(57)【要約】【課題】カム切り換え機構が故障し高速用カムへの切り換えが不能になった場合には、高速用カムを使用すべき運転領域で、吸入空気量が低下してスモーク量が増大する。【解決手段】このような故障が発生した場合、低速用カム領域では、正常時の制御マップから目標吸入空気量ＧＥｔａｒｇｅｔを設定し（Ｓ３０６）、高速用カム領域では、故障時の制御マップから、正常に比べて吸入空気量が大となるような目標吸入空気量ＧＥｔａｒｇｅｔを設定し（Ｓ３０８）、設定した目標吸入空気量が得られるようにＶＮＴにおける可変ノズルの開度を制御する（Ｓ３１０〜Ｓ３１４）。【選択図】　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の出力制御を行う内燃機関の出力制御装置であって、
排気流路を絞る可変ノズルの開度を制御することで、燃焼室に流入する吸入空気量を調整するＶＮＴ制御手段と、
内燃機関の低回転域で高トルクを発生させる低速用カムと高回転域で高トルクを発生させる高速用カムから、内燃機関の運転状態に応じて使用すべきカムを設定するカム設定手段と、
前記カム設定手段の設定結果に応じて、前記低速用カムと高速用カムのいずれか一方のカム動作をバルブ側に伝達するカム切換手段と、
前記低速用カムと高速用カムの切換状態を検知する切換状態検知手段とを備えており、
前記ＶＮＴ制御手段は、
前記カム設定手段で設定されたカムが前記高速用カムであって、前記切換状態検知手段で検知されたカムが前記低速用カムとなる前記カム切換手段の故障時に、このカム切換手段が正常に動作している場合に比べて吸入空気量が増大するように、可変ノズルの開度を制御することを特徴とする内燃機関の出力制御装置。
【請求項２】
内燃機関の出力制御を行う内燃機関の出力制御装置であって、
排気再循環通路に配設されたＥＧＲ弁の動作制御を行って、排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段と、
内燃機関の低回転域で高トルクを発生させる低速用カムと高回転域で高トルクを発生させる高速用カムから、内燃機関の運転状態に応じて使用すべきカムを設定するカム設定手段と、
前記カム設定手段の設定結果に応じて、前記低速用カムと高速用カムのいずれか一方のカム動作をバルブ側に伝達するカム切換手段と、
前記低速用カムと高速用カムの切換状態を検知する切換状態検知手段とを備えており、
前記ＥＧＲ制御手段は、
前記カム設定手段で設定されたカムが前記高速用カムであって、前記切換状態検知手段で検知されたカムが前記低速用カムとなる前記カム切換手段の故障時に、このカム切換手段が正常に動作している場合に比べて、ＥＧＲ弁の弁動作が緩慢となるように動作制御を行うことを特徴とする内燃機関の出力制御装置。
【請求項３】
内燃機関の出力制御を行う内燃機関の出力制御装置であって、
スロットルバルブを所定の開度に駆動制御するスロットル制御手段と、
内燃機関の低回転域で高トルクを発生させる低速用カムと高回転域で高トルクを発生させる高速用カムから、内燃機関の運転状態に応じて使用すべきカムを設定するカム設定手段と、
前記カム設定手段の設定結果に応じて、前記低速用カムと高速用カムのいずれか一方のカム動作をバルブ側に伝達するカム切換手段と、
前記低速用カムと高速用カムの切換状態を検知する切換状態検知手段とを備えており、
前記スロットル制御手段は、
前記カム設定手段で設定されたカムが前記高速用カムであって、前記切換状態検知手段で検知されたカムが前記低速用カムとなる前記カム切換手段の故障時に、このカム切換手段が正常に動作している場合に比べて、スロットルバルブの開度が開側に、かつ、開閉動作が緩慢となるように、動作制御を行うことを特徴とする内燃機関の出力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の出力制御装置に関し、特に、内燃機関のバルブ動作を司るカムのカム特性（カムプロフィル）を、運転状態に応じて切り換える機構を備える内燃機関の出力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【０００３】
【特許文献】特開平４−２６９３５３号公報
従来から、内燃機関の給排気バルブの開閉タイミングやリフト量を可変制御することにより、運転状態に応じて最適なエンジン性能を発揮させる技術が知られている。装置構成の一例としては、低回転域で高トルクを発生させる低速用カムと高回転域で高トルクを発生させる高速用カムのうち、一方のカム動作を、カム切り換え機構によってバルブ側に伝達するものである。
【０００４】
