JP4914293B2 - 内燃機関の可変動弁制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁制御装置に関し、特に２つのコントロールユニットを用い、コントロールユニット間で通信するものに関する。

特許文献１に記載の内燃機関の可変動弁制御装置では、吸気バルブのバルブタイミングを制御する他、バルブ作動角及びリフト量を制御している。

また、吸気バルブのバルブ作動角（リフト量）の目標値を算出して、これに基づいてバルブ作動角（リフト量）を制御する一方、バルブ作動角（リフト量）の実際値を検出して、これに基づいて吸気バルブのバルブタイミングの進角側限界値を設定し、バルブタイミングが進角側限界値を超えないように制御することで、吸気バルブとピストンとの干渉を防止している。
特開２００２−２８５８７１号公報

ところで、内燃機関の可変動弁制御装置において、第１及び第２コントロールユニットを用い、第１コントロールユニットで、吸気バルブのバルブ作動角の目標値を算出して、第２コントロールユニットへ送信し、第２コントロールユニットで、第１コントロールユニットからの目標値に従って、吸気バルブのバルブ作動角を制御すると共に、バルブ作動角の実際値を検出して、第１コントロールユニットへ送信する場合、次のような問題点がある。

第１及び第２コントロールユニット間の通信手段が、ノイズなどにより、あるいは、通信ドライバ（マイコンの通信機能）やハーネス・コネクタの故障により、通信異常を生じると、バルブ作動角の目標値を算出する第１コントロールユニットでは、実際値を認識できず、バルブ作動角を制御する第２コントロールユニットでは、目標値を認識できない状態となり、制御不能に陥る。

本発明は、このような実状に鑑み、通信異常を生じたとしても、最低限の制御を保障できるようにすることを目的とする。

このため、本発明では、バルブ作動角の目標値を算出する第１のコントロールユニットに、通信異常の検出時に、第２コントロールユニットから受信するバルブ作動角の実際値に代えて予め定めた中負荷相当の所定値に固定するフェイルセーフ手段を具備させ、バルブ作動角を制御する第２コントロールユニットに、通信異常の検出時に、第１コントロールユニットから受信するバルブ作動角の目標値に代えて予め定めた前記所定値と同じ値に固定するフェイルセーフ手段を具備させる構成とする。そして前記第１及び第２のコントロールユニットの各フェイルセーフ手段は、前記通信異常検出手段による通信異常検出状態が所定時間以上継続したときは、前記固定する値を変更し、最小作動角相当の値とする。または、前記第１コントロールユニットは、吸気バルブのバルブタイミングの目標値を算出して、バルブタイミングを制御するものであり、前記第１コントロールユニットのフェイルセーフ手段は、通信異常の検出時に、フェイルセーフ処理として、バルブタイミングを最遅角側へ制御する機能を有する。

本発明によれば、通信異常を生じても、第１コントロールユニットで認識するバルブ作動角の実際値に代わる値と、第２コントロールユニットで認識するバルブ作動角の目標値に代わる値とを、同じ値にして、認識のずれをなくし、また、固定する値を予め定めた中負荷相当の所定値とすることで、最低限の運転（走行）を可能にすることができる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態を示すエンジン（直噴火花点火式内燃機関）のシステム図である。

エンジン１の吸気通路２には、電制スロットル弁３が設置されている。電制スロットル弁３は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＭという）１０により開度制御される。電制スロットル弁３の制御を受けた空気は、吸気バルブ４を介して、エンジン１の燃焼室５に吸入される。

吸気バルブ４には、可変動弁装置として、吸気バルブ４のバルブ作動角（開期間）、詳しくはバルブ作動角及びリフト量を連続的に変化させることができるバルブ作動角及びリフト量可変装置（ＶＥＬ装置；ＶＥＬアクチュエータ４９）と、吸気バルブ４のバルブタイミング（バルブ作動角の中心位相）を連続的に変化させることができるバルブタイミング可変装置（ＶＴＣ装置；ＶＴＣアクチュエータ５１）とが設けられている。詳細については後述する。

エンジン１の燃焼室５には、点火プラグ６と共に、燃料噴射弁７が設置されている。燃料噴射弁７は、ＥＣＭ１０からエンジン回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、燃焼室５内に所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。

燃焼室５内に噴射された燃料は混合気を形成し、ＥＣＭ１０により決定された点火時期にて点火プラグ６により点火されて燃焼する。燃焼後の排気は、排気バルブ８を介して、排気通路９へ排出される。

ＥＣＭ１０には、エンジン運転条件として、アクセルペダルセンサ１１により検出されるアクセル開度ＡＰＯ、クランク角センサ１２により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、エアフローメータ１３により検出される吸入空気量Ｑａなどが入力されている。

次に、吸気バルブ４の可変動弁装置について、図２により説明する。

吸気バルブ４（１気筒につき２つ設けられる）の端部のバルブリフタ４０の上方には、図外のクランク軸に連動して軸周りに回転駆動されるカム軸４１が気筒列方向に延在している。このカム軸４１の外周には、吸気バルブ４に対応して揺動カム４２が揺動可能に外装されており、この揺動カム４２がバルブリフタ４０に当接してこれを押圧することにより、吸気バルブ４が図外のバルブスプリングのバネ力に抗して開閉駆動される。

ここにおいて、カム軸４１と揺動カム４２との間で、両者４１、４２を機械的に連携するリンクの姿勢を変化させて、吸気バルブ４のバルブ作動角（開期間）及びリフト量を連続的に可変制御可能なバルブ作動角及びリフト量可変装置（ＶＥＬ装置）が設けられている。

