JP4877328B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも吸気弁の開弁タイミングを制御する吸気弁制御装置を備えた内燃機関の制御装置に係わり、特に、内燃機関の制御装置（吸気弁制御装置）の故障検出に関する。

従来より、吸気弁の開閉タイミング（及び最大リフト量）を制御可能な吸気弁制御装置を備えた内燃機関が広く知られている（例えば、特開平６−３１７１１６号公報を参照）。吸気弁の開閉タイミングを進角すると吸気弁と排気弁とが共に開状態に維持される期間（以下、「オーバーラップ期間」と称呼する。）が長くなり、この結果、機関の高回転、高負荷時において吸気慣性を利用して燃焼室内への空気の充填効率が大きくなることが知られている。燃焼室内への空気の充填効率が大きくなると膨張行程における筒内圧力（燃焼圧力）が高くなる。従って、機関の高回転、高負荷時では、吸気弁の開閉タイミングを進角する場合、進角しない場合に比して膨張行程における筒内圧力が高くなる。
この文献に記載の装置では、係る観点に基づき、機関の高回転、高負荷時において吸気弁の開閉タイミングの進角指示を行った場合と同進角指示を行っていない場合の平均筒内有効圧力の差が所定の判定値未満である場合、吸気弁の開閉タイミングが実際には指示通りに変更されていないものと判定して吸気弁制御装置の故障を検出するようになっている。
しかしながら、上述のように、吸気弁の開閉タイミングを進角する場合と進角しない場合とで膨張行程における筒内圧力に明確な差が生じるのは機関の高回転、高負荷時のみである。従って、上記文献に記載の装置では、高回転、高負荷時以外の運転状態では、吸気弁制御装置の故障が正確に検出され得ないという問題が生じる。
また、膨張行程における筒内圧力は、オーバーラップ期間以外の種々の要因によっても変動し得る。従って、上記文献に記載の装置では、高回転、高負荷時であっても、吸気弁制御装置の故障が正確に検出され得ない可能性がある。以上より、吸気弁制御装置の故障を更に精度良く検出できる装置の到来が望まれているところである。

従って、本発明の目的は、少なくとも吸気弁の開弁タイミングを制御する吸気弁制御装置を備えた内燃機関の制御装置において、吸気弁制御装置の故障を精度良く検出できるものを提供することにある。
本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気弁制御装置と、燃焼割合取得手段と、故障検出手段とを備えている。以下、これらについて順に説明する。
吸気弁制御装置（吸気弁バルブタイミング可変機構）は、少なくとも吸気弁の開弁タイミングを制御する。この吸気弁制御装置は、吸気弁の開弁タイミングのみならず、吸気弁の閉弁タイミング、吸気弁の最大リフト量も制御可能に構成されていてもよい。
燃焼割合取得手段は、吸気行程にて前記内燃機関の燃焼室に吸入された燃料の総量に対する膨張行程中にて逐次増大していく燃焼した燃料の量の割合である燃焼割合の（膨張行程中における）クランク角度に対する推移を取得する。この燃焼割合のクランク角度に対する推移は、膨張行程中における筒内圧力の推移等を利用して周知の手法により取得することができる。
故障検出手段は、前記吸気弁制御装置による吸気弁の開弁タイミングの制御に伴って変化する前記膨張行程中における所定クランク角度範囲における前記燃焼割合の増大量を利用して前記内燃機関の制御装置の故障（特に、前記吸気弁制御装置の故障）を検出する。以下、この故障検出手段による吸気弁制御装置の故障検出の原理について説明する。
一般に、吸気弁の開弁タイミングを進角してオーバーラップ期間を長くすると、排気通路から排気弁を介して燃焼室内に戻る既燃ガスの量（従って、燃焼室内に残留する既燃ガスの量、以下、「残留既燃ガス量」と称呼する。）が大きくなる。即ち、吸気弁の開弁タイミングを進角するほど残留既燃ガス量が大きくなる。他方、残留既燃ガス量が大きいほど、混合気の燃焼が不安定になること等に起因して、膨張行程中における混合気の燃焼速度（従って、上記燃焼割合の増加勾配）が小さくなる。
換言すれば、膨張行程中における所定クランク角度範囲における前記燃焼割合の増大量（以下、単に「燃焼割合の増大量」とも称呼する。）は残留既燃ガス量（即ち、吸気弁の開弁タイミング）に強く依存し、前記燃焼割合の増大量は吸気弁の開弁タイミングが進角側であるほど小さくなる。以上のことから、前記燃焼割合の増大量を利用すれば、吸気弁の開弁タイミングが狙いどおりに制御されているか否か、即ち、吸気弁制御装置の故障を精度良く検出することができる。上記構成は係る知見に基づくものである。
この場合、前記故障検出手段は、前記吸気弁制御装置に前記吸気弁の開弁タイミングを所定量だけ変更する変更制御を実行させて、前記変更制御実行前と前記変更制御実行後の前記燃焼割合の増大量の変化量を利用して前記内燃機関の制御装置の故障（特に、前記吸気弁制御装置の故障）を検出するように構成されることが好適である。具体的には、この場合、前記燃焼割合の増大量の変化量が所定値未満の場合に前記内燃機関の制御装置の故障と判定される。
吸気弁制御装置に吸気弁の開弁タイミングを所定量だけ変更する変更制御を実行させた場合を考える。この場合において、吸気弁の開弁タイミングが実際に上記所定量だけ変化すれば（即ち、吸気弁制御装置が正常であれば）、変更制御実行前と変更制御実行後の前記燃焼割合の増大量の変化量は上記所定値に応じた或る値となる。一方、吸気弁の開弁タイミングが実際には上記所定量だけ変化しなければ（即ち、吸気弁制御装置が異常であれば）、変更制御実行前と変更制御実行後の前記燃焼割合の増大量の変化量は上記或る値よりも小さくなる。
上記構成は係る知見に基づくものである。これによれば、簡易な構成で内燃機関の制御装置の故障を精度よく検出することができる。
また、前記故障検出手段は、前記吸気弁制御装置に前記吸気弁の開弁タイミングを一定に維持する維持制御を実行させて、前記維持制御実行中における前記燃焼割合の増大量の変動の程度を利用して前記内燃機関の制御装置の故障（特に、前記吸気弁制御装置の故障）を検出するように構成されてもよい。具体的には、この場合、前記維持制御実行中における前記燃焼割合の増大量の変動の程度が所定の程度よりも大きい場合に前記内燃機関の制御装置の故障と判定される。
吸気弁制御装置に吸気弁の開弁タイミングを一定に維持する維持制御を実行させた場合を考える。この場合において、吸気弁の開弁タイミングが実際に一定に維持されていれば（即ち、吸気弁制御装置が正常であれば）、維持制御実行中における前記燃焼割合の増大量の変動の程度は小さい。一方、吸気弁の開弁タイミングが実際には一定に維持されていなければ（即ち、吸気弁制御装置が異常であれば）、維持制御実行中における前記燃焼割合の増大量の変化量は大きくなる。
上記構成は係る知見に基づくものである。これによっても、簡易な構成で内燃機関の制御装置の故障を精度よく検出することができる。
上記本発明に係る制御装置において、前記燃焼割合の増大量が増大量目標値となるように前記吸気弁制御装置に前記吸気弁の開弁タイミングを制御させる燃焼割合増大量制御を行う吸気弁制御手段を備えている場合、前記故障検出手段は、前記燃焼割合増大量制御中において前記燃焼割合の増大量の前記増大量目標値からのずれの程度が所定の程度よりも大きい場合に前記内燃機関の制御装置の故障（特に、前記吸気弁制御装置の故障）と判定するように構成されてもよい。
ここにおいて、「増大量目標値」は、一定値であってもよいし、運転状態（例えば、エンジン回転速度、筒内吸入空気量、負荷等）に応じた値であってもよい。また、燃焼割合増大量制御は、例えば、前記燃焼割合の増大量が増大量目標値よりも小さい場合には吸気弁の開弁タイミングを遅角し（即ち、オーバーラップ期間を短くし）、前記燃焼割合の増大量が増大量目標値よりも大きい場合には吸気弁の開弁タイミングを進角する（即ち、オーバーラップ期間を長くする）制御（フィードバック制御）を行うことで達成される。
上記燃焼割合増大量制御が通常行われる場合を考える。この場合、吸気弁制御装置が正常であれば、前記燃焼割合の増大量が増大量目標値に精度良く一致するように調整され得るから前記燃焼割合の増大量の増大量目標値からのずれの程度が小さくなる。一方、吸気弁制御装置が異常であれば、前記燃焼割合の増大量が増大量目標値に精度良く一致するように調整され得ないから前記燃焼割合の増大量の増大量目標値からのずれの程度が大きくなる。
上記構成は係る知見に基づくものである。上記燃焼割合増大量制御が行われる場合、これによっても、簡易な構成で吸気弁制御装置の故障を精度よく検出することができる。加えて、上記構成によれば、上記燃焼割合増大量制御中において内燃機関の制御装置の故障検出が可能となる。従って、内燃機関の制御装置の故障検出のために吸気弁の開弁タイミングの制御内容（制御態様）を変更する必要がない。
