実時間開口面積“Ａ１”が目標時間開口面積“Ａ２”以下と判定され、Ｎサイクルにおける電磁駆動による吸気弁２０１の開弁の中止が決定される。このＥＣＵ１０による決定時に、既に、燃料噴射が実行されていた場合、１回分の燃焼のための燃料が吸気ポート１４０に漂った状態のまま、ＥＣＵ１０の制御下で、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁は中止され、吸気行程が１回だけ省略される。更に、Ｎサイクルにおける点火は中止され、Ｎ＋１サイクルにおける燃料噴射は中止される。

以上より、開弁着座の失敗の影響を次のＮ＋１サイクルに与えることなく、次のＮ＋１サイクルにおいて、電磁駆動による排気弁２１１の開弁が正常時と同様に実行され、無駄な点火と過剰な燃料噴射を省略することができ、適正な点火及び燃焼が実現可能となる。

次に、図９（Ｃ）を参照して、本実施形態に係る第３フェイルセーフ処理の他の一例における、Ｎサイクルにおいて電磁駆動による排気弁２１１の開弁着座の失敗が検出された時、ＥＣＵ１０の制御下で、電磁駆動による排気弁２１１の実時間開口面積“Ａ１”が目標時間開口面積“Ａ２”以下と判定され、Ｎサイクルにおける電磁駆動による吸気弁２０１の開弁の中止が決定され、且つ、その決定時に燃料噴射がまだ実行されていなかった場合のフェイルセーフ処理について説明する。

図９（Ｃ）に示されるように、本実施形態に係る第３フェイルセーフ処理において、電磁駆動による排気弁２１１の開弁着座の失敗が検出された時に、ＥＣＵ１０の制御下で、電磁駆動による排気弁２１１の実時間開口面積“Ａ１”が目標時間開口面積“Ａ２”以下と判定され、Ｎサイクルにおける電磁駆動による吸気弁２０１の開弁の中止が決定される。このＥＣＵ１０による決定時に、吸気ポート１４０内では、燃料噴射がまだ実行されていない場合、ＥＣＵ１０の制御下で、事前に、Ｎサイクルにおける燃料噴射は中止され、Ｎサイクルにおける電磁駆動による吸気弁２０１の開弁は中止され、Ｎサイクルにおける点火は中止される。

以上より、開弁着座の失敗の影響を次のＮ＋１サイクルに与えることなく、次のＮ＋１サイクルにおいて、電磁駆動による排気弁２１１の開弁及び燃料噴射が正常時と同様に実行され、無駄な点火と過剰な燃料噴射が省略することができ、適正な点火及び燃焼が実現可能となる。

以下、図１０を参照して、本実施形態に係るＥＣＵ１０により制御される、排気弁２１１の実時間開口面積に応じた第３フェイルセーフ処理について説明する。ここに、図１０は、本実施形態に係る第３フェイルセーフ処理ルーチンを示すフローチャート図である。この第３フェイルセーフ処理ルーチンは、主にＥＣＵ１０によって実行され、そのＥＣＵ１０等の構成は第１のフェイルセーフ処理ルーチンと同様である。尚、図１０において、第２フェイルセーフ処理ルーチンを示した図８と同様のステップには同様のステップ番号を付し、それらの説明は適宜省略する。

図１０において、ステップＳ２０１からステップＳ２０８については、第２のフェイルセーフ処理ルーチンを示した図８と同様である。

続いて、燃料噴射禁止フラグ“Ｆ２”に“Ｏｎ”が代入され（ステップＳ３０１）、点火禁止フラグ“Ｆ３”に“Ｏｎ”が代入される（ステップＳ３０２）。

他方、ステップＳ２０７の判定の結果、実際の実時間開口面積“Ａ１”が目標時間開口面積“Ａ２”より大きい場合（ステップＳ２０７：Ｎｏ）、及び、ステップＳ２０３の判定の結果、電磁駆動による排気弁２１１が開弁の動作に成功した場合は（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、吸気弁の開弁禁止フラグ“Ｆ”に“Ｏｆｆ”が代入される（ステップＳ２０９）。

