JP6259332B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の圧縮比を変更する内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関において、特許文献１に記載されるように、可変圧縮比機構における圧縮比可変アクチュエータの電動機が停止したときに圧縮比が最低圧縮比になるような構成とすることが提案されている。

特開２００５−１１３８８４号公報

このような構成の内燃機関において、例えば、電動機に異常が発生したときに電動機を保護するために電動機を停止させると、運転者の意思に反して圧縮比が最低圧縮比に変化してしまいトルクが急変動するおそれがある。

そこで、本発明は、トルク急変動を抑制しつつ電動機の保護を図った内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

そのため、本発明による内燃機関の制御装置は、可変圧縮比機構に異常が発生したときに高圧縮比側への圧縮比の制御を禁止し、高圧縮比側への圧縮比の制御を禁止してから第１の所定時間が経過する前に電動アクチュエータの駆動電流が所定値より低くなったときに、高圧縮比側への圧縮比の制御を禁止してから前記第１の所定時間より長い第２の所定時間が経過した後に圧縮比を内燃機関の運転状況に応じて制御する通常制御を行うようにした。
また、本発明による内燃機関の制御装置は、可変圧縮比機構に異常が発生したときに高圧縮比側への圧縮比の制御を禁止し、高圧縮比側への圧縮比の制御を禁止してから電動アクチュエータの駆動電流が所定値以上である状態が所定時間継続したときに、電動アクチュエータの通電を停止するようにした。

本発明によれば、トルク急変動を抑制しつつ電動機を保護することができる。

実施形態における内燃機関のシステム図である。 フェイルセーフ制御の実施形態を説明するためのフローチャートである。 図１に示す実施形態における可変圧縮比機構に異常が発生した具体例を示し、該具体例における圧縮比及び電動アクチュエータ駆動電流の推移の一例を示す図である。 図３とは異なる他の具体例における圧縮比及び電動アクチュエータ駆動電流の推移の一例を示す図である。 更に他の具体例における圧縮比及び電動アクチュエータ駆動電流の推移の一例を示す図である。

以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。

図１において、内燃機関１００は、シリンダブロック１１０と、シリンダブロック１１０のシリンダボア１１２に往復動可能に嵌挿されたピストン１２０と、吸気ポート１３０Ａ及び排気ポート１３０Ｂが形成されたシリンダヘッド１３０と、吸気ポート１３０Ａ，排気ポート１３０Ｂの開口端を開閉する吸気バルブ１３２及び排気バルブ１３４と、を有している。

ピストン１２０は、クランクシャフト１４０に対して、ロアリンク１５０Ａ及びアッパリンク１５０Ｂを含むコンロッド（コネクティングロッド）１５０を介して連結されている。そして、ピストン１２０の冠面１２０Ａとシリンダヘッド１３０の下面との間に、燃焼室１６０が形成されている。燃焼室１６０を形成するシリンダヘッド１３０の略中央には、燃料と空気との混合気を着火する点火栓１７０が取り付けられている。
点火栓１７０は、図示していない点火コイルから高電圧が供給されることで火花放電して混合気を点火させ、点火コイルからの高電圧の供給タイミングを制御することで点火時期が制御される。

また、内燃機関１００は、吸気バルブ１３２の開期間のクランクシャフト１４０に対する位相を可変とする、すなわち、バルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング（ＶＴＣ：Valve Timing Control）機構１８０と、ピストン１２０の上死点位置を変更することで、圧縮比を可変とする可変圧縮比（ＶＣＲ：Variable Compression Ratio）機構１９０と、を備えている。

可変動弁機構であるＶＴＣ機構１８０は、クランクシャフト１４０に対する吸気カムシャフト２００の位相（制御量）を変更することで、吸気バルブ１３２の作動角を一定としたまま、作動角の中心位相を連続的に進角、遅角させる機構である。
このＶＴＣ機構１８０としては、例えば、特開２０１３−０３６３９１号公報に開示されるような、クランクシャフト１４０に対する吸気カムシャフト２００の相対回転位相角を電気モータによって調整する、電動式のＶＴＣ機構を用いることができる。
但し、ＶＴＣ機構１８０を、アクチュエータが電動機である機構に限定するものではなく、油圧アクチュエータなどを用いる公知の機構を適宜採用できる。

ＶＣＲ機構１９０は、例えば、特開２００２−２７６４４６号公報に開示されるような機構によって、ピストン１２０の上死点位置を変化させることで、内燃機関１００の圧縮比を可変とする。以下に、ＶＣＲ機構１９０の一例を説明する。

クランクシャフト１４０は、複数のジャーナル部１４０Ａとクランクピン部１４０Ｂとを有し、シリンダブロック１１０の主軸受（図示せず）に、ジャーナル部１４０Ａが回転自在に支持される。クランクピン部１４０Ｂは、ジャーナル部１４０Ａから偏心しており、ここにロアリンク１５０Ａが回転自在に連結される。アッパリンク１５０Ｂは、下端側が連結ピン１５２によりロアリンク１５０Ａの一端に回動可能に連結され、上端側がピストンピン１５４によりピストン１２０に回動可能に連結される。コントロールリンク１９２は、上端側が連結ピン１９４によりロアリンク１５０Ａの他端に回動可能に連結され、下端側が制御シャフト１９６を介してシリンダブロック１１０の下部に回動可能に連結される。詳しくは、制御シャフト１９６は、回転可能に機関本体（シリンダブロック１１０）に支持されていると共に、その回転中心から偏心している偏心カム部１９６Ａを有し、この偏心カム部１９６Ａにコントロールリンク１９２の下端部が回転可能に嵌合する。制御シャフト１９６は、電動機を用いた圧縮比制御アクチュエータ（以下、電動アクチュエータという）１９８によって回動位置が制御される。