上記本発明に係る制御装置において、燃焼割合増大量制御を行う吸気弁制御手段を備えている場合、前記故障検出手段は、前記燃焼割合増大量制御中において前記増大量目標値が所定量だけ変更された場合において前記増大量目標値の変更前と変更後の前記燃焼割合の増大量の変化量を利用して前記内燃機関の制御装置の故障（特に、前記吸気弁制御装置の故障）を検出するように構成されてもよい。具体的には、この場合、前記前記燃焼割合の増大量の変化量が所定値未満の場合に前記内燃機関の制御装置の故障と判定される。
通常行われる上記燃焼割合増大量制御中において増大量目標値が所定量だけ変更された場合を考える。この場合、吸気弁制御装置が正常であれば、増大量目標値の変更前と変更後の前記燃焼割合の増大量の変化量が上記所定値と（略）等しい値となる。一方、吸気弁制御装置が異常であれば、増大量目標値の変更前と変更後の前記燃焼割合の増大量の変化量が上記所定値よりも小さくなる。
上記構成は係る知見に基づくものである。上記燃焼割合増大量制御が行われ且つ増大量目標値が運転状態に応じて変更される場合、これによっても、簡易な構成で内燃機関の制御装置の故障を精度よく検出することができる。加えて、上記構成によれば、上記燃焼割合増大量制御中において内燃機関の制御装置の故障検出が可能となる。従って、内燃機関の制御装置の故障検出のために吸気弁の開弁タイミングの制御内容（制御態様）を変更する必要がない。
上記本発明に係る制御装置において、前記吸気弁の開弁タイミングが開弁タイミング目標値となるように前記吸気弁制御装置に前記吸気弁の開弁タイミングを制御させる開弁タイミング制御を行う吸気弁制御手段を備えている場合、前記吸気弁制御手段は、前記故障検出手段により前記内燃機関の制御装置の故障としての前記吸気弁制御装置の故障と判定された場合、前記開弁タイミング制御に代えて、前記燃焼割合の増大量が増大量目標値となるように前記吸気弁制御装置に前記吸気弁の開弁タイミングを制御させる燃焼割合増大量制御を行うように構成されることが好適である。
ここにおいて、「開弁タイミング目標値」は、一定値であってもよいし、運転状態（例えば、エンジン回転速度、筒内吸入空気量、負荷等）に応じた値であってもよい。また、開弁タイミング制御は、例えば、吸気弁の開弁タイミングを検出するセンサ（カム回転角度センサ）の出力値から得られる吸気弁の開弁タイミング検出値が開弁タイミング目標値と一致するように制御（フィードバック制御）を行うことで達成される。
上記開弁タイミング制御が通常行われる場合において、前記故障検出手段により吸気弁制御装置の故障と判定され、且つ、その吸気弁制御装置の故障の原因が、上記カム回転角度センサの故障、吸気弁の開弁タイミングの変更に使用する油圧の低下等であった場合を考える。この場合、吸気弁の開弁タイミングを目標値に一致させる制御（即ち、上記開弁タイミング制御）の続行は困難となる一方、吸気弁の開弁タイミングを変更すること（従って、前記燃焼割合の増大量を調整すること）はなおも可能な場合が多い。
上記構成は、係る知見に基づく。これによれば、上記開弁タイミング制御が通常行われる場合において、上記カム回転角度センサの故障、吸気弁の開弁タイミングの変更に使用する油圧の低下等の吸気弁制御装置の故障が発生した場合、続行が困難な開弁タイミング制御に代えて実行可能な上記燃焼割合増大量制御が行われる。この結果、吸気弁制御装置の故障発生後も安定して内燃機関の運転を続行することが可能となる。
上記本発明に係る制御装置において、前記吸気弁制御装置に加えて前記内燃機関の排気弁の閉弁タイミングを少なくとも制御する排気弁制御装置（排気弁バルブタイミング可変機構）が備えられている場合であって、且つ、吸気弁の開弁タイミングが開弁タイミング目標値となるように前記吸気弁制御装置に前記吸気弁の開弁タイミングを制御させる上記開弁タイミング制御が行われ、且つ、前記排気弁の閉弁タイミングが閉弁タイミング目標値となるように前記排気弁制御装置に前記排気弁の閉弁タイミングを制御させる閉弁タイミング制御が行われる場合を考える。
この場合、吸気弁の上記開弁タイミング制御と排気弁の上記閉弁タイミング制御とが共に正常に行われることでオーバーラップ期間の制御（即ち、前記燃焼割合の増大量の制御）が適切に実行され得る。従って、前記故障検出手段は、前記吸気弁制御装置による吸気弁の開弁タイミングの制御及び前記排気弁制御装置による排気弁の閉弁タイミングの制御に伴って変化する前記前記燃焼割合の増大量を利用して前記内燃機関の制御装置の故障としての前記吸気弁制御装置の故障及び前記排気弁制御装置の故障を検出するように構成され得る。
係る構成において、前記故障検出手段により前記吸気弁制御装置の故障と判定された場合、前記排気弁制御手段は前記閉弁タイミング制御に代えて前記燃焼割合の増大量が増大量目標値となるように前記排気弁制御装置に前記排気弁の閉弁タイミングを制御させる燃焼割合増大量制御を行うように構成されることが好適である。この場合、前記吸気弁制御手段は前記開弁タイミング制御を中止することが好ましい。
吸気弁制御装置と排気弁制御装置のうち吸気弁制御装置のみの故障が検出された場合、吸気弁の上記開弁タイミング制御の続行は困難であるため、故障が検出されていない排気弁制御装置による排気弁の上記閉弁タイミング制御を続行してもオーバーラップ期間を適切に制御することはできない。しかしながら、排気弁制御装置を利用して排気弁の閉弁タイミングを変更することで前記燃焼割合の増大量を調整することはなおも可能である。上記構成は、係る知見に基づく。これによれば、吸気弁制御装置のみの故障が検出された場合、その後において排気弁制御装置を利用して燃焼割合増大量制御が実行され、この結果、安定して内燃機関の運転を続行することが可能となる。
同様に、前記故障検出手段により前記排気弁制御装置の故障と判定された場合、前記吸気弁制御手段は前記開弁タイミング制御に代えて前記燃焼割合の増大量が前記増大量目標値となるように前記吸気弁制御装置に前記吸気弁の開弁タイミングを制御させる燃焼割合増大量制御を行うように構成されることが好適である。この場合、前記排気弁制御手段は前記閉弁タイミング制御を中止することが好ましい。
吸気弁制御装置と排気弁制御装置のうち排気弁制御装置のみの故障が検出された場合、排気弁の上記閉弁タイミング制御の続行は困難であるため、故障が検出されていない吸気弁制御装置による吸気弁の上記開弁タイミング制御を続行してもオーバーラップ期間を適切に制御することはできない。しかしながら、吸気弁制御装置を利用して吸気弁の開弁タイミングを変更することで前記燃焼割合の増大量を調整することはなおも可能である。上記構成は、係る知見に基づく。これによれば、排気弁制御装置のみの故障が検出された場合、その後において吸気弁制御装置を利用して燃焼割合増大量制御が実行され、この結果、安定して内燃機関の運転を続行することが可能となる。
上記本発明に係る制御装置においては、前記故障検出手段は、前記内燃機関の負荷が所定の程度よりも小さい低負荷状態にある場合に前記故障を検出するように構成されることが好適である。上記低負荷状態では、吸気通路内の圧力が小さいから、上記残留既燃ガス量が大きい。残留既燃ガス量が大きいほど、オーバーラップ期間の変化に対する残留既燃ガス量の変化量が大きくなる傾向がある。
このことは、上記低負荷状態では、オーバーラップ期間の変化に対する前記燃焼割合の増大量の変化量が大きいことを意味する。従って、オーバーラップ期間の変化に伴って変化する前記燃焼割合の増大量を利用して吸気弁制御装置（及び排気弁制御装置）の故障を検出する前記故障検出手段が上記低負荷状態で故障の検出を行うと、その検出精度が高くなる。上記構成は係る知見に基づく。これによれば、吸気弁制御装置（及び排気弁制御装置）の故障の検出精度を高めることができる。
また、上記本発明に係る制御装置において、膨張行程中の所定のクランク角度における前記燃焼割合が燃焼割合目標値となるように点火装置による点火時期を制御する点火時期制御を行う点火時期制御手段を備えている場合、前記故障検出手段は、前記点火時期制御中における前記所定のクランク角度における燃焼割合と前記燃焼割合目標値との偏差に基づいて前記燃焼割合の増大量を取得するように構成され得る。
ここにおいて、「燃料割合目標値」は、一定値であってもよいし、運転状態（例えば、エンジン回転速度、筒内吸入空気量、負荷等）に応じた値であってもよい。また、点火時期制御は、例えば、前記所定のクランク角度における燃焼割合が燃焼割合目標値よりも小さい場合には点火時期を進角し、前記所定のクランク角度における燃焼割合が燃焼割合目標値よりも大きい場合には点火時期を遅角する制御（フィードバック制御）を行うことで達成される。

図１は、本発明の実施形態に係る制御装置を適用した内燃機関の概略図である。
図２は、膨張行程における燃焼割合のクランク角度に対する推移の一例を示したグラフである。
図３は、クランク角度に対する燃焼割合の増大特性と点火時期との関係を示したグラフである。
図４は、クランク角度に対する燃焼割合の増大特性と吸気弁の開弁タイミングとの関係を示したグラフである。