続いて、燃料噴射禁止フラグ“Ｆ２”に“Ｏｆｆ”が代入され（ステップＳ３０３）、点火禁止フラグ“Ｆ３”に“Ｏｆｆ”が代入される（ステップＳ３０４）。

ステップＳ２１０からステップＳ２１３については、第２のフェイルセーフ処理ルーチンを示した図８と同様である。

続いて、燃料噴射の時期か否かが判定される（ステップＳ３０５）。ここで、燃料噴射の時期である場合は（ステップＳ３０５：Ｙｅｓ）、更に、燃料噴射禁止フラグ“Ｆ２”が“Ｏｆｆ”であるか否かが判定される（ステップＳ３０６）、ここで、燃料噴射禁止フラグ“Ｆ２”が“Ｏｆｆ”である場合は（ステップＳ３０６：Ｙｅｓ）、燃料噴射弁１４５により燃料噴射が行われる（ステップＳ３０７）。

他方、ステップＳ３０６の判定の結果、燃料噴射禁止フラグ“Ｆ２”が“Ｏｎ”である場合は（ステップＳ３０６：Ｎｏ）、燃料噴射は実行されず、燃料噴射禁止フラグ“Ｆ２”に“Ｏｆｆ”が代入される（ステップＳ３０８）。

また他方、ステップＳ３０５の判定の結果、燃料噴射の時期でない場合は（ステップＳ３０５：Ｎｏ）、ステップＳ３０６の燃料噴射禁止フラグ“Ｆ２”が“Ｏｆｆ”であるか否かの判定、ステップＳ３０７の燃料噴射、及び、ステップＳ３０８の燃料噴射禁止フラグ“Ｆ２”への“Ｏｆｆ”の代入処理は省略される。

続いて、点火の時期か否かが判定される（ステップＳ３０９）。ここで、点火の時期である場合は（ステップＳ３０９：Ｙｅｓ）、更に、点火禁止フラグ“Ｆ３”が“Ｏｆｆ”であるか否かが判定される（ステップＳ３１０）、ここで、点火禁止フラグ“Ｆ３”が“Ｏｆｆ”である場合は（ステップＳ３１０：Ｙｅｓ）、混合気への点火が行われる（ステップＳ３１１）。

他方、ステップＳ３１０の判定の結果、点火禁止フラグ“Ｆ３”が“Ｏｎ”である場合は（ステップＳ３１０：Ｎｏ）、混合気への点火は実行されず、点火禁止フラグ“Ｆ３”に“Ｏｆｆ”が代入される（ステップＳ３１２）。

また他方、ステップＳ３０９の判定の結果、点火の時期でない場合は（ステップＳ３０９：Ｎｏ）、ステップＳ３１０の点火禁止フラグ“Ｆ３”が“Ｏｆｆ”であるか否かの判定、ステップＳ３１１の混合気への点火、及び、ステップＳ３１２の点火禁止フラグ“Ｆ３”への“Ｏｆｆ”の代入処理は省略される。

（第４フェイルセーフ処理）
以下、本実施形態に係る第４フェイルセーフ処理について図１１及び図１２を参照して説明する。

本実施形態に係る第４フェイルセーフ処理では、前述の第３フェイルセーフ処理を、電磁駆動による吸気弁２０１が開弁着座に失敗した場合に適用させたフェイルセーフ処理を行っている。具体的には、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁着座の失敗が検出された場合、ＥＣＵ１０の制御下で、閉弁され閉弁着座状態に保持され、そのＮサイクルにおけるその気筒の電磁駆動による吸気弁２０１の実時間開口面積“Ａ１”が、目標時間開口面積“Ａ２”以下であると判定された場合は、その直後のＮサイクルにおける点火、次のＮ＋１サイクルにおける燃料噴射及び次のＮ＋１サイクルにおける電磁駆動による排気弁２１１の開弁は１度だけ中止され、次のＮ＋１サイクルにおける電磁駆動による吸気弁２０１の開弁以降、正常時と同様に電磁駆動弁は制御される。