ＶＥＬ装置は、カム軸４１に偏心して設けられてカム軸４１と一体的に回転する駆動カム４３と、この駆動カム４３の外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンク４４と、カム軸４１と略平行に気筒列方向へ延在する制御軸４５と、この制御軸４５に偏心して設けられて制御軸４５と一体的に回転する制御カム４６と、この制御カム４６の外周に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク４４の先端と相対回転可能に連結されたロッカアーム４７と、このロッカアーム４７の他端と揺動カム４２の先端とに回転可能に連結され、両者４７、４２を機械的に連携するロッド状リンク４８と、を有している。

上記のカム軸４１及び制御軸４５は、軸受ブラケットを介してエンジンのシリンダヘッド側へ回転可能に支持されている。制御軸４５の一端にはバルブ作動角及びリフト量変更用のアクチュエータ（ＶＥＬアクチュエータ）４９の出力端が接続されており、このＶＥＬアクチュエータ４９によって制御軸４５が所定の制御角度範囲内で軸周りに回転駆動されると共に、所定の回転位相に保持される。

このような構成により、クランク軸に連動してカム軸４１が回転すると、駆動カム４３を介してリング状リンク４４が実質的に並進作動すると共に、ロッカアーム４７が制御カム４６周りを揺動し、ロッド状リンク４８を介して揺動カム４２が揺動して、吸気バルブ４が開閉駆動される。

また、ＶＥＬアクチュエータ４９により制御軸４５を回動することにより、ロッカアーム４７の揺動中心となる制御カム４６の中心位置が変化して、各リンク４４、４８等の姿勢が変化し、揺動カム４２の揺動角度範囲が変化する。これにより、バルブ作動角の中心位相が略一定のままで、バルブ作動角及びリフト量が連続的に変化する。より具体的には、制御軸４５を一方向へ回動することにより、バルブ作動角及びリフト量が増加し、他方向へ回動することによりバルブ作動角及びリフト量が減少するようになっている。尚、バルブ作動角が決まれば、バルブリフト量は一義的に定まる。

従って、ＶＥＬアクチュエータ４９の通電量をデューティ制御することで、制御軸４５の回転位相を変更して、吸気バルブ４のバルブ作動角及びリフト量を変更することができ（図３のＡ参照）、これによりバルブ作動角及びリフト量可変装置（ＶＥＬ装置）が構成される。

一方、カム軸４１は、クランク軸の回転がタイミングベルトによりスプロケット５０に入力されて駆動されるが、バルブタイミング変更のため、スプロケット５０とカム軸４１との間に、これらの回転位相を制御可能なロータリー式のアクチュエータ（ＶＴＣアクチュエータ）５１が装着されている。

従って、ＶＴＣアクチュエータ５１の通電量をデューティ制御することで、クランク軸とカム軸４１との回転位相を変更して、吸気バルブ４のバルブタイミング（バルブ作動角の中心位相）を変更することができ（図３のＡ参照）、これによりバルブタイミング可変装置（ＶＴＣ装置）が構成される。

ここにおいて、図４に制御系の構成を示すように、ＶＴＣ装置のＶＴＣアクチュエータ５１は、第１コントロールユニットであるＥＣＭ１０により制御するが、ＶＥＬ装置のＶＥＬアクチュエータ４９は、第１コントロールユニットであるＥＣＭ１０とは別の、第２コントロールユニット（以下ＶＥＬ−Ｃ／Ｕという）２０により制御する。

そして、各制御のため、ＥＣＭ１０には、ＶＴＣアクチュエータ５１の実位置を検出するＶＴＣ位置センサ５１Ｓの信号を入力して、ＶＴＣ実際値（実バルブタイミング）を検出する機能を持たせ、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０には、ＶＥＬアクチュエータ４９の実位置を検出するＶＥＬ位置センサ４９Ｓの信号を入力して、ＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）を検出する機能を持たせている。

但し、エンジン運転条件に応じてＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）を算出する機能と、エンジン運転条件に応じてＶＴＣ目標値（目標バルブタイミング）を算出する機能とは、エンジン運転条件に関する各種センサの信号が入力されるＥＣＭ１０に集中させている。

このため、ＥＣＭ１０とＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０とは、通信手段（ＣＡＮ）３０により接続し、ＥＣＭ１０からＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０へ、ＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）を送信するようにしている。ＣＡＮ（Controller Area Network）は、それぞれのコントロールユニットを２本の通信線でつないでシリアル通信することにより、コントロールユニット間でのデータの送受信を可能とするものである。

また、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０からＥＣＭ１０へは、ＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）を送信するようにしている。これは、ＥＣＭ１０にて吸入空気量の演算などに実バルブ作動角を用いるためであり、また次のような理由でバルブタイミング制御と関連づけるためである
吸気バルブのバルブタイミング制御とバルブ作動角制御（バルブリフト量制御）とは独立に行うものであり、それぞれの制御範囲は、各制御特性によってエンジン性能（運転性能及び排気浄化性能など）を最大限高められるように設定されている。しかし、そのため、これらの制御を併用した場合には、例えば図３のＢに示すように、バルブタイミングを進角側に、バルブ作動角を広角側（バルブリフト量を高リフト側）に制御すると、ピストン上死点におけるバルブリフト量が極めて大きくなり、吸気バルブとピストンとの間に干渉が生じる恐れがある。