一方、このようなカム切り換え機構に故障が発生する場合も生じ得る。そこで上記特許文献には、このようなカム切り換え機構に故障が発生した場合には、制御パラメータを変更することが概略的に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、例えばカム切り換え機構が低速用カム側で固着して、高速用カムへの切り換えが不能になった場合に、そのまま高速用カムの運転領域に入ると、正常時に比べて吸入空気量が極端に低下する状況となり、排気ガス中のスモーク量が増加してしまう。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決すべく成されたものであり、その目的は、このようにカム切り換え機構が低速用カム側で固着して、高速用カムの運転領域に入った場合に生じ得る、スモーク量の増加を十分に抑制し得る内燃機関の出力制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１にかかる内燃機関の出力制御装置は、内燃機関の出力制御を行う内燃機関の出力制御装置であって、排気流路を絞る可変ノズルの開度を制御することで、燃焼室に流入する吸入空気量を調整するＶＮＴ制御手段と、内燃機関の低回転域で高トルクを発生させる低速用カムと高回転域で高トルクを発生させる高速用カムから、内燃機関の運転状態に応じて使用すべきカムを設定するカム設定手段と、カム設定手段の設定結果に応じて、低速用カムと高速用カムのいずれか一方のカム動作をバルブ側に伝達するカム切換手段と、低速用カムと高速用カムの切換状態を検知する切換状態検知手段とを備えており、ＶＮＴ制御手段は、カム設定手段で設定されたカムが高速用カムであって、切換状態検知手段で検知されたカムが低速用カムとなるカム切換手段の故障時に、このカム切換手段が正常に動作している場合に比べて吸入空気量が増大するように、可変ノズルの開度を制御することを特徴とする。
【０００８】
カム切り換え機構が低速用カム側で固着して、そのまま高速用カムの運転領域に入ると、正常時に比べて吸入空気量が極端に低下する。そこでこの状況を補うように、カム切換手段が正常に動作している場合に比べて過給圧を増圧して、燃焼室内に流入する吸入空気量が増大するように、ＶＮＴ制御手段によって可変ノズルの開度を制御する。
【０００９】
請求項２にかかる内燃機関の出力制御装置は、内燃機関の出力制御を行う内燃機関の出力制御装置であって、排気再循環通路に配設されたＥＧＲ弁の動作制御を行って、排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御手段と、内燃機関の低回転域で高トルクを発生させる低速用カムと高回転域で高トルクを発生させる高速用カムから、内燃機関の運転状態に応じて使用すべきカムを設定するカム設定手段と、カム設定手段の設定結果に応じて、低速用カムと高速用カムのいずれか一方のカム動作をバルブ側に伝達するカム切換手段と、低速用カムと高速用カムの切換状態を検知する切換状態検知手段とを備えており、ＥＧＲ制御手段は、カム設定手段で設定されたカムが高速用カムであって、切換状態検知手段で検知されたカムが低速用カムとなるカム切換手段の故障時に、このカム切換手段が正常に動作している場合に比べて、ＥＧＲ弁の弁動作が緩慢となるように動作制御を行うことを特徴とする。
【００１０】
高負荷、高回転となる内燃機関の運転領域では、通常、ＥＧＲ弁を全閉状態に制御する。一方、正常時における高速用カムの運転領域では、吸入空気量がＥＧＲ量に比べて十分に大となるが、低速用カム側で固着した状態でそのまま高速用カムの運転領域に入ると、正常時に比べて吸入空気量が極端に低下するため、吸入空気量とＥＧＲ量との差が小となる。このような故障時に、ＥＧＲ弁を直ちに全閉状態に制御すると、燃焼室内に流入する吸入空気量が大きく変動して、より一層スモーク量が増大してしまう。そこで、ＥＧＲ制御手段は、カム切り換え機構が低速用カム側で固着した状況下で、高速用カムの運転領域に入った場合には、カム切換手段が正常に動作している場合に比べて、ＥＧＲ弁の弁動作が緩慢となるように動作制御を行って、燃焼室に流入する吸入空気量の急激な変化を防止する。
【００１１】
請求項３にかかる内燃機関の出力制御装置は、内燃機関の出力制御を行う内燃機関の出力制御装置であって、スロットルバルブを所定の開度に駆動制御するスロットル制御手段と、内燃機関の低回転域で高トルクを発生させる低速用カムと高回転域で高トルクを発生させる高速用カムから、内燃機関の運転状態に応じて使用すべきカムを設定するカム設定手段と、カム設定手段の設定結果に応じて、低速用カムと高速用カムのいずれか一方のカム動作をバルブ側に伝達するカム切換手段と、低速用カムと高速用カムの切換状態を検知する切換状態検知手段とを備えており、スロットル制御手段は、カム設定手段で設定されたカムが高速用カムであって、切換状態検知手段で検知されたカムが低速用カムとなるカム切換手段の故障時に、このカム切換手段が正常に動作している場合に比べて、スロットルバルブの開度が開側に、かつ、開閉動作が緩慢となるように、動作制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