先ず、図１１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、本実施形態に係る第４フェイルセーフ処理において、電磁駆動による吸気弁２０１の正常時及び開弁着座の失敗時の電磁駆動による排気弁２１１、吸気弁２０１、燃料噴射弁１４５及び点火プラグ１６５の動作について説明する。

図１１（Ａ）は、電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１の正常時の、クランク角度に対するバルブリフト量の変化を示した特性図である。また、図１１（Ｂ）は、本実施形態に係る第４フェイルセーフ処理による、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁着座の失敗時の、クランク角度に対するバルブリフト量の変化を示した特性図である。

図１１（Ａ）及び（Ｂ）において縦軸は、電磁駆動による排気弁２１１及び吸気弁２０１のバルブリフト量を示し、横軸はクランク角度を示す。

図１１（Ａ）に示される、正常時のＮサイクルにおける内燃機関１００の動作説明は、図９（Ａ）の説明と同様なので省略する。

図１１（Ｂ）を参照して、本実施形態に係る第４フェイルセーフ処理における、Ｎサイクルにおいて電磁駆動吸気弁２０１の開弁着座の失敗が検出された時に、ＥＣＵ１０の制御下で、電磁駆動による吸気弁２０１の実時間開口面積“Ａ１”が目標時間開口面積“Ａ２”以下と判定された場合のフェイルセーフ処理について説明する。

図１１（Ｂ）に示されるように、本実施形態に係る第４フェイルセーフ処理において、電磁駆動による排気弁２１１が開弁されるとともに、燃料が吸気ポートに噴射された後に、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁着座の失敗が検出された時に、ＥＣＵ１０の制御下で、電磁駆動による吸気弁２０１の実時間開口面積“Ａ１”が目標時間開口面積“Ａ２”以下と判定された場合、燃料と新気は燃焼室１６０に部分的にしか取り込まれず、大部分は吸気ポート１４０側に取り残される。そのため、混合気の点火及び燃焼に失敗する可能性が高いため、ＥＣＵ１０の制御下で、Ｎサイクルにおける点火は中止される。更に、一部の燃料と新気が燃焼室１６０に残っているためこれを排気してしまうと触媒と反応してしまい、触媒を溶解させる可能性があるため、Ｎ＋１サイクルにおける電磁駆動による排気弁２１１の開弁も中止される。

以上より、開弁着座の失敗の影響を次のＮ＋１サイクルに与えることなく、次のＮ＋１サイクルにおいて、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁が正常時と同様に実行され、適正な空燃比の混合気が吸気され、適正な点火及び燃焼が実現可能となる。具体的には、Ｎサイクルにおいて吸気ポート１４０に噴射されたが気筒内へ吸入されなかった大部分の燃料と、Ｎサイクルにおいて一度気筒内に吸入された燃料とが合わさって、Ｎ＋１サイクルの吸気行程において再度吸入されることで適正な空燃比の混合気が吸気され、適正な点火及び燃焼が実現可能となる。

以下、図１２を参照して、本実施形態に係るＥＣＵ１０により制御される、吸気弁２０１の実時間開口面積に応じた第４フェイルセーフ処理について説明する。ここに、図１２は、本実施形態に係る第４フェイルセーフ処理ルーチンを示すフローチャート図である。この第４フェイルセーフ処理ルーチンは、主にＥＣＵ１０によって実行され、そのＥＣＵ１０等の構成は第１のフェイルセーフ処理ルーチンと同様である。尚、図１２において、第２フェイルセーフ処理ルーチンを示した図８及び第３フェイルセーフ処理ルーチンを示した図１０と同様のステップには同様のステップ番号を付し、それらの説明は適宜省略する。

図１２において先ず、ＥＣＵ１０によって、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁時期か否かが判定される（ステップＳ４０１）。このような判定は、第１フェイルセーフ処理と同様である。ここで電磁駆動による吸気弁２０１の開弁時期である場合は（ステップＳ４０１：Ｙｅｓ）、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁の動作が行われる（ステップＳ４０２）。