図５は、点火時期と所定クランク角度での燃焼割合との関係を示したグラフである。
図６は、吸気弁の開弁タイミングと所定クランク角度範囲における燃焼割合の増大量との関係を示したグラフである。
図７は、図１に示したＣＰＵが実行する燃焼割合の計算を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
図８は、図１に示したＣＰＵが実行する点火時期の制御（ＭＢＴ制御）を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
図９は、図１に示したＣＰＵが実行する吸気弁の開弁タイミングの制御（ΔＭＦＢ制御）を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
図１０は、図１に示したＣＰＵが実行する吸気弁制御装置の異常判定を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
図１１は、吸気弁制御装置の異常判定処理を説明するためのタイムチャートである。

以下、本発明による内燃機関の制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施形態による制御装置を火花点火式多気筒（４気筒）４サイクル内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０にガソリン混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排気ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３、及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これによりクランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を開閉駆動する吸気弁制御装置３３、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８、及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ（燃料噴射手段）３９を備えている。
吸気弁制御装置３３は、インテークカムシャフトとインテークカム（図示せず）との相対回転角度（位相角度）を油圧を用いて調整・制御する周知の構成の１つから構成されていて、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴ（開閉タイミング）を調整可能となっている。これにより、上記オーバーラップ期間が調整可能となっている。
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁４３、及びスロットル弁駆動手段を構成するＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４３ａを備えている。
排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１に接続されたエキゾーストパイプ（排気管）５２、エキゾーストパイプ５２に配設（介装）された上流側の三元触媒５３、及びこの第１触媒５３の下流のエキゾーストパイプ５２に配設（介装）された下流側の三元触媒５４を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１、及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、インテークカム回転角度センサ６３、クランクポジションセンサ６４、筒内圧力センサ６５、第１触媒５３の上流の排気通路に配設された空燃比センサ６６、第１触媒５３の下流であって第２触媒５４の上流の排気通路に配設された空燃比センサ６７、及びアクセル開度センサ６８を備えている。
熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量を検出し、質量流量Ｇａを表す信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁４３の開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。インテークカム回転角度センサ６３は、インテークカムの回転角度を検出し、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを表す信号を出力するようになっている。クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４の回転角度を検出し、エンジン回転速度ＮＥを表す信号を出力するようになっている。筒内圧力センサ６５は、燃焼室２５内の圧力を検出し、筒内圧力Ｐｃを表す信号を出力するようになっている。
上流側空燃比センサ６６、及び下流側空燃比センサ６７は、第１触媒５３の上下流の空燃比を検出し、その上下流の空燃比を表す信号をそれぞれ出力するようになっている。アクセル開度センサ６８は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を検出し、アクセルペダル８１の操作量Ａｃｃｐを表す信号を出力するようになっている。
電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。インターフェース７５は、前記センサ６１〜６８と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６８からの信号を供給するとともに、ＣＰＵ７１の指示に応じて吸気弁制御装置３３、イグナイタ３８、インジェクタ３９、及びスロットル弁アクチュエータ４３ａに駆動信号を送出するようになっている。
（燃焼割合の制御、及び燃焼割合の増大量の制御）
次に、上記のように構成された内燃機関１０の制御装置（以下、「本装置」と称呼する。）により行われる、燃焼割合ＭＦＢの制御、燃焼割合ＭＦＢの増大量ΔＭＦＢの制御について簡単に説明する。
本明細書では、吸気行程にて内燃機関１０の燃焼室２５に吸入された燃料の総量に対する、膨張行程中にて逐次増大していく（現時点までにおいて）燃焼した燃料の量の割合（％）を、「燃焼割合ＭＦＢ」と定義する。この燃焼割合ＭＦＢは、燃焼室２５内での燃料の燃焼による発熱量の現時点までの積算値にも相当する。
図２は、膨張行程における燃焼割合ＭＦＢのクランク角度ＣＡに対する推移の一例を示したグラフである。なお、図２では、点火プラグ３７の点火時期が圧縮上死点ＴＤＣ（クランク角度０°）の直前に設定された場合が示されている。
図２に示すように、膨張行程において、圧縮上死点ＴＤＣからのクランク角度ＣＡの進行に伴い、燃焼割合ＭＦＢは増大していく。ここで、クランク角度ＣＡに対する燃焼割合ＭＦＢの増大特性は、点火プラグ３７の点火時期（即ち、着火時期）ＳＡ、及び吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを調整することで制御され得る。
図３は、クランク角度ＣＡに対する燃焼割合ＭＦＢの増大特性と点火時期ＳＡとの関係を示したグラフである。図３から理解できるように、点火時期ＳＡを変更すると、燃焼割合ＭＦＢの増加開始時期は変化するが、燃焼割合ＭＦＢの増加勾配（燃焼速度）は変化しない。
図４は、クランク角度ＣＡに対する燃焼割合ＭＦＢの増大特性と吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴとの関係を示したグラフである。図４から理解できるように、（点火時期ＳＡを変更することなく）吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを変更すると、燃焼割合ＭＦＢの増加開始時期は変化しないが、燃焼割合ＭＦＢの増加勾配（燃焼速度）は変化する。具体的には、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを進角側に移行するほど燃焼割合ＭＦＢの増加勾配は小さくなる。これは以下の理由に基づく。
即ち、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを進角側に移行するとオーバーラップ期間が長くなる。オーバーラップ期間が長くなると、排気通路から排気弁３５を介して燃焼室２５内に戻る既燃ガスの量（即ち、上記残留既燃ガス量）が大きくなる。残留既燃ガス量が大きいほど、混合気の燃焼が不安定になること等に起因して膨張行程中における混合気の燃焼速度（従って、上記燃焼割合ＭＦＢの増加勾配）が小さくなる。
他方、本発明者は、圧縮上死点ＴＤＣ後の或るクランク角度α（一定）における燃焼割合ＭＦＢ（以下、「ＭＦＢα」と称呼する。）が或る値Ａ（一定）となるように点火時期ＳＡ（従って、着火時期）を制御すると（図２を参照）、燃焼効率（エネルギー効率）を大きい値に維持できることを既に見出している。