ピストン上死点近傍において、バルブリフト量が過度に大きくならないように吸気バルブのＶＴＣ装置の最大進角値やＶＥＬ装置の最大作動角（最大リフト量）を制限するため、ストッパ等により機械的に制限するのでは、制御範囲が狭められてしまい、吸気バルブとピストンとの間に干渉が生じないバルブタイミング及びバルブ作動角（バルブリフト量）においても、制御量の上限が制限されるため、吸気バルブのバルブタイミング制御とバルブ作動角制御とを併用することによる出力増大及び排気性能向上の効果が十分に得られない。

そこで、吸気バルブのＶＴＣ装置に比べてＶＥＬ装置の方が応答性が高いことを前提とすると、ＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）に応じて、ＶＴＣ目標値（目標バルブタイミング）に対する進角側限界値を設定し、ＶＴＣ目標値の算出に際し、これが進角側限界値を超えないように、制限している。

このため、ＶＥＬ実際値を検出する機能を有するＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０から、ＶＴＣ目標値を算出する機能を有するＥＣＭ１０へ、ＶＥＬ実際値を送信している。

図５はＥＣＭ１０側のメイン制御のフローチャートであり、これについて説明する。

最初のＳ１１１、Ｓ１１２は後述するフェイルセーフフラグｆＥＣＭＦＳ２、ｆＥＣＭＦＳ１の判定を行うステップであり、正常状態では、ｆＥＣＭＦＳ２＝０、ｆＥＣＭＦＳ１＝０であるので、Ｓ１１へ進む。

Ｓ１１では、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷を代表する基本燃料噴射量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ；Ｋは定数）とに基づいて、マップを参照することにより、ＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）を算出する。算出したＶＥＬ目標値は、通信手段により、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕへ送信する。

Ｓ１２では、ＶＥＬ位置センサを介してＶＥＬ−Ｃ／Ｕにより検出された値であって、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕから通信手段により受信したＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）を読込む。

Ｓ１３では、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷を代表する基本燃料噴射量Ｔｐとに基づいて、マップを参照することにより、ＶＴＣ目標値（目標バルブタイミング）を算出する。

Ｓ１４では、ＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）に基づいて、テーブルを参照することにより、ＶＴＣ目標値（目標バルブタイミング）の限界値（進角側限界値）を算出する。

ＶＴＣ目標値（目標バルブタイミング）の限界値は、ＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）が小〜中の範囲においては、ＶＴＣを最進角値に制御しても、吸気バルブとピストンとが干渉する恐れはないため、ＶＴＣのストッパ機構により規制される最進角位置と同じにしている。

一方、吸気バルブのバルブ作動角が大の領域になると、ＶＴＣが最進角位置に近づくにつれて、ピストン上死点において吸気バルブとピストンとが干渉する恐れを生じるため、ＶＴＣ目標値の限界値を徐々に遅角側へ設定するようになっている。

Ｓ１５では、Ｓ１３で求めたＶＴＣ目標値とＳ１４で求めた限界値とを比較し、ＶＴＣ目標値＞限界値の場合（ＶＴＣ目標値が限界値より進角側の場合）は、Ｓ１６へ進んで、ＶＴＣ目標値＝限界値として、ＶＴＣ目標値を制限した後、Ｓ１７へ進む。ＶＴＣ目標値≦限界値の場合（ＶＴＣ目標値が限界値より遅角側の場合）は、そのままＳ１７へ進む。

Ｓ１７では、ＶＴＣ位置センサの検出信号に基づいて、ＶＴＣ実際値（実バルブタイミング）を検出する。

Ｓ１８では、ＶＴＣ目標値（目標バルブタイミング）とＶＴＣ実際値（実バルブタイミング）との偏差ＶＴＣＥＲＲを算出する。

Ｓ１９では、前記偏差ＶＴＣＥＲＲに応じて、ＶＴＣ実際値をＶＴＣ目標値に一致させるように、ＶＴＣアクチュエータに対する制御出力を算出して出力し、フィードバック制御を行い、バルブタイミングを制御する。

具体的には、先ず、前記偏差ＶＴＣＥＲＲと、フィードバックゲインＧｐ（比例分）、Ｇｉ（積分分）、Ｇｄ（微分分）とに基づいて、次式により、比例分制御量ＶＴＣｐ、積分分制御量ＶＴＣｉ、微分分制御量ＶＴＣｄをそれぞれ求める。

ＶＴＣｐ＝Ｇｐ・ＶＴＣＥＲＲ
ＶＴＣｉ＝ＶＴＣｉｚ＋Ｇｉ・ＶＴＣＥＲＲ
ＶＴＣｄ＝Ｇｄ・（ＶＴＣＥＲＲ−ＶＴＣＥＲＲｚ）
尚、添字のｚは、前回値であることを示す。

次に、基本デューティ値ＢＡＳＤＴＹｖｔｃと制御量ＶＴＣｐ、ＶＴＣｉ、ＶＴＣｄを加算して、ＶＴＣデューティ値ＶＴＣＤＴＹを演算し（次式参照）、これを出力信号としてＶＴＣアクチュエータを駆動する。

ＶＴＣＤＴＹ＝ＢＡＳＤＴＹｖｔｃ＋ＶＴＣｐ＋ＶＴＣｉ＋ＶＴＣｄ
ここでは、ＶＴＣアクチュエータは、ＶＴＣデューティ値ＶＴＣＤＴＹ＝基本デューティ値ＢＡＳＤＴＹｖｔｃ（例えば５０％）のときに、そのときの位置で固定され、偏差の分、プラス側又はマイナス側に設定されることで、駆動され、偏差がなくなれば、ＶＴＣデューティ値ＶＴＣＤＴＹ＝基本デューティ値ＢＡＳＤＴＹｖｔｃとなって、その位置で固定されるものとする。ＶＥＬアクチュエータについても同様である。