このような複リンク式ピストン−クランク機構を用いたＶＣＲ機構１９０においては、制御シャフト１９６が電動アクチュエータ１９８によって回動されると、偏心カム部１９６Ａの中心位置、つまり、機関本体（シリンダブロック１１０）に対する相対位置が変化する。

これにより、コントロールリンク１９２の下端の搖動支持位置が変化すると、ピストン１２０の行程が変化し、ピストン上死点（ＴＤＣ）におけるピストン１２０の位置が高くなったり低くなったりして、内燃機関１００の圧縮比が変更される。つまり、制御シャフト１９６の角度位置に応じて、上死点におけるピストン１２０の位置が変わり、内燃機関１００の圧縮比が変更される。

ここで、電動アクチュエータ１９８は、電動機の駆動電流を大きくすることにより圧縮比を高くし、電動機の駆動電流を小さくすることにより圧縮比を低くする。つまり、高圧縮比側は電動アクチュエータ１９８の負荷が高く、低圧縮比側は電動アクチュエータ１９８の負荷が低い。そして、電動機の駆動電流を一定とすることにより、電動アクチュエータ１９８は、駆動電流の大きさに応じて圧縮比を維持することができる。
また、電動アクチュエータ１９８の作動を停止させると、ピストン１２０の往復動によって、制御シャフト１９６の偏心カム部１９６Ａに対してコントロールリンク１９２が回転し、圧縮比が低圧縮比側へと推移する、換言すると、内燃機関１００の作動により圧縮比が低圧縮比側に変更される。

このような内燃機関１００において、図示省略した点火コイルや燃料噴射弁などはＥＣＭ２１６によって制御され、ＶＣＲ機構１９０はＶＣＲコントローラ２１４によって制御され、ＶＴＣ機構１８０はＶＴＣコントローラ２１２によって制御される。

ＥＣＭ２１６、ＶＣＲコントローラ２１４、ＶＴＣコントローラ２１２はそれぞれマイクロコンピュータなどのプロセッサを内蔵し、車載ネットワークの一例であるＣＡＮ（Controller Area Network）２１８によって相互に通信可能に接続されている。従って、ＶＴＣコントローラ２１２、ＶＣＲコントローラ２１４及びＥＣＭ２１６の間では、ＣＡＮ２１８を介して任意のデータを送受信できる。なお、車載ネットワークとしては、ＣＡＮ２１８に限らず、ＦｌｅｘＲａｙ（登録商標）などの各種ネットワークを使用することができる。

ＥＣＭ２１６は、ＶＣＲ機構１９０の目標圧縮比、及びＶＴＣ機構１８０の目標位相変換角（目標進角値）を内燃機関１００の運転状態に基づいて演算し、目標圧縮比のデータをＶＣＲコントローラ２１４に向けて送信し、目標位相変換角のデータをＶＴＣコントローラ２１２に向けて送信する。また、ＥＣＭ２１６は、時間を計測するタイマを備えることができる。

ＶＣＲコントローラ２１４には、ＥＣＭ２１６から受信した目標圧縮比のデータ（換言すれば、制御シャフト１９６の目標角度位置のデータ）が入力されると共に、制御シャフト１９６の角度位置（換言すれば、実圧縮比）を検出する角度センサ１９８Ａの出力信号が入力される。
そして、ＶＣＲコントローラ２１４は、角度センサ１９８Ａで検出される制御シャフト１９６の角度位置が目標圧縮比に相当する目標角度位置に収束するように、ＶＣＲ機構１９０の電動アクチュエータ１９８に出力する駆動電流を制御する。
ここで、ＶＣＲコントローラ２１４は、時間を計測するタイマを備えることができる。

ＶＴＣコントローラ２１２には、ＥＣＭ２１６から受信した目標位相変換角のデータが入力されると共に、クランクシャフト１４０の角度位置を検出するクランク角センサ（図示されていない）の出力信号及び吸気カムシャフト２００の角度位置を検出するカム角センサ（図示されていない）の出力信号が入力される。
そして、ＶＴＣコントローラ２１２は、クランク角センサの出力信号とカム角センサの出力信号とから、クランクシャフト１４０に対する吸気カムシャフト２００の相対回転位相角（実位相変換角）を検出し、検出した相対回転位相角が目標位相変換角に収束するように、ＶＴＣ機構１８０のアクチュエータに出力する駆動電流を制御する。
以上のようにすることで、ＶＴＣ機構１８０及びＶＣＲ機構１９０は、内燃機関１００の運転状態に応じて制御される。

ここで、ＶＣＲ機構１９０に異常が発生して適切な制御が不可能となることがある。適切な制御が不可能となる異常として、例えば、電動アクチュエータ１９８の固着の発生、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が過大となる（具体的には、駆動電流が過電流となる又は耐熱性を考慮した許容電流（以下、耐熱許容電流という）以上の電流となる）異常、電動機のモータレゾルバの異常等が考えられる。

前記異常を検出した場合に、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４を含んで構成され、更に必要に応じてＶＴＣコントローラ２１２を含んで構成される制御装置２１０は、制御可能な範囲で適切なフェイルセーフ制御を行う。