続いて、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁の動作が失敗したかどうかが判定される（ステップＳ４０３）。このような判定は、第１フェイルセーフ処理と同様である。ここで、電磁駆動による吸気弁２０１が開弁の動作に失敗した場合は（ステップＳ４０３：Ｙｅｓ）、電磁駆動による吸気弁２０１の閉弁の動作が行われる（ステップＳ４０４）。

ステップＳ２０５からステップＳ２０７については、第２フェイルセーフ処理ルーチンを示した図８と同様である。

ここで、実際の実時間開口面積“Ａ１”が目標時間開口面積“Ａ２”より小さい場合（ステップＳ２０７：Ｙｅｓ）、排気弁の開弁禁止フラグ“Ｆ１”に“Ｏｎ”が代入される（ステップＳ４０５）。

ステップＳ３０１からステップＳ３０２については、第３フェイルセーフ処理ルーチンを示した図１０と同様である。

他方、ステップＳ２０７の判定の結果、実際の実時間開口面積“Ａ１”が目標時間開口面積“Ａ２”より大きい場合（ステップＳ２０７：Ｎｏ）、及び、ステップＳ４０３の判定の結果、電磁駆動による吸気弁２０１の開弁の動作が成功した場合は（ステップＳ４０３：Ｎｏ）、排気弁の開弁禁止フラグ“Ｆ１”に“Ｏｆｆ”が代入される（ステップＳ４０６）。

ステップＳ３０３からステップＳ３０４については、第３フェイルセーフ処理ルーチンを示した図１０と同様である。

続いて、電磁駆動による排気弁２１１の開弁時期か否かが判定される（ステップＳ４０７）。ここで、電磁駆動による排気弁２１１の開弁時期である場合は（ステップＳ４０７：Ｙｅｓ）、更に、排気弁の開弁禁止フラグ“Ｆ１”が“Ｏｆｆ”であるか否かが判定される（ステップＳ４０８）、ここで、排気弁の開弁禁止フラグ“Ｆ１”が“Ｏｆｆ”である場合は（ステップＳ４０８：Ｙｅｓ）、電磁駆動による排気弁２１１の開弁の動作が行われる（ステップＳ４０９）。

他方、ステップＳ４０８の判定の結果、排気弁の開弁禁止フラグ“Ｆ１”が“Ｏｎ”である場合は（ステップＳ４０８：Ｎｏ）、電磁駆動による排気弁２１１の開弁の動作は実行されず、排気弁の開弁禁止フラグ“Ｆ１”に“Ｏｆｆ”が代入される（ステップＳ４１０）。

また他方、ステップＳ４０７の判定の結果、電磁駆動による排気弁２１１の開弁時期でない場合は（ステップＳ４０７：Ｎｏ）、ステップＳ４０８の排気弁の開弁禁止フラグ“Ｆ１”が“Ｏｆｆ”であるか否かの判定、ステップＳ４０９の電磁駆動による排気弁２１１の開弁の動作、及び、ステップＳ４１０の排気弁の開弁禁止フラグ“Ｆ１”への“Ｏｆｆ”の代入処理は省略される。

ステップＳ３０５からステップＳ３１２については、第３フェイルセーフ処理ルーチンを示した図１０と同様である。

尚、上述の実施形態では、吸気弁及び排気弁の開閉を行う機構の一例として電磁駆動弁の制御装置について説明したが、本発明は、可変動弁機構についても、適用可能である。

以下、図１３を参照して可変動弁機構の一具体例について説明する。ここに、図１３は、本発明に係る可変動弁機構の一具体例の構成及び動作を示した図式的な構成図である。

本発明に係る可変動弁機構１１の一具体例の概略動作においては、カム軸１の回転運動が、弁カム２を介して、ローラフォロア４０に伝達される。このローラフォロア４０の揺動運動が、揺動カムを介してロッカーアーム６０に伝達されて、図示しない吸気弁又は排気弁が開閉させる。

次に、本発明に係る可変動弁機構１１の一具体例の詳細構成に加えて詳細動作について説明する。

制御軸１２は、カム軸１と平行に設けられている。制御軸１２には、制御アーム３０Ａが固定されて取り付けられている。尚、制御軸１２は、図示しないモータにより回転角度を制御可能である。