図６はＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０側のメイン制御のフローチャートであり、これについて説明する。

最初のＳ２１１、Ｓ２１２は後述するフェイルセーフフラグｆＶＥＬＦＳ２、ｆＶＥＬＦＳ１の判定を行うステップであり、正常状態では、ｆＶＥＬＦＳ２＝０、ｆＶＥＬＦＳ１＝０であるので、Ｓ２１へ進む。

Ｓ２１では、ＥＣＭにより算出された値であって、ＥＣＭから通信手段により受信したＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）を読込む。

Ｓ２２では、ＶＥＬ位置センサの検出信号に基づいて、ＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）を検出する。検出したＶＥＬ実際値は、通信手段により、ＥＣＭへ送信する。

Ｓ２３では、ＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）とＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）との偏差ＶＥＬＥＲＲを算出する。

Ｓ２４では、前記偏差ＶＥＬＥＲＲに応じて、ＶＥＬ実際値をＶＥＬ目標値に一致させるように、ＶＥＬアクチュエータに対する制御出力を算出して出力し、フィードバック制御を行い、バルブ作動角を制御する。フィードバック制御の詳細は、ＥＣＭでのＶＴＣアクチュエータに対するフィードバック制御と同様である。

ところで、上記のシステムにおいて、ＥＣＭ１０とＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０との間の通信手段３０が、ノイズなどにより、あるいは、通信ドライバ（マイコンの通信機能）やハーネス・コネクタの故障により、通信異常を生じると、通信手段３０で送るＶＥＬ目標値やＶＥＬ実際値が異常となるため、ＥＣＭ１０でのＶＥＬ実際値に基づくＶＴＣ限界値設定を含むＶＴＣ制御（バルブタイミング制御）や、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０でのＶＥＬ目標値に基づくＶＥＬ制御（バルブ作動角制御）に支障をきたす。

従って、通信手段３０の通信異常を検出し、通信異常の検出時に、フェイルセーフ処理を行う。

通信異常の検出の概要について説明する。

各コントロールユニット（ＥＣＭ１０、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０）にそれぞれ具備させる通信異常検出手段は、他方のコントロールユニットから通信手段を介して所定の周期でカウントアップしつつ送信するメッセージカウンタの値を監視することにより、通信異常を検出する。

具体的には、図９に示すように、ＥＣＭ１０では、所定の周期でカウントアップしつつメッセージカウンタＥＣＭＶＥＬＣＫをＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０へ送信し、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０では、そのメッセージカウンタＥＣＭＶＥＬＣＫの値を監視し、所定の周期でカウントアップしていないときに異常とみなす。

また、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０では、所定の周期でカウントアップしつつメッセージカウンタＶＥＬＥＣＭＣＫをＥＣＭ１０へ送信し、ＥＣＭ１０では、そのメッセージカウンタＶＥＬＥＣＭＣＫの値を監視し、所定の周期でカウントアップしていないときに異常とみなす。

図７はＥＣＭ１０での通信異常検出のフローチャート（単位時間ごとに実行）であり、これについて説明する。

Ｓ１０１では、ＶＥＬ−Ｃ／ＵからのメッセージカウンタＶＥＬＥＣＭＣＫについて、前回値ＶＥＬＥＣＭＣＫｚとの差（カウンタ偏差）を求めて、１以外か否かを判定する。ＮＯの場合（＝１の場合）は、正常であるので、Ｓ１０２へ進み、インクリメントカウンタＶＥＬＥＣＭＮＧ＝０とする。

これに対し、ＹＥＳの場合（≠１の場合）は、正しくカウントアップしておらず、異常であるので、Ｓ１０３へ進み、インクリメントカウンタＶＥＬＥＣＭＮＧを１アップする（ＶＥＬＥＣＭＮＧ＝ＶＥＬＥＣＭＮＧｚ＋１）。

次のＳ１０４では、インクリメントカウンタＶＥＬＥＣＭＮＧが予め定めた第１の閾値ＣＮＧ１以上（ＶＥＬＥＣＭＮＧ≧ＣＮＧ１）であるか否かを判定する。ＮＯの場合（ＶＥＬＥＣＭＮＧ＜ＣＮＧ１の場合）は、正常とみなして、Ｓ１０５へ進み、第１フェイルセーフフラグｆＥＣＭＦＳ１＝０とする。更に、Ｓ１０８へ進んで、第２フェイルセーフフラグｆＥＣＭＦＳ２＝０とする。

これに対し、Ｓ１０４での判定でＹＥＳの場合（ＶＥＬＥＣＭＮＧ≧ＣＮＧ１の場合）は、通信異常と確定し、Ｓ１０６へ進んで、第１フェイルセーフフラグｆＥＣＭＦＳ１＝１とする。この後、Ｓ１０７へ進む。

Ｓ１０７では、インクリメントカウンタＶＥＬＥＣＭＮＧが予め定めた第２の閾値ＣＮＧ２以上（ＶＥＬＥＣＭＮＧ≧ＣＮＧ２；当然にＣＮＧ２＞ＣＮＧ１）であるか否かを判定する。ＮＯの場合（ＶＥＬＥＣＭＮＧ＜ＣＮＧ２の場合）は、Ｓ１０８へ進み、第２フェイルセーフフラグｆＥＣＭＦＳ２＝０とする。