以下、制御装置２１０が内燃機関１００におけるＶＣＲ機構１９０の異常を検出してフェイルセーフ制御を行う処理について、図２のフローチャートを参照して説明する。図２は、制御装置２１０が、内燃機関１００におけるＶＣＲ機構１９０に異常が発生した際に、ＶＣＲ機構１９０を制御して圧縮比を変更し、更に必要に応じてＶＴＣ機構１８０及び点火時期を制御する処理フローを示すものである。

ステップ１０１で、制御装置２１０は、ＶＣＲ機構１９０における電動アクチュエータ１９８の固着発生等の異常を検知したときには、ＶＣＲ機構１９０における制御シャフト１９６の角度位置の制御（以下、位置制御という）が可能であるか、換言すると、電動アクチュエータ１９８の駆動電流を制御することにより圧縮比の変更が可能であるか否かを判定する。例えば、異常の種類を予め、位置制御可能であるグループ、又は位置制御不可能であるグループに分けて制御装置２１０に設定することにより、制御装置２１０は、検知された異常の種類が位置制御可能であるグループに属している場合には位置制御可能と判定し、報知された異常の種類が位置制御不可能であるグループに属している場合には位置制御不可能と判定することができる。
そして、制御装置２１０は、位置制御不可能であると判定したときは処理をステップ１０２に進め、位置制御可能であると判定したときは処理をステップ１０３に進める。

位置制御不可能であると判定された場合のステップ１０２では、制御装置２１０は電動アクチュエータ１９８に通電可能であるか、すなわち、電動アクチュエータ１９８への駆動電流の出力が可能であるか否かを判定する。例えば、異常の種類を予め、通電可能であるグループ、又は通電不可能であるグループに分けて制御装置２１０に設定することにより、制御装置２１０は、検知された異常の種類が通電可能であるグループに属している場合には通電可能と判定し、報知された異常の種類が通電不可能であるグループに属している場合には通電不可能と判定することができる。また、制御装置２１０は、異常検知したときの電動アクチュエータ１９８の駆動電流が所定値（例えば、定格電流値）より高ければ通電不可能であると判定し、所定値より低ければ通電可能であると判定することもできる。そして、制御装置２１０は、通電不可能であると判定した場合には、処理をステップ１０５に進め、通電可能であると判定した場合には処理をステップ１０６に進める。

ステップ１０５では、制御装置２１０は電動アクチュエータ１９８の駆動電流の出力を停止する。このとき、制御装置２１０は、圧縮比を検出して、その実圧縮比に応じて点火時期を制御することができる。なお、制御装置２１０は更にＶＴＣコントローラ２１２を含み、当該制御装置２１０は前記実圧縮比に応じてＶＴＣ機構１９０の制御を行ってもよい。
以上により、位置制御不可能であり、かつ、通電不可能である異常が発生した場合のフェイルセーフ制御を行う処理は終了する。

一方、ステップ１０６では、制御装置２１０は、電動アクチュエータ１９８に通電して、圧縮比を所定圧縮比（圧縮比閾値）以下の圧縮比に維持する制御を行う。
例えば、制御装置２１０は、角度センサ１９８により検出した実圧縮比が圧縮比閾値より高い場合には、電動アクチュエータ１９８への通電を停止する。そして、制御装置２１０は、実圧縮比が低下して圧縮比閾値となったときに電動アクチュエータ１９８に通電して駆動電流を一定とすることにより、圧縮比閾値に圧縮比を維持する制御を行う。一方、制御装置２１０は、角度センサ１９８により検出した実圧縮比が圧縮比閾値以下の場合には、その実圧縮比に圧縮比を維持する制御を行う。ここで、圧縮比閾値は、例えば、ノッキングが生じない圧縮比、検出した実圧縮比に対して所定値下げた圧縮比（例えば、所定値は、許容できるトルク変動に対応する最大変化幅以下の値とする）などに設定することができる。なお、制御装置２１０は、検出した実圧縮比がある圧縮比（例えば、ＶＣＲ機構１９０の最低圧縮比近傍の値に設定された値）以下であるときには駆動電流の出力の停止を維持して、圧縮比を最低圧縮比としてもよい。
このようなステップ１０６における制御によれば、圧縮比の変動を抑制すると共に、制御シャフト１９６が図示しないストッパ機構に干渉することを避けて干渉による制御シャフト１９６及びストッパ機構の破損を防止することができる。
また、制御装置２１０は、検出した実圧縮比に応じて点火時期を制御することができる。なお、制御装置２１０は更にＶＴＣコントローラ２１２を含み、この制御装置２１０は実圧縮比に応じてＶＴＣ機構１９０の制御を行ってもよい。
以上により、位置制御不可能であり、かつ、通電可能である異常が発生した場合のフェイルセーフ制御を行う処理は終了する。

ステップ１０１で位置制御可能であると判定された場合のステップ１０３では、制御装置２１０は、目標圧縮比を低圧縮比側に変更する。このとき、制御装置２１０は、内燃機関１００の性能への影響を最小限とするために、圧縮比の変更速度を必要に応じて制限することができる。
そして、ステップ１０４では、制御装置２１０は、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が所定電流（例えば、耐熱許容電流）以上の電流である状態が第１の所定時間以上継続しているかを判定する。
前記状態が第１の所定時間以上継続している場合には、制御装置２１０は処理を、前述の圧縮比を所定圧縮比に維持するステップ１０６に進め、ステップ１０６を実行する。
以上により、位置制御可能であり、かつ、圧縮比変更後に所定電流以上の電流である状態が所定時間以上継続する異常が発生した場合のフェイルセーフ制御を行う処理は終了する。