制御アーム３０Ａには、ローラフォロワ４０の一方の端部が揺動可能に取り付けられている。より具体的には、ローラフォロワ４０の一方の端部は、制御アーム３０Ａにおける制御軸１２と異なった偏心位置３２Ａを支点にして、揺動可能に取り付けられている。尚、制御アーム３０Ａの偏心位置３２Ａは、制御軸１２の回転角度に応じて変更可能である。

ローラフォロア４０には、独立して夫々回転することが可能な第１ローラ４２と第２ローラ４４が同軸上に取り付けられている。第１ローラ４２は、カム軸１の取り付けられた弁カム２に当接している。第２ローラ４４は、ローラフォロワ４０を挟んで第１ローラ４２と弁カム２とが当接している位置とは反対側において、揺動カム５０と当接している。

揺動カム５０が、制御軸１２を支点にして揺動可能に取り付けられている。揺動カムの低面５６においては、ロッカーアーム６０が当接されている。

以上のように、可変動弁機構１１は、構成されているので、カム軸１の回転運動が、弁カム２を介して、ローラフォロア４０に伝達される。このローラフォロア４０が揺動する支点の位置が変位することで、制御軸１２から揺動カム５０と第２ローラ４４とが当接する位置までの距離が変化する。このことによって、バルブリフト量が変更可能である。より具体的には、第２ローラ４４と揺動カム５０とが当接する場所と制御軸１２との距離が長くなると、ローラフォロワ４０の所定の揺動角度に対して、揺動カム５０の揺動角度は小さくなる。他方、第２ローラ４４と揺動カム５０とが当接する場所と制御軸１２との距離が短くなると、ローラフォロワ４０の所定の揺動角度に対して、揺動カム５０の揺動角度は大きくなる。

加えて、カム軸１の同じ回転角度に対して、第１ローラ４２と当接する弁カム２の周方向位置を変化させることによって、バルブタイミングも変更可能である。

その結果、モータにより制御軸１２の回転角度を制御することで、弁の作用角に加えてバルブタイミングの変更を行うことが可能である。

以上より、本実施例において、上述した可変動弁機構の一具体例を採用した場合、開弁動作の失敗時においては、制御軸１２の回転角度を制御することによって吸気弁及び排気弁の開閉動作を行ってもよい。

次に、図１４から図１６を参照して可変動弁機構の他の具体例について説明する。ここに、図１４は、本発明の可変動弁機構の他の具体例である弁駆動装置を下側方向から見た外観斜視図である。図１５は、本発明の可変動弁機構の他の具体例である弁駆動装置を示した外観斜視図である。図１６は、本発明の可変動弁機構の他の具体例である弁駆動装置を一部破断して示した外観斜視図である。

図１４に示すように、弁特性調整機構１７は、カム２１Ａの回転運動をロッカーアーム１６に揺動運動として伝達する仲介手段として機能するとともに、カム２１Ａの回転運動とロッカーアーム１６の揺動運動との相関関係を変更することにより吸気弁４のリフト量及び作用角を変化させるリフト量及び作用角変更手段としても機能する。

具体的には、図１５に示すように、弁特性調整機構１７は、支持軸３０と、その支持軸３０の中心部を貫いて配置された操作軸３１と、支持軸３０上に配置された第１リング３２と、その両側に配置された２つの第２リング３３，３３とを備えている。支持軸３０は内燃機関１００のシリンダヘッド等に固定的に取り付けられる。操作軸３１は、不図示のアクチュエータにより支持軸３０に対して軸線方向（図１６のＲ方向及びＦ方向）に往復駆動される。第１リング３２及び第２リング３３は支持軸３０に対して軸線方向にスライド可能かつ周方向に揺動可能に支持されている。第１リング３２の外周にはローラフォロア３４が回転自在に取り付けられ、第２リング３３の外周にはノーズ３５が形成されている。