これに対し、Ｓ１０７での判定でＹＥＳの場合（ＶＥＬＥＣＭＮＧ≧ＣＮＧ２の場合）は、ノイズなどの短期間の異常ではなく、故障と確定し、Ｓ１０９へ進んで、第２フェイルセーフフラグｆＥＣＭＦＳ２＝１とする。

図８はＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０での通信異常検出のフローチャート（単位時間ごとに実行）であり、これについて説明する。

Ｓ２０１では、ＥＣＭからのメッセージカウンタＥＣＭＶＥＬＣＫについて、前回値ＥＣＭＶＥＬＣＫｚとの差（カウンタ偏差）を求めて、１以外か否かを判定する。ＮＯの場合（＝１の場合）は、正常であるので、Ｓ２０２へ進み、インクリメントカウンタＥＣＭＶＥＬＮＧ＝０とする。

これに対し、ＹＥＳの場合（≠１の場合）は、正しくカウントアップしておらず、異常であるので、Ｓ２０３へ進み、インクリメントカウンタＥＣＭＶＥＬＮＧを１アップする（ＥＣＭＶＥＬＮＧ＝ＥＣＭＶＥＬＮＧｚ＋１）。

次のＳ２０４では、インクリメントカウンタＥＣＭＶＥＬＮＧが予め定めた第１の閾値ＣＮＧ１以上（ＥＣＭＶＥＬＮＧ≧ＣＮＧ１）であるか否かを判定する。ＮＯの場合（ＥＣＭＶＥＬＮＧ＜ＣＮＧ１の場合）は、正常とみなして、Ｓ２０５へ進み、第１フェイルセーフフラグｆＶＥＬＦＳ１＝０とする。更に、Ｓ２０８へ進んで、第２フェイルセーフフラグｆＶＥＬＦＳ２＝０とする。

これに対し、Ｓ２０４での判定でＹＥＳの場合（ＥＣＭＶＥＬＮＧ≧ＣＮＧ１の場合）は、通信異常と確定し、Ｓ２０６へ進んで、第１フェイルセーフフラグｆＶＥＬＦＳ１＝１とする。この後、Ｓ２０７へ進む。

Ｓ２０７では、インクリメントカウンタＥＣＭＶＥＬＮＧが予め定めた第２の閾値ＣＮＧ２以上（ＥＣＭＶＥＬＮＧ≧ＣＮＧ２；当然にＣＮＧ２＞ＣＮＧ１）であるか否かを判定する。ＮＯの場合（ＥＣＭＶＥＬＮＧ＜ＣＮＧ２の場合）は、Ｓ２０８へ進み、第２フェイルセーフフラグｆＶＥＬＦＳ２＝０とする。

これに対し、Ｓ２０７での判定でＹＥＳの場合（ＥＣＭＶＥＬＮＧ≧ＣＮＧ２の場合）は、ノイズなどの短期間の異常ではなく、故障と確定し、Ｓ２０９へ進んで、第２フェイルセーフフラグｆＶＥＬＦＳ２＝１とする。

これら図７、図８のフローチャートは、通信異常状態が第１の所定時間（ＣＮＧ１）以上継続したときに、フェイルセーフ処理を開始するように、第１フェイルセーフフラグｆＥＣＭＦＳ１、ｆＶＥＬＦＳ１をセットし、通信異常状態が前記第１の所定時間（ＣＮＧ１）より長い第２の所定時間（ＣＮＧ２）以上継続したときに、更なるフェイルセーフ処理に移行するように、第２フェイルセーフフラグｆＥＣＭＦＳ２、ｆＶＥＬＦＳ２をセットするのである。

ここで、第１の所定時間（ＣＮＧ１）は、通信異常を確定するためのものであることから、例えば１５０ｍｓ程度に設定するのに対し、第２の所定時間（ＣＮＧ２）は、ノイズなどの短時間の異常ではなく、通信ドライバ、ハーネス・コネクタの故障とみなすためのものであることから、例えば２秒程度に設定する。

次に、通信異常検出時（フェイルセーフフラグのセット時）のフェイルセーフ処理について、図５、図６のフローチャートに戻って、説明する。

図５のＥＣＭ１０でのメイン制御において、最初のＳ１１１では、第２フェイルセーフフラグｆＥＣＭＦＳ２＝１か否かを判定し、ＮＯであれば、Ｓ１１２へ進み、ＹＥＳであれば、Ｓ１１５へ進む。また、Ｓ１１２では、第１フェイルセーフフラグｆＥＣＭＦＳ１＝１か否かを判定し、ＹＥＳであれば、Ｓ１１３へ進む。

従って、通信異常が発生し、通信異常状態が第１の所定時間（ＣＮＧ１）以上継続して、第１フェイルセーフフラグｆＥＣＭＦＳ１＝１となると、Ｓ１１３へ進む（Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３の処理に代えて、Ｓ１１３、Ｓ１１４、Ｓ１１６の処理を実行する）。

Ｓ１１３では、Ｓ１１の代わりに、ＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）を予め定めた中負荷相当の所定値Ｍ（例えば２００°ＣＡ）に固定する。算出したＶＥＬ目標値は、一応、通信手段により、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕへ送信する。

次のＳ１１４では、Ｓ１２の代わりに、ＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）を前記所定値Ｍに固定する。

次のＳ１１６では、Ｓ１３の代わりに、ＶＴＣ目標値（目標バルブタイミング）を最遅角側の値に固定する。ＶＥＬ固定制御中の燃焼安定性を確保するためである。バルブタイミングが最遅角側であると、バルブオーバーラップが減少し、残留ガスが減ることで、燃焼安定性が向上するからである。これらの後は、Ｓ１４へ進み、Ｓ１４〜Ｓ１９の処理を実行する。