また、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が所定電流以上の電流である状態が第１の所定時間以上継続しない場合には、処理をステップ１０７に進め、制御装置２１０は、目標圧縮比に圧縮比を維持する制御を行う。このような制御と共に、制御装置２１０は、実圧縮比を検出して、その実圧縮比に応じて点火時期を制御することができる。なお、制御装置２１０は更にＶＴＣコントローラ２１２を含むことができ、この制御装置２１０は実圧縮比に応じてＶＴＣ機構１９０の制御を行ってもよい。
以上により、位置制御可能であり、かつ、圧縮比変更後に所定電流以上の電流である状態が所定時間以上継続しない異常が発生した場合のフェイルセーフ制御を行う処理は終了する。

以上のようにして、制御装置２１０は、可変圧縮比機構に異常が発生したときに、圧縮比を低下させるか、又は、圧縮比を異常発生時の圧縮比に維持する制御を行う。換言すると、制御装置２１０は、可変圧縮比機構に異常が発生したときに、高圧縮比側への圧縮比の制御を禁止する。

ここで、図２のフローチャートに沿った、制御装置２１０（ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４、場合によってはＶＴＣコントローラ２１２を含む）が異常検知及びフェイルセーフ制御を行う複数の具体例について以下に詳細に説明する。

［具体例１］
位置制御不可能かつ通電不可能な異常が発生した場合、特に電動アクチュエータ１９８の固着、及び電動アクチュエータ１９８の駆動電流が過電流となる異常が発生した場合の異常の検出及びフェイルセーフ制御について説明する。
まず、ＶＣＲコントローラ２１４が、電動アクチュエータ１９８の固着、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が過電流となる異常を検知する。
具体的には、ＶＣＲコントローラ２１４は、電動アクチュエータ１９８の駆動電流を制御して、圧縮比を変更、すなわち、ＥＣＭ２１６から受信した目標角度に基づいて制御シャフト１９６の角度位置を変更する制御を行ったときに、角度センサ１９８Ａで検出した角度がほぼ変化しないことを検出したときに異常を検知する。また、ＶＣＲコントローラ２１４は、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が所定の過電流判定閾値（例えば、電動機の定格電流値より低く、かつ、近傍の値に設定される）を超えた状態が所定時間継続したことを検出したときに異常を検知する。例えば、ＶＣＲコントローラ２１４は、タイマにより電動アクチュエータ１９８の駆動電流が過電流判定閾値以上である状態が継続する時間を計測して、前記状態の継続時間が所定時間に達したときに異常を検知することができる。

次にＶＣＲコントローラ２１４は、異常が発生したこと、及びその異常の種類が電動アクチュエータ１９８の固着又は電動アクチュエータ１９８の駆動電流が過電流となる異常であることを報知するデータをＥＣＭ２１６に送信する。そして、そのデータを受信したＥＣＭ２１６は、報知された異常の種類により位置制御不可能であると判定する（図２において、処理がステップ１０１からステップ１０２に進む）。次に、ＥＣＭ２１６は、放置された異常の種類により通電不可能であると判定する（図２において、処理がステップ１０２からステップ１０５に進む）。

そして、ＥＣＭ２１６は、高圧縮比側への制御を禁止して、ＶＣＲコントローラ２１４に電動アクチュエータ１９８の駆動電流の出力を停止させるデータを送信する。そのデータを受信したＶＣＲコントローラ２１４は、電動アクチュエータ１９８の駆動電流の出力を停止する。すなわち、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラは電動アクチュエータ１９８の通電を停止する制御を行う（図２のステップ１０５に相当）。

また、このようなフェイルセーフ制御と協調して、まず、ＥＣＭ２１６は、ＶＣＲコントローラ２１４が角度センサ１９８Ａにより実圧縮比のデータを受信する。そして、ＥＣＭ２１６は、実圧縮比のデータに基づいて、実有効圧縮比増加に伴うヘビーノックを防止するように点火時期を遅角方向に制御すると共に実有効圧縮比が一定又は一定値より低くなるように作動角の中心位相を遅角させる目標位相変換角のデータをＶＴＣコントローラ２１２に送信するか、又は、実有効圧縮比低下に伴う燃焼悪化を防止するように点火時期を進角方向に制御すると共に実有効圧縮比が一定又は一定値以上となるように作動角の中心位相を進角させる目標位相変換角のデータをＶＴＣコントローラ２１２に送信する。そして、ＶＴＣコントローラ２１２は、目標位相変換角のデータをＥＣＭ２１６から受信し、作動角の中心位相を進角方向又は遅角方向に制御する。
以上のような制御によれば、通電不可能であると判定して電動アクチュエータ１９８への駆動電流の出力を停止することにより、過電流が流れること等による更なる異常を防止することができると共に、位置制御不可能な場合においても、異常が発生したときの実圧縮比に応じて点火時期及びＶＴＣ機構１８０の制御を行い、異常の影響を減少させることが可能である。

［具体例２］
位置制御不可能かつ通電可能な異常が発生した場合、特に電動アクチュエータ１９８の電動機として用いられたブラシレスモータのモータレゾルバの異常が発生した場合の異常の検出及びフェイルセーフ制御について説明する。
まず、ＶＣＲコントローラ２１４が電動アクチュエータ１９８のモータレゾルバの異常を検知する。この異常の検知には、レゾルバ異常を検出する種々の周知の方法を利用することができる。