加えて、本発明者は、圧縮上死点ＴＤＣから圧縮上死点ＴＤＣ後の或るクランク角度β（＞α、一定）までのクランク角度範囲における燃焼割合の増大量ΔＭＦＢ（以下、「ΔＭＦＢβ」と称呼する。）が或る値Ｂ（＞Ａ、一定）となるように燃焼割合の増加勾配（従って、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴ）を制御すると（図２を参照）、排気ガス中のＨＣ量を小さい値に維持できるとともに出力トルクを大きくすることができることを既に見出している。以上のことは、特願２００６−１２７４０９号に詳細に記載されている。
ここで、図３から明らかなように、値ＭＦＢαは、図５に示すように、点火時期ＳＡを進角するほど大きくなる傾向がある。また、図４から明らかなように、値ΔＭＦＢβは、図６に示すように、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを進角するほど小さくなる傾向がある。本装置は、これらの傾向を利用して、値ＭＦＢαが値Ａとなるように点火時期ＳＡを制御する（前記点火時期制御に対応）とともに、値ΔＭＦＢβが値Ｂなるように吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを制御する（前記燃焼割合増大量制御に対応）。値ＭＦＢαを値Ａとするための点火時期ＳＡの制御は「ＭＢＴ制御」とも呼ばれ、値ΔＭＦＢβを値Ｂとするための吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴの制御は「ΔＭＦＢ制御」とも呼ばれる。
（実際の作動）
本装置は、通常、上記ＭＢＴ制御、及びΔＭＦＢ制御を実行する。加えて、本装置は、値ΔＭＦＢβを利用して吸気弁制御装置３３の故障を検出する。以下、ＭＢＴ制御、ΔＭＦＢ制御、並びに吸気弁制御装置３３の異常判定を行う際における本装置の実際の作動について、図７〜図１０に示したルーチン、並びに図１１に示したタイムチャートを参照しながら説明する。
ＣＰＵ７１は、図７にフローチャートにより示した燃焼割合ＭＦＢの計算を行うルーチンを、所定の微小クランク角度ΔＣＡの進行毎に、気筒毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、任意の気筒について、ＣＰＵ７１はステップ７００から処理を開始してステップ７０５に進み、膨張行程中であるか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ７９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
一方、膨張行程中である場合、ＣＰＵ７１はステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１０に進み、筒内圧力サンプル値Ｐｃ（Ｎ）を、筒内圧力センサ６５から得られる現時点での筒内圧力Ｐｃの値に設定・記憶する。ここで、引数Ｎ（Ｎ＝１，２，…）は、膨張行程開始後、最初にステップ７１０が実行される時点（即ち、圧縮上死点ＴＤＣの直後の時点）にて「１」に設定され、その後、ステップ７１０が実行される毎に（即ち、微小クランク角度ΔＣＡの進行毎に）「１」ずつインクリメントされていく。即ち、引数Ｎは膨張行程中におけるクランク角度ＣＡに応じた値になるとともに、現時点までにおいてデータが記憶されている筒内圧力サンプル値Ｐｃ（Ｎ）の個数を表す。
続いて、ＣＰＵ７１はステップ７１５に進んで、膨張行程終了直前であるか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ７９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。即ち、膨張行程中では、ステップ７１０が繰り返し実行されていく。この結果、筒内圧力サンプル値Ｐｃ（Ｎ）（Ｎ＝１，２，…）が圧縮上死点ＴＤＣからのクランク角度ＣＡの微小クランク角度ΔＣＡ毎の進行に対応しながら順に記憶されていく。換言すれば、膨張行程中に亘って、圧縮上死点ＴＤＣからのクランク角度ＣＡに対する筒内圧力Ｐｃの推移が記憶されていく。
膨張行程終了直前になると、ＣＰＵ７１はステップ７１５に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進み、多数の筒内圧力サンプル値Ｐｃ（Ｎ）（Ｎ＝１，２，…）から（即ち、膨張行程中に亘る筒内圧力Ｐｃの推移から）、周知の手法の１つを利用して、燃焼割合サンプル値ＭＦＢ（Ｎ）（Ｎ＝１，２，…）をそれぞれ求める。換言すれば、膨張行程における燃焼割合ＭＦＢのクランク角度ＣＡに対する推移（図２を参照）が求められる。
次に、ＣＰＵ７１はステップ７２５に進んで、多数の燃焼割合サンプル値ＭＦＢ（Ｎ）（Ｎ＝１，２，…）から、今回の膨張行程における値ＭＦＢα、及び値ΔＭＦＢβをそれぞれ計算し、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このようにして、膨張行程終了毎に、値ＭＦＢα、及び値ΔＭＦＢβがそれぞれ計算・更新されていく。以上、図７のルーチンが前記燃焼割合取得手段に対応する。
また、ＣＰＵ７１は、図８にフローチャートにより示した点火時期ＳＡの制御（ＭＢＴ制御）を行うルーチンを、図７のルーチンの実行に同期して、気筒毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、任意の気筒について、ＣＰＵ７１はステップ８００から処理を開始してステップ８０５に進み、点火時期ＳＡの設定・更新時期が到来したか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ８９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。点火時期ＳＡの設定・更新時期は、例えば、膨張行程終了直後（即ち、図７のステップ７２５の処理による値ＭＦＢαの更新直後）等である。
点火時期ＳＡの設定・更新時期が到来した場合、ＣＰＵ７１はステップ８０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８１０に進み、ステップ７２５にて更新されている値ＭＦＢαの最新値が値Ａ（図２を参照）よりも大きいか否かを判定し、「Ｙｅｓ」と判定する場合（ＭＦＢα＞Ａ）、ステップ８１５に進み、点火時期ＳＡを現時点での時期から所定の微小クランク角度だけ遅角してステップ８３０に進む。
一方、ステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定する場合（ＭＦＢα≦Ａ）、ＣＰＵ７１はステップ８２０に進み、上記値ＭＦＢαの最新値が値Ａよりも小さいか否かを判定し、「Ｙｅｓ」と判定する場合（ＭＦＢα＜Ａ）、ステップ８２５に進み、点火時期ＳＡを現時点での時期から所定の微小クランク角度だけ進角してステップ８３０に進む。ステップ８２０にて「Ｎｏ」と判定する場合（ＭＦＢα＝Ａ）、ＣＰＵ７１は点火時期ＳＡを現時点での時期から変更することなくステップ８３０に直ちに進む。
ＣＰＵ７１はステップ８３０に進むと、次の膨張行程において点火時期ＳＡにて点火プラグ３７が点火するように点火プラグ３７（実際には、イグナイタ３８）に制御指示を行い、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
これにより、ＭＦＢα＞Ａの場合、点火時期ＳＡが遅角されるから、次の膨張行程において値ＭＦＢαが小さくされる（図５を参照）。一方、ＭＦＢα＜Ａの場合、点火時期ＳＡが進角されるから、次の膨張行程において値ＭＦＢαが大きくされる（図５を参照）。これにより、値ＭＦＢαが値Ａと一致するように点火時期ＳＡが制御されていく。即ち、ＭＢＴ制御が実行されていく。
また、ＣＰＵ７１は、図９にフローチャートにより示した吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴの制御（ΔＭＦＢ制御）を行うルーチンを、図８のルーチンの実行に同期して、気筒毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、任意の気筒について、ＣＰＵ７１はステップ９００から処理を開始してステップ９０５に進み、フラグＦ＝０であるか否かを判定する。
ここで、フラグＦは、その値が「１」のとき後述する吸気弁制御装置３３の異常判定処理が実行中であることを示し、その値が「０」のとき同異常判定処理が実行中でないことを示す。従って、吸気弁制御装置３３の異常判定処理が実行中である場合（Ｆ＝１）、ＣＰＵ７１はステップ９０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