また、通信異常状態が第２の所定時間（ＣＮＧ２）以上継続して、第２フェイルセーフフラグｆＥＣＭＦＳ２＝１となると、Ｓ１１５へ進む（Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３の処理に代えて、Ｓ１１５、Ｓ１１６の処理を実行する）。

Ｓ１１５では、Ｓ１１、Ｓ１２の代わりに、ＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）とＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）とを共に最小作動角相当の所定値Ｓ（例えば１００°ＣＡ）に固定する。詳しくは、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ側でＶＥＬ電源リレーをシャットオフすることで、ＶＥＬアクチュエータへのＶＥＬデューティを強制的に０％にして、最小作動角に制御するので、そのときの値である所定値Ｓに固定する。但し、ＶＥＬ電源リレーをＯＦＦする機能がＥＣＭ側にある場合は、ＥＣＭ側でシャットオフを実行する。

次のＳ１１６では、Ｓ１３の代わりに、ＶＴＣ目標値（目標バルブタイミング）を最遅角側の値に固定する。これらの後は、Ｓ１４へ進み、Ｓ１４〜Ｓ１９の処理を実行する。

図６のＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０でのメイン制御において、最初のＳ２１１では、第２フェイルセーフフラグｆＶＥＬＦＳ２＝１か否かを判定し、ＮＯであれば、Ｓ２１２へ進み、ＹＥＳであれば、Ｓ２１４へ進む。また、Ｓ２１２では、第１フェイルセーフフラグｆＶＥＬＦＳ１＝１か否かを判定し、ＹＥＳであれば、Ｓ２１３へ進む。

従って、通信異常が発生し、通信異常状態が第１の所定時間（ＣＮＧ１）以上継続して、第１フェイルセーフフラグｆＶＥＬＦＳ１＝１となると、Ｓ２１３へ進む（Ｓ２１の処理に代えて、Ｓ２１３の処理を実行する）。

Ｓ２１３では、Ｓ２１の代わりに（ＥＣＭからＶＥＬ目標値を読込む代わりに）、ＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）を予めＥＣＭ側でのＶＥＬ目標値及びＶＥＬ実際値の固定値と同じ値に定めておいた所定値Ｍに固定する。

この後は、Ｓ２２へ進み、Ｓ２２〜Ｓ２４の処理を実行することで、ＶＥＬ目標値（＝所定値Ｍ）を得るように、バルブ作動角を制御する。

また、通信異常状態が第２の所定時間（ＣＮＧ２）以上継続して、第２フェイルセーフフラグｆＶＥＬＦＳ２＝１となると、Ｓ２１４へ進む（Ｓ２１〜Ｓ２４の処理に代えて、Ｓ２１４の処理を実行する）。

Ｓ２１４では、ＶＥＬ電源リレーをシャットオフする。これにより、ＶＥＬアクチュエータへのＶＥＬデューティを強制的に０％にして、バルブ作動角を最小作動角に制御する。従って、ＶＥＬ目標値（目標バルブ作動角）及びＶＥＬ実際値（実バルブ作動角）は最小作動角相当の所定値Ｓに固定する。但し、ＶＥＬ電源リレーをＯＦＦする機能がＥＣＭ側にある場合は、ＥＣＭ側でシャットオフを実行する。

次に図１０のタイムチャートについて説明する。

通信異常が発生すると、メッセージカウンタＶＥＬＥＣＭＣＫ、ＥＣＭＶＥＬＣＫの値がカウントアップしなくなり（カウンタ偏差＝０となり）、これによって通信異常の発生が検出される。

ここで、通信異常の発生の直前にアクセルが踏込まれて、ＥＣＭ側でＶＥＬ目標値が大となり、これに従ってＶＥＬ−Ｃ／Ｕ側でそのＶＥＬ目標値に従って制御が行われたものの、制御遅れから、通信異常発生時にはＶＥＬ実際値は小の状態であったする。

すると、ＥＣＭ側では、ＶＥＬ実際値を認識できない状態（異常発生時の小状態のＶＥＬ実際値を保持した状態）となってしまう。

ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ側も、同様で、ＥＣＭからのＶＥＬ目標値を認識できない状態（異常発生時のＶＥＬ目標値を保持した状態）となってしまう。

そこで、異常発生の検出から第１の所定時間（ＣＮＧ１）経過により、異常を確定し、ＥＣＭ側では、ＶＥＬ目標値及びＶＥＬ実際値を予め定めた中負荷相当の所定値Ｍに固定する。また、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ側でも、ＶＥＬ目標値を予め定めた前記所定値Ｍと同じ値に固定する。

これにより、通信異常を生じても、ＥＣＭ側で認識するバルブ作動角の実際値と、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ側で認識するバルブ作動角の目標値とを、同じ値にして、認識のずれをなくし、また、固定する値を予め定めた中負荷相当の所定値とすることで、最低限の運転（走行）を可能にすることができる。

また、このときは、ＥＣＭ側で、バルブタイミングを最遅角側に固定する。これにより、バルブオーバーラップが減少し、残留ガスが減ることで、ＶＥＬ固定制御中の燃焼安定性が向上し、エンストを防止することができる。

通信異常検出状態で第２の所定時間（ＣＮＧ２）経過するまでは、この状態を継続し、第２の所定時間（ＣＮＧ２）経過するまでに、通信異常が解消されたときは、通常の制御に戻る。これは、ノイズなどを理由とする短期間のデータ異常は、データ復帰により解消するので、通信ドライバやハーネス・コネクタの故障と区別する必要があるからである。