次に、ＶＣＲコントローラ２１４は、異常が発生したこと、及びその異常の種類は電動アクチュエータ１９８に用いられた電動機のモータレゾルバの異常であることを報知するデータをＥＣＭ２１６に送信する。そして、そのデータを受信したＥＣＭ２１６は、異常の種類に基づき位置制御可能であると判定する（図２において、処理がステップ１０１からステップ１０２に進む）。そして次に、ＥＣＭ２１６は、異常の種類に基づき通電可能であると判定する（図２において、処理がステップ１０２からステップ１０６に進む）。

次にＥＣＭ２１６は、高圧縮比側への制御を禁止する。そして、ＶＣＲコントローラ２１４から検出した実圧縮比のデータを受信して、実圧縮比が所定の圧縮比閾値以下であるか否かを判定する。
検出した実圧縮比が所定の圧縮比閾値以下である場合、ＥＣＭ２１６は、ＶＣＲコントローラ２１４に検出した実圧縮比に圧縮比を維持するためのデータを送信する。例えば、ＥＣＭ２１６は、検出した実圧縮比を目標圧縮比として、その目標圧縮比のデータを送信する。そのデータを受信したＶＣＲコントローラ２１４は、電動アクチュエータ１９８の電動機の駆動電流の出力を再開して、換言すると、電動アクチュエータ１９８に通電して圧縮比を維持する（図２のステップ１０６に相当）。
一方、実圧縮比が圧縮比閾値より高い場合、ＥＣＭ２１６は、ＶＣＲコントローラ２１４に電動アクチュエータ１９８の駆動電流の出力を停止させるデータを送信する。そのデータを受信したＶＣＲコントローラ２１４は、電動アクチュエータ１９８の駆動電流の出力を停止する。このようにすると、前述したように、電動アクチュエータ１９８の作動が停止して圧縮比が低圧縮比側へと推移する。そして、ＥＣＭ２１６は、ＶＣＲコントローラ２１４から検出した実圧縮比のデータを受信して、その実圧縮比が所定の圧縮比となったときに、ＶＣＲコントローラ２１４にその圧縮比を維持する制御を行わせるデータを送信する。例えば、ＥＣＭ２１６は、圧縮比閾値を目標圧縮比として、その目標圧縮比のデータを送信する。そのデータを受信したＶＣＲコントローラ２１４は、電動アクチュエータ１９８の電動機駆動電流の出力を再開して一定の電流値に制御することにより圧縮比を一定に維持する（図２のステップ１０６に相当）。
このような制御と協調して、ＥＣＭ２１６は、実有効圧縮比低下に伴う燃焼悪化を防止するように点火時期を進角方向に制御すると共に、実有効圧縮比が一定又は一定値以上となるように作動角の中心位相を進角させる目標位相変換角のデータをＶＴＣコントローラ２１２に送信する。そして、ＶＴＣコントローラ２１２は、目標位相変換角のデータをＥＣＭ２１６から受信し、作動角の中心位相を進角方向に制御する。

ここで、具体例２における前記フェイルセーフ制御の作用について、図３に示した圧縮比及びモータ駆動電流の推移の一例を参照して説明する。
図３において、実圧縮比１及び駆動電流１は、異常が発生したときの圧縮比が所定圧縮比より高い場合の電流値及び圧縮比の推移の一例を示し、駆動電流２及び実圧縮比２は、異常が発生したときの圧縮比が所定圧縮比以下の場合の電流値及び圧縮比の推移の一例を示す。

まず、時間ｔ１でＥＣＭ２１６は、ＶＣＲコントローラ２１４から受信したデータに基づいて発生した異常が位置制御不可能かつ通電可能であると判定して、ＶＣＲコントローラ２１４から実圧縮比のデータを受信する。そして、実圧縮比２のように圧縮比閾値以下である場合には、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４は圧縮比を維持する制御を行う。一方、実圧縮比１のように圧縮比閾値より高い場合には、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４は電動アクチュエータ１９８の駆動電流の出力を停止する。このようにすると、図３に示すように駆動電流１が低下すると共に、内燃機関１００の作動により実圧縮比１が低圧縮比側に推移する。そして、実圧縮比１が圧縮比閾値以下となった時間ｔ２で、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４は圧縮比を維持する制御を行う。

このように、位置制御不可能であるが通電可能であると判定できれば、電動アクチュエータ１９８の回転制御による圧縮比の変更を行えないとしても、電動アクチュエータ１９８に通電することにより実圧縮比を維持することは可能である。また、圧縮比閾値以下に実圧縮比を制御することにより、圧縮比が高圧縮比に固定されることを要因とするヘビーノック等を防止することができる。
また、前述したように、このような制御と共に点火時期及びＶＴＣ機構１８０を圧縮比に応じて適切に制御する協調フェイルセーフ制御により、維持した圧縮比に応じて燃焼悪化を防止することができる。

［具体例３］
位置制御可能な異常が発生した場合、特に電動アクチュエータ１９８の電動機の駆動電流が耐熱性を考慮した許容電流（以下、耐熱許容電流という）以上の電流となる異常が発生した場合の異常の検出及びフェイルセーフ制御について説明する。

まず、ＶＣＲコントローラ２１４が、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流以上の電流となる異常を検知する。具体的には、ＶＣＲコントローラ２１４は、耐熱許容電流閾値（例えば、耐熱許容電流の値）が設定され、電動アクチュエータ１９８の駆動電流がその耐熱許容電流閾値以上となる状態が所定時間（耐熱許容オーバ判定時間）継続した状態を検出して、異常が発生したことを検知する。例えば、ＶＣＲコントローラ２１４は、タイマにより電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値以上である状態が継続する時間を計測して、前記状態の継続時間が所定時間に達したときに異常を検知することができる。