吸気弁制御装置３３の異常判定処理が実行中でない場合（Ｆ＝０）、ＣＰＵ７１はステップ９０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９１０に進み、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴの設定・更新時期が到来したか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ９９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴの設定・更新時期は、例えば、膨張行程終了直後（即ち、図７のステップ７２５の処理による値ΔＭＦＢβの更新直後）等である。
吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴの設定・更新時期が到来した場合、ＣＰＵ７１はステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９１５に進み、ステップ７２５にて更新されている値ΔＭＦＢβの最新値が値Ｂ（図２を参照）よりも大きいか否かを判定し、「Ｙｅｓ」と判定する場合（ΔＭＦＢβ＞Ｂ）、ステップ９２０に進み、吸気弁制御装置３３に対して吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを現時点での時期から所定の微小クランク角度だけ進角指示し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
一方、ステップ９１５にて「Ｎｏ」と判定する場合（ΔＭＦＢβ≦Ｂ）、ＣＰＵ７１はステップ９２５に進み、上記値ΔＭＦＢβの最新値が値Ｂよりも小さいか否かを判定し、「Ｙｅｓ」と判定する場合（ΔＭＦＢβ＜Ｂ）、ステップ９３０に進み、吸気弁制御装置３３に対して吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを現時点での時期から所定の微小クランク角度だけ遅角指示し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。ステップ９２５にて「Ｎｏ」と判定する場合（ΔＭＦＢβ＝Ｂ）、ＣＰＵ７１は吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを現時点での時期から変更することなくステップ９９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
これにより、ΔＭＦＢβ＞Ｂの場合、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴが進角されるから、次の膨張行程において値ΔＭＦＢβが小さくされる（図６を参照）。一方、ΔＭＦＢβ＜Ｂの場合、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴが遅角されるから、次の膨張行程において値ΔＭＦＢβが大きくされる（図６を参照）。これにより、吸気弁制御装置３３の異常判定処理が実行中でない場合（Ｆ＝０）において、値ΔＭＦＢβが値Ｂと一致するように吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴが制御されていく。即ち、ΔＭＦＢ制御が実行されていく。以上、図９のルーチンが前記「燃焼割合増大量制御を行う吸気弁制御手段」に対応する。
また、ＣＰＵ７１は、図１０にフローチャートにより示した吸気弁制御装置３３の異常判定を行うルーチンを、図９のルーチンの実行に同期して、気筒毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、任意の気筒について、ＣＰＵ７１はステップ１０００から処理を開始してステップ１００２に進み、フラグＦ＝０であるか否かを判定する。
いま、Ｆ＝０である（吸気弁制御装置３３の異常判定処理が実行中でない）ものとして説明を続ける。この場合、ＣＰＵ７１はステップ１００２にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１００４に進み、吸気弁制御装置３３の異常判定開始条件が成立したか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ１０９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
この異常判定開始条件は、例えば、エンジン回転速度ＮＥが所定値以下であって且つアクセルペダル操作量Ａｃｃｐが所定値以下である所定の低負荷状態であり、且つ、現時点から所定時間前から現時点までの間におけるエンジン回転速度ＮＥの変動幅及びアクセルペダル操作量Ａｃｃｐの変動幅が共に所定値以下である所定の定常運転状態であり、且つ、前回の吸気弁制御装置３３の異常判定開始条件の成立時点から所定時間以上経過している場合に成立する。
いま、この異常判定開始条件が成立したものとして説明を続けると（図１１の時刻ｔ１を参照）、ＣＰＵ７１はステップ１００４に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ１００６に進み、フラグＦの値を「０」から「１」に変更し、続くステップ１００８にて、吸気弁制御装置３３に対して吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを現時点での時期に固定する指示を行う。
これにより、吸気弁制御装置３３が正常であれば、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴが時刻ｔ１での時期に固定され、吸気弁制御装置３３が異常であれば、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴが時刻ｔ１での時期に固定され得ない場合がある。なお、以降、フラグＦ＝０となるから、図９のルーチンによるΔＭＦＢ制御が中断される。
続いて、ＣＰＵ７１はステップ１０１０に進み、フラグＧ＝０であるか否かを判定する。ここで、フラグＧは、後述するように、吸気弁制御装置３３の異常判定を行うために吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを所定量だけ変更指示する変更制御（図１１の時刻ｔ２を参照）を行う際に必要となるフラグであり、図１１の時刻ｔ１〜ｔ２はフラグＧ＝０に対応し、図１１の時刻ｔ２〜ｔ３はフラグＧ＝１に対応する。
いま、フラグＧ＝０であるものとすると、ＣＰＵ７１はステップ１０１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０１２に進み、図７のステップ７２５における値ΔＭＦＢβの更新毎（即ち、膨張行程終了毎）に、ΔＭＦＢβのサンプル値ΔＭＦＢ１（Ｍ１）を、更新された最新値ΔＭＦＢβに設定・記憶する。ここで、引数Ｍ１（Ｍ１＝１，２，…）は、異常判定開始条件成立後（ステップ１００４にて「Ｙｅｓ」）、ステップ１０１２にて最初にサンプル値ΔＭＦＢ１（Ｍ１）が設定・記憶される時点（即ち、図１１の時刻ｔ１の直後の時点）にて「１」に設定され、その後、サンプル値ΔＭＦＢ１（Ｍ１）が新たに設定・記憶される毎に（即ち、膨張行程終了毎に）「１」ずつインクリメントされていく。このように、引数Ｍ１は、現時点までにおいてデータが記憶されているサンプル値ΔＭＦＢ１（Ｍ１）の個数を表す。
続いて、ＣＰＵ７１はステップ１０１４に進んで、引数Ｍ１が所定値Ｍ１ｒｅｆに到達したか否か（即ち、サンプル値ΔＭＦＢ１（Ｍ１）の個数がＭ１ｒｅｆに到達したか否か）を判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ１０９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
以降、引数Ｍ１が値Ｍ１ｒｅｆに到達するまでの間、ＣＰＵ７１はステップ１００２（「Ｎｏ」と判定）、１０１０（「Ｙｅｓ」と判定）、１０１２、１０１４（「Ｎｏ」と判定）の処理を繰り返し実行する。この結果、サンプル値ＭＦＢ１（Ｍ１）（Ｍ１＝１，２，…）が膨張行程終了毎に順に記憶されていく（図１１の時刻ｔ１〜ｔ２の間の多数のドットを参照）。換言すれば、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴが図１１の時刻ｔ１での時期に固定された状態（吸気弁制御装置３３が異常の場合はその限りでない）で、図１１の時刻ｔ１〜ｔ２の間に亘る値ＭＦＢβの推移が記憶されていく。