通信異常検出状態で第２の所定時間（ＣＮＧ２）経過した場合は、ＶＥＬ電源リレーをシャットオフすることにより、バルブ作動角を最小作動角に制御する。このとき、ＥＣＭ側ではＶＥＬ目標値及びＶＥＬ実際値を最小作動角相当の所定値Ｓとし、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ側ではＶＥＬ目標値（及びＶＥＬ実施値）を同じ所定値Ｍとする。これにより、通信ドライバやハーネス・コネクタの故障に、的確に対応することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１及び第２コントロールユニット（ＥＣＭ１０、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０）と、これらの間の通信手段（３０）とを備え、前記第１コントロールユニット（ＥＣＭ１０）は、吸気バルブのバルブ作動角の目標値を算出して、前記第２コントロールユニット（ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０）へ送信し、前記第２コントロールユニット（ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０）は、前記第１コントロールユニット（ＥＣＭ１０）からの目標値に従って、吸気バルブのバルブ作動角を制御すると共に、バルブ作動角の実際値を検出して、前記第１コントロールユニット（ＥＣＭ１０）へ送信する、内燃機関の可変動弁制御装置において、前記第１コントロールユニット（ＥＣＭ１０）に、前記通信手段（３０）の通信異常を検出する通信異常検出手段と、通信異常の検出時に、フェイルセーフ処理として、前記第２コントロールユニット（ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０）から受信するバルブ作動角の実際値を予め定めた中負荷相当の所定値（Ｍ）に固定するフェイルセーフ手段と、を具備させ、前記第２コントロールユニット（ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０）に、前記通信手段（３０）の通信異常を検出する通信異常検出手段と、通信異常の検出時に、フェイルセーフ処理として、前記第１コントロールユニット（ＥＣＭ１０）から受信するバルブ作動角の目標値を予め定めた前記所定値と同じ値（Ｍ）に固定するフェイルセーフ手段と、を具備させたことにより、通信異常を生じても、前記第１コントロールユニット（ＥＣＭ１０）で認識するバルブ作動角の実際値と、前記第２コントロールユニット（ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０）で認識するバルブ作動角の目標値とを、同じ値にして、認識のずれをなくし、また、固定する値を予め定めた中負荷相当の所定値とすることで、最低限の運転（走行）を可能にすることができる。

また、本実施形態によれば、前記第１及び第２のコントロールユニット（ＥＣＭ１０、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０）の各フェイルセーフ手段は、前記通信異常検出手段による通信異常検出状態が所定時間（ＣＮＧ２）以上継続したときは、前記固定する値を変更し、最小作動角相当の値（Ｓ）とすることにより、ノイズなどの短期間の通信異常ではない場合に、的確に対応することができる。

また、本実施形態によれば、前記第１及び第２のコントロールユニット（ＥＣＭ１０、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０）の各フェイルセーフ手段は、前記通信異常検出手段による通信異常検出状態が第１の所定時間（ＣＮＧ１）以上継続したときに、前記フェイルセーフ処理を開始し、前記通信異常検出手段による通信異常検出状態が前記第１の所定時間（ＣＮＧ１）より長い第２の所定時間（ＣＮＧ２）以上継続したときに、前記固定する値を変更し、最小作動角相当の値とすることにより、通信異常の確定作業を行うことで信頼性を向上させることができ、また、ノイズなどの短期間のデータ異常と、通信ドライバやハーネス・コネクタの故障とを区別して、的確に対応することができる。

また、本実施形態によれば、前記第１コントロールユニット（ＥＣＭ１０）は、吸気バルブのバルブタイミングの目標値を算出して、バルブタイミングを制御するものであり、前記第１コントロールユニット（ＥＣＭ１０）のフェイルセーフ手段は、通信異常の検出時に、フェイルセーフ処理として、バルブタイミングを最遅角側へ制御する機能を有することにより、バルブ作動角固定中は、バルブオーバーラップを減少させて、残留ガスを減らすことで、燃焼安定性を向上させ、エンストを防止することができる。

また、本実施形態によれば、前記第１コントロールユニット（ＥＣＭ１０）は、吸気バルブのバルブタイミングの目標値を算出して、バルブタイミングを制御するものであり、バルブタイミングの目標値の算出に際し、前記第２コントロールユニット（ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０）からのバルブ作動角の実際値に応じて、バルブタイミングの目標値を制限する機能を有することにより、バルブタイミング制御とバルブ作動角（及びリフト量）制御とを関連させて、ピストンとの干渉を確実に防止することができる。また、ストッパ等による機械的な制限が不要となり、可変動弁装置の制御範囲を拡大できるため、燃費向上等を図ることができる。また、干渉対策のためのピストンのバルブリセス深さアップによる出力、燃費、排気性能低下を防止することができる。

また、本実施形態によれば、各コントロールユニット（ＥＣＭ１０、ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ２０）に具備させる前記通信異常検出手段は、他方のコントロールユニットから前記通信手段を介して所定の周期でカウントアップしつつ送信するメッセージカウンタ（ＥＣＭＶＥＬＣＫ、ＶＥＬＥＣＭＣＫ）の値を監視することにより、通信異常を検出する構成とすることにより、簡単かつ確実なものとすることができる。