カム切り換え機構が低速用カム側で固着して、そのまま高速用カムの運転領域に入ると、正常時に比べて吸入空気量が極端に低下する。そこでこの状況を補うように、カム切換手段が正常に動作している場合に比べて吸入空気量が増大するように、スロットル制御手段によってスロットルバルブの開度をより開側に制御する。また、この際、カム切換手段の正常時に比べて、スロットルバルブの開閉動作が緩慢となるように動作制御を行って、スロットルバルブが急激に開側に変化することを防止する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下の本発明の各実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１４】
第１の実施形態について説明する。
【００１５】
図１及び図２に、後述する各実施形態に共通となるディーゼルエンジン（内燃機関）の全体的な構成を模式的に示す。内燃機関１０には４つの気筒１２が一列に配置されており、各気筒１２の上部には、気筒１２内に燃料を噴射・供給するインジェクタ２００が設けられている。各インジェクタは、燃料供給管１４を介して、コモンレール１６と呼ばれる高圧燃焼蓄圧室に接続されており、コモンレール１６から各インジェクタ２００に高圧燃料が供給される機構となっている。各インジェクタ２００は、電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）１００からの制御信号に基づき、所定の時期にインジェクタ２００内部のニードル弁を開弁させることにより、この開弁時間とコモンレール１６の燃料圧力とに応じた所定量の燃料を各気筒１２内に噴射する。
【００１６】
また、この内燃機関１０には、可変ノズルタービン（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｎｏｚｚｌｅ　Ｔｕｒｂｉｎ：ＶＮＴ）を備えた過給機２０を備えており、吸気通路３０に導入された吸入空気は、過給機２０のコンプレッサ２２に流入し、この内部で回転するコンプレッサホイールによって吸入空気が昇圧（圧縮）される。昇圧された吸入空気はさらにインタークーラ３８を経由する際に冷却され、この後、吸気マニホールド３２を介して内燃機関１０の各気筒１２内に流入する。各気筒１２内で燃焼した後の排気ガスは、各気筒１２に接続された排気マニホールド３４を経由して集合し、過給機２０の排気タービン２４に流入する。そして、流入した排気ガスは、この排気タービン２４内において、前述したコンプレッサホイールと同一のシャフトに固定されたタービンホールを回転させた後、排気通路３６を経由して排気される。そして排気タービン２４の入口には、ＶＮＴアクチューエータ２１０によって傾動制御される可変ノズルが設けられており、可変ノズルは、その開度が変化することによって、排気タービン２４入口の絞り状態としての流路面積が変化して、排気タービン２４に流入する排気ガスの流速を増減させる機能を有している。なお、このＶＮＴアクチューエータ２１０は、ステッピングモータを備えて構成しており、ＥＣＵ１００から与えられるパルス信号によって動作制御が実施される。
【００１７】
また、この内燃機関１０には、排気ガスの一部を吸気系に再循環させる排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：ＥＧＲ）装置が搭載されている。このＥＧＲ装置は、排気マニホールド３４と吸気マニホールド３２とを連通するＥＧＲ通路４０上に、このＥＧＲ通路４０を流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ４２や、ＥＧＲ通路４０を流れる排気ガス量（ＥＧＲ量）を制御するＥＧＲ弁２２０などを備えて構成しており、ＥＧＲ弁２２０も、ＥＣＵ１００から与えられる制御信号によって動作制御が実施される。なお、このＥＧＲ弁２２０の弁開度は、ステッピングモータの回転量に応じて調節可能な構造となっており、ＥＣＵ１００から与えられるパルス信号によって動作制御が実施される。
【００１８】
さらに、この内燃機関１０には、バルブタイミングやバルブリフト量をエンジンの負荷状態に応じて変化させる可変バルブタイミング機構（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｖａｌｖｅ　Ｔｉｍｉｎｇ：ＶＶＴ）が搭載されている。各気筒に対応して設けられた一対の吸気バルブと排気バルブのそれぞれに、このようなＶＶＴ機構が設けられているが、図１では、図示の便宜上、吸気バルブを駆動するＶＶＴ機構のみを代表的にを示している。
【００１９】