引数Ｍ１が値Ｍ１ｒｅｆに到達すると（図１１の時刻ｔ２を参照）、ＣＰＵ７１はステップ１０１４に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０１６に進み、Ｍ１ｒｅｆ個のサンプル値ＭＦＢ１（Ｍ１）（Ｍ１＝１，２，…，Ｍ１ｒｅｆ）に関する、平均値ａｖｅ１（ΔＭＦＢ１（Ｍ１））と標準偏差σ１（ΔＭＦＢ１（Ｍ１））を計算する。
続いて、ＣＰＵ７１はステップ１０１８に進み、フラグＧの値を「０」から「１」に変更し、続くステップ１０２０にて、吸気弁制御装置３３に対して吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを現時点での時期から所定クランク角度だけ遅角して固定する指示を行う。これにより、吸気弁制御装置３３が正常であれば、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴが前記所定クランク角度だけ遅角して固定され（図１１の時刻ｔ２以降の実線を参照）、吸気弁制御装置３３が異常であれば、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴが変化しない、若しくは、開弁タイミングＶＶＴの遅角量が前記所定クランク角度よりも小さくなる（図１１の時刻ｔ２以降の２点鎖線を参照）。
以降、フラグＧ＝１となっているから、ＣＰＵ７１はステップ１０１０に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ１０２２に進むようになる。ＣＰＵ７１はステップ１０２２に進むと、ステップ１０１２と同様、図７のステップ７２５における値ΔＭＦＢβの更新毎（即ち、膨張行程終了毎）に、ΔＭＦＢβのサンプル値ΔＭＦＢ２（Ｍ２）を、更新された最新値ΔＭＦＢβに設定・記憶する。ここで、引数Ｍ２（Ｍ２＝１，２，…）は、引数Ｍ１が値Ｍ１ｒｅｆに到達後（ステップ１０１４にて「Ｙｅｓ」）、ステップ１０２２にて最初にサンプル値ΔＭＦＢ２（Ｍ２）が設定・記憶される時点（即ち、図１１の時刻ｔ２の直後の時点）にて「１」に設定され、その後、サンプル値ΔＭＦＢ２（Ｍ２）が新たに設定・記憶される毎に（即ち、膨張行程終了毎に）「１」ずつインクリメントされていく。このように、引数Ｍ２は、現時点までにおいてデータが記憶されているサンプル値ΔＭＦＢ２（Ｍ２）の個数を表す。
続いて、ＣＰＵ７１はステップ１０２４に進んで、引数Ｍ２が所定値Ｍ２ｒｅｆに到達したか否か（即ち、サンプル値ΔＭＦＢ２（Ｍ２）の個数がＭ２ｒｅｆに到達したか否か）を判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ１０９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
以降、引数Ｍ２が値Ｍ２ｒｅｆに到達するまでの間、ＣＰＵ７１はステップ１００２（「Ｎｏ」と判定）、１０１０（「Ｎｏ」と判定）、１０２２、１０２４（「Ｎｏ」と判定）の処理を繰り返し実行する。この結果、サンプル値ＭＦＢ２（Ｍ２）（Ｍ２＝１，２，…）が膨張行程終了毎に順に記憶されていく（図１１の時刻ｔ２〜ｔ３の間の多数のドットを参照）。換言すれば、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴが図１１の時刻ｔ２の直後での時期に固定された状態（吸気弁制御装置３３が異常の場合はその限りでない）で、図１１の時刻ｔ２〜ｔ３の間に亘る値ＭＦＢβの推移が記憶されていく。
引数Ｍ２が値Ｍ２ｒｅｆに到達すると（図１１の時刻ｔ３を参照）、ＣＰＵ７１はステップ１０２４に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０２６に進み、Ｍ２ｒｅｆ個のサンプル値ＭＦＢ２（Ｍ２）（Ｍ２＝１，２，…，Ｍ２ｒｅｆ）に関する、平均値ａｖｅ２（ΔＭＦＢ２（Ｍ２））と標準偏差σ２（ΔＭＦＢ２（Ｍ２））を計算する。
続いて、ＣＰＵ７１はステップ１０２８に進んで、ΔＭＦＢβの変化量Δａｖｅを、ステップ１０２６にて計算された平均値ａｖｅ２からステップ１０１６にて計算された平均値ａｖｅ１を減じて得られる値（ａｖｅ２−ａｖｅ１）に設定する。
ここで、ΔＭＦＢβの変化量Δａｖｅについて説明する。上述したように、値ΔＭＦＢβは、上記残留既燃ガス量（従って、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴ）に強く依存し、値ΔＭＦＢβは、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴが遅角側であるほど大きくなる。従って、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴが時刻ｔ２において実際に上記所定クランク角度だけ変化（遅角）していれば（即ち、吸気弁制御装置３３が正常であれば）（図１１の時刻ｔ２以降の実線を参照）、ΔＭＦＢβの変化量Δａｖｅ（＝ａｖｅ２−ａｖｅ１）は上記所定クランク角度に応じた値となる。この値は値Ｃ（図１１の太い矢印を参照）よりも大きいものとする。一方、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴが実際には上記所定クランク角度だけ変化しなければ（即ち、吸気弁制御装置が異常であれば）（図１１の時刻ｔ２以降の２点鎖線を参照）、ΔＭＦＢβの変化量Δａｖｅ（＝ａｖｅ２’−ａｖｅ１）は上記値Ｃよりも小さい値となり得る。
次いで、ＣＰＵ７１はステップ１０３０に進み、ΔＭＦＢβの変化量Δａｖｅが値Ｃよりも小さいか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ１０３４に直ちに進む。一方、「Ｙｅｓ」と判定する場合、ステップ１０３２に進み、吸気弁制御装置３３に「異常１」が発生していると判定し、ステップ１０３４に進む。この「異常１」は、図１１の時刻ｔ２の直後にて吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴが実際には上記所定クランク角度だけ変化し得ない場合に対応する吸気弁制御装置３３の異常を表す。この「異常１」は、例えば、インテークカムシャフトとインテークカムとの相対回転時の摩擦力が異常に大きくなるような異常（吸気弁制御装置３３のメカ的なロック）が発生している場合等に対応する。
ＣＰＵ７１はステップ１０３４に進むと、標準偏差σ１が所定値Ｄよりも大きいか否か、又は、標準偏差σ２が同所定値Ｄよりも大きいか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合（即ち、σ１，σ２＜Ｄ）、ステップ１０３８に直ちに進む。一方、「Ｙｅｓ」と判定する場合、ステップ１０３６に進み、吸気弁制御装置３３に「異常２」が発生していると判定し、ステップ１０３８に進む。この「異常２」は、図１１の時刻ｔ１〜ｔ２、或いは、時刻ｔ２〜ｔ３において、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴが固定指示されているにもかかわらず実際には変動して値ΔＭＦＢβのばらつきが大きくなることに起因して標準偏差σ１，σ２が大きくなる場合に対応する吸気弁制御装置３３の異常を表す。この「異常２」は、例えば、インテークカムシャフトとインテークカムとを相対回転させる駆動源となる油圧が低下している場合等に対応する。
ＣＰＵ７１はステップ１０３８に進むと、フラグＦ，Ｇの値を共に「１」から「０」に戻し、続くステップ１０４０にて吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴの固定指示を解除した後、ステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以降、フラグＦ＝０となるから、ステップ１００２にて「Ｙｅｓ」と再び判定されて、ステップ１００４にて吸気弁制御装置３３の異常判定開始条件が成立しているか否かが再びモニタされるようになる。加えて、フラグＦ＝０となるから、図９のルーチンによるΔＭＦＢ制御が再開される。以上、図１０のルーチンが前記故障検出手段に対応する。
以上、説明したように、本発明による内燃機関の制御装置の実施形態によれば、通常、膨張行程中の所定クランク角度αにおける燃焼割合（値ＭＦＢα）が目標値（値Ａ）となるように点火時期ＳＡを制御するとともに（ＭＢＴ制御）、膨張行程中における所定クランク角度範囲βにおける燃焼割合の増大量（値ΔＭＦＢβ）が増大量目標値（値Ｂ）となるように吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを制御する（ΔＭＦＢ制御、前記「燃焼割合増大量制御」）。