より具体的には、図１６に示すように、支持軸３０の外周にはスライダ３６が設けられている。スライダ３６は、その周方向に延びる長孔３６ｃが操作軸３１に取り付けられたピン３７と噛み合うことにより、支持軸３０に対して操作軸３１と一体に軸線方向にスライド可能である。なお、支持軸３０にはピン３７の軸線方向の移動を許容する軸線方向の長孔（不図示）が形成されている。スライダ３６の外周には第１のヘリカルスプライン３６ａと、これを挟むように配置された第２のヘリカルスプライン３６ｂ，３６ｂとが一体に設けられている。第２のヘリカルスプライン３６ｂの捻れ方向は第１のヘリカルスプライン３６ａの捻れ方向に対して逆方向である。一方、第１リング３２の内周には第１のヘリカルスプライン３６ａと噛み合うヘリカルスプライン３２ａが形成され、第２リング３３の内周には第２のヘリカルスプライン３６ｂと噛み合うヘリカルスプライン３３ａが形成されている。

図１４から明らかなように、弁特性調整機構１７は、そのローラフォロア３４がカム２１Ａに、ノーズ３５が各吸気弁４に対応するロッカーアーム１６の一端部にそれぞれ対向するようにして内燃機関１００に取り付けられる。カム２１Ａの回転に伴ってローラフォロア３４がノーズ部２１ａと接触して押し下げられると、ローラフォロア３４を支持する第１リング３２が支持軸３０上で回転し、その回転運動がスライダ３６を介して第２リング３３に伝達されて第２リング３３が第１リング３２と同一方向に回転する。これらの第２リング３２の回転によりノーズ３５がロッカーアーム１６の一端部を押し下げ、それにより吸気弁４が弁スプリング２３に抗して下方に変位して吸気ポートが開かれる。ノーズ部２１ａがローラフォロア３４を乗り越えると弁スプリング２３の力で吸気弁４が押し上げられて吸気ポートが閉じる。このようにしてカム軸１４Ａの回転運動が吸気弁４の開閉運動に変換される。

さらに、弁特性調整機構１７においては、操作軸３１を軸線方向に変位させて図１６に矢印Ｒ、Ｆで示したようにスライダ３６を支持軸３０に対してスライドさせると、第１リング３２と第２リング３３とが周方向に関して互いに逆方向に回転する。スライダ３６を矢印Ｆ方向に移動させたときは第１リング３２が矢印Ｐ方向に、第２リング３３が矢印Ｑ方向にそれぞれ回転してローラフォロア３４とノーズ３５との周方向の間隔が増加する。一方、スライダ３６を矢印Ｒ方向に移動させたときは第１リング３２が矢印Ｑ方向に、第２リング３３が矢印Ｐ方向にそれぞれ回転してローラフォロア３４とノーズ３５との周方向の間隔が減少する。ローラフォロア３４とノーズ３５との間隔が増加するほどノーズ３５がロッカーアーム１６を押し下げる量は増加し、これに伴って吸気弁４のリフト量及び作用角も増加する。従って、図１６の矢印Ｆ方向に操作軸３１を操作するほど吸気弁４のリフト量及び作用角が増加することになる。

以上のように構成された弁特性調整機構１７によれば、図示しないモータによりカム軸１４Ａを、内燃機関１００のクランク軸の回転速度の半分の速度（以下、これを基本速度と呼ぶ。）で一方向に連続的に駆動することにより、クランク軸からの動力で弁を駆動する一般的な機械式弁駆動装置と同様に、クランク軸の回転に同期して吸気弁４を開閉駆動することができる。また、弁特性調整機構１７により吸気弁４のリフト量及び作用角を変化させることもできる。

さらに、弁特性調整機構１７によれば、図示しないモータによるカム軸１４Ａの回転駆動の速度を基本速度から変化させることにより、クランク軸の位相とカム軸１４Ａの位相との相対関係を変化させて吸気弁４の動作特性を様々に変化させることができる。

以上より、本実施例において、上述した可変動弁機構の他の具体例を採用した場合、開弁動作の失敗時においては、カム軸１４Ａを回転させる、例えば、ＥＣＵ等の制御手段の制御下で、モータの回転が制御されることによって吸気弁及び排気弁の開閉動作を行ってもよい。