吸気バルブ側のＶＶＴ機構を例に説明すると、このＶＶＴ機構は、図３に示すように、リフト量及び開弁角を小さくして低回転域で高トルクを発生させる低速用カム６０と、リフト量及び開弁角を大きくして高回転域で高トルクを発生させる高速用カム６１とを１組として各気筒毎に備えており、これらの低速用カム６０と高速用カム６１とを、同一のカムシャフト６８に対して固定している。高速用カム６１の両側に配置した低速用カム６０の下部には、この低速用カム６０と当接して揺動するサイドロッカーアーム６３を配しており、このサイドロッカーアーム６３の揺動端に吸気バルブ６４が固定されている。そして中央の高速用カム６１の下部には、この高速用カム６１と当接して揺動するセンターロッカーアーム６５を配しており、センターロッカーアーム６５はロストモーションスプリング６６によって、常時、高速用カム６１に当接するように押圧されている。
【００２０】
サイドロッカーアーム６３とセンターロッカーアーム６５とは、供給される油圧が増減変化することによって、分離状態と連結状態とに切り換え得る、油圧駆動式のカム切り換え機構を内蔵しており、カム切り換え機構に供給される油圧は、油圧経路に設けられたコントロールバルブ２３０の開閉状態を変化させることで、増減変化する機構となっており、このコントロールバルブ２３０も、ＥＣＵ１００によって開閉動作の制御が実行される。
【００２１】
内燃機関１０の運転状態が、予め規定した低速用カムを使用すべき領域内の場合には（図５参照）、このカム切り換え機構によって、サイドロッカーアーム６３とセンターロッカーアーム６５とを互いに分離状態に制御する。これにより、低速用カム６０のカムプロフィルによってサイドロッカーアーム６３が揺動し、この揺動動作によって吸気バルブ６４の開閉動作が行われる。このとき、センターロッカーアーム６５も高速用カム６１によって揺動するが、バルブ開閉動作には関与しない。
【００２２】
これに対し、内燃機関１０の運転状態が、予め規定した高速用カムを使用すべき領域内の場合には（図５参照）、カム切り換え機構によって、サイドロッカーアーム６３とセンターロッカーアーム６５とを一体的に連結する。これにより、一体化したサイドロッカーアーム６３とセンターロッカーアーム６５とは、リフト量及び開弁角が大きい高速用カム６１のカムプロフィルに従って揺動する状態となり、吸気バルブ６４は高速用カム６１によって規定されるバルブタイミングとリフト量に従って開閉動作を行う状態となる。
【００２３】
従って、サイドロッカーアーム６３が揺動する揺動角を検知することで、吸気バルブ６４がいずれのカムプロフィルに従って開閉動作を行っているのかが把握できる。このため、サイドロッカーアーム６３の揺動角を検知する揺動角センサ７０を設けて、カムの切り換え状態を検知している。
【００２４】
また、内燃機関の吸気通路には、スロットルバルブ４４をスロットルモータ２４０によって駆動する電子制御式スロットルシステムを搭載しており、スロットルモータ２４０は、ステッピングモータを使用しており、スロットルバルブ４４の開度は、このスロットルモータ２４０の回転ステップ数に応じて駆動制御可能な機構となっており、ＥＣＵ１００から与えられるパルス信号によってスロットルモータ２４０の回転動作が制御される。
【００２５】
ＥＣＵ１００には、揺動角センサ７０の他、エンジン回転数を検知する回転数センサ７１、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ７２、気筒に導入される吸気の温度を検出する吸気温度センサ７３、吸気マニホールド３２内の圧力を検出する吸気圧センサ７４、内燃機関１０によって回転駆動されるクランク軸の回転角を検出するクランク角センサ７５、スロットルバルブのバルブ開度を検出するスロットルポジションセンサ７６、冷却水の温度を検出する冷却水温センサ７７、吸入空気量を検出するエアーフローメータ７８、過給機２０に流入する前の排気圧力を検出する排気圧センサ７９などの各センサの検出結果が与えられ、この検出結果をもとに、以下に説明する各種の制御処理が実行される。
【００２６】
そこで、ＥＣＵ１００で実施する各制御処理のうち、まず、ＶＶＴ機構の制御処理について図４のフローチャートに沿って説明する。
【００２７】
このフローチャートは所定の時間間隔で起動し、ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と記す。）１０２ではアクセル開度とエンジン回転数を読み込む。そして図５に示すように、エンジン回転数とアクセル開度（エンジン負荷）とをもとに定まる運転領域に応じて、低速用カムを使用する領域と高速用カムを使用する領域が予め規定されており、続くＳ１０４では、Ｓ１０２で読み込んだエンジン回転数とアクセル開度とをもとに、図５のマップから使用すべきカムを設定する。図５はエンジン回転数とアクセル開度とに応じて規定される運転状態から、低速用カムを使用する運転領域と高速用カムを使用する運転領域とを、境界線Ｎを境として規定したマップである。
【００２８】
続くＳ１０６では、Ｓ１０４で設定されたカムに応じた切り換え信号をコントロールバルブ２３０に出力してこのルーチンを終了する。このようにしてコントロールバルブ２３０の弁動作が制御され、Ｓ１０４で設定したカムを使用すべく、カム切り換え機構の切り換え制御が実行される。