所定の低負荷状態であることを含む所定の条件が成立すると、（ΔＭＦＢ制御に代えて）吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを固定指示する維持制御が実行された後に同開弁タイミングＶＶＴを所定量だけ変更（遅角）指示する変更制御が実行され、その後に同開弁タイミングＶＶＴを再度固定指示する維持制御が実行される。この変更制御実行前の維持制御中の値ΔＭＦＢβ（の多数のサンプル値ΔＭＦＢ１（Ｍ１）の平均値ａｖｅ１）と変更制御実行後の維持制御中の値ΔＭＦＢβ（の多数のサンプル値ΔＭＦＢ２（Ｍ２）の平均値ａｖｅ２）との変化量Δａｖｅ（＝ａｖｅ２−ａｖｅ１）を利用して、変化量Δａｖｅ（＝ａｖｅ２−ａｖｅ１）が所定値Ｃ未満の場合に、吸気弁制御装置３３の「異常１」と判定される。この「異常１」は、例えば、吸気弁制御装置３３のメカ的なロック等の故障に対応する。
加えて、前記変更制御実行前の維持制御中における値ΔＭＦＢβの変動の程度（多数のサンプル値ΔＭＦＢ１（Ｍ１）の標準偏差σ１）と、前記変更制御実行後の維持制御中における値ΔＭＦＢβの変動の程度（多数のサンプル値ΔＭＦＢ２（Ｍ２）の標準偏差σ２）とを利用して、標準偏差σ１又はσ２が所定値Ｄよりも大きい場合に、吸気弁制御装置３３の「異常２」と判定される。この「異常２」は、例えば、インテークカムシャフトとインテークカムとを相対回転させる駆動源となる油圧が低下している場合等の故障に対応する。
これらの故障判定は、値ΔＭＦＢβが上記残留既燃ガス量（従って、前記オーバーラップ期間、即ち、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴ）に強く依存し、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴが遅角側であるほど値ΔＭＦＢβが大きくなることに基づくものである。このように、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴに強く依存する値ΔＭＦＢβを利用して吸気弁制御装置３３の異常が判定されるから、吸気弁制御装置３３の異常（故障）を精度良く検出することができる。
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、吸気弁制御装置３３の異常判定処理実行中（Ｆ＝１）ではΔＭＦＢ制御に代えて前記維持制御、前記変更制御が実行されているが、ΔＭＦＢ制御中において、ΔＭＦＢβ（燃焼割合の増大量）の値Ｂ（増大量目標値）からのずれ量が所定値よりも大きい場合に吸気弁制御装置３３の「異常」と判定してもよい。この場合、図１０のルーチンを省略し、且つ、図９のルーチンにおいて、ステップ９０５を省略し、ステップ９２０、９３０とステップ９９５との間に、「｜ΔＭＦＢβ−Ｂ｜＞値Ｅの場合に異常と判定」というステップを挿入すればよい。
また、上記実施形態においては、ΔＭＦＢ制御中において値ΔＭＦＢβの目標値である値Ｂ（増大量目標値）が一定とされているが、運転状態（例えば、吸入空気（質量）流量Ｇａ、エンジン回転速度ＮＥ等）に応じて値Ｂを変更してもよい。このように、ΔＭＦＢ制御中において値Ｂが運転状態に応じて変更される場合、ΔＭＦＢ制御中において、値Ｂ（増大量目標値）が所定量だけ変更された場合において値Ｂの変更前と変更後の値ΔＭＦＢβの変化量が上記所定量未満（或いは、所定量よりも若干小さい値未満）の場合に吸気弁制御装置３３の「異常」と判定してもよい。
また、上記実施形態においては、通常、燃焼割合の増大量（値ΔＭＦＢβ）が増大量目標値（値Ｂ）となるように吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを制御する（ΔＭＦＢ制御）が実行されているが、通常、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴの目標値ＶＶＴｔ（開弁タイミング目標値）を運転状態（例えば、吸入空気（質量）流量Ｇａ、エンジン回転速度ＮＥ等）に基づいて決定し、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを目標値ＶＶＴｔとなるように制御する「ＶＶＴ制御」が実行されてもよい。このＶＶＴ制御は、例えば、インテークカム回転角度センサ６３から得られる吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴの検出値が目標値ＶＶＴｔと一致するようにフィードバック制御することで達成される。
このように、通常、ＶＶＴ制御が実行される場合において、例えば、図１０のルーチンの実行等により吸気弁制御装置３３の異常が検出され、且つ、その異常の原因がインテークカム回転角度センサ６３の異常、インテークカムシャフトとインテークカムとを相対回転させる駆動源となる油圧の低下等の異常に基づく場合、ＶＶＴ制御に代えて上述したΔＭＦＢ制御が実行されてもよい。これは、吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを変更すること（従って、値ΔＭＦＢβを調整すること）はなおも可能であることに基づく。この場合における値ΔＭＦＢβの目標値Ｂは、上記実施形態と同じ値であってもよいし、吸気弁制御装置３３の異常検出時点での値ΔＭＦＢβと等しい値（一定）であってもよい。これにより、吸気弁制御装置３３の故障発生後も安定して内燃機関の運転を続行することが可能となる。
また、上記実施形態においては、排気弁３５側には、吸気弁制御装置３３に相当する装置が採用されていないが、排気弁３５の閉弁タイミング（開閉タイミング）を調整・制御する排気弁制御装置が備えられてもよい。この場合、通常、吸気弁３２側にて上記ＶＶＴ制御が実行されるとともに排気弁３５側にも吸気弁３２側と同様のＶＶＴ制御（排気弁３５の閉弁タイミングを目標値と一致させる制御）が実行される装置が考えられる。
この装置では、吸気弁３２側についての図１０のルーチンの実行により吸気弁制御装置３３の異常が検出され得るとともに、排気弁３５側についての図１０のルーチンと同様のルーチン（図示せず）の実行により排気弁制御装置の異常も検出され得る。
この装置において、吸気弁３２側及び排気弁３２側について上記ＶＶＴ制御が共に実行されている場合において、吸気弁制御装置３３の異常が検出された場合、吸気弁３２側の上記ＶＶＴ制御を中断する（吸気弁３２の開弁タイミングＶＶＴを固定する）とともに、排気弁３５側について上記ＶＶＴ制御に代えて上記ΔＭＦＢと同様のΔＭＦＢ制御（値ΔＭＦＢβを目標値Ｂとする制御）が実行されてもよい。これは、吸気弁制御装置３３が故障しても排気弁制御装置のみを利用してΔＭＦＢ制御が継続し得ることに基づく。この場合における値ΔＭＦＢβの目標値Ｂは、上記実施形態と同じ値であってもよいし、吸気弁制御装置３３の異常検出時点での値ΔＭＦＢβと等しい値（一定）であってもよい。これにより、吸気弁制御装置３３の故障発生後も安定して内燃機関の運転を続行することが可能となる。
同様に、この装置において、吸気弁３２側及び排気弁３２側について上記ＶＶＴ制御が共に実行されている場合において、排気弁制御装置の異常が検出された場合、排気弁３５側の上記ＶＶＴ制御を中断する（排気弁３５の閉弁タイミングを固定する）とともに、吸気弁３２側について上記ＶＶＴ制御に代えて上記ΔＭＦＢ制御（値ΔＭＦＢβを目標値Ｂとする制御）が実行されてもよい。これは、排気弁制御装置が故障しても吸気弁制御装置３３のみを利用してΔＭＦＢ制御が継続し得ることに基づく。この場合における値ΔＭＦＢβの目標値Ｂは、上記実施形態と同じ値であってもよいし、排気弁制御装置の異常検出時点での値ΔＭＦＢβと等しい値（一定）であってもよい。これにより、排気弁制御装置の故障発生後も安定して内燃機関の運転を続行することが可能となる。
また、上記実施形態においては、吸気弁制御装置３３は吸気弁３２の開閉タイミングのみを調整可能に構成されているが、吸気弁制御装置３３は吸気弁３２の開閉タイミングに加えて吸気弁３２の最大リフト量をも調整可能に構成されてもよい。
また、上記実施形態においては、図９のルーチンの実行により、ΔＭＦＢ制御（値ΔＭＦＢβを目標値Ｂとする制御）が実行されているが、偏差（Ｂ−ΔＭＦＢβ）についてＰＩＤ制御することでΔＭＦＢ制御を実行してもよい。同様に、上記実施形態においては、図８のルーチンの実行により、ＭＢＴ制御（値ＭＦＢαを目標値Ａとする制御）が実行されているが、偏差（Ａ−ＭＦＢα）についてＰＩＤ制御することでＭＢＴ制御を実行してもよい。
また、上記実施形態においては、ＭＢＴ制御中において値ＭＦＢαの目標値Ａが一定とされているが、運転状態（例えば、吸入空気（質量）流量Ｇａ、エンジン回転速度ＮＥ等）に応じて値Ａを変更してもよい。
また、上記実施形態においては、上記変化量Δａｖｅを利用して吸気弁制御装置３３の「異常１」が判定され、上記標準偏差σ１，σ２を利用して吸気弁制御装置３３の「異常２」が判定されているが、「異常１」と「異常２」の何れか一方のみが判定されてもよい。