尚、上述の実施形態では、内燃機関の一例としてポート噴射型内燃機関について説明したが、本発明は、筒内噴射型内燃機関についても、適用可能である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う電磁駆動弁の制御装置及び方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本実施形態に係る電磁駆動弁の制御装置及び内燃機関の図式的断面図である。 本実施形態に係る電磁駆動弁及び該電磁駆動弁を制御するＥＣＵの図式的断面図である。 本実施形態に係る電磁駆動弁を制御するためのＥＣＵと、これに対して各種検出信号やパラメータを入力する各種センサと、ＥＣＵにより制御される各種弁等とを示す概念図である。 本実施形態に係る第１フェイルセーフ処理の電磁駆動弁の正常時等における、クランク角度に対するバルブリフト量及び作用角を示す特性図である。 本実施形態に係る第１フェイルセーフ処理ルーチンを示すフローチャート図である。 本実施形態に係る正常時等における、クランク角度に対する気筒内圧力を示す特性図である。 本実施形態に係る第２フェイルセーフ処理において判定基準となる目標時間開口面積“Ａ２”を決定するパラメータテーブル図である。 本実施形態に係る第２フェイルセーフ処理ルーチンを示すフローチャート図である。 本実施形態に係る電磁駆動弁の正常時等における、クランク角度に対するバルブリフト量及び作用角を示す特性図である。 本実施形態に係る第３フェイルセーフ処理ルーチンを示すフローチャート図である。 本実施形態に係る電磁駆動弁の正常時等における、クランク角度に対するバルブリフト量及び作用角を示す特性図である。 本実施形態に係る第４フェイルセーフ処理ルーチンを示すフローチャート図である。 本発明に係る可変動弁機構の一具体例の構成及び動作を示した図式的な構成図である。 本発明に係る可変動弁機構の他の具体例である弁特性調整機構の構成及び動作を示した一の方向からの図式的な構成図である。 本発明に係る可変動弁機構の他の具体例である弁特性調整機構の構成等を示した図式的な外観構成図である。 本発明に係る可変動弁機構の他の具体例である弁特性調整機構の構成等を一部破断して示した図式的な外観構成図である。

符号の説明

１ カム軸
２ 弁カム
４ 吸気弁
１０ ＥＣＵ（Engine Control Unit）
１１ 可変動弁機構
１２ 制御軸
１４Ａ カム軸
１６ ロッカーアーム
１７ 弁特性調整機構
２１ａ ノーズ部
２１Ａ カム
２３ 弁スプリング
３０Ａ 制御アーム
３０ 支持軸
３１ 操作軸
３２Ａ 偏心位置
３２ 第１リング
３２ａ ヘリカルスプライン
３３ 第２リング
３３ａ ヘリカルスプライン
３４ ローラフォロア
３５ ノーズ
３６ スライダ
３６ａ 第１のヘリカルスプライン
３６ｂ 第２のヘリカルスプライン
３６ｃ 長孔
３７ ピン
４０ ローラフォロア
４２ 第１ローラ
４４ 第２ローラ
５０ 揺動カム
５６ 底面
６０ ロッカーアーム
１００ 内燃機関
１１０ 気筒（シリンダ）
１２０ ピストン
１２５ クランク角センサ
１３０ シリンダヘッド
１４０ 吸気ポート
１４５ 燃料噴射弁
１５０ 排気ポート
１６０ 燃焼室
１６５ 点火プラグ
１７０ バルブシート（吸気用）
１８０ バルブシート（排気用）
２００ 電磁駆動吸気弁
２０１ 吸気弁
２０１ａ 弁体
２０２ リフトセンサ
２０３ 弁軸
２０４ 検出ロッド
２０５ 可動子
２０６ ロアスプリング
２０７ アッパスプリング
２０８ 開弁用電磁コイル
２０９ 閉弁用電磁コイル
２１０ 電磁駆動排気弁
２１１ 排気弁
２１１ａ 弁体
２１２ リフトセンサ
２１３ 弁軸
２１４ 検出ロッド
２１５ 可動子
２１６ ロアスプリング
２１７ アッパスプリング
２１８ 開弁用電磁コイル
２１９ 閉弁用電磁コイル