【００２９】
また、このようなカム切り換え機構が正常に機能しているかについても監視している。図６に、カム切り換え機構の故障を判定する故障判定ルーチンを示す。この故障判定ルーチンはイグニションスイッチのＯＮ操作によって起動する。起動後、Ｓ２０２に進み、図４のＳ１０４で設定された使用カムの設定状況を読み込む。続くＳ２０４では揺動角センサ７０の検出結果を読み込み、Ｓ２０６では揺動角センサ７０の検出結果をもとに現在使用中のカムを判定する。すなわち、サイドロッカーアーム６３の揺動状態が低速用カムのプロフィルに沿ったものか、高速用カムのプロフィルに沿ったものかを判定する。
【００３０】
続くＳ２０８では、Ｓ２０２で読み込んだ使用カムの設定状況と、Ｓ２０６で判定した現在使用中のカムとを比較し、一致していれば正常であると判断して（Ｓ２０８で「Ｎｏ」）、Ｓ２０２に進み、前述した処理を繰り返し実行する。一方、使用カムの設定状況と現在使用中のカムとが不一致の場合には（Ｓ２０８で「Ｙｅｓ」）、カム切り換え機構に故障が発生していると判断でき、この場合にはＳ２１０に進み、後述するような故障時の制御ルーチンを起動させると共に、Ｓ２１２に進んで、カム切り換え機構に故障が発生していることを示す警告灯を点灯させて、運転者に故障が発生したことを知らせ、このルーチンを終了する。
【００３１】
このようにしてカム切り換え機構に故障が発生したと判定された場合に、故障に対応した各種の制御処理が実行される。以下では、特にカム切り換え機構が低速用カム側で固着した場合（高速用カムへの切り換えが不能）に対処する制御処理について説明する。
【００３２】
このような故障時に起動するＶＮＴ制御ルーチンを図７に示す。このルーチンは、先のＳ２１０によって起動し、所定の時間間隔で実行される。
【００３３】
Ｓ３０２ではアクセル開度、エンジン回転数及び吸入空気量をそれぞれ読み込むと共に、読み込んだ吸入空気量とエンジン回転数とをもとに、機関１回転当たりの吸入空気量ＧＥを算出する。
【００３４】
続くＳ３０４では、Ｓ３０２で読み込んだアクセル開度とエンジン回転数によって規定される運転状態が、高速用カムを使用すべき領域となる、高速用カム領域かを判断する。具体的には、図５に示したマップをもとに、現状の運転状態が高速用カムの領域であるか否かをもとに判断する。その結果、低速用カムの運転領域である場合には（Ｓ３０４で「Ｎｏ」）、この故障が低速用カム側で固着している状況であり、正常時と相異ないため、Ｓ３０６に進んで正常時に用いるマップにアクセスして、制御目標となる目標吸入空気量ＧＥｔａｒｇｅｔを設定する。このマップは、アクセル開度とエンジン回転数とで規定される各運転状態に応じて、制御目標となる好適な目標吸入空気量ＧＥｔａｒｇｅｔを予め規定したマップであり、Ｓ３０６では、Ｓ３０２で読み込んだアクセル開度とエンジン回転数とをパラメータとしてこのマップにアクセスし、対応する目標吸入空気量ＧＥｔａｒｇｅｔを読み出して設定する。
【００３５】
これに対し、現状の運転状態が高速用カム領域の場合には（Ｓ３０４で「Ｙｅｓ」）、Ｓ３０８に進み、故障時のマップをもとに、制御目標となる目標吸入空気量ＧＥｔａｒｇｅｔを設定する。この故障時のマップは、低速用カムを用いた状態で高速用カム領域まで運転した場合における、好適な吸入空気量を予め実験的に求めてマップ化したものであり、Ｓ３０８では、Ｓ３０２で読み込んだアクセル開度とエンジン回転数とをパラメータとして、この故障時のマップにアクセスし、対応する目標吸入空気量ＧＥｔａｒｇｅｔを読み出して設定する。このような故障が発生して、運転状態が高速用カム領域に入った場合には、正常時（高速用カム領域で高速用カムを使用した場合）に比べて吸入空気量が極端に低下するため、これを補うべく、この故障時のマップで規定される目標吸入空気量ＧＥｔａｒｇｅｔは、正常時の各運転状態に応じて設定される値に比べてより大きな値が設定されている。
【００３６】
このようにしてＳ３０６又はＳ３０８を経て目標吸入空気量ＧＥｔａｒｇｅｔが設定された後、Ｓ３１０に進み、目標吸入空気量ＧＥｔａｒｇｅｔとＳ３０２で算出した現状の吸入空気量ＧＥとの偏差ΔＧＥを、ΔＧＥ＝ＧＥｔａｒｇｅｔ−ＧＥとして設定する。続くＳ３１２では、Ｓ３１０で算出した偏差ΔＧＥをもとに、ＶＮＴの制御ステップ数を設定する。前述したようにＶＮＴアクチューエータ２１０は、ステッピングモータを備えて構成しており、このステッピングモータは印可されるパルス信号に応じて、正転方向・逆転方向に、所定角度だけ回転駆動される機構となっている。従って、偏差ΔＧＥの正負及びその大きさに応じた回転角度（制御ステップ数）を予め実験的に求めてマップ化しておき、Ｓ３１２では、このときの偏差ΔＧＥとその大きさをもとにこのマップにアクセスし、該当する制御ステップ数を設定する。そして、Ｓ３１４に進み、Ｓ３１２で設定した制御ステップ数に応じた制御信号をＶＮＴアクチューエータ２１０に対して出力し、このルーチンを終了する。