次に、ＶＣＲコントローラ２１４は、異常が発生したこと、及びその異常の種類が電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流以上の電流となる異常であることを報知するデータをＥＣＭ２１６に送信する。そして、そのデータを受信したＥＣＭ２１６は、異常の種類に基づき位置制御可能な異常であると判定する（図２のステップ１０１で位置制御可能と判定し、処理をステップ１０３に進める）。

次に、ＥＣＭ２１６は、高圧縮比側への制御を禁止して、目標圧縮比を低圧縮比側に変更し、その目標圧縮比のデータをＶＣＲコントローラ２１４に送信する（図２のステップ１０３に相当）。
そのデータを受信したＶＣＲコントローラ２１４は、圧縮比を目標圧縮比に変更する制御を開始する。

ＥＣＭ２１６は、高圧縮比側への制御を禁止してから、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値以上の電流である状態が更に第１の所定時間（制御後判定時間）以上継続しているかを判定する（図２のステップ１０４に相当）。例えば、ＥＣＭ２１６は、高圧縮比側への制御を禁止したときにタイマを起動する。そして、ＥＣＭ２１６は、ＶＣＲコントローラ２１４から電動アクチュエータ１９８の駆動電流のデータを受信し、第１の所定時間が経過する前に電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値より低くなったときには、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値以上の電流である状態が第１の所定時間以上継続しなかったと判定する。一方、ＥＣＭ２１６は、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値より低下せずに前記タイマの計測時間が第１の所定時間に達したときには、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値以上の電流である状態が第１の所定時間以上継続したと判定することができる。

ＥＣＭ２１６は、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値以上の電流である状態が第１の所定時間以上継続しなかったと判定した場合には目標圧縮比を変更しない。そして、ＶＣＲコントローラ２１４は、圧縮比変更制御を継続する。すなわち、ＶＣＲコントローラ２１４は、圧縮比が目標圧縮比となっていない場合には圧縮比を目標圧縮比とする制御を継続して圧縮比が目標圧縮比となったときに圧縮比を維持する制御を行う一方、既に圧縮比が目標圧縮比となっている場合には電動アクチュエータ１９８の駆動電流を一定として圧縮比を維持する制御を行う（図２のステップ１０７に相当）。
また、ＥＣＭ２１６は、高圧縮比側への制御を禁止してから第１の所定時間より長い第２の所定時間経過したときに、内燃機関１００の運転状態に応じてＶＣＲ機構１９０、また必要に応じてＶＴＣ機構１８０及び点火時期を制御する通常制御に復帰して、データをＶＣＲコントローラ２１４、また必要に応じてＶＴＣコントローラ２１２に送信する。つまり、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４、そして、必要に応じてＶＴＣコントローラ２１２は、第２の所定時間経過後にＶＣＲ機構１９０、また、必要に応じて、ＶＴＣ機構１８０及び点火時期を通常制御により制御してもよい。ここで第２の所定時間として、例えば、電動アクチュエータ１９８の電動機の温度が低下するのに十分な時間は、予め設定されていてもよいし、ＥＣＭ２１６が電動アクチュエータ１９８の負荷状態（例えば、異常検知時の電動アクチュエータ１９８の駆動電流値等）に基づいて算出した時間あるいは選択した時間が設定されてもよい。
なお、ＥＣＭ２１６は、通常制御への復帰に代えて、通常制御時よりも圧縮比の可変域、換言すると、制御シャフト１９６の可動域を狭くして、電動機の駆動電流を通常制御よりも制限する復帰時専用制御を行ってもよい。

一方、ＥＣＭ２１６は、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値以上の電流である状態が第１の所定時間以上継続したと判定した場合には、ＶＣＲコントローラ２１４に電動アクチュエータ１９８の駆動電流の出力を停止させるデータを送信する。そして、ＶＣＲコントローラ２１４は、そのデータを受信して電動アクチュエータ１９８の駆動電流の出力を停止する。つまり、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４は、電動アクチュエータ１９８の駆動電流の出力を停止する制御を行う。

駆動電流の出力を停止すると、前述したように、圧縮比が低圧縮比側へと推移する。そして、ＥＣＭ２１６は、ＶＣＲコントローラ２１４から検出した実圧縮比のデータを受信し、その実圧縮比が所定の圧縮比閾値になったとき、あるいは、その実圧縮比が所定の圧縮比閾値以下であるときに、ＶＣＲコントローラ２１４に検出した実圧縮比を維持するためのデータを送信する。そのデータを受信したＶＣＲコントローラ２１４は、電動アクチュエータ１９８における電動機の駆動電流の出力を再開して圧縮比を維持する（図２のステップ１０６に相当）。また、圧縮比を維持した後、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流以上である状態が所定時間（例えば、第１の所定時間と同じ時間でもよいし、それとは異なる時間でもよい）以上継続する場合には、再度、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４は、電動アクチュエータ１９８への駆動電流の出力を停止する制御を行うことができる。なお、検出した実圧縮比が所定の圧縮比より高いが駆動電流の出力を停止しても圧縮比閾値以下とならないときには、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４は、駆動電流の停止を維持することができる。
ここで、ＥＣＭ２１６には、圧縮比閾値として、複数の閾値が設定されることが可能である。これにより、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４は、検出した実圧縮比が複数の圧縮比閾値のうち、検出した実圧縮比より低い、かつ、検出した実圧縮比に最も近い値である圧縮比閾値以下となったときに圧縮比を一定に維持する制御を行うことができる。そして、例えば、第１の圧縮比閾値以下に圧縮比を維持する制御を行った後に電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流以上である状態が所定時間以上継続したことを検出して電動アクチュエータ１９８への駆動電流の出力の停止を行った場合において、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４は、実圧縮比が低下して第１の圧縮比より低い第２の圧縮比閾値以下となったときに圧縮比を維持する制御を行うことができる。なお、複数の閾値が設定された場合にも、圧縮比が、検出した実圧縮比より低い、かつ、検出した実圧縮比に最も近い値である圧縮比閾値以下となるまで電動アクチュエータ１９８の駆動電流の出力は再開しない。
また、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４は、検出した実圧縮比がある圧縮比（例えば、ＶＣＲ機構１９０の最低圧縮比近傍の値に設定された値）以下であるときには駆動電流の出力の停止を維持するようにしてもよい。