Claims (8)

1. 内燃機関において排気弁の開閉を行う電磁駆動排気弁及び吸気弁の開閉を行う電磁駆動吸気弁のうち少なくとも一つを含む電磁駆動弁を制御する電磁駆動弁の制御装置であって、
   前記電磁駆動弁の閉弁着座状態から開弁着座状態への開弁動作が失敗したか否かを判定する第１判定手段と、
   該第１判定手段により前記開弁動作が失敗したと判定された場合には、前記電磁駆動弁を同一行程内で再度開弁動作させるように前記電磁駆動弁を制御するフェイルセーフ手段と、
   前記電磁駆動弁を前記同一行程内で再度開弁動作させる時間があるか否かを判定する第２判定手段と
   を備え、
   前記フェイルセーフ手段は、前記同一行程内で再度開弁動作させる時間があると判定された場合に限り、前記電磁駆動弁を前記同一行程内で再度開弁動作させるように前記電磁駆動弁を制御することを特徴とする電磁駆動弁の制御装置。
2. 前記フェイルセーフ手段は、前記開弁動作が失敗したと判定された場合には、前記電磁駆動弁を前記閉弁着座状態にさせた後に前記電磁駆動弁を前記同一行程内で再度開弁動作させるように前記電磁駆動弁を制御することを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動弁の制御装置。
3. 前記フェイルセーフ手段は、前記電磁駆動弁を前記同一行程内で再度開弁着座させた後、正常時と同じ閉弁時期に閉弁着座させるように前記電磁駆動弁を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁駆動弁の制御装置。
4. 前記内燃機関のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段を更に備え、
   前記第２判定手段は、前記エンジン回転数検出手段によって検出された前記エンジン回転数に基づいて、前記時間があるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動弁の制御装置。
5. 前記フェイルセーフ手段は、前記同一行程内で再度開弁動作させる時間がないと判定された場合、次のサイクルの同行程まで、前記電磁駆動弁の開弁動作、前記内燃機関に対する燃料噴射及び点火のうち少なくとも一つを禁止させるように、前記電磁駆動弁、燃料噴射弁及び点火栓のうち少なくとも一つを制御することを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御装置。
6. 前記開弁着座が失敗したと判定された場合、前記電磁駆動弁の実時間開口面積を測定する実時間開口面積測定手段と、
   前記測定された実時間開口面積に基づいて、前記電磁駆動弁を前記同一行程内又は同一サイクル内での再度開弁動作を禁止させるべきか否かを判定する第３判定手段と
   を更に備え、
   前記フェイルセーフ手段は、前記同一行程内又は前記同一サイクル内で再度開弁動作を禁止させるべきと判定された場合に限り、前記電磁駆動弁を前記同一行程内又は前記同一サイクル内で再度開弁動作を禁止させると共に次のサイクルの同行程まで前記電磁駆動弁の開弁動作を禁止させるように前記電磁駆動弁を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電磁駆動弁の制御装置。
7. 前記内燃機関の要求トルクに基づいて目標時間開口面積を算出する目標時間開口面積算出手段を更に備え、
   前記第３判定手段は、前記電磁駆動排気弁の測定された実時間開口面積が前記算出された目標時間開口面積未満であることを条件に、同一サイクル内での前記電磁駆動吸気弁の開弁動作を禁止させるべきと判定することを特徴とする請求項６に記載の電磁駆動弁の制御装置。
8. 前記フェイルセーフ手段は、前記同一行程内で再度開弁着座させるべきではないと判定された場合、次のサイクルの同行程まで、前記電磁駆動弁の開弁動作、前記内燃機関に対する燃料噴射及び点火のうち少なくとも一つを禁止させるように、前記電磁駆動弁、前記燃料噴射弁及び前記点火栓のうち少なくとも一つを制御することを特徴とする請求項６又は７に記載の電磁駆動弁の制御装置。

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