【００３７】
このようにしてＶＮＴ制御処理を実行することにより、ＶＶＴが低速用カム側で固着する故障が発生した状況下で、高速用カムの運転領域に入った場合にも、吸入空気量が増加する方向の制御処理、すなわちＶＮＴの可変ノズルが正常時に比べて閉側に制御され、排気タービン２４入口の流路面積が減少して過給圧が増加するような制御処理が実行されることとなり、吸入空気量が極端に低下して排出されるスモーク量が増大する事態を回避することが可能となる。
【００３８】
第２の実施形態について説明する。
【００３９】
第２の実施形態では、ＶＶＴが低速用カム側で固着する故障が発生した場合に、ＥＧＲ装置で実行する制御処理について、図８のフローチャートに沿って説明する。
【００４０】
このルーチンは、先のＳ２１０によって起動し、所定の時間間隔で実行される。まずＳ４０２に進み、アクセル開度、エンジン回転数をそれぞれ読み込み、続くＳ４０４では、アクセル開度とエンジン回転数とに応じて目標ステップ数を規定したマップにアクセスし、Ｓ４０２で読み込んだアクセル開度とエンジン回転数とをパラメータとして、ＥＧＲ弁２２０の弁開度を規定する制御目標値となる、目標ステップ数ＥＧＲｔａｒｇｅｔを設定する。前述したようにＥＧＲ弁２２０は、ステッピングモータの回転ステップ数が増加するほど弁開度が増加する構造となっており、このステッピングモータは印可されるパルス信号に応じて所定角度だけ回転駆動されるため、制御目標となる回転角度に対応するステップ数として、目標ステップ数ＥＧＲｔａｒｇｅｔが設定される。
【００４１】
続くＳ４０６では、現時点のステッピングモータの回転位置を示すステップ数ＥＧＲｒｅａｌと目標ステップ数ＥＧＲｔａｒｇｅｔとの偏差ΔＥＧＲを、ΔＥＧＲ＝ＥＧＲｔａｒｇｅｔ−ＥＧＲｒｅａｌとして設定し、続くＳ４０８では、図５に示したマップにアクセスして、Ｓ４０２で読み込んだアクセル開度とエンジン回転数とによって規定される運転状態が、高速用カムを使用すべき領域となる、高速用カム領域かを判断する。その結果、低速用カムの運転領域である場合には（Ｓ４０８で「Ｎｏ」）、この故障が低速用カム側で固着している状況であるため、特別な制御処理をすることなく、Ｓ４１４に進んで、Ｓ４０６で設定した偏差ΔＥＧＲに応じた制御信号をＥＧＲ弁２２０に出力し、このルーチンを終了する。
【００４２】
前述したように、ＥＧＲ弁２２０のステッピングモータは、印可されるパルス信号に応じて、正転方向・逆転方向に、所定角度だけ回転駆動される機構となっている。従って、偏差ΔＥＧＲの正負及びその大きさに応じた回転角度（制御ステップ数）を予め実験的に求めてマップ化しておき、Ｓ４１４では、このときの偏差ΔＥＧＲとその大きさをもとにこのマップにアクセスし、該当する制御ステップ数に対応する制御信号を出力する。例えば、偏差ΔＥＧＲがΔＥＧＲ＞０の場合には、その値が大きいほど、ＥＧＲ弁２２０の弁開度がより大きな開度となるような制御信号が生成され、ΔＥＧＲ＜０の場合には、その値（絶対値）が大きいほど、ＥＧＲ弁２２０の弁開度がより小さな開度まで変化するような制御信号が生成される。
【００４３】
これに対し、現状の運転状態が高速用カム領域の場合には（Ｓ４０８で「Ｙｅｓ」）、図９に示したマップにアクセスして、Ｓ４０２で読み込んだアクセル開度とエンジン回転数によって規定される運転状態が、ＥＧＲ弁２２０の弁開度を徐々に変化させる徐変領域Ｒであるかを判定する。図９の点線で囲む斜線領域が徐変領域Ｒであり、図５と同一の境界線Ｎに沿うようにして、高速用カム領域側に規定している。通常、内燃機関の運転状態が低速用カム領域から高速用カム領域に切り換わる領域付近（図９における徐変領域Ｒ）では、高負荷、高回転となるに連れて、ＥＧＲ弁２２０を徐々に全閉状態に推移させる徐変制御を実行している。従って、先のＳ４０４でアクセスするマップでは、運転領域が徐変領域Ｒ内の場合、ＥＧＲ弁２２０の弁開度がその他の領域に比べて徐々に変化するように、目標ステップ数が設定されている。
【００４４】
しかし、この故障のように、低速用カム側で固着した状態でそのまま高速用カムの運転領域に入ると、正常時に比べて吸入空気量が極端に低下して吸入空気量とＥＧＲ量との差が小となるため、ＥＧＲ量が僅かに変化したとしても、燃焼室内に流入する吸入空気量の変動が大となって、燃焼騒音が増大したり、トルク変動が大となるおそれがある。そこで、このような故障時には、正常時に比べてＥＧＲ弁２２０の弁動作がより一層緩慢となるような、徐変制御を実行する。
【００４５】
まず、内燃機関の運転状態が図９における徐変領域Ｒ内であると判断した場合には（Ｓ４１０で「Ｙｅｓ」）、Ｓ４１２に進み、Ｓ４０６で設定した偏差ΔＥＧＲの値を、所定の定数Ａ（Ａ＞０）を用いて、ΔＥＧＲ／Ａとして更新する。これにより、偏差ΔＥＧＲの値が１／Ａ倍に低減される。そして、続くＳ４１４では、Ｓ４１２で１／Ａ倍に低減された偏差ΔＥＧＲに応じた制御信号をＥＧＲ弁２２０に出力し、このルーチンを終了する。