また、ＥＣＭ２１６は、このような制御と協調して、実有効圧縮比低下に伴う燃焼悪化を防止するように点火時期を進角方向に制御すると共に、実有効圧縮比が一定又は一定値以上となるように作動角の中心位相を進角させる目標位相変換角のデータをＶＴＣコントローラ２１２に送信する。そして、ＶＴＣコントローラ２１２は、目標位相変換角のデータをＥＣＭ２１６から受信し、作動角の中心位相を進角方向に制御する。

ここで、具体例２において、ＥＣＭ２１６は、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値以上の電流である状態が第１の所定時間以上継続したかについて判定したが、これに代えて、タイマが第１の所定時間に達したときに、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値以上であるか、又は耐熱許容電流閾値より低いかについて判定することができる。そして、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値以上であると判定したときには、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値以上の電流である状態が第１の所定時間以上継続したと判定した場合と同様に制御し、一方、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値より低いと判定したときには、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値以上の電流である状態が第１の所定時間以上継続しなかったと判定した場合と同様に制御することができる。

ここで、具体例３における制御の作用について、図４及び図５に示した圧縮比及びモータ駆動電流の推移の一例を参照して説明する。
図４は、目標圧縮比変更後の駆動電流が耐熱許容電流閾値を超える状態が継続しない場合の実圧縮比及び駆動電流の推移の一例を示す。
まず、ＶＣＲコントローラ２１４が時間ｔ３で電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値を超えたことを検出する。そして、ＶＣＲコントローラ２１４は、タイマを起動し、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値より低下することなく時間ｔ３から所定時間（耐熱許容オーバ判定時間）経過したとき（時間ｔ３から所定時間経過した時間ｔ４）に、異常が発生したことを検知する。このとき、異常を検知したＶＣＲコントローラ２１４は、ＥＣＭ２１６に異常発生及び異常の種類を報知するデータを送信する。このデータを受信したＥＣＭ２１６は、報知された異常の種類により位置制御が可能であると判定して目標圧縮比を異常検知時の目標圧縮比から低圧縮比側に変更して、その変更された目標圧縮比のデータをＶＣＲコントローラ２１４に送信する。そのデータを受信したＶＣＲコントローラ２１４は圧縮比を目標圧縮比に変更する制御を行う。この制御により、図４に示すように、圧縮比が目標圧縮比まで低下して、それに伴い駆動電流も低下する。
そして、図４に示すように時間ｔ４から第１の所定時間が経過した時間ｔ５の時点より前に駆動電流が低下した場合、すなわち、圧縮比の高圧縮比側への変更を禁止してから第１の所定時間経過する前に駆動電流が耐熱許容電流閾値より低下した場合は、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４は目標圧縮比を維持する制御を行う。更に、圧縮比の高圧縮比側への変更を禁止してから電動アクチュエータ１９８の電動機の温度が低下するのに十分な第２の所定時間（温度低下必要時間）が経過した時間ｔ６で、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４は、圧縮比の制御を通常制御に復帰させる。

このように、位置制御可能である異常であると判定できれば、目標圧縮比を異常発生時より低圧縮比側に変更して制御することにより燃焼悪化を防止することができる。
また、前述したように、このような制御と共に点火時期及びＶＴＣ機構１８０を圧縮比に応じて適切に制御することにより、維持した圧縮比に応じて燃焼悪化を防止することができる。