また、上記実施形態においては、図１０のステップ１０３２及びステップ１０３６にて吸気弁制御装置３３に異常が発生していると判定されているが、内燃機関１０の制御装置に異常が発生していると判定されてもよい。この「内燃機関１０の制御装置の異常」には、例えば、前記燃焼割合取得手段の異常（具体的には、筒内圧力センサ６５の異常、図７のステップ７２０における燃焼割合ＭＦＢの計算そのものの異常等）、点火装置の異常（具体的には、点火プラグ３７及びイグナイタ３８の異常）、燃料噴射装置の異常（具体的には、インジェクタ３９の異常）等が含まれる。
加えて、上記実施形態においては、図７のステップ７２０にて計算された燃焼割合サンプル値ＭＦＢ（Ｎ）からステップ７２５にて燃焼割合の増大量ΔＭＦＢβが算出されているが、同ステップ７２５にて算出された燃焼割合ＭＦＢα（前記「所定のクランク角度における燃焼割合」に対応）と、値Ａ（前記「燃焼割合目標値」に対応）との偏差に基づいて、周知の手法の１つを利用して燃焼割合の増大量ΔＭＦＢβを算出するように構成することもできる。

Claims (11)

1. 内燃機関の吸気弁の開弁タイミングを少なくとも制御する吸気弁制御装置を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記吸気弁の開弁タイミングが開弁タイミング目標値となるように前記吸気弁制御装置に前記吸気弁の開弁タイミングを制御させる開弁タイミング制御を行う吸気弁制御手段と、
   吸気行程にて前記内燃機関の燃焼室に吸入された燃料の総量に対する膨張行程中にて逐次増大していく燃焼した燃料の量の割合である燃焼割合のクランク角度に対する推移を取得する燃焼割合取得手段と、
   前記吸気弁制御装置による吸気弁の開弁タイミングの制御に伴って変化する前記膨張行程中における所定クランク角度範囲における前記燃焼割合の増大量を利用して前記吸気弁制御装置の故障を検出する故障検出手段と、
   を備え、
   前記吸気弁制御手段は、
   前記故障検出手段により前記吸気弁制御装置の故障と判定された場合、前記開弁タイミング制御に代えて、前記燃焼割合の増大量が増大量目標値となるように前記吸気弁制御装置に前記吸気弁の開弁タイミングを制御させる燃焼割合増大量制御を行うように構成された内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の吸気弁の開弁タイミングを少なくとも制御する吸気弁制御装置と、
   前記内燃機関の排気弁の閉弁タイミングを少なくとも制御する排気弁制御装置と、
   を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記吸気弁の開弁タイミングが開弁タイミング目標値となるように前記吸気弁制御装置に前記吸気弁の開弁タイミングを制御させる開弁タイミング制御を行う吸気弁制御手段と、
   前記排気弁の閉弁タイミングが閉弁タイミング目標値となるように前記排気弁制御装置に前記排気弁の閉弁タイミングを制御させる閉弁タイミング制御を行う排気弁制御手段と、
   吸気行程にて前記内燃機関の燃焼室に吸入された燃料の総量に対する膨張行程中にて逐次増大していく燃焼した燃料の量の割合である燃焼割合のクランク角度に対する推移を取得する燃焼割合取得手段と、
   前記吸気弁制御装置による吸気弁の開弁タイミングの制御及び前記排気弁制御装置による排気弁の閉弁タイミングの制御に伴って変化する前記膨張行程中における所定クランク角度範囲における前記燃焼割合の増大量を利用して前記吸気弁制御装置の故障及び前記排気弁制御装置の故障を検出する故障検出手段と、
   を備え、
   前記故障検出手段により前記吸気弁制御装置の故障と判定された場合、前記排気弁制御手段は前記閉弁タイミング制御に代えて前記燃焼割合の増大量が増大量目標値となるように前記排気弁制御装置に前記排気弁の閉弁タイミングを制御させる燃焼割合増大量制御を行うように構成され、
   前記故障検出手段により前記排気弁制御装置の故障と判定された場合、前記吸気弁制御手段は前記開弁タイミング制御に代えて前記燃焼割合の増大量が前記増大量目標値となるように前記吸気弁制御装置に前記吸気弁の開弁タイミングを制御させる燃焼割合増大量制御を行うように構成された内燃機関の制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記故障検出手段は、
   前記吸気弁制御装置に前記吸気弁の開弁タイミングを所定量だけ変更する変更制御を実行させて、前記変更制御実行前と前記変更制御実行後の前記燃焼割合の増大量の変化量を利用して前記吸気弁制御装置の故障を検出するように構成された内燃機関の制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記故障検出手段は、
   前記燃焼割合の増大量の変化量が所定値未満の場合に前記吸気弁制御装置の故障と判定するように構成された内燃機関の制御装置。
5. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記故障検出手段は、
   前記吸気弁制御装置に前記吸気弁の開弁タイミングを一定に維持する維持制御を実行させて、前記維持制御実行中における前記燃焼割合の増大量の変動の程度を利用して前記吸気弁制御装置の故障を検出するように構成された内燃機関の制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記故障検出手段は、
   前記維持制御実行中における前記燃焼割合の増大量の変動の程度が所定の程度よりも大きい場合に前記吸気弁制御装置の故障と判定するように構成された内燃機関の制御装置。
7. 内燃機関の吸気弁の開弁タイミングを少なくとも制御する吸気弁制御装置を備えた内燃機関の制御装置であって、
   吸気行程にて前記内燃機関の燃焼室に吸入された燃料の総量に対する膨張行程中にて逐次増大していく燃焼した燃料の量の割合である燃焼割合のクランク角度に対する推移を取得する燃焼割合取得手段と、
   前記燃焼割合の増大量が増大量目標値となるように前記吸気弁制御装置に前記吸気弁の開弁タイミングを制御させる燃焼割合増大量制御を行う吸気弁制御手段と、
   前記吸気弁制御装置による吸気弁の開弁タイミングの制御に伴って変化する前記膨張行程中における所定クランク角度範囲における前記燃焼割合の増大量を利用して前記内燃機関の制御装置の故障を検出する故障検出手段と、
   を備え、
   前記故障検出手段は、
   前記燃焼割合増大量制御中において前記燃焼割合の増大量の前記増大量目標値からのずれの程度が所定の程度よりも大きい場合に前記内燃機関の制御装置の故障と判定するように構成された内燃機関の制御装置。
8. 内燃機関の吸気弁の開弁タイミングを少なくとも制御する吸気弁制御装置を備えた内燃機関の制御装置であって、
   吸気行程にて前記内燃機関の燃焼室に吸入された燃料の総量に対する膨張行程中にて逐次増大していく燃焼した燃料の量の割合である燃焼割合のクランク角度に対する推移を取得する燃焼割合取得手段と、
   前記燃焼割合の増大量が増大量目標値となるように前記吸気弁制御装置に前記吸気弁の開弁タイミングを制御させる燃焼割合増大量制御を行う吸気弁制御手段と、
   前記吸気弁制御装置による吸気弁の開弁タイミングの制御に伴って変化する前記膨張行程中における所定クランク角度範囲における前記燃焼割合の増大量を利用して前記内燃機関の制御装置の故障を検出する故障検出手段と、
   を備え、
   前記故障検出手段は、
   前記燃焼割合増大量制御中において前記増大量目標値が所定量だけ変更された場合において前記増大量目標値の変更前と変更後の前記燃焼割合の増大量の変化量を利用して前記内燃機関の制御装置の故障を検出するように構成された内燃機関の制御装置。
9. 請求項８に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記故障検出手段は、
   前記燃焼割合の増大量の変化量が所定値未満の場合に前記内燃機関の制御装置の故障と判定するように構成された内燃機関の制御装置。
10. 請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記故障検出手段は、
    前記内燃機関の負荷が所定の程度よりも小さい低負荷状態にある場合に前記故障を検出するように構成された内燃機関の制御装置。
11. 請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
    膨張行程中の所定のクランク角度における前記燃焼割合が燃焼割合目標値となるように点火装置による点火時期を制御する点火時期制御を行う点火時期制御手段を備え、
    前記故障検出手段は、
    前記点火時期制御中における前記所定のクランク角度における燃焼割合と前記燃焼割合目標値との偏差に基づいて前記燃焼割合の増大量を取得するように構成された内燃機関の制御装置。

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