【００４６】
このような処理を繰り返して実行し、Ｓ４１０で「Ｎｏ」、すなわち内燃機関の運転領域が徐変領域Ｒを外れた場合には、Ｓ４１６に進む。Ｓ４１６に移行する状況では、ＥＧＲ弁２２０が全閉付近まで制御されている状況であり、前述したような徐変制御を実行することなく、ＥＧＲ弁２２０を全閉状態とするような偏差ΔＥＧＲを設定した後、Ｓ４１６で設定した偏差ΔＥＧＲに応じた制御信号をＥＧＲ弁２２０に出力し、このルーチンを終了する。
【００４７】
このようにしてＥＧＲ制御を実行することで、ＶＶＴが低速用カム側で固着する故障が発生した場合にも、燃焼室に流入する吸入空気量の急激な変化を防止することができ、高速用カムの運転領域に入った場合に生じ得る、スモーク量の増加を十分に抑制することが可能となる。
【００４８】
なお、第２の実施形態では、徐変制御の例として、制御偏差ΔＥＧＲを１／Ａにする処理について説明したが、この例に限定するものではなく、例えば制御目標としての目標ステップ数ＥＧＲｔａｒｇｅｔの変化を、所定の小さな範囲内に抑えることで徐変制御を実施することも可能であり、或いは、ＥＧＲ弁２２０の開度が変化する速度を所定の小さな範囲内に抑えるように徐変制御を実行することもでき、いずれの制御も、第２の実施形態と実質的に同様な処理となる。
【００４９】
第３の実施形態について説明する。
【００５０】
前述したように、ＶＶＴの故障によって高速用カムの使用領域において低速用カムが使用された場合には、燃焼室内に流入する吸入空気量が低下する。そこで、このような故障が発生した際に、スロットルバルブ４４を正常時よりも開側に制御することで、燃焼室内に流入する吸入空気量を増加させ、故障時における吸入空気量の低下を補う制御を実行する。
【００５１】
以下、ＶＶＴが低速用カム側で固着する故障が発生した場合に起動する、スロットルバルブの制御処理について、図１０のフローチャートに沿って説明する。
【００５２】
このルーチンは、先のＳ２１０によって起動し、所定の時間間隔で実行される。起動後まずＳ５０２に進んでアクセル開度とエンジン回転数を読み込み、続くＳ５０４では、制御目標となるスロットルモータ２４０の目標ステップ数を設定する。具体的には、ＶＶＴの低速用カム側における固着故障した場合を想定して、アクセル開度と好適な目標ステップ数との関係を予め実験的に求めた故障時の制御マップを備えておき、Ｓ５０４では、この故障時の制御マップにアクセスし、Ｓ５０２で読み込んだアクセル開度をもとに、スロットルモータ２４０の目標ステップ数ＳＭｔａｒｇｅｔを設定する。
【００５３】
なお、この故障時の制御マップは、アクセル開度とエンジン回転数とによって規定される運転状態が、低速用カムの使用領域では、正常時の制御マップと同一となる、アクセル開度とエンジン回転数とに応じた好適な目標ステップ数ＳＭｔａｒｇｅｔが設定されている。そしてさらに、高速用カムの領域については、このような故障時を想定して、低速用カムが使用された場合における吸入空気量の低下を補うような好適な目標ステップ数ＳＭｔａｒｇｅｔを、アクセル開度とエンジン回転数とに応じて予め実験的に求めてマップ化したものである。
【００５４】
従って、Ｓ５０４では、Ｓ５０２で読み込んだアクセル開度をもとに、この故障時の制御マップにアクセスすることで、低速用カム領域及び高速用カム領域のそれぞれにおいて、好適な目標ステップ数ＳＭｔａｒｇｅｔが設定される。
【００５５】
続くＳ５０６では、現時点のスロットルモータ２４０の回転位置を示すステップ数ＳＭｒｅａｌと、Ｓ５０４で設定された目標ステップ数ＳＭｔａｒｇｅｔとの偏差ΔＳＭを、ΔＳＭ＝ＳＭｔａｒｇｅｔ−ＳＭｒｅａｌとして設定し、続くＳ５０８では、先に図９として示したマップにアクセスして、Ｓ５０２で読み込んだアクセル開度とエンジン回転数とによって規定される運転状態が、スロットルバルブ４４の開度を徐々に変化させる徐変領域Ｒであるかを判定する。
【００５６】
前述したように、低速用カム側で固着した状態でそのまま高速用カムの運転領域に入ると、正常時に比べて吸入空気量が極端に低下する。この際、運転領域が高速用カム領域に入った時点で、吸入空気量の極端を補うように、スロットルバルブ４４を急激に開側に制御すると、燃焼状態が大きく変化するおそれがある。そこで、内燃機関の運転状態が、低速用カムと高速用カムとに切り換わる付近を徐変領域Ｒとして規定し、このような故障が発生した場合、徐変領域Ｒ内では、スロットルバルブ４４の開閉動作を正常時に比べて緩慢となるように徐変制御を実行する。
【００５７】