図５は、圧縮比閾値を複数設定した際に目標圧縮比変更後の駆動電流が耐熱許容電流閾値を超える状態が継続する場合の実圧縮比及び駆動電流の推移の一例を示す。
図５において、圧縮比閾値１は、圧縮比閾値２より大きく、実圧縮比３及び駆動電流３は、実圧縮比検出時に圧縮比が圧縮比閾値１より高い場合の電流値及び圧縮比の推移の一例を示し、駆動電流４及び実圧縮比４は、実圧縮比検出時に圧縮比が圧縮比閾値１より低く、圧縮比閾値２より高い場合の電流値及び圧縮比の推移の一例を示す。
まず、ＶＣＲコントローラ２１４が時間ｔ６で電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値を超えたことを検出する。そして、ＶＣＲコントローラ２１４は、タイマを起動し、電動アクチュエータ１９８の駆動電流が耐熱許容電流閾値より低下することなく時間ｔ７から所定時間（耐熱許容オーバ判定時間）経過したとき（時間ｔ７から所定時間経過した時間ｔ８）に、異常が発生したことを検知する。このとき、異常を検知したＶＣＲコントローラ２１４は、ＥＣＭ２１６に異常発生及び異常の種類を報知するデータを送信する。このデータを受信したＥＣＭ２１６は、報知された異常の種類により位置制御が可能であると判定して目標圧縮比を異常検知時の目標圧縮比から低圧縮比側に変更して、その変更された目標圧縮比のデータをＶＣＲコントローラ２１４に送信する。そのデータを受信したＶＣＲコントローラ２１４は圧縮比を目標圧縮比に変更する制御を行う。この制御は、圧縮比を低下させることにより駆動電流を低下させるために行われるが、異常によっては図５に示すように駆動電流が低下しない場合がある。
そして、時間ｔ８から第１の所定時間経過した時間ｔ９において、駆動電流が耐熱許容電流閾値より低下せずに、圧縮比の高圧縮比側への変更を禁止してから駆動電流が耐熱許容電流閾値以上である状態が第１の所定時間継続しているので、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４は、電動アクチュエータ１９８の駆動電流の出力を停止する制御を行う。このとき、ＥＣＭ２１６は、ＶＣＲコントローラ２１４から検出した実圧縮比のデータを受信する。実圧縮比３のように圧縮比が圧縮比閾値１より高い場合には、圧縮比閾値１まで実圧縮比が低下した時間ｔ１１でＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４は圧縮比を維持する制御を行う。一方、実圧縮比４のように圧縮比閾値１より低く、圧縮比閾値２より高い場合には、検出した実圧縮比より低いかつ検出した実圧縮比に最も近い値である圧縮比閾値２まで実圧縮比が低下した時間ｔ１０で、ＥＣＭ２１６及びＶＣＲコントローラ２１４は圧縮比を維持する制御を行う。

このように、位置制御可能であると判定できれば、目標圧縮比を異常発生時より低圧縮比側に変更して制御することにより燃焼悪化を防止することができる。
また、前述したように、このような制御と共に点火時期及びＶＴＣ機構１８０を圧縮比に応じて適切に制御することにより、維持した圧縮比に応じて燃焼悪化を防止することができる。

以上のように具体例を挙げて本発明について説明したが、内燃機関１００における制御装置２１０の構成及び機能分担は本明細書に記載したものに限定されず、本発明は、例えば、１つのＥＣＵで構成された制御装置、あるいは、本明細書に記載された以外の制御装置を含んで構成されたシステム等にも適用可能である。

また、本発明に係る制御装置２１０は、内燃機関１００の運転を停止するときに、異常発生による圧縮比維持制御を行っている場合は、次に、内燃機関１００の運転を始動するときには、運転を停止したときの圧縮比を維持する圧縮比維持制御を開始する。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。

（イ）圧縮比を電動アクチュエータによって変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置であって、前記可変圧縮比機構に異常が発生した際に前記電動アクチュエータへの通電を停止し、それにより前記圧縮比が低下して所定圧縮比になったときに前記電動アクチュエータに通電して圧縮比を維持する制御を行う内燃機関の制御装置。
このようにすれば、過大な駆動電流による電動アクチュエータの故障を防止できる。

（ロ）圧縮比を電動アクチュエータによって変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記可変圧縮比機構に異常が発生したときに高圧縮比側への圧縮比の制御を禁止し、
高圧縮比側への圧縮比の制御を禁止した後に、前記電動アクチュエータの駆動電流が所定値以上である状態が所定時間継続したときに、前記所定圧縮比より低い所定圧縮比以下になるまで、前記電動アクチュエータへの通電を停止する、内燃機関の制御装置。
このようにすれば、過大な駆動電流による電動アクチュエータの故障を防止できる。

（ハ）前記内燃機関は、更に、バルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構を備え、高圧縮比側への圧縮比の制御を禁止すると共に、実有効圧縮比を一定又は一定値以上となるように前記可変バルブタイミング機構を制御する請求項（ロ）記載の内燃機関の制御装置。
このようにすれば、ＶＣＲ機構１９０のフェイルセーフ制御と協調してＶＴＣ機構１８０を制御でき、実有効圧縮比変更に対処することができる。

（ニ）前記内燃機関は、更に点火時期が変更可能な点火栓を備え、高圧縮比側への圧縮比の制御を禁止すると共に、前記内燃機関の圧縮比に基づいて前記点火時期を変更する、（ロ）、（ハ）のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
このようにすれば、ＶＣＲ機構１９０のフェイルセーフ制御と協調して点火時期を制御でき、実有効圧縮比変化に伴う燃焼悪化を防止するよう対処することができる。

１００…内燃機関
１９０…可変圧縮比（ＶＣＲ）機構
１９８…電動アクチュエータ
２１０…制御装置
２１４…ＶＣＲコントローラ
２１６…ＥＣＭ

Claims (2)

1. 圧縮比を電動アクチュエータによって変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記可変圧縮比機構に異常が発生したときに高圧縮比側への圧縮比の制御を禁止し、
   高圧縮比側への圧縮比の制御を禁止してから第１の所定時間が経過する前に前記電動アクチュエータの駆動電流が所定値より低くなったときに、高圧縮比側への圧縮比の制御を禁止してから前記第１の所定時間より長い第２の所定時間が経過した後に圧縮比を前記内燃機関の運転状況に応じて制御する通常制御を行う、
   内燃機関の制御装置。
2. 圧縮比を電動アクチュエータによって変更する可変圧縮比機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記可変圧縮比機構に異常が発生したときに高圧縮比側への圧縮比の制御を禁止し、
   高圧縮比側への圧縮比の制御を禁止してから前記電動アクチュエータの駆動電流が所定値以上である状態が所定時間継続したときに、前記電動アクチュエータの通電を停止する、
   内燃機関の制御装置。