本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図 可変動弁装置の構成図 可変動弁装置によるバルブリフト特性図 制御系の構成図 ＥＣＭ側のメイン制御のフローチャート ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ側のメイン制御のフローチャート ＥＣＭ側の通信異常検出のフローチャート ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ側の通信異常検出のフローチャート 通信異常の検出に用いるメッセージカウンタの説明図 通信異常検出時のＥＣＭ側及びＶＥＬ−Ｃ／Ｕ側のタイムチャート

符号の説明

１ エンジン
４ 吸気バルブ
８ 排気バルブ
１０ ＥＣＭ（第１コントロールユニット）
２０ ＶＥＬ−Ｃ／Ｕ（第２コントロールユニット）
３０ 通信手段
４９ ＶＥＬアクチュエータ
４９Ｓ ＶＥＬ位置センサ
５１ ＶＴＣアクチュエータ
５１Ｓ ＶＴＣ位置センサ

Claims (8)

1. 第１及び第２コントロールユニットと、これらの間の通信手段とを備え、
   前記第１コントロールユニットは、吸気バルブのバルブ作動角の目標値を算出して、前記第２コントロールユニットへ送信し、
   前記第２コントロールユニットは、前記第１コントロールユニットからの目標値に従って、吸気バルブのバルブ作動角を制御すると共に、バルブ作動角の実際値を検出して、前記第１コントロールユニットへ送信する、内燃機関の可変動弁制御装置において、
   前記第１コントロールユニットに、前記通信手段の通信異常を検出する通信異常検出手段と、通信異常の検出時に、フェイルセーフ処理として、前記第２コントロールユニットから受信するバルブ作動角の実際値に代えて予め定めた中負荷相当の所定値に固定するフェイルセーフ手段と、を具備させ、
   前記第２コントロールユニットに、前記通信手段の通信異常を検出する通信異常検出手段と、通信異常の検出時に、フェイルセーフ処理として、前記第１コントロールユニットから受信するバルブ作動角の目標値に代えて予め定めた前記所定値と同じ値に固定するフェイルセーフ手段と、を具備させ、
   前記第１及び第２のコントロールユニットの各フェイルセーフ手段は、前記通信異常検出手段による通信異常検出状態が所定時間以上継続したときは、前記固定する値を変更し、最小作動角相当の値とすることを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。
2. 前記第１及び第２のコントロールユニットの各フェイルセーフ手段は、前記通信異常検出手段による通信異常検出状態が第１の所定時間以上継続したときに、前記フェイルセーフ処理を開始し、前記通信異常検出手段による通信異常検出状態が前記第１の所定時間より長い第２の所定時間以上継続したときに、前記固定する値を変更し、最小作動角相当の値とすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
3. 前記第１コントロールユニットは、吸気バルブのバルブタイミングの目標値を算出して、バルブタイミングを制御するものであり、
   前記第１コントロールユニットのフェイルセーフ手段は、通信異常の検出時に、フェイルセーフ処理として、バルブタイミングを最遅角側へ制御する機能を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
4. 前記第１コントロールユニットは、吸気バルブのバルブタイミングの目標値を算出して、バルブタイミングを制御するものであり、バルブタイミングの目標値の算出に際し、前記第２コントロールユニットからのバルブ作動角の実際値に応じて、バルブタイミングの目標値を制限する機能を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
5. 各コントロールユニットに具備させる前記通信異常検出手段は、他方のコントロールユニットから前記通信手段を介して所定の周期でカウントアップしつつ送信するメッセージカウンタの値を監視することにより、通信異常を検出することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
6. 第１及び第２コントロールユニットと、これらの間の通信手段とを備え、
   前記第１コントロールユニットは、吸気バルブのバルブ作動角の目標値を算出して、前記第２コントロールユニットへ送信し、
   前記第２コントロールユニットは、前記第１コントロールユニットからの目標値に従って、吸気バルブのバルブ作動角を制御すると共に、バルブ作動角の実際値を検出して、前記第１コントロールユニットへ送信する、内燃機関の可変動弁制御装置において、
   前記第１コントロールユニットに、前記通信手段の通信異常を検出する通信異常検出手段と、通信異常の検出時に、フェイルセーフ処理として、前記第２コントロールユニットから受信するバルブ作動角の実際値に代えて予め定めた中負荷相当の所定値に固定するフェイルセーフ手段と、を具備させ、
   前記第２コントロールユニットに、前記通信手段の通信異常を検出する通信異常検出手段と、通信異常の検出時に、フェイルセーフ処理として、前記第１コントロールユニットから受信するバルブ作動角の目標値に代えて予め定めた前記所定値と同じ値に固定するフェイルセーフ手段と、を具備させ、
   前記第１コントロールユニットは、吸気バルブのバルブタイミングの目標値を算出して、バルブタイミングを制御するものであり、
   前記第１コントロールユニットのフェイルセーフ手段は、通信異常の検出時に、フェイルセーフ処理として、バルブタイミングを最遅角側へ制御する機能を有することを特徴とする内燃機関の可変動弁制御装置。
7. 前記第１コントロールユニットは、吸気バルブのバルブタイミングの目標値を算出して、バルブタイミングを制御するものであり、バルブタイミングの目標値の算出に際し、前記第２コントロールユニットからのバルブ作動角の実際値に応じて、バルブタイミングの目標値を制限する機能を有することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の可変動弁制御装置。
8. 各コントロールユニットに具備させる前記通信異常検出手段は、他方のコントロールユニットから前記通信手段を介して所定の周期でカウントアップしつつ送信するメッセージカウンタの値を監視することにより、通信異常を検出することを特徴とする請求項６または請求項７記載の内燃機関の可変動弁制御装置。

Images