そこで、まず、内燃機関の運転状態が図９における徐変領域Ｒの外側であると判断した場合には（Ｓ５０８で「Ｎｏ」）、Ｓ５１２に進み、Ｓ５０６で設定した偏差ΔＳＭに応じた制御信号をスロットルモータ２４０に出力し、このルーチンを終了する。これに対し、内燃機関の運転状態が図９における徐変領域Ｒ内であると判断した場合には（Ｓ５０８で「Ｙｅｓ」）、Ｓ５１０に進み、Ｓ５０６で設定した偏差ΔＳＭの値を、所定の定数Ｂ（Ｂ＞０）を用いて、ΔＳＭ／Ｂとして更新する。これにより、偏差ΔＳＭの値が１／Ｂ倍に低減される。そして、続くＳ５１２では、Ｓ５１０で１／Ｂ倍に低減された偏差ΔＳＭに応じた制御信号をスロットルモータ２４０に出力し、このルーチンを終了する。
【００５８】
換言すれば、徐変領域Ｒは、制御目標としての目標ステップ数ＳＭｔａｒｇｅｔの変化（或いは変化速度）が大となる領域として予め実験的に把握した範囲であり、内燃機関の運転領域が徐変領域Ｒ内の場合には前述した徐変処理を実行し、徐変領域Ｒ外の場合には、目標ステップ数ＳＭｔａｒｇｅｔの変化が所定の小さな範囲となる領域であるとみなし、前述したような徐変処理を実行することなくＳ５１２に進んで、Ｓ５０６で設定した偏差ΔＳＭに応じた制御信号をスロットルモータ２４０に出力する。
【００５９】
このようにしてスロットルモータの駆動制御を実行することで、ＶＶＴが低速用カム側で固着する故障が発生した場合にも、燃焼室に流入する吸入空気量の急激な変化を防止することができ、高速用カムの運転領域に入った場合に生じ得る、スモーク量の増加を防止するとと共に、燃焼騒音やトルク変動が増大する現象を抑制することが可能となる。
【００６０】
なお、第３の実施形態で説明は省略したが、内燃機関の運転状態が高速用カム領域から低速用カム領域に復帰した場合にも、低速用カム領域内における境界線Ｎ付近において、第３の実施形態で説明したと同様な徐変制御処理を実行しても良い。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、カム切り換え機構が故障し、高速用カム領域で低速用カムが使用された場合に、このカム切換手段が正常に動作している場合に比べて吸入空気量が増大するように、可変ノズルの開度を制御するＶＮＴ制御手段を備えたので、高速用カムの運転領域に入った場合に生じ得る、スモーク量の増加を抑制することが可能となる。
【００６２】
請求項２にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、カム切り換え機構が故障し、高速用カム領域で低速用カムが使用された場合に、カム切換手段が正常に動作している場合に比べて、ＥＧＲ弁の弁動作が緩慢となるように動作制御を行うＥＧＲ制御手段を備えるので、燃焼室に流入する吸入空気量の急激な変化を抑制させ、スモーク量の増加を抑制させることが可能となる。
【００６３】
請求項３にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、カム切り換え機構が故障し、高速用カム領域で低速用カムが使用された場合に、カム切換手段が正常に動作している場合に比べて吸入空気量が増大するように、スロットルバルブの開度をより開側に制御するスロットル制御手段を備えるので、高速用カムの運転領域に入った場合に生じ得る、スモーク量の増加を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディーゼルエンジンの全体的な構成を概略的に示す構成図である。
【図２】ＥＣＵの構成と、ＥＣＵを中心とした信号の入出力関係を示すブロック図である。
【図３】ＶＶＴ機構の構成を概略的に示す斜視図である。
【図４】カム切り換え制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】エンジン回転数とアクセル開度とに応じて、使用するカムを規定した説明図である。
【図６】ＶＶＴ機構の故障判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】ＶＶＴ機構が低速用カム側で固着した場合に実行される、ＶＶＴ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】ＶＶＴ機構が低速用カム側で固着した場合に実行される、ＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】徐変領域Ｒを示す説明図である。
【図１０】ＶＶＴ機構が低速用カム側で固着した場合に実行される、スロットルモータ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１２…気筒、１４…燃料供給管、１６…コモンレール、
２０…過給機、４４…スロットルバルブ、６０…低速用カム、６１…高速用カム、１００…電子制御ユニット（ＥＣＵ）、２００…インジェクタ、２２０…ＥＧＲ弁、２３０…コントロールバルブ、２４０…スロットルモータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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